説明

光半導体装置

【課題】ハウジングと封止剤との密着性を高めることができ、かつ湿度に対する接着信頼性を高めることができる光半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る光半導体装置1は、ハウジング2と、ハウジング2内に配置された光半導体素子3と、ハウジング2内で光半導体素子3を封止するように設けられた光半導体装置用封止剤の硬化物とを備える。ハウジング2は銀めっきされたリード電極を有数する。上記光半導体装置用封止剤は、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及び珪素原子に結合したアリール基を有する第1のオルガノポリシロキサンと、珪素原子に結合した水素原子及び珪素原子に結合したアリール基を有する第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、チタン原子を有する有機化合物とを含む。

【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、ハウジングと呼ばれるパッケージ内に配置され、パッケージ内で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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−73452号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載のような従来の光半導体装置用封止剤を用いた光半導体装置では、ハウジングと呼ばれるパッケージと封止剤との密着性が低かったり、湿度に対する接着信頼性が低かったりすることがある。また、光半導体装置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、パッケージと封止剤との界面で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。
【0007】
本発明は、ハウジング内で光半導体装置を封止したときに、ハウジングと封止剤との密着性を高めることができ、かつ湿度に対する接着信頼性を高めることができ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を目的とする。
【0008】
本発明の限定的な目的は、ハウジングと封止剤との密着性及び湿度に対する接着信頼性を高くすることができるだけでなく、過酷な環境下で使用されてもクラック又は剥離を生じ難くすることができ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。
【0009】
本発明のさらに限定的な目的は、ハウジングと封止剤との密着性及び湿度に対する接着信頼性を高くすることができるだけでなく、腐食性ガスに対して高いガスバリア性を有す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】
【0010】
本発明の広い局面によれば、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及び珪素原子に結合したアリール基を有する第1のオルガノポリシロキサンと、珪素原子に結合した水素原子及び珪素原子に結合したアリール基を有する第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、チタン原子を有する有機化合物とを含む、光半導体装置用封止剤が提供される。
【0011】
上記チタン原子を有する有機化合物は、テトライソプロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン又はチタニウムイソプロポキシオクチレングリコレートであることが好ましい。
【0012】
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、アルコキシシラン化合物をさらに含むことが好ましい。上記アルコキシシラン化合物は、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、又は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であることが好ましい。
【0013】
本発明に係る光半導体装置用封止剤のある特定の局面では、上記第1のオルガノポリシロキサンが、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り、上記第2のオルガノポリシロキサンが、下記式(51A)で表される第2のオルガノポリシロキサンであり、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(X)より求められるアリール基の含有比率がそれぞれ、30モル%以上、70モル%以下である。
【0014】
【化1】

【0015】
上記式(1A)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.50、b/(a+b+c)=0.40〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.50を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個がアルケニル基を表し、フェニル基及び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。
【0016】
【化2】

【0017】
上記式(51A)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.05〜0.50、q/(p+q+r)=0.05〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個が珪素原子に直接結合している水素原子を表し、フェニル基及び珪素原子に直接結合している水素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
【0018】
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)
【0019】
本発明に係る光半導体装置は、ハウジングと、該ハウジング内に配置された光半導体素子と、該ハウジング内で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】
【0020】
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、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及び珪素原子に結合したアリール基を有する第1のオルガノポリシロキサンと、珪素原子に結合した水素原子及び珪素原子に結合したアリール基を有する第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、チタン原子を有する有機化合物とを含むので、ハウジング内で光半導体装置を封止したときに、ハウジングと封止剤との密着性を高めることができ、かつ湿度に対する接着信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【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】
【0022】
以下、本発明の詳細を説明する。
【0023】
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、チタン原子を有する有機化合物とを含む。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及び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及び珪素原子に結合したアリール基を有する。
【0024】
光半導体素子は、通常、ハウジングと呼ばれるパッケージ内に配置され、パッケージ内で光半導体装置用封止剤により封止されている。上記組成の採用により、ハウジングと呼ばれるパッケージと封止剤との密着性を高めることができ、かつ湿度に対する接着信頼性を高めることができる。本発明に係る光半導体装置用封止剤を用いた光半導体装置では、高湿条件に晒されても、パッケージと封止剤との接着信頼性が高い。さらに、上記組成の採用により、過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離を生じ難くすることができる。
【0025】
また、発光素子の背面側に達した光を反射させるために、発光素子の背面に、銀めっきされた電極が形成されていることがある。封止剤にクラックが生じたり、封止剤がハウジング材から剥離したりすると、銀めっきされた電極が大気に晒される。この場合には、大気中に存在する硫化水素ガス又は亜硫酸ガス等の腐食性ガスによって、銀めっきが変色することがある。電極が変色すると反射率が低下するため、発光素子が発する光の明るさが低下するという問題がある。
【0026】
これに対し、本発明における上記組成の採用により、封止剤が、腐食性ガスに対して高いガスバリア性を有するようになる。
【0027】
ガスバリア性により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は、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。ガスバリア性により一層優れた封止剤を得る観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンは、式(51A)で表される第2のオルガノポリシロキサンであることが好ましい。
【0028】
封止剤のガスバリア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(X)より求められるアリール基の含有比率はそれぞれ、好ましくは30モル%以上、より好ましくは35モル%以上、好ましくは70モル%以下、より好ましくは65モル%以下である。アリール基の含有比率が上記下限以上及び上記上限以下であると、ガスバリア性がより一層高くなり、かつ封止剤の剥離が生じ難くなる。
【0029】
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)
【0030】
(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と、珪素原子に結合したアリール基とを有する。上記第1のオルガノポリシロキサンとして、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は除かれる。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、上記第2のオルガノポリシロキサンとは異なる。上記アルケニル基とアリール基とはそれぞれ、珪素原子に直接結合している。上記アルケニル基の炭素−炭素二重結合における炭素原子が、珪素原子に結合していてもよく、上記アルケニル基の炭素−炭素二重結合における炭素原子とは異なる炭素原子が、珪素原子に結合していてもよい。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。
【0031】
ガスバリア性により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。ただし、上記第1のオルガノポリシロキサンとして、下記式(1A)で表される第1のオルガノポリシロキサン以外の第1のオルガノポリシロキサンを用いてもよい。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。
【0032】
【化3】

