説明

光半導体装置用封止剤及びそれを用いた光半導体装置

【課題】表面のべたつきを抑制でき、かつ耐熱性及び冷熱サイクル特性に優れている光半導体装置用封止剤を提供する。
【解決手段】光半導体装置1用封止剤4は、下記式(1)で表され、かつ珪素原子に結合したアルケニル基を有する第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有さない)と、下記式(51)で表され、かつ珪素原子に結合した水素原子を有する第2のオルガノポリシロキサンと、ヒドロシリル化反応用触媒とを含む。第1,第2のオルガノポリシロキサンにおける珪素原子に結合したアリール基の各含有比率は20モル%以下である。絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサンと絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサンとの重量比は、10:90〜90:10である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光半導体装置において光半導体素子を封止するために用いられる光半導体装置用封止剤、並びに該光半導体装置用封止剤を用いた光半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード(LED)装置などの光半導体装置の消費電力は低く、かつ寿命は長い。また、光半導体装置は、過酷な環境下でも使用され得る。従って、光半導体装置は、携帯電話用バックライト、液晶テレビ用バックライト、自動車用ランプ、照明器具及び看板などの幅広い用途で使用されている。
【0003】
光半導体装置に用いられている発光素子である光半導体素子(例えばLED)が大気と直接触れると、大気中の水分又は浮遊するごみ等により、光半導体素子の発光特性が急速に低下する。このため、上記光半導体素子は、通常、光半導体装置用封止剤により封止されている。
【0004】
下記の特許文献1には、光半導体装置用封止剤として、水素添加ビスフェノールAグリシジルエーテルと、脂環式エポキシモノマーと、潜在性触媒とを含むエポキシ樹脂材料が開示されている。このエポキシ樹脂材料は、熱カチオン重合により硬化する。
【0005】
また、エポキシ樹脂を含む光半導体装置用封止剤だけでなく、シリコーン樹脂を含む光半導体装置用封止剤も広く用いられている。上記シリコーン樹脂に関しては、青色から紫外領域の短波長の光に対する透過性が高く、耐熱性及び耐光性に優れている。
【0006】
しかしながら、上記シリコーン樹脂を含む封止剤を用いた場合には、封止剤の硬化物の表面がべたつくため、表面にごみなどの異物が付着しやすくなるという問題がある。また、硬化物の表面がべたつくと、パッケージ同士のくっ付き、及び実装時のピックアップノズルへの付着が生じて、光半導体装置の生産性が大きく低下するという問題がある。
【0007】
一方で、下記の特許文献2に記載のように、架橋密度が高められたシリコーン樹脂を含む封止剤が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−073452号公報
【特許文献2】特開2002−314142号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1,2に記載のような従来の光半導体装置用封止剤では、プリント基板等に実装する際のリフロー工程で封止剤が変色し、光度が低下するという問題がある。また、従来の光半導体装置用封止剤が、加熱と冷熱とを繰り返し受ける温度サイクル等の過酷な環境で使用されると、封止剤にクラックが生じたり、封止剤がハウジング材等から剥離したりすることがある。特に、従来の光半導体装置用封止剤では、耐熱性が低いという問題がある。
【0010】
また、特許文献2に記載の封止剤では、該封止剤に含まれるシリコーン樹脂の架橋密度が高いので、硬化物の表面のべたつきが比較的少ない。しかし、硬化物の表面のべたつきがさらに一層抑制された封止剤が強く求められている。
【0011】
本発明の目的は、表面のべたつきを抑制でき、かつ耐熱性に優れており、更に冷熱サイクル特性にも優れている光半導体装置用封止剤、並びに該光半導体装置用封止剤を用いた光半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の広い局面によれば、下記式(1)で表され、かつ珪素原子に結合したアルケニル基を有する第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンを除く)と、下記式(51)で表され、かつ珪素原子に結合した水素原子を有する第2のオルガノポリシロキサンと、ヒドロシリル化反応用触媒とを含み、上記第1のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したアリール基を有さないか又は珪素原子に結合したアリール基を有し、上記第1のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、上記第1のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率が20モル%以下であり、上記第2のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したアリール基を有さないか又は珪素原子に結合したアリール基を有し、上記第2のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、上記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率が20モル%以下であり、上記第1のオルガノポリシロキサン全体における絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサンと絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサンとの重量比が、10:90〜90:10である、光半導体装置用封止剤が提供される。
【0013】
【化1】

【0014】
上記式(1)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.30、b/(a+b+c)=0.70〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.10を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、アルケニル基以外のR1〜R6は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【0015】
【化2】

【0016】
上記式(51)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.10〜0.40、q/(p+q+r)=0.10〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個が水素原子を表し、水素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【0017】
珪素原子に結合したアリール基の含有比率(モル%)=(上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したアリール基の平均個数×アリール基の分子量/上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(X)
【0018】
本発明に係る光半導体装置用封止剤では、上記第1のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したメチル基を有し、上記式(1)中、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、アルケニル基及びメチル基以外のR1〜R6は、炭素数2〜8の炭化水素基を表し、上記第2のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したメチル基を有し、上記式(51)中、R51〜R56は、少なくとも1個が珪素原子を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、珪素原子及びメチル基以外のR51〜R56は、炭素数2〜8の炭化水素基を表す。
【0019】
上記第1のオルガノポリシロキサン及び上記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(Y)より求められる珪素原子に結合したメチル基の含有比率がそれぞれ、80モル%以上であることが好ましい。
【0020】
珪素原子に結合したメチル基の含有比率(モル%)=(上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したメチル基の平均個数×メチル基の分子量/上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(Y)
【0021】
上記式(1)中、(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位は、R1がアルケニル基を表し、R2及びR3がアルケニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位を含むことが好ましい。
【0022】
上記第2のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したビニル基を有することが好ましい。
【0023】
本発明に係る光半導体装置は、光半導体素子と、該光半導体素子を封止するように設けられており、かつ本発明に従って構成された光半導体装置用封止剤とを備える。
【発明の効果】
【0024】
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、式(1)で表され、かつ珪素原子に結合したアルケニル基を有する第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンを除く)と、式(51)で表され、かつ珪素原子に結合した水素原子を有する第2のオルガノポリシロキサンと、ヒドロシリル化反応用触媒とを含み、上記第1,第2のオルガノポリシロキサンにおける珪素原子に結合したアリール基の含有比率がそれぞれ0モル%以上、20モル%以下であり、更に上記第1のオルガノポリシロキサン全体における絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサンと絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサンとの重量比が10:90〜90:10であるので、封止剤の表面のべたつきを抑制できる。さらに、本発明に係る光半導体装置用封止剤の耐熱性及び冷熱サイクル特性も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係る光半導体装置を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の詳細を説明する。
【0027】
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、第1のオルガノポリシロキサンと、第2のオルガノポリシロキサンと、ヒドロシリル化反応用触媒とを含む。
【0028】
上記第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンを除く)は、珪素原子に結合したアルケニル基を有する。上記第1のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したアリール基を有さないか、又は珪素原子に結合したアリール基を有する。上記第2のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合した水素原子を有する。上記第2のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したアリール基を有さないか、又は珪素原子に結合したアリール基を有する。
【0029】
本発明では、上記第1のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率及び上記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率はそれぞれ、20モル%以下である。
【0030】
珪素原子に結合したアリール基の含有比率(モル%)=(上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したアリール基の平均個数×アリール基の分子量/上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(X)
【0031】
上記式(X)における第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量は、第1のオルガノポリシロキサン全体での数平均分子量を示す。
【0032】
本発明では、上記第1のオルガノポリシロキサン全体における絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサン(以下、第1のオルガノポリシロキサンAともいう)と絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサン(以下、第1のオルガノポリシロキサンBともいう)との重量比が、10:90〜90:10である。
【0033】
特定の第1,第2のオルガノポリシロキサンとヒドロシリル化反応用触媒とを含み、かつ第1,第2のオルガノポリシロキサンにおける上記アリール基の各含有比率が0モル%以上、20モル%以下であり、更に絶対分子量が特定の範囲内である第1のオルガノポリシロキサンAと絶対分子量が特定の範囲内である第1のオルガノポリシロキサンBとの重量比が10:90〜90:10である組成の採用により、光半導体装置用封止剤の表面のべたつきを充分に抑制できる。特に、第1ノオルガノポリシロキサン全体における第1のオルガノポリシロキサンAと第1のオルガノポリシロキサンBとの重量比が10:90〜90:10であることは、封止剤の表面のべたつきの抑制に大きく寄与する。
【0034】
さらに、上記組成の採用により、封止剤の耐熱性も高くなる。また、上記組成の採用により、冷熱サイクル特性も高くなる。このため、封止剤を用いた光半導体装置が加熱と冷却とを繰り返し受ける過酷な環境で使用されても、封止剤にクラック及び剥離が生じ難くなる。特に、第1,第2のオルガノポリシロキサンにおける上記アリール基の各含有比率が20モル%以下であることは、封止剤の耐熱性の向上に大きく寄与する。
【0035】
封止剤の耐熱性をより一層高める観点からは、上記第1のオルガノポリシロキサン及び上記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(Y)より求められる珪素原子に結合したメチル基の含有比率はそれぞれ、好ましくは50モル%以上、より好ましくは80モル%以上、99モル%以下である。
【0036】
珪素原子に結合したメチル基の含有比率(モル%)=(上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したメチル基の平均個数×メチル基の分子量/上記第1のオルガノポリシロキサン又は上記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(Y)
【0037】
上記式(Y)における第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量は、第1のオルガノポリシロキサン全体での数平均分子量を示す。
【0038】
(第1のオルガノポリシロキサン)
本発明に係る光半導体装置用封止剤に含まれている第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンを除く)は、下記式(1)で表され、珪素原子に結合したアルケニル基を有する。上記第1のオルガノポリシロキサンは、アリール基を有さないか、又はアリール基を有する。上記第1のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合した水素原子を有さず、かつ珪素原子に結合したアルケニル基を有する第1のオルガノポリシロキサンである。上記第1のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合した水素原子を有さないので、第2のオルガノポリシロキサンとは異なる。上記アルケニル基は、珪素原子に直接結合している。上記第1のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、該アリール基は珪素原子に直接結合している。上記アリール基としては、無置換のフェニル基及び置換フェニル基が挙げられる。この特定の第1のオルガノポリシロキサンの使用により、ガスバリア性に優れた封止剤が得られる。上記第1のオルガノポリシロキサンは、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0039】
【化3】

