JP2013147546A - Uv硬化型接着性シリコーン組成物、uv硬化型接着性シリコーン組成物シート、光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Uv硬化型接着性シリコーン組成物、uv硬化型接着性シリコーン組成物シート、光半導体装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 常温で未硬化状態において可塑性の固体状又は半固体状であるため取扱いが容易であり、蛍光体が均一に分散し、LEDチップの表面に被覆し、必要な部分のみに硬化層を容易に形成することができるUV硬化型接着性シリコーン組成物を提供する。
【解決手段】 (A)RSiO3/2、R SiO2/2、R SiO(4−a−b)/2単位からなり(Rはビニル基又はアリル基)、R SiO2/2単位が5〜300個連続して繰り返す構造を含む樹脂構造オルガノポリシロキサン、(B)RSiO3/2、R SiO2/2、R SiO(4−c−d)/2単位からなり、R SiO2/2単位が5〜300個連続して繰り返す構造を含む樹脂構造オルガノハイドロジェンポリシロキサン、(C)光活性型触媒を含み、未硬化状態において常温で可塑性の固体状又は半固体状であるUV硬化型接着性シリコーン組成物。
【選択図】図1

Description

本発明は、UV硬化型接着性シリコーン組成物、UV硬化型接着性シリコーン組成物シート、光半導体装置及びその製造方法に関する。
現在、シリコーン樹脂は耐光性に優れることから発光ダイオード(LED)素子を封止、保護のために被覆する材料として注目されている(特許文献1)。また、発光ダイオードの分野では、波長変換のために蛍光体を使用することは知られている(特許文献2)。蛍光体を分散したフィルムとしては熱硬化タイプのシリコーン樹脂が実用化されているが(特許文献3)、硬化にヒドロシリル化反応を用いるため、熱硬化タイプのシリコーン樹脂組成物では、予め、白金系触媒が添加されていることが多い。その結果、配合直後から反応が進行するため、ポットライフを確保するための反応制御剤も配合されている。しかし、その結果該組成物の硬化速度が遅くなってしまうため、加熱硬化中に組成物が流動して、形状が変化するという問題を生じる。
また、特許文献4には、硬化触媒として(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金を含有する光硬化性オルガノポリシロキサン組成物が記載されている。(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金は光照射しないと活性しないため、光未照射の状態ではオルガノポリシロキサン組成物の粘度が増加せず、ポットライフに優れる。特許文献4は照射波長領域200nm〜400nmの光を照射して(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金触媒を活性化することでオルガノポリシロキサン組成物を硬化する方法が記載されている。
しかし、特許文献4に記載の方法では、硬化前の性状が流動性を有するため、オルガノポリシロキサン組成物が完全に硬化するまでの間に樹脂組成物が流動し、目的の形状を有する硬化物を得られないという問題がある。
また、光半導体素子(例えばLEDチップ)のみの被覆やボンディングパッドを空けることが必要なことがあるため、従来の熱硬化ではなく、リソグラフィーにてパターンニング可能なフィルムが求められている。また、LED等においては、LEDチップを被覆する樹脂層には高い耐熱性、耐紫外線性等も求められる。さらに、従来の製造装置でかかる樹脂層を形成することができると好都合である。
また、一般に、白色LEDでは、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂やエポキシ樹脂でLEDチップを被覆するなどの方法により、蛍光体をチップ近傍に分散させて青色光を擬似白色光に変換している。しかし蛍光体の樹脂層中での分散が不均一であったり偏りがあったりすると色ずれが起こりやすいため、均一な白色光を作り出すには蛍光体が被覆樹脂層中に均一に分散することが必要である。そのために、スクリーン印刷や、蛍光体を沈降させることにより、被覆樹脂層の下方近傍に分散させる方法等が検討されているが、製造工程が複雑化したり、得られる安定化の程度が不十分であったりする問題があった。したがって、蛍光体をチップ表面に均一に分散させることができる容易な技術が求められている。
特開2004−339482号公報 特表2005−524737号公報 特開2009−235368号公報 特開2010−47646号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、加熱硬化中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することが可能なUV硬化型接着性シリコーン組成物であり、更に、(1)未硬化状態において常温で可塑性の固体状若しくは半固体状であるため取扱いが容易であり、(2)蛍光体を含む場合には、該蛍光体が均一に分散し、しかもその分散状態が経時的に安定であり、(3)半導体素子(LED素子等の光半導体素子を含む)の表面に容易に被覆し、UV光源とマスクを用い必要な部分のみを硬化させることで樹脂硬化層を容易に形成することができる接着性シリコーン組成物シートを形成可能なUV硬化型接着性シリコーン組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明によれば、
(A) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−a−b)/2単位からなり(ここで、R、R、及びRは独立に水酸基、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、及びフェニル基のいずれかを示し、Rはビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1、2又は3で、かつa+bは2又は3である。)、
上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
(B) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位からなり(ここで、R、R及びRは独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(C) 光活性型触媒
を含有し、未硬化状態において常温で可塑性の固体状もしくは半固体状であることを特徴とするUV硬化型接着性シリコーン組成物を提供する。
このようなUV硬化型接着性シリコーン組成物は、加熱硬化中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することが可能なUV硬化型接着性シリコーン組成物となる。また、該UV硬化型接着性シリコーン組成物によれば、常温で未硬化状態(即ち、非加熱処理下)において可塑性の固体状ないし半固体状であるため取扱いが容易な接着性シリコーン組成物シートで、光半導体素子の表面に容易に被覆し、UV光源とマスクを用い必要な部分のみを硬化させることで樹脂硬化層を容易に形成することができる接着性シリコーン組成物シートが形成可能となる。尚、本発明において「半固体」とは、可塑性を持ちながら流動性を持たない性質を有し、温度・応力・歪みなどの外部からのストレスによって液体又は固体の性質を呈する状態であることを意味する。
また、「常温」とは、通常の状態における周囲温度を示し、通常15〜30℃の範囲であり、典型的には25℃である。
またこの場合、前記UV硬化型接着性シリコーン組成物は、更に(D)蛍光体を含有するものであることが好ましい。
このようにUV硬化型接着性シリコーン組成物が(D)蛍光体を含有する場合であっても、蛍光体が均一に分散し、しかもその分散状態が経時的に安定である樹脂硬化層を得ることができる。
またこの場合、前記UV硬化型接着性シリコーン組成物は、前記(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して前記(D)成分の蛍光体を0.1〜100質量部含有するものであることが好ましい。