【0033】
上記式(1A)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.50、b/(a+b+c)=0.40〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.50を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個がアルケニル基を表し、フェニル基及び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(1A)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。
【0034】
上記式(1A)は平均組成式を示す。上記式(1A)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(1A)中のR1〜R6は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0035】
上記式(1A)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。
【0036】
なお、一般に、上記式(1A)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(1A)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(51A)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、同様のことがいえる。
【0037】
上記式(1A)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。ガスバリア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アルケニル基及び上記式(1A)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。
【0038】
上記式(1A)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、イソへキシル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
【0039】
上記式(1A)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)より求められるアリール基の含有比率は、好ましくは30モル%以上、好ましくは70モル%以下である。このアリール基の含有比率が30モル%以上であると、ガスバリア性がより一層高くなる。アリール基の含有比率が70モル%以下であると、封止剤の剥離が生じ難くなる。ガスバリア性を更に一層高める観点からは、アリール基の含有比率は35モル%以上であることがより好ましい。剥離をより一層生じ難くする観点からは、アリール基の含有比率は65モル%以下であることがより好ましい。
【0040】
アリール基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(1A)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(1A)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)
【0041】
上記式(X1)におけるアリール基はフェニル基を示し、アリール基の含有比率はフェニル基の含有比率を示す。
【0042】
上記第1のオルガノポリシロキサンは、1つの珪素原子に2つのフェニル基が結合したジフェニルシロキサン構造単位を含むことが好ましい。上記第1のオルガノポリシロキサンの全シロキサン構造単位100モル%中、1つの珪素原子に2つのフェニル基が結合したジフェニルシロキサン構造単位の割合は、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に25モル%以上、特に好ましくは30モル%以上である。ジフェニルシロキサン構造単位の割合が多いほど、またジフェニルシロキサン構造単位の割合が30モル%以上であると、封止剤のディスペンス性が良好になり、更に複数の光半導体装置から取り出される光の明るさが高くなる。上記ジフェニルシロキサン構造単位の割合は、最も好ましくは40モル%以上、好ましくは60モル%以下である。上記ジフェニルシロキサン構造単位の割合が上記上限以下であると、封止剤のディスペンス性が良好になり、半導体装置から取り出される光の明るさがより高くなる。
【0043】
上記ジフェニルシロキサン構造単位は、下記式(1−b1)で表される構造単位であることが好ましい。また、下記式(1−b1)で表される構造単位において、末端の酸素原子は、一般に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。
【0044】
【化4】

【0045】
上記式(1A)中、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位はそれぞれ、上記式(1−b1)で表される構造単位を含むことが好ましい。(R4R5SiO2/2)で表される構造単位は、上記式(1−b1)で表される構造単位のみを含んでいてもよく、上記式(1−b1)で表される構造単位と上記式(1−b1)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。
【0046】
上記式(1A)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。
【0047】
(R4R5SiXO1/2) ・・・式(1−2)
【0048】
(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。
【0049】
【化5】

【0050】
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(1A)中のR4及びR5と同様の基である。
上記式(1A)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)又は下記式(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。
(R6SiX1/2) ・・・式(1−3)
(R6SiXO2/2) ・・・式(1−4)
【0051】
(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)又は下記式(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。
【0052】
【化6】

【0053】
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(1A)中のR6と同様の基である。
【0054】
上記式(1−b)及び(1−c)、上記式(1−2)〜(1−4)、並びに上記式(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。
【0055】
上記式(1A)中、a/(a+b+c)の下限は0、上限は0.50である。a/(a+b+c)が上記上限を満たすと、封止剤の耐熱性をより一層高めることができ、かつ封止剤の剥離をより一層抑制できる。上記式(1A)中、a/(a+b+c)の好ましい上限は0.45、より好ましい上限は0.40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(1A)中、(R1R2R3SiO1/2)の構造単位は存在しない。
【0056】
上記式(1A)中、b/(a+b+c)の下限は0.40、上限は1.0である。b/(a+b+c)が上記下限を満たすと、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。b(a+b+c)が上記上限を満たし、(R4R5SiO2/2)の構造単位が存在することで、封止剤のガスバリア性がより一層高くなる。上記式(1A)中、b/(a+b+c)の好ましい下限は0.50である。
【0057】
上記式(1A)中、c/(a+b+c)の下限は0、上限は0.50である。c/(a+b+c)が上記上限を満たすと、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、密着性をより一層高めることができる。上記式(1A)中、c/(a+b+c)の好ましい上限は0.45、より好ましい上限は0.40、更に好ましい上限は0.35である。なお、cが0であり、c/(a+b+c)が0である場合、上記式(1A)中、(R6SiO3/2)の構造単位は存在しない。
【0058】
上記式(1A)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(1A)で表される第1のオルガノポリシロキサンは、下記式(1Aa)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。
【0059】
【化7】

