JP2012046714A - 半導体発光装置用樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形した成形体と金属フレームなどとの間の接着性が改良された半導体発光装置用樹脂組成物を提供することを課題とする。
【解決手段】常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンに、シラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物を含有させた組成物を用いることで上記課題を解決する。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を備えた半導体発光装置に用いられる樹脂組成物に関する。また、該樹脂組成物を膜状に成形してなる接着性フィルムに関する。加えて、該樹脂組成物を硬化させてなる硬化物と金属プレートを有する半導体発光装置用部材、及び該半導体発光装置用部材と金属配線とを備える半導体発光装置用パッケージに関する。
半導体発光素子を備える半導体発光装置は図1に示す様に半導体発光素子1、樹脂成形体2、ボンディングワイヤー3、蛍光体層4、リードフレーム5等から構成される。また、パッケージは、リードフレームなどの導電性金属配線及び絶縁性の樹脂成形体からなる。
従来、樹脂成形体に用いる絶縁性材料はポリアミド等の熱可塑性樹脂に白色顔料を配合したものが一般的に用いられてきた(例えば特許文献1参照)。発光に指向性が求められる半導体発光装置は、半導体発光素子より目的とする向きへ発せられた光だけでなく、それ以外の光を樹脂成形体やリードフレームなどの金属配線、及び反射材等で目的の向きに反射させ、発光効率を上げている。ポリアミドなどの熱可塑性樹脂が透光性であるために、樹脂成形体で反射させる際は樹脂に白色顔料を配合することで、樹脂と白色顔料の屈折率の差を利用し半導体発光素子からの光を反射し半導体発光装置としての発光効率を上げている。
上記特許文献1では、白色顔料を使用した場合であっても、白色顔料の種類によってはその反射効率が十分でなく吸収や透過する光線も出てしまうため、結果として半導体発光素子からの光を目的の向きに集中できずに半導体発光装置としての効率が下がってしまう場合があった。
また、ポリアミドを用いたパッケージは、ポリアミドが熱可塑性樹脂であり、環境問題より融点の高い鉛フリー半田が積極的に使用されリフロー温度が高くなる傾向にある現状ではその熱により軟化してしまうため耐熱性に問題がある。また、ポリアミドは紫外線、熱により、光劣化、熱劣化が起こるため、近年実用化が進んでいる青色〜近紫外線半導体発光素子のようなエネルギーの高い波長領域まで発光域を持つ発光素子を用いた場合、光による劣化が特に問題となる。また、より明るい発光素子が求められている現状においては、半導体発光素子から発せられる光束の大きな光、発熱により、熱劣化、光劣化の問題がより顕在化する。
一方、耐熱性が求められる場合は焼結されたアルミナを配合したセラミックが絶縁材料として用いられる(例えば特許文献2参照)。セラミックを用いたパッケージは耐熱性が良いが、製造に際し成形後に高温での焼結工程が必要である。焼結工程では電気代などのコスト面での問題や、焼結により成形体の大きさ、形状が変化するために不良品が出やすく量産性に問題があった。
これに対して近年、樹脂にポリオルガノシロキサンを用い、白色顔料として酸化チタンを用いたシリコーン樹脂組成物を成形したケースも提案されている(例えば特許文献3参照)。樹脂にポリオルガノシロキサンを用いる事により、ポリアミドを用いたものと比べ耐熱性の向上が図られる。
特開2002−283498号公報 特開2004−288937号公報 特開2009−155415号公報
樹脂にポリオルガノシロキサンを用いている上記特許文献3においては、白色顔料に酸化チタンを用いているので次の様な問題が生じる。まず、樹脂組成物を調製する工程において、樹脂であるポリオルガノシロキサンに酸化チタンを配合し混合する場合には、酸化チタンの樹脂に対する分散性が低い。このため、樹脂組成物を硬化した後の樹脂成形体において、酸化チタンが均一に分散しておらず樹脂成形体内での反射率に分布があり、その結果半導体発光装置から発せられる光線の均一性の点で問題がある。
また、酸化チタンは光触媒性があるために、波長470nm程度以下の半導体発光素子を用いる際に、半導体発光素子やそれに励起される蛍光体の発光により酸化チタン粒子近傍の樹脂成形体が劣化する。そのため、青色領域の光を発する半導体発光素子、及び近紫外領域の光を発する半導体発光素子を用いた場合に、樹脂成形体の耐光性が著しく損なわれる。
さらに、酸化チタンは近紫外領域に吸収波長を持つために色が黄色味を帯びている。これは半導体発光素子からの発光スペクトルを変化させ、白色性、演色性に問題を生じさせる。特に現在積極的に研究されている白色半導体発光装置では白色性、演色性が大きな要求事項となっており、この点に於いても不利である。
一方、上記説明したように、半導体発光装置では半導体発光素子からの発熱があり、特に明るい発光素子が求められる場合にはその発熱も大きくなる。そのため、発熱により樹脂成形体が膨張することで半導体発光装置のパッケージが膨張し、樹脂成形体とリードフレームとの線膨張係数の差によって樹脂成形体からリードフレームや封止材、蛍光体層が剥がれやすくなるという新たな問題が生じた。上記特許文献3では、耐熱性の問題については一定の解決がされているものの、半導体発光装置における樹脂成形体と金属フレームなどとの接着性そのものについては検討されていない。本発明は、成形した成形体と金属フレームなどとの間の接着性が改良された半導体発光装置用樹脂組成物を提供するものである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンに、シラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物を含有させた組成物を用いることで上記課題を解決できることを見出した。
即ち本発明は以下のとおりである。
(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物を含有することを特徴とする半導体発光装置用樹脂組成物。
更に、(B−1)一次粒子のアスペクト比が1.2〜4.0であるアルミナ、及び/又は(B−2)シリカ粉末を含有することが好ましい態様である。
また、前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の軟化点及び/又は融点が30℃以上、200℃以下であることが好ましい態様である。
また、前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の合計量に対するシラノール基及び保護されたシラノール基の含有量が、0.05重量%以上、2.5重量%以下であることが好ましい態様である。
また、前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンの硬化温度が60℃以上150℃以下であることが好ましい態様であり、前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンと、前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の含有比(A−1)/(A−2)(重量比)が99/1〜30/70であることが好ましい態様である。
また、前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の合計量100重量部あたりの前記(B−1)アルミナの含有量は、20重量部以上900重量部以下であることが好ましい態様である。
また、本発明の別の態様は、上記半導体発光装置用樹脂組成物を膜状に成形してなる接着性フィルムである。
また、上記半導体発光装置用樹脂組成物を硬化させてなる硬化物と金属プレートを有する半導体発光装置用部材であり、該半導体発光装置用部材と金属配線とを備える半導体発光装置用パッケージである。
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、成形した樹脂成形体と金属フレームなどとの間の接着性を向上することができる。
半導体発光装置の一態様の概略を示す図である。 半導体発光装置の一態様の概略を示す図である。
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン(以下、単に(A−1)ポリオルガノシロキサンともいう。)、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物(以下、単に(A−2)シラノール基含有化合物ともいう。)を含有する。また、本発明の接着性フィルムは、上記樹脂組成物を膜状に成形してなる。また、本発明の半導体発光装置用パッケージは、上記半導体発光装置用樹脂組成物を硬化させてなる硬化物及び金属プレートを有する半導体発光装置用部材と金属配線を備える。
<1.樹脂組成物>
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物を含有する。また、硬化後の半導体発光装置における用途に応じて、(B)フィラー、(C)硬化触媒、(D)その他成分を加えることができる。
<2.(A−1)ポリオルガノシロキサン>