このような(D)成分の蛍光体配合量であれば、前記UV硬化型接着性シリコーン組成物から得られる樹脂硬化層が、より確実に、光半導体素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換することができる。
またこの場合、前記(D)蛍光体の粒径が10nm以上であることが好ましい。
このように、(D)成分の蛍光体の粒径は10nm以上が好ましく、更に好適には10nm〜10μm、特に好適には10nm〜1μm程度のものが使用される。
またこの場合、前記UV硬化型接着性シリコーン組成物は、前記(A)成分中のビニル基及びアリル基の総モル数に対する前記(B)成分中のケイ素原子に直接結合した水素原子の総モル数がモル比で0.1〜4.0となる量であることが好ましい。
このような(B)成分の配合量であれば、(A)成分と(B)成分のヒドロシリル化反応が良好に進行するために好ましい。
またこの場合、前記R、R、Rのうちの一つ以上が水酸基とすることができる。
このように、本発明の組成物中の(A)成分及び/又は(B)成分中に、シラノール基を含有するものとすることができる。
また、本発明では、前記UV硬化型接着性シリコーン組成物をシート状に成形してなるUV硬化型接着性シリコーン組成物シートを提供する。
このように、本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物をシート状に成形してなるUV硬化型接着性シリコーン組成物シートは、取り扱い易く作業性が良好であり、LEDチップ等の光半導体素子表面に積層させることで容易に接着することができる。また、このUV硬化性接着性シリコーン組成物シートは未硬化状態で可塑性の固体状又は半固体状であるので、充填された蛍光体が保管中に分離沈降を起こすこともない。したがって、蛍光体が均一に分散した樹脂硬化層を安定して形成することができる。
また、本発明では、UV硬化型接着性シリコーン組成物シートを使用して製造された光半導体装置を提供する。
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートを使用して製造された光半導体装置は、光半導体素子を被覆する樹脂硬化層が高い耐熱性及び光透過性を有する。更に、蛍光体が均一に分散した樹脂硬化層で被覆された光半導体素子を有する光半導体装置となる。
また、本発明では、光半導体素子表面に前記UV硬化型接着性シリコーン組成物シートを配置する工程、光照射工程、その後加熱工程を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法を提供する。
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートは、LEDチップ等の光半導体素子の表面に配置することで容易にLEDチップを被覆することが可能であり、また、該シートに対しUV光源とマスクを用いたリソグラフィーを行うことにより、必要な部分のみをゲル状に硬化させ、その後溶剤にて不要な未硬化部分を溶解現像することで、樹脂硬化層を必要な部分のみに容易に形成することができる。
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物は、加熱硬化中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することが可能となる。また、該組成物をシート状に成形してなるUV硬化性接着性シリコーン組成物シートは未硬化状態で可塑性の固体状又は半固体状であるので、取り扱い易く作業性が良好であり、通常のダイボンドマウンター等のマウント装置でも容易に半導体素子表面に積層・接着することができる。また、充填された蛍光体が保管中に分離沈降を起こすこともない。そして、該組成物シートを硬化させることで、蛍光体が均一に分散した樹脂硬化層を均一な層厚で効率よく安定に形成することができる。したがって量産性に優れている。また、得られる蛍光体含有樹脂硬化層では、蛍光体が均一に分散しているので色ずれは起こり難く、演色性が良好である。また、得られる硬化物は、硬質樹脂でありながら可撓性に優れ、表面のタックが少ない硬化物(樹脂硬化層)となる。
実施例において色度の測定のために作製したフリップチップ構造のLED装置を示す概略図である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、従来、光半導体素子を被覆するための組成物には、完全に硬化するまでの間に組成物が流動し、目的の形状を有する硬化物を得ることができない問題や、蛍光体の樹脂層中での分散が不均一であったり偏りがあったりするという問題があった。
そこで、加熱硬化中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することが可能なUV硬化型接着性シリコーン組成物であり、更に、取扱いが容易であり、蛍光体が均一に分散し、その分散状態が経時的に安定である接着性シリコーン組成物シートを形成可能なUV硬化型接着性シリコーン組成物が求められている。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は、
(A) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−a−b)/2単位からなり(ここで、R、R、及びRは独立に水酸基、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、及びフェニル基のいずれかを示し、Rはビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1、2又は3で、かつa+bは2又は3である。)、
上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
(B) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位からなり(ここで、R、R及びRは独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(C) 光活性型触媒
を含有し、未硬化状態において常温で可塑性の固体状もしくは半固体状であることを特徴とするUV硬化型接着性シリコーン組成物である。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。尚、以下の記載において、Meはメチル基、Etはエチル基、Phはフェニル基、そしてViはビニル基を示す。
UV硬化型接着性シリコーン組成物
−(A)樹脂構造のオルガノポリシロキサン−
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物の重要な(A)成分である樹脂構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノポリシロキサンは、RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−a−b)/2単位からなり(ここで、R、R、及びRは独立に水酸基、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、及びフェニル基のいずれかを示し、Rはビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1、2又は3で、かつa+bは2又は3である。)、上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である構造を部分的に含有する樹脂構造のオルガノポリシロキサンである。
なお、上記のR SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造とは、一般式(1):
Figure 2013147546
(ここで、Rは上記と同じ、mは5〜300の整数)
で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を意味する。
(A)成分のオルガノポリシロキサン中に存在するR SiO2/2単位全体の少なくとも一部、好ましくは50モル%以上(50〜100モル%)、特には80モル%以上(80〜100モル%)が、分子中でかかる一般式(1)で表される連鎖構造を形成していることが好ましい。