【0060】
上記式(1Aa)中、a及びbは、a/(a+b)=0〜0.50及びb/(a+b)=0.50〜1.0を満たし、R1〜R5は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個がアルケニル基を表し、フェニル基及び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。
【0061】
上記式(1Aa)中、a/(a+b)の好ましい上限は0.45、より好ましい上限は0.40である。上記式(1Aa)中、b/(a+b)の好ましい下限は0.55、より好ましい下限は0.60である。
【0062】
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(1A)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(1A)中の(R4R5SiO2/2で表される構造単位及び上記式(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(1A)中の(R6SiO3/2で表される構造単位、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。
【0063】
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(1A)中の各構造単位の比率を測定できる。
【0064】
但し、上記TMSを基準にした29Si−NMRの測定で上記式(1A)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(1A)中の各構造単位の比率を見分けることができる。
【0065】
(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、珪素原子に結合した水素原子と、珪素原子に結合したアリール基とを有する。該水素原子とアリール基とはそれぞれ、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。
【0066】
ガスバリア性により一層優れた封止剤を得る観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンは、下記式(51A)で表される第2のオルガノポリシロキサンであることが好ましい。ただし、上記第2のオルガノポリシロキサンとして、下記式(51A)で表される第2のオルガノポリシロキサン以外の第2のオルガノポリシロキサンを用いてもよい。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。
【0067】
【化8】

【0068】
上記式(51A)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.05〜0.50、q/(p+q+r)=0.05〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個が珪素原子に直接結合している水素原子を表し、フェニル基及び珪素原子に直接結合している水素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。なお、上記式(51A)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。
【0069】
上記式(51A)は平均組成式を示す。上記式(51A)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(51A)中のR51〜R56は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0070】
上記式(51A)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。
【0071】
上記式(51A)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、ビニル基及びアリル基が挙げられる。
【0072】
上記式(51A)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)より求められるアリール基の含有比率は、好ましくは30モル%以上、好ましくは70モル%以下である。このアリール基の含有比率が30モル%以上であると、ガスバリア性がより一層高くなる。アリール基の含有比率が70モル%以下であると、封止剤の剥離が生じ難くなる。ガスバリア性を更に一層高める観点からは、アリール基の含有比率は35モル%以上であることがより好ましい。剥離をより一層生じ難くする観点からは、アリール基の含有比率は65モル%以下であることがより好ましい。
【0073】
アリール基の含有比率(モル%)=(平均組成式が上記式(51A)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(51A)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)
【0074】
上記式(X51)におけるアリール基はフェニル基を示し、アリール基の含有比率はフェニル基の含有比率を示す。
封止剤の硬化性を高め、熱サイクルでのクラック及び剥離をより一層抑制する観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンは、下記式(51−a)で表される構造単位を含むことが好ましい。なお、下記式(51−a)で表される構造単位において、末端の酸素原子は、一般に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。
【0075】
【化9】

【0076】
上記式(51−a)中、R52及びR53はそれぞれ水素原子、フェニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す。R52及びR53はそれぞれフェニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表すことが好ましい。
【0077】
封止剤の硬化性を高め、熱サイクルでのクラック及び剥離をより一層抑制する観点からは、上記式(51A)中の(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位はそれぞれ、R51が珪素原子に結合した水素原子を表し、R52及びR53がフェニル基又は炭素数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。
【0078】
すなわち、上記式(51A)中、(R51R52R53SiO1/2)で表される構造単位は、上記式(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、上記式(51−a)で表される構造単位のみを含んでいてもよく、上記式(51−a)で表される構造単位と上記式(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。
【0079】
封止剤の硬化性を高め、熱サイクルでのクラック及び剥離をより一層抑制する観点からは、上記第2のオルガノポリシロキサンの全シロキサン構造単位100モル%中、上記式(51−a)で表される構造単位の割合は、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10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。
【0080】
上記式(51A)中の全構造単位100モル%中、R51が珪素原子に結合した水素原子を表し、R52及びR53が水素原子、フェニル基又は炭素数1〜8の炭化水素基を表す構造単位(上記式(51−a)で表される構造単位)の割合は、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10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。
【0081】
上記第2のオルガノポリシロキサンは、1つの珪素原子に2つのフェニル基が結合したジフェニルシロキサン構造単位を含むことが好ましい。上記第2のオルガノポリシロキサンの全シロキサン構造単位100モル%中、1つの珪素原子に2つのフェニル基が結合したジフェニルシロキサン構造単位の割合は、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に好ましくは20モル%以上である。ジフェニルシロキサン構造単位の割合が多いほど、またジフェニルシロキサン構造単位の割合が20モル%以上であると、封止剤のディスペンス性が良好になり、更に複数の光半導体装置から取り出される光の明るさが高くなる。上記ジフェニルシロキサン構造単位の割合は、好ましくは60モル%以下である。上記ジフェニルシロキサン構造単位の割合が上記上限以下であると、封止剤のディスペンス性が良好になり、半導体装置から取り出される光の明るさがより高くなる。
【0082】
上記ジフェニルシロキサン構造単位は、下記式(51−b1)で表される構造単位であることが好ましい。また、下記式(51−b1)で表される構造単位において、末端の酸素原子は、一般に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。
【0083】
【化10】

