JP5756054B2 - Ledのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物並びにこれを用いたled用リフレクター及び光半導体装置 - Google Patents
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Description
(A)熱硬化性樹脂 100質量部
(B)酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種の白色顔料 3〜200質量部
(C)少なくとも下記(C−1)成分及び下記(C−2)成分を含む前記(B)成分を除く無機質充填材 200〜1300質量部
(C−1)平均粒径が30μm〜100μmであり、かつ、屈折率が前記(A)成分の熱硬化性樹脂の硬化物との屈折率の差が0.05以上である少なくとも1種の無機質充填材 100〜1000質量部
(C―2)平均粒径が30μm未満である少なくとも1種の無機質充填材
100〜800質量部
を含有することを特徴とするLEDのリフレクター用熱硬化性シリコーン樹脂組成物を提供する。
更に、前記熱硬化性樹脂組成物を用いて成形したマトリックスタイプ凹型リフレクターが形成されたリフレクター基板は、基板の反りが少ないものとなる。
特に、このような熱硬化性樹脂組成物を用いて成形したマトリックスアレー状リフレクターが形成されたリフレクター基板は、基板の反りが少ないため、発光素子を搭載し封止した後のダイシング等を容易に行うことができ、更にダイシング後は、リフレクター表面や素子表面と封止樹脂との剥離不良が抑制された光半導体装置(LED装置)を得ることが可能となる。
前述のように、耐熱、耐光性に優れ、光の外部への漏れも少ない硬化物を与えることができるLED用リフレクターを成形するためのリフレクター材料が求められていた。
(A)熱硬化性樹脂 100質量部
(B)酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種の白色顔料 3〜200質量部
(C)少なくとも下記(C−1)成分及び下記(C−2)成分を含む(B)成分を除く無機質充填材 200〜1300質量部
(C−1)平均粒径が30μm〜100μmであり、かつ、屈折率が前記(A)成分の熱硬化性樹脂の硬化物との屈折率の差が0.05以上である少なくとも1種の無機質充填材 100〜1000質量部
(C―2)平均粒径が30μm未満である少なくとも1種の無機質充填材
100〜800質量部
を含有することを特徴とするLEDのリフレクター用熱硬化性シリコーン樹脂組成物がLED用リフレクター材料として有用であることを見出した。
(A)熱硬化性樹脂
本発明のLEDのリフレクター用熱硬化性シリコーン樹脂組成物における(A)成分の熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂からなるハイブリッド(エポキシ・シリコーンハイブリッド樹脂)などが代表的なものである。
熱硬化性シリコーン樹脂としては、縮合反応又はヒドロシリル化反応によって硬化するものが挙げられる。下記に示されるものが代表的なものである。
R1 aSi(OR2)b(OH)c O(4−a−b−c)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異種の炭素数1〜20の有機基、R2は同一又は異種の炭素数1〜4の有機基を示し、a、b、cは0.8≦a≦1.5、0≦b≦0.3、0.001≦c≦0.5であり、0.801≦a+b+c<2を満たす数である。)
(2−1)アルケニル基含有シリコーン樹脂
R3 dR4 eR5 f(OR6)gSiO(4−d−e−f−g)/2 (2)
(式中、R3は互いに独立に、アルケニル基及びアリール基を有さない、置換もしくは非置換の一価炭化水素基である。R4はアリール基であり、R5はアルケニル基であり、R6は水素原子、メチル基、及びエチル基のいずれかである。dは0.4〜1.0、eは0〜0.5、fは0.05〜0.5、gは0〜0.5の数であり、但しd+e+f+g=1.0〜2.0を満たす数である。)
このような配合することができるオルガノポリシロキサンとしては、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R2SiO2/2単位)の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基(R3SiO1/2単位)で封鎖された直鎖状構造を有するオルガノポリシロキサンが挙げられる(前記式において、RはR3、R4、またはR5と同じ基を意味する)。
下記一般式(4)及び/又は下記平均組成式(5)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(式中、R11は互いに独立に、アルケニル基及びアリール基を含まない、置換もしくは非置換の一価炭化水素基。R12はアリール基であり、iは0.6〜1.5、jは0〜0.5、kは0.4〜1.0の数であり、但しi+j+k=1.0〜2.5を満たす数である。)
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、(B)成分として酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸バリウムから選ばれる白色顔料を配合する。
