JP2011197028A - Lens with supporting frame, and optical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体装置に用いられるレンズに関するものであり、特にシリコーンをはじめとする樹脂で形成されたレンズ部に支持フレームが取り付けられた支持フレーム付きレンズに関するものである。 The present invention relates to a lens used in an optical semiconductor device, and more particularly to a lens with a support frame in which a support frame is attached to a lens portion formed of a resin such as silicone.
光半導体装置は、一般にＬＥＤ素子等の光半導体素子がベース上に搭載されて構成され、光半導体素子から発する光を効率よく出力したり、出力される光の特性をよくするために、反射部やレンズを設けることも多用されている。
例えば特許文献１に開示された光半導体装置は、光半導体素子の光出力側にＬＥＤ素子からの光を平行光にするためにシリコーンレンズを搭載している。
An optical semiconductor device is generally configured by mounting an optical semiconductor element such as an LED element on a base, and in order to efficiently output light emitted from the optical semiconductor element and improve the characteristics of the output light, It is also frequently used to provide a lens.
For example, the optical semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a silicone lens mounted on the light output side of the optical semiconductor element to make the light from the LED element parallel.
このシリコーンレンズは、柔軟なシリコーン樹脂で形成されているため、ベース部分に支持フレームが取付けられている。
図３は、支持フレーム付きレンズ１０５の一例を示す断面図である。
図３において、レンズ部１０１は、環状のベース部１０３と、このベース部１０３から延びるドーム部１０４とを有し、シリコーンまたはこれと同様の柔軟性及び弾力性を有する材料で形成されている。
Since the silicone lens is formed of a flexible silicone resin, a support frame is attached to the base portion.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the
In FIG. 3, the
上記ベース部１０３は、ステンレス鋼または類似の材料で形成されたリング状の支持フレーム１０２を包み込むようにオーバーモールドして形成されている。
このように、レンズ部１０１は、柔軟な材料で形成されているが、支持フレーム１０２がベース部１０３の片側に接合されることによって、レンズ部１０１に構造的な強度が付与されている。
The
As described above, the
しかしながら、上記の支持フレーム付きレンズ１０５においては、支持フレーム１０２がベース部１０３の樹脂によってオーバーモールド、すなわち包み込まれた構造で固定されており、支持フレーム１０２とベース部１０３との密着性は十分でない。従ってベース部１０３が支持フレーム１０２から部分的に剥離したり、脱落しやすいという課題を有している。
However, in the above-mentioned
特に、レンズを成形する工程において、支持フレーム付きレンズを成型して成形金型から取り出すときに、レンズにキズや変形が生じないように、支持フレーム１０２を支持して取り出すが、このときレンズ部１０１における支持フレーム１０２に接しているベース部１０３にストレスが集中して、部分的剥離や脱落が発生しやすい。そこで、金型内に離型剤を塗布するなどの処置を施すことが必要となり、工程が煩雑になるという課題がある。
In particular, in the process of molding the lens, when the lens with the support frame is molded and taken out from the molding die, the
また、封止樹脂を介して支持フレーム付きレンズ１０５をＬＥＤ素子に実装した後においても、上記のようにレンズ部１０１を構成する樹脂と支持フレーム１０２との間、あるいは封着樹脂と支持フレーム１０２との間に隙間が生じると、ＬＥＤ素子に外気が侵入しやすい問題もある。
本発明は、上記課題に鑑みて、レンズ部が樹脂で形成された支持フレーム付きレンズにおいて、支持フレームとレンズを形成する樹脂との密着性を向上することを目的とする。
Further, even after the
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve adhesion between a support frame and a resin forming a lens in a lens with a support frame in which a lens portion is formed of a resin.
上記課題を解決するために、本発明にかかる支持フレーム付きレンズは、レンズ部と、当該レンズ部を支持する支持フレームとからなり、支持フレームの表面に、機能性有機分子が自己組織化することによって有機被膜を形成し、当該有機被膜を形成する機能性有機分子を介して支持フレームとレンズ部が化学結合されている構成とした。
上記機能性有機分子として、主鎖部の一端に支持フレームの表面と結合する第一官能基を有し、他端にレンズ部を構成する材料と結合する第二官能基を有するものを用いることが好ましい。
In order to solve the above problems, a lens with a support frame according to the present invention includes a lens portion and a support frame that supports the lens portion, and functional organic molecules are self-organized on the surface of the support frame. An organic film is formed by the above method, and the support frame and the lens unit are chemically bonded via functional organic molecules that form the organic film.
As the functional organic molecule, one having a first functional group that binds to the surface of the support frame at one end of the main chain portion and a second functional group that binds to the material constituting the lens portion at the other end is used. Is preferred.
上記機能性有機分子において、主鎖部は、メチレン鎖、フルオロメチレン鎖、シロキサン鎖又はグリコール鎖を一種以上を含み、第一官能基は、チオール、チオール化合物、スルフィド化合物（例えばジスルフィド化合物）、含窒素複素環化合物（例えばアゾール化合物、アジン化合物）、またはこれら化合物の誘導体を一種以上含み、第二官能基は、水酸基を有する化合物、カルボン酸を有する化合物、酸無水物を有する化合物、第一級アミンを有する化合物、第二級アミンを有する化合物、第三級アミンを有する化合物、第四級アンモニウム塩を有する化合物、アミド基を有する化合物、イミド基を有する化合物、ヒドラジド基を有する化合物、イミン基を有する化合物、アミジン基を有する化合物、イミダゾールを有する化合物、トリアゾールを有する化合物、テトラゾールを有する化合物、チオール基を有する化合物、スルフィド基を有する化合物、ジスルフィド基を有する化合物、ジアザビシクロアルケンを有する化合物、有機フォスフィン化合物、有機フォスフィン化合物三フッ化ホウ素アミン錯体を有する化合物、またはこれら化合物の誘導体を一種以上を含むことが好ましい。 In the functional organic molecule, the main chain portion includes one or more of a methylene chain, a fluoromethylene chain, a siloxane chain, or a glycol chain, and the first functional group includes a thiol, a thiol compound, a sulfide compound (for example, a disulfide compound), Nitrogen heterocyclic compound (for example, azole compound, azine compound) or one or more derivatives of these compounds, the second functional group is a compound having a hydroxyl group, a compound having a carboxylic acid, a compound having an acid anhydride, a primary Compound having amine, compound having secondary amine, compound having tertiary amine, compound having quaternary ammonium salt, compound having amide group, compound having imide group, compound having hydrazide group, imine group A compound having an amidine group, a compound having an imidazole, Compound having sol, compound having tetrazole, compound having thiol group, compound having sulfide group, compound having disulfide group, compound having diazabicycloalkene, organic phosphine compound, organic phosphine compound, boron trifluoride amine complex It is preferable to include one or more compounds having a compound or a derivative of these compounds.