【0084】
上記式(51A)中、(R4R5SiO2/2)で表される構造単位はそれぞれ、上記式(51−b1)で表される構造単位を含むことが好ましい。(R4R5SiO2/2)で表される構造単位は、上記式(51−b1)で表される構造単位のみを含んでいてもよく、上記式(51−b1)で表される構造単位と上記式(51−b1)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。
【0085】
上記式(51A)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。
(R54R55SiXO1/2) ・・・式(51−2)
【0086】
(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。
【0087】
【化11】

【0088】
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(51A)中のR54及びR55と同様の基である。
【0089】
上記式(51A)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)又は下記式(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。
(R56SiX1/2) ・・・式(51−3)
(R56SiXO2/2) ・・・式(51−4)
【0090】
(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)又は下記式(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。
【0091】
【化12】

【0092】
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(51A)中のR56と同様の基である。
【0093】
上記式(51−b)及び(51−c)、上記式(51−2)〜(51−4)、並びに上記式(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。
【0094】
上記式(51A)中、p/(p+q+r)の下限は0.05、上限は0.50である。p/(p+q+r)が上記上限を満たすと、封止剤の耐熱性をより一層高めることができ、かつ封止剤の剥離をより一層抑制できる。上記式(51A)中、p/(p+q+r)の好ましい下限は0.10、より好ましい上限は0.45である。
【0095】
上記式(51A)中、q/(p+q+r)の下限は0.05、上限は0.50である。q/(p+q+r)が上記下限を満たすと、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。q/(p+q+r)が上記上限を満たすと、封止剤のガスバリア性がより一層高くなる。上記式(51A)中、q/(p+q+r)の好ましい下限は0.10、より好ましい上限は0.45である。
【0096】
上記式(51A)中、r/(p+q+r)の下限は0.20、上限は0.80である。r/(p+q+r)が上記下限を満たすと、封止剤の硬度が上がり、傷及びゴミの付着を防止でき、封止剤の耐熱性が高くなり、高温環境下で封止剤の硬化物の厚みが減少し難くなる。r/(p+q+r)が上記上限を満たすと、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、密着性をより一層高めることができる。
【0097】
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(51A)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(51A)中の(R54R55SiO2/2で表される構造単位及び上記式(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(51A)中の(R56SiO3/2で表される構造単位、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。
【0098】
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(51A)中の各構造単位の比率を測定できる。
【0099】
但し、上記TMSを基準にした29Si−NMRの測定で上記式(51A)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(51A)中の各構造単位の比率を見分けることができる。
【0100】
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。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を得ることができる。ガスバリア性にさら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のより好ましい下限は30重量部、更に好ましい下限は50重量部、より好ましい上限は300重量部、更に好ましい上限は200重量部である。
【0101】
(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のアルコキシ基の含有量の好ましい下限は0.5モル%、より好ましい下限は1モル%、好ましい上限は10モル%、より好ましい上限は5モル%である。アルコキシ基の含有量が上記好ましい範囲内であると、封止剤の密着性を高めることができる。
【0102】
アルコキシ基の含有量が上記好ましい下限を満たすと、封止剤の密着性を高めることができる。アルコキシ基の含有量が上記好ましい上限を満たすと、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。
【0103】
上記アルコキシ基の含有量は、上記第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上記アルコキシ基の量を意味する。
【0104】
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、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。
【0105】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンの数平均分子量(Mn)の好ましい下限は500、より好ましい下限は800、更に好ましい下限は1000、好ましい上限は50000、より好ましい上限は15000である。数平均分子量が上記好ましい下限を満たすと、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好ましい上限を満たすと、粘度調節が容易である。
【0106】
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と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。
【0107】
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、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。
【0108】
上記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。
【0109】
上記第1,第2のオルガノポリシロキサンにフェニル基などの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。
【0110】
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。
【0111】
上記第2のオルガノポリシロキサンに珪素原子に直接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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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適である。
【0118】
(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。
【0119】
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。
【0120】
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。封止剤の透明性を高くすることができるため、白金系触媒が好ましい。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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を向上させることができるため、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。
【0124】
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。
【0125】
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をより一層高くすることができる。さらに、硬化した封止剤にクラックが生じ難くなり、かつ硬化した封止剤はハウジング材等から剥離し難くなる。
【0126】
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、本発明における上記組成の採用により、すなわち特定の上記第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。
【0127】
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。
【0128】
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、封止剤のガスバリア性をより一層高めることができる。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、硬化物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。
【0129】
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。
【0130】
(チタン原子を有する有機化合物)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、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ともにチタン原子を有する有機化合物(以下、有機化合物Aと略記することがある)を含むので、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性を高めることができ、過酷な環境下で使用されてもクラック又は剥離を生じ難くすることができる。有機化合物A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。
【0131】
封止剤中に有機化合物Aを十分に分散させて、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性を効果的に高めるために、チタン原子を有する有機化合物は、25℃で液状であることが好ましい。
【0132】
有機化合物Aとしては、下記式(A)で表される化合物が挙げられる。
Ti(R1)(OR2)4−n ・・・式(A)
【0133】
上記式(2)中、R1はフェニル基、炭素数1〜30のアルキル基、又はエポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基を表し、R2は炭素数1〜6のアルキル基を表し、nは0〜4の整数を表す。nが2〜4であるとき、複数のR1は同一であってもよく、異なっていてもよい。nが0〜2であるとき、複数のR2は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0134】
上記式(A)中のR1が炭素数1〜30のアルキル基である場合、R1の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基及びn−デシル基等が挙げられる。このアルキル基の炭素数の好ましい上限は10であり、より好ましい上限は6である。なお、本明細書において、「アルキル基」には、シクロアルキル基が含まれる。
