JP2014005328A - 光半導体封止用硬化性組成物及びこれを用いた光半導体装置 - Google Patents

光半導体封止用硬化性組成物及びこれを用いた光半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 耐衝撃性に優れた硬化物を与える光半導体封止用硬化性組成物、及び該光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置を提供する。
【解決手段】 (A)直鎖状ポリフルオロ化合物、(B)SiH基及び含フッ素有機基を有する環状オルガノシロキサン、(C)白金族金属系触媒、(D)SiH基、含フッ素有機基及びエポキシ基を有する環状オルガノシロキサン、(E)球状シリカ粒子、(F)SiH基を有する含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン、(G)カルボン酸無水物を含有し、硬化して得られる硬化物の、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さが30〜80であることを特徴とする光半導体封止用硬化性組成物。
【選択図】図1

Description

本発明は、光半導体封止用硬化性組成物及びこれを用いた光半導体装置に関する。
硬化性組成物として、1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有する直鎖状フルオロポリエーテル化合物、1分子中にケイ素原子に直結した水素原子を2個以上有する含フッ素オルガノ水素シロキサン及び白金族化合物からなる組成物から、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、離型性、撥水性、撥油性、低温特性等の性質がバランスよく優れた硬化物を得ることが提案されている(特許文献1)。
そして、該組成物に、ヒドロシリル基とエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基とを有するオルガノポリシロキサンを添加することにより、金属やプラスチック基材に対して自己接着性を付与した組成物が提案されている(特許文献2)。
さらに、該組成物に、カルボン酸無水物を添加することにより、各種基材、特にポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)やポリアミド樹脂に対する接着性を向上させた組成物が提案されている(特許文献3)。また、特許文献4では、腐蝕性酸性ガスやアルカリ性ガスの存在下でも輝度の低下を防止することができる組成物が提案されている。
しかし、これら従来技術で実際に調製された組成物を硬化して得られる硬化物の中で、JIS K6253に規定されるタイプAデュロメータ硬さが20程度の低いものを発光ダイオード(以下、特に断りのない限り「LED」という)の封止材として使用すると、封止材としての耐衝撃性が不十分である場合があった。例えば、該硬化物でLEDを封止したバラ積みの光半導体装置を、ボウル型振動パーツフィーダを用いて一定の方向・姿勢に整列させる場合、該光半導体装置同士が衝突した衝撃でLEDチップと電極を結ぶボンディングワイヤが断線してしまうという問題がしばしば発生した。
一方、上記耐衝撃性を向上させるために、該硬化物の上記硬さを高くすると、該硬化物の、LEDのパッケージ材料、特に代表的な材料であるポリフタル酸アミド(PPA)に対する接着性が不十分となる問題が生じた。
特許第2990646号公報 特許第3239717号公報 特許第3567973号公報 特開2009−277887号公報
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、耐衝撃性に優れ、且つ良好な接着性を有する硬化物を与える光半導体封止用硬化性組成物、及び該光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置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)下記一般式(1)
CH=CH−(X)−Rf−(X’)−CH=CH (1)
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1である。Rfは下記一般式(4)又は(5)
Figure 2014005328
(式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
Figure 2014005328
(式中、uは1〜300の整数、sは1〜80の整数、tは上記と同じである。)
で表される二価のパーフルオロポリエーテル基である。]
で表される直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
(B)下記一般式(6)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とを有する環状オルガノポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、vは3〜6の整数、wは1〜4の整数、v+wは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Aは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
(D)下記一般式(7)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基とを有する環状オルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
Figure 2014005328
(式中、iは1〜6の整数、jは1〜4の整数、kは1〜4の整数、i+j+kは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Eは酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基である。)
(E)平均粒子径が0.050〜10μmの球状シリカ粒子:1.0〜80.0質量部、
(F)下記一般式(8)で表される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、mは3〜50の整数、R及びRは置換又は非置換の一価炭化水素基、Qは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(G)カルボン酸無水物:0.010〜10.0質量部
を含有し、硬化して得られる硬化物の、JIS K6253に規定されるタイプAデュロメータ硬さが30〜80であることを特徴とする光半導体封止用硬化性組成物を提供する。
このような、上記(A)〜(G)成分を全て含有し、硬化物の硬度が上記範囲を有する付加硬化型フルオロポリエーテル系硬化性組成物である光半導体封止用硬化性組成物は、各種基材、特にポリフタル酸アミド(PPA)に対して良好な接着性を示し、且つ良好な耐衝撃性を有する硬化物を与える。従って、該光半導体封止用硬化性組成物の硬化物は、光半導体素子の封止材、特に、LEDを保護するための封止材に適する。
また、前記光半導体封止用硬化性組成物は、取り扱い作業性の点から、JIS K7117−1に規定される23℃における粘度が、1,000〜50,000mPa・sであることが好ましい。
このように、粘度が1,000mPa・s以上であれば、流動性が高すぎず、LEDパッケージ内に一定量吐出させるディスペンサーの制御が困難になる恐れがないため好ましく、50,000mPa・s以下であれば、光半導体封止用硬化性組成物がLEDパッケージ内でレベリングするのに時間がかかることもなく、生産性が低下する恐れがないため好ましい。
また、前記(A)成分が、下記一般式(9)で表されるものであることが好ましい。
Figure 2014005328
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR’−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR’−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は上記と同じ基である。)のいずれかで表される基である。また、aは独立に0又は1、dは2〜6の整数、b及びcはそれぞれ1〜150の整数、かつb+cの和の平均は2〜300である。]
このような化合物であれば、直鎖状ポリフルオロ化合物としてより好ましい。
また、前記(A)成分の直鎖状ポリフルオロ化合物のアルケニル基含有量が、0.0050〜0.100mol/100gであることが好ましい。
このように、(A)成分のアルケニル基含有量が0.0050mol/100g以上の場合には、架橋度合いが十分であり、硬化不具合が生じる恐れがないため好ましく、アルケニル基含有量が0.100mol/100g以下の場合には、この硬化物のゴム弾性体としての機械的特性が損なわれる恐れがないために好ましい。
また、前記(B)成分、(D)成分及び(F)成分それぞれが有する、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、それぞれ下記一般式(10)又は一般式(11)で表されるものであることが好ましい。
2f+1− (10)
(式中、fは1〜10の整数である。)
Figure 2014005328
(式中、gは1〜10の整数である)