【0040】
上記式(1)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.30、b/(a+b+c)=0.70〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.10を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、アルケニル基以外のR1〜R6は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。なお、上記式(1)中、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位及び(R6SiO3/2)で表される構造単位はそれぞれ、アルコキシ基を有していてもよく、ヒドロキシ基を有していてもよい。
【0041】
上記第1のオルガノポリシロキサンがアリール基を有する場合には、上記式(1)中、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、少なくとも1個がアリール基を表し、アルケニル基及びアリール基以外のR1〜R6は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【0042】
上記式(1)は平均組成式を示す。上記式(1)における炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。上記式(1)中のR1〜R6は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0043】
上記式(1)中、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位における酸素原子部分、(R6SiO3/2)で表される構造単位における酸素原子部分はそれぞれ、シロキサン結合を形成している酸素原子部分、アルコキシ基の酸素原子部分、又はヒドロキシ基の酸素原子部分を示す。
【0044】
なお、一般に、上記式(1)の各構造単位において、アルコキシ基の含有量は少なく、更にヒドロキシ基の含有量も少ない。これは、一般に、第1のオルガノポリシロキサンを得るために、アルコキシシラン化合物などの有機珪素化合物を加水分解し、重縮合させると、アルコキシ基及びヒドロキシ基の多くは、シロキサン結合の部分骨格に変換されるためである。すなわち、アルコキシ基の酸素原子及びヒドロキシ基の酸素原子の多くは、シロキサン結合を形成している酸素原子に変換される。上記式(1)の各構造単位がアルコキシ基又はヒドロキシ基を有する場合には、シロキサン結合の部分骨格に変換されなかった未反応のアルコキシ基又はヒドロキシ基がわずかに残存していることを示す。後述の式(51)の各構造単位がアルコキシ基又はヒドロキシ基を有する場合に関しても、同様のことが言える。
【0045】
上記式(1)中、アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基及びヘキセニル基等が挙げられる。封止剤のガスバリア性をより一層高める観点からは、第1のオルガノポリシロキサンにおけるアルケニル基及び上記式(1)中のアルケニル基は、ビニル基又はアリル基であることが好ましく、ビニル基であることがより好ましい。
【0046】
上記式(1)における炭素数1〜8の炭化水素基としては特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、イソへキシル基、シクロヘキシル基及びアリール基が挙げられる。
【0047】
本発明に係る光半導体装置用封止剤では、上記第1のオルガノポリシロキサン全体における絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサンAと絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサンBとの重量比(第1のオルガノポリシロキサンA:第2のオルガノポリシロキサンB)が、10:90〜90:10である。特定の第1のオルガノポリシロキサンA,Bを特定の上記重量比で用いることにより、封止剤の表面べたつきを顕著に抑制できる。さらに、封止剤の耐熱性及び冷熱サイクル特性を良好にすることができる。
【0048】
封止剤の表面のべたつきをさらに一層抑制し、かつ封止剤の耐熱性及び冷熱サイクル特性をより一層良好にする観点からは、上記重量比(第1のオルガノポリシロキサンA:第2のオルガノポリシロキサンB)は、好ましくは20:80〜80:20、より好ましくは。30:70〜70:30である。
【0049】
上記式(1)中、(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位は、R1がアルケニル基を表し、R2及びR3がアルケニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位を含むことが好ましい。すなわち、上記式(1)中、(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位は、下記式(1−a)で表される構造単位を含むことが好ましい。(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位は、下記式(1−a)で表される構造単位のみを含んでいてもよく、下記式(1−a)で表される構造単位と下記式(1−a)で表される構造単位以外の構造単位とを含んでいてもよい。なお、下記式(1−a)で表される構造単位において、末端の酸素原子は、隣接する珪素原子とシロキサン結合を形成しており、隣接する構造単位と酸素原子を共有している。従って、末端の1つの酸素原子を「O1/2」とする。
【0050】
【化4】

【0051】
上記式(1−a)中、R1はアルケニル基を表し、R2及びR3はそれぞれアルケニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す。R2及びR3はそれぞれ、炭素数1〜8の炭化水素基を表すことが好ましい。R2及びR3はそれぞれ、アリール基ではない炭素数1〜8の炭化水素基を表すことがより好ましい。
【0052】
封止剤の表面のべたつきをより一層抑制する観点からは、上記式(1)中の全構造単位100モル%中、(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位であって、R1がアルケニル基を表し、R2及びR3がアルケニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位(上記式(1−a)で表される構造単位)の割合は、好ましくは0.1モル%以上、好ましくは50モル%以下、より好ましくは45モル%以下、更に好ましくは40モル%以下である。
【0053】
封止剤の耐熱性をより一層高める観点からは、上記第1のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したメチル基を有することが好ましい。この場合には、上記式(1)中、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、アルケニル基及びメチル基以外のR1〜R6は、炭素数2〜8の炭化水素基を表す。
【0054】
封止剤の耐熱性をより一層高める観点からは、上記第1のオルガノポリシロキサンにおける下記式(Y1)より求められる珪素原子に結合したメチル基の含有比率は、好ましくは50モル%以上、より好ましくは80モル%以上、99モル%以下である。このメチル基の含有比率が80モル%以上であると、封止剤の耐熱性がかなり高くなる。上記メチル基の含有比率が上記上限以下であると、上記第1のオルガノポリシロキサンにアルケニル基を十分に導入でき、封止剤の硬化性を高めることが容易である。
【0055】
珪素原子に結合したメチル基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したメチル基の平均個数×メチル基の分子量/平均組成式が上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(Y1)
【0056】
上記第1のオルガノポリシロキサンは珪素原子に結合したアリール基を有さないか、又は珪素原子に結合したアリール基を有する。上記第1のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X1)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率は20モル%以下である。このアリール基の含有比率が20モル%以下であると、封止剤の耐熱性が十分に高くなり、封止剤の剥離が生じ難くなる。封止剤の耐熱性をより一層高め、封止剤の剥離をより一層生じ難くする観点からは、珪素原子に結合したアリール基の含有比率は、好ましくは15モル%以下、より好ましくは10モル%以下である。
【0057】
珪素原子に結合したアリール基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したアリール基の平均個数×アリール基の分子量/平均組成式が上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(X1)
【0058】
上記式(X1)におけるアリール基がフェニル基である場合には、アリール基の含有比率はフェニル基の含有比率を示す。
【0059】
上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンにおいて、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位(以下、二官能構造単位ともいう)は、下記式(1−2)で表される構造、すなわち、二官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の1つがヒドロキシ基又はアルコキシ基を構成する構造を含んでいてもよい。
【0060】
(R4R5SiXO1/2) ・・・式(1−2)
【0061】
(R4R5SiO2/2)で表される構造単位は、下記式(1−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含み、更に下記式(1−2−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含んでいてもよい。すなわち、R4及びR5で表される基を有し、かつアルコキシ基又はヒドロキシ基が末端に残存している構造単位も、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位に含まれる。具体的には、アルコキシ基がシロキサン結合の部分骨格に変換された場合には、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位は、下記式(1−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を示す。未反応のアルコキシ基が残存している場合、又はアルコキシ基がヒドロキシ基に変換された場合には、残存アルコキシ基又はヒドロキシ基を有する(R4R5SiO2/2)で表される構造単位は、下記式(1−2−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を示す。
【0062】
【化5】

