TWI534214B - A primer composition and an optical semiconductor device using the same - Google Patents

Description

底漆(primer)組成物及使用其之光半導體裝置

本發明係關於底漆組成物及使用其之光半導體裝置。

作為光半導體裝置而已知之LED裝置係具有發光二極體(LED)作為光半導體元件，且以由透明樹脂所成之密封材密封安裝於基板上之LED而構成。密封該LED之密封材自過去以來係廣泛使用環氧樹脂基劑之組成物(參照例如專利文獻1)。

然而，環氧樹脂基劑之密封材隨著近年來半導體封裝之小型化或LED之高亮度化而使發熱量增大或光短波長化，導致容易發生龜裂或黃化，並導致信賴性下降。因此，基於具有優異耐熱性方面而言，係使用聚矽氧組成物作為密封材。尤其，加成反應硬化型之聚矽氧組成物由於藉由加熱而以短時間硬化故生產性良好，適合作為LED之密封材(參照例如專利文獻2)。

然而，安裝LED之基板與由加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物所成之密封材之接著性上無法稱為 已足夠。就機械強度優異之觀點而言大多使用聚苯二甲醯胺樹脂作為安裝LED之基板，因而開發出對該樹脂有用之底漆(primer)(參照例如專利文獻3、4)。

然而關於高功率光量為必要之LED，由於聚苯二甲醯胺樹脂不具耐熱性且會變色，最近大多為以耐熱性比聚苯二甲醯胺樹脂優異之氧化鋁為代表之陶瓷作為基板之情況。由氧化鋁陶瓷構成之基板與該聚矽氧組成物之硬化物之間容易產生剝離。

另外，聚矽氧組成物一般由於具有透氣性，故容易受到來自外部環境之影響。LED裝置暴露於大氣中之硫化合物或排氣氣體等時，會有硫化合物等透過聚矽氧組成物之硬化物，使以該硬化物密封之基板上之金屬電極，尤其是Ag電極經時腐蝕而變黑之缺點。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2000-198930號公報

[專利文獻2]日本特開2004-292714號公報

[專利文獻3]日本特開2008-179694號公報

[專利文獻4]日本特開2010-168496號公報

本發明係鑑於上述課題而完成者，其目的係 提供一種提高安裝光半導體元件之基板與密封該光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材之接著性，並且可防止基板上形成之金屬電極之腐蝕之底漆組成物及使用其之信賴性高的光半導體裝置。

為達成上述目的，本發明提供一種底漆組成物，係使安裝光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著之底漆組成物，其特徵為包含下述成分： (A)1分子中具有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物、(B)鈦化合物、(C)溶劑。

此底漆組成物可使安裝光半導體元件之基板與密封該光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材牢固地接著，同時防止基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。

前述(A)成分之調配量較好為組成物全體之3質量%以下。

若為如此之(A)成分調配量，則前述基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極更不易硫化。

另外，較好進一步含有(D)成分的矽烷偶合劑(與(A)成分相同者除外)。

藉由含有此矽烷偶合劑可進一步提高底漆組成物之接著性。

又，本發明提供一種光半導體裝置，其特徵係藉由上述之底漆組成物，使安裝前述光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著而成。

上述底漆組成物如上述可使安裝上述光半導體元件之基板與密封上述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材牢固地接著，並且防止基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。據此，可使上述光半導體裝置成為具有高信賴性者。

該情況下，前述光半導體元件較好為LED(發光二極體)。

LED由於為高效率之光源故較可較好地使用。

再者，前述基板之構成材料較好為陶瓷。

如以陶瓷作為基板，由於耐熱性高，故無變色或劣化之虞而較佳。

前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物較好為橡膠狀。

前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物若為橡膠狀，則可具有更牢固之接著性，且可防止基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。

前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物較好為透明的硬化物。

前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物若為透明硬化物，則較好地作為LED等之光半導體元件之密封材。

依據本發明之底漆組成物，可牢固地接著安裝光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材，並且可防止基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。

另外，本發明之底漆組成物由於具有上述功能，故使用該底漆組成物之光半導體裝置可具有高的信賴性。

1‧‧‧光半導體裝置

2‧‧‧底漆組成物

3‧‧‧光半導體元件(LED)

4‧‧‧基板

5‧‧‧加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物(密封材)

6‧‧‧金屬電極

7‧‧‧接合導線

11,12‧‧‧氧化鋁陶瓷基板

13‧‧‧加成反應硬化型聚矽氧橡膠組成物之硬化物

圖1係顯示本發明之光半導體裝置(LED)之一例的剖面圖。

圖2係顯示試驗實施例及比較例中之底漆組成物之接著性(接著強度)之接著試驗用測試片之一例的圖。

以下，針對本發明進一步詳細說明。

如上述，以往，安裝光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材之接著性不足，且，光半導體裝置暴露於大氣中之硫 化合物或排氣氣體等時，會有硫化合物等會透過聚矽氧組成物之硬化物，使以該硬化物密封之基板上之金屬電極，尤其是Ag電極經時腐蝕而變黑之缺點。

