TWI631185B - 可硬化性聚矽氧組合物、其硬化製品及光半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種可硬化性聚矽氧組合物，其包含：(A)在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷；(B)由以下平均單元式表示之有機聚矽氧烷：(R1SiO3/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
其中，R1各自獨立地表示具有1至12個碳之烷基、具有2至12個碳之烯基、具有6至20個碳之芳基、具有7至20個碳之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子取代之基團，其限制條件為一個分子中之至少兩個R1為烯基，X為氫原子或烷基，a為0至0.3之數值，b為0或正數，c為正數，d為正數，e為0至0.4之數值，a+b+c+d=1，c/d為0至10之數值，且b/d為0至0.5之數值；(C)在一個分子中具有至少兩個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷；(D)含鈰之有機聚矽氧烷；及(E)矽氫化反應催化劑。該可硬化性聚矽氧組合物不因熱老化而產生裂縫且可形成具有極少變黃之硬化製品。
Description
本發明係關於一種可硬化性聚矽氧組合物、其硬化製品及使用該組合物製造之光半導體裝置。
響應矽氫化反應而硬化之可硬化性聚矽氧組合物被用於各種應用，因為該等組合物形成具有優良類橡膠特性(諸如硬度及伸長率)之硬化製品。已知組合物之實例包括包含以下之可硬化性聚矽氧組合物：在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷；由SiO4/2單元、ViR2SiO1/2單元及R3SiO1/2單元(其中，Vi為乙烯基，且R為不含不飽和脂族鍵之經取代或未經取代之單價烴基)組成之有機聚矽氧烷；在一個分子中具有至少一個矽鍵結烷氧基及至少兩個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷；及鉑金屬型催化劑(參見專利文獻1)；及包含以下之可硬化性聚矽氧組合物：在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷；由SiO4/2單元與R'(CH3)2SiO1/2單元(其中，R'為烯基或甲基)組成且在一個分子中具有至少三個烯基之有機聚矽氧烷；由SiO4/2單元與R"(CH3)2SiO1/2單元(其中，R"為氫原子或甲基)組成且在一個分子中具有至少三個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷；及鉑金屬化合物(參見專利文獻2及3)。
此種可硬化性聚矽氧組合物形成透明硬化製品而不產生副產
物，且因此適合作為光半導體裝置之密封劑。然而，在200℃或200℃以上之環境中長時間使用時，硬化製品中形成裂縫，此導致與基板之黏著性降低、密封效能降低及透明度降低之問題。
另一方面，添加含鈰有機聚矽氧烷係一種熟知之改良可硬化性聚矽氧組合物之耐熱性的方法(例如，參見專利文獻4及5)。然而，由於含鈰有機聚矽氧烷發黃色，故其並未用於供需要透明度之光半導體裝置用之可硬化性聚矽氧組合物中。
專利文獻1：日本未審查專利申請案公開案第H10-231428號
專利文獻2：日本未審查專利申請案公開案第2006-335857號
專利文獻3：WO2008/047892小冊子
專利文獻4：日本未審查專利申請案公開案第S49-083744號
專利文獻5：日本未審查專利申請案公開案第S51-041046號
本發明之一目的係提供一種不因熱老化而產生裂縫且可形成具有極少變黃之硬化製品的可硬化性聚矽氧組合物。本發明之另一目的係提供一種不因熱老化而產生裂縫且具有極少變黃之硬化製品，且提供一種具有優良可靠性之光半導體裝置。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物包含：(A)在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷；(B)由以下平均單元式表示之有機聚矽氧烷：(R1SiO3/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
其中，R1各自獨立地表示具有1至12個碳原子之烷基、具有2至12
個碳原子之烯基、具有6至20個碳原子之芳基、具有7至20個碳原子之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子取代之基團，其限制條件為一個分子中之至少兩個R1為烯基，X為氫原子或烷基，a為0至0.3之數值，b為0或正數，c為正數，d為正數，e為0至0.4之數值，a+b+c+d=1，c/d為0至10之數值，且b/d為0至0.5之數值，其量使得組分(A)與組分(B)之質量比為1/99至99/1；(C)在一個分子中具有至少兩個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷，其量使得組分(C)中矽鍵結氫原子之量為每1莫耳的組分(A)與(B)中之總烯基0.1至10莫耳；(D)含鈰之有機聚矽氧烷，其量使得組分(D)中鈰原子之量相對於組合物之總質量以質量單位計為20至2,000ppm；及(E)催化量之矽氫化反應催化劑。
較佳地，組分(B)中所有R1之0.1至40mol%為具有2至12個碳原子之烯基，且所有R1之至少10mol%為具有1至12個碳原子之烷基。
