JP5869501B2 - プライマー組成物及びそれを用いた光半導体装置 - Google Patents
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Description
尚、本発明に関連する従来技術として、上述した文献と共に下記文献(特許文献6〜8)を挙げることができる。
光半導体素子を実装した基板と、前記光半導体素子を封止する付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物とを接着するプライマー組成物であって、
(A)1分子中に一つ以上のSiCH=CH2基を含有するアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのどちらか一方、もしくは両方を含むアクリル樹脂、
(B)溶剤、
を含有するプライマー組成物を提供する。
(C)シランカップリング剤、
を含有するものであることが好ましい。
光半導体素子を実装した基板と、前記光半導体素子を封止する付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物とを接着するプライマー組成物であって、
(A)1分子中に一つ以上のSiCH=CH2基を含有するアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのどちらか一方、もしくは両方を含むアクリル樹脂、
(B)溶剤、
を含有するものである。
以下、本発明のプライマー組成物の各成分について説明する。
[(A)成分]
本発明のプライマー組成物に含有される(A)成分は、1分子中に一つ以上のSiCH=CH2基を含有するアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのどちらか一方、もしくは両方を含むアクリル樹脂であり、例えばLEDを実装する基板、特にセラミックス基板やポリフタルアミド樹脂基板に対して十分な接着性を与えるとともに、該基板上に形成された金属電極(特にAg電極)の経時的な腐食を抑制する。
(B)成分の溶剤としては、上記の(A)成分及び後述する成分が溶けるものであれば限定されるものではなく、公知の有機溶剤を使用できる。該溶剤としては、例えば、キシレン、トルエン、ベンゼン、ヘプタン、ヘキサン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、塩化メチレン、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、リグロイン、シクロヘキサノン、ジエチルエーテル、ゴム揮発油、シリコーン系溶剤等が挙げられる。プライマー塗布作業時の蒸発速度に応じて、1種単独又は2種以上を組合せて混合溶剤として用いてもよい。
本発明のプライマー組成物は、さらに(C)成分としてシランカップリング剤を配合することができる。該シランカップリング剤としては、一般的なシランカップリング剤で良く、例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
本発明のプライマー組成物は、上記(A)、(B)の各成分を基本成分とし、これらに必要に応じて、その他の任意成分を配合することができる。例えば、金属腐食抑制剤として、ベンゾトリアゾール、ブチルヒドロキシトルエン、ハイドロキノン又はその誘導体を配合することができる。ベンゾトリアゾール、ジブチルヒドロキシトルエン、ハイドロキノン又はその誘導体は、LEDランプが過酷な外部環境に曝されて、例えば大気中の硫黄化合物がLEDランプの封止剤(付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物)を透過した場合に、この封止剤で封止された基板上の金属電極、特にAg電極の腐食をより効果的に抑制する成分である。
本発明のプライマー組成物の製造方法としては、上記(A)、(B)成分の基本成分と上記任意成分を常温下で混合撹拌機により均一に混合する方法等が挙げることができる。
本発明の光半導体装置は、光半導体素子を実装した基板と、前記光半導体素子を封止する付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物とを、上記プライマー組成物により接着してなるものであることが好ましい。
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。
予め、AgメッキでAg電極等の金属電極6が形成された基板4にLED3等の光半導体素子を接着剤で接合して、ボンディングワイヤ7によりLED3の電極端子(不図示)と金属電極6とを電気的に接続しておき、この後、LED3が実装された基板4を必要に応じて清浄にしてから、スピンナー等の塗布装置や噴霧器でプライマー組成物2を基板4に塗布した後、加熱、風乾等によりプライマー組成物2中の溶剤を揮発させ、好ましくは10μm以下、より好ましくは0.01〜1μmの被膜を形成する。プライマー処理した後、付加反応硬化型シリコーン組成物をディスペンサー等で塗布し、室温で放置又は加熱硬化させて、ゴム状の硬化物5でLED3を封止する。