【0063】
上記式(1−2)及び(1−2−b)中、Xは、OH又はORを表し、ORは、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。上記式(1−b)、(1−2)及び(1−2−b)中のR4及びR5は、上記式(1)中のR4及びR5と同様の基である。
【0064】
上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンにおいて、(R6SiO3/2)で表される構造単位(以下、三官能構造単位ともいう)は、下記式(1−3)又は(1−4)で表される構造、すなわち、三官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の2つがそれぞれヒドロキシ基若しくはアルコキシ基を構成する構造、又は、三官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の1つがヒドロキシ基若しくはアルコキシ基を構成する構造を含んでいてもよい。
【0065】
(R6SiX1/2) ・・・式(1−3)
(R6SiXO2/2) ・・・式(1−4)
【0066】
(R6SiO3/2)で表される構造単位は、下記式(1−c)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含み、更に下記式(1−3−c)又は(1−4−c)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含んでいてもよい。すなわち、R6で表される基を有し、かつアルコキシ基又はヒドロキシ基が末端に残存している構造単位も、(R6SiO3/2)で表される構造単位に含まれる。
【0067】
【化6】

【0068】
上記式(1−3)、(1−3−c)、(1−4)及び(1−4−c)中、Xは、OH又はORを表し、ORは、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。上記式(1−c)、(1−3)、(1−3−c)、(1−4)及び(1−4−c)中のR6は、上記式(1)中のR6と同様の基である。
【0069】
上記式(1−b)及び(1−c)、式(1−2)〜(1−4)、並びに式(1−2−b)、(1−3−c)及び(1−4−c)において、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基としては特に限定されず、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基及びt−ブトキシ基が挙げられる。
【0070】
上記式(1)中、a/(a+b+c)は0以上、0.30以下である。a/(a+b+c)が上記上限以下であると、封止剤の耐熱性がより一層高くなり、かつ封止剤の剥離をより一層抑制できる。上記式(1)中、a/(a+b+c)は、好ましくは0.25以下、より好ましくは0.20以下である。なお、aが0であり、a/(a+b+c)が0である場合、上記式(1)中、(R1R2R3SiO1/2)の構造単位は存在しない。
【0071】
上記式(1)中、b/(a+b+c)は0.70以上、1.0以下である。b/(a+b+c)が上記下限以上であると、封止剤の硬化物が硬くなりすぎず、封止剤にクラックが生じ難くなる。上記式(1)中、b/(a+b+c)は、好ましくは0.75以上、より好ましくは0.80以上である。
【0072】
上記式(1)中、c/(a+b+c)は0以上、0.10以下である。c/(a+b+c)が上記上限以下であると、封止剤としての適正な粘度を維持することが容易であり、密着性がより一層高くなる。なお、cが0であり、c/(a+b+c)が0である場合、上記式(1)中、(R6SiO3/2)の構造単位は存在しない。
【0073】
上記式(1)中のc/(a+b+c)は、0であることが好ましい。すなわち、上記式(1)で表される第1のオルガノポリシロキサンは、下記式(1A)で表される第1のオルガノポリシロキサンであることが好ましい。これにより、封止剤にクラックがより一層生じ難くなり、かつ封止剤がハウジング材等からより一層剥離し難くなる。
【0074】
【化7】

【0075】
上記式(1A)中、a及びbは、a/(a+b)=0〜0.30及びb/(a+b)=0.70〜1.0を満たし、R1〜R5は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、アルケニル基以外のR1〜R6は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。上記式(1A)中、R1〜R5は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、アルケニル基及びメチル基以外のR1〜R6は、炭素数2〜8の炭化水素基を表すことが好ましい。
【0076】
上記式(1A)中、a/(a+b)は、好ましくは0.25以下、より好ましくは0.20以下である。上記式(1A)中、b/(a+b)は、好ましくは0.75以上、より好ましくは0.80以上である。
【0077】
上記第1のオルガノポリシロキサンについて、テトラメチルシラン(以下、TMS)を基準に29Si−核磁気共鳴分析(以下、NMR)を行うと、置換基の種類によって若干の変動は見られるものの、上記式(1)中の(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位に相当するピークは+10〜−5ppm付近に現れ、上記式(1)中の(R4R5SiO2/2)及び上記式(1−2)の二官能構造単位に相当する各ピークは−10〜−50ppm付近に現れ、上記式(1)中の(R6SiO3/2)、並びに上記式(1−3)及び上記式(1−4)の三官能構造単位に相当する各ピークは−50〜−80ppm付近に現れる。
【0078】
従って、29Si−NMRを測定し、それぞれのシグナルのピーク面積を比較することによって上記式(1)中の各構造単位の比率を測定できる。
【0079】
但し、上記TMSを基準にした29Si−NMRの測定で上記式(1)中の構造単位の見分けがつかない場合は、29Si−NMRの測定結果だけではなく、H−NMRの測定結果を必要に応じて用いることにより、上記式(1)中の各構造単位の比率を見分けることができる。
【0080】
(第2のオルガノポリシロキサン)
本発明に係る光半導体装置用封止剤に含まれている第2のオルガノポリシロキサンは、下記式(51)で表され、珪素原子に結合した水素原子を有する。上記第2のオルガノポリシロキサンは、アリール基を有さないか、又はアリール基を有する。該水素原子は、珪素原子に直接結合している。上記第2のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、該アリール基は珪素原子に直接結合している。該アリール基としては、無置換のフェニル基及び置換フェニル基が挙げられる。この特定の第2のオルガノポリシロキサンの使用により、ガスバリア性に優れた封止剤が得られる。上記第2のオルガノポリシロキサンは1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0081】
【化8】

【0082】
上記式(51)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.10〜0.40、q/(p+q+r)=0.10〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個が珪素原子を表し、珪素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。珪素原子以外のR51〜R56は、アリール基ではない炭素数1〜8の炭化水素基であることが好ましい。なお、上記式(51)中、(R54R55SiO2/2)で表される構造単位及び(R56SiO3/2)で表される構造単位はそれぞれ、アルコキシ基を有していてもよく、ヒドロキシ基を有していてもよい。
【0083】
上記式(51)は平均組成式を示す。上記式(51)における炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。上記式(51)中のR51〜R56は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0084】
上記式(51)中、(R54R55SiO2/2)で表される構造単位における酸素原子部分、(R56SiO3/2)で表される構造単位における酸素原子部分はそれぞれ、シロキサン結合を形成している酸素原子部分、アルコキシ基の酸素原子部分、又はヒドロキシ基の酸素原子部分を示す。
【0085】
上記式(51)における炭素数1〜8の炭化水素基としては特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、イソへキシル基、シクロヘキシル基、ビニル基、アリル基及びアリール基が挙げられる。
【0086】
封止剤の硬化性を高め、冷熱サイクルでのクラック及び剥離の発生をより一層抑制する観点からは、上記式(51)中の(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位は、R51が水素原子を表し、R52及びR53が水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位を含むことが好ましい。上記式(51)中の(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位は、R51が水素原子を表し、R52及びR53が炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位を含むことがより好ましい。
【0087】
すなわち、上記式(51)中、(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位は、下記式(51−a)で表される構造単位を含むことが好ましい。(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位は、下記式(51−a)で表される構造単位のみを含んでいてもよく、下記式(51−a)で表される構造単位と下記式(51−a)で表される構造単位以外の構造単位とを含んでいてもよい。
【0088】
【化9】

【0089】
上記式(51−a)中、R52及びR53はそれぞれ、水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す。R52及びR53はそれぞれ、アリール基ではない炭素数1〜8の炭化水素基を表すことが好ましい。
【0090】
封止剤の硬化性を高め、冷熱サイクルでのクラック及び剥離の発生をより一層抑制する観点からは、上記式(51)中の全構造単位100モル%中、(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位であって、R51が水素原子を表し、R52及びR53が水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位(上記式(51−a)で表される構造単位)の割合は、好ましくは0.1モル%以上、より好ましくは1モル%以上、好ましくは50モル%以下、より好ましくは45モル%以下である。
【0091】
封止剤の表面のべたつきをより一層低減する観点からは、第2のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したアルケニル基を有することが好ましく、珪素原子に結合したビニル基を有することがより好ましい。この場合には、R51〜R56は、少なくとも1個が珪素原子を表し、少なくとも1個がアルケニル基(又はビニル基)を表し、水素原子及びアルケニル基(又はビニル基)以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【0092】
封止剤の耐熱性をより一層高める観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンは、珪素原子に結合したメチル基を有することが好ましい。この場合には、上記式(51)中、R51〜R56は、少なくとも1個が珪素原子を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、珪素原子及びメチル基以外のR51〜R56は、炭素数2〜8の炭化水素基を表す。
【0093】
封止剤の耐熱性をより一層高める観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(Y51)より求められる珪素原子に結合したメチル基の含有比率は、好ましくは50モル%以上、より好ましくは80モル%以上、好ましくは99モル%以下である。このメチル基の含有比率が80モル%以上であると、封止剤の耐熱性がかなり高くなる。上記メチル基の含有比率が上記上限以下であると、第2のオルガノポリシロキサンに珪素原子に結合した水素原子を十分に導入でき、封止剤の硬化性を高めることが容易である。
【0094】
珪素原子に結合したメチル基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したメチル基の平均個数×メチル基の分子量/平均組成式が上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(Y51)
【0095】
上記第2のオルガノポリシロキサンは珪素原子に結合したアリール基を有さないか、又は上記第2のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する。上記第2のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X51)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率は20モル%以下である。このアリール基の含有比率が20モル%以下であると、封止剤の耐熱性が十分に高くなり、封止剤の剥離が生じ難くなる。封止剤の耐熱性をより一層高め、封止剤の剥離をより一層生じ難くする観点からは、珪素原子に結合したアリール基の含有比率は、好ましくは15モル%以下、より好ましくは10モル%以下である。
【0096】
珪素原子に結合したアリール基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したアリール基の平均個数×アリール基の分子量/平均組成式が上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(X51)
【0097】
上記式(X51)におけるアリール基がフェニル基である場合には、アリール基の含有比率はフェニル基の含有比率を示す。
【0098】
上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンにおいて、(R54R55SiO2/2)で表される構造単位(以下、二官能構造単位ともいう)は、下記式(51−2)で表される構造、すなわち、二官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の1つがヒドロキシ基又はアルコキシ基を構成する構造を含んでいてもよい。
【0099】
(R54R55SiXO1/2) ・・・式(51−2)
【0100】
(R54R55SiO2/2)で表される構造単位は、下記式(51−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含み、更に下記式(51−2−b)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含んでいてもよい。すなわち、R54及びR55で表される基を有し、かつアルコキシ基又はヒドロキシ基が末端に残存している構造単位も、(R54R55SiO2/2)で表される構造単位に含まれる。
【0101】
【化10】