此外，組分(B)較佳為包含以下之有機聚矽氧烷：R1(CH3)2SiO1/2單元(其中，R1為具有1至12個碳原子之烷基、具有2至12個碳原子之烯基、具有6至20個碳原子之芳基、具有7至20個碳原子之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子置換之基團，其限制條件為一個分子中之至少兩個R1為烯基)及SiO4/2單元。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物可另外包含(F)每100質量份的組分(A)至(D)之總質量等於0.01至3質量份之量的矽氫化反應抑制劑。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物可另外包含(G)每100質量份的組分(A)至(D)之總質量等於0.1至3質量份之量的黏著促進劑。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物可另外包含(H)相對於組合物之總質量等於0.1至70質量%之量的磷光體。
此外，本發明之可硬化性聚矽氧組合物可形成在450nm下具有
至少90%之透光率的硬化製品。
此外，本發明之可硬化性聚矽氧組合物可形成在240℃下加熱500小時之前或之後，在JIS Z8730規定之CIE L*a*b*色彩系統中具有不大於2.0之b*值的硬化製品。
本發明之硬化製品係藉由使可硬化性聚矽氧組合物硬化來形成。此外，硬化製品可為透鏡、光管、光導或遠端磷光體組件之形式。
此外，本發明之光半導體裝置係藉由以可硬化性聚矽氧組合物密封、覆蓋或黏附半導體裝置中之光半導體元件來形成。
光半導體元件可為發光二極體。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物不因熱老化而產生裂縫且可形成具有極少變黃之硬化製品。另外，本發明之硬化製品不因熱老化而產生裂縫且可具有極少變黃。本發明之硬化製品具有抗焰性增加之意外益處。此外，本發明之光半導體裝置展現優良之可靠性。
1‧‧‧光半導體元件
2‧‧‧引線框
3‧‧‧引線框
4‧‧‧接線
5‧‧‧反光材料
6‧‧‧不含磷光體之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品
7‧‧‧含有磷光體之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品
8‧‧‧基板
圖1係作為本發明之光半導體裝置之實例的LED之橫截面圖。
圖2係作為本發明之光半導體裝置之實例的LED之橫截面圖。
圖3係作為本發明之光半導體裝置之實例的LED之橫截面圖。
圖4係作為本發明之光半導體裝置之實例的LED之橫截面圖。
圖5係使用本發明之含磷光體之硬化製品作為遠端磷光體的LED之橫截面圖。
圖6係使用本發明之含磷光體之硬化製品作為遠端磷光體的照明裝置之橫截面圖。
圖7係使用本發明之含磷光體之硬化製品的LED之橫截面圖。
首先，將詳細描述本發明之可硬化性聚矽氧組合物。
組分(A)係在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷。組分(A)之分子結構係直鏈結構，但只要不損害本發明之目的，分子鏈之一部分可為分支鏈的。
組分(A)中烯基之實例包括具有2至12個碳原子之烯基，諸如乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一碳烯基及十二碳烯基，且乙烯基係較佳的。除組分(A)中之烯基以外，與矽原子鍵結之基團之實例包括具有1至12個碳原子之烷基，諸如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基及十二烷基；具有6至20個碳原子之芳基，諸如苯基、甲苯基、二甲苯基及萘基；具有7至20個碳原子之芳烷基，諸如苯甲基、苯乙基及苯丙基；及該等基團之一些或全部氫原子經諸如氟原子、氯原子或溴原子之鹵素原子取代之基團。組分(A)中之矽原子亦可具有在不損害本發明目的之範圍內之少量羥基或烷氧基，諸如甲氧基及乙氧基。
組分(A)之黏度不受特定限制，但在25℃下較佳在10至100,000mPa．s之範圍內且更佳在50至50,000mPa．s之範圍內。此係因為當組分(A)之黏度大於或等於上述範圍之下限時，所得硬化製品之機械特徵係有利的，且當黏度小於或等於上述範圍之上限時，所得組合物之操作可加工性係有利的。
該組分(A)之實例包括兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩個分子末端經二苯基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二甲基乙烯基矽
烷氧基封端之二甲基矽氧烷-二苯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二苯基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-二苯基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之甲基乙烯基聚矽氧烷、兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之甲基乙烯基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之甲基乙烯基矽氧烷-二苯基矽氧烷共聚物及兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物。
組分(B)為由以下平均單元式表示之有機聚矽氧烷：(R1SiO3/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e。
