JP2016216679A - 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】良好な耐熱変色性及び低いガス透過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の提供。【解決手段】(A)1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、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ポリフルオロ化合物、(B)式(1)で表されるポリシロキサン、(C)白金族金属系触媒、(D)ケイ素原子に直結した水素原子、含フッ素有機基及びエポキシ基若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方を有するオルガノポリシロキサン、(E)1価の不飽和炭化水素基及び含フッ素有機基を有する環状オルガノポリシロキサンを含有する光半導体封止用硬化性組成物であって、2mm厚の硬化物を150℃の条件下で1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率が初期の90%以上であり、1mm厚の硬化物の水蒸気透過率が、20g/m2・day以下である光半導体封止用硬化性組成物。【選択図】なし

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。
従来、硬化性組成物として、1分子中に2個以上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ハイドロジェンポリ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、低温特性等の性質のバランスが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、上述の組成物に、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、上述の組成物に、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)。
そして、これら組成物を硬化して得られる硬化物で、光半導体素子、特に発光ダイオード(以下、「LED」という)を封止することが提案されている(特許文献4〜7)。
ところで、近年、LEDの高輝度化に伴い、点灯時のLEDからの発熱量が大きくなってきている。そのため、その熱により、上記組成物を硬化して得られる硬化物が経時で黄変してしまい、LEDの明るさが低下するという問題がしばしば発生した。例えば、450nmの波長の光を放つLEDの場合、該硬化物が黄変すると、その光に対する該硬化物の透過率が低下するため、LEDの明るさが低下してしまう。
また、LEDを封止した光半導体装置では、明るさを上げるためにLEDの周辺を銀等でメッキする場合がある。上記組成物を硬化して得られる硬化物でLEDを封止した該光半導体装置を、硫黄系ガスに曝される環境下で使用すると、経時で硫黄系ガスが該硬化物を透過して銀を黒色に変色させるため、明るさが低下するという不具合がしばしば発生した。以上のことから、このような組成物として、硬化して得られる硬化物の熱による変色が小さく、さらにガス透過性が低いものが要望されていた。
特許第2990646号公報 特許第3239717号公報 特許第3567973号公報 特許第5653877号公報 特開2014−005328号公報 特開2014−012810号公報 特開2014−091778号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、良好な耐熱変色性及び低いガス透過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。
上記目的を達成するために、本発明では、(A)1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、さらに主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有し、且つアルケニル基含有量が0.0050〜0.200mol/100gである直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
(B)下記一般式(1)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
Figure 2016216679
(式中、aは1〜50の整数であり、bは1〜50の整数であり、a+bは2〜100の整数であり、Aは、互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基である。ただし、−(SiO)(H)R−及び−(SiO)(A)R−の結合の順番は限定されない。)
(C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
(D)一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方とを有するオルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
(E)下記一般式(2)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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:0.50〜30.0質量部
Figure 2016216679
(式中、cは1〜4の整数、dは3〜6の整数、c+dは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の1価の炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基、Eはケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基である。ただし、−(SiO)(D)R−及び−(SiO)(E)R−の結合の順番は限定されない。)
を含有する光半導体封止用硬化性組成物であって、前記(B)成分の配合量は、前記(A)成分のアルケニル基と前記(E)成分の1価の不飽和炭化水素基の合計1モルに対して、前記(B)成分に含まれるケイ素原子に直結した水素原子が0.50〜2.0モルとなる量であり、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる2mm厚の硬化物を150℃下1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率が初期の90.0%以上であり、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる1mm厚の硬化物の水蒸気透過率が、20.0g/m・day以下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)〜(E)成分を全て含有し、硬化物を150℃下1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率が初期の90.0%以上であり、水蒸気透過率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であれば、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有する硬化物を得ることができる。従って、前記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好適に用いることができる。
さらに、(F)成分としてカルボン酸無水物:0.010〜5.0質量部
を含有することが好ましい。
このような、上記(A)〜(F)成分を全て含有し、硬化物を150℃下1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率が初期の90.0%以上であり、水蒸気透過率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であれば、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有し、さらに良好な接着性を有する硬化物を得ることができる。
また、前記(A)成分が、下記一般式(3)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物であることが好ましい。
Figure 2016216679
(式中、R及びRは互いに独立して、アルケニル基、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、二つ以上はアルケニル基である。Rは互いに独立して、水素原子、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、e及びfはそれぞれ1〜150の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300であり、gは0〜6の整数である。)