【0102】
上記式(51−2)及び(51−2−b)中、Xは、OH又はORを表し、ORは、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。上記式(51−b)、(51−2)及び(51−2−b)中のR54及びR55は、上記式(51)中のR54及びR55と同様の基である。
【0103】
上記式(51)で表される第2のオルガノポリシロキサンにおいて、(R56SiO3/2)で表される構造単位(以下、三官能構造単位ともいう)は、下記式(51−3)又は(51−4)で表される構造、すなわち、三官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の2つがそれぞれヒドロキシ基若しくはアルコキシ基を構成する構造、又は、三官能構造単位中の珪素原子に結合した酸素原子の1つがヒドロキシ基若しくはアルコキシ基を構成する構造を含んでいてもよい。
【0104】
(R56SiX1/2) ・・・式(51−3)
(R56SiXO2/2) ・・・式(51−4)
【0105】
(R56SiO3/2)で表される構造単位は、下記式(51−c)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含み、更に下記式(51−3−c)又は(51−4−c)で表される構造単位の破線で囲まれた部分を含んでいてもよい。すなわち、R56で表される基を有し、かつアルコキシ基又はヒドロキシ基が末端に残存している構造単位も、(R56SiO3/2)で表される構造単位に含まれる。
【0106】
【化11】

【0107】
上記式(51−3)、(51−3−c)、(51−4)及び(51−4−c)中、Xは、OH又はORを表し、ORは、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。上記式(51−c)、(51−3)、(51−3−c)、(51−4)及び(51−4−c)中のR56は、上記式(51)中のR56と同様の基である。
【0108】
上記式(51−b)及び(51−c)、式(51−2)〜(51−4)、並びに式(51−2−b)、(51−3−c)及び(51−4−c)において、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基としては特に限定されず、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基及びt−ブトキシ基が挙げられる。
【0109】
上記式(51)中、p/(p+q+r)は0.10以上、0.40以下である。p/(p+q+r)が上記範囲内であると、封止剤の耐熱性がより一層高くなり、かつ封止剤の剥離をより一層抑制できる。上記式(51)中、p/(p+q+r)は、好ましくは0.35以下、より好ましくは0.30以下、好ましく0.15以上、より好ましくは0.20以上である。
【0110】
上記式(51)中、q/(p+q+r)は0.10以上、0.50以下である。q/(p+q+r)が上記上限以下であると、封止剤の硬化物が硬くなりすぎず、封止剤にクラックが生じ難くなる。上記式(51)中、q/(p+q+r)は、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下である。
【0111】
上記式(51)中、r/(p+q+r)は0.20以上、0.80以下である。r/(p+q+r)が上記上限以下であると、封止剤としての適正な粘度を維持することが容易であり、密着性がより一層高くなる。上記式(51)中、r/(p+q+r)は、好ましくは0.70以下、より好ましくは0.60以下である。
【0112】
上記第2のオルガノポリシロキサンについて、テトラメチルシラン(以下、TMS)を基準に29Si−核磁気共鳴分析(以下、NMR)を行うと、置換基の種類によって若干の変動は見られるものの、上記式(51)中の(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位に相当するピークは+10〜−5ppm付近に現れ、上記式(51)中の(R54R55SiO2/2)及び上記式(51−2)の二官能構造単位に相当する各ピークは−10〜−50ppm付近に現れ、上記式(51)中の(R56SiO3/2)、並びに上記式(51−3)及び上記式(51−4)の三官能構造単位に相当する各ピークは−50〜−80ppm付近に現れる。
【0113】
従って、29Si−NMRを測定し、それぞれのシグナルのピーク面積を比較することによって上記式(51)中の各構造単位の比率を測定できる。
【0114】
但し、上記TMSを基準にした29Si−NMRの測定で上記式(51)中の構造単位の見分けがつかない場合は、29Si−NMRの測定結果だけではなく、H−NMRの測定結果を必要に応じて用いることにより、上記式(51)中の各構造単位の比率を見分けることができる。
【0115】
上記第1のオルガノポリシロキサン100重量部に対して、上記第2のオルガノポリシロキサンの含有量は10重量部以上、400重量部以下であることが好ましい。上記第1,第2のオルガノポリシロキサンの含有量がこの範囲内であると、ガスバリア性により一層優れた封止剤が得られる。ガスバリア性に更に一層優れた封止剤を得る観点からは、上記第1のオルガノポリシロキサン100重量部に対して、上記第2のオルガノポリシロキサンの含有量は、より好ましくは30重量部以上、更に好ましくは50重量部以上、より好ましくは300重量部以下、更に好ましくは200重量部以下である。
【0116】
(第1,第2のオルガノポリシロキサンの他の性質及びその合成方法)
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンにおけるアルコキシ基の含有量は、好ましくは0.5モル%以上、より好ましくは1モル%以上、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下である。アルコキシ基の含有量が上記下限以上であると、封止剤の密着性が高くなる。アルコキシ基の含有量が上記上限以下であると、上記第1,第2のオルガノポリシロキサン及び封止剤の貯蔵安定性が高くなり、封止剤の耐熱性がより一層高くなる。
【0117】
上記アルコキシ基の含有量は、第1,第2のオルガノポリシロキサンの平均組成式中に含まれるアルコキシ基の量を意味する。
【0118】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンはシラノール基を含有しないほうが好ましい。上記第1,第2のオルガノポリシロキサンがシラノール基を含有しないと、第1,第2のオルガノポリシロキサン及び封止剤の貯蔵安定性が高くなる。上記シラノール基は、真空下での加熱により減少させることができる。シラノール基の含有量は、赤外分光法を用いて測定できる。
【0119】
上記第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量(Mn)は、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、好ましくは50000以下、より好ましくは15000以下である。数平均分子量が上記下限以上であると、熱硬化時に揮発成分が少なくなり、高温環境下で封止剤の硬化物の厚みが減少しにくくなる。数平均分子量が上記上限以下であると、粘度調節が容易である。上記第1のオルガノポリシロキサンの数平均分子量(Mn)は、第1のオルガノポリシロキサン全体での数平均分子量である。
【0120】
上記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量(Mn)は、好ましくは500以上、より好ましくは800以上、更に好ましくは1000以上、好ましくは50000以下、より好ましくは15000以下である。数平均分子量が上記下限以上であると、熱硬化時に揮発成分が少なくなり、高温環境下で封止剤の硬化物の厚みが減少しにくくなる。数平均分子量が上記上限以下であると、粘度調節が容易である。
【0121】
上記数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、ポリスチレンを標準物質して求めた値である。上記数平均分子量(Mn)は、Waters社製の測定装置(カラム:昭和電工社製 Shodex GPC LF−804(長さ300mm)を2本、測定温度:40℃、流速:1mL/分、溶媒:テトラヒドロフラン、標準物質:ポリスチレン)を用いて測定された値を意味する。
【0122】
上記第1オルガノポリシロキサンAの絶対分子量は好ましくは25000以上、更に好ましくは30000以上、好ましくは80000以下、より好ましくは60000以下である。絶対分子量が上記下限以上であると封止剤表面のべたつきを大きく低減でき、上記上限以下であると封止剤としての適正な粘度を維持することが容易である。
【0123】
上記第1オルガノポリシロキサンBの絶対分子量は好ましくは3500以上、より好ましくは5000以上、好ましくは8000以下、より好ましくは7000以下である。絶対分子量が上記下限以上であると封止剤表面のべたつきを大きく低減でき、上記上限以下であると封止剤としての適正な粘度を維持することが容易である。
【0124】
上記絶対分子量は上記数平均分子量(Mn)と同じ装置に多角度光散乱検出器(商品名「mini DAWN Tristar」、Wyatt社製)を取り付けて測定された値を意味する。
【0125】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンを合成する方法としては特に限定されず、アルコキシシラン化合物を加水分解し縮合反応させる方法、及びクロロシラン化合物を加水分解し縮合させる方法が挙げられる。なかでも、反応の制御の観点からアルコキシシラン化合物を加水分解し縮合させる方法が好ましい。
【0126】
アルコキシシラン化合物を加水分解し縮合させる方法としては、例えば、アルコキシシラン化合物を、水と酸性触媒又は塩基性触媒との存在下で反応させる方法が挙げられる。また、ジシロキサン化合物を加水分解して用いてもよい。
【0127】
上記第1のオルガノポリシロキサンにアルケニル基を導入するための有機珪素化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、メトキシジメチルビニルシラン、ビニルジメチルエトキシシラン及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン等が挙げられる。
【0128】
上記第2のオルガノポリシロキサンに珪素原子に結合した水素原子を導入するための有機珪素化合物としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン等が挙げられる。
【0129】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンを得るために用いることができる他の有機珪素化合物としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、イソプロピル(メチル)ジメトキシシラン、シクロヘキシル(メチル)ジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン及びオクチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【0130】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンに必要に応じてアリール基を導入するための有機珪素化合物としては、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチル(フェニル)ジメトキシシラン、及びフェニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【0131】
上記酸性触媒としては、例えば、無機酸、有機酸、無機酸の酸無水物及びその誘導体、並びに有機酸の酸無水物及びその誘導体が挙げられる。
【0132】
上記無機酸としては、例えば、塩酸、リン酸、ホウ酸及び炭酸が挙げられる。上記有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸及びオレイン酸が挙げられる。
【0133】
上記塩基性触媒としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属のアルコキシド及びアルカリ金属のシラノール化合物が挙げられる。
【0134】
上記アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムが挙げられる。上記アルカリ金属のアルコキシドとしては、例えば、ナトリウム−t−ブトキシド、カリウム−t−ブトキシド及びセシウム−t−ブトキシドが挙げられる。
【0135】
上記アルカリ金属のシラノール化合物としては、例えば、ナトリウムシラノレート化合物、カリウムシラノレート化合物及びセシウムシラノレート化合物が挙げられる。なかでも、カリウム系触媒又はセシウム系触媒が好ましい。
【0136】
(ヒドロシリル化反応用触媒)
本発明に係る光半導体装置用封止剤に含まれているヒドロシリル化反応用触媒は、上記第1のオルガノポリシロキサン中の珪素原子に結合したアルケニル基と、上記第2のオルガノポリシロキサン中の珪素原子に結合した水素原子とをヒドロシリル化反応させる触媒である。
【0137】
上記ヒドロシリル化反応用触媒として、ヒドロシリル化反応を進行させる各種の触媒を用いることができる。上記ヒドロシリル化反応用触媒は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0138】
