JP2016108461A - 接着剤、該接着剤からなるダイボンド材、該接着剤を用いた導電接続方法、及び該方法によって得られた光半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高透明であり、接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性を有する硬化物を与える接着剤の提供。【解決手段】接着剤1であって、(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子とを含有するものであり、前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0〜0.1体積%未満の範囲であり、前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下である接着剤。【選択図】図1
Description
本発明は、接着剤、該接着剤からなるダイボンド材、該接着剤を用いた導電接続方法、及び該方法によって得られた光半導体装置に関する。
発光ダイオード(LED)などの光半導体素子は電力消費量が少ないという優れた特性を有するため、屋外照明用途や自動車用途の光半導体デバイスへの適用が増えてきている。このような光半導体デバイスは、一般に青色光、近紫外光あるいは紫外光を発光する光半導体発光素子から発する光を、波長変換材料である蛍光体によって波長変換して疑似白色が得られるようにした発光装置である。
近年、光半導体素子の更なる発光効率の向上を目的として、垂直型光半導体素子の開発がなされている。垂直型(Vertical)光半導体素子は電極を垂直構造で配置したものであり、単に垂直型LEDチップとも呼ばれる。垂直型LEDチップは、発光層に均一に電流が流れることにより、電極を水平配置した構造である同サイズの水平型(lateral)LEDチップに比べ、数十倍の電流を流すことが可能であり、発光層の温度上昇を抑え、発光効率を高めることができる。更に、水平型LEDチップに見られた局所的な電流密度の増加が抑制され、LEDの大電流化が可能となるなど、優れた特長を持つため、その実用が進んでいる。
一方で、垂直型LEDチップは、前述のとおり電極を垂直構造で配置していることから理解されるように、垂直型LEDチップを配線板に搭載する場合、一方の電極は従来と同様ワイヤーボンドなどの方法を用いて電気的に接続し、もう一方の電極は共晶半田や導電性接着剤などを用いて電気的に接続する必要がある。
従来、垂直型LEDチップを配線板に搭載するための接着剤として、共晶半田やエポキシ樹脂組成物に導電性粒子を配合した導電性接着剤が広く用いられている。しかしながら、共晶半田を用いる方法では、ダイボンド時に必要な半田を溶融するための熱により、光半導体の発光層にダメージを与えるため好ましくない。また、近年では、前述の共晶半田やエポキシ樹脂組成物に導電性粒子を配合した導電性接着剤では、光の反射が十分ではなく、光の取り出し効率に劣ることが問題となっている。更に、光半導体デバイスとしたときの設計の自由度の面からも、ダイボンド材には高透明性が求められている。
一方、導電性接着剤を用いた例として、例えば、特許文献1では、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂を併用し、さらに紫外線吸収剤としてベンゾトリアゾール誘導体を添加することで450〜500nm付近の光に対する耐光性を改善した導電性接着剤が提案されている。しかしながら、この発明における組成物は、白色の酸化チタンや、有色の導電性粒子を多く含有するため、高透明な接着剤とはならない。
特許文献2には、特定の導電性粉末、(3,5−ジグリシジルイソシアヌリル)アルキル基を有するオルガノポリシロキサン及びグリシジル基と反応する硬化触媒(アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤)を含有する、光半導体素子用のダイボンド材が提案されている。しかしながら、イソシアヌリル基に代表される有機基が、短波長の光により劣化を受け、経時で変色、分解するという問題が生じている。更に、該発明では樹脂成分の合計100質量部に対し350〜800質量部の導電性粒子を添加するため、高透明な接着剤とはならない。
特許文献3には、(a)(メタ)アクリル酸アルキルエステル−ブタジエン−スチレン共重合体又は複合体、及び、シリコーン−(メタ)アクリル酸共重合体又は複合体からなる群より選択される少なくとも1種を含む有機微粒子と、(b)ラジカル重合性化合物と、(c)ラジカル重合開始剤と、(h)導電性粒子とを含有し、(h)導電性粒子の含有量が、接着剤組成物の固形分全体積を基準として0.1〜30体積%である、接着剤組成物、及び該接着剤組成物からなるフィルム状接着剤が提案されている。しかしながら、上記と同様に、(b)ラジカル重合性化合物にはグリシジル基に代表される有機基が含まれており、短波長の光により劣化を受け、経時で変色、分解するという問題が生じている。また、導電性粒子は接着剤組成物の固形分全体積を基準として0.1〜30体積%含有されるとあるが、硬化物の光透過率、透明性に関する記述は見られず、かつ、本発明者らが検証した結果、この範囲の添加量では高透明な材料とはならない。更に、該発明では、導電性粒子の平均粒径は、良好な分散性及び導電性を得る観点から、1〜18μmであることが好ましい、との記載があるが、この範囲の平均粒径を有する導電性樹脂材料では、光半導体素子を配線板にダイボンド(導電接続)した際のBLT(Bond line thickness)が厚くなり、放熱性にも劣る結果となり、有用な高透明ダイボンド材とはならない。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性を有する硬化物を与える接着剤を提供することを目的とする。また、該接着剤からなるダイボンド材、該接着剤を用いた導電接続方法、該導電接続方法によって得ら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、本発明では、接着剤であって
(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、
(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子と
を含有するものであり、
前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、
前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下であることを特徴とする接着剤を提供する。
(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、
(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子と
を含有するものであり、
前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、
前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下であることを特徴とする接着剤を提供する。
このような接着剤であれば、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性に優れた硬化物を与えることができる。
また、前記硬化性樹脂組成物(A)が、
(A−1)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する直鎖状オルガノポリシロキサン、
(A−2)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−3)一分子中にケイ素原子結合水素原子を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び
(A−4)白金族金属系触媒
からなる熱硬化性シリコーン組成物であることが好ましい。
(A−1)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する直鎖状オルガノポリシロキサン、
(A−2)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−3)一分子中にケイ素原子結合水素原子を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び
(A−4)白金族金属系触媒
からなる熱硬化性シリコーン組成物であることが好ましい。
このような熱硬化性シリコーン組成物であれば、本発明の接着剤を構成する(A)成分として好適に用いることができる。
更に本発明では、上記の接着剤からなるダイボンド材を提供する。
このようなダイボンド材であれば、LEDチップを配線板に搭載するためのダイボンド材として好適に用いることができる。
この場合、前記ダイボンド材を硬化して得られる硬化物はBLT(Bond line thickness)が5μm以下の場合において使用されるものであることが好ましい。