ベース上に光半導体素子を搭載し、上記本発明にかかる支持フレーム付きレンズを、光半導体素子の上方に設けることで光半導体装置を構成することができる。
支持フレーム付きレンズと光半導体素子との間に封止樹脂を充填し、封止樹脂が、支持フレームと接触させるようにすることも好ましい。
An optical semiconductor device can be configured by mounting an optical semiconductor element on a base and providing the lens with a support frame according to the present invention above the optical semiconductor element.
It is also preferable to fill the sealing resin between the lens with the support frame and the optical semiconductor element so that the sealing resin is in contact with the support frame.
上記本発明によれば、支持フレームの表面に、機能性有機分子が自己組織化することによって有機被膜を形成し、当該有機被膜を形成する機能性有機分子を介して支持フレームとレンズ部が化学結合されているので、支持フレームとシリコーンレンズとの密着性を向上することができる。
これによって、支持フレームとレンズ部との間の剥離を防止することができる。
According to the present invention, an organic film is formed on the surface of the support frame by self-organization of functional organic molecules, and the support frame and the lens unit are chemically bonded via the functional organic molecules forming the organic film. Since they are bonded, the adhesion between the support frame and the silicone lens can be improved.
Thereby, peeling between the support frame and the lens portion can be prevented.
また、本発明のレンズを封止樹脂を介してＬＥＤ素子などの上に実装した後においても、レンズ部を構成する材料と支持フレームとの間の密着性が保たれ、封着樹脂と支持フレームとの間も密着性が保たれるので、ＬＥＤ素子に外気が侵入するのが抑えられる。
すなわち、ＬＥＤ素子からのレンズの剥離防止及びＬＥＤ素子への外気の侵入防止効果を得ることができる。
Further, even after the lens of the present invention is mounted on an LED element or the like via a sealing resin, the adhesion between the material constituting the lens portion and the support frame is maintained, and the sealing resin and the support frame are maintained. Therefore, it is possible to prevent the outside air from entering the LED element.
That is, it is possible to obtain an effect of preventing the lens from peeling off from the LED element and preventing the outside air from entering the LED element.
また、成形金型から支持フレーム付きレンズを取り出す際に、支持フレームを引っ張っても、レンズ部のベース部分に亀裂や部分的剥離や脱落が生じることがない。また、この際、離型剤を使用しなくても金型から容易に取り出すことができる。
また、本発明によれば、支持フレームとレンズ部とが、機能性有機分子を介して化学的結合しているため、レンズ成形時に支持フレームの上に樹脂をオーバーモールドさせなくても、レンズ部を支持フレームに固定することができる。
Further, when taking out the lens with the support frame from the molding die, even if the support frame is pulled, the base portion of the lens portion is not cracked, partially peeled off or dropped off. At this time, it can be easily taken out from the mold without using a release agent.
In addition, according to the present invention, since the support frame and the lens unit are chemically bonded via the functional organic molecule, the lens unit can be obtained without overmolding the resin on the support frame during lens molding. Can be fixed to the support frame.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[実施の形態１]
図１は、本発明の実施形態にかかる支持フレーム付きレンズ１０の外観図、図２（ａ） は、支持フレーム付きレンズ１０を用いた光半導体装置の断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部分を拡大した模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
1 is an external view of a
図２（ａ）に示す光半導体装置１では、ベース２上にＬＥＤ素子３が搭載され、ＬＥＤ素子３は、ボンディングワイヤ４を介してベース２上のリードとボンディングされている。
ＬＥＤ素子３を覆うように支持フレーム付きレンズ１０が配され、ベース２と支持フレーム付きレンズ１０との間を充填するように、透明なシリコーン樹脂等からなる封止樹脂部５が形成されている。
In the optical semiconductor device 1 shown in FIG. 2A, an LED element 3 is mounted on a base 2, and the LED element 3 is bonded to a lead on the base 2 via a bonding wire 4.