上記ヒドロシリル化反応用触媒としては、例えば、白金系触媒、ロジウム系触媒及びパラジウム系触媒等が挙げられる。封止剤の透明性が高くなるため、白金系触媒が好ましい。
【0139】
上記白金系触媒としては、白金粉末、塩化白金酸、白金−アルケニルシロキサン錯体、白金−オレフィン錯体及び白金−カルボニル錯体が挙げられる。特に、白金−アルケニルシロキサン錯体又は白金−オレフィン錯体が好ましい。
【0140】
上記白金−アルケニルシロキサン錯体におけるアルケニルシロキサンとしては、例えば、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、及び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等が挙げられる。上記白金−オレフィン錯体におけるオレフィンとしては、例えば、アリルエーテル及び1,6−ヘプタジエン等が挙げられる。
【0141】
上記白金−アルケニルシロキサン錯体及び白金−オレフィン錯体の安定性が向上するため、上記白金−アルケニルシロキサン錯体又は白金−オレフィン錯体に、アルケニルシロキサン、オルガノシロキサンオリゴマー、アリルエーテル又はオレフィンを添加することが好ましい。上記アルケニルシロキサンは、好ましくは1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンである。上記オルガノシロキサンオリゴマーは、好ましくはジメチルシロキサンオリゴマーである。上記オレフィンは、好ましくは1,6−ヘプタジエンである。
【0142】
上記ヒドロシリル化反応用触媒は、白金アルケニル錯体を含有することが好ましい。上記白金系触媒は、白金アルケニル錯体とリン化合物との混合物であることが好ましい。すなわち、上記白金系触媒は、白金アルケニル錯体とリン化合物とを含有することが好ましい。上記白金アルケニル錯体は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0143】
特定の上記第1,第2のオルガノポリシロキサンと、白金アルケニル錯体及びリン化合物の混合物である白金系触媒との併用とにより、封止剤のガスバリア性がより一層高くなる。さらに、硬化した封止剤にクラックが生じ難くなり、かつ封止剤はハウジング材等から剥離し難くなる。
【0144】
また、従来の光半導体装置用封止剤では、プリント基板等に実装する際のリフロー工程で封止剤が変色し、光度が低下するという問題がある。これに対して、特定の上記第1,第2のオルガノポリシロキサンと、白金アルケニル錯体及びリン化合物の混合物である白金系触媒との併用により、リフロー工程などの過酷な条件に晒されても、封止剤が変色し難くなる。また、白金アルケニル錯体とリン化合物との混合物である白金系触媒の使用により、封止剤の透明性を高くすることもできる。
【0145】
上記リン化合物としては、トリフェニルフォスフィン、トリシクロヘキシルフォスフィン及びトリエチルフォスフィン等が挙げられる。過酷な条件に晒されてもより一層変色し難い封止剤を得る観点からは、上記リン化合物は、トリフェニルフォスフィンであることが好ましい。
【0146】
封止剤中で、上記ヒドロシリル化反応用触媒の含有量は、金属原子(金属原子が白金元素である場合には白金元素)の重量単位で0.01ppm以上、1000ppm以下であることが好ましい。上記ヒドロシリル化反応用触媒の含有量が0.01ppm以上であると、封止剤を十分に硬化させることが容易であり、更に封止剤のガスバリア性がより一層高くなる。上記ヒドロシリル化反応用触媒の含有量が1000ppm以下であると、封止剤の着色の問題が生じ難い。封止剤中で上記ヒドロシリル化反応用触媒の含有量は、金属原子の重量単位で、より好ましくは1ppm以上、より好ましくは500ppm以下である。
【0147】
白金アルケニル錯体とリン化合物との混合物である白金系触媒を用いる場合には、該白金系触媒は、白金元素と上記リン化合物とを重量比で、0.1:99.9〜99.9〜0.1で含むことが好ましく、1:99〜20:80で含むことがより好ましい。
【0148】
(酸化珪素粒子)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、酸化珪素粒子をさらに含むことが好ましい。この酸化珪素粒子の使用により、封止剤の硬化物の耐熱性及び耐光性を損なうことなく、硬化前の封止剤の粘度を適当な範囲に調整できる。従って、封止剤の取り扱い性を高めることができる。また、上記酸化珪素粒子は、有機珪素化合物により表面処理されていることが好ましい。この表面処理により、酸化珪素粒子の分散性が非常に高くなり、硬化前の封止剤の温度上昇による粘度の低下をより一層抑制できる。
【0149】
上記酸化珪素粒子の一次粒子径は、好ましくは5nm以上、より好ましくは8nm以上、好ましくは200nm以下、より好ましくは150nm以下である。上記酸化珪素粒子の一次粒子径が上記下限以上であると、酸化珪素粒子の分散性がより一層高くなり、封止剤の硬化物の透明性がより一層高くなる。上記酸化珪素粒子の一次粒子径が上記上限以下であると、25℃における粘度の上昇効果を充分に得ることができ、かつ温度上昇における粘度の低下を抑制できる。
【0150】
上記酸化珪素粒子の一次粒子径は、以下のようにして測定される。光半導体装置用封止剤の硬化物を透過型電子顕微鏡(商品名「JEM−2100」、日本電子社製)を用いて観察する。視野中の100個の酸化珪素粒子の一次粒子の大きさをそれぞれ測定し、測定値の平均値を一次粒子径とする。上記一次粒子径は、上記酸化珪素粒子が球形である場合には酸化珪素粒子の直径の平均値を意味し、非球形である場合には酸化珪素粒子の長径の平均値を意味する。
【0151】
上記酸化珪素粒子のBET比表面積は、好ましくは30m/g以上、好まししくは400m/g以下である。上記酸化珪素粒子のBET比表面積が上記下限以上であると、封止剤の25℃における粘度を好適な範囲に制御でき、温度上昇における粘度の低下を抑制できる。上記酸化珪素粒子のBET比表面積が上記上限以下であると、酸化珪素粒子の凝集が生じ難くなり、酸化珪素粒子の分散性がより一層高くなり、更に封止剤の硬化物の透明性がより一層高くなる。
【0152】
上記酸化珪素粒子としては特に限定されず、例えば、フュームドシリカ、溶融シリカ等の乾式法で製造されたシリカ、並びにコロイダルシリカ、ゾルゲルシリカ、沈殿シリカ等の湿式法で製造されたシリカ等が挙げられる。なかでも、揮発成分が少なく、かつ透明性がより一層高い封止剤を得る観点からは、上記酸化珪素粒子として、フュームドシリカが好適に用いられる。
【0153】
上記フュームドシリカとしては、例えば、Aerosil 50(比表面積:50m/g)、Aerosil 90(比表面積:90m/g)、Aerosil 130(比表面積:130m/g)、Aerosil 200(比表面積:200m/g)、Aerosil 300(比表面積:300m/g)、及びAerosil 380(比表面積:380m/g)(いずれも日本アエロジル社製)等が挙げられる。
【0154】
上記有機珪素化合物としては特に限定されず、例えば、アルキル基を有するシラン系化合物、ジメチルシロキサン等のシロキサン骨格を有する珪素系化合物、アミノ基を有する珪素系化合物、(メタ)アクリロイル基を有する珪素系化合物、及びエポキシ基を有する珪素系化合物等が挙げられる。上記「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基とメタクリロイル基とを意味する。
【0155】
酸化珪素粒子の分散性をさらに一層高める観点からは、酸化珪素粒子は、ジメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物、トリメチルシリル基を有する有機珪素化合物及びポリジメチルシロキサン基を有する有機珪素化合物からなる群から選択された少なくとも1種により表面処理されていることが好ましい。上記酸化珪素粒子を表面処理するための上記有機珪素化合物は、ジメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物、トリメチルシリル基を有する有機珪素化合物及びポリジメチルシロキサン基を有する有機珪素化合物からなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。
【0156】
有機珪素化合物により表面処理する方法の一例として、ジメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物又はトリメチルシリル基を有する有機珪素化合物を用いる場合には、例えば、ジクロロジメチルシラン、ジメチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシリルクロライド及びトリメチルメトキシシラン等を用いて、酸化珪素粒子を表面処理する方法が挙げられる。ポリジメチルシロキサン基を有する有機珪素化合物を用いる場合には、ポリジメチルシロキサン基の末端にシラノール基を有する化合物及び環状シロキサン等を用いて、酸化珪素粒子を表面処理する方法が挙げられる。
【0157】
上記ジメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物により表面処理された酸化ケイ素粒子の市販品としては、R974(比表面積:170m/g)、及びR964(比表面積:250m/g)(いずれも日本アエロジル社製)等が挙げられる。
【0158】
上記トリメチルシリル基を有する有機珪素化合物により表面処理された酸化珪素粒子の市販品としては、RX200(比表面積:140m/g)、及びR8200(比表面積:140m/g)(いずれも日本アエロジル社製)等が挙げられる。
【0159】
上記ポリジメチルシロキサン基を有する有機珪素化合物により表面処理された酸化珪素粒子の市販品としては、RY200(比表面積:120m/g)(日本アエロジル社製)等が挙げられる。
【0160】
上記有機珪素化合物により酸化珪素粒子を表面処理する方法は特に限定されない。この方法としては、例えば、ミキサー中に酸化珪素粒子を添加し、攪拌しながら有機珪素化合物を添加する乾式法、酸化珪素粒子のスラリー中に有機珪素化合物を添加するスラリー法、並びに、酸化珪素粒子の乾燥後に有機珪素化合物をスプレー付与するスプレー法などの直接処理法等が挙げられる。上記乾式法で用いられるミキサーとしては、ヘンシェルミキサー及びV型ミキサー等が挙げられる。上記乾式法では、有機珪素化合物は、直接、又は、アルコール水溶液、有機溶媒溶液若しくは水溶液として添加される。
【0161】
上記有機珪素化合物により表面処理されている酸化珪素粒子を得るために、光半導体装置用封止剤を調製する際に、酸化珪素粒子と上記第1,第2のオルガノポリシロキサン等のマトリクス樹脂との混合時に、有機珪素化合物を直接添加するインテグレルブレンド法等を用いてもよい。
【0162】
上記第1のオルガノポリシロキサンと上記第2のオルガノポリシロキサンとの合計100重量部に対して、上記酸化珪素粒子の含有量は好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは0.5重量部以上、更に好ましくは1重量部以上、好ましくは40重量部以下、更に好ましくは35重量部以下、特に好ましくは20重量部以下である。上記酸化珪素粒子の含有量が上記下限以上であると、硬化時の粘度低下を抑制することが可能になる。上記酸化珪素粒子の含有量が上記上限以下であると、封止剤の粘度をより一層適正な範囲に制御でき、かつ封止剤の透明性をより一層高めることができる。
【0163】
(蛍光体)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、蛍光体をさらに含んでいてもよい。封止剤が予め蛍光体を含んでいても、該蛍光体は沈降し難い。
【0164】
また、本発明に係る光半導体装置用封止剤は、蛍光体を含んでいなくてもよい。この場合には、封止剤は、使用時に蛍光体が添加されて、用いられ得る。封止剤に蛍光体が添加されても、添加された蛍光体は沈降し難い。
【0165】
上記蛍光体は、光半導体装置用封止剤を用いて封止する発光素子が発する光を吸収し、蛍光を発生することによって、最終的に所望の色の光を得ることができるように作用する。上記蛍光体は、発光素子が発する光によって励起され、蛍光を発し、発光素子が発する光と蛍光体が発する蛍光との組み合わせによって、所望の色の光を得ることができる。
【0166】
例えば、発光素子として紫外線LEDチップを使用して最終的に白色光を得ることを目的とする場合には、青色蛍光体、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を組み合わせて用いることが好ましい。発光素子として青色LEDチップを使用して最終的に白色光を得ることを目的とする場合には、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を組み合わせて用いるか、又は、黄色蛍光体を用いることが好ましい。上記蛍光体は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0167】
上記青色蛍光体としては特に限定されず、例えば、(Sr、Ca、Ba、Mg)10(POCl:Eu、(Ba、Sr)MgAl1017:Eu、(Sr、Ba)MgSi:Eu等が挙げられる。
【0168】
上記赤色蛍光体としては特に限定されず、例えば、(Sr、Ca)S:Eu、(Ca、Sr)Si:Eu、CaSiN:Eu、CaAlSiN:Eu、YS:Eu、LaS:Eu、LiW:(Eu、Sm)、(Sr、Ca、Bs、Mg)10(POCl:(Eu、Mn)、BaMgSi:(Eu、Mn)等が挙げられる。
【0169】