このようなダイボンド材であれば、光半導体素子と基板との導電接続を確実に達成することができる。
更に本発明では、上記本発明の接着剤を用いて、BLTを5μm以下として光半導体素子と基板とを導電接続することを特徴とする導電接続方法を提供する。
このような導電接続方法であれば、光半導体素子と基板との導電接続を確実に達成することができる。
更に本発明では、上記本発明の導電接続方法によって光半導体素子と基板とが導電接続されたものであることを特徴とする光半導体装置を提供する。
本発明の接着剤は、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性に優れた硬化物を与えることができる。また、本発明の導電接続方法であれば、光半導体素子と基板との導電接続を確実に達成することができる。そのため、本発明の導電接続方法によって得られた光半導体装置は、光取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなり、導電接続が確実に達成されたものとなる。
本発明の接着剤は、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性を有する硬化物を与えることができる。そのため、本発明の接着剤は、ダイボンド材として好適に用いることができる。このような接着剤及びダイボンド材は、LEDチップ、特に垂直型LEDチップを配線板に搭載するための接着剤として好適に用いることができる。また、本発明の導電接続方法であれば、光半導体素子と基板との導電接続を確実に達成することができる。従って、本発明の導電接続方法によって得られた光半導体装置は、光取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなる。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性を有する硬化物を与える接着剤が求められている。
上記のように、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性を有する硬化物を与える接着剤が求められている。
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、
(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、
(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子と
を含有する接着剤であって、
前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、
前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下である接着剤が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、
(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子と
を含有する接着剤であって、
前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、
前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下である接着剤が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
以下、本発明についてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述のように、本発明の接着剤は、(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子とを含有するものであり、前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下である接着剤である。
本発明の接着剤を2mm厚の硬化物とした時の全光線透過率は、70%以上であり、好ましくは80%以上である。全光線透過率が70%以上であると、硬化後の接着剤は高透明な状態を維持できる。全光線透過率が70%未満となると、硬化後の接着剤は着色、あるいは濁りが生じていることを意味し、高透明とはならない。全光線透過率の上限は特に制限はなく、より大きければ硬化物は透明になり、光半導体素子からの光の取り出しの妨げになることもないため好ましい。
また、(ヘイズ値(%))=(拡散光透過率)/(全光線透過率)×100で定義されることから理解されるように、拡散光成分の増大及び全光線透過率の減少に伴いヘイズ値は増大し、硬化物は半透明から微濁、さらには白濁に至る。
本発明の接着剤は、該接着剤を2mm厚の硬化物とした時のヘイズ値が60%以下であり、このことは硬化物が透明から半透明の曇りを有する状態であることを意味する。上記ヘイズ値は好ましくは40%以下である。ヘイズ値が60%を超えると、硬化物は曇り、光を散乱させる微粒子が多く存在し、高透明ではない。ヘイズ値が60%以下であれば、光半導体素子からの光の取り出しの妨げになることもないため好ましい。ヘイズ値の下限は特に制限はなく、より小さければ硬化物の曇りが少なくなり、すなわち、透明になり、LEDデバイスからの光の取り出しの妨げになることもないため好ましい。
[(A)硬化性樹脂組成物]
(A)成分の硬化性樹脂組成物は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含むものである。
(A)成分の硬化性樹脂組成物は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含むものである。
上記硬化性樹脂組成物としては、目的の物性、透明性を有する樹脂又は組成物(すなわち、上記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下であるもの)を選択すればよく、2種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。(A)成分は、透明性、耐熱性、耐光性の観点から、シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂であることが好ましい。(A)成分として、本発明の範囲を満たす市販品を用いてもよい。
また、(A)成分は、室温(25℃)における粘度が10mPa・s以上、10000mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは100mPa・s以上、5000mPa・s以下である。上記粘度が10mPa・s以上であれば、後述の(B)成分を、硬化性樹脂組成物中に比重に影響を受けることなく良好に分散させることができる。上記粘度が10000mPa・s以下であれば、組成物の粘度が高くなりすぎず、BLTが大きくなりすぎたり、塗布工程における不具合、具体的には高粘度液体を塗布する際の速度低下による作業性の低下、組成物の糸引きによる塗布量のバラツキ、及びデバイスの汚れ等が発生する恐れがないため好ましい。
また、(A)成分として、熱硬化性の樹脂組成物を用いるのが好ましい。(A)成分として、シリコーン組成物を選択した場合であれば次に例示するような熱硬化型シリコーン組成物が好ましいが、これに限定されるわけではない。
[熱硬化性シリコーン組成物]
上記熱硬化性シリコーン組成物として、例えば、
(A−1)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する直鎖状オルガノポリシロキサン、
(A−2)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−3)一分子中にケイ素原子結合水素原子を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び
(A−4)白金族金属系触媒
からなる熱硬化性シリコーン組成物を例示することができる。
以下、各成分について具体的に説明する。
上記熱硬化性シリコーン組成物として、例えば、
(A−1)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する直鎖状オルガノポリシロキサン、
(A−2)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−3)一分子中にケイ素原子結合水素原子を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び
(A−4)白金族金属系触媒
からなる熱硬化性シリコーン組成物を例示することができる。
以下、各成分について具体的に説明する。
〈(A−1)脂肪族不飽和結合含有オルガノポリシロキサン〉
ベース成分である(A−1)成分は、一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、本質的に直鎖状であるオルガノポリシロキサンである。該オルガノポリシロキサンは、作業性、硬化性などの点から、室温における粘度が100mPa・s以上10000mPa・s以下であることが好ましく、100mPa・s以上5000mPa・s以下であることがさらに好ましい。