(A)成分の分子中においては、R SiO2/2単位はポリマー分子を直鎖状に延伸するように働き、RSiO3/2単位はポリマー分子を分岐させ或いは三次元網状化させる。R SiO(4−a−b)/2単位の中のR(ビニル基又はアリル基)は、後述する(B)成分が有するR SiO(4−c−d)/2単位のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)とヒドロシリル化付加反応することにより、本発明の組成物を硬化させる役割を果たす。
(A)成分を構成する必須の三種のシロキサン単位のモル比、即ち、RSiO3/2単位:R SiO2/2単位:R SiO(4−a−b)/2単位のモル比は、90〜24:75〜9:50〜1、特に70〜28:70〜20:10〜2(但し、合計で100)であることが得られる硬化物の特性上好ましい。
また、この(A)成分のテトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量は、3,000〜1,000,000、特に10,000〜100,000の範囲にあると、該ポリマーは、より確実に可塑性固体状もしくは半固体状であり作業性、硬化性などから好適である。
このような樹脂構造のオルガノポリシロキサンは、各単位の原料となる化合物を、生成ポリマー中で上記三種のシロキサン単位が所要のモル比となるように組み合わせ、例えば酸の存在下で共加水分解縮合を行うことによって合成することができる。
ここで、RSiO3/2単位の原料としては、MeSiCl、EtSiCl、PhSiCl、プロピルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン等のクロロシラン類、これらそれぞれのクロロシラン類に対応するメトキシシラン類などのアルコキシシラン類などを例示できる。
SiO2/2単位の原料としては、
ClMeSiO(MeSiO)SiMeCl、
ClMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeCl、
ClMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeCl、
HOMeSiO(MeSiO)SiMeOH、
HOMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeOH、
HOMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeOH、
MeOMeSiO(MeSiO)SiMeOMe、
MeOMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeOMe、
MeOMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeOMe
(ここで、m=5〜150の整数(平均値)、n=5〜300の整数(平均値))
等を例示することができる。
また、R SiO(4−a−b)/2単位は、RSiO2/2単位、R SiO1/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO1/2単位から選ばれる1種のシロキサン単位又は2種以上のシロキサン単位の組み合わせであることを示す。その原料としては、MeViSiCl、MeViSiCl、PhViSiCl、PhViSiCl等のクロロシラン類、これらのクロロシランのそれぞれに対応するメトキシシラン類等のアルコキシシラン類などを例示することができる。
なお、本発明において、(A)成分のオルガノポリシロキサンを上記の原料化合物の共加水分解及び縮合により製造する際には、RSiO3/2単位、R SiO2/2単位及び/又はR SiO(4−a−b)/2単位に、シラノール基を有するシロキサン単位が含まれる場合がある。即ち、R、R、Rのうちの一つ以上が水酸基であるシロキサン単位が含まれる場合がある。(A)成分のオルガノポリシロキサンは、かかるシラノール基含有シロキサン単位を、通常、全シロキサン単位に対して10モル%以下(0〜10モル%)、好ましくは5モル%以下(0〜5モル%)程度含有するものであってもよい。上記シラノール基含有シロキサン単位としては、例えば、R(HO)SiO2/2単位、R(HO)SiO1/2単位、R (HO)SiO1/2単位、R(HO)SiO1/2単位、R (HO)SiO1/2単位(ここで、R1〜R4は前記の通りである)などが挙げられる。
−(B)樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン−
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物の重要な(B)成分である樹脂構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位からなり(ここで、R、R、Rは上記の通りであり、cは0,1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である)、望ましくはR SiO(4−c−d)/2単位のうちcは2、dは1からなり、上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である直鎖状のシロキサン構造を部分的に含有する樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
なお、R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造とは、(B)成分中に存在するR SiO2/2単位の少なくとも一部、好ましくは50モル%以上(50〜100モル%)、特には80モル%以上(80〜100モル%)が、(B)成分の分子中で、前記一般式(1)で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を形成していることを意味する。
(B)成分の分子中においても、R SiO2/2単位はポリマー分子を直鎖状に延伸するように働き、RSiO3/2単位はポリマー分子を分岐させ或いは三次元網状化させる。R SiO(4−c−d)/2単位の中のケイ素に結合した水素原子は、上述した(A)成分が有するアルケニル基とヒドロシリル化付加反応することにより本発明の組成物を硬化させる役割を果たす。
(B)成分を構成する必須の三種のシロキサン単位のモル比、即ち、RSiO3/2単位:R SiO2/2単位:R SiO(4−c−d)/2単位のモル比は、90〜24:75〜9:50〜1、特に70〜28:70〜20:10〜2(但し、合計で100)であることが得られる硬化物の特性上好ましい。
また、この(B)成分のテトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒としたGPCによるポリスチレン換算重量平均分子量は3,000〜1,000,000、特に10,000〜100,000の範囲にあるものが作業性、硬化物の特性などの点から好適である。
このような樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、各単位の原料となる化合物を、生成ポリマー中で上記三種のシロキサン単位が所要のモル比となるように組み合わせ、共加水分解を行うことによって合成することができる。
ここで、RSiO3/2単位の原料としては、MeSiCl、EtSiCl、PhSiCl、プロピルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシランや、それぞれのクロロシランに対応するメトキシシランなどのアルコキシシラン等が例示できる。
SiO2/2単位の原料としては、
ClMeSiO(MeSiO)SiMeCl、
ClMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeCl、
ClMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeCl、
HOMeSiO(MeSiO)SiMeOH、
HOMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeOH、
HOMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeOH、
MeOMeSiO(MeSiO)SiMeOMe、
MeOMeSiO(MeSiO)(PhMeSiO)SiMeOMe、
MeOMeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMeOMe
(ここで、m=5〜150の整数(平均値)、n=5〜300の整数(平均値))
等を例示することができる。
また、R SiO(4−c−d)/2単位は、RHSiO2/2単位、R HSiO1/2単位、HSiO2/2単位、RSiO1/2単位から選ばれる1種又は2種以上のシロキサン単位の任意の組み合わせであることを示し、その原料としては、MeHSiCl、MeHSiCl、PhHSiCl、PhHSiCl等のクロロシラン類、これらのクロロシラン類に対応するメトキシシラン類などのアルコキシシラン類などを例示することができる。
なお、本発明において、(B)成分のオルガノポリシロキサンを上記の原料化合物の共加水分解及び縮合により製造する際には、RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位に、シラノール基を有するシロキサン単位が含まれる場合がある。即ち、R、R、Rのうちの一つ以上が水酸基であるシロキサン単位が含まれる場合がある。(B)成分のオルガノポリシロキサンは、かかるシラノール基含有シロキサン単位を、通常、全シロキサン単位に対して10モル%以下(0〜10モル%)、好ましくは5モル%以下(0〜5モル%)程度含有するものであってもよい。上記シラノール基含有シロキサン単位としては、例えば、R(HO)SiO2/2単位、R(HO)SiO1/2単位、R (HO)SiO1/2単位、RH(HO)SiO1/2単位、H(HO)SiO1/2単位(ここで、R〜Rは前記の通りである)が挙げられる。
(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(A)成分中のビニル基及びアリル基の合計量に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)のモル比で0.1〜4.0となる量、特に好ましくは0.5〜3.0、更に好ましくは0.8〜2.0となる量であることが好ましい。0.1以上であれば硬化反応が良好に進行しシリコーン硬化物を得ることができ、4.0以下であれば、硬化物中の未反応(残存)SiH基が少量となり、硬化物の物性が経時的に変化する恐れがないために好ましい。
−(C)光活性型触媒−
従来の熱硬化タイプのシリコーン樹脂組成物では、予め、光活性型ではない白金系触媒が添加されていることが多い(例えば特許文献3)。本発明では、触媒として光活性型のものを用いることを特徴とする。(C)成分は光活性を有する触媒であれば特に制限されるものではなく、特には光活性型の白金族金属触媒あるいはニッケル系触媒である。白金族金属触媒は、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものが使用でき、中でも白金系触媒であるのが好ましい。当該白金系触媒としては、β−ジケトネート白金錯体触媒、例えば、トリメチル(アセチルアセトナト)白金錯体、トリメチル(3,5−ヘプタンジオネート)白金錯体、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金錯体、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へキサンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へプタンジオナト)白金錯体、ビス(3,5−ヘプタンジオナト)白金錯体、ビス(1−フェニル−1,3−ブタンジオナト)白金錯体、ビス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)白金錯体が挙げられる。また、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金を使用することもできる。ニッケル系触媒としては、例えばビス(2,4−ペンタンジオナト)ニッケル錯体を使用することができる。これらは1種を単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも本発明の硬化方法で使用する触媒としては、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体、慣用名ビス(アセチルアセトナト)白金(II)が好ましい。
(C)成分の配合量は、硬化のための有効量でよく、通常、前記(A)及び(B)成分の合計量に対して例えば白金族金属として質量換算で0.1〜1000ppm、特に好ましくは0.5〜500ppmの範囲で使用される。
上記(A)〜(C)成分を含有するUV硬化型接着性シリコーン組成物は、加熱硬化中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することが可能である。また、該組成物からは、未硬化状態において常温で可塑性の固体状若しくは半固体状であり、取扱いが容易である接着性シリコーン組成物シートを形成することができる。また、この接着性シリコーン組成物シートは、半導体素子(LED素子等の光半導体素子を含む)等の表面に容易に接着し、UV光源とマスクを用い必要な部分のみを硬化させることで樹脂硬化層を必要な部分のみに容易に形成することができるものとなる。
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物には、上述した(A)〜(C)成分以外にも、必要に応じて、それ自体公知の各種の添加剤を配合することができる。
−(D)蛍光体−
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物を、LED素子を被覆する樹脂層の形成等に用いる場合には、該組成物は上記(A)〜(C)成分以外に、波長変換のための(D)蛍光体を含有することが好ましい。本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物は、このように、(D)蛍光体を含む場合であっても、該蛍光体が均一に分散し、しかもその分散状態が経時的に安定である樹脂硬化層を得ることができる。
(D)成分の蛍光体は、公知の蛍光体であればいずれのものであってもよく、その配合量は(A)〜(C)の全成分100質量部に対して通常、0.1〜100質量部の範囲とする。(D)成分の蛍光体は、例えば、シーラスレーザー測定装置などのレーザー光回折法による粒度分布測定における粒径の範囲として、通常その粒径が10nm以上であればよく、好適には10nm〜10μm、より好適には10nm〜1μm程度のものが使用される。
蛍光物質は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。また、MSi:EuのほかMSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、M0.9Si0.110:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などもある。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、M(POX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、BaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属硫化物蛍光体には、LaS:Eu、YS:Eu、GdS:Euなどがある。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体などがある。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル%表示で、CaCO をCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物または遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が15wt%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
・無機充填剤:
例えば、ヒュームドシリカ、ヒュームド二酸化チタン等の補強性無機充填剤、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、二酸化チタン、酸化第二鉄、カーボンブラック、酸化亜鉛等の非補強性無機充填剤等を挙げることができる。これらの無機充填剤は、合計で、(A)及び(B)成分の合計量100質量部当り600質量部以下(0〜600質量部)の範囲で適宜配合することができる。
