JP2011042712A - 硬化性樹脂組成物、ledパッケージ、及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐高温着色性に優れた硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いた発光ダイオード(LED)パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】(A)ウレタンオリゴマーと、(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物と、(C)ラジカル重合開始剤と、(D)フェノール系酸化防止剤とを含有してなる硬化性樹脂組成物であって、(A)ウレタンオリゴマーは、(a)ジイソシアネートと、(b)ポリカーボネートジオールと、(c)水酸基含有(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート又は3官能水酸基含有(メタ)アクリレートとを反応させてなるウレタンオリゴマーであり、また、(b)成分及び(c)成分中の水酸基に対する、(a)成分中のイソシアネート基の当量比が0.8〜1.2である硬化性樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐高温着色性に優れた硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いた発光ダイオード(LED)パッケージ及びその製造方法に関する。
従来、光学部材用樹脂には、アクリル系樹脂が一般に多用されてきた。アクリル系樹脂は透明性に優れ、耐光、耐熱着色性に優れるが、破断強度等の機械特性が十分とは言えず、更なる特性の向上が求められている。また、硬化収縮が比較的大きく、硬化時に容積が減少してしまう問題がある。
一方、光・電子機器分野に利用される光学部材用樹脂には、電子基板等への実装プロセスや高温動作下での耐熱性や機械特性が特に求められ、エポキシ系樹脂が従来よく用いられていた。一般にエポキシ樹脂は可視光域での透明性は高いが、紫外から近紫外光域では十分な透明性が得られにくい。しかしながら、近年、光・電子機器分野では、高強度のレーザ光や青色光や近紫外光の利用が広がり、従来以上に透明性、耐熱性、耐光性にも優れた樹脂が求められている。
エポキシ系樹脂の中でも、ビスフェノールAジグリシジルエーテル等の芳香族環を水素化した脂環式エポキシと酸無水物とを用いたエポキシ樹脂は比較的透明性が高いが、熱や光によって着色し易い等の問題点がある。これに対して、例えば、特許文献1、2には、脂環式エポキシに含まれる着色原因の一つである不純物の低減方法が開示されている。
特開2003−171439号公報 特開2004−75894号公報
しかしながら、特許文献1、2の方法を用いた場合であっても、樹脂の耐熱性、耐紫外線着色性は、未だ十分ではなく、更なる向上が求められている。
また、脂環式エポキシと酸無水物とを用いたエポキシ樹脂の硬化物は近紫外光域での透明性には優れるが、破断強度、靭性が芳香族エポキシと酸無水物とを用いたエポキシ樹脂の硬化物より劣るため、成形物の異種接合体との界面はく離やクラックが問題となっている。また、硬化時に酸無水物が揮発し容積が減少する点も問題となっている。
したがって、無溶剤系で室温において液状であり、その硬化物の硬化収縮が小さく、透明性、耐光性、耐熱性等の光学特性、曲げ強度(破断強度)等の機械特性に優れる、光学部材に好適な樹脂組成物が望まれている。特にLED用封止樹脂にはLEDの輝度を低下させない為に、高い透明性、耐光性、耐熱性が必要である。
近年、LEDの市場の拡大に伴い、量産性を向上させるLEDパッケージ作製プロセスが求められている。従来、LEDを樹脂封止する方法として、液状の熱硬化性樹脂を鋳型に注型して加熱硬化する注型成形法が一般的に用いられていた。しかし、この方法では熱硬化性樹脂の硬化が遅いため生産性が悪いという問題の他、封止樹脂の厚さをコントロールすることが難しく、また、封止樹脂中にボイドが混入しやすいという問題がある。一方、液状トランスファー成形法は、液状の樹脂溶液を高温の金型に射出成形して加熱硬化させる成形法であり、成形時間が短く生産性が高いため、有用である。また、この成形法を用いれば、任意の形状に成形することも可能となる。このような液状トランスファー成形をLEDパッケージ作製に適用するには、成形条件に見合った硬化速度を有する樹脂組成物が必要となる。
そこで、本発明は、耐高温着色性及び曲げ強度に優れ、LEDパッケージを液状トランスファー成形法によって、製造するのに適した硬化速度を有する硬化性樹脂組成物の提供を目的とする。本発明はまた、液状トランスファー成形によりLEDパッケージを製造する方法の提供を目的とする。本発明はさらに、上記硬化性樹脂組成物を用いたLEDパッケージの提供を目的する。
本発明は、(A)ウレタンオリゴマーと、(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物(ただし、(A)ウレタンオリゴマーを除く。)と、(C)ラジカル重合開始剤と、(D)フェノール系酸化防止剤とを含有してなる硬化性樹脂組成物であって、(A)ウレタンオリゴマーは、(a)ジイソシアネート((a)成分)と、(b)下記一般式(1)で表されるポリカーボネートジオール((b)成分)と、(c)下記一般式(2)で表される水酸基含有(メタ)アクリレート、下記一般式(3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリレート又は下記一般式(4)で表される3官能水酸基含有(メタ)アクリレート((c)成分)とを反応させてなるウレタンオリゴマーであり、また、(b)成分及び(c)成分中の水酸基に対する、(a)成分中のイソシアネート基の当量比が0.8〜1.2である硬化性樹脂組成物を提供する。