本発明におけるポリオルガノシロキサンとは、ケイ素原子が酸素を介して他のケイ素原子と結合した部分を持つ構造に有機基が付加している高分子物質を指す。本発明では、ポリオルガノシロキサンは常温常圧下において液状である。常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンを用いることで塗布・成形工程における流動性が改良され、材料としての取扱いが容易となる。常温常圧下において固体のポリオルガノシロキサンは、一般的に硬化物としての硬度は比較的高いものの、破壊に要するエネルギーが小さく靭性が低いものや、耐光性、耐熱性が不十分で光や熱により変色しやすいものが多いが、液状のものはこのような問題が起きにくく、好ましい。
なお、上記常温とは20℃±15℃(5〜35℃)の範囲の温度をいい、常圧とは大気圧に等しい圧力をいい、ほぼ一気圧である。また、液体とは流動性の有る状態をいう。
上記ポリオルガノシロキサンは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、例えば以下に示す一般組成式(1)で表される化合物や、その混合物が挙げられる。
(R123SiO1/2M(R45SiO2/2D(R6SiO3/2T(SiO4/2Q ・・・(1)
ここで、上記式(1)中、R1からR6は独立して、有機官能基、水酸基、水素原子から選択される。またM、D、TおよびQは0から1未満であり、M+D+T+Q=1を満足する数である。
主なポリオルガノシロキサンを構成する単位は、1官能型[R3SiO0.5](トリオルガノシルヘミオキサン)、2官能型[R2SiO](ジオルガノシロキサン)、3官能型[RSiO1.5](オルガノシルセスキオキサン)、4官能型[SiO2](シリケート)であり、これら4種の単位の構成比率を変えることにより、ポリオルガノシロキサンの性状の違いが出てくるので、所望の特性が得られるように適宜選択し、ポリオルガノシロキサンの合成を行う。
上記構成単位が1〜3官能型のポリオルガノシロキサンは、オルガノクロロシラン(一般式RnSiCl4-n(n=1〜3))と呼ばれる一連の有機ケイ素化合物をもとにして合成することができる。例えば、メチルクロロシランは塩化メチルとケイ素SiとをCu触媒下高温で直接反応させて合成することができ、また、ビニル基などの有機基を持つシラン類は、一般の有機合成化学の手法によって合成することができる。
単離されたオルガノクロロシランを、単独で、あるいは任意の割合で混合し、水により加水分解を行うとシラノールが生成し、このシラノールが脱水縮合するとシリコーンの基本骨格であるポリオルガノシロキサンが合成される。
ポリオルガノシロキサンは、硬化触媒の存在下で、熱エネルギーや光エネルギー等を与えることにより硬化させる事ができる。ここで硬化とは、流動性を示す状態から、流動性を示さない状態に変化することをいい、例えば、対象物を水平より45度傾けた状態で30分間静置しても流動性がある状態を未硬化状態といい、全く流動性がない状態を硬化状態として判断することができる。
本発明に用いるポリオルガノシロキサンは、硬化温度が60℃以上150℃以下のものが好ましい。また、その硬化時間は、前記温度条件において3分以上3時間以下であるものがより好ましい。
ポリオルガノシロキサンは、硬化のメカニズムにより分類すると、通常、付加重合硬化タイプ、縮重合硬化タイプ、紫外線硬化タイプ、パーオキサイド架橋タイプなどのポリオルガノシロキサンを挙げることができる。これらの中では、付加重合硬化タイプ(付加型ポリオルガノシロキサン)、および縮合硬化タイプ(縮合型ポリオルガノシロキサン)が好適である。中でも、副生成物の発生が無く、また、反応が可逆性でないヒドロシリル化(付加重合)によって硬化する付加型ポリオルガノシロキサンがより好適である。これは、成形加工時に副生成物が発生すると、成形容器内の圧を上昇させたり、硬化後の材料中に泡として残存したりする傾向にあるからである。
以下、付加型ポリオルガノシロキサン、および縮合型ポリオルガノシロキサンについて説明する。
<2−1.付加型ポリオルガノシロキサン>
付加型ポリオルガノシロキサンとは、ポリオルガノシロキサン鎖が、有機付加結合により架橋されたものをいう。代表的なものとしては、例えばビニルシラン等の(C1)アルケニル基を有する珪素含有化合物と、例えばヒドロシラン等の(C2)ヒドロシリル基を含有する珪素化合物とを総ヒドロシリル基量が0.5倍以上、2.0倍以下となる量比で混合し、(C3)Pt触媒などの付加縮合触媒の存在下反応させて得られるSi−C−C−Si結合を架橋点に有する化合物等を挙げることができる。
(C1)アルケニル基を有する珪素含有化合物としては、下記一般式(2)
nSiO[(4-n)/2] ・・・(2)
で表わされる、1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個有するポリオルガノシロキサンが挙げられる。
ただし、式(2)中、Rは同一または異種の置換または非置換の1価炭化水素基、アルコキシ基、または水酸基で、nは1≦n<2を満たす正の数である。
上記(C1)アルケニル基を有する珪素含有化合物中のRにおけるアルケニル基は、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基などの炭素数2〜8のアルケニル基であることが好ましい。Rが炭化水素基である場合は、メチル基、エチル基などのアルキル基、ビニル基、フェニル基等の炭素数1〜20の1価炭化水素基から選択される。好ましくは、メチル基、エチル基、フェニル基である。
Rのそれぞれは異なっても良いが、耐紫外線(UV)性が要求される場合には、上記式中Rのうちの65モル%以上がメチル基であることが好ましく(つまり、Siが1個(モル数)に対してメチル基以外の官能基の含有数として0.35個(モル)以下であることが好ましい。)、上記式中Rのうちの80モル%以上がメチル基であることがより好ましい。Rは炭素数1〜8のアルコキシ基や水酸基であってもよいが、アルコキシ基や水酸基の含有率は、(C1)アルケニル基を有する珪素含有化合物の10重量%以下であることが好ましい。また、nは1≦n<2を満たす正の数であるが、この値が2以上であると樹脂組成物とリードフレーム等の導電体との接着に十分な強度が得られなくなり、1未満であるとこのオルガノポリシロキサンの合成が困難になる。
上記(C1)アルケニル基を有する珪素含有化合物としては、例えばビニルシラン、ビニル基含有ポリオルガノシロキサンを挙げることができ、これらを1種単独で、または2種以上を任意の比率および組み合わせで用いることができる。上記の中でも分子内に2個以上のビニル基を有するビニル基含有ポリオルガノシロキサンが好ましい。
分子内に2個以上のビニル基を有するビニル基含有ポリオルガノシロキサンとして具体的には以下のものが挙げられる。
両末端ビニルポリジメチルシロキサン
DMS−V00、DMS−V03、DMS−V05、DMS−V21、DMS−V22、DMS−V25、DMS−V31、DMS−V33、DMS−V35、DMS−V41、DMS−V42、DMS−V46、DMS−V52(いずれもGelest社製)
両末端ビニルジメチルシロキサン−ジフェニルシロキサンコポリマー
PDV−0325、PDV−0331、PDV−0341、PDV−0346、PDV−0525、PDV−0541、PDV−1625、PDV−1631、PDV−1635、PDV−1641、PDV−2331、PDV−2335(いずれもGelest社製)
両末端ビニルフェニルメチルシロキサン
PMV−9925(Gelest社製)
トリメチルシリル基封鎖ビニルメチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー
VDT−123、VDT−127、VDT−131、VDT−153、VDT−431、VDT−731、VDT−954(いずれもGelest社製)
ビニルT−構造ポリマー
VTT−106、MTV−124(いずれもGelest社製)
また、(C2)ヒドロシリル基を有する珪素含有化合物としては、例えばヒドロシラン、ヒドロシリル基含有ポリオルガノシロキサンを挙げることができ、これらを1種単独で、または2種以上を任意の比率および組み合わせで用いることができる。上記の中でも分子内に2個以上のヒドロシリル基を有するヒドロシリル基含有ポリオルガノシロキサンが好ましい。
分子中に2個以上のヒドロシリル基を含有するポリオルガノシロキサンとして具体的には以下のものが挙げられる。
両末端ヒドロシリルポリジメチルシロキサン
DMS−H03、DMS−H11、DMS−H21、DMS−H25、DMS−H31、DMS−H41(いずれもGelest社製)
両末端トリメチルシリル封鎖メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーHMS−013、HMS−031、HMS−064、HMS−071、HMS−082、HMS−151、HMS−301、HMS−501(いずれもGelest社製)
本発明における上記(C1)アルケニル基を有する珪素化合物および(C2)ヒドロシリル基を有する珪素化合物の使用量は、(C1)アルケニル基を有する珪素化合物1モル(アルケニル基のモル数)に対して、(C2)ヒドロシリル基を有する珪素化合物(ヒドロシリル基のモル数)が通常0.5モル以上であり、好ましくは0.7モル以上、より好ましくは0.8モル以上であり、また、通常3.0モル以下、好ましくは2.0モル以下、より好ましくは1.5モル以下である。アルケニル基に対するヒドロシリル基のモル数をコントロールすることにより硬化後の未反応末端基の残存量を低減し、点灯使用時の着色や剥離等の経時変化が少ない硬化物を得ることができる。
また、ヒドロシリル化を起こす反応点(架橋点)の個数は、アルケニル基およびヒドロシリル基ともに白色顔料を含まない樹脂自体中において0.15mmol/g以上、20mmol/g以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.25mmol/g以上、10mmol/g以下である。
