JP5065520B2 - 光半導体装置用ダイボンド材及びそれを用いた光半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材に含まれている第1のシリコーン樹脂は、珪素原子に結合した水素原子を有する。該水素原子は、珪素原子に直接結合している。ダイボンド材のガスバリア性をより一層高める観点からは、第1のシリコーン樹脂は、珪素原子に結合した水素原子と、アリール基とを有することが好ましい。該アリール基としては、無置換のフェニル基、置換フェニル基、無置換のフェニレン基、及び置換フェニレン基が挙げられる。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材に含まれている第2のシリコーン樹脂は、アルケニル基を有する。該アルケニル基は、珪素原子に直接結合している。上記アルケニル機の炭素−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。
上記第1,第2のシリコーン樹脂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、ダイボンド材の密着性を高めることができる。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材に含まれているヒドロシリル化反応用触媒は、上記第1のシリコーン樹脂中の珪素原子に結合した水素原子と、上記第2のシリコーン樹脂中のアルケニル基とをヒドロシリル化反応させる触媒である。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材に含まれている物質(X)は、化学式MgCO3で示される結晶水を含まない炭酸マグネシウム無水塩(X1)、及び該炭酸マグネシウム無水塩の表面が、有機樹脂、シリコーン樹脂又はシリカにより被覆されている被覆体(X2)の内の少なくとも一方である。物質(X)として、上記炭酸マグネシウム無水塩(X1)のみが用いられてもよく、被覆体(X2)のみが用いられてもよく、炭酸マグネシウム無水塩(X1)と上記被覆体(X2)との双方が用いられてもよい。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材は、上記物質(X)に加えて、該物質(X)とは異なるフィラー(Y)を含んでいてもよい。フィラー(Y)の使用により、ダイボンド材の硬化物の熱伝導性をより一層高めることができる。フィラー(Y)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。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材は、接着性を付与するために、カップリング剤をさらに含有してもよい。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材は、必要に応じて、紫外線吸収剤、酸化防止剤、溶剤、着色剤、充填剤、消泡剤、表面処理剤、難燃剤、粘度調節剤、分散剤、分散助剤、表面改質剤、可塑剤、防黴剤、レベリング剤、安定剤、カップリング剤、タレ防止剤又は蛍光体等を含有してもよい。
本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材は、ペースト状であってもよく、フィルム状であってもよい。本発明に係る光半導体装置用ダイボンド材は、ペースト状であることが好ましい。ダイボンド材がペースト状であっても、上記物質(X)は沈降し難く、良好な分散状態を維持できる。
本発明に係る光半導体装置は、光半導体装置用ダイボンド材と、接続対象部材と、上記光半導体装置用ダイボンド材を用いて上記接続対象部材に接続された光半導体素子とを備える。
本実施形態の光半導体装置1は、接続対象部材であるハウジング2と、光半導体素子3とを有する。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。
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120g、メチルトリメトキシシラン54g、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン40gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.2gと水83gと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(A)を得た。
得られたポリマー(A)の数平均分子量(Mn)は1500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。
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48g、メチルトリメトキシシラン163g、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン27gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.2gと水102gと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(B)を得た。
得られたポリマー(B)の数平均分子量(Mn)は1500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。
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48g、ビニルメチルジメトキシシラン26g、フェニルトリメトキシシラン119g、メチルトリメトキシシラン54g、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン27gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.2gと水101gと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(C)を得た。
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18モル%であった。
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26g、フェニルトリメトキシシラン119g、メチルトリメトキシシラン54g、1,4−ビス(ジメチルメトキシシリル)ベンゼン40g、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン27gを入れ、50℃で攪拌した。その中に、塩酸1.4gと水99gと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。