在該式中，R1各自獨立地表示具有1至12個碳原子之烷基、具有2至12個碳原子之烯基、具有6至20個碳原子之芳基、具有7至20個碳原子之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子取代之基團。用於R1之烷基的實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基及十二烷基。用於R1之烯基的實例包括乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一碳烯基及十二碳烯基。用於R1之芳基的實例包括苯基、甲苯基、二甲苯基及萘基。用於R1之芳烷基的實例包括苯甲基、苯乙基及苯丙基。用於R1之經鹵素取代之基團的實例包括3-氯丙基及3,3,3-三氟丙基。然而，在組分(B)中，一個分子中至少兩個R1為烯基且較佳為乙烯基。較佳一個分子中所有R1之0.1至40mol%為烯基。此係因為當烯基含量大於或等於上述範圍之下限時，與組分(C)之反應性得以
改良，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，與組分(C)之反應性得以改良。在藉由使本發明之組合物硬化而獲得之硬化製品中，由於光折射、反射、反射或其類似現象所致之少量衰減，故一個分子中所有R1之至少10mol%較佳為烷基且尤佳為甲基。
在該式中，X為氫原子或烷基。X之烷基較佳為具有1至3個碳之烷基，且具體實例包括甲基、乙基及丙基。
在該式中，a為0至0.3之數值，b為0或正數，c為正數，d為正數，e為0至0.4之數值，a+b+c+d=1，c/d為0至10之數值，且b/d為0至0.5之數值。
該組分(B)之分子量不受特定限制，但就標準聚苯乙烯而言，質量平均分子量(Mw)較佳在500至100,000之範圍內，且尤佳在1,000至30,000之範圍內。
該組分(B)較佳為包含以下之有機聚矽氧烷：R1(CH3)2SiO1/2單元與SiO4/2單元。組分(B)亦可包含：在不損害本發明目的之範圍內的R1SiO3/2單元或R1(CH3)SiO2/2單元。
在組分(B)中，R1(CH3)2SiO1/2單元與SiO4/2單元之比率不受特定限制，但R1(CH3)2SiO1/2單元與SiO4/2單元之比率較佳在0.5至3之範圍內且甚至更佳在0.8至2之範圍內。此係因為當R1(CH3)2SiO1/2單元與SiO4/2單元之比率大於或等於上述範圍之下限時，所得硬化製品之機械特徵係有利的，且當該比率小於或等於上述範圍之上限時，與組分(A)之相容性得以改良。
組分(B)之含量係使得相對於組分(A)之質量比在1/99至99/1之範圍內且較佳在1/9至9/1之範圍內的量。此係因為當組分(B)之含量大於或等於上述範圍之下限時，所得硬化製品之機械特徵係有利的，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，所得組合物之操作可加工性係有利的。
組分(C)係在一個分子中具有至少兩個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷。組分(C)之分子結構不受特定限制且可為例如直鏈、具有一些分支之直鏈、分支鏈、樹枝狀或環狀的。
除組分(C)中之氫原子以外，與矽原子鍵結之基團之實例包括具有1至12個碳原子之烷基，諸如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基及十二烷基；具有6至20個碳原子之芳基，諸如苯基、甲苯基、二甲苯基及萘基；具有7至20個碳原子之芳烷基，諸如苯甲基、苯乙基及苯丙基；及該等基團之一些或全部氫原子經諸如氟原子、氯原子或溴原子之鹵素原子取代之基團。組分(C)中之矽原子亦可具有在不損害本發明目的之範圍內之少量羥基或烷氧基，諸如甲氧基及乙氧基。
組分(C)之黏度不受特定限制，但在25℃下較佳在1至10,000mPa．s之範圍內，且黏度更佳在5至1,000mPa．s之範圍內。此係因為當組分(C)之黏度大於或等於上述範圍之下限時，所得硬化製品之機械特徵係有利的，且當該黏度小於或等於上述範圍之上限時，所得組合物之操作可加工性係有利的。
該組分(C)之實例包括兩個分子末端經二甲基氫矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩個分子末端經二甲基氫矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、兩個分子末端經二甲基氫矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基氫矽氧烷共聚物、兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之甲基氫聚矽氧烷、兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基氫矽氧烷共聚物、由H(CH3)2SiO1/2單元與SiO4/2單元組成之有機聚矽氧烷及由H(CH3)2SiO1/2單元、(CH3)3SiO1/2單元與SiO4/2單元組成之有機聚矽氧烷。
組分(C)之含量係使得此組分中之矽鍵結氫原子相對於1莫耳的組
分(A)與(B)中之總烯基在0.1至10莫耳範圍內且較佳在0.5至5莫耳範圍內之量。此係因為當組分(C)之含量大於或等於上述範圍之下限時，所得組合物得以充分硬化，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，所得硬化製品之耐熱性得以改良。
組分(D)之含鈰有機聚矽氧烷係用於抑制由本發明之組合物硬化而獲得之硬化製品中由於熱老化而產生裂縫的組分。該組分(D)係例如藉助於與氯化鈰或羧酸之鈰鹽及含矽烷醇之有機聚矽氧烷之鹼金屬鹽反應來製備。
上文所述之羧酸之鈰鹽的實例包括2-乙基己酸鈰、環烷酸鈰、油酸鈰、月桂酸鈰及硬脂酸鈰。