Figure 2011042712

(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数2〜4の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
上述した構成を有する本発明の熱硬化性樹脂組成物は、耐高温着色性及び機械特性に優れ、LEDパッケージを液状トランスファー成形法によって、製造するのに適した硬化速度を有し、液状トランスファー成形性に優れる。
(A)ウレタンオリゴマーの重量平均分子量は、2,000〜10,000であることが好ましい。重量平均分子量がこの範囲にある(A)ウレタンオリゴマーを用いることで、より機械特性に優れた熱硬化性樹脂組成物とすることができる。
(A)ウレタンオリゴマーと(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との質量比は、1:9〜9:1であることが好ましい。質量比をこの範囲とすることで、硬化性樹脂組成物の粘度を取り扱いに適したものとすることができ、また実装信頼性を得やすい。
(C)ラジカル重合開始剤の含有量は、(A)ウレタンオリゴマーと(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との合計量100質量部に対して、0.01〜1質量部であることが好ましい。(C)ラジカル重合開始剤の含有量をこの範囲とすることで、硬化性樹脂組成物の硬化速度を適切な範囲に調整することができる。
(D)フェノール系酸化防止剤の含有量は、(A)ウレタンオリゴマーと(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との合計量100質量部に対して、0.001〜5質量部であることが好ましい。(D)フェノール系酸化防止剤の含有量をこの範囲とすることで、硬化物の透明性をより得やすく、また耐高温着色性に更に優れたものとすることができる。
(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物は、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレートからなる群より選択される一種以上の重合性化合物とすることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、165℃におけるゲル化時間が25〜200秒であることが好ましい。165℃におけるゲル化時間がこの範囲にあることによって、従来の固形トランスファー成形とほぼ同じ成形条件で、液状トランスファー成形によるLEDパッケージの作製が可能である。
本発明は、上述した硬化性樹脂組成物を液状トランスファー成形により成形して、LEDパッケージの封止部材を形成する工程を備える、LEDパッケージの製造方法を提供する。本発明の製造方法によれば、液状トランスファー成形によるLEDパッケージの作製に適した上記本発明の硬化性樹脂組成物を用いているため、高い生産性でLEDパッケージを製造することが可能となる。
本発明はまた、上述した硬化性樹脂組成物を成形してなる封止部材を備えるLEDパッケージを提供する。
本発明の硬化性樹脂組成物を封止部材用樹脂として用いた場合に、耐高温着色性及び曲げ強度に優れるLEDパッケージを得ることができる。また、本発明の硬化性樹脂組成物は、適切な硬化速度を有し、かつ液状トランスファー成形性に優れているため、液状トランスファー成形法によるLEDパッケージの作製に好適に用いることができる。さらに本発明のLEDパッケージの製造方法によれば、高い生産性でLEDパッケージを製造することが可能である。
LEDパッケージの一実施形態を示す模式断面図である。 LEDパッケージの他の実施形態を示す模式断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書中、(メタ)アクリル基とはアクリル基及びそれに対応するメタクリル基を意味する。(メタ)アクリル変性についても同様である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(A)ウレタンオリゴマーと、(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物と、(C)ラジカル重合開始剤と、(D)フェノール系酸化防止剤とを含有してなる硬化性樹脂組成物である。
ここで、(A)ウレタンオリゴマーは、(a)ジイソシアネートと、(b)下記一般式(1)で表されるポリカーボネートジオールと、(c)下記一般式(2)で表される水酸基含有(メタ)アクリレート、下記一般式(3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリレート又は下記一般式(4)で表される3官能水酸基含有(メタ)アクリレートとを反応させてなるウレタンオリゴマーである。
Figure 2011042712

(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数2〜4の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
Figure 2011042712

(式中、Rは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