ベース成分である(A−1)成分は、一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、本質的に直鎖状であるオルガノポリシロキサンである。該オルガノポリシロキサンは、作業性、硬化性などの点から、室温における粘度が100mPa・s以上10000mPa・s以下であることが好ましく、100mPa・s以上5000mPa・s以下であることがさらに好ましい。
上記オルガノポリシロキサンの分子構造は、本質的に直鎖状であり、好ましくは直鎖状である。ここで、「本質的に直鎖状である」とは、本成分中の両末端を封鎖するトリオルガノシロキシ基以外の全てのシロキサン単位が、主に2官能単位(D単位)(具体的には、式:R1 2SiOで表される単位)で構成されるが、分岐を形成する3官能単位(T単位)(具体的には、式:R1SiO3/2で表される単位)及び4官能単位(Q単位)(具体的には、式:SiO4/2単位で表される単位)のうち少なくとも1種のシロキサン単位を、全シロキサン単位の3モル%以下、好ましくは2モル%以下の量で含有してもよいことを意味する。中でも、好ましくは両末端のみが1官能性単位(M単位)(具体的には、式:R1 3SiO1/2で表される単位)で構成され、その他のシロキサン単位がすべてD単位からなる直鎖状のジオルガノポリシロキサンである。ここで、R1は置換もしくは非置換の一価炭化水素基である。
R1の一価炭化水素基としては、炭素原子数1〜10、特に1〜6のものが好ましく、具体的には、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、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;シクロヘキシル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基;シクロヘキセニル基;及びこれらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基やシアノエチル基等が挙げられる。
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンは、一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する。脂肪族不飽和結合としては、炭素原子数2〜8、特に2〜6のアルケニル基及びシクロアルケニル基が挙げられ、具体的にはビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基を例示することができる。中でも、好ましくはビニル基及びアリル基である。
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンの好ましい具体例としては、下記一般式(1)で表される、分子鎖両末端のケイ素原子のおのおのに少なくとも1個のアルケニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンを例示することができる。このオルガノポリシロキサンの室温における粘度は、上記でも述べた通り、好ましくは100mPa・s以上10000mPa・s以下であり、より好ましくは100mPa・s以上5000mPa・s以下である。
(式中、R1は上述の通り、独立に、非置換又は置換の一価炭化水素基である。R2は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有しない非置換又は置換の一価炭化水素基である。k及びmは独立に0又は正の整数であり、k+mはこのオルガノポリシロキサンの室温における粘度が好ましくは100mPa・s以上10000mPa・s以下となる数である。)
R2の脂肪族不飽和結合を有しない非置換又は置換の一価炭化水素基としては、炭素原子数1〜10、特に1〜6のものが好ましく、上記R1の具体例と同様のものが例示できるが、但しアルケニル基及びシクロヘアルケニル基は含まない。
k及びmは、好ましくは0≦k≦2,000、1≦m≦10,000で、かつ1≦k+m≦10,000を満たす0又は正の整数であり、より好ましくは5≦k+m≦2,000で、かつ0≦k/(k+m)≦0.2を満たす整数である。
〈(A−2)樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン〉
上記熱硬化性シリコーン組成物では、脂肪族不飽和結合を有するオルガノポリシロキサンとして、(A−1)成分の本質的に直鎖状であるオルガノポリシロキサンとともに、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサンが(A−2)成分として使用される。
上記熱硬化性シリコーン組成物では、脂肪族不飽和結合を有するオルガノポリシロキサンとして、(A−1)成分の本質的に直鎖状であるオルガノポリシロキサンとともに、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサンが(A−2)成分として使用される。
(A−2)成分の脂肪族不飽和基を有する樹脂構造のオルガノポリシロキサンは、予め三次元架橋され、三次元網状構造を有する。該オルガノポリシロキサン、R1 3SiO1/2単位と、SiO4/2単位とからなるが、さらに場合によりR1SiO3/2単位およびR1 2SiO単位の少なくとも一種を含んでもよい。すなわち、基本的に、R1 3SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなるが、任意的にR1SiO3/2単位および/またはR1 2SiO単位を適宜含有してよいものである。好ましくは、R1 3SiO1/2単位とSiO2単位とからなる。ここで、R1は同じもしくは異なり、独立に、置換又は非置換の、好ましくは炭素原子数1〜10の、一価炭化水素基であり、(A−1)成分に関して説明したとおりである。
また、このオルガノポリシロキサンは、重量平均分子量が500〜10,000の範囲であるものが好適である。
(A−2)成分のオルガノポリシロキサンは「樹脂構造を有する」点で(A−1)成分の本質的に直鎖状であるオルガノポリシロキサンと相違する。本明細書において、(A−2)成分のオルガノポリシロキサンが「樹脂構造を有する」とは、該オルガノポリシロキサン中の全シロキサン単位のうち、5モル%以上、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15〜75モル%、更に好ましくは25〜50モル%が、SiO4/2単位からなることを意味する。この単位は分子のシロキサン骨格を三次元網状構造にする作用を有する。
(A−2)成分の樹脂構造を有するオルガノポリシロキサンとして好ましいものは、SiO4/2単位(QB単位)、R3 nR4 pSiO1/2単位(MB1単位)、及びR3 qR4 rSiO1/2単位(MB2単位)から基本的になり、任意に二官能性シロキサン単位及び三官能性シロキサン単位(すなわち、オルガノシルセスキオキサン単位)のいずれか又は両方を適宜含んでよいオルガノポリシロキサンである。ここで、R3はビニル基又はアリル基であり、R4は脂肪族不飽和結合を含まない一価炭化水素基である。nは2又は3、pは0又は1であり、かつn+p=3となる数である。qは0又は1、rは2又は3であり、かつq+r=3となる数である。
なお、R4の脂肪族不飽和結合を含まない置換又は非置換の一価炭化水素基としては、上記R2と同様の炭素原子数1〜10、特に1〜6のものが挙げられる。
ここで、QB単位のモル数をs、MB1単位のモル数をm1、MB2単位のモル数をm2としたときに、次の関係式(イ)及び(ロ):
(m1+m2)/s=0.3〜3、特に0.7〜1 (イ)
m2/s=0.01〜1、特に0.07〜0.15 (ロ)
を満たすことが好ましい。
(m1+m2)/s=0.3〜3、特に0.7〜1 (イ)
m2/s=0.01〜1、特に0.07〜0.15 (ロ)
を満たすことが好ましい。
このような樹脂構造のオルガノポリシロキサンの合成は、それぞれの単位源となる化合物を、生成単位が所要の割合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を行うことによって容易に行うことができる。
ここで、上記QB単位源としては、ケイ酸ソーダ、アルキルシリケート、ポリアルキルシリケート、四塩化ケイ素等を例示することができる。
この(A−2)成分の樹脂構造を有するオルガノポリシロキサンは、得られる硬化物の硬度を調整するために配合されるものであり、上記(A−1)成分と(A−2)成分の合計量当り、好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは1〜30質量%の量で配合される。該(A−2)成分の割合を調整することにより、硬化物の硬さを調整することができる。
〈(A−3)オルガノハイドロジェンポリシロキサン〉