さらに、前記(A)成分が、下記一般式(4)、下記一般式(5)及び下記一般式(6)からなる群より選択される1種以上の直鎖状ポリフルオロ化合物であることが好ましい。
Figure 2016216679
(式中、Rは互いに独立して、水素原子、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、e及びfはそれぞれ1〜150の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300であり、gは0〜6の整数であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基である。)
Figure 2016216679
(式中、R、R、e、f及びgは上記と同じである。)
Figure 2016216679
(式中、R、e、f及びgは上記と同じである。)
このような(A)成分であれば、耐熱性、耐光性、低温特性等の性質のバランスがよく、封止材としてより優れた硬化物を得ることができる。
また、前記(D)成分が、下記一般式(7)で表され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 2016216679
(式中、hは1〜6の整数であり、iは1〜4の整数であり、jは1〜4の整数であり、h+i+jは4〜10の整数であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Gは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Jは互いに独立して、酸素原子を含んでも良い2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方である。ただし、−(SiO)(H)R−、−(SiO)(G)R−、及び−(SiO)(J)R−の結合の順番は限定されない。)
このような(D)成分であれば、各種基材に対して良好な接着性を示す硬化物を得ることができる。
さらに、前記(F)成分が、常圧下、23℃で液体であることが好ましい。
このような(F)成分であれば、作業性により優れる。
加えて、前記(F)成分が、下記一般式(8)で表され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 2016216679
(式中、kは1〜6の整数、lは1〜4の整数、mは1〜4の整数、k+l+mは4〜10の整数、R10は互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Lは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Mは互いに独立して、2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。ただし、−(SiO)(H)R10−、−(SiO)(L)R10−及び−(SiO)(M)R10−の結合の順番は限定されない。)
このような(F)成分であれば、各種基材に対する接着性の向上した硬化物を得ることができる。
また、前記1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基が、互いに独立に下記一般式(9)又は一般式(10)で表される基であることが好ましい。
2n+1− (9)
(式中、nは1〜10の整数である。)
Figure 2016216679
(式中、oは1〜10の整数である。)
上記一般式(1)中のA、上記一般式(2)中のD、上記一般式(7)中のG及び上記一般式(8)中のLに含まれる1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基がこのようなものであれば、(A)成分との相溶性、分散性及び硬化後の均一性のより優れた組成物とすることができる。
また、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる2mm厚の硬化物の、450nmの波長の光に対する初期の透過率が85.0%以上であることが好ましい。
このように、450nmの波長の光に対する初期の透過率が85.0%以上であれば、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物によりLEDが封止された光半導体装置において、LEDから発せられた光を外部に取り出せる効率が十分になる。
さらに、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の25℃,589nm(ナトリウムのD線)での屈折率が1.30以上1.40未満であることが好ましい。
このように、屈折率が、1.30以上1.40未満であれば、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物によりLEDが封止された光半導体装置において、LEDから発せられた光を外部に取り出せる効率が、該光半導体装置の設計によって不十分になる恐れがないため好ましい。
また、本発明は、光半導体素子と、該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を有することを特徴とする光半導体装置を提供する。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、耐熱変色性に優れ、さらに低いガス透過性を有する硬化物を与えることができる。従って、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、長時間点灯しても、熱による該硬化物の変色が小さいため、明るさの低下を抑えることができる。また、硫黄系ガスが硬化物を透過し難くなるため、明るさの低下を抑えることができる。
また、前記光半導体素子が、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封止材として好適に用いることができる。
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、上記(A)〜(E)成分、さらに必要により(F)成分を組み合わせることにより、その硬化物は良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有するため、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、長時間点灯させても、明るさの低下を抑えることができる。また、該光半導体装置を、硫黄系ガスに曝される環境下で使用しても、明るさの低下を抑えることができる。従って、上記硬化物は、LEDを保護する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、良好な耐熱変色性及び低いガス透過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。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、下記(A)〜(E)成分を含有する組成物であれば、良好な耐熱変色性及び低いガス透過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、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[(A)成分]
本発明の(A)成分は、1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、さらに主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有し、且つアルケニル基含有量が0.0050〜0.200mol/100gである直鎖状ポリフルオロ化合物である。
上記(A)成分に含まれるアルケニル基としては、好ましくは炭素数2〜8、特に炭素数2〜6で、かつ末端にCH=CH−構造を有するものが好ましく、例えばビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等が挙げられ、中でもビニル基やアリル基が特に好ましい。
上記(A)成分に含まれるパーフルオロポリエーテル構造としては、下記一般式(11)又は下記一般式(12)で表される2価のパーフルオロポリエーテル基が好ましい。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
上記一般式(11)において、pは2又は3であり、q及びsはそれぞれ1〜150の整数が好ましく、より好ましくは1〜100の整数であって、且つq+sの平均値は好ましくは2〜300、より好ましくは5〜200であり、rは好ましくは0〜6の整数、より好ましくは0〜4の整数である。