白色顔料は、白色着色剤として、白色度を高めるために配合するものであり、これらは単独又は数種を併用して用いることができる。これらの中で、二酸化チタンを用いることが好ましく、この二酸化チタンの単位格子はルチル型、アナタース型、ブルカイト型のどれでも構わない。また、平均粒径や形状も限定されないが、平均粒径は通常0.05〜5.0μmであり、好ましくは0.1〜2μmである。なお、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。
本発明のLEDのリフレクター用熱硬化性シリコーン樹脂組成物中に含まれる(C)成分は、少なくとも、下記の(C−1)成分及び下記の(C−2)成分を含む前記(B)成分を除く無機質充填材である。即ち、(C)成分は、光漏れを防止するために少なくとも2種類の粒度分布を持った無機質充填材である。
(C−1)平均粒径が30μm〜100μmであり、かつ、屈折率が前記(A)成分の熱硬化性樹脂の硬化物の屈折率と0.05以上の差がある少なくとも1種の無機質充填材
(C−2)平均粒径が30μm未満であり、前記(C−1)成分以外の少なくとも1種の無機質充填材を含む無機質充填材
(C−1)成分としては、平均粒径が30μm〜100μmの無機質充填材であり、かつ該充填材の屈折率が硬化した(A)成分の熱硬化性樹脂の屈折率(Na原子のD線(輝線スペクトル)で測定)から0.05以上離れたものを使用する必要があり、使用する熱硬化性樹脂の屈折率により選択される。
硬化した(A)成分の熱硬化性樹脂の屈折率との差が0.05未満の屈折率の無機質充填材を使用した場合は、光が容易に硬化樹脂組成物内を透過し、外部に光が漏れてしまう。
平均粒径は30〜70μmが好ましく、より好ましくは35〜60μmである。ここで平均粒径とは、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。
一方、平均粒径が30μm未満である(C−2)成分の微粉無機質充填材の屈折率は特に制限されない。好ましい平均粒径は、0.01μm〜25μmであり、より好ましくは1〜20μmであり、特に好ましくは3〜15μmである。
・接着助剤
本発明は、上記(A)〜(C)成分に加え、リードフレーム等との接着を改善するためにシリコーン系接着助剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などの接着助剤を配合してもよい。
シリコーン系接着助剤としては、分子中にアルコキシ基とエポキシ基等の有機官能性基を有するシロキサン化合物や分子中にヒドロシリル基(SiH基)とエポキシ基等の有機官能性基を有するシロキサン化合物等が例示され、シランカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(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等のエポキシ官能性アルコキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシランなどを用いることが好ましい。なお、カップリング剤の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.01〜10質量部、特に0.1〜5質量部であることが好ましい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、反応性制御剤、離形剤、樹脂の性質を改善する目的で種々のシリコーンパウダー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム等の添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で添加配合することができる。
本発明のLEDのリフレクター用熱硬化性シリコーン樹脂組成物の製造方法としては、例えば(A)熱硬化性樹脂、(B)白色顔料、(C)無機質充填材、その他の添加物等を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して熱硬化性樹脂組成物とすることができる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物はLED用リフレクターを成形するための熱硬化性樹脂組成物であるが、該リフレクターの最も一般的な成形方法としては、トランスファー成形法や圧縮成形法が挙げられる。
トランスファー成形法では、トランスファー成形機を用い、成形圧力5〜20N/mm2、成形温度120〜190℃で成形時間30〜500秒、特に成形温度120〜180℃で成形時間30〜300秒で行うことが好ましい。
圧縮成形法では、コンプレッション成形機を用い、成形温度は120〜190℃で成形時間30〜600秒、特に成形温度120〜180℃で成形時間120〜420秒で行うことが好ましい。
更に、いずれの成形法においても、後硬化を150〜185℃で2〜20時間行ってよい。
上記のLED用リフレクターを使用し、光半導体装置を製造することができる。