【0135】
上記式(A)中のR1がエポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基である場合、R1の具体例としては、1,2−エポキシエチル基、1,2−エポキシプロピル基、2,3−エポキシプロピル基、3,4−エポキシブチル基、3−グリシジルオキシプロピル基、及び2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基等が挙げられる。この炭化水素基の炭素数の好ましい上限は8であり、より好ましい上限は6である。なお、本明細書において、「エポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基」における炭化水素基は、炭素原子及び水素原子に加えて、エポキシ基に由来する酸素原子を含む基である。「エポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基」は、言い換えれば、エポキシ基を有し、かつ酸素原子と炭素原子1〜30個と水素原子とを含む官能基である。
【0136】
上記式(A)中のR2の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基及びイソブチル基等が挙げられる。
【0137】
ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性をより一層高め、かつ過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離をより一層生じ難くする観点からは、チタン原子を有する有機化合物は、テトライソプロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン又はチタニウムイソプロポキシオクチレングリコレートであることが好ましい。
【0138】
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、有機化合物Aの含有量は、0.01重量部以上、5重量部以下であることが好ましい。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、有機化合物Aの含有量のより好ましい下限は0.1重量部、より好ましい上限は3重量部である。有機化合物Aの含有量が上記下限以上であると、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性をより一層高めることができ、かつ過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離をより一層生じ難くすることができる。有機化合物Aの含有量が上記上限以下であると、封止剤の貯蔵安定性がより一層良好になる。
【0139】
(アルコキシシラン化合物)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、アルコキシシラン化合物を含むことが好ましい。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チタン原子を有する有機化合物とに加えて、アルコキシシラン化合物をさらに用いることにより、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性をより一層高めることができ、過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離をより一層生じ難くすることができる。特に、有機化合物Aとアルコキシシラン化合物との併用により、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性がかなり高くなる。上記アルコキシシラン化合物は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。
【0140】
上記アルコキシシラン化合物としては、下記式(B)で表されるアルコキシシラン化合物が挙げられる。
Si(R3)(OR4)4−n ・・・式(B)
【0141】
上記式(2)中、R3はビニル基、(メタ)アクリロイル基を有する炭素数1〜30の炭化水素基、フェニル基、炭素数1〜30のアルキル基、又はエポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基を表し、R4は炭素数1〜6のアルキル基を表し、nは0〜3の整数を表す。nが2〜3であるとき、複数のR3は同一であってもよく、異なっていてもよい。nが0〜2であるとき、複数のR4は同一であってもよく、異なっていてもよい。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示す。
【0142】
上記式(B)中のR3が炭素数1〜30のアルキル基である場合、R3の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基及びn−デシル基等が挙げられる。このアルキル基の炭素数の好ましい上限は10であり、より好ましい上限は6である。
【0143】
上記式(B)中のR3がエポキシ基を有する炭素数1〜30の炭化水素基である場合、R3の具体例としては、1,2−エポキシエチル基、1,2−エポキシプロピル基、2,3−エポキシプロピル基、3,4−エポキシブチル基、3−グリシジルオキシプロピル基、及び2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基等が挙げられる。この炭化水素基の炭素数の好ましい上限は8であり、より好ましい上限は6である。
【0144】
上記式(B)中のR4の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基及びイソブチル基等が挙げられる。
【0145】
ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性をより一層高め、かつ過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離をより一層生じ難くする観点からは、上記アルコキシシラン化合物は、エポキシ基を有することが好ましく、3−グリシジルオキシアルキル基又は3,4−エポキシシクロアルキル基を有することがより好ましく、3−グリシジルオキシプロピル基又は3,4−エポキシシクロヘキシル基を有することが更に好ましい。ハウジングと封止剤との密着性をさらに一層高め、かつ過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離をさらに一層生じ難くする観点からは、上記アルコキシシラン化合物は、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、又は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であることが好ましい。
【0146】
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、上記アルコキシシラン化合物の含有量は、0.01重量部以上、5重量部以下であることが好ましい。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、上記アルコキシシラン化合物の含有量のより好ましい下限は0.1重量部、より好ましい上限は3重量部である。上記アルコキシシラン化合物の含有量が上記下限以上であると、ハウジングと封止剤との湿度に対する接着信頼性がより一層高くなり、かつ過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離がより一層生じ難くなる。上記アルコキシシラン化合物の含有量が上記上限以下であると、封止剤の貯蔵安定性がより一層良好になる。
【0147】
(酸化ケイ素粒子)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、酸化ケイ素粒子をさらに含むことが好ましい。該酸化ケイ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。
【0148】
上記酸化ケイ素粒子の一次粒子径の好ましい下限は5nm、より好ましい下限は8nm、好ましい上限は200nm、より好ましい上限は150nmである。上記酸化ケイ素粒子の一次粒子径が上記好ましい下限を満たすと、酸化ケイ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。上記酸化ケイ素粒子の一次粒子径が上記好ましい上限を満たすと、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。
【0149】
上記酸化ケイ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個の酸化ケイ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、上記酸化ケイ素粒子が球形である場合には酸化ケイ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ケイ素粒子の長径の平均値を意味する。
【0150】
上記酸化ケイ素粒子のBET比表面積の好ましい下限は30m/g、好ましい上限は400m/gである。上記酸化ケイ素粒子のBET比表面積が30m/g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。上記酸化ケイ素粒子のBET比表面積が400m/g以下であると、酸化ケイ素粒子の凝集が生じ難くなり、分散性を高くすることができ、更に封止剤の硬化物の透明性をより一層高くすることができる。
【0151】
上記酸化ケイ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、上記酸化ケイ素粒子として、フュームドシリカが好適に用いられる。
【0152】
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。
【0153】
上記酸化ケイ素粒子は、有機ケイ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、酸化ケイ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。
【0154】
上記有機ケイ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ケイ素系化合物、アミノ基を有するケイ素系化合物、(メタ)アクリロイル基を有するケイ素系化合物、及びエポキシ基を有するケイ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】
酸化ケイ素粒子の分散性をさらに一層高める観点からは、表面処理に用いられる上記有機ケイ素化合物は、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ケイ素化合物及びポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ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。また、酸化ケイ素粒子の分散性をさらに一層高める観点からは、表面処理に用いられる上記有機ケイ素化合物は、トリメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物及びポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ素化合物の内の少なくとも1種であることが好ましい。
【0156】
アリール基を有する第1,第2のオルガノポリシロキサンと、蛍光体とを含む封止剤は、硬化前に高温に晒されると封止剤の粘度が急激に低下して、蛍光体が沈降しやすい。このため、硬化の際に、封止剤が高温に晒されると、発光素子の周辺に蛍光体が偏在して、光が乱反射する。この結果、発光素子から発せられる光の一部が封止剤の硬化物中で失われ、光半導体装置から取り出される光量が少なくなるという問題がある。
【0157】
本発明に係る光半導体装置用封止剤が、上記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を含むことにより、アリール基を有する上記第1,第2のオルガノポリシロキサンを含むにもかかわらず、封止剤の高温での粘度を十分な高さに維持できる。これにより、封止剤が高温に加熱された時の粘度を適切な範囲に調整でき、封止剤中の蛍光体の分散状態を均一に保つことができる。