上記緑色蛍光体としては特に限定されず、例えば、Y(Al、Ga)12:Ce、SrGa:Eu、CaScSi12:Ce、SrSiON:Eu、ZnS:(Cu、Al)、BaMgAl1017(Eu、Mn)、SrAl:Eu等が挙げられる。
【0170】
上記黄色蛍光体としては特に限定されず、例えば、YAl12:Ce、(Y、Gd)Al12:Ce、TbAl12:Ce、CaGa:Eu、SrSiO:Eu等が挙げられる。
【0171】
さらに、上記蛍光体としては、有機蛍光体であるペリレン系化合物等が挙げられる。
【0172】
上記蛍光体の体積平均粒径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下である。
【0173】
所望の色の光を得るように、上記蛍光体の含有量は適宜調整でき、特に限定されない。本発明に係る光半導体装置用封止剤100重量部に対して、上記蛍光体の含有量は、0.1重量部以上、40重量部以下であることが好ましい。光半導体装置用封止剤の蛍光体を除く全成分100重量部に対して、上記蛍光体の含有量は0.1重量部以上、40重量部以下であることが好ましい。
【0174】
(カップリング剤)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、接着性を付与するために、カップリング剤をさらに含んでいてもよい。
【0175】
上記カップリング剤としては特に限定されず、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。該シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びN−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。カップリング剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0176】
(他の成分)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、必要に応じて、分散剤、酸化防止剤、消泡剤、着色剤、変性剤、レベリング剤、光拡散剤、熱伝導性フィラー又は難燃剤等の添加剤をさらに含んでいてもよい。
【0177】
なお、上記第1のオルガノポリシロキサンと、上記第2のオルガノポリシロキサンと、上記ヒドロシリル化反応用触媒とは、これらを1種又は2種以上含む液を別々に調製しておき、使用直前に複数の液を混合して、本発明に係る光半導体装置用封止剤を調製してもよい。例えば、上記第1のオルガノポリシロキサン及びヒドロシリル化反応用触媒を含むA液と、第2のオルガノポリシロキサンを含むB液とを別々に調製しておき、使用直前にA液とB液を混合して、本発明に係る光半導体装置用封止剤を調製してもよい。酸化珪素粒子又は蛍光体を用いる場合には、酸化珪素粒子と蛍光体とはそれぞれ、A液に添加してもよく、B液に添加してもよい。このように上記第1のオルガノポリシロキサン及び上記ヒドロシリル化反応用触媒と上記第2のオルガノポリシロキサンとを別々に、第1の液と第2の液との2液にすることによって保存安定性を向上させることができる。
【0178】
(光半導体装置用封止剤の詳細及び用途)
本発明に係る光半導体装置用封止剤の硬化温度は特に限定されない。光半導体装置用封止剤の硬化温度は、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、好ましくは180℃以下、より好ましくは150℃以下である。硬化温度が上記下限以上であると、封止剤の硬化が充分に進行する。硬化温度が上記上限以下であると、パッケージの熱劣化が起こり難い。
【0179】
硬化方式として、特に限定されないが、ステップキュア方式を用いることが好ましい。ステップキュア方式は、一旦低温で仮硬化させておき、その後に高温で硬化させる方法である。ステップキュア方式の使用により、封止剤の硬化収縮が抑えられる。
【0180】
本発明に係る光半導体装置用封止剤の製造方法としては特に限定されず、例えば、ホモディスパー、ホモミキサー、万能ミキサー、プラネタリウムミキサー、ニーダー、三本ロール又はビーズミル等の混合機を用いて、常温又は加温下で、上記第1のオルガノポリシロキサン、上記第2のオルガノポリシロキサン、上記ヒドロシリル化反応用触媒、及び必要に応じて配合される他の成分を混合する方法等が挙げられる。
【0181】
上記発光素子としては、半導体を用いた発光素子であれば特に限定されず、例えば、上記発光素子が発光ダイオードである場合、例えば、基板上にLED形式用半導体材料を積層した構造が挙げられる。この場合、半導体材料としては、例えば、GaAs、GaP、GaAlAs、GaAsP、AlGaInP、GaN、InN、AlN、InGaAlN、及びSiC等が挙げられる。
【0182】
上記基板の材料としては、例えば、サファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、及びGaN単結晶等が挙げられる。また、必要に応じ基板と半導体材料との間にバッファー層が形成されていてもよい。上記バッファー層の材料としては、例えば、GaN及びAlN等が挙げられる。
【0183】
本発明に係る光半導体装置としては、具体的には、例えば、発光ダイオード装置、半導体レーザー装置及びフォトカプラ等が挙げられる。このような光半導体装置は、例えば、液晶ディスプレイ等のバックライト、照明、各種センサー、プリンター及びコピー機等の光源、車両用計測器光源、信号灯、表示灯、表示装置、面状発光体の光源、ディスプレイ、装飾、各種ライト並びにスイッチング素子等に好適に用いられる。
【0184】
本発明に係る光半導体装置では、本発明に係る光半導体装置用封止剤の硬化物により、光半導体により形成された発光素子が封止されている。本発明に係る光半導体装置では、LEDなどの光半導体により形成された発光素子を封止するように、光半導体装置用封止剤の硬化物が配置されている。このため、発光素子を封止している光半導体装置用封止剤の硬化物にクラックが生じ難く、パッケージからの剥離が生じ難く、かつ封止剤の光透過性、耐熱性、耐候性及びガスバリア性を高めることができる。
【0185】
(光半導体装置の実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る光半導体装置を示す正面断面図である。
【0186】
本実施形態の光半導体装置1は、ハウジング2を有する。ハウジング2内にLEDからなる光半導体素子3が実装されている。この光半導体素子3の周囲を、ハウジング2の光反射性を有する内面2aが取り囲んでいる。本実施形態では、光半導体により形成された発光素子として、光半導体素子3が用いられている。
【0187】
内面2aは、内面2aの径が開口端に向かうにつれて大きくなるように形成されている。従って、光半導体素子3から発せられた光のうち、内面2aに到達した光が内面2aにより反射され、光半導体素子3の前方側に進行する。光半導体素子3を封止するように、内面2aで囲まれた領域内には、光半導体装置用封止剤4が充填されている。
【0188】
なお、図1に示す構造は、本発明に係る光半導体装置の一例にすぎず、光半導体装置の実装構造等には適宜変形され得る。
【0189】
以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【0190】
(合成例1)第1のオルガノポリシロキサンAの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン486g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン1.2gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(A)を得た。
【0191】
得られたポリマー(A)の絶対分子量は59300であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(A)は、下記の平均組成式(A1)を有していた。
【0192】
(MeSiO2/20.99(ViMeSiO1/20.004 …式(A1)
【0193】
上記式(A1)中、Meはメチル基、Viはビニル基を示す。
【0194】
得られたポリマー(A)のメチル基の含有比率は99モル%であった。
【0195】
なお、合成例1及び後述の合成例で得られた各ポリマーの絶対分子量は、10mgにテトラヒドロフラン1mLを加え、溶解するまで攪拌し、多角度光散乱検出器(商品名「mini DAWN Tristar」、Wyatt社製)を取り付けたGPC測定により測定した。GPC測定では、Waters社製の測定装置(カラム:昭和電工社製 Shodex GPC LF−804(長さ300mm)×2本、測定温度:40℃、流速:1mL/min、溶媒:テトラヒドロフラン、標準物質:ポリスチレン)を用いた。
【0196】
(合成例2)第1のオルガノポリシロキサンAの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン456g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン2.2gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(B)を得た。
【0197】
得られたポリマーの絶対分子量は38500であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(B)は、下記の平均組成式(B1)を有していた。
【0198】
(MeSiO2/20.95(PhSiO2/20.045(ViMeSiO1/20.008 …式(B1)
【0199】
上記式(B1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0200】
得られたポリマー(B)のメチル基の含有比率は90モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0201】
(合成例3)第1のオルガノポリシロキサンAの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン457g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン1.2gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(C)を得た。
【0202】
得られたポリマーの絶対分子量は58700であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(C)は、下記の平均組成式(C1)を有していた。
【0203】
(MeSiO2/20.95(PhSiO2/20.045(ViMeSiO1/20.004 …式(C1)
上記式(C1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0204】
得られたポリマー(C)のメチル基の含有比率は90モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0205】
(合成例4)第1のオルガノポリシロキサンAの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン458g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン0.6gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(D)を得た。
【0206】
得られたポリマーの絶対分子量は83400であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(D)は、下記の平均組成式(D1)を有していた。
【0207】
(MeSiO2/20.95(PhSiO2/20.045(ViMeSiO1/20.002 …式(D1)
上記式(D1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0208】
得られたポリマー(D)のメチル基の含有比率は90モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0209】
(合成例5)第1のオルガノポリシロキサンBの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン487g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン14.8gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(E)を得た。
【0210】
得られたポリマーの絶対分子量は5830であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(E)は、下記の平均組成式(E1)を有していた。
【0211】
(MeSiO2/20.98(ViMeSiO1/20.022 …式(E1)
【0212】
上記式(E1)中、Meはメチル基、Viはビニル基を示す。
【0213】
得られたポリマー(E)のメチル基の含有比率は98モル%であった。
【0214】
(合成例6)第1のオルガノポリシロキサンBの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン454g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン16.3gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(F)を得た。