また、後述するアルミナ等の添加前の樹脂の粘度としては、取り扱いのし易さから、通常100,000mPa・s以下、好ましくは20,000mPa・s以下、さらに好ましくは10,000mPa・s以下である。下限は特には制限されないが、揮発度(沸点)との関係上一般的には15mPa・s以上である。
さらに、ポリスチレンを標準物質として測定したゲルパーミエーションクロマトグラフィーでの重量平均分子量として、樹脂の平均分子量は500以上、100,000以下であることが好ましい。より好ましくは700以上50,000以下である。さらに、揮発成分を少なくする(他部材との接着性を維持するため)目的から1,000以上、また、成形前の材料の取扱いのし易さから10,000以下であることがより好ましい。最も好ましくは5,000以下である。
<2−2.縮合型ポリオルガノシロキサン>
縮合型ポリオルガノシロキサンとしては、例えば、アルキルアルコキシシランの加水分解・重縮合で得られるSi−O−Si結合を架橋点に有する化合物を挙げることができる。具体的には、下記一般式(3)および/若しくは(4)で表わされる化合物、並びに/またはそのオリゴマーを加水分解・重縮合して得られる重縮合物が挙げられる。
SiXn1 4-n ・・・(3)
式(3)中、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、nは、X基の数を表わす1以上の整数を表わす。但し、4≧nである。
(SiXt1 4-t-1u2 ・・・(4)
式(4)中、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、Y2は、u価の有機基を表わし、tは、1以上、3以下の整数を表わし、uは、2以上の整数を表わす。
縮合型ポリオルガノシロキサンは公知のものを使用することができ、例えば、特開2006−77234号公報、特開2006−291018号公報、特開2006−316264号公報、特開2006−336010号公報、特開2006−348284号公報、および国際公開2006/090804号パンフレットに記載の半導体発光デバイス用部材が好適である。
縮合型ポリオルガノシロキサンの中で、特に好ましい材料について、以下に説明する。
ポリオルガノシロキサンは、一般に半導体発光装置に用いた場合、半導体発光素子や半導体素子を配置する基板、樹脂成形体等との接着性が弱いことがあるが、これらと密着性が高いポリオルガノシロキサンとするため、特に、以下の[1]および[2]のうち1つ以上の特徴を有する縮合型ポリオルガノシロキサンが好ましい。
[1]ケイ素含有率が20重量%以上である。
[2]測定した固体Si−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、下記(a)および/または(b)のSiに由来するピークを少なくとも1つ有する。
(a)ピークトップの位置がジメチルシリコーンゴムのジメチルシロキシケイ素を基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク。
(b)ピークトップの位置がジメチルシリコーンゴムのジメチルシロキシケイ素を基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク。
本発明においては、上記の特徴[1]および[2]のうち、特徴[1]を有する縮合型ポリオルガノシロキサンが好ましい。さらに好ましくは、上記の特徴[1]および[2]を有する縮合型ポリオルガノシロキサンが好ましい。
なお、縮合型ポリオルガノシロキサンにおいては、縮合反応の進行に伴い脱離成分が発生するが、成形加工方法により、該成分の成形加工性への影響が大きくない場合に用いることができる。その場合には、特に縮合型ポリオルガノシロキサン中のシラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物中における(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンの含有量は、組成物として液状となり、かつ熱硬化等により成形が可能な限り特段限定されないが、通常、樹脂組成物中に10重量%以上含有し、20重量%以上が好ましく、25重量%以上が更に好ましく、特に30重量%以上が好ましい。一方上限値は、(A−2)シラノール基含有化合物の含有量にも関連するが通常99重量%以下であり、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下、更に好ましくは40重量%以下である。
<3.(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する化合物>
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物(以下、「(A−2)シラノール基含有化合物」と称する場合がある。)を含有する。
シラノール基は、金属表面に存在する水酸基などに対して水素結合が可能な官能基であり、シラノール基を有する化合物を本発明の組成物中に含むことで金属やガラスなど、表面に水酸基を有するものと強固に接着する性質を有する。そのため、本発明の組成物を硬化させた硬化物はリードフレームなどの金属配線との間で高い接着力を示す。また、本発明の樹脂組成物は膜状に成形することで、金属やガラスを接着する接着性フィルムとしても用いることができる。
樹脂組成物の接着力を向上させる手段として、シランカップリング剤を用いる技術が知られている。シランカップリング剤は常温常圧下で液状であり、固化する過程で偏析が発生してシランカップリング剤が界面付近に集まる。そのため、シランカップリング剤を用いた場合には、高温条件としなければ組成物が硬化し難い傾向にあり、十分な接着力が発現しないという問題点があった。一方、本発明の(A−2)シラノール基含有化合物を含有させた組成物は、比較的低温で硬化した場合であっても接着力が発現するという知見を発明者らは得た。具体的には、その融点以上で硬化すれば接着力を発揮することができる。好ましい硬化温度は、(A−2)シラノール基含有化合物が、1時間程度で重合を完了する温度(例えば、150℃より高く、200℃以下)である。あまり温度が高いと、(A−1)ポリオルガノシロキサンが硬化する前に、(A−2)シラノール基含有化合物が硬化して、十分な接着力が得られないことがある。
上記(A−2)シラノール基含有化合物に含まれるシラノール基は、保護されたシラノール基であってもよい。シラノール基は反応性が高く、目的の反応が生起する前にそれ以外の反応が起こる場合がある。そのため、目的外の反応を防ぎ、また融点を調整するために低級アルコールによりシラノール基を保護する必要がある場合が存在し、本発明の(A−2)シラノール基含有化合物中に含まれるシラノール基には保護されたシラノール基も含まれる。なお、シラノール基を保護する低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、(イソ)プロパノール、(ターシャリー)ブタノールなどが挙げられ、シラノール基はこれらの低級アルコールによりエーテル化することで保護される。
本発明の(A−2)シラノール基含有化合物中、シラノール基及び保護されたシラノール基の含有量は、通常0.1重量%以上、好ましくは3.5重量%以上、より好ましくは20重量%以上であり、一方、上限値は70重量%以下、好ましくは65重量%以下、より好ましくは45重量%以下である。この範囲よりシラノール基及び保護されたシラノール基の量が多い場合には、得られる半導体発光装置用樹脂組成物の貯蔵安定性や耐熱性が損なわれたり、硬化時の体積減少が顕著となり、接着性が悪化したりすることがある。一方、この範囲よりも少ないと十分な接着性が得られない傾向にある。
(A−2)シラノール基含有化合物中がシラノール基を有しているか否か、および(A−2)シラノール基含有化合物中のシラノール基の含有量は、NMRにより測定することができる。具体的には、1H−NMR(溶媒:重アセトン)で、アルコキシ基の水素を分離・定量し、併せて29Si−NMR(溶媒:重アセトン)により、ケイ素原子に直接結合する基の種類(アルキル基/アルコキシ基)が判定できる。これらの結果を総合して解析・定量することで、シラノール基の含有量を測定できる。
上記(A−2)シラノール基含有化合物は常温常圧下において固体で存在する。(A−2)シラノール基含有化合物が液状である場合には、(A−1)ポリオルガノシロキサンの硬化中に、液状の化合物が(A−1)ポリオルガノシロキサンの表面に移動して油状成分の滲み出し(ブリード)が生じる。この現象は、(A−1)ポリオルガノシロキサンが縮合型の場合には、(A−1)ポリオルガノシロキサンの硬化に、より長時間を要するため顕著となる。本発明の樹脂組成物では、上記(A−2)シラノール含有化合物として常温常圧下で固体のものを用いることで、ブリードを防ぐことができる。
また、上記(A−2)シラノール基含有化合物は重合物であることが好ましい。重合物を採用することで、(A−1)ポリオルガノシロキサンとの反応速度を遅くし発泡を抑止することが可能となる。重合物の中でも特に三官能架橋性オリゴマーを採用することで硬化後の硬度を上昇させることができ、樹脂組成物を膜状に成形した際にも、傷つきにくいものとすることができる。