(a)ジイソシアネートは、1分子中にイソシアネート基を2個有する化合物であり、その具体例としては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素添加されたトリレンジイソシアネート、水素添加されたキシリレンジイソシアネート、水素添加されたジフェニルメタンジイソシアネートなどが挙げられる。これらは単独で又は混合して用いることができる。これらの中では、得られるウレタンオリゴマーの黄色度、ハンドリング性が良好なことから、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素添加されたキシリレンジイソシアネート、水素添加されたジフェニルメタンジイソシアネートが好ましい。
(b)一般式(1)で表されるポリカーボネートジオールとしては、例えば、重量平均分子量が500のポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業株式会社製;商品名プラクセルCD CD205)、重量平均分子量が1,000のポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業株式会社製;商品名プラクセルCD CD210)、重量平均分子量が2,000のポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業株式会社製;商品名プラクセルCD CD220)などが挙げられる。これらは単独で又は混合して用いることができる。これらの中では、得られるウレタンオリゴマーのハンドリング性が良好なことから、重量平均分子量が500のポリカーボネートジオールが好ましい。
(c)一般式(2)で表される水酸基含有(メタ)アクリレート、一般式(3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリレート又は一般式(4)で表される3官能水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、分子中にラジカル重合性官能基を1以上有し、かつ、イソシアネート基と反応してウレタン結合を形成することが可能な水酸基を1つ有する化合物であればよい。ラジカル重合性官能基としては、ラジカル重合が可能な官能基であればよく、例えば、(メタ)アクリル基とすることができる。
上記一般式(2)で表される水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは単独で又は混合して用いることができる。
上記一般式(3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリレートは、ポリカプロラクトンオリゴマーに(メタ)アクリレートを1つ導入した不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキルエステル修飾ε−カプロラクトンであり、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン1mol付加品、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン2mol付加品、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン3mol付加品、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン5mol付加品、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン10mol付加品等が挙げられる。これらは単独で又は混合して用いることができる。これらの中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン2mol付加品がより好ましい。また、導入する(メタ)アクリレートとして、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート以外にも、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等も使用することができる。これらは単独で又は混合して用いることができる。
上記一般式(4)で表される3官能水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレートが挙げられる。
(b)成分及び(c)成分中の水酸基に対する、(a)成分中のイソシアネート基の当量比は、0.8〜1.2である。
(A)ウレタンオリゴマー(以下、(A)成分ともいう。)を合成する際には、上記(a)〜(c)成分の他に、公知の重合禁止剤や触媒を添加することもできる。
上記(A)ウレタンオリゴマーの重量平均分子量は、2,000〜10,000の範囲であることが好ましく、3,000〜9,000の範囲であることがより好ましく、4,000〜8,000の範囲であることが特に好ましい。重量平均分子量が2,000より小さいと充分な強靭性が得られにくくなる傾向があり、10,000より大きくなると、硬化物が軟らかくなる傾向がある。
なお、本明細書中、「重量平均分子量」は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー法(GPC)により、標準ポリスチレンによる検量線を用いて測定したものであり、測定条件は次のとおりである。
〈GPC条件〉
使用機器:日立L−6000型〔株式会社日立製作所〕
カラム :ゲルパックGL−R420+ゲルパックGL−R430+ゲルパックGL−R440(計3本)〔いずれも日立化成工業株式会社製商品名〕
溶離液 :テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
流量 :1.75ml/min.