具体的には、図1に示したマトリックスタイプ凹型リフレクター1が形成されたリフレクター基板10を用いる場合は、該マトリックス状リフレクター基板10を切断する前に、リフレクター基板10の個々の凹部(素子搭載領域)に存在するダイパッド2上に発光素子3(LED素子)をシリコーンダイボンド剤(LPS−8445S 信越化学工業製)を用いて固定し、150℃で1時間加熱することで発光素子3を固着させる。その後、金線4で発光素子3とリードフレーム5を電気的に接続する。その後、透明なシリコーン樹脂(LPS5547 信越化学工業製)や蛍光体などを配合した透明シリコーン樹脂6などをポッティングによりリフレクター基板10の凹部に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で2時間加熱硬化させることで封止した。透明シリコーン樹脂6の封止はポッティングによる方法、あるいはトランスファー成形や圧縮成型などの封止方法でレンズ形状などに同時に形成することも出来る。
(合成例1)熱硬化性樹脂A1(エポキシ樹脂)の合成
トリアジン誘導体エポキシ樹脂(TEPIC−S) 45質量部、酸無水物(リカシッドMH) 55質量部、酸化防止剤(亜燐酸トリフェニル) 3質量部、触媒量のイミダゾール系触媒(2E4MZ)を予め反応釜により、100℃で溶融混合し、冷却して固化させた後(軟化点は60℃)、粉砕し、(A)成分の熱硬化性樹脂A1(硬化物の屈折率:1.54)を得た。
・トリアジン誘導体エポキシ樹脂
トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアネート(TEPIC−S:日産化学(株)製商品名、エポキシ当量100)
・酸無水物
非炭素炭素二重結合酸無水物:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(リカシッドMH:新日本理化(株)製商品名)
・酸化防止剤
リン系酸化防止剤:亜リン酸トリフェニル(和光純薬(株)製商品名)
・イミダゾール系触媒:2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ:四国化成(株)製商品名)
・二酸化チタン:ルチル型(R−45M:堺化学工業(株)製商品名)
メチルトリクロロシラン100質量部、トルエン200質量部を1Lのフラスコに入れ、氷冷下で水8質量部、イソプロピルアルコール60質量部の混合液を液中滴下した。内温は−5〜0℃で5〜20時間かけて滴下し、その後加熱して還流温度で20分間撹拌した。それから室温まで冷却し、水12質量部を30℃以下、30分間で滴下し、20分間撹拌した。更に水25質量部を滴下後、40〜45℃で60分間撹拌した。その後水200質量部を入れて有機層を分離した。この有機層を中性になるまで洗浄し、その後共沸脱水、濾過、減圧ストリップをすることにより、無色透明の固体(融点76℃)36.0質量部の熱硬化性樹脂A2を得た。硬化した樹脂の屈折率は1.41である。
フラスコにキシレン1000g、水5014gを加え、フェニルトリクロロシラン2285g(10.8mol)、ビニルジメチルクロロシラン326g(2.70mol)、キシレン1478gを混合したものを滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水後にKOH0.6g(0.015mol)加え、150℃で4時間加熱還流を行った。その後、トリメチルクロロシラン2.7g(0.025mol)、酢酸カリウム2.5g(0.025mol)で中和し濾過後、溶剤を減圧留去し、透明で室温で固体のシロキサン樹脂(A3−1)を合成した。ビニル当量は0.0013mol/g、水酸基含有量は0.01質量%であった。軟化点は65℃であった。
CH2=CH−Si(CH3)2O-(-Si(CH3)2O-)35-(Si(CH3)(CH=CH2)O-)5-(Si(CH3)(C6H6)O-)10-Si(CH3)2-CH=CH2
ビニル基当量は0.0015mol/g
(1)酸化チタン(CR−95:石原産業(株)製):ルチル型平均粒径0.28μm)
(2)酸化亜鉛 (三井金属製)
(3)酸化マグネシウム(和光化学製 平均粒径10um)
(4)炭酸バリウム(和光化学製 純度99%)
(5)硫酸バリウム(和光化学製)
(6)珪酸マグネシウム(キシダ化学製 純度90%)
(1)溶融球状シリカ(S−1) :平均粒径10μm、屈折率1.43、比重2.2
(2)溶融球状シリカ(S−2) :平均粒径55μm、屈折率1.43、比重2.2
(3)溶融球状シリカ(S−3):平均粒径19μm、屈折率1.43、比重2.2
(4)球状クリストバライト:平均粒径48μm、屈折率1.54、比重2.3
(5)球状アルミノシリケート:平均粒径45μm、屈折率1.65、比重2.5
(6)球状アルミナ:平均粒径43μm、屈折率1.76、比重 3.9
(7)酸化ジルコニウム:平均粒径38μm、屈折率2.4、比重 6.5
(8)球状酸化イットリウムY2O3:平均粒径41μm、屈折率1.82、比重:8.6
(9)酸化ランタンLa2O3 :平均粒径40μm、屈折率 1.88、比重:6.5
(D)付加反応触媒
塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液(白金濃度2質量%)
(E)反応抑制剤
下記式で表わされる化合物(EMDC)
リケスターEW 440A(理研ビタミン株式会社製)
(G)接着付与剤
下記式で示す接着付与剤
H−1
表1、2に示す配合(質量部)で、熱硬化性樹脂、白色顔料、無機質充填剤、その他に付加反応触媒、反応抑制材、離型剤、接着付与剤、カップリング剤(KBM403E(信越化学工業社製)、KBM803(信越化学工業社製))等を配合し、二本ロールにて混練し熱硬化性樹脂組成物を得た。尚、実施例1〜12は、無機質充填材として、(C−1)平均粒径が30μm〜100μmであり、かつ、屈折率が前記(A)成分の熱硬化性樹脂の硬化物との屈折率の差が0.05以上である少なくとも1種の無機質充填材、及び、(C―2)平均粒径が30μm未満である少なくとも1種の無機質充填材を含んでいるものである。一方、比較例1〜4は、無機質充填材として、前記(C−1)及び(C−2)のどちらか一方を含んでいるもの、又はどちらをも含んでいないものである。