A
封止樹脂部５は、ＬＥＤ素子３を覆い、支持フレーム付きレンズ１０の外周部分も覆っている。
支持フレーム付きレンズ１０は、シリコーン樹脂をレンズ状に成型してなるレンズ部１１と、鉄、銅などの金属薄板材料をプレスまたはエッチング加工により成形されたリング状の支持フレーム１２とからなる。
The sealing resin portion 5 covers the LED element 3 and also covers the outer peripheral portion of the
The
レンズ部１１はドーム部１１ａとリング状のベース部１１ｂとを有し、支持フレーム１２はベース部１１ｂに接合されている。
図３レンズ部１１と支持フレーム１２との間には、機能性有機分子２１が、支持フレーム１２の表面に自己組織化して形成された有機被膜２０が介在している。
（光半導体装置１の製造方法）
支持フレーム付きレンズ１０は次のように製造することができる。
The
3 Between the
(Manufacturing method of the optical semiconductor device 1)
The
まず、支持フレーム１２の表面に有機被膜２０を形成する。
この有機被膜形成工程では、まず、機能性有機分子２１を所定の溶媒に分散させて、分散液を作製する。溶媒としては、有機溶媒，水またはその混合物が用いられる。溶媒に水を用いる際には、機能性有機分子の分散性を得るため、必要に応じてアニオン系、カチオン系またはノニオン系の界面活性剤を添加してもよい。さらに機能性有機分子を安定化させるため、ホウ酸系やリン酸系のｐＨ緩衝剤、酸化防止剤等を添加しても良い。
First, the
In this organic film forming step, first, the functional
次に、分散液中に、支持フレーム１２を浸漬させる。
分散液中では、機能性有機分子２１は、比較的高いギブス自由エネルギーを有し、単分子毎に互いに反発するように相互作用することによって、ランダムな運動（所謂ブラウン運動）をしている。この分散液中に、支持フレーム１２を浸漬すると、分散液中の機能性有機分子２１は、より安定な状態に移行しようとして、その第一官能基Ａ１が、支持フレーム１２の表面に存在する金属と結合し、図２（ｂ）に示すように各機能性有機分子２１が、支持フレーム１２の表面上に自己組織化して配列され、有機被膜２０が単分子膜で形成される。有機被膜２０の膜厚は、機能性有機分子２１の大きさに依存し、例えば数ｎｍ程度に調整される。
Next, the
In the dispersion liquid, the functional
支持フレーム１２を分散液から引き上げれば、表面上に有機被膜２０が形成された支持フレーム１２が得られる。
なお、支持フレーム１２の表面上に有機被膜２０を形成するには、分散液を支持フレーム１２の表面上に付着させればよいので、上記のような浸漬法に限らず、例えば、分散液を噴き付け等の方法で支持フレーム１２の表面に付着させる方法を用いてもよい。
When the
In order to form the
レンズ成型工程では、上記の有機被膜２０を形成した支持フレーム１２を、成型用の金型内に装着し、シリコーン樹脂を流し込んでレンズ部１１を成型することによって、レンズ部１１と支持フレーム１２とが一体となった支持フレーム付きレンズ１０が作製される。
次に、光半導体装置１を作製する工程では、ベース２上にＬＥＤ素子３を搭載し、ボンディングワイヤ４を介してベース２上のリードとボンディングする。そして、ＬＥＤ素子３を覆うように支持フレーム付きレンズ１０を配置すると共に、ベース２と支持フレーム付きレンズ１０との間に、シリコーン樹脂等を充填して封止樹脂部５を形成することによって、光半導体装置１を作製することができる。
In the lens molding process, the
Next, in the process of manufacturing the optical semiconductor device 1, the LED element 3 is mounted on the base 2 and bonded to the lead on the base 2 via the bonding wire 4. And while arrange | positioning the
（有機被膜２０）
以下、機能性有機分子２１及び有機被膜２０について詳述する。
図３(a)は本実施形態にかかる機能性有機分子２１の模式的な構造図である。
当図に示される機能性有機分子２１は、第一官能基Ａ１、主鎖部Ｂ１、第二官能基Ｃ１が同順に結合されてなり、機能性有機分子２１の一般式は、Ａ１−Ｂ１−Ｃ１で表される。る。すなわち、機能性有機分子２１は、主鎖部Ｂ１の一端にレンズ１１を構成するシリコーン樹脂との結合性に優れた第一官能基Ａ１を備え、他端に支持フレーム１２の表面との結合性に優れた第二官能基Ｃ１を有する。
(Organic coating 20)
Hereinafter, the functional
FIG. 3A is a schematic structural diagram of the functional
The functional
このような機能性有機分子２１が、支持フレーム１２の表面上に自己組織化して配列することによって、有機被膜２０が単分子膜で形成されている。
そして有機被膜２０を形成している機能性有機分子２１は、図２（ｂ） に示すように、
第一官能基Ａ１が支持フレーム１２の表面に結合し、第二官能基Ｃ１は支持フレーム１２の表面と化学的に結合している。
Such functional
And the functional
The first functional group A1 is bonded to the surface of the
以下、機能性有機分子２１として取りうる化学的構造について、さらに詳細を説明する。
（第一官能基Ａ１について）
上記のとおり、第一官能基Ａ１は、金属材料に対する親和性、金属結合性（配位結合を含む）、あるいは金属結合性といった特性を有する化学構造体であればよい。
例えばチオール及びこれを含むチオール化合物、スルフィド化合物（ジスルフィド化合物等）、含窒素複素環化合物（アゾール化合物、アジン化合物等）、またはこれらの一種以上を含む化学構造体であれば、金属原子に対して水素結合性又は配位結合性を有するので好適である。
Hereinafter, the chemical structure that can be taken as the functional
(Regarding the first functional group A1)
As above-mentioned, 1st functional group A1 should just be a chemical structure which has the characteristics, such as affinity with a metal material, metal bondability (a coordination bond is included), or metal bondability.
For example, if it is a chemical structure containing thiol and a thiol compound containing it, a sulfide compound (disulfide compound, etc.), a nitrogen-containing heterocyclic compound (azole compound, azine compound, etc.), or one or more of these, the metal atom This is preferable because it has hydrogen bonding or coordination bonding.
第一官能基Ａ１がチオール基（Ｒ−ＳＨ、ただし、Ｒはアルカンやアルケン等の任意の官能基）を有する場合、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）など１価以上の陽イオンになりうる金属原子に配位し、Ａｕ−Ｓ−Ｒ又はＡｇ−Ｓ−Ｒ等の共有結合により、機能性有機分子２１が支持フレーム１２の金属に被着される。同様に、第一官能基Ａ１がジスルフィド基（Ｒ１−Ｓ−Ｓ−Ｒ２）の場合、Ａｕ（−Ｓ−Ｒ１）（−Ｓ−Ｒ２）又はＡｇ（−Ｓ−Ｒ１）（−Ｓ−Ｒ２）等の共有結合がなされ、強固な結合構造が形成される。
When the first functional group A1 has a thiol group (R-SH, where R is any functional group such as alkane or alkene), gold (Au), silver (Ag), iron (Fe), aluminum (Al) The functional
第一官能基Ａ１が、アゾール化合物、アジン化合物を含む場合は、当該化合物をなす分子中の窒素原子の非共有電子対が、２価以上の陽イオンになりうる金属に配位結合できる。例えば、イミダゾール化合物、トリアゾール化合物、トリアジン化合物等は、主にＣｕ等の金属と配位結合を形成しやすい。
上記化合物の種類によっては、共有結合や配位結合または水素結合等が同時に形成され得るが、このような複数種類の結合がなされることで、より強固な結合が期待できる。
（主鎖部Ｂ１について）
主鎖部Ｂ１は、一般的なメチレン系有機分子及びその類型種（メチレン鎖、フルオロメチレン鎖、シロキサン鎖、グリコール鎖のうち一種以上を含む化合物、化学構造体若しくは誘導体）等である。なお、主鎖部Ｂ１には適宜側鎖が結合されていてもよい。
When the first functional group A1 includes an azole compound or an azine compound, a non-shared electron pair of a nitrogen atom in a molecule constituting the compound can be coordinated to a metal that can be a divalent or higher cation. For example, imidazole compounds, triazole compounds, triazine compounds, etc. tend to form coordinate bonds mainly with metals such as Cu.