上文所述之含矽烷醇之有機聚矽氧烷之鹼金屬鹽的實例包括兩個分子末端經矽烷醇基封端之二有機聚矽氧烷之鉀鹽、兩個分子末端經矽烷醇基封端之二有機聚矽氧烷之鈉鹽、一個分子末端經矽烷醇基封端且另一分子末端經三有機矽烷氧基封端之二有機聚矽氧烷之鉀鹽，及一個分子末端經矽烷醇基封端且另一分子末端經三有機矽烷氧基封端之二有機聚矽氧烷之鈉鹽。與有機聚矽氧烷中之矽原子鍵結之基團之實例包括具有1至12個碳原子之烷基，諸如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基及十二烷基；具有6至20個碳原子之芳基，諸如苯基、甲苯基、二甲苯基及萘基；具有7至20個碳原子之芳烷基，諸如苯甲基、苯乙基及苯丙基；及該等基團之一些或全部氫原子經諸如氟原子、氯原子或溴原子之鹵素原子取代之基團。
上述反應係在室溫下進行或藉由在諸如甲醇、乙醇、異丙醇或丁醇之醇；諸如甲苯或二甲苯之芳族烴；諸如己烷或庚烷之脂族烴；及諸如礦油精、輕汽油(ligroin)或石油醚之有機溶劑中加熱來進行。
必要時，較佳自所得反應產物蒸餾出有機溶劑或低沸點組分或過濾任何沈降物。為加速此反應，可添加二烷基甲醯胺、六烷基磷醯胺或其類似物。以此方式製備之含鈰有機聚矽氧烷中鈰原子之含量較佳在以質量計0.1至5%之範圍內。
本發明組合物中組分(D)之含量為使得鈰原子以質量單位計在20至2,000ppm之範圍內、較佳在20至1,500ppm之範圍內、更佳在20至1,000ppm之範圍內、甚至更佳在20至500ppm之範圍內且尤佳在20至200ppm之範圍內的量。此係因為當組分(D)之含量大於或等於上述範圍之下限時，所得組合物之耐熱性可得以改良，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，可減小在用於光半導體裝置中時之發光色度變化。
組分(E)係用於加速本發明組合物之矽氫化反應的矽氫化反應催化劑。該組分(E)較佳為鉑元素催化劑或鉑元素化合物催化劑，且實例包括鉑基催化劑、銠基催化劑及鈀基催化劑。鉑基催化劑因可使矽氫化反應顯著加速而尤佳。該等鉑基催化劑之實例包括鉑細粉、鉑黑、氯鉑酸、氯鉑酸之醇改質產物、氯鉑酸與二烯烴之錯合物、鉑-烯烴錯合物、鉑-羰基錯合物(諸如雙-(乙醯乙酸)鉑及雙-(乙醯基丙酮酸)鉑)、氯鉑酸-烯基矽氧烷錯合物(諸如氯鉑酸-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物及氯鉑酸-四乙烯基四甲基環四矽氧烷錯合物)、鉑-烯基矽氧烷錯合物(諸如鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物及鉑-四乙烯基四甲基環四矽氧烷錯合物)及氯鉑酸與乙炔醇之錯合物。鉑-烯基矽氧烷錯合物因其加速矽氫化反應之優良作用而尤佳。可單獨使用該等矽氫化反應催化劑中之一種類型，或可組合使用兩種或兩種以上類型。
用於鉑-烯基矽氧烷錯合物中之烯基矽氧烷不受特定限制，且實例包括1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷、烯基矽氧烷寡聚物(其中該等烯基矽氧烷之一
些甲基經乙基、苯基或其類似基團取代)及烯基矽氧烷寡聚物(其中該等烯基矽氧烷之乙烯基經烯丙基、己烯基或其類似基團取代)。特定而言，1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷因所產生之鉑-烯基矽氧烷錯合物之有利穩定性而為較佳的。
為改良鉑-烯基矽氧烷錯合物之穩定性，較佳將該等鉑-烯基矽氧烷錯合物溶解於以下中：烯基矽氧烷寡聚物，諸如1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3-二烯丙基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3-二乙烯基-1,3-二甲基-1,3-二苯基二矽氧烷、1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四苯基二矽氧烷或1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷；或有機矽氧烷寡聚物，諸如二甲基矽氧烷寡聚物，且尤佳將該等錯合物溶解於烯基矽氧烷寡聚物中。
組分(E)之含量係一種催化量。具體而言，該含量較佳係使得組分(E)中之催化劑金屬原子相對於本發明組合物以質量單位計在0.01至500ppm之範圍內、更佳在0.01至100ppm之範圍內且尤佳在0.1至50ppm之範圍內之量。此係因為當組分(E)之含量在上述範圍內時，可抑制硬化製品變色。此亦係因為當組分(E)之含量大於或等於上述範圍之下限時，所得組合物可得以充分硬化，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，可抑制所得硬化製品變色。
本發明之組合物亦可包含(F)矽氫化反應抑制劑作為可選組分用以延長在室溫下之可用時間且改良儲存穩定性。該組分(F)之實例包括炔醇，諸如1-乙炔基環己-1-醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇及2-苯基-3-丁炔-2-醇；烯-炔化合物，諸如3-甲基-3-戊烯-1-炔及3,5-二甲基-3-己烯-1-炔；甲基烯基矽氧烷寡聚物，諸如1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷及1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基環四矽氧烷；炔氧基矽烷，諸如二甲基雙-(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)矽烷及甲基乙烯基雙-(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)矽烷，及異氰尿酸三烯
丙酯化合物。