このように、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、上記一般式(10)又は上記一般式(11)で表されるものであることが好ましい。
また、前記(G)成分は、23℃下で固体のカルボン酸無水物、又は下記一般式(12)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基とを有する環状オルガノポリシロキサンであることが好ましい。
Figure 2014005328
(式中、xは1〜6の整数、yは1〜4の整数、zは1〜4の整数、x+y+zは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Lは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Mは二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基である。)
このような化合物であれば、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の自己接着性発現の促進効果がより高くなる。
また、前記一般式(12)において、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、下記一般式(10)又は一般式(11)で表されるものであることが好ましい。
2f+1− (10)
(式中、fは1〜10の整数である。)
Figure 2014005328
(式中、gは1〜10の整数である)
このように、上記一般式(12)においても、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、上記一般式(10)又は上記一般式(11)で表されるものであることが好ましい。
また、本発明では、光半導体素子と、該光半導体素子を封止するための、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる硬化物とを有する光半導体装置を提供する。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、良好な耐衝撃性及び各種基材、特にポリフタル酸アミド(PPA)に対して良好な接着性を示す硬化物を与えることができるため、この硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置は、例えば、その製造工程中、ボウル型振動パーツフィーダを用いて一定の方向・姿勢に整列させる場合、該光半導体装置同士が衝突しても、ボンディングワイヤの断線といった部材の損傷が発生し難くなり、さらに、該硬化物と該光半導体装置のパッケージ材料との間で剥離が発生し難くなるため、歩留まり及び生産性を向上することができる。
また、前記光半導体素子は、発光ダイオードであることが好ましい。
このように、本発明の光半導体封止用硬化性組成物の硬化物は、特に発光ダイオードを保護するための封止材として適する。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、上記(A)〜(G)成分の組み合わせにより、その硬化物が適度な硬度を有するために良好な耐衝撃性を有し、これにより光半導体素子が封止された光半導体装置は、ボンディングワイヤの断線など部材を損傷することなく製造することができる。更に、該光半導体封止用硬化性組成物は、各種基材、特にポリフタル酸アミド(PPA)に対して良好な接着性を示すため、LEDを保護するための封止材として適するものとなる。
本発明の光半導体装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の光半導体装置の他の一例を示す概略断面図である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、良好な耐衝撃性を有する硬化物を与え、かつ、各種基材、特にPPAに対して良好な接着性を有する光半導体封止用硬化性組成物、及び該組成物を硬化して得られる硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置が求められている。
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、下記(A)〜(G)成分を全て含有する組成物であれば、下記(A)〜(G)成分の組み合わせによる効果として、適度な硬度を有し、良好な耐衝撃性及び良好な接着性を有する硬化物を与える光半導体封止用硬化性組成物となることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明について詳細に説明する。
[(A)成分]
本発明の(A)成分は、下記一般式(1)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物である。
CH=CH−(X)−Rf−(X’)−CH=CH (1)
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1である。Rfは下記一般式(4)又は(5)
Figure 2014005328
(式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
Figure 2014005328
(式中、uは1〜300の整数、sは1〜80の整数、tは上記と同じである。)
で表される二価のパーフルオロポリエーテル基である。]
ここで、Rとしては、水素原子以外の場合、炭素原子数1〜12、特に1〜10の一価炭化水素基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などや、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素等のハロゲン原子で置換した置換一価炭化水素基などが挙げられる。
上記一般式(1)のRfは、下記一般式(4)又は(5)で表される二価のパーフルオロポリエーテル構造である。
Figure 2014005328
(式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数、好ましくは1〜100の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300、好ましくは2〜200、より好ましくは10〜150である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
Figure 2014005328
(式中、uは1〜300の整数、好ましくは1〜200の整数、より好ましくは10〜150の整数、sは1〜80の整数、好ましくは1〜50の整数、tは上記と同じである。)
Rf基の好ましい例としては、例えば、下記式(i)〜(iii)で示されるものが挙げられる。更に好ましくは式(i)の構造の二価の基である。
Figure 2014005328
Figure 2014005328
(上記式(i),(ii)中、p’及びq’はそれぞれ1〜150の整数、好ましくは1〜100の整数、p’+q’(平均)=2〜300、好ましくは2〜200、より好ましくは10〜150である。)
Figure 2014005328
(上記式(iii)中、u’は1〜300の整数、好ましくは1〜200の整数、より好ましくは10〜150の整数、s’は1〜80の整数、好ましくは1〜50の整数、より好ましくは1〜30の整数である。)
(A)成分の好ましい例として、下記一般式(9)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014005328
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR’−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基、好ましくは水素原子、メチル基、フェニル基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR’−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1、dは2〜6の整数、b及びcはそれぞれ1〜150の整数、好ましくは1〜100の整数、b+c(平均)=2〜300、好ましくは2〜200、より好ましくは10〜150である。]
上記一般式(9)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物の具体例としては、下記式で表されるものが挙げられる。
Figure 2014005328
Figure 2014005328
(式中、m1及びn1はそれぞれ1〜150の整数、好ましくは1〜100の整数、m1+n1=2〜300、好ましくは6〜200を満足する整数を示す。)
なお、上記一般式(1)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物に含まれるアルケニル基含有量は0.0050〜0.100mol/100gが好ましく、更に好ましくは0.0060〜0.050mol/100gである。直鎖状フルオロポリエーテル化合物に含まれるアルケニル基含有量が0.0050mol/100g以上の場合には、架橋度合いが十分となり硬化不具合が生じる可能性がないため好ましく、アルケニル基含有量が0.100mol/100g以下である場合には、この硬化物のゴム弾性体としての機械的特性が損なわれる恐れがないために好ましい。