本發明人等為解決上述問題而積極檢討之結果，發現藉由於組成物中調配1分子中含有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物，可獲得能夠牢固地接著安裝光半導體元件之基坂與密封該光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材，並且防止基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕之底漆組成物及使用其之高信賴性之光半導體裝置，因而完成本發明。

亦即，本發明之底漆組成物，係使安裝光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著之底漆組成物，其特徵為包含下述成分： (A)1分子中具有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物、(B)鈦化合物、(C)溶劑。

〈底漆組成物〉

以下，針對本發明之底漆組成物加以詳細說明。

本發明之底漆組成物係含有下述之(A)~(C)成分者。

[(A)成分]

(A)成分為1分子中含有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物，係例如對安裝半導體元件之基板，尤其是陶瓷基板或聚苯二甲醯胺樹脂基板賦予充分之接著性，並且抑制該基板上形成之金屬電極(尤其是Ag電極)之經時腐蝕之成分。

1分子中含有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物可列舉為具有以下式表示之構造之化合物。

具體之構造可列舉為例如以下者。

此處，Me表示甲基，Et表示乙基。

(A)成分之調配量較好為組成物全體之0.01~3質量%。若為0.01質量%以上，則可抑制自周圍環境侵入之變色成分，若為3質量%以下，則使前述基板上形成之金屬電極，尤其是Ag電極更不易硫化。更好為組成物全體之0.05~1質量%。

[(B)成分]

(B)成分為鈦化合物，係作為硬化觸媒而作用者。具體而言，較好為鈦之烷氧化物或鈦螯合物，具體可列舉為四異丙氧化鈦、四丁氧化鈦、雙-2,4-戊二酸鈦二異丙氧化物(bis(2,4-pentanedionato)titanium diisopropoxide)、雙乙醯基丙酮酸鈦二異丙氧化物等。該等可使用1種或組合2種以上使用。

(B)成分之調配量較好為使(A)成分水解反應進行之量。具體而言相對於(A)成分之調配量較好為0.01~5質量%，更好為0.05~2質量%。

[(C)成分]

(C)成分為溶劑，且只要是可使上述之(A)、(B)成分或後述之(D)成分及其他任意成分溶解者即無限制，可使用習知有機溶劑。具體可列舉為二甲苯、甲苯、苯、庚烷、己烷、三氯乙烷、全氯乙烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲基異丁基酮、甲基乙基酮、乙醇、異丙醇、丁醇、石油醚(ligroin)、環己酮、二乙醚、橡膠揮發油、聚矽氧系溶劑等。依據底漆塗佈作業時之蒸發速度，可使用單獨1種或組合2種以上而成之混合溶劑。

(C)成分之調配量可為任何量，但較好為組成物全體之70質量%以上，更好為80~99.9質量%。

[(D)成分]

上述底漆組成物，在上述(A)~(C)成分中，較好進一步含有(D)成分之矽烷偶合劑(與(A)成分相同者除外)。(D)成分可使用一般之矽烷偶合劑。

具體可列舉為乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、巰基丙基三甲氧基矽烷等。

(D)成分之調配量較好為組成物全體之0.01~5質量%，更好為0.01~2質量%。

[其他成分]

上述(A)~(C)成分以外，亦可視需要調配苯并三唑、丁基羥基甲苯、氫醌或其衍生物作為金屬防腐蝕劑。

該等係在光半導體裝置暴露於過度嚴苛之外部環境中，例如大氣中之硫化合物透過光半導體裝置之密封材(加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物)時，更有效地抑制以該密封材密封之基板上之金屬電極，尤其是Ag電極腐蝕之成分。

另外，為了提高(A)成分中之SiH基與加成反應硬化型聚矽氧組成物之接著力，可添加加成反應觸媒的鉑觸媒作為任意成分。

另外，可添加補強性填充劑、染料、顏料、耐熱性提升劑、抗氧化劑、接著促進劑等作為其他任意成 分。

[底漆組成物之製造方法]

可列舉在常溫下以混合攪拌機均勻混合上述(A)~(C)成分與上述任意成分之方法。

藉由使用本發明之底漆組成物，可使安裝LED等光半導體元件之基板與由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材牢固地予以接著，即使光半導體裝置暴露於過度嚴苛之外部環境中，在大氣中之硫化合物等透過到該聚矽氧組成物之硬化物內時，仍可藉由使用本發明之底漆組成物抑制基板上之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。

〈光半導體裝置〉

本發明之光半導體裝置之特徵係利用前述底漆組成物使安裝前述光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著。