組分(F)之含量不受特定限制，但為足以在將組分(A)至(D)混合時抑制膠凝或抑制硬化之量且為足以使得能長期儲存之量。特定而言，組分(F)之含量較佳在每100質量份的組分(A)至(D)之總質量0.0001至5質量份之範圍內，且更佳在0.01至3質量份之範圍內。此係因為當組分(F)之含量大於或等於上述範圍之下限時，可確保足夠之適用期，且當此含量小於或等於上述範圍之上限時，可藉由加熱達成光滑硬化。
另外，本發明之組合物亦可包含(G)黏著促進劑以進一步改良與組合物在硬化期間接觸之基板之黏著性。該組分(G)較佳為在一個分子中具有1或2個或2個以上矽鍵結烷氧基之有機矽化合物。烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基及甲氧基乙氧基，且甲氧基或乙氧基尤佳。除烷氧基以外，與此有機矽化合物之矽原子鍵結之基團的實例包括經取代或未經取代之單價烴基，諸如烷基、烯基、芳基、芳烷基及鹵化烷基；含環氧基之單價有機基團，諸如縮水甘油氧基烷基(諸如3-縮水甘油氧基丙基、4-縮水甘油氧基丁基及其類似基團)、環氧基環己基烷基(諸如2-(3,4-環氧基環己基)乙基、3-(3,4-環氧基環己基)丙基及其類似基團)及環氧乙烷基烷基(諸如4-環氧乙烷基丁基、8-環氧乙烷基辛基及其類似基團)；含丙烯酸系基團之單價有機基團，諸如3-甲基丙烯醯氧基丙基；異氰酸酯基；異氰尿酸酯基；及氫原子。有機矽化合物較佳具有可與本發明組合物中之脂族不飽和烴基或矽鍵結氫原子反應之基團。特定而言，有機矽化合物較佳具有矽鍵結之脂族不飽和烴基或矽鍵結氫原子。
組分(G)之含量不受特定限制，但較佳在每100質量份的組分(A)至(D)之總質量0.01至10質量份之範圍內，且更佳在0.1至3質量份之範圍內。此係因為當組分(G)之含量大於或等於上述範圍之下限時，黏
著性係有利的，且當該含量小於或等於上述範圍之上限時，儲存穩定性係有利的。
本發明之組合物亦可包含(H)磷光體作為另一可選組分。該組分(H)之實例包括由氧化物磷光體、氮氧化物磷光體、氮化物磷光體、硫化物磷光體、氧硫化物磷光體或其類似物組成之黃色、紅色、綠色及藍色發光磷光體，其廣泛用於例如發光二極體(light-emitting diode，LED)中。氧化物磷光體之實例包括含有鈰離子之釔、鋁及石榴石型YAG綠至黃色發光磷光體；含有鈰離子之鋱、鋁及石榴石型TAG黃色發光磷光體；及含有鈰或銪離子之矽酸鹽綠至黃色發光磷光體。氮氧化物磷光體之實例包括含有銪離子之矽、鋁、氧及氮型塞隆(sialon)紅至綠色發光磷光體。氮化物磷光體之實例包括含有銪離子之鈣、鍶、鋁、矽及氮型對等(cousin)紅色發光磷光體。硫化物磷光體之實例包括含有銅離子或鋁離子之ZnS綠色發光磷光體。氧硫化物磷光體之實例包括含有銪離子之Y2O2S紅色發光磷光體。可使用該等磷光體中之一種類型，或者兩種或兩種以上類型之混合物。
組分(H)之粒徑不受特定限制，但較佳在1至50μm之範圍內且更佳在5至20μm之範圍內。此係因為當組分(H)之粒徑大於或等於上述範圍之下限時，可抑制在混合時之黏度增加，且當該粒徑小於或等於上述範圍之上限時，透光率係有利的。
組分(H)之含量不受特定限制，但相對於本發明組合物之總質量，在0.1至70質量%之範圍內。就操作可加工性而言，該含量較佳不大於70質量%，且在考慮到白色光轉換時較佳為至少5質量%。
本發明之組合物亦可包含選自二氧化矽、玻璃、氧化鋁及其類似物之1種或2種或2種以上類型之無機填充劑；聚矽氧橡膠粉末；樹脂粉末，諸如聚矽氧樹脂及聚甲基丙烯酸酯樹脂；及選自耐熱劑、染料、顏料、阻燃劑、溶劑及其類似物之1種或2種或2種以上類型之組
分作為其他可選組分，只要不損害本發明之目的即可。
儘管本發明之組合物在室溫下靜置時或在加熱時仍繼續硬化，但較佳加熱組合物以使該組合物快速硬化。加熱溫度較佳在50至200℃之範圍內。
本發明之組合物較佳形成一種在硬化時具有如JIS K 6253規定之30至99且尤佳35至95之A型硬度計硬度的硬化製品。此係因為當可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品之硬度大於或等於上述範圍之下限時，組合物具有足夠之強度且具足夠保護性，且當硬度小於或等於上述範圍之上限時，硬化製品具可撓性且足夠耐用。
另外，本發明之組合物較佳形成一種在硬化時在450nm下具有至少90%之透光率之硬化製品。此透光率例如可藉由在0.1cm之光徑長度及450nm之波長下用分光光度計量測硬化製品之透光率(25℃)來發現。
本發明之組合物較佳形成一種在240℃下加熱500小時之前或之後在JIS Z8730規定之CIE L*a*b*色彩系統中具有不大於2.0且尤佳不大於1.0之b*值的硬化製品。本發明組合物之硬化製品在JIS Z8730規定之CIE L*a*b*色彩系統中之b*值例如可使用色度計來量測。
接著將詳細描述本發明之硬化製品。
本發明之硬化製品係藉由使上文所述之可硬化性聚矽氧組合物硬化來形成。本發明之硬化製品較佳具有如上文所述之特徵。本發明之硬化製品可為薄片狀或膜狀硬化製品或覆蓋透明基板(諸如玻璃基板)之硬化製品。此外，本發明之硬化製品可為透鏡、光管、光導或遠端磷光體組件之形式。形成硬化製品之方法包括壓縮模製、轉移模製、射出模製及沈積至透明基板上。上文所述之可硬化性聚矽氧組合物可使用諸如靜態混合器或螺旋式混合器之混合裝置來混合，且隨後
注入模製裝置中且經模製。模製條件不受特定限制，但可硬化性聚矽氧組合物可在50℃至200℃下且較佳在70℃至180℃之溫度下硬化30秒至30分鐘，且較佳硬化1至10分鐘。後硬化(二次硬化)亦可在50℃至200℃下且較佳在70℃至180℃下進行約0.1至10小時，且較佳進行約1至4小時。