(A−3)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、(A−1)成分及び(A−2)成分と反応し、架橋剤として作用するものであり、該成分中のSiH基と(A−1)成分及び(A−2)成分中のアルケニル基等の脂肪族不飽和基とが付加反応することにより硬化物を形成するものである。(A−3)成分は、一分子中に平均2個以上、好ましくは平均3個以上のケイ素原子結合水素原子(SiH基)を有するものであり、通常、3〜1,000個、好ましくは3〜500個、より好ましくは3〜200個、更に好ましくは4〜100個程度のケイ素原子結合水素原子を有することが望ましい。
(A−3)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、(A−1)成分及び(A−2)成分と反応し、架橋剤として作用するものであり、該成分中のSiH基と(A−1)成分及び(A−2)成分中のアルケニル基等の脂肪族不飽和基とが付加反応することにより硬化物を形成するものである。(A−3)成分は、一分子中に平均2個以上、好ましくは平均3個以上のケイ素原子結合水素原子(SiH基)を有するものであり、通常、3〜1,000個、好ましくは3〜500個、より好ましくは3〜200個、更に好ましくは4〜100個程度のケイ素原子結合水素原子を有することが望ましい。
(A−3)成分の分子構造には特に制限はなく、従来付加反応硬化型シリコーン組成物に架橋剤として使用されているいずれも使用することができ、例えば線状、環状、分岐状、三次元網状構造(樹脂状)等各種のものが使用可能である。
一分子中に2個以上、好ましくは3個以上含有されるケイ素原子結合水素原子は、分子鎖末端及び分子鎖非末端のいずれに位置していてもよく、またこの両方に位置するものであってもよい。かかる水素原子以外の、ケイ素原子に結合した一価の原子又は置換基は、すべて脂肪族不飽和結合を含まない、好ましくは炭素原子数1〜10の、非置換又は置換の一価炭化水素基である。
上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの一分子中のケイ素原子の数(すなわち、重合度)は、通常2〜1,000個、好ましくは3〜300個、より好ましくは4〜150個程度のものが望ましく、室温における粘度が、通常0.1〜100,000mPa.s、好ましくは、0.5〜5,000mPa.s程度の、室温で液状のものを使用することができる。
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、例えば、下記平均組成式(2)で示されるものが用いられる。
R5HcSiO(4−b−c)/2 (2)
(式中、R5は、脂肪族不飽和結合を含まない、好ましくは炭素原子数1〜10の、ケイ素原子に結合した非置換又は置換の一価炭化水素基であり、bは0.7〜2.1の数、cは0.001〜1.0数であって、かつb+cが0.8〜3.0の範囲である。)
R5HcSiO(4−b−c)/2 (2)
(式中、R5は、脂肪族不飽和結合を含まない、好ましくは炭素原子数1〜10の、ケイ素原子に結合した非置換又は置換の一価炭化水素基であり、bは0.7〜2.1の数、cは0.001〜1.0数であって、かつb+cが0.8〜3.0の範囲である。)
上記R5で表される脂肪族不飽和結合を含まない非置換又は置換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、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等が挙げられる。これらの非置換又は置換の一価炭化水素基の中でも、好ましくはアルキル基、アリール基であり、より好ましくはメチル基、フェニル基である。
また、好ましくは、bは1.0〜2.0の数、cは0.01〜1.0の数であって、b+cが1.5〜2.5の範囲である。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、通常、R5SiHCl2、(R5)3SiCl、(R5)2SiCl2、(R5)2SiHCl(R5は、上記の通りである)のようなクロロシランを加水分解するか、加水分解して得られたシロキサンを平衡化することにより得ることができる。
平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンとして、具体的には、例えば、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・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、(CH3)2HSiO1/2単位と(CH3)3SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH3)2HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH3)2HSiO1/2単位とSiO単位と(C6H5)3SiO1/2単位とからなる共重合体などが挙げられる。
さらに具体的には、下記式で表される構造のハイドロジェンオルガノシロキサンが例示できる。
(上記式中、Lは0〜200の整数、Mは1〜200の整数、R6はエポキシ基、(メタ)アクリロキシ基、アルコキシシリル基から選ばれる官能基を含有する官能基置換アルキル基である。)
なお、(A−3)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、上記(A−1)成分及び(A−2)成分の硬化有効量であり、特にこれに含まれるケイ素原子結合水素原子が、(A−1)成分及び(A−2)成分中のアルケニル基等の脂肪族不飽和基の合計1モル当たり0.8〜4.0モルであることが好ましく、1.0〜3.0モルであることがより好ましく、1.0〜2.0モルであることがさらに好ましい。(A−3)成分が4.0モル以下であれば、未反応のケイ素原子結合水素原子が硬化物中に多量に残存した結果、ゴム物性が経時的に変化する原因となる恐れがないため好ましい。
〈(A−4)白金族金属系触媒〉
(A−4)成分の白金族金属系触媒は本発明の組成物の付加硬化反応を生じさせる作用を有する。該触媒としては、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものがあるが、コスト等の見地から白金、白金黒、塩化白金酸などの白金系のもの、例えば、H2PtCl6・mH2O、K2PtCl6、KHPtCl6・mH2O、K2PtCl4,K2PtCl4・mH2O、PtO2・mH2O(mは、正の整数)等や、これらと、オレフィン等の炭化水素、アルコール又はビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等が挙げられる。これらは一種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
(A−4)成分の白金族金属系触媒は本発明の組成物の付加硬化反応を生じさせる作用を有する。該触媒としては、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものがあるが、コスト等の見地から白金、白金黒、塩化白金酸などの白金系のもの、例えば、H2PtCl6・mH2O、K2PtCl6、KHPtCl6・mH2O、K2PtCl4,K2PtCl4・mH2O、PtO2・mH2O(mは、正の整数)等や、これらと、オレフィン等の炭化水素、アルコール又はビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等が挙げられる。これらは一種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
(A−4)成分の配合量はヒドロシリル化触媒としての有効量でよく、好ましくは(A−1)〜(A−3)成分の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で0.1〜1,000ppmの範囲であり、より好ましくは1〜500ppmの範囲である。
[(B)導電性粒子]
本発明の接着剤を構成する(B)成分は、平均粒径1μm以下の導電性粒子である。上記導電性粒子は、一次粒径で100nm以下の導電性ナノ粒子であることが好ましい。平均粒径が1μmを超えると、粗大粒子の影響で、後に述べるBLTが5μm以下とはならず、安定した導電性を得ることが難しい。平均粒径の下限に特に制限はない。このような導電性粒子としては、金属粒子、導電性無機酸化物等を用いることができ、単独又は2種以上を混合して使用することができる。粒子の好ましい形状として、球状、フレーク状、針状、無定型等が挙げられるが、この限りではない。
本発明の接着剤を構成する(B)成分は、平均粒径1μm以下の導電性粒子である。上記導電性粒子は、一次粒径で100nm以下の導電性ナノ粒子であることが好ましい。平均粒径が1μmを超えると、粗大粒子の影響で、後に述べるBLTが5μm以下とはならず、安定した導電性を得ることが難しい。平均粒径の下限に特に制限はない。このような導電性粒子としては、金属粒子、導電性無機酸化物等を用いることができ、単独又は2種以上を混合して使用することができる。粒子の好ましい形状として、球状、フレーク状、針状、無定型等が挙げられるが、この限りではない。