また、上記一般式(1)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物の粘度(23℃)は、JIS K7117−1に規定された粘度測定で、100〜100,000mPa・s、より好ましくは500〜50,000mPa・sの範囲内にあることが、本発明の組成物をLEDの封止材として使用するのに望ましい。
これらの直鎖状ポリフルオロ化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
[(B)成分]
(B)成分は、下記一般式(6)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とを有する環状オルガノポリシロキサンであり、上記(A)成分の架橋剤として機能するものである。
Figure 2014005328
上記一般式(6)中、vは3〜6の整数、好ましくは3〜5の整数、wは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、v+wは4〜10の整数、好ましくは4〜8の整数である。
また、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の一価炭化水素基と同様の基が挙げられる。
さらに、Aは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。これらは、(A)成分との相溶性、分散性及び硬化後の均一性等の観点から導入される基である。
この一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基としては、下記一般式(10)及び(11)で表される基が挙げられる。
2f+1− (10)
(式中、fは1〜10、好ましくは3〜7の整数である。)
Figure 2014005328
(式中、gは1〜10の整数、好ましくは2〜8である)
また、これら一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とケイ素原子は、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介して繋がれており、その二価の連結基としては、炭素原子数が2〜12のアルキレン基、あるいは該基にエーテル結合酸素原子、アミド結合、カルボニル結合等を介在させたものが挙げられ、具体的には、
−CHCH−、
−CHCHCH−、
−CHCHCHOCH−、
−CHCHCH−NH−CO−、
−CHCHCH−N(Ph)−CO−(但し、Phはフェニル基である。)、
−CHCHCH−N(CH)−CO−、
−CHCHCH−O−CO−
等が挙げられる。
このような(B)成分としては、例えば下記の化合物が挙げられる。なお、下記式において、Meはメチル基を示す。
Figure 2014005328
Figure 2014005328
この(B)成分は、1種単独で使用してもよいし、2種以上のものを併用してもよい。
上記(B)成分の配合量は、(A)成分中に含まれるアルケニル基1モルに対して(B)成分中のSiH基(ケイ素原子に直結した水素原子)が0.1〜1.5モル、より好ましくは0.1〜1.0モルとなる量である。SiH基が0.1モルより少ないと、架橋度合いが不十分になり、一方1.5モルより多いと、保存性が損なわれたり、硬化後得られる硬化物の耐熱性が低下したりする恐れがある。
[(C)成分]
本発明の(C)成分である白金族金属系触媒は、ヒドロシリル化反応触媒である。ヒドロシリル化反応触媒は、組成物中に含有されるアルケニル基、特には(A)成分中のアルケニル基と、組成物中に含有されるSiH基、特には(B)成分中のSiH基との付加反応を促進する触媒である。このヒドロシリル化反応触媒は、一般に貴金属又はその化合物であり、高価格であることから、比較的入手し易い白金又は白金化合物がよく用いられる。
白金化合物としては、例えば、塩化白金酸又は塩化白金酸とエチレン等のオレフィンとの錯体、アルコールやビニルシロキサンとの錯体、シリカ、アルミナ、カーボン等に担持した金属白金等を挙げることができる。白金又はその化合物以外の白金族金属系触媒として、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム系化合物も知られており、例えば、RhCl(PPh、RhCl(CO)(PPh、Ru(CO)12、IrCl(CO)(PPh、Pd(PPh等を例示することができる。なお、前記式中、Phはフェニル基である。
これらの触媒の使用にあたっては、それが固体触媒であるときには固体状で使用することも可能であるが、より均一な硬化物を得るためには塩化白金酸や錯体を、例えば、トルエンやエタノール等の適切な溶剤に溶解したものを(A)成分の直鎖状ポリフルオロ化合物に相溶させて使用することが好ましい。
(C)成分の配合量は、ヒドロシリル化反応触媒としての有効量であり、(A)成分に対して0.1〜500ppm、特に好ましくは0.5〜200ppm(白金族金属原子の質量換算)であるが、希望する硬化速度に応じて適宜増減することができる。
[(D)成分]
本発明の(D)成分は、下記一般式(7)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基とを有する環状オルガノポリシロキサンであり、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物に自己接着性を与える接着付与剤である。
Figure 2014005328
上記一般式(7)中、iは1〜6の整数、好ましくは1〜5の整数、jは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、kは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、i+j+kは4〜10の整数、好ましくは4〜8の整数である。
また、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の一価炭化水素基と同様の基が挙げられる。
さらに、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAと同様の基が挙げられる。これらは、(A)成分との相溶性、分散性及び硬化後の均一性等の観点から導入される基である。
また、Eは酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基であり、具体的には、下記の基を挙げることができる。
Figure 2014005328
(式中、Rは酸素原子が介在してもよい炭素原子数1〜10、特に1〜5の二価炭化水素基で、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等のアルキレン基、シクロへキシレン基等のシクロアルキレン基、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基等のオキシアルキレン基などを示す。)
Eとして、具体的には、下記に示すものが例示できる。
Figure 2014005328
このような(D)成分としては、例えば下記の化合物が挙げられる。なお、下記式において、Meはメチル基を示す。
Figure 2014005328
Figure 2014005328
この(D)成分は、1種単独で使用してもよいし、2種以上のものを併用してもよい。また、(D)成分の使用量は、(A)成分100質量部に対して0.10〜10.0質量部、好ましくは0.50〜8.0質量部の範囲である。0.10質量部未満の場合には十分な接着性が得られず、10.0質量部を超えると組成物の流動性が悪くなり、また得られる硬化物の物理的強度が低下する。
[(E)成分]
本発明の(E)成分は、が0.050〜10μmの球状シリカ粒子であり、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の硬さを向上させることができる。
さらに該球状シリカ粒子の平均粒子径としては、0.10〜5.0μmがより好ましい。
0.050μm未満の場合、多量に配合するのが困難になる恐れがあり、10.0μmより大きいと、本発明の組成物の粘度が高くなりすぎて、流動性を損ねる恐れがある。
なお、本発明において、「平均粒子径」は、該球状シリカ粒子をレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定した値を示す。
該球状シリカ粒子の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、VMC(Vaperized Metal Combustion)法により、シリコン粉末を燃焼して製造することが望ましい。VMC法とは、酸素を含む雰囲気中でバーナーにより化学炎を形成し、この化学炎中に目的とする酸化物粒子の一部を構成する金属粉末を粉塵雲が形成される程度の量投入し、爆燃を起こさせて酸化物粒子を得る方法である。
該球状シリカ粒子は、前記(A)成分との濡れ性を向上させるため、表面処理を施してもよい。表面処理剤としては、例えば、シラン系カップリング剤としては、オルガノアルコキシシラン、オルガノシラザン、シラノール又はアルコキシ含有オルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物の他、チタネート系、アルミネート系、ジルコネート系の各種カップリング剤、カチオン、アニオン、両性、中性の各種界面活性剤、フェノール樹脂等の極性基を有する樹脂等が挙げられる。