検出器 :L−3300RI〔株式会社日立製作所〕
(A)ウレタンオリゴマーの合成方法の一例を以下に示す。まず攪拌機、温度計、冷却管及び空気ガス導入管を三口フラスコに取り付け、空気ガスを導入する。その後、上記(b)成分、(c)成分、及び任意で重合禁止剤、触媒を適量入れ、70℃に昇温後、70〜75℃で攪拌しつつ(a)ジイソシアネートを均一滴下し、反応を行う。滴下終了後、IR測定により、イソシアネートが消失したことを確認して反応を終了し、(A)ウレタンオリゴマーを得る。
重合禁止剤としては、公知の重合禁止剤が使用でき、例えば、p−メトキシキノン、p−メトキシフェノール、p−t−ブチルカテコール等が挙げられる。また、触媒としては、ウレタンオリゴマー合成に用いる公知の触媒が使用でき、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、トリエチレンジアミン等が挙げられる。
また、(A)ウレタンオリゴマー合成反応の際に、分子量調整剤として、メルカプタン系化合物、チオグリコール、四塩化炭素、α−メチルスチレンダイマー等を必要に応じて添加することができる。
(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物(以下、(B)成分ともいう。)は、熱により硬化可能な単量体であり、耐熱性の観点からエーテル構造を有さないもの、また耐光性の観点から芳香環を2つ以上含まないものが好ましい。その具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メトキシエトキシ(メタ)アクリレート、2−エトキシエトキシ(メタ)アクリレート、ピレノキシド付加物(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルモノ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンを有するモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,2−エタンジオールジ(メタ)クリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,7−ヘプタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、亜鉛ジ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、カプロラクトン変性トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート等の2官能(メタ)アクリレート、片末端(メタ)アクリル変性シリコーンオイル、両末端(メタ)アクリル変性シリコーンオイルなどが挙げられる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが好ましい。
(C)ラジカル重合開始剤(以下、(C)成分ともいう。)としては、ラジカル熱重合開始剤を用いることができる。ラジカル熱重合開始剤としては、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤等、通常のラジカル重合に使用できるものはいずれも使用することができる。
アゾ系開始剤としては例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサノン−1−カルボニトリル、アゾジベンゾイル等が挙げられる。
過酸化物系開始剤としては例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、ジ−t−ヘキシルパーオキシド等が挙げられる。
(D)フェノール系酸化防止剤(以下、(D)成分ともいう。)としては、熱酸化劣化を抑制し高分子に長寿命を付与するために汎用する主要なラジカル捕捉剤であれば制限されることなく、使用することができる。具体的には、例えば、1,3,5−トリス(4−t−ブチル−4−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンゼン)イソシアヌレート、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール、n−オクタデシル−β−(4’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)プロピオネート、テトラキス{メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート}メタン、トリエチレングリコールビス{3−(3’−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェノール)プロピオネート、3,9−ビス〔2−{3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}−1,1−ジメチルエチル〕−2,4,8,10−テトラオキサピロ〔5.5〕ウンデカン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス(3,5,−ジ−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等のフェノール系酸化防止剤が挙げられる。これらの中で、酸化防止効果をより発揮するものとして4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール、n−オクタデシル−β−(4’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)プロピオネート、テトラキス{メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート}メタン、3,9−ビス〔2−{3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}−1,1−ジメチルエチル〕−2,4,8,10−テトラオキサピロ〔5.5〕ウンデカン等がより好ましい。