【0215】
得られたポリマー(F)の絶対分子量は3820であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(F)は、下記の平均組成式(F1)を有していた。
【0216】
(MeSiO2/20.93(PhSiO2/20.045(ViMeSiO1/20.025 …式(F1)
【0217】
上記式(F1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0218】
得られたポリマー(F)のメチル基の含有比率は88モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0219】
(合成例7)第1のオルガノポリシロキサンBの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン451g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン14.8gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(G)を得た。
【0220】
得られたポリマー(G)の絶対分子量は5760であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(G)は、下記の平均組成式(G1)を有していた。
【0221】
(MeSiO2/20.93(PhSiO2/20.05(ViMeSiO1/20.021 …式(G1)
【0222】
上記式(G1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0223】
得られたポリマー(G)のメチル基の含有比率は89モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0224】
(合成例8)第1のオルガノポリシロキサンBの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン454g、ジフェニルジメトキシシラン48.8g、及び1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン11.8gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム2.2gを水144gに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸2.4gを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(H)を得た。
【0225】
得られたポリマー(H)の絶対分子量は7650であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(H)は、下記の平均組成式(H1)を有していた。
【0226】
(MeSiO2/20.94(PhSiO2/20.045(ViMeSiO1/20.017 …式(H1)
【0227】
上記式(H1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0228】
得られたポリマー(H)のメチル基の含有比率は89モル%、フェニル基の含有比率は9モル%であった。
【0229】
(合成例9)第2のオルガノポリシロキサンの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン90.2g、メチルトリメトキシシラン217g、ビニルトリメトキシシラン31g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン40g、及びトリメチルメトキシシラン16gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸2.0gと水134gの溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去してポリマーを得た。得られたポリマーにヘキサン150gと酢酸エチル150gとを添加し、イオン交換水300gで10回洗浄を行い、減圧して揮発成分を除去してポリマー(I)を得た。
【0230】
得られたポリマー(I)の絶対分子量は3420であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(I)は、下記の平均組成式(I1)を有していた。
【0231】
(MeSiO2/20.25(MeSiO3/20.52(ViSiO3/20.07(HMeSiO1/20.10(MeSiO1/20.06 …式(I1)
【0232】
上記式(I1)中、Meはメチル基、Viはビニル基を示す。
【0233】
得られたポリマー(I)のメチル基の含有比率は90モル%であった。
【0234】
(合成例10)第2のオルガノポリシロキサンの合成
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた1000mLのセパラブルフラスコに、ジメチルジメトキシシラン72g、メチルトリメトキシシラン217g、ジフェニルジメトキシシラン49g、ビニルトリメトキシシラン31g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン40g、及びトリメチルメトキシシラン16gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸2.0gと水134gの溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に50℃で6時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去してポリマーを得た。得られたポリマーにヘキサン150gと酢酸エチル150gとを添加し、イオン交換水300gで10回洗浄を行い、減圧して揮発成分を除去してポリマー(J)を得た。
【0235】
得られたポリマー(J)の絶対分子量は3390であった。29Si−NMRより化学構造を同定した結果、ポリマー(J)は、下記の平均組成式(J1)を有していた。
【0236】
(MeSiO2/20.21(MeSiO3/20.53(PhSiO2/20.04(ViSiO3/20.07(HMeSiO1/20.10(MeSiO1/20.05 …式(J1)
【0237】
上記式(J1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。
【0238】
得られたポリマー(J)のメチル基の含有比率は82モル%、フェニル基の含有比率は8モル%であった。
【0239】
(実施例1)
ポリマーB(2g)、ポリマーF(8g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0240】
(実施例2)
ポリマーB(5g)、ポリマーF(5g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0241】
(実施例3)
ポリマーB(8g)、ポリマーF(2g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0242】
(実施例4)
ポリマーC(2g)、ポリマーG(8g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0243】
(実施例5)
ポリマーC(5g)、ポリマーG(5g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0244】
(実施例6)
ポリマーC(8g)、ポリマーG(2g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0245】
(実施例7)
ポリマーD(2g)、ポリマーH(8g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0246】
(実施例8)
ポリマーD(5g)、ポリマーH(5g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0247】
(実施例9)
ポリマーD(8g)、ポリマーH(2g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0248】
(実施例10)
ポリマーA(2g)、ポリマーE(8g)、ポリマーI(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0249】
(実施例11)
ポリマーA(5g)、ポリマーE(5g)、ポリマーI(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0250】
(実施例12)
ポリマーA(8g)、ポリマーE(2g)、ポリマーI(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0251】
(比較例1)
ポリマーA(10g)、ポリマーI(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0252】
(比較例2)
ポリマーE(10g)、ポリマーI(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0253】
(比較例3)
ポリマーC(10g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0254】
(比較例4)
ポリマーG(10g)、ポリマーJ(10g)、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤全体に対して白金金属が重量単位で10ppmとなる量)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0255】
(評価)
(光半導体装置の作製)
銀めっきされたリード電極付きポリフタルアミド製ハウジング材に、ダイボンド材によって主発光ピークが460nmの発光素子が実装されており、発光素子とリード電極とが金ワイヤーで接続されている構造において、得られた光半導体装置用封止剤を注入し、150℃で2時間加熱して硬化させ、光半導体装置を作製した。この光半導体装置を用いて、下記の項目について評価を実施した。
【0256】
(通電試験)
得られた光半導体装置について、23℃の温度下、光度測定装置(「OL770」、オプトロニックラボラトリーズ社製)を用いて発光素子に20mAの電流を流した時の光度を測定した(以下、「初期光度」と称する)。
【0257】
次いで、発光素子に20mAの電流を流した状態で光半導体装置を85℃及び相対湿度85RH%雰囲気下のチャンバー内に入れて、500時間放置した。500時間後、23℃の温度下、光度測定装置(「OL770」、オプトロニックラボラトリーズ社製)を用いて発光素子に20mAの電流を流した時の光度を測定し、初期光度対する光度の低下率を算出した。光度の低下率が5%未満の場合を「○○」、5〜10%未満の場合を「○」、10〜20%未満の場合を「△」、30%以上の場合を「×」と判定した。
【0258】
(変色)
通電試験後のサンプルにおいて、通電試験前のサンプルから変色しているか否かを目視で観察した。
【0259】
通電試験前後のサンプル間で、変色が見られない場合を「○」、わずかに変色が見られる場合を「△」、著しい変色が見られる場合を「×」と判定した。
【0260】
(ガス腐食試験)
得られた光半導体装置を、40℃及び相対湿度90%RH雰囲気下のチャンバー内に入れ、硫化水素ガスの濃度が5ppm、二酸化硫黄ガスの濃度が15ppmとなるようにチャンバー内にガスを充填した。ガスの充填から、24時間後、48時間後、96時間後、168時間後及び500時間後にそれぞれ、銀めっきされたリード電極を目視で観察した。
【0261】
銀めっきに変色が見られない場合を「○○」、銀めっきに茶褐色に変色した箇所が少しみられる場合を「○」、銀めっきのほとんどすべてが茶色に変色した場合を「△」、銀めっきのほとんどすべてが黒色に変色した場合を「×」と判定した。
【0262】
(熱衝撃試験)
得られた光半導体装置を、液槽式熱衝撃試験機(「TSB−51」、ESPEC社製)を用いて、−50℃で5分間保持した後、135℃まで昇温し、135℃で5分間保持した後−50℃まで降温する過程を1サイクルとする冷熱サイクル試験を実施した。500サイクル後、1000サイクル及び1500サイクル後にそれぞれ20個のサンプルを取り出した。
【0263】
実体顕微鏡(「SMZ−10」、ニコン社製)にてサンプルを観察した。20個のサンプルの光半導体装置用封止剤にそれぞれクラックが生じているか否か、又は光半導体装置用封止剤がパッケージ又は電極から剥離しているか否かを観察し、クラック又は剥離が生じたサンプルの数(NG数)を数えた。
【0264】
(光半導体装置用封止剤の硬化物の表面の粘着性(べたつき)の評価)
得られた光半導体装置を、23℃及び50RH%の雰囲気下で24時間放置した。24時間放置した後直ちに、光半導体装置用封止剤の硬化物の表面の粘着性(べたつき)を、硬化物に指を接触させて確認した。指を接触させた場合に粘着性(べたつき)をほとんど感じない場合には、粘着性なしとして「○」と評価し、指の表面が粘着性(べたつき)を感じた場合には、粘着性ありとして「×」と評価した。
【0265】
結果を下記の表1に示す。下記の表1において、重量比(A:B)は、第1のオルガノポリシロキサン全体における重量比(第1のオルガノポリシロキサンA:第1のオルガノポリシロキサンB)を示す。
【0266】
【表1】