この(E)成分は、1種単独で使用してもよいし、2種以上のものを併用してもよい。また、(E)成分の使用量は、(A)成分100質量部に対して0.10〜80.0質量部、好ましくは1.0〜70.0質量部の範囲である。0.10質量部未満の場合には本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の硬さを向上させる効果が十分には得られず、80.0質量部を超えると本発明の組成物の粘度が高くなりすぎて、流動性を損ねる恐れがある。
[(F)成分]
本発明の(F)成分は、下記一般式(8)で表される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンであり、上記(A)成分の架橋剤として機能するものであるが、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の硬さを向上させるのに大きく寄与する。
Figure 2014005328
上記一般式(8)中、mは3〜50の整数、好ましくは5〜20の整数である。
また、R及びRは置換又は非置換の一価炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の一価炭化水素基と同様の基が挙げられる。
さらに、Qは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAと同様の基が挙げられる。これらは、(A)成分との相溶性、分散性及び硬化後の均一性等の観点から導入される基である。
このような(F)成分としては、例えば下記の化合物が挙げられる。尚、下記式において、Meはメチル基を示す。
Figure 2014005328
この(F)成分は、1種単独で使用してもよいし、2種以上のものを併用してもよい。
上記(F)成分の配合量は、(A)成分中に含まれるアルケニル基1モルに対して(F)成分中のSiH基(ケイ素原子に直結した水素原子)が0.1〜1.5モル、より好ましくは0.2〜1.0モルとなる量である。SiH基が0.1モルより少ないと、架橋度合いが不十分になり、一方1.5モルより多いと、保存性が損なわれたり、硬化後得られる硬化物の耐熱性が低下する恐れがある。
[(G)成分]
本発明の(G)成分は、カルボン酸無水物であり、上記(D)成分の接着付与能力を向上させ、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の自己接着性発現を促進させるためのものである。該成分としては、エポキシ樹脂用の硬化剤として使用されているものはすべて包含される。
(G)成分としては、例えば23℃下で固体の下記の化合物が挙げられる。尚、下記式において、Meはメチル基を示す。また、これらの化合物は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2014005328
また(G)成分は、下記一般式(12)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基とを有する環状オルガノポリシロキサンでもよい。
Figure 2014005328
上記一般式(12)中、xは1〜6の整数、好ましくは2〜5の整数、yは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、zは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、x+y+zは4〜10の整数、好ましくは4〜8の整数である。
また、Rは置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の一価の炭化水素基と同様の基が挙げられる。
さらに、Lは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAと同様の基が挙げられる。これらは、(A)成分との相溶性、分散性及び硬化後の均一性等の観点から導入される基である。
また、Mは二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基であり、具体的には下記の基を挙げることができる。
Figure 2014005328
上記一般式(13)中、Rは、炭素数1〜15の二価の炭化水素基であり、具体的にはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等が挙げられ、中でもプロピレン基が好ましい。
このような(G)成分としては、例えば下記の化合物が挙げられる。なお、下記式において、Meはメチル基を示す。
Figure 2014005328
Figure 2014005328
この(G)成分は、1種単独で使用してもよいし、2種以上のものを併用してもよい。その際、上記23℃下で固体のものと上記一般式(12)で表される環状オルガノポリシロキサンとを併用してもよい。
上記(G)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.010〜10.0質量部、好ましくは0.030〜5.0質量部の範囲である。0.010質量部未満の場合は、十分な接着促進効果が得られず、10.0質量部を超えると組成物の保存性が損なわれ、また、得られる硬化物の物理的強度が低下する。
[その他の成分]
本発明の光半導体封止用硬化性組成物においては、その実用性を高めるために、上記の(A)〜(G)成分以外にも、可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤、無機質充填剤、反応制御剤、(G)成分以外の接着促進剤等の各種配合剤を必要に応じて添加することができる。これら添加剤の配合量は、任意である。
可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤として、下記一般式(14)で表されるポリフルオロモノアルケニル化合物及び/又は下記一般式(15)、(16)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物を併用することができる。
Rf−(X’)CH=CH (14)
[式中、X’、aは上記式(1)で説明したものと同じ、Rfは、下記一般式(17)で表される基である。
Figure 2014005328
(式中、f’は1以上の整数、好ましくは1〜100の整数、より好ましくは1〜50の整数であり、かつ上記(A)成分のRf基に関するp+q(平均)及びuとsの和、並びにb〜dの和のいずれの和よりも小さい。h’は2又は3である。)]
T−O−(CFCFCFO)c’−T (15)
(式中、TはCb’2b’+1−(b’は1〜3)で表される基であり、c’は1〜200の整数、好ましくは2〜100の整数であり、かつ、前記(A)成分のRf基に関するp+q(平均)及びuとsの和、並びにb〜dの和のいずれの和よりも小さい。)
T−O−(CFO)d’(CFCFO)e’−T (16)
(式中、Tは上記と同じであり、d’及びe’はそれぞれ1〜200の整数、好ましくは1〜100の整数であり、かつ、d’とe’の和は、上記(A)成分のRf基に関するp+q(平均)及びuとsの和、並びにb〜dの和のいずれの和よりも小さい。)
上記一般式(14)で表されるポリフルオロモノアルケニル化合物の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる(なお、下記式中、m2は上記要件を満足するものである)。
Figure 2014005328
上記一般式(15)、(16)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる(なお、下記n3又はn3とm3の和は、上記要件を満足するものである。)。
CFO−(CFCFCFO)n3−CFCF
CF−[(OCFCFn3(OCFm3]−O−CF
(ここで、m3+n3=2〜201、m3=1〜200、n3=1〜200である。)
また、上記一般式(14)〜(16)で表されるポリフルオロ化合物の粘度(23℃)は、(A)成分と同様の測定で、5.0〜100,000mPa・s、特に50〜50,000mPa・sの範囲であることが望ましい。
無機質充填剤の例としては、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、シリカエアロゲル等のシリカ粉末、又は該シリカ粉末の表面を各種のオルガノクロロシラン、オルガノジシラザン、環状オルガノポリシラザン等で処理してなるシリカ粉末、さらに該表面処理シリカ粉末を、上記一般式(10)で表される一価のパーフルオロアルキル基又は上記一般式(11)で表される一価のパーフルオロオキシアルキル基を有するオルガノシラン又はオルガノシロキサンで再処理してなるシリカ粉末等のシリカ系補強性充填剤、石英粉末、溶融石英粉末、珪藻土、炭酸カルシウム等の補強性又は準補強性充填剤、酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラック、アルミン酸コバルト等の無機顔料、酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラック、酸化セリウム、水酸化セリウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン等の耐熱向上剤、アルミナ、窒化硼素、炭化珪素、金属粉末等の熱伝導性付与剤、カーボンブラック、銀粉末、導電性亜鉛華等の導電性付与剤等が挙げられる。また、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化トリウム、酸化珪素等の25℃,589nm(ナトリウムのD線)での屈折率が1.50以下の無機微粒子も補強性充填剤として有用である。