また、これらの(D)フェノール系酸化防止剤は、ホスファイト系酸化防止剤、又はチオエーテル系酸化防止剤との併用によって酸化防止効果が向上することもある。例えば、ホスファイト系酸化防止剤としては、トリス(フェニル)ホスファイト、トリス(イソデシル)ホスファイト、ジフェニルイソオクチルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトが挙げられる。また、チオエーテル系酸化防止剤としては、テトラキス{メチレン−3−(ラウリルチオ)プロピオネート}メタン、ビス〔メチル−4−{3−n−アルキル(C12 or C14)チオプロピオニオジル}−5−t−ブチルフェニル〕スルフィド、ジトリデシル−3,3’−チオジプロピオネート等が挙げられる。
上記硬化性樹脂組成物における(A)成分と(B)成分との質量比は、1:9〜9:1の範囲であることが好ましく、2:8〜8:2の範囲であることがより好ましい。(B)成分の含有量が、(A)成分90質量部に対し、10質量部より小さいと、硬化性樹脂組成物の粘度が高くなり、扱い難くなる傾向がある。一方、(B)成分の含有量が、(A)成分10質量部に対し、90質量部より大きいと、実装信頼性が低下する傾向がある。
上記硬化性樹脂組成物における(C)成分の含有量は、(A)成分及び(B)成分の総量100質量部に対して0.01〜1質量部とすることが好ましく、0.05〜0.5質量部とすることが特に好ましい。(C)成分の含有量が1質量部を超えると硬化物が熱や近紫外線によって着色し易くなると共に、硬化速度が速くなり過ぎ、樹脂組成物の取り扱いが困難になる傾向がある。一方、(C)成分の含有量が0.01質量部より少ないと硬化し難くなる傾向がある。半減期温度の異なる複数の熱ラジカル重合開始剤を用いた場合においても、合計の含有量を上記の範囲とすることが好ましい。
上記硬化性樹脂組成物における(D)成分の含有量は、(A)成分及び(B)成分の総量100質量部に対して0.001〜5質量部とすることが好ましく、0.01〜1質量部とすることがより好ましく、0.1〜1質量部とすることが特に好ましい。(D)成分の含有量が5質量部を超えると硬化物が着色し易くなる傾向にあり、0.001質量部より少ないと着色を抑える効果が小さくなる傾向がある。
上記硬化性樹脂組成物には、上述の(A)〜(D)成分以外に、紫外線吸収剤、HALS、無機充填剤、有機充填剤、カップリング剤、重合禁止剤等を添加することができる。また、成形性の観点から離型剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤等を添加してもよい。
上記硬化性樹脂組成物は、165℃におけるゲル化時間が25〜200秒であることが好ましい。ゲル化時間が25秒より短いと、樹脂溶液が成形金型内の流路を十分に流れ切る前に硬化してしまい、成形物に未充填部位が生じ、目的とする形の成形物を得ることが難しくなる傾向にある。また、ゲル化に200秒以上を有すると、成形物を十分に硬化させることが難しくなる傾向がある。
図1はLEDパッケージの一実施形態を示す模式断面図である。図1に示すLEDパッケージ10は、絶縁性の基板1と、基板1に組み付けられた一対のリードフレーム2(2a,2b)と、一方のリードフレーム2a上に設けられた接着部材3と、接着部材3上に備えられた発光ダイオード素子4と、発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続するワイヤ5と、一対のリードフレーム2の一部、接着部材3、発光ダイオード素子4及びワイヤ5を封止する封止部材6とを有している。LEDパッケージ10は表面実装型又はチップ型と呼ばれるものである。
リードフレーム2は、一方のリードフレーム2aと他方のリードフレーム2bとからなる。このリードフレーム2は基板1に嵌合して取り付けられた金属等の導電材料からなる部材であり、一方のリードフレーム2aと他方のリードフレーム2bとは互いに分離している。接着部材3は一方のリードフレーム2aと発光ダイオード素子4とを接着して互いに固定すると共に、それらを電気的に接続するための部材である。接着部材3は例えば銀ペーストから形成される。
発光ダイオード素子4は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であれば特に限定されず、公知の発光ダイオード素子であってもよい。また、ワイヤ5は発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続できる金属細線等の導電ワイヤであればよい。
封止部材6は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物から形成されている。この封止部材6は、発光ダイオード素子4を外気から保護すると共に、発光ダイオード素子4から発せられた光を外部に取り出す役割を担っているため、高い透光性を示すものである。本実施形態において、封止部材6は基板側の平板状部6aと基板とは反対側のレンズ部6bとから形成されており、凸レンズ形状であるレンズ部6bによって発光ダイオード素子4から発せられた光が集約される。
以上説明した本実施形態のLEDパッケージ10は、温度や湿度に影響を受けやすい部材である封止部材として、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物を採用しているので、高温高湿環境下に長時間曝されても耐着色性に十分優れる。また、その製造工程の一部に液状トランスファー成形を採用することができ、これにより成形時間を短くして生産性を高めることが可能となる。さらに、封止部材は初期段階における透光性も良好であるため、長時間にわたって高い輝度を維持することができる。また、液状トランスファー成形を採用することで、図1のような光の取り出し効率が向上するようなレンズ形状を付与することが可能であるという効果も奏される。