また、上記一般式(12)において、tは2又は3が好ましく、uは1〜300の整数が好ましく、より好ましくは1〜200の整数であり、vは1〜80の整数が好ましく、より好ましくは1〜50の整数であって、且つu+vの平均値は好ましくは2〜380、より好ましくは2〜250である。
上記(A)成分に含まれるアルケニル基含有量は0.0050〜0.200mol/100gであり、好ましくは0.0080〜0.150mol/100gである。アルケニル基含有量が0.0050mol/100gより少ない場合には、架橋度合いが不十分となり硬化不具合が生じ、アルケニル基含有量が0.200mol/100gを超える場合には、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ある。
(A)成分の好ましい例として、下記一般式(3)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物が挙げられる。
Figure 2016216679
(式中、R及びRは互いに独立して、アルケニル基、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、二つ以上はアルケニル基である。Rは互いに独立して、水素原子、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、e及びfはそれぞれ1〜150の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300であり、gは0〜6の整数である。)
ここで、R及びRに含まれるアルケニル基としては、上記と同じものが挙げられ、それ以外の置換又は非置換の1価の炭化水素基としては、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基が好ましく、特に炭素原子数1〜10の1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1価炭化水素基などが挙げられる。中でもメチル基やエチル基が特に好ましい。
に含まれる置換又は非置換の1価の炭化水素基としては、上述したR及びRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示と同様の基が挙げられる。
また、e及びfはそれぞれ1〜150の整数が好ましく、より好ましくは1〜100の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300が好ましく、より好ましくは2〜200である。また、gは0〜6の整数が好ましく、より好ましくは0〜4の整数である。
(A)成分の、より好ましい例としては、下記一般式(4)〜(6)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物が挙げられる。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
上記一般式(4)〜(6)において、Rは上記と同じ基であり、e、f及びgは上記と同じである。また、Rは、互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したR及びRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示と同様の基が挙げられる。
上記一般式(4)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、下記の化合物が挙げられる。以下、Meはメチル基を、Etはエチル基を示す。
Figure 2016216679
(式中、e及びfは上記と同様である。)
また、上記一般式(5)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 2016216679
(式中、e及びfは上記と同様である。)
さらに、上記一般式(6)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 2016216679
(式中、e及びfは上記と同じである。)
また、上記(A)成分の23℃における粘度は、JIS K7117−1:1999に規定された粘度測定で、500〜100,000mPa・sが好ましく、より好ましくは1,000〜50,000mPa・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。
上記(A)成分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。即ち、上記一般式(4)〜(6)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物の中で、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
[(B)成分]
(B)成分は、下記一般式(1)で表されるオルガノハイドロジェン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。また、この(B)成分は、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の低いガス透過性に寄与する。
Figure 2016216679
(式中、aは1〜50の整数であり、bは1〜50の整数であり、a+bは2〜100の整数であり、Aは、互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基である。ただし、−(SiO)(H)R−及び−(SiO)(A)R−の結合の順番は限定されない。)
上記一般式(1)において、aは1〜50の整数、好ましくは1〜30の整数であり、bは1〜50の整数、好ましくは1〜30の整数であり、a+bは2〜100の整数、好ましくは2〜60の整数である。ただし、−(SiO)(H)R−及び−(SiO)(A)R−の結合の順番は限定されない。
また、上記一般式(1)のAは、互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基である。このA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適宜導入される基である。
この1価のパーフルオロアルキル基又は1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(9)及び(10)で表される基が挙げられる。
2n+1− (9)
(式中、nは1〜10の整数、好ましくは3〜7の整数である。)
Figure 2016216679
(式中、oは1〜10の整数、好ましくは2〜8の整数である。)
また、上記1価のパーフルオロアルキル基や1価のパーフルオロオキシアルキル基とケイ素原子を繋ぐ、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基としては、炭素数が2〜12のアルキレン基、あるいは該基にエーテル結合、ケイ素原子、アミド結合、2価の芳香族炭化水素基、カルボニル結合等を介在させたものが挙げられ、具体的には以下に示される基が例示できる。
Figure 2016216679
さらに、上記一般式(1)のRは、互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したR及びRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示と同様の基が挙げられる。中でも、特にメチル基が好ましい。
また、上記一般式(1)のRは、互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示と同様の基が挙げられる。
さらに、上記一般式(1)のRは、互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示と同様の基が挙げられる。
このような上記一般式(1)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は、具体的には下記化合物を例示できる。尚、Meはメチル基、Etはエチル基、Phはフェニル基を示す。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
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)成分のアルケニル基と後述する(E)成分の1価の不飽和炭化水素基の合計1モルに対して、該(B)成分に含まれるケイ素原子に直結した水素原子が0.50〜2.0モル、より好ましくは0.80〜1.5モルとなる量である。該ケイ素原子に直結した水素原子が0.50モルより少ないと架橋度合いが不十分になる恐れがあり、一方、2.0モルより多いと、本発明の組成物の保存性が損なわれる恐れがある。