また、上記(A−2)シラノール基含有化合物が重合物であることが好ましい理由は、発泡の抑制による膜質の維持や硬度向上の容易さといった利点に加え、本発明の(A−1)ポリオルガノシロキサン骨格形成よりも反応速度が遅いことで、ポリオルガノシロキサン骨格の相中で(A−2)シラノール基含有化合物が未硬化の状態で分散できるため、後にそれらが高分子化合物を形成して硬化することでポリオルガノシロキサン骨格中で局次の架橋構造を形成し、それらがポリオルガノシロキサン骨格と金属とを強固に結び付けるアンカー効果が期待されるためである。
上記(A−2)シラノール基含有化合物が重合物である場合には、その揮発性と反応性とのバランスから重合度は10以上、150以下であることが好ましく、40以上、130以下であることがより好ましく、50以上、120以下であることがさらに好ましい。
なお、(A−2)シラノール基含有化合物が重合物でない場合、(A−2)シラノール基含有化合物は150℃〜200℃で30分〜3時間加熱することで重合して、融点が150℃以上、好ましくは200℃以上の重合物を生成するものが好ましい。
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物中、上記(A−2)シラノール基含有化合物の含有量は、通常0.1重量%以上であり、10重量%以上、特に15重量%以上であることが好ましい。また、通常50重量%以下であり、30重量%以下、特に20重量%以下であることが好ましい。0.1重量%未満では接着性が不足する傾向にあり、50重量%を超える場合には、透明性が劣る傾向にあり、さらにシラノールの残存量が体積減少率へ影響することから、樹脂残存量が減少することもある。
また、上記(A−2)シラノール基含有化合物の軟化点及び/又は融点は、30℃以上であることが好ましく、より好ましくは75℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、また、200℃以下であることが好ましく、より好ましくは150℃以下である。なお、本発明の(A−2)シラノール基含有化合物が単一の化合物である場合には固体から液体に状態が変化する温度として上記「融点」を用いるが、樹脂などの場合であって「融点」が明確に測定できない場合には、「軟化点」を用いて固体から液体に変化する温度とする。
なお、上記軟化点は、例えばヤナコ製微量融点測定装置MP−S3等の市販の融点計により測定することができる。
また、上記(A−2)シラノール基含有化合物の樹脂組成物中における分散粒子径は特段限定されるものではないが、通常0.5μm以上であり、1μm以上であることが好ましい。また、通常200μm以下であり、30μm以下であることが好ましい。なお、上記分散粒子径は、例えばレーザー散乱・回折式粒度分布計(レーザー・ミクロンナイザーLMS2000(セイシン精機))等の粒径分析装置により測定することができる。
上記(A−2)シラノール基含有化合物の具体例としては、例えば信越化学工業社製「KR220L」「KR242A」「KC89」「KR500」「KR400」「KR251」、モメンティヴ・パフォーマンス・マテリアルズ社製「TSE3972」、ダウ・コーニング社製「BY16−873」、「PRX413」が挙げられる。なお、これらを予め重合して用いたり、溶媒を除いた上で用いてもよい。
また、(A−2)シラノール基含有化合物として、ポリオルガノシロキサンを用いる場合、上記(A−1)ポリオルガノシロキサンとしては、付加型のポリオルガノシロキサンを用いることが好ましい。中でも、(A−2)シラノール基含有化合物よりも低い温度で硬化するものが好ましく、具体的には、30℃以上、200℃以下で熱硬化する付加型ポリオルガノシロキサンが好ましく、150℃3時間以下で硬化するものがより好ましく、更に好ましくは150℃1時間以下、特に好ましくは150℃30分以下、最も好ましくは150℃3分以下で熱硬化する付加型ポリオルガノシロキサンを用いることが良い。
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、(A−1)ポリオルガノシロキサン、および(A−2)シラノール含有化合物の合計量に対する、シラノール基及び保護されたシラノール基の含有量の合計が0.05重量%以上、2.5重量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1重量%以上、1重量%以下である。シラノール基及び保護されたシラノール基の含有量が0.05重量%未満の場合には、十分な接着力が得られない傾向にあり、2.5重量%を超えると接着性改良効果が飽和する傾向にある。
また、本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、(A−1)ポリオルガノシロキサンと(A−2)シラノール含有化合物との含有比(重量比)が、(A−1)/(A−2)=99/1〜30/70であることが好ましく、より好ましくは90/10〜50/50、特に好ましくは85/15〜60/40である。
99/1よりも(A−1)ポリオルガノシロキサンの含有量が多い場合には、本発明の樹脂組成物の接着性が不足する傾向にある。また、30/70よりも(A−1)ポリオルガノシロキサンの含有量が少ない場合には、硬化の際の発泡現象や収縮が現れる傾向にあり、得られる硬化物の性状が悪化する傾向にある。
<4.(B)フィラー>
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、用途に応じて(B)フィラーを含有することができる。(B)フィラーは、樹脂の硬化を阻害しない公知の顔料を適宜選択する事ができる。具体的には、(B−1)アスペクト比が1.2〜4.0であるアルミナ、及び/又は(B−2)シリカ粉末を含有することが好ましい。
<4−1.(B−1)アルミナ>
本発明の樹脂組成物で好ましく用いられるアルミナは、アルミニウムの酸化物をいい、その結晶形態は問わないが、化学的に安定、融点が高い、機械的強度が大きい、硬度が高い、電気絶縁抵抗が大きい等の特性を持つαアルミナが好適に使用できる。
アルミナ中にアルミニウム、酸素以外の元素を不純物として含む場合には、可視光領域に吸収を持つために着色するために好ましくない。例えばわずかでもクロムを含有すると一般にルビーと呼ばれ赤色を呈し、鉄やチタンを不純物として含有すると一般にサファイアと呼ばれ青色を呈する。本発明におけるアルミナは、クロム、鉄、チタンの含有量がそれぞれ0.02%以下、好ましくは0.01%以下のものを使用することが好ましい。
本発明の樹脂組成物の硬化時の熱伝導率は高い方が好ましく、熱伝導率を高くするためには、純度が98%以上のアルミナを用いることが好ましく、純度99%以上のアルミナを用いることがより好ましく、特に低ソーダアルミナを用いることが好ましい。
本発明における(B−1)アルミナの一次粒子のアスペクト比は1.2〜4.0である。アスペクト比が上記範囲である場合には、散乱により高反射率を発現しやすく、特に近紫外領域の短波長の光の反射が大きい。これにより、かかる樹脂組成物を成形した成形体を用いた半導体発光装置では、LED出力を向上させることができる。好ましくは、1.2〜3.0である。
アスペクト比は、粒子等の形状を定量的に表現する簡便な方法として一般に用いられており、本発明ではSEMなどの電子顕微鏡観察により計測した粒子の長軸長さ(最大長径)を短軸長さ(長径に垂直方向で最も長い部分の長さ)で除して求めるものとする。軸長さにばらつきがある場合は、複数点(例えば10点)をSEMで計測し、その平均値から算出することができる。あるいは、30点、100点を計測しても同様の算出結果を得ることができる。
アスペクト比は、粒子の形状が繊維状や棒状か、あるいは球状かの指標となり、粒子が繊維状の場合はアスペクト比が大きくなり、粒子が球状の場合は、1.0となる。
本発明では、アスペクト比が上記範囲であることにより、(B−1)アルミナの形状からは、球状、真球状に形成されたものが除かれる。また、極端に細長い形状のものも、かえって反射率を低下させてしまうため本発明に係る(B−1)アルミナからは除かれる。
本発明では、アスペクト比が上記範囲に含まれる粒子が(B−1)アルミナ全体の60体積%以上、より好ましくは70体積%以上、特に好ましくは80体積%以上を占めることが好ましく、必ずしも全ての(B−1)アルミナが上記アスペクト比の範囲を満たさなければいけないわけではないことは当業者が当然に理解できる事項である。
(B−1)アルミナの一次粒子のアスペクト比を上記範囲とするためには、表面処理をしたり、研磨したりする等の一般的な方法を採ってもよい。また、アルミナを破砕(粉砕)して微細化することや、アルミナを焼成により生成することによっても、達成できる。
また、本発明における(B−1)アルミナの一次粒子径は、0.1μm以上2μm以下であることが好ましい。下限値については好ましくは0.15μm以上、更に好ましくは0.2μm以上であり、上限値については好ましくは1μm以下、更に好ましくは0.8μm以下、特に好ましくは0.5μm以下である。
一次粒子径が小さすぎるとアルミナの散乱光強度が小さいため、樹脂組成物の成形体の反射率は低くなる傾向があり、一次粒子径が大きすぎるとアルミナの散乱強度は大きくなるが、前方散乱傾向になるため樹脂組成物の成形体の反射率は小さくなる傾向にある。なお、樹脂組成物中の(B)フィラーの充填率を上げる等の目的で、一次粒子径が2μmよりも大きいアルミナを併用することもできる。