Depending on the type of the compound, a covalent bond, a coordination bond, a hydrogen bond, or the like can be formed at the same time, but a stronger bond can be expected by forming such a plurality of types of bonds.
(About main chain part B1)
The main chain part B1 is a general methylene-based organic molecule and its type (a compound, chemical structure or derivative containing one or more of a methylene chain, a fluoromethylene chain, a siloxane chain, and a glycol chain). Note that side chains may be appropriately bonded to the main chain portion B1.
メチレン鎖は、分子間で互いに会合し、超分子的に炭化水素鎖の緻密な炭素鎖を形成できるので好適である。また、メチレン鎖を用いれば、比較的迅速に有機被膜を形成できることが発明者らの検討により明らかにされている。
主鎖部Ｂ１にフルオロメチレン鎖を用いた場合、疎水性がメチレン鎖よりも強いため、有機被膜２０形成後には支持フレーム１２と有機被膜２０との間への水分の浸入が強く抑制される。その結果、有機被膜２０と支持フレーム１２との良好な結合が保たれ、熱履歴によって有機被膜２０の剥離が生じにくくなるので好適である。
Methylene chains are preferred because they associate with each other between molecules and can form supramolecularly dense carbon chains of hydrocarbon chains. Further, it has been clarified by the inventors that a methylene chain can be used to form an organic coating relatively quickly.
When a fluoromethylene chain is used for the main chain portion B1, since the hydrophobicity is stronger than that of the methylene chain, the penetration of moisture between the
主鎖部Ｂ１にシロキサン鎖を用いた場合、耐熱性および耐候性に優れる有機被膜２０を形成できる。このため、レンズ部１１の成形工程において、有機被膜２０が比較的高温環境下に曝された場合にも、当該被膜自体の変質・損傷の防止効果が奏される。
主鎖部Ｂ１にグリコール鎖を用いた場合、水等の極性溶媒に簡単に溶解させることができるので、被膜を形成する上で利点を有する。
When a siloxane chain is used for the main chain part B1, the
When a glycol chain is used for the main chain portion B1, it can be easily dissolved in a polar solvent such as water, and thus has an advantage in forming a film.
従って、主鎖部Ｂ１に、グリコール鎖を用いること、あるいは、メチレン鎖、フルオロメチレン鎖、シロキサン鎖の一種以上とグリコール鎖とで構成された構造を用いることも好ましい。
なお、後工程での加熱条件が比較的高温に設定される場合などには、機能性有機分子２１を用いた有機被膜２０の耐熱性をさらに向上させることが望ましい。この場合、主鎖部Ｂ１の中に、水酸基（ヒドロキシル基）、ケトン、チオケトン、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、エーテル、スルフィド、芳香族化合物から選択される一種以上の極性基を含むものを用いることもできる。
Therefore, it is also preferable to use a glycol chain for the main chain part B1 or a structure composed of one or more of a methylene chain, a fluoromethylene chain, and a siloxane chain and a glycol chain.
In addition, when the heating conditions in a post process are set to a relatively high temperature, it is desirable to further improve the heat resistance of the
特に、この極性基として、アミド基（ケトンと第二級アミンで構成される）、芳香族アミド、あるいは芳香族イミド基（ケトンと第三級アミンと芳香族環で構成される）、あるはそれらの組み合わせを有することは好ましい。
このような極性基を含む主鎖部Ｂ１を用いれば、有機被膜２０において隣接する機能性有機分子２１の主鎖部Ｂ１同士の間に、強力な相互結合作用（水素結合、あるいはロンドン分散力によるスタッキング効果）が働き、これによって有機被膜２０が強化される。すなわち、高温環境下においても有機被膜２０が安定に維持されるので、有機被膜２０の耐熱性を向上させることができる。
（第二官能基Ｃ１）について
第二官能基Ｃ１には、レンズ部１１あるいは封止樹脂部５を形成する樹脂を硬化させる硬化性あるいは硬化促進性を有するものが好ましい。
In particular, this polar group includes an amide group (composed of a ketone and a secondary amine), an aromatic amide, or an aromatic imide group (composed of a ketone, a tertiary amine, and an aromatic ring), It is preferred to have a combination thereof.
When the main chain part B1 including such a polar group is used, a strong mutual coupling action (by hydrogen bond or London dispersion force) is formed between the main chain parts B1 of the functional
(Second Functional Group C1) The second functional group C1 preferably has curability or curing acceleration that cures the
例えば、第二官能基Ｃ１として、水酸基を有する化合物、カルボン酸を有する化合物、酸無水物を有する化合物、第一級アミンを有する化合物、第二級アミンを有する化合物、第三級アミンを有する化合物、第四級アンモニウム塩を有する化合物、アミド基を有する化合物、イミド基を有する化合物、ヒドラジド基を有する化合物、イミン基を有する化合物、アミジン基を有する化合物、イミダゾールを有する化合物、トリアゾールを有する化合物、テトラゾールを有する化合物、チオール基を有する化合物、スルフィド基を有する化合物、ジスルフィド基を有する化合物、ジアザビシクロアルケンを有する化合物、有機フォスフィン化合物、有機フォスフィン化合物三フッ化ホウ素アミン錯体を有する化合物のうちの一種以上、若しくはその誘導体を含む化学構造体が挙げられる。 For example, as the second functional group C1, a compound having a hydroxyl group, a compound having a carboxylic acid, a compound having an acid anhydride, a compound having a primary amine, a compound having a secondary amine, a compound having a tertiary amine A compound having a quaternary ammonium salt, a compound having an amide group, a compound having an imide group, a compound having a hydrazide group, a compound having an imine group, a compound having an amidine group, a compound having an imidazole, a compound having a triazole, Among compounds having tetrazole, compounds having thiol group, compounds having sulfide group, compounds having disulfide group, compounds having diazabicycloalkene, organic phosphine compound, organic phosphine compound, compound having boron trifluoride amine complex One or more, or Chemical structure containing derivatives.