【0158】
有機ケイ素化合物による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ケイ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、酸化ケイ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ケイ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、酸化ケイ素粒子を表面処理する方法が挙げられる。
【0159】
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。
【0160】
上記トリ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、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。
【0161】
上記ポリジメチルシロキサン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、RY200(比表面積:120m/g)(日本アエロジル社製)等が挙げられる。
【0162】
上記有機ケイ素化合物により酸化ケイ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、ミキサー中に酸化ケイ素粒子を添加し、攪拌しながら有機ケイ素化合物を添加する乾式法、酸化ケイ素粒子のスラリー中に有機ケイ素化合物を添加するスラリー法、並びに、酸化ケイ素粒子の乾燥後に有機ケイ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、有機ケイ素化合物は、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。
【0163】
上記有機ケイ素化合物により表面処理されている酸化ケイ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、酸化ケイ素粒子と上記第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、有機ケイ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。
【0164】
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、上記酸化ケイ素粒子の含有量は、0.5重量部以上、40重量部以下であることが好ましい。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、上記酸化ケイ素粒子の含有量のより好ましい下限は1重量部、より好ましい上限は35重量部である。上記酸化ケイ素粒子の含有量が上記下限を満たすと、硬化時の粘度低下を抑制することが可能になる。上記酸化ケイ素粒子の含有量が上記上限を満たすと、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。
【0165】
(蛍光体)
本発明に係る光半導体装置用封止剤は、蛍光体をさらに含有してもよい。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の好ましい下限は1μm、より好ましい下限は2μm、好ましい上限は30μm、より好ましい上限は25μm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。また、本発明に係る光半導体装置用封止剤が蛍光体を含む場合には、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】
(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有してもよい。
【0175】
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、上記有機化合物A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、上記ヒドロシリル化反応用触媒及び上記有機化合物Aを含むA液と、上記第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。このように上記第1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上記有機化合物A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。上記アルコキシシラン化合物を用いる場合には、該アルコキシシラン化合物は、第1の液に添加してもよく、第2の液に添加してもよい。
【0176】
(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の好ましい下限は80℃、より好ましい下限は100℃、好ましい上限は180℃、より好ましい上限は150℃である。硬化温度が上記好ましい下限を満たすと、封止剤の硬化が充分に進行する。硬化温度が上記好ましい上限を満たすと、パッケージの熱劣化が起こり難い。
【0177】
硬化方式は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、封止剤の硬化収縮を抑えることができる。
【0178】
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、上記有機化合物A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。
【0179】
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。
【0180】
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。
【0181】
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ることができる。
【0182】
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、ハウジングと呼ばれるパッケージと封止剤の硬化物との密着性及び湿度に対する接着信頼性を高めることができる。さらに、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。
【0183】
(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。
【0184】
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である光半導体素子3が配置され、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。
【0185】
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。すなわち、ハウジング2内で光半導体素子3が光半導体装置用封止剤4により封止されている。
【0186】
本実施形態では、光半導体装置用封止剤4が前述の組成を有するので、ハウジング2と光半導体装置用封止剤4との界面Pの密着性を高めることができ、過酷な環境下で使用されても封止剤にクラック又は剥離が生じ難くすることができる。
【0187】
また、ハウジング2の光反射性を高めるために、ハウジング2に酸化チタンが含まれていることがある。光半導体装置用封止剤4はチタン原子を有する有機化合物を含むので、光半導体装置用封止剤4の酸化チタンを含むハウジングに対する密着性及び湿度に対する接着信頼性を効果的に高めることができる。
【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、トリメチルメトキシシラン63g、ジメチルジメトキシシラン90g、ジフェニルジメトキシシラン183g、及びビニルトリメトキシシラン133gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム0.8gを水114g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、反応液に酢酸0.9gを加え、減圧して揮発成分を除去し、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)の数平均分子量(Mn)は1700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。
(MeSiO1/20.19(MeSiO2/20.24(PhSiO2/20.26(ViSiO3/20.31 …式(A1)
【0192】
上記式(A1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。得られたポリマー(A)のフェニル基の含有比率は37モル%であった。
【0193】
なお、合成例1及び合成例2〜8で得られた各ポリマーの分子量は、10mgにテトラヒドロフラン1mLを加え、溶解するまで攪拌し、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。
【0194】
(合成例2)第1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96g、ジフェニルジメトキシシラン318g、及びビニルメチルジメトキシシラン119gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム0.8gを水108g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、反応液に酢酸0.9gを加え、減圧して揮発成分を除去し、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(B)を得た。
【0195】
得られたポリマー(B)の数平均分子量(Mn)は5300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。
(MeSiO2/20.25(PhSiO2/20.45(ViMeSiO2/20.30 …式(B1)
【0196】
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。得られたポリマー(B)のフェニル基の含有比率は52モル%であった。
【0197】
(合成例3)第1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、トリメチルメチルメトキシシラン6.3g、ジメチルジメトキシシラン89g、ジフェニルジメトキシシラン318g、及びビニルメチルジメトキシシシラン119gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム0.8gを水107g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、反応液に酢酸0.9gを加え、減圧して揮発成分を除去し、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(C)を得た。
【0198】
得られたポリマー(C)の数平均分子量(Mn)は5000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。
(MeSiO1/20.01(MeSiO2/20.24(PhSiO2/20.45(ViMeSiO2/20.30 …式(C1)
【0199】
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。得られたポリマー(C)のフェニル基の含有比率は52モル%であった。
【0200】
(合成例4)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、トリメチルメトキシシラン31g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン50g、ジメチルジメトキシシラン108g、及びフェニルトリメトキシシラン208gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.4gと水101g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(D)を得た。
【0201】
得られたポリマー(D)の数平均分子量(Mn)は1000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。