本発明における一次粒子とは、粒子間の界面が明瞭に観察することができる粒子のことであり、複数の一次粒子が凝集したバルク状粒子は除かれる。また、一次粒子径はSEMなどの電子顕微鏡観察により計測した一次粒子の粒子径をいい、観察する方向によって面積が異なる粒子の場合には、面積が最大となる方向から観察した際の長軸の長さを一次粒子径とする。一方、一次粒子が凝集してできる凝集粒子を二次粒子といい、二次粒子径は粉体を適当な分散媒(例えばアルミナの場合は水)に分散させて粒度分析計等で測定した粒径を言う。一次粒子の粒子径はばらつきがある場合は、数点(例えば10点)をSEM観察し、その平均値を粒子径としてもとめることができる。また、測定の際、個々の粒子径が球状でない場合はもっとも長い、すなわち長軸の長さを粒子径とする。
一方、上記(B−1)アルミナは、二次粒子の中心粒径が、0.2μm〜10μmであるものが好ましく、0.2μm〜5μmであるものがより好ましい。なお、樹脂組成物中の(B)フィラーの充填率を上げる等の目的で、二次粒子径が10μmよりも大きいアルミナを併用することもできる。なお、中心粒径とは積算%の体積基準粒度分布曲線が50%の横軸と交差するポイントの粒子径を言い、一般的に50%粒子径(D50)、メディアン径と呼ばれるものを指す。
また、本発明における(B−1)アルミナの一次粒子径xと二次粒子の中心粒径yの比y/xは、通常1以上、好ましくは1より大きく、特に好ましくは1.2以上であり、また、通常10以下、好ましくは5以下である。
一次粒子径xと二次粒子の中心粒径yの比y/xが上記範囲である場合には、散乱により高反射率を発現しやすく、特に近紫外領域の短波長の光の反射が大きい。これにより、かかる樹脂組成物の成形体を用いた半導体発光装置において、LED出力を向上させることができる。
本発明において半導体発光装置用樹脂組成物中の(B−1)アルミナの含有量は、使用するアルミナの粒径などにより適宜選択される。(A−1)ポリオルガノシロキサン及び(A−2)シラノール基含有化合物の合計量100重量部に対し通常20重量部以上、好ましくは50重量部以上、更に好ましくは100重量部以上であり、通常900重量部以下、好ましくは600重量部以下、更に好ましくは400重量部以下である。(B−1)アルミナの含有量が20重量部未満である場合には光線の透過が多くなり反射率が不十分となる傾向にある。また、900重量部を超える場合には、樹脂組成物の流動性が悪化することにより成形性が低下する傾向にある。
アルミナとしては具体的には日本軽金属社製A30シリーズ、ANシリーズ、A40シリーズ、MMシリーズ、LSシリーズ、AHPシリーズ、アドマテックス社製「Admafine Alumina」AO−5タイプ、AO−8タイプ、日本バイコウスキー社製CRシリーズ、大明化学工業社製タイミクロン、Aldrich社製10μm2径アルミナ粉末、昭和電工社製A−42シリーズ、A−43シリーズ、A−50シリーズ、ASシリーズ、AL−43シリーズ、AL−47シリーズ、AL−160SGシリーズ、A−170シリーズ、AL−170シリーズ、住友化学社製AMシリーズ、ALシリーズ、AMSシリーズ、AESシリーズ、AKPシリーズ、AAシリーズ等が挙げられる。
<4−2.(B−2)シリカ粉末>
本発明の樹脂組成物は、(B−2)シリカ粉末を含有することが好ましい。(B−2)シリカ粉末は組成物の充填のために用いることもできるが、組成物中で粘度調整剤(チキソトロピー性付与剤)として働き、組成物の塗工性を調製することができる。すなわち、シリカ粉末の添加量によって、スプレー、スピンコート、刷毛塗り、鏝塗りの各レベルまで粘度の調製が可能となる。上記シリカ粉末の含有量は、通常、(A−1)ポリオルガノシロキサン及び(A−2)シラノール基含有化合物の合計量100重量部に対し40重量部以下、好ましくは5重量部以下である。シリカ粉末の含有量が多くなるにつれ粘度が増加し、過剰に含有させると流動性が失われる傾向にある。
本発明に使用するシリカ粉末は、当業者が粉末形状と呼べるものであれば、その粒径等特に限定されるものではないが、BET法による比表面積が、通常50m2/g以上、好ましくは80m2/g以上、さらに好ましくは100m2/g以上である。また、通常300m2/g以下、好ましくは200m2/g以下である。比表面積が小さすぎるとシリカ粉末の含有効果が認められず、大きすぎると樹脂中への分散処理が困難になる傾向がある。シリカ微粒子は、例えば親水性のシリカ微粒子の表面に存在するシラノール基と表面改質剤を反応させることにより表面を疎水化したものを使用してもよい。表面改質剤としては、アルキルシラン類の化合物が挙げられ、具体例としてジメチルジクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、オクチルシラン、ジメチルシリコーンオイルなどが挙げられる。
シリカ粉末としては、例えばフュームドシリカを挙げることができる。フュームドシリカは、H2とO2との混合ガスを燃焼させた1100〜1400℃の炎でSiCl4ガスを酸化、加水分解させることにより作製される。フュームドシリカの一次粒子は、平均粒径が5〜50nm程度の非晶質の二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする球状の超微粒子であり、この一次粒子がそれぞれ凝集し、粒径が数百nmである二次粒子を形成する。フュームドシリカは、超微粒子であるとともに、急冷によって作製されるため、表面の構造が化学的に活性な状態となっている。
具体的には、例えば日本アエロジル株式会社製「アエロジル」(登録商標)が挙げられ、親水性アエロジル(登録商標)の例としては、「90」、「130」、「150」、「200」、「300」、疎水性アエロジル(登録商標)の例としては、「R8200」、「R972」、「R972V」、「R972CF」、「R974」、「R202」、「R805」、「R812」、「R812S」、「RY200」、「RY200S」「RX200」が挙げられる。
<5.(C)硬化触媒>
本発明における(C)硬化触媒とは、(A−1)のポリオルガノシロキサンを硬化させる触媒である。(A−1)ポリオルガノシロキサンは触媒により重合反応が加速され硬化する。この触媒はポリオルガノシロキサンの硬化機構により付加重合用触媒、縮重合用触媒がある。
付加重合用触媒としては、(C1)成分中のアルケニル基と(C2)成分中のヒドロシリル基とのヒドロシリル化付加反応を促進するための触媒であり、この付加縮合触媒の例としては、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などの白金族金属触媒が挙げられる。なお、この(C3)付加縮合触媒の配合量は触媒量とすることができるが、通常、白金族金属として(C1)および(C2)成分の合計重量に対して通常1ppm以上、好ましくは2ppm以上であり、通常500ppm以下、好ましくは100ppm以下である。これにより触媒活性を高いものとすることができる。
縮重合用触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸、有機酸などの酸、アンモニア、アミン類などのアルカリ、金属キレート化合物などを用いることができ、好適なものとしてTi、Ta、Zr、Al、Hf、Zn、Sn、Pt、Gaのいずれか1以上を含む金属キレート化合物を用いることができる。なかでも、金属キレート化合物は、Ti、Al、Zn、Zrのいずれか1以上を含むものが好ましく、Zrを含むものがさらに好ましく用いられる。
これらの触媒は半導体発光装置用樹脂成形体材料として配合した際の安定性、被膜の硬度、無黄変性、硬化性などを考慮して選択される。
縮重合用触媒の配合量は、上記縮合型ポリオルガノシロキサンの説明における式(3)および/または(4)で表される成分の合計重量に対して通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上である。上限値は、通常10重量%以下であり、6重量%以下であることが好ましい。
添加量が上記範囲であると半導体発光装置用樹脂組成物の硬化性、保存安定性、樹脂成形体の品質が良好である。添加量が上限値以上では樹脂組成物の保存安定性に問題が生じ、下限値未満では硬化時間が長くなり樹脂成形体の生産性の低下、未硬化成分による樹脂成形体の品質低下が発生することがある。
<6.その他成分>
本発明の樹脂組成物中には、本発明の要旨を損なわない限り必要に応じて他の成分の1種、または2種以上を任意の比率および組み合わせで含有させることができる。
例えば、樹脂組成物中にさらに硬化速度制御剤を含有することが好ましい。ここで硬化速度制御剤とは、樹脂組成物を成形する際に、その成形効率を向上させるために硬化速度を制御するためのものであり、硬化遅延剤または硬化促進剤が挙げられる。
硬化遅延剤としては、脂肪族不飽和結合を有する化合物、有機リン化合物、イオウ化合物、窒素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物等が挙げられ、これらを併用してもかまわない。
脂肪族不飽和結合を有する化合物としては、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチン、3−ヒドロキシ−3−フェニル−1−ブチン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等のプロパルギルアルコール類、エン−イン化合物類、ジメチルマレート等のマレイン酸エステル類等が例示される。脂肪族不飽和結合を有する化合物の中でも、三重結合を有する化合物が好ましい。有機リン化合物としては、トリオルガノフォスフィン類、ジオルガノフォスフィン類、オルガノフォスフォン類、トリオルガノフォスファイト類等が例示される。イオウ化合物としては、オルガノメルカプタン類、ジオルガノスルフィド類、硫化水素、ベンゾチアゾール、チアゾール、ベンゾチアゾールジサルファイド等が例示される。窒素含有化合物としては、アンモニア、1〜3級アルキルアミン類、アリールアミン類、尿素、ヒドラジン等が例示される。スズ系化合物としては、ハロゲン化第一スズ2水和物、カルボン酸第一スズ等が例示される。有機過酸化物としては、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、過安息香酸t−ブチル等が例示される。