これらの化学構造体を用いれば、熱硬化樹脂と接触した場合に瞬時に硬化反応を生じ、第二官能基Ｃ１とレンズ部１１あるいは封止樹脂部５の樹脂とが結合する。
また、特に付加重合型シリコーン樹脂に対しては、ビニル基、有機ハイドロジェンシランの内の一種以上を含む化学構造体を用いることが好ましい。
また、レンズ部１１あるいは封止樹脂部５に、エポキシ基もしくはアルコキシシリル基を含むシリコーン樹脂を用いる場合、第二官能基Ｃ１として、エポキシ基またはアルコキシシリル基と結合性を有する官能基を用いることが好ましい。具体的には、水酸基、酸無水物、第一級アミン、第二級アミンの内の一種類以上を含む化学構造体を用いることができる。これらの官能基は、エポキシ基またはアルコキシシリル基と結合性を有し、またビニル基や有機ハイドロジェンシランと比べて安定性が高いため、有機被膜２０の安定化・長寿命化にも寄与する。
When these chemical structures are used, a curing reaction occurs instantaneously when contacting with the thermosetting resin, and the second functional group C1 and the resin of the
In particular, for an addition polymerization type silicone resin, it is preferable to use a chemical structure containing one or more of a vinyl group and an organic hydrogen silane.
When a silicone resin containing an epoxy group or an alkoxysilyl group is used for the
なお、第二官能基Ｃ1との結合力を高めるために、レンズ部１１あるいは封止樹脂部５の樹脂成分に、エポキシ基、アルコキシシリル基を含む親水性添加剤を、接着向上剤として配合することも可能である。これにより、支持フレーム１２とレンズ部１１あるいは封止樹脂部５の樹脂とを高度に密着させることができる。また、レンズ部１１あるいは封止樹脂部５の透明樹脂材料として、付加重合型シリコーン樹脂を、親水性を発揮するエポキシ基、アルコキシシリル基で修飾した樹脂材料を用いることもできる。
In order to increase the bonding strength with the second functional group C1, a hydrophilic additive containing an epoxy group or an alkoxysilyl group is added as an adhesion improver to the resin component of the
（光半導体装置１による効果）
以上の構成により、機能性有機分子２１で形成された有機被膜２０を介して、レンズ部１１と支持フレーム１２とが化学結合を形成して強固に接合する。
従って、支持フレーム１２とレンズ部１１との密着性が良好となり、部分的に剥離したり、脱落することを防止することが出来る。
(Effects of optical semiconductor device 1)
With the above configuration, the
Therefore, the adhesion between the
また、支持フレーム１２とレンズ部１１とが強固に接合されるので、従来のように支持フレーム１２をシリコーン樹脂で包み込むようにオーバーモールドする必要がなく、レンズ部１１の小型化、薄型化が可能となる。
また、レンズ部１１を形成するシリコ−ン樹脂材料の使用量も削減できるので、生産コストに占める材料費を削減できる。
In addition, since the
In addition, since the amount of the silicone resin material forming the
さらに、レンズ１１と支持フレーム１２との接着強度に優れることから、レンズ成形工程において、支持フレーム１２を支持して成形金型から取り出す際に部分的剥離や脱落が生じるのを防止することができる。
なお、支持フレーム１２の表面上において、機能性有機分子２１による有機被膜２０を形成する領域は、レンズ部１１と支持フレーム１２との間限られることなく、レンズ部１１と接しない領域にも、機能性有機分子２１による有機被膜２０を形成してもよい。これによって、支持フレーム１２と封止樹脂部５との間に化学結合を形成し、レンズ１と封止樹脂部５との密着性を向上し、湿気やガスなどの浸入を抑制することができる。
Furthermore, since the adhesive strength between the
In addition, the area | region which forms the
よって、光半導体装置１が高温になりやすい環境や、長時間駆動される条件下にあっても、性能を安定して発揮することができる。
[実施の形態２]
本実施形態の光半導体装置１は、上記実施形態１と同様であるが、有機被膜２０を形成する機能性有機分子２１として、図３（ｂ）に示すものを用いる点が異なっている。
Therefore, the performance can be stably exhibited even in an environment where the optical semiconductor device 1 is likely to become high temperature or under a condition where the optical semiconductor device 1 is driven for a long time.