・接着助剤:
また、本発明の組成物には、更に接着性を付与するため、接着助剤を必要に応じて添加できる。接着助剤としては、例えば、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)、ケイ素原子に結合したアルケニル基(例えばSi−CH=CH基)、アルコキシシリル基(例えばトリメトキシシリル基)、エポキシ基(例えばグリシドキシプロピル基、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル基)から選ばれる官能性基を少なくとも2種、好ましくは2種又は3種含有する直鎖状又は環状のケイ素原子数4〜50個、好ましくは4〜20個程度のオルガノシロキサンオリゴマー、下記一般式(2)で示されるオルガノオキシシリル変性イソシアヌレート化合物及び/又はその加水分解縮合物(オルガノシロキサン変性イソシアヌレート化合物)などが挙げられる。
Figure 2013147546
〔式中、R19は、下記式(3)
Figure 2013147546
(ここで、R20は水素原子又は炭素原子数1〜6の一価炭化水素基であり、sは1〜6、特に1〜4の整数である。)
で表される有機基、又は脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基であるが、R19の少なくとも1個は式(3)の有機基である。)
一般式(2)におけるR19の脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基としては、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の炭素原子数2〜8、特に2〜6のアルケニル基、シクロヘキセニル基等の炭素原子数6〜8のシクロアルケニル基などが挙げられる。また、式(3)におけるR20の一価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、上記R19について例示したアルケニル基及びシクロアルケニル基、さらにフェニル基等のアリール基などの炭素原子数1〜8、特に1〜6の一価炭化水素基が挙げられ、好ましくはアルキル基である。
さらに、接着助剤としては、下記式に示される化合物が例示される。

Figure 2013147546
(式中、g及びhは各々0〜50の範囲の正の整数であって、しかもg+hが2〜50、好ましくは4〜20を満足するものである。)
Figure 2013147546
Figure 2013147546
上記の有機ケイ素化合物の内、得られる硬化物に特に良好な接着性をもたらす化合物としては、一分子中にケイ素原子結合アルコキシ基と、アルケニル基もしくはケイ素原子結合水素原子(SiH基)とを有する有機ケイ素化合物である。
接着助剤の配合量は、(A)成分100質量部に対して、通常10質量部以下(即ち、0〜10質量部)、好ましくは0.1〜8質量部、より好ましくは0.2〜5質量部程度配合することができる。10質量部以下であれば、硬化物の硬さに悪影響を及ぼしたり表面タック性を高めたりする恐れがない。
さらに必要に応じて本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物が常温で可塑性の固体状ないし半固体状を維持し液状にならない程度に液状シリコーン成分を添加することができる。このような液状シリコーン成分としては、25℃で粘度1〜100,000mPa.s程度のものが好ましく、例えばビニルシロキサン、ハイドロジェンシロキサン、アルコキシシロキサン、ハイドロキシシロキサン及びこれらの混合物が挙げられ、添加量はUV硬化型接着性シリコーン組成物が常温で可塑性固体状ないし半固体状を維持することが条件であり、通常UV硬化型接着性シリコーン組成物に対して50質量%以下である。
UV硬化型接着性シリコーン組成物シート
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートは、上述の本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物をシート状に成形してなるものである。
本発明の組成物をシート状に加工する手段としては、例えばフィルムコータ、熱プレス機等をあげることができる。これらの手段を用いて組成物をシート状に加工するには、例えば組成物を、加圧用ベースフィルムと剥離フィルムとの間に挟み、熱プレス機を用いて通常60〜120℃、好ましくは70〜100℃の温度で、0.5〜10t/cm、好ましくは1〜7t/cmの圧力下で、約1〜約30分間、好ましくは2〜10分間圧縮成形を行う。
加圧用ベースフィルムとしてはPETフィルム、フッ素系樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等があげられ、剥離フィルムとしては、フッ素系樹脂コートしたPETフィルム、シリコーン樹脂コートしたPETフィルム、フッ素系樹脂フィルム等があげられる。
このような上記UV硬化型接着性シリコーン組成物から形成されるUV硬化型接着性シリコーン組成物シートは、常温で未硬化状態において可塑性の固体状ないし半固体状であるため取扱いが容易である。また、LEDチップ等の半導体素子の表面に容易に接着させることができ、UV光源とマスクを用い必要な部分のみを硬化させて、溶剤で不要な未硬化部分を溶解現像することで、硬化層を必要な部分のみに形成することが可能な接着性シリコーン組成物シートとなる。更に、本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物が蛍光体を含む場合には、蛍光体が均一に分散し、しかもその分散状態が経時的に安定である硬化物(樹脂硬化層)を得ることができる。
本発明で使用する紫外線(UV)の光源としては、例えばUV−LEDランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアークランプ、キセノンランプ等が挙げられる。照射する光の波長は、200nm〜400nm、好ましくは250〜400nmであり、単波長、輝線スペクトル、連続スペクトルのいずれでもよい。照射量は、積算光量として100mJ/cm〜100,000mJ/cm、好ましくは100mJ/cm〜100,00mJ/cm、より好ましくは100mJ/cm〜5,000mJ/cmである。前記照射量であれば、極めて短時間の光照射でシリコーン樹脂組成物をゲル化する事ができる。なお、本発明においてゲル化とは樹脂組成物の硬化反応が一部進行し、樹脂組成物が溶剤に対して不溶になった状態のことを意味する。
上記の本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートは、特定波長を有する光を照射することによってシリコーン樹脂組成物がゲル化される事を特徴とする。シリコーン樹脂組成物に特定波長を有する光を、例えば0.5〜10秒、特には1〜5秒照射すると、その後10〜600秒、特には60〜300秒でシリコーン樹脂組成物がゲル化される。
次いで、該ゲル化されたシートを加熱することにより完全に硬化する。これにより加熱中に樹脂組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することができる。加熱硬化は25〜200℃、好ましくは100〜180℃で、3分〜72時間、好ましくは1〜6時間で行う。該加熱硬化条件は作業条件及び生産性と発光素子や筐体耐熱性とのバランスから適宜選定すればよい。
光半導体装置及びその製造方法
本発明によれば、光半導体素子(例えばLED素子)の表面に、上記のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートを配置する工程、光照射工程、その後加熱硬化工程を有する光半導体装置の製造方法を提供する。これにより、樹脂硬化層で前記LED素子表面が被覆された被覆LED素子を有する発光装置が得られる。