ヒドロシリル化反応触媒の制御剤の例としては、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサン、3−メチル−1−ブチン−3−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、3−メチル−1−ペンテン−3−オール、フェニルブチノール等のアセチレン性アルコールや、上述したAと同様の一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基を有するクロロシランとアセチレン性アルコールとの反応物、3−メチル−3−ペンテン−1−イン、3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン、トリアリルイソシアヌレート等、あるいはポリビニルシロキサン、有機リン化合物等が挙げられ、その添加により硬化反応性と保存安定性を適度に保つことができる。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物の製造方法は特に制限されず、上記(A)〜(G)成分及びその他の任意成分を練り合わせることにより製造することができる。その際、必要に応じて、プラネタリーミキサー、ロスミキサー、ホバートミキサー等の混合装置、ニーダー、三本ロール等の混練装置を使用することができる。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物の構成に関しては、用途に応じて上記(A)〜(G)成分及びその他の任意成分全てを1つの組成物として取り扱う、いわゆる1液タイプとして構成してもよいし、あるいは、2液タイプとし、使用時に両者を混合するようにしてもよい。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、加熱することにより硬化して、良好な耐衝撃性を備え、且つポリフタル酸アミド(PPA)や液晶ポリマー(LCP)等のパッケージ材料や金属基板に非常によく接着するため、LED、IC、LSI及び有機EL等の光半導体素子などを保護する封止材として有用である。該光半導体封止用硬化性組成物の硬化温度は特に制限されないが、通常20〜250℃、好ましくは、40〜200℃である。また、その場合の硬化時間は架橋反応及び各種半導体パッケージ材料との接着反応が完了する時間を適宜選択すればよいが、一般的には10分〜10時間が好ましく、30分〜8時間がより好ましい。
本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の、JIS K6253に規定されるタイプAデュロメータ硬さは、30〜80であり、30〜70が好ましい。30未満の場合、LED封止材としての耐衝撃性に劣る恐れがある。一方、80より高いと、ポリフタル酸アミド(PPA)との接着が困難になる。
また、JIS K7117−1に規定される23℃における本発明の組成物の粘度は、取り扱い作業性の点から、1,000〜50,000mPa・sが好ましく、2,000〜30,000mPa・sがより好ましい。1,000mPa・s以上であれば、流動性が高すぎず、LEDパッケージ内に一定量仕込むのが困難になる恐れがないために好ましい。一方、50,000mPa・s以下であれば、LEDパッケージ内で速やかにレベリングするために好ましい。
なお、本発明の組成物を使用するに当たり、その用途、目的に応じて該組成物を適当なフッ素系溶剤、例えば1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、フロリナート(3M社製)、パーフルオロブチルメチルエーテル、パーフルオロブチルエチルエーテル等に所望の濃度に溶解して使用してもよい。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物を使用することができる光半導体装置は、特に限定されず、公知の光半導体装置であってよい。本発明の光半導体装置は、光半導体素子と、光半導体素子を封止するための、上記本発明の光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる硬化物とを有するものであり、代表的な断面構造を図1及び図2に示す。
図1の光半導体装置(発光装置)10では、第一のリードフレーム2の先端部2aに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に広がるすり鉢状の凹部2’を設け、該凹部2’の底面上にLEDチップ1を銀ペースト等を介してダイボンドにより接続固定し、これによって、第一のリードフレーム2とLEDチップ1底面の一方の電極(図示せず)とを電気的に接続している。また、第二のリードフレーム3の先端部3aと、該LEDチップ1上面の他方の電極(図示せず)とをボンディングワイヤ4を介して電気的に接続して成る。
さらに、前記凹部2’において、LEDチップ1は封止材5により被覆されている。
また、LEDチップ1、第一のリードフレーム2の先端部2a及び端子部2bの上端、第二のリードフレーム3の先端部3a及び端子部3bの上端は、先端に凸レンズ部6を有する透光性樹脂部7によって被覆・封止されている。また、第一のリードフレーム2の端子部2bの下端及び第二のリードフレーム3の端子部3bの下端は、透光性樹脂部7の下端部を貫通して外部へ突出されている。
図2の光半導体装置(発光装置)10’では、パッケージ基板8の上部に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に広がるすり鉢状の凹部8’を設け、該凹部8’の底面上にLEDチップ1をダイボンド材により接着固定し、またLEDチップ1の電極は、ボンディングワイヤ4により、パッケージ基板8に設けられた電極9と電気的に接続されている。
さらに、凹部8’において、LEDチップ1は封止材5により被覆されている。
ここで、上記LEDチップ1には、特に限定なく、従来公知のLEDチップに用いられる発光素子を用いることができる。このような発光素子としては、例えば、MOCVD法、HDVPE法、液相成長法といった各種方法によって、必要に応じてGaN、AlN等のバッファー層を設けた基板上に半導体材料を積層して作製したものが挙げられる。この場合の基板としては、各種材料を用いることができるが、例えばサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、GaN単結晶等が挙げられる。これらのうち、結晶性の良好なGaNを容易に形成でき、工業的利用価値が高いという観点からは、サファイアを用いることが好ましい。
積層される半導体材料としては、GaAs、GaP、GaAlAs、GaAsP、AlGaInP、GaN、InN、AlN、InGaN、InGaAlN、SiC等が挙げられる。これらのうち、高輝度が得られるという観点からは、窒化物系化合物半導体(Inx’Gay’Alz’N)が好ましい。このような材料には付活剤等が含まれていてもよい。
発光素子の構造としては、MIS接合、pn接合、PIN接合を有するホモ接合、ヘテロ接合やダブルへテロ構造等が挙げられる。また、単一あるいは多重量子井戸構造とすることもできる。
発光素子にはパッシベーション層を設けてもよいし、設けなくてもよい。
発光素子の発光波長は紫外域から赤外域まで種々のものを用いることができるが、主発光ピーク波長が550nm以下のものを用いた場合に特に本発明の効果が顕著である。
用いる発光素子は1種類で単色発光させてもよいし、複数用いて単色あるいは多色発光させてもよい。
発光素子には従来知られている方法によって電極を形成することができる。
発光素子上の電極は種々の方法でリード端子等と電気接続できる。電気接続部材としては、発光素子の電極とのオーミック性機械的接続性等がよいものが好ましく、例えば、図1及び図2に記載したような、金、銀、銅、白金、アルミニウムやそれらの合金等を用いたボンディングワイヤ4が挙げられる。また、銀、カーボン等の導電性フィラーを樹脂で充填した導電性接着剤等を用いることもできる。これらのうち、作業性が良好であるという観点からは、アルミニウム線あるいは金線を用いることが好ましい。
なお、上記第一のリードフレーム2及び第二のリードフレーム3は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金等により構成される。
さらに、上記透光性樹脂部7を形成する材料としては、透光性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、主にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。
また、上記パッケージ基板8は種々の材料を用いて作製することができ、例えば、ポリフタル酸アミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ABS樹脂、BTレジン、セラミック等が挙げられる。これらのうち、耐熱性、強度及びコストの観点から、特にポリフタル酸アミド(PPA)が好ましい。さらに、上記パッケージ基板8には、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の白色顔料などを混合して、光の反射率を向上させることが好ましい。