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、ビニルメチルジメトキシシラン26g、フェニルトリメトキシシラン119g、メチルトリメトキシシラン54g、1,4−ビス(ジメチルメトキシシリル)ベンゼン40g、及び1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン27g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(E)を得た。
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41g、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81g、及びビニルメチルジメトキシシラン52g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(F)を得た。
トリメチルメトキシシラン41g、ビニルメチルジメトキシシラン52g、メチルトリメトキシシラン54g、及びフェニルトリメトキシシラン158g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(G)を得た。
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41g、ビニルメチルジメトキシシラン52g、メチルトリメトキシシラン54g、フェニルトリメトキシシラン119g、及び1,4−ビス(ジメチルメトキシシリル)ベンゼン40g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(H)を得た。
攪拌機、ジャケット、還流冷却器及び温度計が取り付けられた2Lの容器内に、分散媒体であるメチルイソブチルケトン1000gと、略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)600gと、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート50gと、アゾビスイソブチロニトリル1gとを加え、攪拌により混合し、表面処理溶液中にマグネサイトが分散された分散液を調製した。その後、減圧して容器内の脱酸素を行った後、窒素により内部を大気圧まで戻し、容器内を窒素雰囲気とした。その後、攪拌しながら容器内を70℃に加熱し、8時間反応を行った。室温まで冷却した後、反応溶液をセントルにより脱溶剤し、更に真空乾燥することにより、表面がメタクリル樹脂により被覆された合成マグネサイト6μm(アクリル樹脂被覆合成マグネサイト6μm)を得た。
表面を被覆するためのモノマーであるジペンタエリスリトールヘキサメタクリレートを、両末端メタクリロキシ基含有シリコーン(チッソ社製、商品名:サイラプレーンFM−7721)に変更したこと以外は合成例9と同様にして、表面がシリコーン樹脂により被覆された合成マグネサイト6μm(シリコーン樹脂被覆合成マグネサイト6μm)を得た。
攪拌機、ジャケット、還流冷却器及び温度計が取り付けられた2Lの容器内に、分散媒体であるpH9に調整されたイオン交換水1,000gと、略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)600gと、テトラエトキシシラン60gとを加え、攪拌することにより混合し、表面処理溶液中にマグネサイトが分散された分散液を調製した。その後、攪拌しながら容器内を70℃に加熱し、8時間反応を行った。室温まで冷却した後、反応溶液をセントルにより脱水し、更に真空乾燥することにより、表面がシリカにより被覆された合成マグネサイト6μm(シリカ被覆合成マグネサイト6μm)を得た。
略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSS、平均粒子径1.2μm)に変更したこと以外は合成例9と同様にして、表面がメタクリル樹脂により被覆された合成マグネサイト1.2μm(アクリル樹脂被覆合成マグネサイト1.2μm)を得た。
略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSS、平均粒子径1.2μm)に変更したこと以外は合成例10と同様にして、表面がシリコーン樹脂により被覆された合成マグネサイト1.2μm(シリコーン樹脂被覆合成マグネサイト1.2μm)を得た。
略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSS、平均粒子径1.2μm)に変更したこと以外は合成例11と同様にして、表面がシリカにより被覆された合成マグネサイト1.2μm(シリカ被覆合成マグネサイト1.2μm)を得た。
ポリマーA5重量部、ポリマーF5重量部、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0.02重量部、及び上記炭酸マグネシウム無水塩(X1)に相当する略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)60重量部を混合し、脱泡を行い、光半導体装置用ダイボンド材を得た。
マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、合成例9で得られた表面がメタクリル樹脂により被覆された合成マグネサイト6μm(アクリル樹脂被覆合成マグネサイト6μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、合成例10で得られた表面がシリコーン樹脂により被覆された合成マグネサイト6μm(シリコーン樹脂被覆合成マグネサイト6μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
炭酸マグネシウム無水塩(X1)に相当するマグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、合成例11で得られた表面がシリカにより被覆された合成マグネサイト6μm(シリカ被覆合成マグネサイト6μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
ポリマーA5重量部をポリマーB5重量部に変更したこと、並びにポリマーF5重量部をポリマーG5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
ポリマーA5重量部をポリマーC5重量部に変更したこと、並びにポリマーF5重量部をポリマーG5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
ポリマーA5重量部をポリマーD5重量部に変更したこと、並びにポリマーF5重量部をポリマーG5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
ポリマーA5重量部をポリマーE5重量部に変更したこと、並びにポリマーF5重量部をポリマーG5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