これらの硬化遅延剤のうち、遅延活性が良好で原料入手性がよいという観点からは、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチン、1−エチニル−1−シクロヘキサノールが好ましい。
硬化遅延剤の添加量は種々設定できるが、使用する(C)硬化触媒1モルに対する好ましい添加量の下限は10-1モル、より好ましくは1モルであり、好ましい添加量の上限は103モル、より好ましくは50モルである。また、これらの硬化遅延剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
硬化促進剤としては、熱硬化性樹脂の硬化を促進するものであれば特に制限はなく、例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7−テトラフェニルボレート等が挙げられ、中でも高い反応促進性を示す点でイミダゾール類を用いるのが好ましい。
上記イミダゾール類としては、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート等が挙げられ、商品名としては、2E4MZ、2PZ−CN、2PZ−CNS(四国化成工業株式会社)等がある。硬化促進剤の添加量は、(A−1)ポリオルガノシロキサン、(A−2)シラノール基含有化合物、及び(C)硬化触媒の合計量100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で添加することが好ましい。
硬化速度制御剤の種類や配合量を上記のような設定とすることにより、樹脂組成物の成形が容易となる。例えば、金型への充填率が高くなったり、射出成形においては金型からの漏れがなく、バリが生成しにくくなったりするメリットが得られる。
また、樹脂組成物の粘度を調整するため、流動性調整剤(増粘剤)を含有させることができる。流動性調整剤としては、25℃における粘度が、通常、0.001Pa・s〜3Pa・s、好ましくは0.001Pa・s〜1Pa・s、より好ましくは0.001Pa・s〜0.7Pa・sであり、ヒドロキシル価が、通常、1.0×10-2〜7.7×10-5mol/g、好ましくは1.0×10-2〜9.5×10-5mol/g、より好ましくは1.0×10-2〜10.3×10-5mol/gであり、一分子中に少なくとも1個のケイ素原子に結合したヒドロキシル基(すなわち、シラノール基)を含有する、直鎖状ポリオルガノシロキサンを配合することができる。
この流動性調整剤としてのヒドロキシル基含有直鎖状ポリオルガノシロキサンは、分子中にアルケニル基および/またはSiH基等のヒドロシリル化付加反応に関与する官能性基を含有しないものであり、分子中のヒドロキシル基は分子鎖末端のケイ素原子に結合したものであっても、分子鎖非末端(分子鎖途中)のケイ素原子に結合したものであっても、これらの両方に結合したものであってもよいが、好ましくは分子鎖両末端のケイ素原子に結合したヒドロキシル基を含有する直鎖状ポリオルガノシロキサン(すなわち、α、ω‐ジヒドロキシ−ポリジオルガノシロキサン)であることが望ましい。
このケイ素原子に結合した有機基としてはメチル、エチル、プロピル等のアルキル基やフェニル基等のアリル基などの一価炭化水素基が挙げられ、該ポリオルガノシロキサンの主鎖を構成するジオルガノシロキサン繰返し単位としてはジメチルシロキサン単位、ジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位等の一種または二種以上の組み合わせであることが好ましい。具体的には、α、ω‐ジヒドロキシ−ポリジメチルシロキサン、α、ω‐ジヒドロキシ−ポリジフェニルシロキサン、α、ω‐ジヒドロキシ−ポリメチルフェニルシロキサン、α、ω‐ジヒドロキシ(ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン)共重合体、α、ω‐ジヒドロキシ(ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン)共重合体等が挙げられる。
流動性調整剤の配合量は(A−1)ポリオルガノシロキサン及び(A−2)シラノール基含有化合物の合計量100重量部に対して、通常、0〜10重量部、好ましくは0.1〜5重量部、より好ましくは0.5〜3重量部程度とすることができる。
本発明の樹脂組成物の、25℃における剪断速度100s-1での粘度は、通常10Pa・s以上10000Pa・s以下である。上記粘度は、半導体装置用樹脂成形体を成形する際の成形効率の観点から、50Pa・s以上であることが好ましく、100Pa・sであることがより好ましい。一方上限は、5000Pa・s以下であることがより好ましく、2000Pa・s以下であることがより好ましい。樹脂組成物の粘度が上記範囲にある場合、樹脂成形体の成形を容易とすることができる。
これらの25℃における剪断速度100s-1での粘度は、例えばARES−G2−歪制御型レオメータ(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製)を用いて測定することができる。
上記粘度は、樹脂組成物に前述の流動性調整剤(増粘剤)を添加したり、(B−1)アルミナの粒径や粒度分布を調整したり、(B−2)シリカ粉末の含有量を調整することにより、上記範囲に制御することができる。
また、材料の熱硬化後の強度、靭性を高める目的で、ガラス繊維などの無機物繊維を含有させてもよく、また、熱伝導性を高めるため、熱伝導率の高い窒化ホウ素、窒化アルミ、繊維状アルミナ等を前述の白色顔料とは別に含有させることができる。その他、硬化物の線膨張係数を下げる目的で、石英ビーズ、ガラスビーズ等を含有させることができる。
これらの添加する場合の含有量は、少なすぎると目的の効果が得られず、多すぎると半導体装置用樹脂成形体用材料の粘度が上がり、加工性に影響するので、十分な効果が発現し、材料の加工性を損なわない範囲で適宜選択できる。通常(A−1)ポリオルガノシロキサン及び(A−2)シラノール基含有化合物の合計量100重量部に対し500重量部以下、好ましくは200重量部以下である。
また、接着性改良剤として、下記式(5)で表される化合物を用いることもできる。
上記式(5)中、R11、R12、R13としては、炭素数1〜10のアルキル基等の有機基を示し、R11、R12、R13の少なくとも1つがエポキシ基を含む。エポキシ基を含む有機基としては、グリシジル基、グリシドキシ基、等が挙げられる。
具体的な化合物の例としては、R11、R12、R13が全てグリシジル基であるトリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレートやモノアリルジグリシジルイソシアヌレート、1−アリル−3,5−(2−メチルエポキシプロピル)イソシアヌレート、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−ジグリシジルイソシアヌレート、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−(2−メチルエポキシプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
樹脂組成物中に上記式(5)で表される接着性改善剤を含有する場合の配合量は、(A−1)ポリオルガノシロキサン及び(A−2)シラノール基含有化合物の合計量100重量部に対し、通常0.1重量部以上、好ましくは0.5重量部以上である。一方上限は、通常10重量部以下、好ましくは7重量部以下である。含有量を上記範囲とすることで、接着性改善剤が有する接着力強化作用を十分に発揮することができる。また、接着性改善剤としては、高温放置下や光照射下においても黄変しないものが望ましい。
また、上記樹脂成形体用材料中には、その他、イオンマイグレーション(エレクトロケミカルマイグレーション)防止剤、老化防止剤、ラジカル禁止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、界面活性剤、保存安定改良剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、カップリング剤、酸化防止剤、熱安定剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、金属不活性化剤、物性調整剤などを本発明の目的および効果を損なわない範囲において含有させることができる。
<7.接着性フィルム、半導体発光装置用樹脂組成物の硬化物及び該硬化物と金属プレートを有する半導体発光装置用部材>
本発明の半導体発光装置用樹脂組成物は、二段階の硬化により接着性フィルム(接着膜)として機能することを特徴としている。(A−1)ポリオルガノシロキサンは150℃以上200℃未満で3〜60分間熱硬化することで膜状に成形され接着性フィルムとなる。この際、上記温度で硬化することで、組成物中の(A−2)シラノール基含有化合物は完全に硬化せず、接着性を残存させることができる。得られた接着性フィルムは、更に高温の200℃以上で1〜3時間熱硬化することで、(A−2)シラノール基含有化合物が硬化し接着対象物に接着する。
このような接着性フィルムとして使用する場合には、膜厚が1μm〜1mmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましい。