次に、LEDチップ1を被覆する封止材5は、上記LEDチップ1からの光を効率よく外部に透過させると共に、外力、埃などから上記LEDチップ1やボンディングワイヤ4などを保護するものである。封止材5として、本発明の組成物の硬化物を用いる。封止材5は、蛍光物質や光拡散部材などを含有してもよい。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、硬化物が良好な耐衝撃性を有するため、該組成物を用いて光半導体素子が封止された本発明の光半導体装置10、10’は、その部材を損傷することなく製造することができる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において部は質量部を示し、Meはメチル基を示す。また、粘度はJIS K7117−1に規定される23℃における測定値を示す。
(実施例1)
下記式(18)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度4,010mPa・s、ビニル基量0.0299モル/100g)100質量部に、下記式(19)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)1.80質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.10質量部、下記式(20)で示される環状オルガノポリシロキサン3.0質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―25R」、平均粒子径0.50μm)3.0質量部、下記式(21)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)3.49質量部、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.10質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
Figure 2014005328
(実施例2)
上記実施例1において、上記球状シリカ粒子の添加量を30.0質量部に変更した以外は実施例1と同様に組成物を調製した。
(実施例3)
上記実施例1において、上記球状シリカ粒子の添加量を63.0質量部に変更した以外は実施例1と同様に組成物を調製した。
(実施例4)
上記式(18)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物100質量部に、下記式(22)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00394モル/g)2.28質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.10質量部、下記式(23)で示される環状オルガノポリシロキサン3.0質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―32R/75C」、平均粒子径1.6μm)33.0質量部、下記式(24)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(ビニル基量0.00562モル/g)3.72質量部、下記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサン1.00質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
Figure 2014005328
(実施例5)
上記実施例4において、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサンの代わりに、下記式(26)で示される環状オルガノポリシロキサン0.70質量部を添加した以外は実施例4と同様に組成物を調製した。
Figure 2014005328
(実施例6)
上記実施例4において、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサンの代わりに、上記式(26)で示される環状オルガノポリシロキサン0.35質量部を添加し、さらに3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.050質量部を添加した以外は実施例4と同様に組成物を調製した。
(実施例7)
下記式(27)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度10,900mPa・s、ビニル基量0.0123モル/100g)100質量部に、上記式(19)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)0.74質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.10質量部、上記式(20)で示される環状オルガノポリシロキサン3.0質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―25R」、平均粒子径0.50μm)8.0質量部、上記式(21)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)1.44質量部、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.10質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
Figure 2014005328
(実施例8)
上記式(27)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度10,900mPa・s、ビニル基量0.0123モル/100g)100質量部に、上記式(19)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)0.74質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.15質量部、上記式(20)で示される環状オルガノポリシロキサン3.5質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―25R」、平均粒子径0.50μm)70.0質量部、上記式(21)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)1.44質量部、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.15質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
(実施例9)
下記式(28)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度17,100mPa・s、ビニル基量0.0091モル/100g)100質量部に、上記式(19)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)0.55質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.10質量部、上記式(20)で示される環状オルガノポリシロキサン3.5質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―25R」、平均粒子径0.50μm)13.0質量部、上記式(21)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)1.06質量部、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.15質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
Figure 2014005328
(実施例10)
上記式(28)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度17,100mPa・s、ビニル基量0.0091モル/100g)100質量部に、上記式(19)で示される環状オルガノポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)0.55質量部、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金濃度0.5質量%)0.15質量部、上記式(20)で示される環状オルガノポリシロキサン4.0質量部、球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス社製「アドマファインSO―25R」、平均粒子径0.50μm)80.0質量部、上記式(21)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)1.06質量部、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.20質量部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、脱泡操作を行うことにより組成物を調製した。
(比較例1)
上記実施例1において、上記球状シリカ粒子を除いた以外は実施例1と同様に組成物を調製した。