[(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及び1価の不飽和炭化水素基、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はフェニル基を示す。
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100質量部に対して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、一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方とを有する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としての機能を有する。
上記(D)成分のオルガノポリシロキサンとしては、下記一般式(7)で表される環状オルガノポリシロキサンが好ましい。
Figure 2016216679
(式中、hは1〜6の整数であり、iは1〜4の整数であり、jは1〜4の整数であり、h+i+jは4〜10の整数であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Gは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Jは互いに独立して、酸素原子を含んでも良い2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方である。ただし、−(SiO)(H)R−、−(SiO)(G)R−、及び−(SiO)(J)R−の結合の順番は限定されない。)
上記一般式(7)において、hは1〜6の整数、好ましくは1〜5の整数、iは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、jは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、h+i+jは4〜10の整数、好ましくは4〜8の整数である。ただし、−(SiO)(H)R−、−(SiO)(G)R−及び−(SiO)(J)R−の結合の順番は限定されない。
また、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したRの例示と同様の基が挙げられる。
さらに、Gは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAの例示と同様の基が挙げられる。このG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適宜導入される基である。
また、Jは互いに独立して、酸素原子を含んでも良い2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方である。このようなエポキシ基としては、例えば、下記一般式(13)で表されるものが挙げられる。
Figure 2016216679
上記一般式(13)において、R11は酸素原子が介在してもよく、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜5の2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、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が挙げられる。
このようなエポキシ基の具体例としては、下記に示すものが挙げられる。
Figure 2016216679
一方、上記トリアルコキシシリル基としては、例えば、下記一般式(14)で表されるものが挙げられる。
Figure 2016216679
上記一般式(14)において、R12は好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜5の2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、ヘキシレン基、シクロヘキシレン基、オクチレン基等のアルキレン基などが挙げられる。また、R13は好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは1〜4の1価の炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基等のアルキル基などが挙げられる。
このようなトリアルコキシシリル基の具体例としては、下記に示すものが挙げられる。
Figure 2016216679
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。尚、Meはメチル基、Etはエチル基を示す。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
Figure 2016216679
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質量部未満の場合は、十分な接着性が得られない恐れがあり、10.0質量部を超えると、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の物理的強度が低下する恐れがある。
[(E)成分]
本発明の(E)成分は、下記一般式(2)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の耐熱変色性に寄与するものである。
Figure 2016216679
(式中、cは1〜4の整数、dは3〜6の整数、c+dは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の1価の炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基、Eはケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基である。ただし、−(SiO)(D)R−及び−(SiO)(E)R−の結合の順番は限定されない。)
上記一般式(2)中、cは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、dは3〜6の整数、好ましくは3〜5の整数、c+d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1価の炭化水素基であり、上述したRの置換又は非置換の1価の炭化水素基の例示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2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAの例示と同様の基が挙げられる。このD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はケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基であり、具体的には、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基、デセニル基等の不飽和鎖状炭化水素基が挙げられる。この中でも、ビニル基又はアリル基が好ましい。
このような(E)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 2016216679
Figure 2016216679
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0.50〜30.0質量部、好ましくは1.0〜20.0質量部の範囲である。0.50質量部未満の場合は、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の耐熱変色性を向上させる効果が十分には得られない恐れがあり、30.0質量部を超えると、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物のガス透過性が著しく上昇してしまう恐れがある。
[(F)成分]
本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、任意成分として下記(F)成分を含有するものであることが好ましい。本発明の(F)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。この(F)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いずれも使用できる。
上記(F)成分は、常圧下、23℃で液体であるものが好ましい。このような(F)成分であれば、作業性により優れる。
さらに、上記(F)成分としては、下記一般式(8)で表される環状オルガノポリシロキサンが好ましい。
Figure 2016216679