當本發明之硬化製品含有磷光體時，該硬化製品可用作LED或照明裝置中之遠端磷光體或磷光體薄片。遠端磷光體係含有用於在與LED晶片或LED裝置相距一定距離處自LED晶片發射之藍光獲得白色或燈泡色彩之磷光體的硬化製品。遠端磷光體係用於擴散自LED晶片發射之具有高度方向性之光。圖5中說明一種LED之橫截面圖，在該LED中使用了含有磷光體之本發明硬化製品作為遠端磷光體。在圖5中所說明之LED中，光半導體元件1經晶粒接合至引線框2，且光半導體元件1與引線框3經接線4進行線接合。此光半導體元件1可由上文所述之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品6來密封。在光半導體元件1之外圍上形成反光材料5，且在具有反光材料5之半導體元件1之頂部上以一定間距提供含有磷光體之上文所述可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品7作為遠端磷光體。
此外，圖6中說明一種照明裝置之橫截面圖，在該照明裝置中使用了含有磷光體之本發明之硬化製品作為遠端磷光體。在圖6所說明之照明裝置中，光半導體元件1經晶粒接合至基板8且與基板上之電路(未圖示)電連接。此光半導體元件1可由上文所述之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品6來密封。在具有複數個該等光半導體元件1之基板8之外圍上形成反光材料5，且在具有反光材料5之半導體元件1之頂部上以一定間距提供含有磷光體之上文所述可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品7作為遠端磷光體。基板8之實例包括具有高電導率之金屬，諸如銀、金及銅；具有低電導率之金屬，諸如鋁及鎳；混合有白色顏料
之熱塑性樹脂，諸如PPA及LCP；含有白色顏料之熱固性樹脂，諸如環氧樹脂、BT樹脂、聚醯亞胺樹脂及聚矽氧樹脂；及陶瓷，諸如氧化鋁及氮化鋁。
當本發明之硬化製品不含磷光體時，該硬化製品可用作透鏡材料。
現將詳細描述本發明之光半導體裝置。
本發明之光半導體裝置之特徵在於，光半導體元件經上文所述之組合物密封、覆蓋或黏附。光半導體元件之具體實例包括發光二極體(LED)、半導體雷射、光電二極體、光電晶體、固態影像感應裝置及用於光耦合器之光發射器與接收器，且光半導體元件較佳為發光二極體(LED)。
由於光發射係自發光二極體(LED)中之半導體之頂部、底部、左側及右側發生，故對於構成發光二極體(LED)之部件而言，吸收光線並非較佳，而具有高透光率或高反射率之材料係較佳的。因此，上面安裝有光半導體元件之基板亦較佳為具有高透光率或高反射率之材料。上面安裝有光半導體元件之基板之實例包括具有高電導率之金屬，諸如銀、金及銅；具有低電導率之金屬，諸如鋁及鎳；混合有白色顏料之熱塑性樹脂，諸如PPA及LCP；含有白色顏料之熱固性樹脂，諸如環氧樹脂、BT樹脂、聚醯亞胺樹脂及聚矽氧樹脂；及陶瓷，諸如氧化鋁及氮化鋁。可硬化性聚矽氧組合物相對於光半導體元件及基板具有有利之抗熱震性，且所得光半導體裝置可展現良好之可靠性。
圖1至4中說明了用作本發明之光半導體裝置之實例的表面安裝之LED之橫截面圖。在圖1所說明之LED中，光半導體元件1經晶粒接合至引線框2，且此光半導體元件1與引線框3經接線4進行線接合。在
此光半導體元件1之外圍上形成反光材料5，且在反光材料5內部之光半導體元件1係由上文所述之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品6密封。
在圖2所說明之LED中，光半導體元件1係由含有磷光體之上文所述可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品7密封。在圖3所說明之LED中，光半導體元件1係由含有磷光體之上文所述可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品7密封，且硬化製品7之表面進一步由上文所述之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品6密封。在圖4所說明之LED中，光半導體元件1係由上文所述之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品6密封，且硬化製品6之表面進一步由含有磷光體之上文所述可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品7密封。
圖1中所說明之一種製造表面安裝之LED之方法的實例係將光半導體元件1晶粒接合至引線框2，以由金製得之接線4將光半導體元件1與引線框3進行線接合，藉由轉移模製或壓縮模製來對可硬化性聚矽氧組合物進行模製且隨後在光半導體元件1之外圍上形成反光材料5之方法。另一實例係首先形成反光材料5且隨後在反光材料5內部上以上文所述之可硬化性聚矽氧組合物對光半導體元件1進行樹脂密封之方法。
圖7中說明了使用磷光體之LED之又一實例，其中含有磷光體之硬化製品7填充光半導體元件1周圍之體積且置於兩種白色反光材料5之間。
下文將使用實踐性實例及比較性實例來詳細描述本發明之可硬化性聚矽氧組合物、硬化製品及光半導體裝置。如下量測可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品之特徵。
在將可硬化性聚矽氧組合物在150℃下按壓模製10分鐘之後，將組合物在150℃下後硬化3小時以製備具有2mm厚度之薄片狀硬化製品。以如JIS K 6253規定之A型硬度計來量測三層該等薄片狀硬化製品之硬度。在使以與上述相同之方式製備之薄片狀硬化製品在240℃烘箱中熱老化500小時之後，以與上述相同之方式量測硬度。
在量測含有純化水之拋棄式液體電池之透射率且定義為100%透射率之後，將切割成短條的厚度為2mm之薄片狀硬化製品置於液體電池中，且量測透射率(%)。使用Konica Minolta色度計CM-5進行量測，且以光電色度計量測以D65參考光照射時在450nm下之透射率及在JIS Z8730規定之CIE L*a*b*色彩系統中之b*值。另外，在使以與上述相同之方式製備之薄片狀硬化製品在240℃烘箱中熱老化500小時之後，以與上述相同之方式量測透射率(%)及CIE L*a*b*色彩系統中之b*值。