本発明における平均粒径は、体積基準粒度分布におけるメジアン径(D50)であり、D50値は、レーザー回折・散乱法により得られた粒度分布から求められるほか、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて観測された粒子像から算出することができる。
金属粒子としては、例えば、金、ニッケル、銅、銀、半田、パラジウム、アルミニウム、それらの合金、それらの多層化物(例えば、ニッケルメッキ/金フラッシュメッキ物)等を挙げることができる。中でも、導電性粒子による着色の影響が小さい、銀が好ましい。
また、導電性無機酸化物として、無機酸化物(無機粒子)に導電性を付与したものを使用することができる。このような導電性を付与した無機粒子としては、ITO(インジウム−スズ系酸化物)、ATO(スズ−アンチモン系酸化物)、酸化チタン(TiO2)、窒化ホウ素(BN)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、無機ガラスなどが挙げられる。中でも、樹脂組成物中に分散した時に、透明となりやすいITO、ATO、酸化ケイ素が好ましい。導電性無機酸化物の被覆層は、導電性を付与されておれば良く、無機粒子を銀などの金属材料で被覆したものであっても良いし、酸化錫にアンチモンをドープ、酸化インジウムに錫をドープするなど、導電性の被覆層を設けても良い。無機粒子の形状としては無定型、球状、鱗片状、針状等を挙げることができる。
本発明の接着剤において、(B)成分の含有量は、(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満であり、好ましくは0.001〜0.08体積%、より好ましくは0.01〜0.05体積%の範囲である。(B)成分の含有量が0.1体積%以上となると、本発明の接着剤の高透明性が損なわれ、全光線透過率の低下及びヘイズ値の上昇を招くため、高透明な硬化物とすることができない。更に、光半導体素子からの光取り出し効率を低下させる原因となる。
[(C)その他の成分]
組成物の透明性を更に維持し、硬化物の着色、酸化劣化等の発生を抑えるために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の従来公知の酸化防止剤を本発明の接着剤に配合することができる。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を本発明の接着剤に配合することもできる。
組成物の透明性を更に維持し、硬化物の着色、酸化劣化等の発生を抑えるために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の従来公知の酸化防止剤を本発明の接着剤に配合することができる。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を本発明の接着剤に配合することもできる。
本発明の接着剤の強度を向上させ、チクソ性を付与するために、更に、ヒュームドシリカ、ナノアルミナ等の無機質充填剤を配合してもよい。必要に応じて、本発明の接着剤に、染料、顔料、難燃剤等を配合してもよい。
また、作業性を改善する目的で溶剤等を添加して使用することも可能である。溶剤の種類は特に制限されるものでなく、硬化前の樹脂組成物を溶解し、導電性粒子を良好に分散させ、均一なダイボンド材あるいは接着剤等を提供できる溶剤を使用することができる。該溶剤の配合割合はダイボンド材等を使用する作業条件、環境、使用時間等に応じて適宜調整すればよい。溶剤は2種以上を併用してもよい。このような溶剤としては、ブチルカルビトールアセテート、カルビトールアセテート、メチルエチルケトン、α−テルピネオール、及びセロソルブアセテート等が挙げられる。
また、本発明の接着剤は、その接着性を向上させるための接着付与剤を含有してもよい。この接着付与剤としては、シランカップリング剤やその加水分解縮合物等が例示される。シランカップリング剤としては、エポキシ基含有シランカップリング剤、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤、イソシアネート基含有シランカップリング剤、イソシアヌレート基含有シランカップリング剤、アミノ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤等公知のものが例示され、(A)成分の合計100質量部に対して好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.3〜10質量部用いることができる。
本発明の接着剤は、上記各成分を、公知の混合方法、例えば、ミキサー、ロール等を用いて混合することによって製造することができる。また、本発明の接着剤は、回転粘度計、例えば、E型粘度計を用いて25℃で測定した粘度が好ましくは10〜1,000,000mPa・s、より好ましくは100〜1,000,000mPa・s、特に好ましくは100〜40,000mPa・sである。
本発明の接着剤は、熱による硬化、活性エネルギー線による硬化など、公知の硬化方法により硬化させることができる。具体的には、(A)成分に熱硬化性樹脂を用いた場合、通常80〜200℃、好ましくは100〜160℃で加熱することにより、該接着剤を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度、特に1分〜3時間程度でよい。上記硬化方法は、作業条件、生産性、発光素子及び筐体耐熱性とのバランスから適宜選定することができる。
本発明の接着剤は、垂直型LEDチップをパッケージに固定するために好適に用いることができる。また、その他発光ダイオード(LED)、有機電界発光素子(有機EL)、レーザーダイオード、及びLEDアレイ等の光半導体素子にも好適に用いることができる。
更に本発明では、上記接着剤からなり、半導体素子を配線板に導電接続するために使用することができるダイボンド材を提供する。
本発明の接着剤は、高透明であり、かつ接着強度及び作業性に優れ、耐熱性及び耐光性に優れた硬化物を与えることができる。従って、上記接着剤からなるダイボンド材であれば、LEDチップを配線板に搭載するための接着剤として光の取り出し効率を損なうことなく好適に用いることができる。
更に、本発明のダイボンド材を硬化して得られる硬化物はBLTが5μm以下の場合において使用されるものであることが好ましい。BLTは導電接続を行う部材間の距離を意味し、導電性硬化物層の厚さと理解できる。BLTが5μm以下であると、(B)成分の導電性粒子が極微量しか添加されていない場合であっても、部材間を有効に電気的に接続することができる。上記導電性粒子の含有量が少なければ、より高透明な硬化物を得ることができ、また、経済的にも有用である。BLTは小さい値をとる方が、電極間距離が狭くなるため好ましい。更に、BLTは小さい値をとる方が、熱抵抗が低減されることから、光半導体素子の発光によって発せられた熱の放熱にも有利である。
ダイボンド材を塗布する方法は特に制限されず、例えば、スピンコーティング、印刷、及び圧縮成形等が挙げられる。ダイボンド材の厚みは適宜選択すればよく、通常5〜50μm、特には10〜30μmである。例えば、ディスペンス装置を用いて23℃の温度、0.5〜5kgf/cm2の圧力で吐出することで容易に塗布ができる。また、スタンピング装置を用いることで、所定の量のダイボンド材を基板に転写することでも容易にできる。
光半導体素子の搭載方法は特に制限されず、例えば、ダイボンダーが挙げられる。ダイボンド材の厚みを決定する要素は、前述のダイボンド材の粘度に加え、光半導体素子の圧着荷重、圧着時間、圧着温度が挙げられる。これら条件は、光半導体素子の外形形状、目的とするダイボンド材厚みに応じて適宜選択すればよく、圧着荷重は一般的に1gf以上1kgf以下である。好ましくは10gf以上100gf以下である。1gf以上の圧着荷重であれば、ダイボンド材を十分に圧着することができる。また1kgf以下の圧着荷重を用いれば、光半導体素子表面の発光層にダメージを与えることがない。圧着時間は工程の生産性との兼ね合いで適宜選択すればよく、一般的に0msecを超え1sec以下である。好ましくは1msec以上30msecである。1sec以下であれば生産性の点で好ましい。圧着温度は特に制限はなく、ダイボンド材の使用温度範囲に従えばよいが、一般的に15℃以上100℃以下であると好ましい。ダイボンダーの圧着ステージに加温設備が無い場合は室温付近での温度帯で使用すればよい。15℃以上であれば、ダイボンド材の粘度が高くなりすぎないため十分に圧着することができる。100℃以下であれば、ダイボンド材の硬化が始まることがないため、目的とするダイボンド材の厚さに到達することができる。
更に本発明では、上記本発明の接着剤を用いて、BLTを5μm以下として光半導体素子と基板とを導電接続することを特徴とする導電接続方法を提供する。このような導電接続方法であれば、光半導体素子と基板との導電接続を確実に達成することができる。
更に本発明では、上記本発明の導電接続方法によって光半導体素子と基板とが導電接続されたものであることを特徴とする光半導体装置を提供する。本発明の光半導体装置は、本発明の導電接続方法によって得られたものであるため、光取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなり、導電接続が確実に達成されたものとなる。