(比較例2)
上記実施例7において、上記球状シリカ粒子を除いた以外は実施例7と同様に組成物を調製した。
(比較例3)
上記実施例9において、上記球状シリカ粒子を除いた以外は実施例9と同様に組成物を調製した。
(比較例4)
上記実施例10において、上記球状シリカ粒子の添加量を85.0質量部に変更した以外は実施例10と同様に組成物を調製した。
各組成物について、以下の項目の評価を行った。尚、硬化条件は150℃×5時間である。結果をまとめて表1に示す。
1.組成物の粘度:JIS K7117−1に準じて23℃にて測定した。
2.硬さ:2mm厚のシート状硬化物を作製し、JIS K6253に準じて測定した。
3.ポリフタル酸アミド(PPA)に対する接着性:PPAの100mm×25mmのテストパネル2枚をそれぞれの端部が10mmずつ重複するように、厚さ80μmの上記で得た組成物の層を挟んで重ね合わせ、150℃で5時間加熱することにより該組成物を硬化させ、接着試験片を作製した。次いで、この試験片について引張剪断接着試験(引張速度50mm/分)を行い、接着強度(剪断接着力)及び凝集破壊率を評価した。
4.硬化物の耐衝撃性:図2の形態と同様の構成を持った光半導体装置において、封止材5を形成するため上記で得た組成物を、LEDチップ1が浸漬するように、凹部8’に注入し、150℃にて5時間加熱することにより、LEDチップ1を組成物の硬化物で封止した光半導体装置を作製した。そして該光半導体装置1,000個をボウル型振動パーツフィーダにかけて整列させた後、ボンディングワイヤが断線した個数を数えた。
Figure 2014005328
表1の結果より、本発明の光半導体封止用硬化性組成物(実施例1〜10)を硬化して得られる硬化物は、比較例1〜4に比べて、良好な耐衝撃性且つPPAに対する良好な接着性を有し、これにより光半導体素子が封止された光半導体装置は、例えば、製造工程中に該光半導体装置同士が衝突しても、ボンディングワイヤの断線など部材を損傷することなく製造することができる。
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…第一のリードフレーム、 2a…第一のリードフレームの先端部、 2b…第一のリードフレームの端子部、 2’…凹部、 3…第二のリードフレーム、 3a…第二のリードフレームの先端部、 3b…第二のリードフレームの端子部、 4…ボンディングワイヤ、 5…封止材、 6…凸レンズ部、 7…透光性樹脂部、 8…パッケージ基板、 8’…凹部、 9…電極、 10、10’…光半導体装置。
しかし、これら従来技術で実際に調製された組成物を硬化して得られる硬化物の中で、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さが20程度の低いものを発光ダイオード(以下、特に断りのない限り「LED」という)の封止材として使用すると、封止材としての耐衝撃性が不十分である場合があった。例えば、該硬化物でLEDを封止したバラ積みの光半導体装置を、ボウル型振動パーツフィーダを用いて一定の方向・姿勢に整列させる場合、該光半導体装置同士が衝突した衝撃でLEDチップと電極を結ぶボンディングワイヤが断線してしまうという問題がしばしば発生した。
上記課題を解決するために、本発明によれば、
(A)下記一般式(1)
CH=CH−(X)−Rf−(X’)−CH=CH (1)
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1である。Rfは下記一般式(4)又は(5)
Figure 2014005328
(式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
Figure 2014005328
(式中、uは1〜300の整数、sは1〜80の整数、tは上記と同じである。)
で表される二価のパーフルオロポリエーテル基である。]
で表される直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
(B)下記一般式(6)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とを有する環状オルガノポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、vは3〜6の整数、wは1〜4の整数、v+wは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Aは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
(D)下記一般式(7)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基とを有する環状オルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
Figure 2014005328
(式中、iは1〜6の整数、jは1〜4の整数、kは1〜4の整数、i+j+kは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Eは酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基である。)
(E)平均粒子径が0.050〜10μmの球状シリカ粒子:1.0〜80.0質量部、
(F)下記一般式(8)で表される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、mは3〜50の整数、R及びRは置換又は非置換の一価炭化水素基、Qは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(G)カルボン酸無水物:0.010〜10.0質量部
を含有し、硬化して得られる硬化物の、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さが30〜80であることを特徴とする光半導体封止用硬化性組成物を提供する。
本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さは、30〜80であり、30〜70が好ましい。30未満の場合、LED封止材としての耐衝撃性に劣る恐れがある。一方、80より高いと、ポリフタル酸アミド(PPA)との接着が困難になる。
2.硬さ:2mm厚のシート状硬化物を作製し、JIS K6253−3に準じて測定した。
しかし、これら従来技術で実際に調製された組成物を硬化して得られる硬化物の中で、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さが20程度の低いものを発光ダイオード(以下、特に断りのない限り「LED」という)の封止材として使用すると、封止材としての耐衝撃性が不十分である場合があった。例えば、該硬化物でLEDを封止したバラ積みの光半導体装置を、ボウル型振動パーツフィーダを用いて一定の方向・姿勢に整列させる場合、該光半導体装置同士が衝突した衝撃でLEDチップと電極を結ぶボンディングワイヤが断線してしまうという問題がしばしば発生した。
上記課題を解決するために、本発明によれば、
(A)下記一般式(1)
CH=CH−(X)−Rf−(X’)−CH=CH (1)
[式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
Figure 2014005328
で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1である。Rfは下記一般式(4)又は(5)
Figure 2014005328
(式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
Figure 2014005328
(式中、uは1〜300の整数、sは1〜80の整数、tは上記と同じである。)
で表される二価のパーフルオロポリエーテル基である。]
で表される直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
(B)下記一般式(6)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とを有する環状オルガノポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、vは3〜6の整数、wは1〜4の整数、v+wは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Aは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
(D)下記一般式(7)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基とを有する環状オルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
Figure 2014005328
(式中、iは1〜6の整数、jは1〜4の整数、kは1〜4の整数、i+j+kは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Eは酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基である。)
(E)平均粒子径が0.050〜10μmの球状シリカ粒子:1.0〜80.0質量部、