(式中、kは1〜6の整数、lは1〜4の整数、mは1〜4の整数、k+l+mは4〜10の整数、R10は互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Lは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Mは互いに独立して、2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。ただし、−(SiO)(H)R10−、−(SiO)(L)R10−及び−(SiO)(M)R10−の結合の順番は限定されない。)
上記一般式(8)において、kは1〜6の整数、好ましくは1〜5の整数、lは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、mは1〜4の整数、好ましくは1〜3の整数、k+l+mは4〜10の整数、好ましくは4〜8の整数である。ただし、−(SiO)(H)R10−、−(SiO)(L)R10−及び−(SiO)(M)R10−の結合の順番は限定されない。
また、R10は互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、上述したRの例示と同様の基が挙げられる。
さらに、Lは、互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、上述したAの例示と同様の基が挙げられる。このL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適宜導入される基である。
また、Mは互いに独立して、2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、具体的には下記一般式(15)で表される基が挙げられる。
Figure 2016216679
上記一般式(15)において、R14は、炭素数1〜15の2価の炭化水素基が好ましく、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、中でもエチレン基又はプロピレン基が特に好ましい。
このような上記一般式(8)で表される(F)成分としては、例えば下記の化合物が挙げられる。尚、Meはメチル基、Etはエチル基を示す。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
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)成分を含む場合の、上記(F)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.010〜5.0質量部、好ましくは0.10〜3.0質量部の範囲である。0.010質量部以上の場合は、本発明の組成物の接着性発現を促進させるのに十分な効果を得ることができ、5.0質量部以下であれば、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の、450nmの波長の光に対する透過率が損なわれる恐れがない。
[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)〜(E)成分及び任意成分である(F)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、(F)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(16)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(17)、(18)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−(Q)−CH=CH (16)
[式中、Rfは下記一般式(19)で示される基であり、
F−[CF(CF)CFO]−C2y− (19)
(式中、xは好ましくは1〜200、より好ましくは1〜150の整数であり、yは好ましくは1〜3の整数である。)
Qは−CH−、−OCH−、−CHOCH−又は−CO−NR15−T−(但し、R15は水素原子、メチル基、フェニル基又はアリル基であり、Tは−CH−、下記構造式(20)で示される基又は下記構造式(21)で示される基である。)、wは0又は1である。]
Figure 2016216679
Figure 2016216679
X’−O−(CFCFCFO)−X’ (17)
(式中、X’はCs’2s’+1−(s’は1〜3)で表される基であり、zは好ましくは1〜200の整数、より好ましくは2〜100の整数である。)
X’−O−(CFO)t’(CFCFO)u’−X’ (18)
(式中、X’は上記と同じであり、t’及びu’はそれぞれ1〜200の整数が好ましく、より好ましくは1〜100の整数であって、且つt’+u’の平均値は好ましくは2〜400、より好ましくは2〜300である。)
上記一般式(16)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。尚、Meはメチル基を示す。
Figure 2016216679
(ここで、z’=1〜100である。)
上記一般式(17)及び(18)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。
CFO−(CFCFCFO)v’−CFCF
CF−[(OCFCFw’(OCFx’]−O−CF
(ここで、v’、w’及びx’はそれぞれ1〜200の整数が好ましく、より好ましくは1〜150の整数であり、w’+x’の平均値は好ましくは2〜400の整数、より好ましくは2〜300の整数である。)
また、上記一般式(16)〜(18)で表されるポリフルオロ化合物の粘度(23℃)は、(A)成分と同様の測定方法で、5.00〜100,000mPa・s、特に50.0〜50,000mPa・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、球状シリカ、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(9)で表される1価のパーフルオロアルキル基又は上記一般式(10)で表される1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−ペンチン−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1価のパーフルオロアルキル基又は1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。
(F)成分以外の接着促進剤の例としては、ジルコニウムアルコキシドやジルコニウムキレート等の有機ジルコニウム化合物や、チタンアルコキシドやチタンキレート等の有機チタン化合物などが挙げられる。
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)〜(E)成分、任意成分である(F)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)〜(E)成分、任意成分である(F)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、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有する硬化物を与えるため、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2mm厚の硬化物を150℃下1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率は、初期の90.0%以上、好ましくは92.0%以上である。該透過率が、初期の90.0%未満の場合、該硬化物により上記光半導体素子が封止された光半導体装置を長期に点灯させたとき、明るさが経時で著しく低下してしまう恐れがある。
また、本発明の組成物を硬化して得られる1mm厚の硬化物の水蒸気透過率は、20.0g/m・day以下、好ましくは15.0g/m・day以下である。20.0g/m・dayを超える場合、LEDの周辺が銀でメッキされ、且つ本発明の組成物を硬化して得られる硬化物でLEDを封止した光半導体装置を、硫黄系ガスに曝すと、銀が該ガスによって黒色化して明るさが低下してしまう恐れがある。尚、上記水蒸気透過率は、JIS K7129:2008に準拠したLyssy社製L80−5000型水蒸気透過度計を用いて測定した値である。
さらに、本発明の組成物を硬化して得られる2mm厚の硬化物の、450nmの波長の光に対する初期の透過率は85.0%以上、好ましくは87.0%以上である。該透過率が85.0%以上の場合、該硬化物により上記光半導体素子が封止された光半導体装置において、LEDチップから発せられた光を外部に取り出せる効率が十分になる。