図2はLEDパッケージの他の実施形態を示す模式断面図である。図2に示した表面実装型のLEDパッケージ20は、発光ダイオード素子24と、発光ダイオード素子24を封止するように設けられた透光性を有する封止部材26とを備えている。発光ダイオード素子24は、ケース部材27により形成されたキャビティー部28の底部に配置されている。発光ダイオード素子24は、接着部材23を介して一方のリードフレーム22aに電気的に接続されており、ワイヤ25を介して他方のリードフレーム22bと電気的に接続されている。このLEDパッケージ20において封止部材26は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物から形成されている。なお、封止部材26の表面は平坦であり、発光ダイオード素子24から発せられる光を集約する機能は有していない。
一対のリードフレーム22は、ケース部材27に嵌合して組み付けられている。一対のリードフレーム22、接着部材23、発光ダイオード素子24及びワイヤ25はそれぞれ、上記実施形態における一対のリードフレーム2、接着部材3、発光ダイオード素子4及びワイヤ5と同様の材質であればよい。また、ケース部材27は、キャビティー部28に、硬化性樹脂組成物を保持できるような形状を有しており、キャビティー部28はその開口部分が円形になっている。
本発明に係るLEDパッケージは、発光ダイオード素子と、これを封止する封止部材とを備えていればよく、上記のような表面実装型に代えて砲弾型であってもよい。
次に、LEDパッケージの製造方法の好適な実施形態について、図1のLEDパッケージ10を製造する場合を例にして説明する。本実施形態に係るLEDパッケージ10の製造方法は、上記硬化性樹脂組成物を液状トランスファー成形により硬化成形してLEDパッケージ10の封止部材6を形成する工程を備えている。
まず、硬化性樹脂組成物を準備して、それを成型装置のポット内に充填する。それとは別に、一枚の基板1と、基板1に組み付けられた複数の組立部品とを備える構造体を準備する。組立部品は、一対のリードフレーム2(2a,2b)と、その一方のリードフレーム2a上に設けられた接着部材3と、接着部材3上に形成された発光ダイオード素子4と、発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続するワイヤ5とを備える。この組立部品は上記一対のリードフレーム2により基板1に組み付けられている。この構造体は、成型装置が備える成形金型(以下、単に「金型」という)により形成されるキャビティー内の所定の位置に設置される。成型装置は液状トランスファー成形に用いられるものであって、その金型により形成されるキャビティーが目的とする硬化物の形状をなしているものであれば特に限定されない。
次に、プランジャーを起動させて、硬化性樹脂組成物をポット内からスプル、ランナ、ゲート等の流路を経由して所定の温度に加熱した金型のキャビティー内に圧入する。金型は通常、分離可能な上金型及び下金型から構成されており、それらを連結することによりキャビティーが形成される。その後、硬化性樹脂組成物をキャビティー内に一定時間保持することによって、キャビティー内に充填した硬化性樹脂組成物を上記構造体上で硬化する。これにより、硬化性樹脂組成物の硬化物が、目的とする形状に成型され、複数の組立部品を封止すると共に構造体に接着する。
金型温度は、上記流路においては硬化性樹脂組成物の流動性が高く、キャビティー内では硬化性樹脂組成物が短時間で硬化できるような温度に設定することが好ましい。この温度は硬化性樹脂組成物の組成にも依存するが、例えば120〜200℃であることが好適である。また、キャビティー内に硬化性樹脂組成物を圧入する際の射圧は、キャビティー内全体に硬化性樹脂組成物を隙間なく充填できるような圧力に設定することが好ましく、具体的には2MPa以上であることが好ましい。射圧が2MPaを下回るとキャビティー内に未充填部分が生じやすくなったり、封止部材6内にボイドが発生しやすくなったりする傾向にある。
硬化性樹脂組成物の硬化物(封止部材6)を金型から取り出しやすくするために、キャビティーを形成する金型内壁面に離型剤を塗布したり噴射したりしてもよい。さらに、硬化物におけるボイドの発生を抑制するために、キャビティー内を減圧できる公知の真空引き装置を用いてもよい。真空引きが可能な装置については特許文献(特開2004−160882号公報)に開示されている。
続いて、構造体及びそれに接着した硬化性樹脂組成物の硬化物をキャビティーから取り出した後、複数の組立部品を個々に分離するように基板及び硬化物を切断(ダイシング)する。こうして、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物を、組立部品を封止する封止部材として備えるLEDパッケージが得られる。
上記硬化性樹脂組成物を用いた、液状トランスファー成形法以外の、光学部材の製造方法としては、樹脂溶液を所望の部分に注型、ポッティング、又は金型へ流し込み、加熱によって硬化する方法が挙げられる。また、硬化阻害や着色防止のため、予め窒素バブリングによって硬化性樹脂組成物中の酸素濃度を低減することが望ましい。熱硬化の場合の硬化条件は、最終的に硬化が完結する温度、時間とすればよい。(B)成分の種類、組み合わせ、添加量によって適宜条件を至適化する必要があるが、60〜150℃で1〜5時間程度とすることが望ましい。また、急激な硬化反応により発生する内部応力を低減するために、硬化温度を段階的に昇温することが望ましい。
以上、説明した硬化性樹脂組成物は、LED用封止樹脂として用いた場合、耐高温着色性に優れるLEDパッケージを提供することができ、また液状トランスファー成形によってLEDパッケージを製造することが出来る。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(製造例1)