このような接着性シリコーン組成物シートを用いた光半導体装置の製造方法においては、上記接着性シリコーン組成物シートは1〜500μm、好ましくは10〜300μmの厚さで使用されるのが好ましいが、蛍光体の含有量や発光効率等によって適宜調整される。該シートの大きさは被覆されるLED素子のサイズに合わせればよい。該シートをLED素子の表面に配置後、光照射にてゲル化させ、その後加熱して完全硬化させる。UV照射・加熱硬化の条件は上記の通りであり、通常、一次硬化の後二次硬化させる。
このように、本発明の接着性シリコーン組成物シートを用いることで、UV光源とマスクを用いたリソグラフィーにより必要な部分のみを硬化させ、溶剤で不要な未硬化部分を溶解現像することで、樹脂硬化層を必要な部分のみに容易に形成することができる。
硬化物(樹脂硬化層)
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物及びUV硬化型接着性シリコーン組成物シートにより得られる硬化物は耐熱性及び光透過性に優れる。また、本発明は厚さ1mmの層状態で23℃における波長450nmの光の透過率が90%〜100%、特には95%〜100%である硬化物を提供することができる。このため、該硬化物は、発光ダイオード(LED)、有機電界発光素子(有機EL)、レーザーダイオード、LEDアレイ等の光半導体素子の封止材等として好適に利用することができる。透過率が厚さ1mmで求められる理由は、LEDチップを被覆してレンズを形成した時のレンズの厚さが約1mmであるからである。
本発明のUV硬化型接着性シリコーン組成物の硬化物で光半導体素子を封止する態様は特に制限されるものではないが、例えば、開口部を有する筐体内に配置された光半導体素子を覆うように、上述したシリコーン樹脂組成物を充填し、UV照射・加熱して、硬化させる方法が使用できる。また、マトリックス化された基板上に光半導体素子を搭載し、印刷法、トランスファー成型、インジェクション成型、圧縮成形を使用して製造することもできる。
尚、本発明のシリコーン樹脂組成物は、常温で可塑性の固体状もしくは半固体状であるが、40〜120℃、好ましくは80〜100℃程度の予熱によって軟化・融解して射出成形も可能な性状となる。
光半導体素子をポッティングやインジェクション法で被覆保護する場合には、組成物は注型時に液状であることが好ましい。また、光半導体装置をトランスファー成型で製造する場合は、該組成物をペレット化したものを成型に用いてもよい。
トランスファー成形やインジェクション成形を使用する場合は、150〜180℃の温度、20〜50kgf/cmの圧力で1〜5分間で成型するのがよい。トランスファー成型やインジェクション成型を使用する場合は、後硬化(二次硬化又はポストキュア)を150〜200℃、1〜4時間の条件で行ってもよい。
なお、圧着は、通常、室温〜300℃以下で、10MPa以下(通常0.01〜10のMPa)加圧下で行うことができ、好ましくは5MPa以下(例えば0.1〜5MPa)、特には0.5〜5MPaである。硬化は、通常50〜200℃、特に70〜180℃で1〜30分、特に2〜10分である。また、50〜200℃、特に70〜180℃で0.1〜10時間、特に1〜4時間のポストキュアを行うことができる。
以下、合成例及び実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。また、Phはフェニル基、Meはメチル基、Viはビニル基を示す。
本発明中で言及する重量平均分子量とは、下記条件で測定したゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量を指すこととする。
[測定条件]
展開溶媒:THF
流量:0.6mL/min
検出器:示差屈折率検出器(RI)
カラム:TSK Guardcolomn SuperH−L
TSKgel SuperH4000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH3000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH2000(6.0mmI.D.×15cm×2)
(いずれも東ソー社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:20μL(濃度0.5重量%のTHF溶液)
[合成例1]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A1)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)33SiMeCl:1mol、MeViSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A1)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位、及び[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/20.01[MeViSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は65,000、融点は58℃であった。
[合成例2]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B1)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)33SiMeCl:1mol、MeHSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B1)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/20.01[MeHSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は56,000、融点は56℃であった。
[合成例3]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A2)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)33SiMeCl:1mol、MeViSiCl:9molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A2)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/20.01[MeViSiO1/20.09で示される。この樹脂の重量平均分子量は62,000、融点は61℃であった。
[合成例4]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B2)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)33SiMeCl:1mol、MeHSiCl:9molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B2)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)33−SiMe2/20.01[MeHSiO1/20.09で示される。この樹脂の重量平均分子量は55,000、融点は54℃であった。
[合成例5]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A3)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)SiMeCl:1mol、MeViSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A3)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位、及び[−SiMeO−(MeSiO)−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)−SiMe2/20.01[MeViSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は45,000、融点は56℃であった。