さらに、本発明の組成物を硬化して得られる硬化物の、25℃,589nm(ナトリウムのD線)での屈折率は、1.30以上1.40未満であることが好ましい。該屈折率が、この範囲内である場合、該硬化物により上記光半導体素子が封止された光半導体装置において、LEDチップから発せられた光を外部に取り出せる効率が、該光半導体装置の設計によって低下してしまう恐れがないため好ましい。
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。
このように上記(A)〜(E)成分、任意成分である(F)成分及びその他の任意成分を含み、且つ上記の特性を有する光半導体封止用硬化性組成物であれば、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有する硬化物を得ることができる。
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の構造は、特に限定されない。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。尚、該凹部2’の底面は銀でメッキされている。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からなる封止材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。尚、該凹部8’の底面は銀でメッキされている。
さらに、凹部8’において、LEDチップ1は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からなる封止材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(InGaAlN)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、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有する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、長時間点灯させても、熱による該硬化物の変色が小さいため、明るさの低下を抑えることができる。さらに、硫黄系ガスに曝される環境下で使用しても、硫黄系ガスが硬化物を透過し難くなるため、明るさの低下を抑えることができる。従って、本発明の光半導体封止用硬化性組成物は、硬化物の有する上記のような特性から、LEDを保護するための封止材として好適に用いることができる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。尚、Meはメチル基を示す。
(実施例1)
下記式(22)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、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%)0.20質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.20質量部、下記式(23)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(SiH基量0.00428モル/g)8.65質量部、下記式(24)で示されるオルガノポリシロキサン2.0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(ビニル基量0.00357モル/g)2.0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 2016216679
(ただし、a’及びb’は1以上の整数であり、a’+b’の平均値は35である。)
Figure 2016216679
(ただし、c’及びd’は1以上の整数であり、c’の平均値は8であり、d’の平均値は3である。)
Figure 2016216679
Figure 2016216679
(実施例2)
下記式(26)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度4,050mPa・s、ビニル基量0.0601モル/100g)100質量部に、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%)0.20質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、下記式(27)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(SiH基量0.00636モル/g)13.0質量部、下記式(28)で示されるオルガノポリシロキサン2.5質量部、下記式(29)で示される環状オルガノポリシロキサン(ビニル基量0.00451モル/g)5.0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 2016216679
(ただし、e’及びf’は1以上の整数であり、e’+f’の平均値は35である。)
Figure 2016216679
(ただし、g’及びh’は1以上の整数であり、g’の平均値は11であり、h’の平均値は3である。)
Figure 2016216679
Figure 2016216679
(実施例3)
下記式(30)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物(粘度4,080mPa・s、ビニル基量0.0899モル/100g)100質量部に、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%)0.25質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、下記式(31)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)26.1質量部、下記式(32)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、下記式(33)で示されるオルガノポリシロキサン1.5質量部、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサン8.0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 2016216679
(ただし、i’及びj’は1以上の整数であり、i’+j’の平均値は35である。)
Figure 2016216679
(ただし、k’及びl’は1以上の整数であり、k’の平均値は7であり、l’の平均値は3である。)
Figure 2016216679
Figure 2016216679
(実施例4)
上記式(22)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物50.0質量部に、上記式(26)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物50.0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%)0.30質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、下記式(34)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(SiH基量0.00516モル/g)20.6質量部、上記式(24)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、上記式(28)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、下記式(35)で示される環状オルガノポリシロキサン(ビニル基量0.00432モル/g)12.0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 2016216679
(ただし、m’及びn’は1以上の整数であり、m’の平均値は11であり、n’の平均値は3である。)
Figure 2016216679
(実施例5)
上記式(26)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物50.0質量部に、上記式(30)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物50.0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%)0.35質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、上記式(27)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン22.2質量部、上記式(24)で示されるオルガノポリシロキサン3.5質量部、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサン15.0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6)