[Embodiment 2]
The optical semiconductor device 1 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the functional
当図に示されるように、機能性有機分子２１は、第一官能基Ａ１、主鎖部Ｂ１１、主鎖部Ｂ１２、第二官能基Ｃ１が同順に結合されて構成されている。すなわち、機能性有機分子２１の構造は、Ａ１−Ｂ１１(窒素を２原子以上含有する含窒素複素環化合物またはそれらの誘導体)−Ｂ１２(アリール骨格、アセン骨格、ピレン骨格、フェナントレン骨格、フルオレン骨格の一種以上から構成される化合物またはそれらの誘導体)−Ｃ１で表される。
As shown in this figure, the functional
主鎖部Ｂ１１には、窒素を２原子以上含有する含窒素複素環化合物(イミダソール、トリアゾール、テトラゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジンまたはそれらの誘導体)の一種以上が含まれ、主鎖部Ｂ１２には、アリール骨格(フェニル、ビフェニル、ターフェニル、クオターフェニル、キンキフェニル、セキシフェニル)、アセン骨格(ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ペンタセン)、ピレン骨格、フェナントレン骨格、フルオレン骨格またはそれらの誘導体の一種以上が含まれている。 第一官能基Ａ１、第二官能基Ｃ１は、実施の形態１において機能性有機分子２１のところで説明したとおりである。
The main chain part B11 contains one or more nitrogen-containing heterocyclic compounds containing 2 or more nitrogen atoms (imidasol, triazole, tetrazole, oxadiazole, thiadiazole, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, triazine or derivatives thereof). The main chain B12 includes an aryl skeleton (phenyl, biphenyl, terphenyl, quaterphenyl, quinkiphenyl, sexiphenyl), an acene skeleton (naphthalene, anthracene, naphthacene, pentacene), a pyrene skeleton, a phenanthrene skeleton, a fluorene skeleton, or the like. One or more of the derivatives are included. The first functional group A1 and the second functional group C1 are as described in the functional
このような機能性有機分子２１も、上記実施の形態１の機能性有機分子２１と同様に、金属材料からなる支持フレーム１２の表面に第一官能基Ａ１が配向結合するので、主鎖部Ｂ１１、Ｂ１２の他方末端に配された第二官能基Ｃ１が、表面外方へ向けて配向され、自己組織化構造体としての有機被膜２０が形成される。
従って、実施の形態１と同様、有機被膜２０によって、支持フレーム１２とレンズ部１１及び封止樹脂部５との密着性が向上する。
Similarly to the functional
Therefore, as in the first embodiment, the
（主鎖部Ｂ１１について）
主鎖部Ｂ１１には、上記のように窒素を２原子以上含有する含窒素複素環系有機分子及びその類型種（イミダソール、トリアゾール、テトラゾール、チアジアゾール、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジンのうち一種以上を含む化学構造体）等を用いることができる。
(About main chain part B11)
In the main chain part B11, as described above, a nitrogen-containing heterocyclic organic molecule containing 2 or more nitrogen atoms and its type species (imidasol, triazole, tetrazole, thiadiazole, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, triazine) Including chemical structures).
窒素を２原子以上含有する含窒素複素環化合物は、化合物自身の耐熱性が高く、第一官能基Ａ１と金属との結合の熱安定性を向上させる事ができるので好適である。また、イミダゾール、トリアゾール、テトラゾール、チアジアゾール等の五員環化合物を用いれば、有機被膜を形成した後に熱履歴を加えた場合、金属内部から表面拡散しようとする金属と窒素原子中の非共有電子対が表面で錯体を形成する事により拡散金属の最表面への露出をブロックする事が発明者らの検討により明らかにされている。 A nitrogen-containing heterocyclic compound containing two or more nitrogen atoms is preferable because the compound itself has high heat resistance and can improve the thermal stability of the bond between the first functional group A1 and the metal. In addition, using a five-membered ring compound such as imidazole, triazole, tetrazole, thiadiazole, etc., when a thermal history is applied after forming an organic coating, the metal and nitrogen atoms that are trying to diffuse from the inside of the metal and the unshared electron pair in the nitrogen atom The inventors have clarified that the formation of a complex on the surface blocks the exposure of the diffusion metal to the outermost surface.
主鎖部Ｂ１１にピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジン等の六員環化合物を用いた場合、化学構造上、第一官能基Ａ１を２つ結合させる事が可能である為、第一官能基の結合力を五員環化合物の２倍相当にする事が可能となり、有機被膜自身の結合安定性を更に強くできる。その結果、有機被膜２０と支持フレーム１２との良好な結合が保たれ、熱履歴によって有機被膜２０の剥離が生じにくくなるので好適である。
When a six-membered ring compound such as pyrimidine, pyridazine, pyrazine, or triazine is used for the main chain B11, it is possible to bond two first functional groups A1 on the chemical structure. The force can be equivalent to twice that of the five-membered ring compound, and the bond stability of the organic coating itself can be further enhanced. As a result, the
このような主鎖部Ｂ１１を用いれば、有機被膜２０において隣接する機能性有機分子２１の主鎖部Ｂ１１同士の間に、強力な相互結合作用（水素結合やロンドン分散力によるスタッキング効果）が発揮され、これによって有機被膜２０自体を強化することが可能となる。すなわち、高温環境下における有機被膜２０の飛散が効果的に防止されるので、有機被膜２０の耐熱性を飛躍的に向上させることができる。
If such a main chain part B11 is used, a strong mutual bonding action (stacking effect by hydrogen bond or London dispersion force) is exerted between the main chain parts B11 of the adjacent functional
（主鎖部Ｂ１２について）
主鎖部Ｂ１２は、アリール骨格(フェニル、ビフェニル、ターフェニル、クオターフェニル、キンキフェニル、セキシフェニル)、アセン骨格(ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ペンタセン)、ピレン骨格、フェナントレン骨格、フルオレン骨格またはそれらの誘導体のうち一種以上を含む化合物、化学構造体若しくは誘導体のいずれか）等の芳香族化合物を利用できる。
(About main chain part B12)
The main chain B12 is an aryl skeleton (phenyl, biphenyl, terphenyl, quaterphenyl, quinkiphenyl, sexiphenyl), an acene skeleton (naphthalene, anthracene, naphthacene, pentacene), a pyrene skeleton, a phenanthrene skeleton, a fluorene skeleton, or a derivative thereof. Aromatic compounds such as compounds containing any one or more of them, chemical structures or derivatives) can be used.