蛇管冷却器、温度計を備えた500mlの四つ口フラスコにメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン124g(0.5mol)、1,3−ジビニル1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン149g(0.8mol)を入れ、氷浴にて10℃以下にした。冷却後濃硫酸13.7gを投入し、20分混合した。混合後、水を14.4g(0.75mol)滴下し、加水分解・平衡化反応を行った。反応終了後、水を4.5g投入し廃酸分離し、10%芒硝水250gとトルエン220gを投入して、水洗により酸触媒成分を除去した。除去後、100℃/5mmHgにて濃縮により溶剤を取り除き、下記構造のメタクリロキシプロピルトリス(ジメチルビニルシロキシ)シラン183g(収率:80%)を得た。
蛇管冷却器、温度計を備えた1lの四つ口フラスコにオクタメチルシクロテトラシロキサン355g(1.2mol)、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン414g(1.2mol)、ジメタクリロキシプロピルテトラメチルジシロキサン39.7g(0.12mol)、ジビニルテトラメチルジシロキサン22.3g(0.12mol)、メタンスルホン酸2g(触媒量)を入れ、60〜70℃に昇温し6時間混合した。混合後室温まで温度を戻し重曹を24g入れ中和した。中和後ろ過し、ろ液を100℃/5mmHgにて濃縮により未反応成分を取り除き、下記構造のα−メタクリロキシプロピルシロキシ−ω−ジメチルビニルシロキシ−ポリジメチルメチルビニルシロキサン497g(収率:70%)を得た。
蛇管冷却器、温度計を備えた500mlの四つ口フラスコにメタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン124g(0.5mol)、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン107g(0.8mol)を入れ、氷浴にて10℃以下にした。冷却後濃硫酸13.7gを投入し、20分混合した。混合後水を14.4g(0.75mol)滴下し、加水分解・平衡化反応を行った。反応終了後、水を4.5g投入し廃酸分離し、10%芒硝水250gとトルエン220gを投入して、水洗により酸触媒成分を除去した。除去後、50℃/5mmHgにて濃縮により溶剤を取り除き、下記構造のメタクリロキシプロピルメチルビス(ジメチルシロキシ)シラン152g(収率:80%)を得た。
メタクリル酸メチル54質量部、合成例1で得たSiCH=CH2含有メタクリル酸エステル11質量部、IPA(イソプロピルアルコール)と酢酸エチルの混合溶剤600質量部、AIBN(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)0.5質量部を80℃で3時間加熱攪拌し、SiCH=CH2基含有メタクリル酸エステル重合体を含有する溶液を調整した。
メタクリル酸メチル57質量部、合成例2で得たSiCH=CH2含有メタクリル酸エステル24質量部、酢酸エチル750質量部、AIBN(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)0.5質量部を80℃で3時間加熱攪拌し、SiCH=CH2基含有メタクリル酸エステル重合体を含有する溶液を調整した。
メタクリル酸メチル43質量部、比較合成例1で得たSiH含有メタクリル酸エステル22質量部、IPA(イソプロピルアルコール)と酢酸エチルの混合溶剤600質量部、AIBN(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)0.5質量部を80℃で3時間加熱攪拌し、SiH基含有メタクリル酸エステル重合体を含有する溶液を調整した。
メタクリル酸メチル83質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン17質量部、酢酸エチル900質量部、AIBN(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)0.5質量部を80℃で3時間加熱攪拌し、メタクリル酸メチル重合体を含有する溶液を調整した。
上記合成例3で調整したSiCH=CH2基含有メタクリル酸エステル重合体の酢酸エチル溶液100質量部にビニルトリメトキシシラン1質量部、ハイドロキノン0.1質量部を添加、攪拌し、プライマー組成物を得た。
得られたプライマー組成物を用いて光半導体装置を作製し、各種物性(外観、透過率、接着性(接着強度)及び腐食性)を下記に示す評価方法により測定し、結果を表1に示した。尚、表1に示した物性は、23℃において測定した値である。
得られたプライマー組成物をアルミナセラミックスに刷毛塗りし、23℃で30分放置して乾燥させた後、このプライマー組成物上に付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(信越化学工業株式会社製、KER−2500A/B)を塗布して150℃で1時間硬化させて、その外観を観察した。
得られたプライマー組成物をスライドガラス上に刷毛塗りし、23℃で30分放置して乾燥させた後、波長400nmにおける透過率を塗布したスライドガラスを用いて空気をブランクとして測定した。その後、プライマーを塗布したスライドガラスを150℃×500時間、150℃×1000時間耐熱劣化させ、プライマー膜自身の透明性変化を確認した。
図2に示すような接着試験用のテストピース11を作製した。即ち、2枚のアルミナセラミックス基板12、13のそれぞれの片面に、得られたプライマー組成物を厚さ0.01mmで塗布し、23℃で60分放置して乾燥させた後、プライマー組成物被膜14、15を形成した。このプライマー組成物14、15が付着したアルミナセラミックス12、13に付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(信越化学工業株式会社製、KER−2500A/B)を1mm厚で挟み込むように塗布し(接着面積25mm×10mm=250mm2)、150℃で2時間硬化させて付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物16を作製し、接着試験用のテストピース11を作製した。尚、アルミナセラミックスはケーディーエス社製のものを使用した。