本発明の樹脂組成物を成形し、接着性フィルムとして使用することで、銅、アルミニウム、銀、ガラスなどの、表面に水酸基を有するもの同士を接着することができる。具体的には、得られた接着性フィルムを金属やガラスプレートなどの接着対象物の間に挟み積層体とし、200℃以上で1〜3時間熱硬化することで、接着対象物を接着させることがで
きる。
また、本発明の樹脂組成物を150〜200℃以上で、1〜3時間熱硬化することで硬化物を得ることができるが、金属プレートと積層させて硬化することで、硬化物と金属プレートを含む半導体発光装置用部材を得ることができる。
上記金属プレートは、表面粗さ(Ra)が、0.05以上0.5以下であることが好ましい。表面粗さ(Ra)が上記範囲であることで、樹脂成形体と金属プレートの接着性が向上する。金属プレートの表面粗さ(Ra)が0.05より小さくなると、樹脂成形体との密着性やワイヤボンディング性が低下する傾向にある。
なお、上記金属プレートの表面粗さ(Ra)は、例えば金属プレートの金属表面を表面処理することで調整することができる。電気めっきで表面処理を施す時には、めっき浴の種類、皮膜中の不純物、めっきの厚さによって表面粗さ(Ra)を制御することができる。
金属プレートの表面粗さ(Ra)は、JIS B0601:2001に規定されている方法に従って、求めることができる。
本発明の半導体発光装置用部材の金属プレートに用いる金属としては、Ag、Al、Au、白金族元素、Ni等の、銀白色を呈する金属が例示される。
<8.半導体発光装置用パッケージ>
本発明の半導体発光装置用パッケージは、上記半導体発光装置用部材と金属配線を備える。本発明において金属配線は、樹脂成形体とともにパッケージを構成し、外部電源から半導体発光素子へ電源を供給する役割を有する。そのため、少なくとも電源を供給できればよく、金属配線全体が導電性の金属である必要は無い。例えば、絶縁材料の表面に金属メッキが施されている場合も含まれる。本発明の金属配線は、金属リードフレームや、配線基板における配線であることが例示される。また、金属配線のうち、樹脂成形体と接触する部分が金属であることが好ましい。
金属配線としては、上記金属プレートと同様の材質のものを用いることができるが、特に金属として銀又は銀合金を用いた場合には、発光装置とした場合に、半導体発光素子を固定するボンディングワイヤーと金属配線との接着性が向上するため好ましい。また、単層の金属膜で構成してもよいが、好ましくは積層構造とし、その表層を上記例示した光反射性の良好な金属で形成し、下層を他の金属例えば銅、鉄、鋼、Al、Ti、Ni、Co、Cr、Pt、W、Ti−Wなどとすることが好ましい。
電気めっきは、めっきしたい金属を含んだ溶液中で、めっきしたい対象物を陰極として電気を流し、対象物表面にめっき金属を還元析出させる方法で、Cu合金およびFe基合金などを陰極として、銀、金、錫、ニッケル、はんだ、パラジウムなどをめっきすることができる。
金属配線がリードフレームの場合には、Cu系素材(Cu−Fe−Pなど)、Fe系素材(Fe−42%Niなど)その他の機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などの優れた母材を使用でき、電気めっきにより、インナーリード部にはAu、Ag、Ptなどの貴金属めっき、その下地めっきにNi、Co、Cu、アウターリード部にはAg、Au、Pt、半田、Sn−Pbなどをめっきすることができる。溶液中で還元反応を利用して品物の表面に化学的にめっき金属を析出させる無電解めっきによって、表面処理してもよい。
また、めっきはリードフレーム加工前、リードフレーム加工後(プレス加工後)、パッケージング後(樹脂モールド後)のいずれに実施してもよく、めっきの種類や用途、形状、生産性、パッケージとしてのトータルコストと性能面から適宜選択できるが、リードフレーム加工後が望ましい。
本発明の半導体発光装置用パッケージの成形方法として圧縮成形法やトランスファー成形法や射出成形法が挙げられる。これらのうち、好ましい成形方法としては、無駄な硬化物が発生せず二次加工が不要である(すなわちバリが発生しにくい)点から、樹脂成形体の成形工程の自動化、成形サイクルの短縮化、成形品のコスト削減が可能になる等大きなメリットがある射出成形法、特に液状射出成形法(LIM成形)が挙げられる。
射出成形法は射出成形機を用いて行う事が出来る。シリンダー設定温度は材料に応じて適宜選択すればよいが、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、さらに好ましくは、60℃以下である。金型温度は80℃以上、300℃以下。好ましくは100℃以上、250℃以下、さらに好ましくは、130℃以上、200℃以下である。射出時間は材料によって変わるが、通常数秒あるいは1秒以下である。成形時間は材料のゲル化速度や硬化速度に応じて適宜選択すればよいが、通常3秒以上、1200秒以下、好ましくは5秒以上、900秒以下、さらに好ましくは10秒以上、600秒以下である。
圧縮成形法ではコンプレッション成形機を用いて行う事が出来る。成形温度は材料に応じて適宜選択すればよいが、通常80℃以上、300℃以下、好ましくは100℃以上、250℃以下、さらに好ましくは、130℃以上、200℃以下である。成形時間は材料の硬化速度に応じて適宜選択すればよいが、通常3秒以上、1200秒以下、好ましくは5秒以上、900秒以下、さらに好ましくは10秒以上、600秒以下である。
トランスファー成形法ではトランスファー成形機を用いて行う事が出来る。成形温度は材料に応じて適宜選択すればよいが、通常80℃以上、300℃以下、好ましくは100℃以上、250℃以下、さらに好ましくは、130℃以上、200℃以下である。成形時間は材料のゲル化速度や硬化速度に応じて適宜選択すればよいが、通常3秒以上、1200秒以下、好ましくは5秒以上、900秒以下、さらに好ましくは10秒以上、600秒以下である。
いずれの成形法でも必要に応じて後硬化を行う事ができ、後硬化温度は100℃以上、300℃以下、好ましくは150℃以上、250℃以下、さらに好ましくは、170℃以上、200℃以下である。後硬化時間は通常3分以上、24時間以下、好ましくは5分以上、10時間以下、さらに好ましくは10分以上、5時間以下である。
本発明の半導体発光装置用パッケージは、樹脂成形体と金属配線を備えているが、金属配線として配線を有する基板を作成し、基板上に金型を用いて樹脂成形体を射出成形する方法や、金属配線としてリードフレームを金型に配置して樹脂成形体を射出成形する方法などにより製造することができる。
本発明の半導体発光装置用パッケージは、可視光のみならず、紫色よりも短い波長の近紫外光、紫外光についても高反射率を維持することができることが特徴である。波長360、400、および460nmの光の反射率が、それぞれ通常60%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。紫外光領域から可視光領域まで高反射率を有する本発明の半導体発光装置用パッケージは、従来の半導体発光装置用パッケージに見られない極めて優れた特性を有する。特にポリオルガノシロキサン等の樹脂製の半導体発光装置用パッケージにおいては、これまで当業者が容易に到達できなかった特性であり、技術的意義が極めて高い。
本発明の半導体発光装置用パッケージは、通常、チップ装着面と前記チップ装着面と反対側に底面を有する。この場合、前記チップ装着面と底面の間の距離、すなわち半導体発光装置用パッケージの厚みは、通常100μm以上、好ましくは200μm以上である。また、通常3000μm以下であり、好ましくは2000μm以下である。厚みを上記範囲とすることで、パッケージの反射率、強度ともに良好となる。
以下、本発明の実施の態様を、図を用いて詳細に説明する。
本発明の半導体発光装置用パッケージは、半導体発光素子を搭載して半導体発光装置として用いられる。半導体発光装置の概要を、図を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
図1及び図2には、本発明に係る半導体発光装置の一例が示され、半導体発光素子1、樹脂成形体2およびリードフレーム5からなるパッケージ、ボンディングワイヤー3、蛍光体層4等から構成される。
図2のように蛍光体層が半導体発光素子と離れている場合には封止材を蛍光体層と半導体発光素子との間に用いる場合もあり、図1のように蛍光体層が半導体発光素子と密着している場合には、蛍光体層が封止材の役割も兼ねる。
半導体発光素子1は、近紫外領域の波長を有する光を発する近紫外半導体発光素子、紫領域の波長の光を発する紫半導体発光素子、青領域の波長の光を発する青色半導体発光素子などを用いることが可能であり、350nm以上520nm以下の波長を有する光を発する。図1及び図2においては半導体発光素子が1つのみ記載されているが、複数個の半導体発光素子を線状、平面状に配置することも可能である。半導体発光素子1を平面状に配置することで容易に面照明とすることができ、該実施態様は、より光出力を強くしたい場合に好適である。
パッケージを形成する樹脂成形体2は、リードフレーム5と接触する部分を含んでおり、本発明においては樹脂成形体2の押し込み深さ、およびShore D硬度が特定の値のため、リードフレーム5との接着性が良好である。また、リードフレーム5における樹脂成形体2との接触部分の表面粗さ(Ra)が上記特定の値であると、更に接着性が良好となる。