主鎖部Ｂ１２がアリール骨格の場合、芳香族環の数が増えるほど主鎖部Ｂ１２同士の間に、強力な相互結合作用（ロンドン分散力によるπ-πスタッキング効果）が発揮され、さらに機能性有機分子２１自身の融点が高くなる為に熱安定性が著しく向上する。
また、主鎖部Ｂ１２がアセン骨格の場合、芳香環の数が増えるほどアリール骨格より強固な主鎖部Ｂ１２同士の間の相互結合作用が発揮される。それにより腐食性ガスや水分の透過性を大きく減少させる事ができる。更にアセン骨格は、芳香環の数が増加するにつれて共役系が大きくなり光の吸収スペクトルが長波長側にシフトする。それにより、銀などの短波長領域(紫外領域)に光吸収を持つ金属の変質(酸化銀の生成による黒変色等)をアセン骨格の光の吸収効果(紫外線カット効果)により抑制する事が可能になる。これは、アセン骨格で顕著に効果が表れるがアリール骨格も同様の効果を有する。
When the main chain part B12 is an aryl skeleton, the stronger the number of aromatic rings, the stronger the interlinking action (π-π stacking effect due to London dispersion force) is exerted between the main chain parts B12. Since the melting point of the
Further, when the main chain portion B12 is an acene skeleton, the mutual bonding action between the main chain portions B12 stronger than the aryl skeleton is exhibited as the number of aromatic rings increases. Thereby, the permeability of corrosive gas and moisture can be greatly reduced. Furthermore, in the acene skeleton, the conjugated system increases as the number of aromatic rings increases, and the absorption spectrum of light shifts to the longer wavelength side. As a result, alteration of metals that absorb light in the short wavelength region (ultraviolet region) such as silver (black discoloration due to the formation of silver oxide) can be suppressed by the light absorption effect (ultraviolet cut effect) of the acene skeleton. become. This is remarkably effective in the acene skeleton, but the aryl skeleton has the same effect.
さらに、ピレン骨格、フェナントレン骨格、フルオレン骨格においては芳香族環同士の相互結合作用および紫外線カット効果に加え、その光エネルギーを蛍光または燐光発光に利用する効果が強く発揮される。
主鎖部Ｂ１２に含まれる芳香環の数は１〜１０であるのが好ましく、より好ましくは２〜６が好適である。
Furthermore, in the pyrene skeleton, phenanthrene skeleton, and fluorene skeleton, in addition to the mutual bonding action of the aromatic rings and the ultraviolet cut effect, the effect of utilizing the light energy for fluorescence or phosphorescence emission is exerted strongly.
The number of aromatic rings contained in the main chain part B12 is preferably 1 to 10, more preferably 2 to 6.
主鎖部Ｂ１２を構成する芳香環の数が少な過ぎると主鎖部Ｂ１２が短すぎ、第一官能基Ａ１が支持フレーム１２に被着する際に複数の上記機能性有機分子２１どうしの間において、主鎖部Ｂ１２の有する疎水性によって当該分子同士の疎水的親和作用が弱くなり、第二官能基Ｃ１の外方への配向性が失われ易くなる。一方、主鎖部Ｂ１２を構成する芳香環の数が多過ぎると主鎖部Ｂ１２が長すぎ、有機被膜２０を形成する際に機能性有機分子２１の溶媒に対する溶解性が低下し、溶液化が難しくなるので、被膜形成しにくくなる。
（主鎖部Ｂ１１，Ｂ１２に関する詳細）
上記主鎖部Ｂ１１、Ｂ２１は、適宜側鎖が結合された構造であってもよい。
When the number of aromatic rings constituting the main chain part B12 is too small, the main chain part B12 is too short, and the first functional group A1 is attached to the
(Details about main chain parts B11 and B12)
The main chain portions B11 and B21 may have a structure in which side chains are appropriately combined.
主鎖部Ｂ１１と主鎖部Ｂ１２との間、もしくは主鎖部Ｂ１１と第二官能基Ｃ１の間に、メチレン鎖が存在すれば、分子間で互いに会合し、超分子的に炭化水素鎖の緻密な炭素鎖を形成できるので好適である。また、メチレン鎖を用いれば、比較的迅速に有機被膜を形成できることが発明者らの検討により明らかにされている。
主鎖部Ｂ１１と主鎖部Ｂ１２との間、もしくは主鎖部Ｂ１１と第二官能基Ｃ１の間に、フルオロメチレン鎖が存在すれば、疎水性がメチレン鎖よりも強いため、有機被膜形成後には支持フレーム１０２と当該被膜との間への水分の浸入が強く抑制される。その結果、有機被膜と支持フレーム１０２の良好な結合が保たれ、熱履歴によって有機被膜の剥離が生じにくくなるので好適である。
If a methylene chain is present between the main chain part B11 and the main chain part B12 or between the main chain part B11 and the second functional group C1, they are associated with each other between the molecules, and the hydrocarbon chain is supramolecularly. This is preferable because a dense carbon chain can be formed. Further, it has been clarified by the inventors that a methylene chain can be used to form an organic coating relatively quickly.
If a fluoromethylene chain is present between the main chain part B11 and the main chain part B12 or between the main chain part B11 and the second functional group C1, the hydrophobicity is stronger than the methylene chain. The water penetration between the
主鎖部Ｂ１１と主鎖部Ｂ１２との間、もしくは主鎖部Ｂ１１と第二官能基Ｃ１の間に、シロキサン鎖が存在すれば、耐熱性および耐候性に優れる特性が発揮される。このため、例えば半導体素子等の実装工程において、有機被膜が比較的高温環境下に曝された場合にも、当該被膜自体の変質・損傷の防止効果が奏される。
なお、主鎖部Ｂ１１と主鎖部Ｂ１２との間、もしくは主鎖部Ｂ１１と第二官能基Ｃ１の間に、グリコール鎖が存在する場合、水等の極性溶媒に簡単に溶解させることができるという利点、並びに親水性基の相互作用による強固な有機被膜を形成できる利点を有する。
また、主鎖部Ｂ１１と主鎖部Ｂ１２との間、もしくは主鎖部Ｂ１１と第二官能基Ｃ１の間に、エーテル、チオエーテル、ケトン、チオケトン、第二級アミン、第三級アミン、アミド、スルホンが介されていても同様に分子内の原子の回転を容易する事ができ、さらに水素結合等の分子間相互作用により主鎖部の配向性および緻密性を向上させることもできる。
If a siloxane chain is present between the main chain part B11 and the main chain part B12, or between the main chain part B11 and the second functional group C1, characteristics excellent in heat resistance and weather resistance are exhibited. For this reason, for example, in the process of mounting a semiconductor element or the like, even when the organic coating is exposed to a relatively high temperature environment, an effect of preventing the alteration and damage of the coating itself is exhibited.