以下、本発明の光半導体装置の一態様について図面を参照して説明する。図1は、本発明の接着剤からなるダイボンド材を用いて光半導体素子と基板とが導電接続された光半導体装置の一例を示す断面図である。この光半導体装置は、光半導体素子4の下部電極と第1のリード2をダイボンド材1により、電気的に接続し、光半導体素子4の上部電極と第2のリード3をワイヤー5により電気的に接続し、光半導体素子4を封止材6で封止したものである。
図1の光半導体装置の製造方法(本発明の導電接続方法)としては、以下の方法を例示できる。
パッケージ基板上の第1のリード2に、ダイボンド材1を定量転写し、その上に光半導体素子4を搭載する。次にダイボンド材1を加熱硬化させ、光半導体素子4の下部電極と第1のリード2を電気的に接続する。この際、本発明の導電接続方法では、BLTを5μm以下とする。BLTを5μm以下とする方法としては、例えば、組成物の粘度を調整する方法、組成物の基板への塗布量を調節する方法、光半導体素子を基板にダイボンドする際の圧力を制御する方法等を挙げることができる。次いで、光半導体素子4が搭載されたパッケージ基板を、光半導体素子4の上部電極と第2のリード3に対してワイヤー5を用いて電気的に接続し、光半導体素子4が搭載されたパッケージ基板を得る。次いで、封止材6を定量塗布し、封止材6の加熱硬化を行う。
パッケージ基板上の第1のリード2に、ダイボンド材1を定量転写し、その上に光半導体素子4を搭載する。次にダイボンド材1を加熱硬化させ、光半導体素子4の下部電極と第1のリード2を電気的に接続する。この際、本発明の導電接続方法では、BLTを5μm以下とする。BLTを5μm以下とする方法としては、例えば、組成物の粘度を調整する方法、組成物の基板への塗布量を調節する方法、光半導体素子を基板にダイボンドする際の圧力を制御する方法等を挙げることができる。次いで、光半導体素子4が搭載されたパッケージ基板を、光半導体素子4の上部電極と第2のリード3に対してワイヤー5を用いて電気的に接続し、光半導体素子4が搭載されたパッケージ基板を得る。次いで、封止材6を定量塗布し、封止材6の加熱硬化を行う。
本発明の接着剤を硬化して得られる硬化物のBLTが5μmを超えると、(B)成分の導電性粒子による電気的な接続効果が失われ、導電性の硬化物として用いることができず、半導体素子と基板とを導電接続することができない。この場合、(B)成分の含有量を(A)成分の固形分を基準として0.1体積%以上とすれば導電性は回復するが、全光線透過率の低下、及びヘイズ値の上昇を招くため、高透明な硬化物とすることができない。更に、熱抵抗の増大の原因となるため、好ましくない。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、下記の例において、各成分の平均組成を示す記号は以下の通りの単位を示す。
MH:(CH3)2HSiO1/2
M:(CH3)3SiO1/2
MVi:(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2
DH:(CH3)HSiO2/2
Dφ:(C6H6)2SiO2/2
D:(CH3)2SiO2/2
Tφ:(C6H6)2SiO3/2
Q:SiO4/2
MH:(CH3)2HSiO1/2
M:(CH3)3SiO1/2
MVi:(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2
DH:(CH3)HSiO2/2
Dφ:(C6H6)2SiO2/2
D:(CH3)2SiO2/2
Tφ:(C6H6)2SiO3/2
Q:SiO4/2
[(A)成分]
[調製例1]
((A−1)成分)平均組成式:MViD40MViのシリコーンオイル35質量部、
((A−2)成分)M単位とMVi単位とQ単位とから構成され、MVi単位に対するM単位のモル比が6.25であり、Q単位に対するM単位とMVi単位との合計のモル比が0.8であるシリコーンレジン65質量部、
((A−3)成分)平均構造式:MDH 80Mで表されるメチルハイドロジェンシロキサン8質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(I)を調製した。
[調製例1]
((A−1)成分)平均組成式:MViD40MViのシリコーンオイル35質量部、
((A−2)成分)M単位とMVi単位とQ単位とから構成され、MVi単位に対するM単位のモル比が6.25であり、Q単位に対するM単位とMVi単位との合計のモル比が0.8であるシリコーンレジン65質量部、
((A−3)成分)平均構造式:MDH 80Mで表されるメチルハイドロジェンシロキサン8質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(I)を調製した。
[調製例2]
((A−1)成分)平均組成式:MVi 2Dφ 2.8のシリコーンオイル:31質量部、
((A−2’)成分)平均組成式:Tφ 0.75MVi 0.25で表される分岐鎖状オルガノポリシロキサン[性状=固体(25℃)、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1600]59質量部、
((A−3)成分)平均組成式:MHDH 2Dφ 2MHで表されるメチルハイドロジェンシロキサン:6.4質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(II)を調製した。
((A−1)成分)平均組成式:MVi 2Dφ 2.8のシリコーンオイル:31質量部、
((A−2’)成分)平均組成式:Tφ 0.75MVi 0.25で表される分岐鎖状オルガノポリシロキサン[性状=固体(25℃)、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1600]59質量部、
((A−3)成分)平均組成式:MHDH 2Dφ 2MHで表されるメチルハイドロジェンシロキサン:6.4質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(II)を調製した。
[調製例3]
((A−1)成分)平均組成式:MViD300MViのシリコーンオイル35質量部、
((A−2)成分)M単位とMVi単位とQ単位とから構成され、MVi単位に対するM単位のモル比が6.25であり、Q単位に対するM単位とMVi単位との合計のモル比が0.8であるシリコーンレジン65質量部、
((A−3)成分)平均構造式:MDH 80Mで表されるメチルハイドロジェンシロキサン8質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(III)を調製した。
((A−1)成分)平均組成式:MViD300MViのシリコーンオイル35質量部、
((A−2)成分)M単位とMVi単位とQ単位とから構成され、MVi単位に対するM単位のモル比が6.25であり、Q単位に対するM単位とMVi単位との合計のモル比が0.8であるシリコーンレジン65質量部、
((A−3)成分)平均構造式:MDH 80Mで表されるメチルハイドロジェンシロキサン8質量部、
((A−4)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部
を撹拌、混合してシリコーン組成物(III)を調製した。
[その他(A)成分]
シリコーン組成物(IV):市販のシリコーンダイボンド材、製品名KER−3000−M2(信越化学工業社製)
エポキシ樹脂組成物(V):市販のエポキシダイボンド材、製品名DX−20C(ヘンケル社製)
シリコーン組成物(VI):市販の変性シリコーンダイボンド材、製品名SCR−3400−S5(信越化学工業社製)
シリコーン組成物(IV):市販のシリコーンダイボンド材、製品名KER−3000−M2(信越化学工業社製)
エポキシ樹脂組成物(V):市販のエポキシダイボンド材、製品名DX−20C(ヘンケル社製)
シリコーン組成物(VI):市販の変性シリコーンダイボンド材、製品名SCR−3400−S5(信越化学工業社製)
[実施例1〜7]
(実施例1)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.015体積%)、添加材として煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例1)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.015体積%)、添加材として煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例2)
(A)成分として調製例2で得られたシリコーン組成物(II)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(II)の固形分を基準として0.015体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として調製例2で得られたシリコーン組成物(II)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(II)の固形分を基準として0.015体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例3)