(F)下記一般式(8)で表される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
Figure 2014005328
(式中、mは3〜50の整数、R及びRは置換又は非置換の一価炭化水素基、Qは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
(G)カルボン酸無水物:0.010〜10.0質量部
を含有し、硬化して得られる硬化物の、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さが30〜80であることを特徴とする光半導体封止用硬化性組成物を提供する。
本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の、JIS K6253−3に規定されるタイプAデュロメータ硬さは、30〜80であり、30〜70が好ましい。30未満の場合、LED封止材としての耐衝撃性に劣る恐れがある。一方、80より高いと、ポリフタル酸アミド(PPA)との接着が困難になる。
2.硬さ:2mm厚のシート状硬化物を作製し、JIS K6253−3に準じて測定した。

Claims (9)

  1. (A)下記一般式(1)
    CH=CH−(X)−Rf−(X’)−CH=CH (1)
    [式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
    Figure 2014005328
    で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
    Figure 2014005328
    で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、Rは上記と同じ基である。)のいずれかで表される基であり、aは独立に0又は1である。Rfは下記一般式(4)又は(5)
    Figure 2014005328
    (式中、p及びqはそれぞれ1〜150の整数であって、かつpとqの和の平均は2〜300である。また、rは0〜6の整数、tは2又は3である。)
    Figure 2014005328
    (式中、uは1〜300の整数、sは1〜80の整数、tは上記と同じである。)
    で表される二価のパーフルオロポリエーテル基である。]
    で表される直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
    (B)下記一般式(6)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基とを有する環状オルガノポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
    Figure 2014005328
    (式中、vは3〜6の整数、wは1〜4の整数、v+wは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Aは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
    (C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
    (D)下記一般式(7)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基とを有する環状オルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
    Figure 2014005328
    (式中、iは1〜6の整数、jは1〜4の整数、kは1〜4の整数、i+j+kは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Eは酸素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合したエポキシ基である。)
    (E)平均粒子径が0.050〜10μmの球状シリカ粒子:1.0〜80.0質量部、
    (F)下記一般式(8)で表される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対してケイ素原子に直結した水素原子が0.1〜1.5モルとなる量、
    Figure 2014005328
    (式中、mは3〜50の整数、R及びRは置換又は非置換の一価炭化水素基、Qは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基である。)
    (G)カルボン酸無水物:0.010〜10.0質量部
    を含有し、硬化して得られる硬化物の、JIS K6253に規定されるタイプAデュロメータ硬さが30〜80であることを特徴とする光半導体封止用硬化性組成物。
  2. 前記光半導体封止用硬化性組成物の、JIS K7117−1に規定される23℃における粘度が、1,000〜50,000mPa・sであることを特徴とする請求項1に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
  3. 前記(A)成分が、下記一般式(9)で表されるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    Figure 2014005328
    [式中、Xは−CH−、−CHO−、−CHOCH−、及び−Y−NR’−CO−(Yは−CH−又は下記構造式(2)
    Figure 2014005328
    で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は水素原子、又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基)のいずれかで表される基、X’は−CH−、−OCH−、−CHOCH−、及び−CO−NR’−Y’−(Y’は−CH−又は下記構造式(3)
    Figure 2014005328
    で示されるo,m又はp−ジメチルシリルフェニレン基、R’は上記と同じ基である。)のいずれかで表される基である。また、aは独立に0又は1、dは2〜6の整数、b及びcはそれぞれ1〜150の整数、かつb+cの和の平均は2〜300である。]
  4. 前記(A)成分の直鎖状ポリフルオロ化合物のアルケニル基含有量が、0.0050〜0.100mol/100gであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
  5. 前記(B)成分、(D)成分及び(F)成分それぞれが有する、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、それぞれ下記一般式(10)又は一般式(11)で表されるもの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1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    2f+1− (10)
    (式中、fは1〜10の整数である。)
    Figure 2014005328
    (式中、gは1〜10の整数である)
  6. 前記(G)成分が、23℃下で固体のカルボン酸無水物、又は下記一般式(12)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基と、二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基とを有する環状オルガノポリシロキサン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1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    Figure 2014005328
    (式中、xは1〜6の整数、yは1〜4の整数、zは1〜4の整数、x+y+zは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基、Lは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基、Mは二価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した環状無水カルボン酸残基である。)
  7. 前記一般式(12)において、一価のパーフルオロアルキル基又は一価のパーフルオロオキシアルキル基は、下記一般式(10)又は一般式(11)で表されるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    2f+1− (10)
    (式中、fは1〜10の整数である。)
    Figure 2014005328
    (式中、gは1〜10の整数である)
  8. 光半導体素子と、該光半導体素子を封止するための、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる硬化物とを有する光半導体装置。
  9. 前記光半導体素子が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項8に記載の光半導体装置。
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