In addition, when a glycol chain exists between the main chain part B11 and the main chain part B12 or between the main chain part B11 and the second functional group C1, it can be easily dissolved in a polar solvent such as water. As well as the advantage that a strong organic film can be formed by the interaction of hydrophilic groups.
Further, between the main chain part B11 and the main chain part B12, or between the main chain part B11 and the second functional group C1, ether, thioether, ketone, thioketone, secondary amine, tertiary amine, amide, Even if a sulfone is interposed, the rotation of atoms in the molecule can be facilitated, and the orientation and denseness of the main chain can be improved by intermolecular interaction such as hydrogen bonding.
主鎖部Ｂ１にグリコール鎖を有する場合も、親水性の相互作用による有機被膜を形成でき、水等の極性溶媒に簡単に溶解させることができる利点を有する。従って、主鎖部Ｂ１に、グリコール鎖、またはメチレン鎖、フルオロメチレン鎖、シロキサン鎖の内の一種以上とグリコール鎖とで構成されたものを用いることも好適である。
なお、以上の実施の形態１，２で説明した機能性有機分子２１における主鎖部Ｂ１、機能性有機分子２１における主鎖部Ｂ１１、Ｂ１２は、含まれていなくても良く、第一官能基および第二官能基のみで構成される機能性分子を適用することも可能である。
Also when the main chain part B1 has a glycol chain, an organic film by hydrophilic interaction can be formed, and there is an advantage that it can be easily dissolved in a polar solvent such as water. Therefore, it is also preferable to use a main chain portion B1 composed of one or more of a glycol chain, a methylene chain, a fluoromethylene chain, and a siloxane chain and a glycol chain.
The main chain part B1 in the functional
本発明は、支持フレーム付きレンズとして有用であり、特にＬＥＤ装置用のレンズに適している。 The present invention is useful as a lens with a support frame, and is particularly suitable for a lens for an LED device.
１ 光半導体装置
Ｂ１ 主鎖部Ｂ
Ａ１ 第一官能基
Ｃ１ 第二官能基
２ ベース
Ｂ１１，Ｂ１２ 主鎖部
３ ＬＥＤ素子
４ ボンディングワイヤ
５ 封止樹脂部
１０ 支持フレーム付きレンズ
１１ レンズ部
１１ａ ドーム部
１１ｂ ベース部
１２ 支持フレーム
２０ 有機被膜
２１ 機能性有機分子
1 Optical Semiconductor Device B1 Main Chain B
A1 1st functional group C1 2nd functional group 2 Base B11, B12 Main chain part 3 LED element 4 Bonding wire 5
Claims (5)
前記支持フレームの表面に、機能性有機分子が自己組織化することによって有機被膜が形成され、当該有機被膜を形成する機能性有機分子を介して支持フレームと前記レンズ部が化学結合されていることを特徴とする支持フレーム付きレンズ。 It consists of a lens part and a support frame that supports the lens part,
An organic coating is formed by self-organizing functional organic molecules on the surface of the support frame, and the support frame and the lens unit are chemically bonded via the functional organic molecules forming the organic coating. A lens with a support frame.
主鎖部の一端に前記支持フレームの表面と結合する第一官能基を有し、他端に上記レンズ部を構成する材料と結合する第二官能基を有することを特徴とする請求項１に記載の支持フレーム付きレンズ。 The functional organic molecule is
The first functional group that binds to the surface of the support frame at one end of the main chain portion, and the second functional group that binds to the material constituting the lens portion at the other end. The lens with a support frame as described.
前記主鎖部は、
メチレン鎖、フルオロメチレン鎖、シロキサン鎖、グリコール鎖、アリール骨格、又はアセン骨格を一種以上を含み、
前記第一官能基は、
チオール、チオール化合物、スルフィド化合物、含窒素複素環化合物、またはこれら化合物の誘導体を一種以上含み、
前記第二官能基は、
水酸基を有する化合物、カルボン酸を有する化合物、酸無水物を有する化合物、第一級アミンを有する化合物、第二級アミンを有する化合物、第三級アミンを有する化合物、第四級アンモニウム塩を有する化合物、アミド基を有する化合物、イミド基を有する化合物、ヒドラジド基を有する化合物、イミン基を有する化合物、アミジン基を有する化合物、イミダゾールを有する化合物、トリアゾールを有する化合物、テトラゾールを有する化合物、チオール基を有する化合物、スルフィド基を有する化合物、ジスルフィド基を有する化合物、ジアザビシクロアルケンを有する化合物、有機フォスフィン化合物、有機フォスフィン化合物三フッ化ホウ素アミン錯体を有する化合物、またはこれら化合物の誘導体を一種以上含むことを特徴とする請求項２記載の支持フレーム付きレンズ。 In the functional organic molecule,
The main chain portion is
Including one or more methylene chain, fluoromethylene chain, siloxane chain, glycol chain, aryl skeleton, or acene skeleton,
The first functional group is
Including one or more thiols, thiol compounds, sulfide compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds, or derivatives of these compounds,
The second functional group is
Compound having hydroxyl group, compound having carboxylic acid, compound having acid anhydride, compound having primary amine, compound having secondary amine, compound having tertiary amine, compound having quaternary ammonium salt A compound having an amide group, a compound having an imide group, a compound having a hydrazide group, a compound having an imine group, a compound having an amidine group, a compound having an imidazole, a compound having a triazole, a compound having a tetrazole, and a thiol group A compound having a sulfide group, a compound having a disulfide group, a compound having a diazabicycloalkene, an organic phosphine compound, an organic phosphine compound, a compound having a boron trifluoride amine complex, or a derivative of these compounds. Characterize Motomeko second support frame with lens according.
請求項１記載の支持フレーム付きレンズが、前記光半導体素子の上方に設けられてなる光半導体装置。 An optical semiconductor element is mounted on the base,
An optical semiconductor device, wherein the lens with a support frame according to claim 1 is provided above the optical semiconductor element.
当該封止樹脂は、前記支持フレームと接触していることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。
A sealing resin is filled between the lens with the support frame and the optical semiconductor element,
The optical semiconductor device according to claim 4, wherein the sealing resin is in contact with the support frame.
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