[合成例6]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B3)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、ClMeSiO(MeSiO)SiMeCl:1mol、MeHSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B3)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[−SiMeO−(MeSiO)−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)−SiMe2/20.01[MeHSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は42,000、融点は54℃であった。
[合成例7]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A4)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、HOMeSiO(MeSiO)98SiMeOH:1mol、MeViSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A4)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位、及び[−SiMeO−(MeSiO)98−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)98−SiMe2/20.01[MeViSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は62,000、融点は60℃であった。
[合成例8]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B4)−
PhSiClで示されるオルガノシラン:27mol、HOMeSiO(MeSiO)98SiMeOH:1mol、MeHSiCl:6molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B4)を合成した。
この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[−SiMeO−(MeSiO)98−SiMe2/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/20.27[−SiMeO−(MeSiO)98−SiMe2/20.01[MeHSiO1/20.06で示される。この樹脂の重量平均分子量は60,000、融点は58℃であった。
(実施例1)
合成例1のビニル基含有樹脂(A1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有樹脂(B1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、ビス(アセチルアセトナト)白金(II)(東京化成工業(株)製)0.1gをトルエン10%溶解し加えた組成物90質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を10質量部加え60℃に加温し、さらにシクロヘキサノンを樹脂組成分の20%加え、プラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、乾燥した状態25℃において可塑性の固体であった。
1)色度測定
上記組成物を、50μmPTFEフィルム(加圧用ベースフィルム)上にフィルムコータにてブレードを100μmで塗布し100℃で2分乾燥して50μmの固形フィルムを作成した。この固形物をさらに25μmPTFEフィルム(剥離フィルム)との間に挟み、ロールにてニップして厚さ50μmのシート状に成形した。
得られた組成物シートを剥離フィルムごとチップサイズに切断して小片化した。図1に示すように、得られたフィルム片を組成物側がLEDチップに接触するようにGaN系LEDチップ1上に載せた後に剥離フィルムを除去した。次にコンタクトホールのみをカバーしたフォトマスクを介し、UV−LED照射器(オムロン社製、ZUV−C20H)を用いて、UV 365nm(積算光量:2000mJ/cm)を照射した。さらに未硬化部をIPAにて現像し、更にこれを150℃で60分間加熱して硬化させ、LEDチップ1上に蛍光体含有樹脂硬化層2を形成した。この様にして得られた蛍光体含有樹脂硬化層2で被覆されたLEDチップ1を用いて、セラミック回路基板3上に図1に示す様なフリップチップ構造の発光半導体(LED)装置を作製した。図中、4はワイヤコンタクト部、5は金ワイヤである。LED各3個を発光させて大塚電子製LED光学特性モニタ(LE−3400)により色度を測定した。
2)機械的特性
組成物をコンプレッション成型機にて圧縮成型し、UV−LED照射器(オムロン社製、ZUV−C20H)を用いて、UV 365nm(積算光量:2000mJ/cm)を照射しゲル化し、更にこれを150℃,4時間で硬化させたものについて、JIS K 6251及びJIS K 6253に準拠し、引張強さ(0.2mm厚)、硬さ(タイプD型スプリング試験機を用いて測定)及び切断時伸び(0.2mm厚)を測定した。
3)表面のタック性
上記機械特性の評価と同様に硬化させた硬化物表面のタック性を指触にて確認した。更に、市販の銀紛(平均粒径5μm)中に硬化物を置き、取り出し後、エアーを吹き付けて表面に埃のように付着した銀粉が取れるか試験した。
4)蛍光体の分散安定性
アルミナ基盤上に形成された直径6mm、中央部深さ2mmの凹部に上記の調製直後の樹脂組成物を入れ、上記機械特性の評価と同様にUV照射・加熱硬化して厚さ2mm、直径6mmの円盤状成型物を成型した。この成型物の上部表面層(厚さ2mm)と下部表面層(厚さ2mm)のそれぞれから一部切り取り、各々を800℃にて加熱して灰化し、得られた灰中の蛍光体の含有量(質量%)を測定し、上部と下部における含有量を比較した。
さらに、該組成物を−20℃の冷凍庫内に3月間保管した後に、組成物を上記と同様に成型し、同様にして上部と下部における蛍光体の含有量を比較した。こうして蛍光体の分散安定性を測定した。
これらの各測定結果を表1に示す。
(実施例2)
合成例3のビニル基含有樹脂(A−2):189g、合成例4のヒドロシリル基含有樹脂(B−2):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物70質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を30質量部加えた後、これらを60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。該組成物を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
(実施例3)
合成例1のビニル基含有樹脂(A−1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有樹脂(B−1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。
(実施例4)
合成例5のビニル基含有樹脂(A−3):189g、合成例6のヒドロシリル基含有樹脂(B−3):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。
(実施例5)
合成例7のビニル基含有樹脂(A−4):189g、合成例8のヒドロシリル基含有樹脂(B−4):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。
(比較例1)
実施例1で調製したシリコーン樹脂組成物に代えて、繰り返し単位数5〜300個の直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を含有せず常温で液体のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂を主剤とする市販の付加反応硬化型シリコーンワニスであるKJR−632(商品名、信越化学工業(株)製)90質量部を用い、更に、実施例1と同じ粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)10質量部を加えた後、60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく攪拌した組成物について、表1記載の硬化条件で硬化して各特性を評価した。結果を表1に示す。