【符号の説明】
【0267】
1…光半導体装置
2…ハウジング
2a…内面
3…光半導体素子
4…光半導体装置用封止剤

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表され、かつ珪素原子に結合したアルケニル基を有する第1のオルガノポリシロキサン(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンを除く)と、
下記式(51)で表され、かつ珪素原子に結合した水素原子を有する第2のオルガノポリシロキサンと、
ヒドロシリル化反応用触媒とを含み、
前記第1のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したアリール基を有さないか又は珪素原子に結合したアリール基を有し、前記第1のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、前記第1のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率が20モル%以下であり、
前記第2のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したアリール基を有さないか又は珪素原子に結合したアリール基を有し、前記第2のオルガノポリシロキサンが珪素原子に結合したアリール基を有する場合には、前記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(X)より求められる珪素原子に結合したアリール基の含有比率が20モル%以下であり、
前記第1のオルガノポリシロキサン全体における絶対分子量が20000以上、100000以下である第1のオルガノポリシロキサンと絶対分子量が2000以上、10000以下である第1のオルガノポリシロキサンとの重量比が、10:90〜90:10である、光半導体装置用封止剤。
【化1】

前記式(1)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.30、b/(a+b+c)=0.70〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.10を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、アルケニル基以外のR1〜R6は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【化2】

上記式(51)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.10〜0.40、q/(p+q+r)=0.10〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個が水素原子を表し、水素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
珪素原子に結合したアリール基の含有比率(モル%)=(前記第1のオルガノポリシロキサン又は前記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したアリール基の平均個数×アリール基の分子量/前記第1のオルガノポリシロキサン又は前記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(X)
【請求項2】
前記第1のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したメチル基を有し、
前記式(1)中、R1〜R6は、少なくとも1個がアルケニル基を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、アルケニル基及びメチル基以外のR1〜R6は、炭素数2〜8の炭化水素基を表し、
前記第2のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したメチル基を有し、
前記式(51)中、R51〜R56は、少なくとも1個が珪素原子を表し、少なくとも1個がメチル基を表し、珪素原子及びメチル基以外のR51〜R56は、炭素数2〜8の炭化水素基を表す、請求項1に記載の光半導体装置用封止剤。
【請求項3】
前記第1のオルガノポリシロキサン及び前記第2のオルガノポリシロキサンにおける下記式(Y)より求められる珪素原子に結合したメチル基の含有比率がそれぞれ、80モル%以上である、請求項2に記載の光半導体装置用封止剤。
珪素原子に結合したメチル基の含有比率(モル%)=(前記第1のオルガノポリシロキサン又は前記第2のオルガノポリシロキサンの1分子あたりに含まれる珪素原子に結合したメチル基の平均個数×メチル基の分子量/前記第1のオルガノポリシロキサン又は前記第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量)×100 ・・・式(Y)
【請求項4】
前記式(1)中、(R1R2R3SiO1/2)で表される構造単位は、R1がアルケニル基を表し、R2及びR3がアルケニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体装置用封止剤。
【請求項5】
前記第2のオルガノポリシロキサンが、珪素原子に結合したビニル基を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光半導体装置用封止剤。
【請求項6】
光半導体素子と、
前記光半導体素子を封止するように設けられた請求項1〜5のいずれか1項に記載の光半導体装置用封止剤とを備える、光半導体装置。

【図1】
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【公開番号】特開2013−18900(P2013−18900A)
【公開日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−154511(P2011−154511)
【出願日】平成23年7月13日(2011.7.13)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】