攪拌機、温度計、冷却管及び空気ガス導入管を0.5Lの三口フラスコに取り付け、空気ガスを導入した後、重量平均分子量500のポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業株式会社製;商品名プラクセルCD CD205)50.0g、2−ヒドロキシエチルアクリレート(共栄社化学株式会社製;商品名ライトエステルHOA)23.2g、重合禁止剤としてp−メトキシキノン(和光純薬工業株式会社製)0.05g、触媒としてジブチル錫ジラウレート(東京ファインケミカル株式会社製;商品名L101)0.03gを入れ、70℃に昇温後、70〜75℃で攪拌しつつノルボルナンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン株式会社製;商品名COSMONATE NBDI)41.2gを2時間かけて均一滴下し、反応を行った。滴下終了後、約5時間反応させたところで、IR測定を行い、イソシアネートが消失したことを確認して反応を終了し、重量平均分子量5,500のウレタンオリゴマー1(UA1)を得た。
(製造例2)
ノルボルナンジイソシアネートに代えて、水素添加されたキシリレンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン株式会社製;商品名TAKENATE600)37.4gを用いたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー2(UA2)を合成した。その重量平均分子量は5,900であった。
(製造例3)
ノルボルナンジイソシアネートに代えて、イソホロンジイソシアネート(住化バイエルウレタン株式会社製;商品名デスモジュールI)46.2gを用いたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー3(UA3)を合成した。その重量平均分子量は3,600であった。
(製造例4)
2−ヒドロキシエチルアクリレートに代えて、不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキルエステル修飾ε−カプロラクトン(2−ヒドロキシエチルアクリレートのε−カプロラクトン2mol付加品、ダイセル化学工業株式会社製;商品名FA2D)60.0gを用いたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー4(UA4)を合成した。その重量平均分子量は5,000であった。
(製造例5)
2−ヒドロキシエチルアクリレートに代えて、ペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学株式会社製;商品名ライトアクリレートPE−3A)59.6gを用いたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー5(UA5)を合成した。その重量平均分子量は6,500であった。
(製造例6)
2−ヒドロキシエチルアクリレートに代えて、不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキルエステル修飾ε−カプロラクトン(2−ヒドロキシエチルアクリレートのε−カプロラクトン2mol付加品)30.0gを用いたこと、及びノルボルナンジイソシアネートの添加量を30.9gとしたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー6(UA6)を合成した。その重量平均分子量は700であった。
(製造例7)
重量平均分子量500のポリカーボネートジオールに代えて、エチレングリコール62.0gを用いたこと、及びノルボルナンジイソシアネートの添加量を41.6gとしたこと以外は、上記製造例1と同様にしてウレタンオリゴマー7(UA7)を合成した。その重量平均分子量は700であった。
(実施例1〜10及び比較例1〜2)
表1に示す成分を常温(25℃)にて混合して、実施例1〜10及び比較例1〜2の各樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を3mm又は1mm厚のシリコーン製のスペーサーをガラス板で挟んだ型の中に流し入れ、オーブン中、60℃で3時間、120℃で1時間加熱し、3mm厚又は1mm厚の硬化物を得た。
Figure 2011042712

※表中の配合量数値単位は全て質量部
UA1、UA2、UA3、UA4、UA5、UA6、UA7:ウレタンオリゴマー1、2、3、4、5、6、7
DCP−A:ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学株式会社製;商品名ライトアクリレートDCP−A)
PE−3A:ペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学株式会社製;商品名ライトアクリレートPE−3A)
DPE−6A:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(共栄社化学株式会社製;商品名ライトアクリレートDPE−6A)
重合開始剤:過酸化ラウロイル(日本油脂株式会社製;商品名パーロイルL)
酸化防止剤:3,9−ビス〔2−{3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}−1,1−ジメチルエチル〕−2,4,8,10−テトラオキサピロ〔5.5〕ウンデカン(ADEKA社製;商品名アデカスタブ AO−80)
[硬化物の評価]
上記実施例1〜10、比較例1及び2で得られた硬化物の光学特性(すなわち、初期と高温放置後での波長500nmにおける透過率)、曲げ強度、ゲル化時間及び液状トランスファー成形性を以下の方法により評価した。その結果を表2に示す。
(光学特性)
硬化物の硬化後(初期)及び150℃で72時間放置した後(高温放置後)における光学特性を、下記の方法で評価した。
1mm厚の硬化物を評価に供し、初期及び高温放置後の硬化物について、波長500nmにおける透過率を分光光度計で測定した。なお、高温放置後の光学特性は、耐熱変色性の指標となる。
(曲げ強度)
曲げ強度は、JIS−K−6911に準拠した3点支持による曲げ試験により測定した。すなわち、3mm厚の硬化物から3×20×50mmの試験片を切り出し、三点曲げ試験装置を用いて曲げ試験を行い、下記式(5)から曲げ強度を算出した。支点間距離は24mm、クロスヘッド移動速度は0.5mm/分、測定温度は室温(22℃)であった。
Figure 2011042712

ここで、σfB:曲げ強度(MPa)、P':試験片が折れた時の加重(N)であり、L:支点間距離、W:試験片の幅、h:試験片の厚さである。