使用具有450nm峰值之藍色LED作為泵源，以分光光度計量測具有圖7中所示形狀之硬化製品在1976 CIE u' v'色彩空間中之u'與v'值。此形狀在美國專利申請公開案第2011/0215707 A1號(圖1及2)中更詳細描述，該案以引用方式併入本文中。另外，在使硬化部件於200℃烘箱中熱老化18小時之後，以與上述相同之方式量測CIE u' v'色彩空間中之u'與v'之值。總計量測20個部件(十個係根據實踐性實例12製備，且十個對照係根據比較性實例5製備)。根據下式計算每一部件隨時間之色移：△u'v'=[(u'-u'0)2+(v'-v'0)2]1/2，其中u'0與v'0對應地為u'與v'之初始值。
平均結果展示於表3中且表明根據本發明製得之樣品在熱處理後
之平均色彩變化減小。其亦指示實踐性實例之光通量維持與比較性實例相比有所改良。
製備具有2mm厚度之薄片狀硬化製品，且以JIS No.3之形式將其壓印出來。使用由Shimadzu公司製得之自動繪圖儀(autograph)量測斷裂伸長率(%)。另外，在使以與上述相同之方式製備之薄片狀硬化製品在240℃烘箱中熱老化500小時之後，以與上述相同之方式量測伸長率(%)。
將未硬化之聚矽氧組合物滴加至尺寸為8mm φ之漂浮玻璃上，且在組合物頂部上置放一個10mm之正方形鋁塊。使其在150℃下硬化1小時，同時施加恆定壓力以製備黏著性測試樣品。在室溫下冷卻之後，使用由Seishin製造之SS-30WD黏結強度測試器量測在自橫向方向施加剪切力時之黏著強度(N/cm2)。另外，在使以與上述相同之方式製備之黏著性測試樣品在240℃烘箱中熱老化500小時之後，以與上述相同之方式量測黏著強度(N/cm2)。
使用由Toyo Seiki Seisaku-Sho,Ltd.製造之D-H100自動密度計量測厚度為2mm之硬化製品之質量及密度，且由該等資料計算體積。接著，在使此硬化製品在240℃烘箱中熱老化500小時之後，以與上述相同之方式量測體積，且表示為在耐熱性測試之後相對於初始體積之體積變化率(%)。
根據Underwater之實驗室公報94的標題為「Test for Flammability of Plastic Materials,UL94」之程序進行可燃性測試，此公報以引用的方式併入本文中。對於實踐性實例13至15及比較性實例6，根據關於
材料分類94HB(Classifying Materials 94HB)之水平燃燒測試(Horizontal Burining Test)獲得每組15個樣品(根據測試規定之樣品尺寸)之水平燃燒速率(mm/min.)。計算各硬化製品之平均燃燒速率且列於表4中。
添加矽醇鈰化合物以獲得表2中所示之混配量。在具有鍍銀引線框之由聚鄰苯二甲醯胺製得之容器外罩材料上對具有470nm之主要發光中心峰值之發光晶片安裝一個晶粒連接材料。將實踐性實例8及比較性實例3中製備之可硬化性聚矽氧組合物作為密封劑注射至LED裝置之容器中，將引線電極及發光晶片經金線連接至LED裝置，且藉由在150℃下加熱4小時將其硬化以製備光半導體裝置。藉由在溫度為85℃之條件下對此光半導體裝置施加700mA以使LED裝置發光，且量測初始輻射通量(mW)及在發光300小時後之輻射通量(mW)。
根據表1及2中所示之組成(質量份)均勻混合以下組分以製備實踐性實例1至11及比較性實例1至4之可硬化性聚矽氧組合物。在表1及2中，SiH/Vi指示在可硬化性聚矽氧組合物中相對於1莫耳的組分(A)與(B)中之總乙烯基，組分(C)中矽鍵結氫原子之總莫耳數。
使用以下組分作為組分(A)。黏度係25℃下之值且使用B型黏度計根據JIS K7117-1來量測。
組分(A-1)：兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷，其具有360mPa．s之黏度(乙烯基含量=0.44質量%)
組分(A-2)：兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷，其具有11,000mPa．s之黏度(乙烯基含量=0.14質量%)
組分(A-3)：兩個分子末端經二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷，其具有40,000mPa．s之黏度(乙烯基含量=0.08質量%)
使用以下組分作為組分(B)。重量平均分子量係表示為使用凝膠滲透層析量測之關於標準聚苯乙烯之分子量。
組分(B-1)：由以下平均單元式表示且具有約20,000之重量平均分子量之有機聚矽氧烷(乙烯基含量：3.2質量%)：[(CH3)2CH2=CHSiO1/2]0.05[(CH3)3SiO1/2]0.47(SiO4/2)0.48
組分(B-2)：由以下平均單元式表示且具有約5,500之重量平均分子量之有機聚矽氧烷(乙烯基含量：3.4質量%)：[(CH3)2CH2=CHSiO1/2]0.13[(CH3)3SiO1/2]0.45(SiO4/2)0.42
組分(B-3)：由以下平均單元式表示且具有約20,000之重量平均分子量之有機聚矽氧烷(乙烯基含量：4.2質量%)：[(CH3)2CH2=CHSiO1/2]0.15[(CH3)3SiO1/2]0.38(SiO4/2)0.47
使用以下組分作為組分(C)。黏度係25℃下之值且使用Ubbelohde黏度計根據JIS Z8803來量測。
組分(C-1)：由以下平均單元式表示且具有18mm2/s之動力黏度之有機聚矽氧烷(矽鍵結氫原子之含量：約0.97質量%)：[H(CH3)2SiO1/2]0.68(SiO4/2)0.32
組分(C-2)：兩個分子末端經三甲基矽烷氧基封端的具有5mm2/s之動力黏度之甲基氫聚矽氧烷(矽鍵結氫原子之含量：約1.4質量%)
使用以下組分作為組分(D)。
組分(D-1)：二甲基聚矽氧烷，其鈰含量為1.4質量%
使用以下組分作為組分(E)。