(A)成分として上記シリコーン組成物(IV)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(IV)の固形分を基準として0.015体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡し、希釈剤としてキシレンを5質量部加え良く混合してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として上記シリコーン組成物(IV)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(IV)の固形分を基準として0.015体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡し、希釈剤としてキシレンを5質量部加え良く混合してペースト状の組成物を調製した。
(実施例4)
(A)成分として上記エポキシ樹脂組成物(V)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.05μmの銀粉(製品名シルベストC−34、比重10.5、徳力科学研究所社製)0.01質量部(エポキシ樹脂組成物(V)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として上記エポキシ樹脂組成物(V)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.05μmの銀粉(製品名シルベストC−34、比重10.5、徳力科学研究所社製)0.01質量部(エポキシ樹脂組成物(V)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例5)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.35μmのSbド―プSnO2被覆シリカ粉(製品名ES−650E、比重4.1、チタン工業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.024体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.35μmのSbド―プSnO2被覆シリカ粉(製品名ES−650E、比重4.1、チタン工業社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.024体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例6)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.01質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.0015体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)0.01質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.0015体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(実施例7)
(A)成分として上記シリコーン組成物(VI)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.05μmの銀粉(製品名シルベストC−34、比重10.5、徳力科学研究所社製)0.01質量部(シリコーン組成物(VI)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として上記シリコーン組成物(VI)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.05μmの銀粉(製品名シルベストC−34、比重10.5、徳力科学研究所社製)0.01質量部(シリコーン組成物(VI)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
[比較例1〜4]
(比較例1)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)1.0質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.15体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(比較例1)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)1.0質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.15体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S、トクヤマ社製)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(比較例2)
(A)成分として調製例3で得られたシリコーン組成物(III)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)1質量部(シリコーン組成物(III)の固形分を基準として0.15体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として調製例3で得られたシリコーン組成物(III)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径0.02μmのSbド―プSnO2粉(ATO、製品名SN−100P、石原産業社製)1質量部(シリコーン組成物(III)の固形分を基準として0.15体積%)、添加材として、煙霧状シリカ(製品名レオシロールDM−30S)5質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(比較例3)
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径6.9μmの銀粉(製品名シルベストTCG−7、徳力科学研究所社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として調製例1で得られたシリコーン組成物(I)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径6.9μmの銀粉(製品名シルベストTCG−7、徳力科学研究所社製)0.1質量部(シリコーン組成物(I)の固形分を基準として0.001体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(比較例4)
(A)成分として上記エポキシ組成物(V)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径6.9μmの銀粉(製品名シルベストTCG−7、比重10.5、徳力科学研究所社製)310質量部(エポキシ組成物(V)の固形分を基準として29.5体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
(A)成分として上記エポキシ組成物(V)100質量部、(B)成分の導電性粒子として平均粒径6.9μmの銀粉(製品名シルベストTCG−7、比重10.5、徳力科学研究所社製)310質量部(エポキシ組成物(V)の固形分を基準として29.5体積%)を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡してペースト状の組成物を調製した。
実施例1〜7、比較例1〜4の組成物について、以下の諸特性を測定した。結果を表1、表2に示す。
[ヘイズ測定、及び全光線透過率の測定]
日本電色工業社製 ヘイズメーターNDH−5000SPを用いてヘイズ測定、及び全光線透過率の測定を行った。
上記の条件で混合した試料を、2mm厚のセルに流し込み、所定の条件(実施例1〜3、5〜7、比較例1〜3は150℃ 1時間、実施例4及び比較例4は170℃ 1時間)で加熱硬化を行い、表面が清浄な2mm厚の硬化物を得、これを測定部にセットし測定した。3度の測定におけるヘイズ値、全光線透過率の平均値を求めた。
日本電色工業社製 ヘイズメーターNDH−5000SPを用いてヘイズ測定、及び全光線透過率の測定を行った。
上記の条件で混合した試料を、2mm厚のセルに流し込み、所定の条件(実施例1〜3、5〜7、比較例1〜3は150℃ 1時間、実施例4及び比較例4は170℃ 1時間)で加熱硬化を行い、表面が清浄な2mm厚の硬化物を得、これを測定部にセットし測定した。3度の測定におけるヘイズ値、全光線透過率の平均値を求めた。
[粘度の測定]
実施例及び比較例に示す組成物からなる各ダイボンド材の粘度をE型粘度計(東機産業株式会社製 RE80U)を用いて25℃、50rpmで測定した。