ボンディングワイヤー3は、半導体発光素子1をパッケージに固定している。また、図2のように、半導体発光素子1がリード電極と接触していない場合には、導電性のボンディングワイヤー3がリード電極から半導体発光素子1への電極供給の役割を担う。ボンディングワイヤー3は、リードフレーム5に圧着し、熱及び超音波の振動を与えることで接着させるが、リードフレーム5の表面が銀または銀合金である場合には、当該接着性が向上し、好ましい態様である。
蛍光体層4は、蛍光体及びバインダー樹脂の混合物であり、半導体発光素子1からの励起光を蛍光に変換する。蛍光体層4に含まれる蛍光体は、半導体発光素子1の励起光の波長に応じて適宜選択される。白色光を発する発光装置であれば、青色励起光を発する半導体発光素子の場合であれば、緑色及び赤色の蛍光体を蛍光体層に含ませることで白色光を生成することができる。紫色励起光を発する半導体発光素子の場合であれば、青色及び黄色の蛍光体を蛍光体層に含ませる場合や、青色、緑色、及び赤色の蛍光体を蛍光体層に含ませる場合などが挙げられる。
図1における蛍光体層4はバインダー樹脂と蛍光体を混合させてなり、封止材としての役割も有している。一方、図2のように、蛍光体をチップ封止層に混合せず、チップから離れた場所に別途蛍光体層4を形成することも可能である。図2の形態では、透明な基板の上(図示せず)に蛍光体層4をスクリーン印刷やダイコーティングなどの方法で製造することができる。このような態様の場合、半導体発光素子1と蛍光体層4とが距離をあけ
て配置されているため、蛍光体層4が半導体発光素子1からの光のエネルギーにより劣化することを防ぐことができ、また発光装置の出力も向上させることができる。
半導体発光素子1と蛍光体層4との距離は、5〜500μmであることが好ましい。なお、反射材2と蛍光体層4の間に生じる空隙には、透光性を有する封止材8を配置する。図2における蛍光体層4は、蛍光の自己再吸収とRGB各色蛍光体間の再吸収を低減するため、用いる蛍光体を色ごとに塗り分けた多層構造としたり、ストライプ状、あるいはドット状などのパターンを形成したりしても良い。
また、図示していないが、本発明の半導体発光装置用樹脂組成物の硬化物と金属プレートを積層させた部材上に直接半導体発光素子を実装する形態も存在する。このような形態において本発明の樹脂組成物を用いることで、樹脂組成物の硬化物と金属プレートの接着性が良好となる。
以下、本発明について実施例を挙げより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
以下に、接着性改良材を含有する半導体発光装置用樹脂組成物の製造例および発光装置への応用例を記載する。
<(A−1)ポリオルガノシロキサンの合成>
ビニル基含有量1.15mmоl/gであるビニル基含有ポリジメチルシロキサンとヒドロシリル基含有量2.43mmоl/gであるヒドロシリル基含有ポリジメチルシロキサンとを、混合組成物における総ヒドロシリル基が総ビニル基の1.2倍当量となるように混合し、さらに硬化触媒として白金錯体触媒を白金換算で3.4ppmになるように添加し、25℃における粘度1460mPa・sの液状ポリジメチルシロキサン組成物を得た。
<(A−2)シラノール基を有する化合物の合成>
1Lのセパラブルフラスコにメチルトリクロロシラン100質量部、トルエン200質量部を入れ、循環冷却機で冷やしながら、水10質量部、メチルアルコール50質量部、イソプロピルアルコール10質量部の混合液を、内温0℃で10時間かけて滴下した。その後20分間加熱還流した。室温まで冷却し、水10質量部を30℃以下、30分間で滴下した。更に水25質量部を滴下後、50℃で1時間攪拌した。水200質量部をいれ、有機層を分離し、有機層を中性になるまで洗浄した。その後、有機層中の水を加熱脱水し、濾過後、減圧留去し、75〜80℃に融点を持つ、無色透明の熱硬化性シラノール基を有する化合物を得た。
<実施例1>
上記合成した(A−1)ポリオルガノシロキサン 16.0gと、(A−2)シラノール基を有する化合物 8.0gを乳鉢とふるいにより150μm以下に粉砕したものを25℃で混練し、樹脂組成物を得た。
この樹脂組成物に、(B−1)アルミナ(平均粒子径:1.2μm、α結晶径:0.3μm、一次粒子のアスペクト比1.48)30.0g、(B−2)表面処理(トリメチルシリル処理)済みフュームドシリカ3.0gを加え、25℃で混練し、半導体発光装置用樹脂組成物1を得た。
<実施例2>
(A−1)の含有量を24.0gとする以外は実施例1と同様に半導体発光装置用樹脂組成物2を得た。
<実施例3>
(A−1)の含有量を34.0g、(A−2)の含有量を5.6g、(B−2)の含有量を6.0gとする以外は実施例1と同様に半導体発光装置用樹脂組成物3を得た。
<実施例4>
(A−1)の含有量を19.0g、(A−2)の含有量を6.0g、(B−1)の含有量を34.0g、(B−2)の含有量を3.4gとする以外は実施例1と同様に半導体発光装置用樹脂組成物4を得た。
<実施例5>
(A−2)の含有量を6.0gとする以外は実施例1と同様に半導体発光装置用樹脂組成物5を得た。
<比較例1>
(A−1)の含有量を17.0g、(A−2)を含有しなかった以外は実施例1と同様に半導体発光装置用樹脂組成物6を得た。
<接着性評価1>
半導体発光装置用樹脂組成物1乃至6について、銀プレート上に、直径13mm、厚さ1mmとなるよう塗布した後、PIフィルム(ポリイミドフィルム)を材料にかぶせ、PIフィルム上におもり(Agプレート)を乗せ、Agプレート間に1mm厚のスペーサーをはさんだ状態で、オーブンで150℃60分間硬化を行った。
PIフィルムをゆっくり剥がし、そして樹脂成形体とAgプレートの接着面をスパチュラで剥がしたところ、半導体発光装置用樹脂組成物6を硬化させた樹脂成形体は、Agプレートから剥がすために力を必要とせず、簡単に剥がすことができた。一方、半導体発光装置用樹脂組成物1乃至5を硬化させた樹脂成形体は、Agプレートから剥がすために、比較的強い力が必要であった。
<接着性評価2>
半導体発光装置用樹脂組成物1乃至6を、5cm×10cm銅箔上に5cm×10cm、厚さ1mmとなるように塗布した後、PIフィルムを材料にかぶせ、オーブンで150℃、1時間加熱を行い、接着性フィルム1乃至6を製造した。得られた接着性フィルムからPIフィルムをゆっくり剥がし、PIフィルムを剥がした面に15cm×15cmアルミ箔を密着させ、186gの銀板間へ挟み200℃で1時間加熱し、金属箔同士を接着性フィルムにより接着させた。金属箔同士の接着性評価は、剥がした際の抵抗がどの程度であるかにより評価した。結果を表2に示す。なお、評価基準は以下のとおりである。
◎:剥がした際に抵抗が強い。
○:剥がした際に抵抗がある。
△:剥がした際に少し抵抗がある。
×:剥がした際に抵抗がほぼない。
1 半導体発光素子
2 樹脂成形体
3 ボンディングワイヤー
4 蛍光体層
5 金属配線
6 封止材

Claims (10)

  1. (A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物を含有することを特徴とする半導体発光装置用樹脂組成物。
  2. 更に、(B−1)一次粒子のアスペクト比が1.2〜4.0であるアルミナ、及び/又は(B−2)シリカ粉末を含有する請求項1に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  3. 前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の軟化点及び/又は融点が30℃以上、200℃以下である請求項1または2に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  4. 前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の合計量に対するシラノール基及び保護されたシラノール基の含有量が、0.05重量%以上、2.5重量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  5. 前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンの硬化温度が60℃以上、150℃以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  6. 前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサンと、前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の含有比(A−1)/(A−2)(重量比)が99/1〜30/70である請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  7. 前記(A−1)常温常圧下で液状のポリオルガノシロキサン、及び前記(A−2)シラノール基又は保護されたシラノール基を有する常温常圧下で固体の化合物の合計量100重量部あたりの前記(B−1)アルミナの含有量が20重量部以上、900重量部以下である請求項2〜6のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物を膜状に成形してなる接着性フィルム。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光装置用樹脂組成物を硬化させてなる硬化物と金属プレートを有する半導体発光装置用部材。
  10. 請求項9に記載の半導体発光装置用部材と金属配線とを備える半導体発光装置用パッケージ。
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