組分(E-1)：鉑-1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物之1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷溶液(鉑金屬含量：約6,800ppm)
組分(E-2)：鉑-1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物於二甲基乙烯基矽烷氧基封端之二甲基聚矽氧烷中的8質量%之1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷溶液(鉑金屬含量：約5,200ppm)
使用以下組分作為組分(F)。
組分(F-1)：1-乙炔基環己-1-醇
組分(F-2)：3,5-二甲基-1-己炔-3-醇
使用以下組分作為組分(G)。
組分(G-1)：3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷
使用以下組分作為組分(H)。
組分(H-1)：中值粒徑為9μm之YAG磷光體(產品名稱：由Phosphor Tech Co.製造之BYW01A)
組分(H-2)：中值粒徑為11μm之YAG磷光體(產品名稱：由Intematix Co.製造之NYAG-4156L)
組分(H-3)：中值粒徑為17μm之紅色氮化物磷光體(產品名稱：由Intematix Co.製造之ER-6535)
如由表1及2之結果可見，實踐性實例1至11之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品不因熱老化而產生裂縫。此外，實踐性實例10與11之可硬化性聚矽氧組合物之硬化製品在LED裝置上進行可靠性測試300小時之後展現優良發光。
根據表3及4中所示之組成(質量份)均勻混合以上組分以製備實踐性實例12至15及比較性實例5與6之可硬化性聚矽氧組合物。在表3及4中，SiH/Vi指示在可硬化性聚矽氧組合物中相對於1莫耳的組分(A)與(B)中之總乙烯基，組分(C)中矽鍵結氫原子之總莫耳數。
本發明之可硬化性聚矽氧組合物不因熱老化而產生裂縫且可形成具有極少變黃之硬化製品。因此，可硬化性聚矽氧組合物適合作為光半導體裝置之光半導體元件的密封劑、塗料或黏著劑。此外，該可硬化性聚矽氧組合物適合作為用以製造透鏡、光管、光導或遠端磷光體組件之材料。
Claims (12)
- 一種可硬化性聚矽氧組合物，其包含：(A)在一個分子中具有至少兩個烯基之直鏈有機聚矽氧烷；(B)由以下平均單元式表示之有機聚矽氧烷：(R1SiO3/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e其中，R1各自獨立地表示具有1至12個碳原子之烷基、具有2至12個碳原子之烯基、具有6至20個碳原子之芳基、具有7至20個碳原子之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子取代之基團，其限制條件為一個分子中之至少兩個R1為烯基，X為氫原子或烷基，a為0至0.3之數值，b為0或正數，c為正數，d為正數，e為0至0.4之數值，a+b+c+d=1，c/d為0至10之數值，且b/d為0至0.5之數值；其量使得組分(A)與組分(B)之質量比為1/99至99/1；(C)在一個分子中具有至少兩個矽鍵結氫原子之有機聚矽氧烷，其量使得該組分中矽鍵結氫原子之量為每1莫耳的組分(A)與(B)中之總烯基0.1至10莫耳；(D)含鈰之有機聚矽氧烷，其量使得組分(D)中之鈰原子之量相對於該組合物之總質量以質量單位計為25至67ppm；及(E)催化量之矽氫化反應催化劑。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其中，在組分(B)中，所有R1之0.1至40mol%為具有2至12個碳原子之烯基，且所有R1之至少10mol%為具有1至12個碳原子之烷基。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其中組分(B)為包含以下之有機聚矽氧烷：R1(CH3)2SiO1/2單元(其中，R1為具有1至12個碳原子之烷基、具有2至12個碳原子之烯基、具有6至20個碳原子之芳基、具有7至20個碳原子之芳烷基或該等基團之一些或全部氫原子經鹵素原子置換之基團，其限制條件為一個分子中之至少兩個R1為烯基)，及SiO4/2單元。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其另外包含(F)每100質量份的組分(A)至(D)之總質量等於0.01至3質量份之量的矽氫化反應抑制劑。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其另外包含(G)每100質量份的組分(A)至(D)之總質量等於0.1至3質量份之量的黏著促進劑。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其另外包含(H)相對於該組合物之總質量等於0.1至70質量%之量的磷光體。
- 如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物，其係用於密封、覆蓋或黏附光半導體裝置中之光半導體元件。
- 一種硬化製品，其係藉由使如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物硬化來獲得。
- 如請求項8之硬化製品，其中該硬化製品係呈透鏡、光管、光導或遠端磷光體組件之形式。
- 一種光半導體裝置，其係藉由以如請求項1之可硬化性聚矽氧組合物密封、覆蓋或黏附該半導體裝置中之光半導體元件來形成。
- 如請求項10之光半導體裝置，其中該光半導體裝置為發光二極體。
- 如請求項10之光半導體裝置，其中該可硬化性聚矽氧組合物含有至少一種磷光體。
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