実施例及び比較例に示す組成物からなる各ダイボンド材の粘度をE型粘度計(東機産業株式会社製 RE80U)を用いて25℃、50rpmで測定した。
[光半導体パッケージの作製]
LED用パッケージ基板として、光半導体素子を載置する凹部を有し、その底部に銀メッキされた第1のリードと第2のリードが設けられたLED用パッケージ基板[SMD5050(I−CHIUN PRECISION INDUSTRY CO.,社製、樹脂部PPA(ポリフタルアミド))]、光半導体素子として、主発光ピークが450nmの垂直型LED(SemiLEDs社製 EV−B35A)を、それぞれ用意した。
LED用パッケージ基板として、光半導体素子を載置する凹部を有し、その底部に銀メッキされた第1のリードと第2のリードが設けられたLED用パッケージ基板[SMD5050(I−CHIUN PRECISION INDUSTRY CO.,社製、樹脂部PPA(ポリフタルアミド))]、光半導体素子として、主発光ピークが450nmの垂直型LED(SemiLEDs社製 EV−B35A)を、それぞれ用意した。
ダイボンダー(ASM社製 AD−830)を用いて、パッケージ基板の銀メッキされた第1のリードに、実施例及び比較例に示す接着剤からなる各ダイボンド材をスタンピングにより定量転写し、その上に光半導体素子を搭載した。このときの光半導体素子の搭載条件は、圧着時間13msec、圧着荷重60gfであり、加温装置を用いず室温25℃の環境で行った。次にパッケージ基板をオーブンに投入し各ダイボンド材を加熱硬化させ(実施例1〜3、5〜7、比較例1〜3は150℃ 1時間、実施例4及び比較例4は170℃ 1時間)、光半導体素子の下部電極と第1のリードを電気的に接続した。次いでワイヤーボンダーを用いて、該光半導体素子が搭載された該LED用パッケージ基板を、光半導体素子の上部電極と第2のリードに対して金ワイヤー(田中電子工業社製 FA 25μm)を用いて電気的に接続し、光半導体素子が搭載されたLED用パッケージ基板各1枚(パッケージ数にして120個)を得た。
次いで、上記で得られた光半導体素子が搭載されたLED用パッケージ基板に対し、ディスペンス装置(武蔵エンジニアリング製、SuperΣ CM II)を用いて、シリコーン封止材(製品名KER2500、信越化学工業株式会社製)を定量塗布し、150℃、4時間で封止材の加熱硬化を行った。
上記のようにして、ダイボンド材の異なる光半導体パッケージを作製し、以下の試験に用いた。
[点灯数の確認]
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ全数(120個)の点灯検査を行い(印加電流IF=20mA)、点灯した光半導体装置の数を数えた。
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ全数(120個)の点灯検査を行い(印加電流IF=20mA)、点灯した光半導体装置の数を数えた。
[BLTの測定]
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージを、市販の室温硬化型エポキシ樹脂で埋包し、光半導体素子の直下が観察できるように切断、研磨し、BLTが観察可能な試料を作製した。得られた試料をレーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製 VK−8700)で観察し、光半導体素子−基板間の距離を3点測定し、平均値を求めた。
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージを、市販の室温硬化型エポキシ樹脂で埋包し、光半導体素子の直下が観察できるように切断、研磨し、BLTが観察可能な試料を作製した。得られた試料をレーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製 VK−8700)で観察し、光半導体素子−基板間の距離を3点測定し、平均値を求めた。
[全光束の測定]
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ10個を、全光束測定システム HM−9100(大塚電子(株)製)を用い、全光束値(Lm)を測定し(印加電流IF=350mA)、平均値を求めた。
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ10個を、全光束測定システム HM−9100(大塚電子(株)製)を用い、全光束値(Lm)を測定し(印加電流IF=350mA)、平均値を求めた。
[高温点灯試験]
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージのうち10個を、高温下(85℃)で、350mA通電、1000時間点灯した後、試験後のサンプルの通電試験を行い、点灯した試験片数/総試験片数を数えた。
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージのうち10個を、高温下(85℃)で、350mA通電、1000時間点灯した後、試験後のサンプルの通電試験を行い、点灯した試験片数/総試験片数を数えた。
得られた結果を表1、表2に示す。
表1に示すように、本発明の範囲を満たす接着剤からなるダイボンド材を用いた実施例1〜実施例7では、いずれも、(B)成分として平均粒径が1μm以下の導電性粒子を含有し、上記(B)導電性粒子の含有量が、(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく0.1体積%未満の範囲であって、高透明であるため2mm厚の硬化物とした時の全光線透過率が70%以上、かつヘイズ値が60%以下であり、更にBLTが5μm以下であるため、すべてのパッケージで点灯可能であり全光束値も高い値を示した。すなわち、明るいパッケージであった。また、高温通電試験(高温点灯試験)でもダイボンド材に外観の変化はなく、すべてのパッケージで点灯可能であった。これらの結果から、本発明の導電接続方法であれば、光の取り出し効率が高く、信頼性の高い光半導体デバイスを製造できることがわかった。
一方、表2に示すように、(B)成分が(A)成分の固形分を基準として0.1体積%以上であり、本発明の範囲を満たさない接着剤を用いた比較例1、2では、透明性が不十分であり、全光束値の高いパッケージは得られなかった。
(B)成分の平均粒径が1μm以上であり、本発明の範囲を満たさない組成物である比較例3では、透明性は得られたが、BLTが5μmを超えるため導電性に劣り、120個のパッケージ中、不点灯のパッケージが発生した。また、高温点灯試験における耐久性にも劣るものであった。
一般的な、透明性を有していない導電性樹脂組成物を用いた比較例4は、(B)成分の平均粒径及び添加量が本発明の範囲から外れており、全光束値の高いパッケージは得られなかった。
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包含される。
1…ダイボンド材、 2…第1のリード、 3…第2のリード、 4…光半導体素子、 5…ワイヤー、 6…封止材。
Claims (6)
- 接着剤であって
(A)シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を含む硬化性樹脂組成物と、
(B)平均粒径が1μm以下の導電性粒子と
を含有するものであり、
前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分の固形分を基準として0体積%より大きく、かつ0.1体積%未満の範囲であり、
前記接着剤を硬化して得られる2mm厚の硬化物の全光線透過率が70%以上であり、かつヘイズ値が60%以下であることを特徴とする接着剤。 - 前記硬化性樹脂組成物(A)が、
(A−1)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有する直鎖状オルガノポリシロキサン、
(A−2)一分子中に2個以上の脂肪族不飽和結合を有し、樹脂構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−3)一分子中にケイ素原子結合水素原子を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び
(A−4)白金族金属系触媒
からなる熱硬化性シリコーン組成物であることを特徴とする請求項1に記載の接着剤。 - 請求項1又は請求項2に記載の接着剤からなるものであることを特徴とするダイボンド材。
- 前記ダイボンド材を硬化して得られる硬化物はBLT(Bond line thickness)が5μm以下の場合において使用されるものであることを特徴とする請求項3に記載のダイボンド材。
- 請求項1又は請求項2に記載の接着剤を用いて、BLTを5μm以下として光半導体素子と基板とを導電接続することを特徴とする導電接続方法。
- 請求項5に記載の導電接続方法によって光半導体素子と基板とが導電接続されたものであることを特徴とする光半導体装置。
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