ポリマーA5重量部をポリマーE5重量部に変更したこと、ポリマーF5重量部をポリマーH5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、上記炭酸マグネシウム無水塩(X1)に相当する略多面体状の合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSS、平均粒子径1.2μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、合成例12で得られた表面がメタクリル樹脂により被覆された合成マグネサイト1.2μm(アクリル樹脂被覆合成マグネサイト1.2μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、合成例13で得られた表面がシリコーン樹脂により被覆された合成マグネサイト1.2μm(シリコーン樹脂被覆合成マグネサイト1.2μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径1.2μm)を、合成例14で得られた表面がシリカにより被覆された合成マグネサイト1.2μm(シリカ被覆合成マグネサイト1.2μm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
上記フィラー(Y)に相当する窒化アルミニウム(トクヤマ社製、平均粒子径0.6μm、熱伝導率100W/m・K)10重量部をさらに混合したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
上記フィラー(Y)に相当する窒化ホウ素(水島合金鉄社製、平均粒子径0.5μm、熱伝導率50W/m・K)10重量部をさらに混合したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
上記フィラー(Y)に相当する窒化ケイ素(電気化学工業社製、平均粒子径1.5μm、熱伝導率35W/m・K)10重量部をさらに混合したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
上記フィラー(Y)に相当する酸化亜鉛(ハクスイテック社製、平均粒子径0.2μm、熱伝導率25W/m・K)10重量部をさらに混合したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
上記フィラー(Y)に相当するアルミナ(住友化学社製、平均粒子径0.4μm、熱伝導率20W/m・K)10重量部をさらに混合したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、酸化マグネシウム(堺化学工業社製、平均粒子径1.1μm、熱伝導率30W/m・K)60重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、結晶水含有炭酸マグネシウム(神島化学工業社製、平均粒子径9μm、熱伝導率15W/m・K)60重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、酸化亜鉛(ハクスイテック社製、平均粒子径0.2μm、熱伝導率25W/m・K)60重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、アルミナ(住友化学社製、平均粒子径0.4μm、熱伝導率20W/m・K)60重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
合成マグネサイト(神島化学工業社製、商品名:MSL、平均粒子径6μm)を、シリカ(トクヤマ社製、平均粒子径15μm、熱伝導率2W/m・K)60重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ダイボンド材を得た。
(1)熱伝導率
実施例及び比較例で得られた各光半導体装置用ダイボンド材を150℃で3時間加熱し、硬化させ、100mm×100mm×厚さ50μmの硬化物を得た。この硬化物を評価サンプルとした。
上記(1)熱伝導率の評価で用いた評価サンプルを用意した。耐電圧試験器(MODEL7473、EXTECH Electronics社製)を用いて、硬化物間に、1kV/秒の速度で電圧が上昇するように、交流電圧を印加した。硬化物が破壊した電圧を、絶縁破壊電圧とした。
実施例及び比較例で得られた各光半導体装置用ダイボンド材を150℃で3時間加熱し、硬化させ、100mm×100mm×厚さ1mmの硬化物を得た。この硬化物を直径6cmの円形に裁断し、評価サンプルを得た。
AgメッキしたCu基板上に、接着面積が3mm×3mmになるように光半導体装置用ダイボンド材を塗布し、3mm角のSiチップを載せて、テストサンプルを得た。
実施例及び比較例で得られた各光半導体装置用ダイボンド材を23℃及び50%RHの条件で100時間放置した後、フィラーの沈降の有無を目視にて確認した。沈降が生じていない場合を「○」、沈降が生じている場合を「×」と判定した。
硬化物を半田リフロー炉(プレヒート150℃×100秒+リフロー[最高温度260℃])に3回通過させた後に、硬化物にクラックが生じているか否かを観察した。ダイボンド材にクラックが生じている場合を「×」、クラックが生じていない場合を「○」と判定した。
結果を下記の表1,2に示す。
2…ハウジング
2a…内面
3…光半導体素子
4…リード電極
5…ダイボンド材
6…ボンディングワイヤー
7…封止剤
Claims (6)
- 珪素原子に結合した水素原子を有する第1のシリコーン樹脂と、
珪素原子に結合した水素原子を有さず、かつアルケニル基を有する第2のシリコーン樹脂と、
ヒドロシリル化反応用触媒と、
化学式MgCO3で示される結晶水を含まない炭酸マグネシウム無水塩、及び該炭酸マグネシウム無水塩の表面が、有機樹脂、シリコーン樹脂又はシリカにより被覆されている被覆体の内の少なくとも一方の物質とを含む、光半導体装置用ダイボンド材。 - 前記第1のシリコーン樹脂が、珪素原子に結合した水素原子と、アルケニル基とを有する第1のシリコーン樹脂である、請求項1に記載の光半導体装置用ダイボンド材。
- 前記物質の平均粒子径が3μm以下である、請求項1又は2に記載の光半導体装置用ダイボンド材。
- 前記物質とは異なり、平均粒子径が0.01〜2μmであり、かつ熱伝導率が10W/m・K以上であるフィラーをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体装置用ダイボンド材。
- 前記フィラーが、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素及び酸化亜鉛からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項4に記載の光半導体装置用ダイボンド材。
- 請求項1〜5のいずれか1項の光半導体装置用ダイボンド材と、
接続対象部材と、
前記光半導体装置用ダイボンド材を用いて前記接続対象部材に接続された光半導体素子とを備える、光半導体装置。
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