接著，參照圖式詳細說明本發明之光半導體裝置。

圖1係顯示本發明之光半導體裝置之一例的剖面圖，顯示有LED裝置。

如圖1所示，本發明之光半導體裝置1係利用上述底漆組成物2，使安裝LED3之基板4與密封LED3之由加 成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物所成之密封材5予以接著。於基板4上形成有Ag電極等之金屬電極6，以接合導線7電性連接LED3之電極端子(未圖示)與金屬電極6。

光半導體元件較好為LED，以上雖使用LED作為光半導體元件之一例加以說明，但作為其他具體例可列舉例如光電晶體、光二極體、CCD、太陽能電池模組、EPROM、光耦合器(photocoupler)等。

基板4之構成材料可列舉為聚苯二甲醯胺樹脂、各種纖維強化塑膠、陶瓷等，但就耐熱性良好方面而言以陶瓷較好，尤其就耐熱性良好而言更好為氧化鋁陶瓷。

由加成反應硬化型聚矽氧所成之密封材5係至少可由使含有含乙烯基之聚有機矽氧烷、聚有機氫矽氧烷及含鉑系觸媒之加成反應硬化型聚矽氧組成物硬化而獲得。

前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物較好為橡膠狀。

另外，前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物較好為透明之硬化物。

加成反應硬化型聚矽氧組成物中可添加反應抑制劑、著色劑、難燃性賦予劑、耐熱性提升劑、可塑劑、補強性二氧化矽、接著性賦予劑等作為其他任意成分。該等亦可依據目的，無特別限制地使用過去被使用之 任何者。

[光半導體裝置之製造方法]

本發明之光半導體裝置之製造方法並無特別限制，可如下述般製造。

預先以接著劑將LED3接合於以Ag鍍敷形成有Ag電極等之金屬電極6之基板4上，以導線接合電性連接LED3之電極端子(未圖示)與金屬電極6。隨後，視需要清潔安裝該LED3之基板4後，以旋轉塗佈器等塗佈裝置或噴霧器將本發明之底漆組成物2塗佈於基板4上。隨後，藉由加熱、風乾等使底漆組成物2中之溶劑揮發，形成較好10μm以下，更好0.01~1μm之被膜。經底漆處理後，以佈膠器等塗佈加成反應硬化型聚矽氧組成物，使在室溫放置或加熱而硬化之硬化物(密封材)5密封LED3。

使用上述底漆組成物之本發明之光半導體裝置由於使安裝LED等之光半導體元件之基板與由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材牢固地接著，故具有高的信賴性，且即使曝露於過度嚴苛之外部環境中，在大氣中之硫化合物等透過到該聚矽氧組成物之硬化物內時，仍可抑制基板上之金屬電極，尤其是Ag電極之腐蝕。

[實施例]

以下，藉由實施例詳細說明本發明，但本發明並不限於該等實施例。實施例及比較例中所得之底漆組 成物係以表1中之一覽表列示。如下述評價該組成物，結果示於表2。又表2所示之特性為在23℃測定之值。

[實施例1]

於乙酸乙酯100質量份中添加γ-巰基丙基三甲氧基矽烷0.5質量份、四丁氧基鈦0.2質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。

[外觀]

將所得底漆組成物以毛刷塗於氧化鋁陶瓷上，在23℃放置30分鐘乾燥後，以180℃×20分鐘鍛燒表面形成底漆組成物被膜。將加成反應硬化型聚矽氧橡膠組成物(信越化學工業股份有限公司製，KER-2500)塗佈於該底漆組成物上，在150℃硬化1小時，觀察其外觀。

[透過率]

如下述般進行底漆組成物之耐熱性試驗。

將所得底漆組成物以毛刷塗於載玻片上，以180℃×20分鐘鍛燒表面形成底漆組成物被膜。使用經塗佈之載玻片且以空氣作為空白組(對照)測定鍛燒後於400nm之透過率。隨後，使塗佈有底漆之載玻璃進行150℃×500hr之耐熱劣化，確認底漆膜本身之透明性變化。

[接著性(接著強度)]

如圖2所示，進行底漆組成物之接著性試驗。

以厚度0.01mm將所得底漆組成物塗佈於2片氧化鋁陶瓷基板11、12上，在23℃放置60分鐘乾燥後，在180℃×20分鐘鍛燒表面，形成底漆組成物被膜。如圖2所示使該2片氧化鋁陶瓷基板之各端部，以使形成底漆組成物被膜側之面對向，於其間以1mm之厚度夾入之方式塗佈加成反應硬化型聚矽氧橡膠組成物(信越化學工業股份有限公司製，試作品)(接著面積25mm×10mm=250mm²)，在150℃硬化2小時製作加成反應硬化型聚矽氧橡膠組成物之硬化物13，按此製作接著試驗用之測試片。又，使用氧化鋁陶瓷(KDS公司製)。