EMMI規格に準じた金型を使用して、成型温度175℃、成型圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で行った。
JIS−K6911規格に準じた金型を使用して、成型温度175℃、成型圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で成形し、その後150℃で2時間ポストキュアした試験片を室温(25℃)で曲げ強度と曲げ弾性率を測定した。
成型温度175℃、成型圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で、1辺50mm、厚さ0.35mmの正方形の硬化物を作成し、エス・デイ・ジー(株)製X-rite8200を使用して450nmの光反射率を測定した。
光漏れ試験として300ミクロン厚に成形した実施例1〜12、比較例1〜4の熱硬化性樹脂組成物の試験片に450nmの光を照射し、透過する光の量を測定した。比較例1の試験片の光透過率を1.0とした際の各試験片の相対値を表3に示した。実施例1〜12の熱硬化性樹脂組成物を用いて成形されたリフレクターを用いたものは、比較例1〜4で製造したものに比べ光の漏れは非常に少ないことが確認された。
図1(A)に示すように、リードフレーム5として全面銀メッキした銅リードフレームを用い、実施例1〜12で製造した熱硬化性樹脂組成物でマトリックスタイプ凹型リフレクター1を下記の成形条件でトランスファー成形し、マトリックスタイプ凹型リフレクター基板10を作製した(縦50mm横55mmの銅板状に開口部直径3mm、高さ0.3mmの凹部が全部で130個形成された縦40mm横50mmのリフレクター1が成型されたものとなった)。また、比較例1〜4の熱硬化性シリコーン樹脂組成物を用いて、同様の工程をおこなった。
成形条件は下記の通りである。
成形温度:170℃、成形圧力:70Kg/cm2、成形時間:3分
更にポストキュアを170℃で2時間行った。
本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いて得られたリフレクター基板は反りが抑制されていることが判った。
封止工程を終えたマトリックスタイプ凹型リフレクター基板をダイシングすることで個片化し、LED装置を得た。
また、実施例1〜12の組成物で製造したLED装置を25℃、湿度80%の雰囲気中に48時間放置した後、260℃のリフロー炉に3回通した。その後、パッケージ表面や素子表面と封止樹脂との接着不良を調べた。本発明の熱硬化性樹脂組成物(実施例1〜12)で成形したリフレクターを用いたものは全く剥離不良が発生しなかった。
Claims (6)
- (A)シリコーン樹脂、エポキシ・シリコーンハイブリッド樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、及びトリアジン誘導体エポキシ樹脂のいずれかである熱硬化性樹脂 100質量部
(B)酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種の白色顔料 3〜200質量部
(C)少なくとも下記(C−1)成分及び下記(C−2)成分を含む前記(B)成分を除く無機質充填材 200〜1300質量部
(C−1)平均粒径が30μm〜100μmであり、かつ、屈折率が前記(A)成分の熱硬化性樹脂の硬化物との屈折率の差が0.05以上である少なくとも1種の無機質充填材 100〜1000質量部
(C―2)平均粒径が30μm未満であり、前記(C−1)成分以外の少なくとも1種の無機質充填材 100〜800質量部
を含有することを特徴とするLEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物。 - 前記(C−1)成分の無機質充填材が、クリストバライト、アルミノシリケート、アルミナ、及び希土類の酸化物のいずれか1以上であることを特徴とする請求項1に記載のLEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物。
- 前記(C)成分である(C−1)成分及び(C−2)成分のうち少なくとも一方は、球状であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のLEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物。
- 前記LEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物は、縮合反応又はヒドロシリル化反応によって硬化するものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のLEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のLEDのリフレクター用熱硬化性樹脂組成物で成形したものであることを特徴とするLED用リフレクター。
- 請求項5に記載のLED用リフレクターを使用したものであることを特徴とする光半導体装置。
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