上記式(22)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物20.0質量部に、上記式(30)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物80.0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%)0.40質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、上記式(23)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン43.1質量部、上記式(32)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、上記式(33)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、下記式(36)で示される環状オルガノポリシロキサン(ビニル基量0.00533モル/g)20.0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 2016216679
(実施例7)
上記式(22)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物2.00質量部に、上記式(26)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物8.00質量部、上記式(30)で示される直鎖状ポリフルオロ化合物90.0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%)0.50質量部、1−エチニル−1−ヒドロキシシクロヘキサンの60%トルエン溶液0.15質量部、上記式(27)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン26.2質量部、上記式(24)で示されるオルガノポリシロキサン1.5質量部、下記式(37)で示されるオルガノポリシロキサン2.0質量部、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサン25.0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 2016216679
(実施例8)
上記実施例3において、下記式(38)で示されるカルボン酸無水物0.80質量部を添加した以外は実施例3と同様に組成物を調製した。
Figure 2016216679
(実施例9)
上記実施例5において、下記式(39)で示されるカルボン酸無水物1.0質量部を添加した以外は実施例5と同様に組成物を調製した。
Figure 2016216679
(比較例1)
上記実施例3において、上記式(31)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(SiH基量0.00499モル/g)の添加量を19.8質量部に変更して、さらに、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサンを添加しないこと以外は実施例3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、上記式(27)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの添加量を31.6質量部に変更し、さらに、上記式(25)で示される環状オルガノポリシロキサンの添加量を35.0質量部に変更した以外は実施例7と同様に組成物を調製した。
(比較例3)
上記実施例3において、上記式(31)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを、下記式(40)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)33.1質量部に変更した以外は実施例3と同様に組成物を調製した。
Figure 2016216679
(比較例4)
上記実施例3において、上記式(31)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを、下記式(41)で示されるオルガノ水素シロキサン(SiH基量0.00319モル/g)40.8質量部に変更した以外は実施例3と同様に組成物を調製した。
Figure 2016216679
(比較例5)
上記実施例3において、上記式(31)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを、下記式(42)で示されるオルガノ水素ポリシロキサン(SiH基量0.00599モル/g)21.8質量部に変更した以外は実施例3と同様に組成物を調製した。
Figure 2016216679
(ただし、o’は1以上の整数であり、o’の平均値は8である。)
(比較例6)
上記実施例9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を添加しないこと以外は実施例9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、表2に示す。
1.450nmの光透過率:2mm厚のシート状硬化物を作製し、紫外・可視・近赤外分光光度計UV−3600(株式会社 島津製作所社製)を用いて、450nmの光に対する初期の透過率(%)を測定した。次に、該硬化物を150℃下1,000時間放置した後、再び450nmの光に対する透過率(%)を測定して、対初期比を算出した。対初期比が高いほど、該硬化物の変色が小さいことを示す。結果を表1に示す。
2.屈折率:2mm厚のシート状硬化物を作製し、JIS K0062:1992に規定される多波長アッベ屈折計DR−M2/1550(株式会社アタゴ社製)を用いて、25℃、589nm(ナトリウムのD線)での屈折率を測定した。結果を表2に示す。
3.水蒸気透過率:1mm厚のシート状硬化物を作製し、JIS K7129:2008に準拠したLyssy社製L80−5000型水蒸気透過度計を用いて測定した。尚、測定温度は40℃、測定に使用した該硬化物の面積は50cmである。結果を表2に示す。
4.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。結果を表2に示す。
5.硬化物の耐熱変色性: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、450nmの光を放つ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を該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、該光半導体装置を点灯させたときの初期の明るさを100%として、そのまま1,000時間連続点灯させたときの明るさの維持率を求めた。結果を表2に示す。
6.硬化物のガス透過性:上記「5.硬化物の耐熱変色性」と同様にして作製した光半導体装置を、100℃下5ppmの硫化水素ガス雰囲気下に200時間放置した後、凹部8’の底面にある銀の変色度合いを目視で確認した。結果を表2に示す。
Figure 2016216679
Figure 2016216679
表1及び表2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1〜9)を硬化して得られる硬化物は、比較例1〜6に比べて、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有するため、長時間点灯時の明るさの著しい低下や銀の変色は見られなかった。一方、比較例1、2及び6は、(E)成分が本発明の要件を満たさないため、長時間点灯時の明るさが著しく低下したり、銀の変色が見られた。また、比較例3、4及び5は、(B)成分が本発明の要件を満たさないため、銀の変色が見られた。
上記の結果から、本発明の光半導体封止用硬化性組成物を用いれば、良好な耐熱変色性及び低いガス透過性を有する硬化物を得ることができることが明らかであり、このような光半導体封止用硬化性組成物は、光半導体素子の封止材として好適であることが示された。
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…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。

Claims (12)