(ゲル化時間)
ゲル化時間は、ゲル化試験機(SYSTEM SEIKO製)を用い、ホットプレートの温度を165℃に設定し、この温度で樹脂溶液がゲル化するまでの時間を測定することにより求めた。
(液状トランスファー成形性)
液状トランスファー成形の成形条件は、金型温度165〜175℃、射圧4MPa〜15MPa、注入時間20〜50秒、保持時間180〜300秒とした。この成形条件で、外形寸法が5.1mm×3.9mm×4.7mmのLEDパッケージを作製した。作製したLEDパッケージの外観を顕微鏡で観察し、ボイド、未充填が無ければ○とし、ボイド、未充填があった場合に×とした。
Figure 2011042712
表2より、実施例1〜10の硬化物の光学特性については、初期の透過率が高い上、高温放置後も透過率が低下しにくいことが分かる。さらに、曲げ強度が大きく機械特性に優れ、ゲル化時間が液状トランスファーに必要な条件を満たし、実際液状トランスファー成形で成形性良くLEDパッケージを作製できた。一方、ウレタンオリゴマーの製造の際にポリカーボネートジオールを用いていない比較例1、及びウレタンオリゴマーを用いていない比較例2では、曲げ強度が小さく液状トランスファー成形でボイドが入り成形性が悪かった。
以上より明らかであるように、本発明の硬化性樹脂組成物は、その硬化物の光学的透明性が高く、高温保管後の透過率の低下が少なく、機械特性、液状トランスファー成形性に優れることから、光半導体用封止樹脂等の電子材料用途の光学素子に好適である。本発明の硬化性樹脂組成物を光学部材へ適用すると、耐熱性が良いことから光学素子の寿命や信頼性が向上できる。
1…基板、2、22…リードフレーム、3、23…接着部材、4、24…発光ダイオード素子、5、25…ワイヤ、6、26…封止部材、10、20…発光ダイオードパッケージ、27…ケース部材、28…キャビティー部。

Claims (9)

  1. (A)ウレタンオリゴマーと、(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物と、(C)ラジカル重合開始剤と、(D)フェノール系酸化防止剤と、を含有してなる硬化性樹脂組成物であって、
    前記(A)ウレタンオリゴマーは、(a)ジイソシアネートと、(b)下記一般式(1)で表されるポリカーボネートジオールと、(c)下記一般式(2)で表される水酸基含有(メタ)アクリレート、下記一般式(3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリレート又は下記一般式(4)で表される3官能水酸基含有(メタ)アクリレートと、を反応させてなるウレタンオリゴマーであり、
    前記(b)成分及び(c)成分中の水酸基に対する、前記(a)成分中のイソシアネート基の当量比が0.8〜1.2である硬化性樹脂組成物。
    Figure 2011042712

    (式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
    Figure 2011042712

    (式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基である。)
    Figure 2011042712

    (式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、炭素数2〜4の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
    Figure 2011042712

    (式中、Rは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖の炭化水素基であり、nは、1〜50の整数である。)
  2. 前記(A)ウレタンオリゴマーの重量平均分子量が、2,000〜10,000である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記(A)ウレタンオリゴマーと前記(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との質量比が1:9〜9:1である、請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記(C)ラジカル重合開始剤の含有量が、前記(A)ウレタンオリゴマーと前記(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との合計量100質量部に対して0.01〜1質量部である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記(D)フェノール系酸化防止剤の含有量が、前記(A)ウレタンオリゴマーと前記(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物との合計量100質量部に対して0.001〜5質量部である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 前記(B)不飽和二重結合を少なくとも1個有する重合性化合物が、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレートからなる群より選択される一種以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 165℃におけるゲル化時間が25〜200秒である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物を液状トランスファー成形により成形して、LEDパッケージの封止部材を形成する工程を備える、LEDパッケージの製造方法。
  9. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物を成形してなる封止部材を備えるLEDパッケージ。
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