(MeSiO1/20.09(HMeSiO1/20.23(MeSiO2/20.27(PhSiO3/20.41 …式(D1)
【0202】
上記式(D1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基を示す。得られたポリマー(D)のフェニル基の含有比率は33モル%であった。
【0203】
(合成例5)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、トリメチルメトキシシラン16g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン50g、ジメチルジメトキシシラン36g、ジフェニルジメトキシシラン183g、フェニルトリメトキシシラン149g、及びビニルトリメトキシシラン45gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.4gと水104g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(E)を得た。
【0204】
得られたポリマー(E)の数平均分子量(Mn)は1000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。
(MeSiO1/20.05(HMeSiO1/20.23(MeSiO2/20.09(PhSiO2/20.26(PhSiO3/20.27(ViSiO3/20.10 …式(E1)
【0205】
上記式(E1)中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Viはビニル基を示す。得られたポリマー(E)のフェニル基の含有比率は51モル%であった。
【0206】
(合成例6)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、トリメチルメトキシシラン31g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン40g、ジフェニルジメトキシシラン110g、フェニルトリメトキシシラン268g、及びビニルトリメトキシシラン45gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.4gと水116g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(F)を得た。
【0207】
得られたポリマー(F)の数平均分子量(Mn)は1100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。
(MeSiO1/20.09(HMeSiO1/20.19(PhSiO2/20.16(PhSiO3/20.46(ViSiO3/20.10 …式(F1)
【0208】
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。得られたポリマー(F)のフェニル基の含有比率は51モル%であった。
【0209】
(合成例7)第1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、トリメチルメトキシシラン94g、ジメチルジメトキシシラン99g、ジフェニルジメトキシシラン92g、及びビニルトリメトキシシラン133gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム0.8gを水108g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、反応液に酢酸0.9gを加え、減圧して揮発成分を除去し、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマー(G)を得た。
【0210】
得られたポリマー(G)の数平均分子量(Mn)は1800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。
(MeSiO1/20.29(MeSiO2/20.27(PhSiO2/20.13(ViSiO3/20.31 …式(G1)
【0211】
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。得られたポリマー(G)のフェニル基の含有比率は21モル%であった。
【0212】
(合成例8)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、トリメチルメトキシシラン31g、1,1,3,3−ヘキサメチルジシロキサン50g、ジメチルジメトキシシラン140g、ジフェニルジメトキシシラン59g、フェニルトリメトキシシラン48g、及びビニルトリメトキシシラン45gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.4gと水92g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(H)を得た。
【0213】
得られたポリマー(H)の数平均分子量(Mn)は600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。
(MeSiO1/20.09(HMeSiO1/20.24(MeSiO2/20.38(PhSiO2/20.08(PhSiO3/20.10(ViSiO3/20.10 …式(H1)
【0214】
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。得られたポリマー(H)のフェニル基の含有比率は23モル%であった。
【0215】
(実施例1)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)及びテトライソプロポキシチタン(0.05g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0216】
(実施例2)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0217】
(実施例3)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、チタニウムイソプロポキシオクチレングリコレート(日本曹達社製、TOG、0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0218】
(実施例4)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及びビニルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0219】
(実施例5)
ポリマーB(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0220】
(実施例6)
ポリマーB(10g)、ポリマーE(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0221】
(実施例7)
ポリマーC(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0222】
(実施例8)
ポリマーC(10g)、ポリマーE(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0223】
(実施例9)
ポリマーC(10g)、ポリマーF(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0224】
(実施例10)
ポリマーC(10g)、ポリマーF(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトラ−n−ブトキシチタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0225】
(実施例11)
ポリマーC(10g)、ポリマーF(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトラキス(2―エチルヘキシルオキシ)チタン(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0226】
(実施例12)
ポリマーC(10g)、ポリマーF(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、テトライソプロポキシチタン(0.05g)及び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(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0227】
(実施例13)
ポリマーC(10g)、ポリマーF(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(封止剤中での白金元素の含有量が10ppmとなる量)、チタニウムイソプロポキシオクチレングリコレート(0.05g)及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0228】
(比較例1)
ポリマーG(10g)、ポリマーD(10g)及び白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤中での白金元素の含有量が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。
【0229】
(比較例2)
ポリマーA(10g)、ポリマーH(10g)及び白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(封止剤中での白金元素の含有量が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。
【0230】
(比較例3)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が20ppmとなる量)、及びテトラ−n−ブトキシジルコニウム(0.05g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0231】
(比較例4)
ポリマーA(10g)、ポリマーD(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(封止剤中での白金元素の含有量が20ppmとなる量)、及び3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(0.1g)を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用封止剤を得た。
【0232】
(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、下記の初期密着性試験、耐湿密着性試験、ガス腐食試験及び熱衝撃試験を実施した。
【0233】
(初期密着性試験)
得られた光半導体装置20個を、赤色インキ内に浸漬して、23℃で8時間放置した。その後、光半導体装置を取り出して、実体顕微鏡(「SMZ−10」、ニコン社製)にてハウジング材と封止剤との界面において赤色インキがしみ込んでいるか否かを観察し、赤色インキがしみ込んでいたサンプルの数(NG数)を数えた。
【0234】
(耐湿密着性試験)
得られた光半導体装置20個を、121℃、100RH%条件下に放置し、耐湿試験を行った。3時間及び8時間放置した後にそれぞれ20個光半導体装置取り出し、耐湿試験後の光半導体装置を赤色インキ内に浸漬して、23℃で8時間放置した。その後、光半導体装置を取り出して、実体顕微鏡(「SMZ−10」、ニコン社製)にてハウジング材と封止剤との界面において赤色インキがしみ込んでいるか否かを観察し、赤色インキがしみ込んでいたサンプルの数(NG数)を数えた。
【0235】
(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。
【0236】
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。
【0237】
(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サイクル後及び1500サイクル後にそれぞれ20個のサンプルを取り出した。
【0238】
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。
【0239】
結果を下記の表1に示す。
【0240】
【表1】