(比較例2)
実施例1で調製したシリコーン樹脂組成物に代えて、繰り返し単位数5〜300個の直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を含有せず常温で液体のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂を主剤とする市販の付加反応硬化型シリコーンワニスであるKJR−632L−1(商品名、信越化学工業(株)製)70質量部を用い、更に、実施例1と同じ粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)30質量部を加えた後、60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく攪拌した組成物について、表1記載の硬化条件で硬化して各特性を評価した。結果を表1に示す。
Figure 2013147546
(注)
*1:ビニル基含有樹脂中のケイ素原子結合ビニル基に対するヒドロシリル基含有樹脂中のケイ素原子結合水素原子のモル比
実施例1〜5のUV硬化型接着性シリコーン組成物は、加熱硬化中に組成物が流動することなく、初期の形状を維持したまま硬化することができた。また、実施例1及び実施例2の組成物では、蛍光体が均一に分散し、しかもその分散状態が経時的に安定である樹脂硬化層を得ることができた。また、該組成物から形成されたシートを用いることで、リソグラフィーにより必要な部分のみに樹脂硬化層を形成することができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
1…LEDチップ、 2…蛍光体含有樹脂硬化層、 3…セラミック回路基板、 4…ワイヤコンタクト部、 5…金ワイヤ。
なお、本発明において、(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを上記の原料化合物の共加水分解及び縮合により製造する際には、RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位に、シラノール基を有するシロキサン単位が含まれる場合がある。即ち、R、R、Rのうちの一つ以上が水酸基であるシロキサン単位が含まれる場合がある。(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、かかるシラノール基含有シロキサン単位を、通常、全シロキサン単位に対して10モル%以下(0〜10モル%)、好ましくは5モル%以下(0〜5モル%)程度含有するものであってもよい。上記シラノール基含有シロキサン単位としては、例えば、R(HO)SiO2/2単位、R(HO)SiO1/2単位、R (HO)SiO1/2単位、RH(HO)SiO1/2単位、H(HO)SiO1/2単位(ここで、R〜Rは前記の通りである)が挙げられる。
なお、圧着は、通常、室温〜300℃以下で、10MPa以下(通常0.01〜10MPa)加圧下で行うことができ、好ましくは5MPa以下(例えば0.1〜5MPa)、特には0.5〜5MPaである。硬化は、通常50〜200℃、特に70〜180℃で1〜30分、特に2〜10分である。また、50〜200℃、特に70〜180℃で0.1〜10時間、特に1〜4時間のポストキュアを行うことができる。
(実施例2)
合成例3のビニル基含有樹脂(A−2):189g、合成例4のヒドロシリル基含有樹脂(B−2):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物70質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を30質量部加えた後、これらを60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。該組成物を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
(実施例3)
合成例1のビニル基含有樹脂(A−1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有樹脂(B−1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。
(実施例4)
合成例5のビニル基含有樹脂(A−3):189g、合成例6のヒドロシリル基含有樹脂(B−3):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。
(実施例5)
合成例7のビニル基含有樹脂(A−4):189g、合成例8のヒドロシリル基含有樹脂(B−4):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.1gを10%トルエンに溶解して加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。この組成物を評価した結果を表1に示す。

Claims (9)

  1. (A) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−a−b)/2単位からなり(ここで、R、R、及びRは独立に水酸基、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、及びフェニル基のいずれかを示し、Rはビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1、2又は3で、かつa+bは2又は3である。)、
    上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
    (B) RSiO3/2単位、R SiO2/2単位、及びR SiO(4−c−d)/2単位からなり(ここで、R、R及びRは独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
    上記R SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
    (C) 光活性型触媒
    を含有し、未硬化状態において常温で可塑性の固体状もしくは半固体状であることを特徴とするUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  2. 前記UV硬化型接着性シリコーン組成物は、更に(D)蛍光体を含有するものであることを特徴とする請求項1に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  3. 前記(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して前記(D)成分の蛍光体を0.1〜100質量部含有するものであることを特徴とする請求項2に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  4. 前記(D)蛍光体の粒径が10nm以上であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  5. 前記UV硬化型接着性シリコーン組成物は、前記(A)成分中のビニル基及びアリル基の総モル数に対する前記(B)成分中のケイ素原子に直接結合した水素原子の総モル数がモル比で0.1〜4.0となる量であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  6. 前記R、R、Rのうちの一つ以上が水酸基であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物をシート状に成形してなるUV硬化型接着性シリコーン組成物シート。
  8. 請求項7に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートを使用して製造された光半導体装置。
  9. 光半導体素子表面に請求項7に記載のUV硬化型接着性シリコーン組成物シートを配置する工程、光照射工程、その後加熱工程を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
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