このテストピースのプライマー組成物が付着したアルミナセラミックス基板を矢印方向(図2参照)に引っ張り試験機(島津製作所製、オートグラフ)を用いて引張速度50mm/分で引っ張り、観察された単位面積あたりの接着強度をMPaとして表し、確認した。
得られたプライマー組成物を銀メッキ板に刷毛塗りし、23℃で30分放置して乾燥させた後、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(信越化学工業株式会社製、KER−2500A/B)を1mm厚で塗布し、150℃で1時間硬化させてテストピースを作製した。このテストピースを硫黄結晶0.1gとともに100ccガラス瓶に入れ密閉して70℃で放置し、所定時間ごとに(1日後、7日後、10日後)シリコーンゴムを剥がして、銀メッキ板の腐食の程度を目視で観察し、下記の基準で評価した。
○:腐食(変色)なし
△:多少の腐食(変色)
×:黒変
上記合成例4で調整したSiCH=CH2基含有メタクリル酸エステル重合体の酢酸エチル溶液100質量部にビニルトリメトキシシラン1質量部、ハイドロキノン0.1質量部を添加、攪拌し、プライマー組成物を得た。この組成物を用いて光半導体装置を作製し、各種物性を実施例1と同様に測定し、表1に示した。
プライマーを塗布せずに直接付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(信越化学工業株式会社製、KER−2500A/B)をアルミナセラミックスに塗布した。このようにしてできあがった光半導体装置の接着性及び腐食性を実施例1と同様にして測定し、結果を表1に示した。
比較合成例2にて調整したSiH基含有メタクリル酸エステル重合体の酢酸エチル溶液100質量部にビニルトリメトキシシラン1質量部、ハイドロキノン0.1質量部を添加、攪拌しプライマー組成物を得た。この組成物を用いて光半導体装置を作製し、各種物性を実施例1と同様に測定し、表1に示した。
比較合成例3にて調整したメタクリル酸エステル重合体の酢酸エチル溶液100質量部に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1質量部、テトラ−n−ブチルチタネート1質量部を添加、攪拌し、プライマー組成物を得た。この組成物を用いて光半導体装置を作製し、各種物性を実施例1と同様に測定し、表1に示した。
4…基板、 5…付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物、 6…金属電極、
7…ボンディングワイヤ、 11…テストピース、
12、13…アルミナセラミックス基板、 14、15…プライマー組成物被膜、
16…付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物。
Claims (8)
- 光半導体素子を実装した基板と、前記光半導体素子を封止する付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物とを接着するプライマー組成物であって、
(A)1分子中に一つ以上のSiCH=CH2基を含有し、かつ、Si−H基を含有しないアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのどちらか一方、もしくは両方を含むアクリル樹脂、
(B)溶剤、及び
金属腐食抑制剤
を含有するものであることを特徴とするプライマー組成物。 - 前記(B)成分の配合量が、全体の90wt%以上であることを特徴とする請求項1に記載のプライマー組成物。
- 前記プライマー組成物が、さらに、
(C)シランカップリング剤、
を含有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプライマー組成物。 - 光半導体素子を実装した基板と、前記光半導体素子を封止する付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物とを、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のプライマー組成物により接着してなるものであることを特徴とする光半導体装置。
- 前記光半導体素子が、発光ダイオード用のものであることを特徴とする請求項4に記載の光半導体装置。
- 前記基板の構成材料が、ポリフタルアミド樹脂、繊維強化プラスチック及びセラミックスのいずれかであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の光半導体装置。
- 前記付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物が、ゴム状のものであることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の光半導体装置。
- 前記付加反応硬化型シリコーン組成物の硬化物が、透明な硬化物であることを特徴とする請求項4乃至請求項7のいずれか1項に記載の光半導体装置。
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