【符号の説明】
【0241】
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
P…ハウジングと封止剤との界面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された光半導体素子と、
前記ハウジング内で前記光半導体素子を封止するように設けられた光半導体装置用封止剤の硬化物とを備え、
前記ハウジングが銀めっきされたリード電極を有し、
前記光半導体装置用封止剤が、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及び珪素原子に結合したアリール基を有する第1のオルガノポリシロキサンと、珪素原子に結合した水素原子及び珪素原子に結合したアリール基を有する第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、チタン原子を有する有機化合物とを含む、光半導体装置。
【請求項2】
前記チタン原子を有する有機化合物が、テトライソプロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン又はチタニウムイソプロポキシオクチレングリコレートである、請求項1に記載の光半導体装置。
【請求項3】
アルコキシシラン化合物をさらに含む、請求項1又は2に記載の光半導体装置。
【請求項4】
前記アルコキシシラン化合物が、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、又は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である、請求項3に記載の光半導体装置。
【請求項5】
前記第1のオルガノポリシロキサンが、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り、
前記第2のオルガノポリシロキサンが、下記式(51A)で表される第2のオルガノポリシロキサンであり、
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(X)より求められるアリール基の含有比率がそれぞれ、30モル%以上、70モル%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光半導体装置。
【化1】

前記式(1A)中、a、b及びcは、a/(a+b+c)=0〜0.50、b/(a+b+c)=0.40〜1.0及びc/(a+b+c)=0〜0.50を満たし、R1〜R6は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個がアルケニル基を表し、フェニル基及び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】

前記式(51A)中、p、q及びrは、p/(p+q+r)=0.05〜0.50、q/(p+q+r)=0.05〜0.50及びr/(p+q+r)=0.20〜0.80を満たし、R51〜R56は、少なくとも1個がフェニル基を表し、少なくとも1個が珪素原子に直接結合している水素原子を表し、フェニル基及び珪素原子に直接結合している水素原子以外のR51〜R56は、炭素数1〜8の炭化水素基を表す。
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)

【図1】
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【公開番号】特開2012−237014(P2012−237014A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−186505(P2012−186505)
【出願日】平成24年8月27日(2012.8.27)
【分割の表示】特願2011−539577(P2011−539577)の分割
【原出願日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】