使用拉伸試驗機(島津製作所製，Autograph)，以拉伸速度50mm/分鐘朝箭頭方向(參照圖2)拉伸該測試片之塗佈有底漆組成物之氧化鋁陶瓷基板11、12，以MPa表示所觀察之每單位面積之接著強度進行確認。

[腐蝕性試驗]

將所得底漆組成物以毛刷塗於銀鍍敷板上，在23℃放置30分鐘乾燥後，以180℃×20分鐘鍛燒表面形成底漆組成物被膜。以1mm之厚度塗佈加成反應硬化型聚矽氧橡膠組成物(信越化學工業股份有限公司製，KER-2500)，在150℃硬化1小時，製作測試片。將該測試片與硫結晶0.1g一起放入100cc之玻璃瓶中密閉且在70℃放置，於每 特定時間(1天後，7天後，12天後)剝離聚矽氧橡膠，以目視觀察銀鍍敷板之腐蝕程度。

[實施例2]

於異丙醇100質量份中添加γ-巰基丙基三甲氧基矽烷0.5質量份、四丁氧基鈦0.2質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

[實施例3]

於乙酸乙酯100質量份中添加γ-巰基丙基三乙氧基矽烷0.5質量份、四丁氧基鈦0.2質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

[實施例4]

於乙酸乙酯100質量份中添加γ-巰基丙基三甲氧基矽烷0.3質量份、四丁氧基鈦0.1質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

[實施例5]

於乙酸乙酯100質量份中添加γ-巰基丙基三甲氧基矽烷0.3質量份、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷0.2質 量份、四丁氧基鈦0.1質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

[比較例1]

除了未塗佈底漆組成物以外，以與實施例1中記載之方法同樣，進行接著性試驗及腐蝕性試驗。

[比較例2]

於乙酸乙酯100質量份中添加雙[3-(三乙氧基矽烷基)丙基]四硫醚0.5質量份、四丁基鈦0.2質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

[比較例3]

於乙酸乙酯100質量份中添加苯并噻唑0.5質量份、四丁氧基鈦0.2質量份，在常溫下以混合攪拌機均勻混合，獲得底漆組成物。與實施例1同樣評價該底漆組成物之特性。

如由表2所明瞭，調配有巰基矽烷化合物之各實施例之底漆組成物使氧化鋁陶瓷與由加成反應型硬化型聚矽氧組成物所成之密封材牢固地接著。

於載玻片上形成之底漆組成物被膜之耐熱性試驗，未變色且膜本身亦無變化，耐熱性亦優異。

且，使用Ag鍍敷板取代氧化鋁陶瓷之腐蝕性試驗中，各實施例經過1天後均未變色，即使經過12天亦具有變色(腐蝕)抑制之效果。

1‧‧‧光半導體裝置

2‧‧‧底漆組成物

3‧‧‧光半導體元件(LED)

4‧‧‧基板

5‧‧‧加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物(密封材)

6‧‧‧金屬電極

7‧‧‧接合導線

Claims (7)

1. 一種底漆組成物，係使安裝光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著之底漆組成物，其特徵為包含下述成分：(A)1分子中具有至少一個以上巰基之烷氧基矽烷化合物、(B)鈦化合物、(C)溶劑，前述(A)成分係由具有以下述式表示構造之化合物中選出之至少一種， 前述(B)成分係由四異丙氧化鈦、四丁氧化鈦、雙-2,4-戊二酸鈦二異丙氧化物、雙乙醯基丙酮酸鈦二異丙氧化物中選出之至少一種，前述(C)成分係由二甲苯、甲苯、苯、庚烷、己烷、三氯乙烷、全氯乙烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲基異丁基酮、甲基乙基酮、乙醇、異丙醇、丁醇、石油醚(ligroin)、環己酮、二乙醚、橡膠揮發油、聚矽氧系溶劑 中選出之至少一種，並且，前述(A)成分之調配量係組成物全體之0.01~3質量%，前述(B)成分之調配量係相對於(A)成分之調配量，為0.01~5質量%，前述(C)成分之調配量係組成物全體之70質量%以上。
2. 如請求項1之底漆組成物，其進而含有(D)成分之矽烷偶合劑(與(A)成分相同者除外)。
3. 一種光半導體裝置，其特徵係藉由如請求項1或2之底漆組成物，使安裝前述光半導體元件之基板與密封前述光半導體元件之由加成反應硬化型聚矽氧組成物所成之密封材予以接著而成。
4. 如請求項3之光半導體裝置，其中前述光半導體元件為LED(發光二極體)。
5. 如請求項3之光半導體裝置，其中前述基板之構成材料為陶瓷。
6. 如請求項3之光半導體裝置，其中前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物為橡膠狀。
7. 如請求項3之光半導體裝置，其中前述加成反應硬化型聚矽氧組成物之硬化物為透明的硬化物。