  1. (A)1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、さらに主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有し、且つアルケニル基含有量が0.0050〜0.200mol/100gである直鎖状ポリフルオロ化合物:100質量部、
    (B)下記一般式(1)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
    Figure 2016216679
    (式中、aは1〜50の整数であり、bは1〜50の整数であり、a+bは2〜100の整数であり、Aは、互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基である。ただし、−(SiO)(H)R−及び−(SiO)(A)R−の結合の順番は限定されない。)
    (C)白金族金属系触媒:白金族金属原子換算で0.1〜500ppm、
    (D)一分子中にケイ素原子に直結した水素原子と、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方とを有するオルガノポリシロキサン:0.10〜10.0質量部、
    (E)下記一般式(2)で表される、一分子中にケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基と、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1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:0.50〜30.0質量部
    Figure 2016216679
    (式中、cは1〜4の整数、dは3〜6の整数、c+dは4〜10の整数、Rは置換又は非置換の1価の炭化水素基、Dは酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基、Eはケイ素原子に直結した1価の不飽和炭化水素基である。ただし、−(SiO)(D)R−及び−(SiO)(E)R−の結合の順番は限定されない。)
    を含有する光半導体封止用硬化性組成物であって、前記(B)成分の配合量は、前記(A)成分のアルケニル基と前記(E)成分の1価の不飽和炭化水素基の合計1モルに対して、前記(B)成分に含まれるケイ素原子に直結した水素原子が0.50〜2.0モルとなる量であり、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる2mm厚の硬化物を150℃下1,000時間放置した後の、450nmの波長の光に対する透過率が初期の90.0%以上であり、前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる1mm厚の硬化物の水蒸気透過率が、20.0g/m・day以下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. さらに、(F)成分としてカルボン酸無水物:0.010〜5.0質量部
    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(3)で表される直鎖状ポリフルオロ化合物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 2016216679
    (式中、R及びRは互いに独立して、アルケニル基、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、二つ以上はアルケニル基である。Rは互いに独立して、水素原子、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、e及びfはそれぞれ1〜150の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300であり、gは0〜6の整数である。)
  4. 前記(A)成分が、下記一般式(4)、下記一般式(5)及び下記一般式(6)からなる群より選択される1種以上の直鎖状ポリフルオロ化合物であることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    Figure 2016216679
    (式中、Rは互いに独立して、水素原子、又は、置換若しくは非置換の1価の炭化水素基であり、e及びfはそれぞれ1〜150の整数であって、且つe+fの平均値は2〜300であり、gは0〜6の整数であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基である。)
    Figure 2016216679
    (式中、R、R、e、f及びgは上記と同じである。)
    Figure 2016216679
    (式中、R、e、f及びgは上記と同じである。)
  5. 前記(D)成分が、下記一般式(7)で表され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から請求項4のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    Figure 2016216679
    (式中、hは1〜6の整数であり、iは1〜4の整数であり、jは1〜4の整数であり、h+i+jは4〜10の整数であり、Rは互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Gは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Jは互いに独立して、酸素原子を含んでも良い2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若しくはトリアルコキシシリル基又はその両方である。ただし、−(SiO)(H)R−、−(SiO)(G)R−、及び−(SiO)(J)R−の結合の順番は限定されない。)
  6. 前記(F)成分が、常圧下、23℃で液体であることを特徴とする請求項2から請求項5のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
  7. 前記(F)成分が、下記一般式(8)で表され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2から請求項6のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    Figure 2016216679
    (式中、kは1〜6の整数、lは1〜4の整数、mは1〜4の整数、k+l+mは4〜10の整数、R10は互いに独立して置換又は非置換の1価の炭化水素基であり、Lは互いに独立して、ケイ素原子、酸素原子又は窒素原子を含んでも良い2価の炭化水素基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基であり、Mは互いに独立して、2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。ただし、−(SiO)(H)R10−、−(SiO)(L)R10−及び−(SiO)(M)R10−の結合の順番は限定されない。)
  8. 前記1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基が、互いに独立に下記一般式(9)又は一般式(10)で表される基であることを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
    2n+1− (9)
    (式中、nは1〜10の整数である。)
    Figure 2016216679
    (式中、oは1〜10の整数である。)
  9. 前記光半導体封止用硬化性組成物を硬化して得られる2mm厚の硬化物の、450nmの波長の光に対する初期の透過率が85.0%以上であることを特徴とする請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
  10. 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の25℃,589nm(ナトリウムのD線)での屈折率が1.30以上1.40未満であることを特徴とする請求項1から請求項9のうちいずれか1項に記載の光半導体封止用硬化性組成物。
  11. 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から請求項10のうちいずれか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を有することを特徴とする光半導体装置。
  12. 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11に記載の光半導体装置。
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