JP2014037528A - 光反射性異方性導電接着剤及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を配線板に異方性導電接続するために使用する光反射性異方性導電接着剤、その接着剤を用いて発光素子を配線板に実装してなる発光装置に関する。
発光ダイオード(LED)素子を使用した発光装置が広く使用されており、旧タイプの発光装置の構造は、図3に示すように、基板31上にダイボンド接着剤32でLED素子33を接合し、その上面のp電極34とn電極35とを、基板31の接続端子36に金ワイヤ37でワイヤボンディングし、LED素子33全体を透明モールド樹脂38で封止したものとなっている。ところが、図3の発光装置の場合、LED素子33が発する光のうち、上面側に出射する400〜500nmの波長の光を金ワイヤ37が吸収し、また、下面側に出射した光の一部がダイボンド接着剤32により吸収されてしまい、LED素子33の発光効率が低下するという問題がある。
このため、LED素子の光反射に関する発光効率の向上という観点から、図4に示すように、LED素子33をフリップチップ実装することが提案されている(特許文献1)。このフリップチップ実装技術においては、p電極34とn電極35とにバンプ39がそれぞれ形成されており、更に、LED素子33のバンプ形成面には、p電極34とn電極35と絶縁されるように光反射層40が設けられている。そして、LED素子33と基板31とは、異方性導電ペースト41や異方性導電フィルム(図示せず)を用い、それらを硬化させて接続固定される。このため、図4の発光装置においては、LED素子33の上方へ出射した光は金ワイヤで吸収されず、下方へ出射した光の殆どは光反射層40で反射して上方に出射するので、発光効率(光取り出し効率)が低下しない。
また、LED素子の光反射に関する発光効率の向上という観点とは別に、LED素子の実装に用いた異方性導電ペーストや異方性導電フィルム中の絶縁性樹脂成分の熱や光による変色に伴ってLED素子の出射光が色変化してしまうことを防止するという観点から、耐熱性、耐光性に優れた2液硬化型メチルシリコーン樹脂や2液硬化型フェニルシリコーン樹脂を異方性導電ペーストや異方性導電フィルム中の絶縁性樹脂成分に採用することが試みられている。
しかしながら、特許文献1の技術ではLED素子33に光反射層40を、p電極34とn電極35と絶縁するように金属蒸着法などにより設けなければならず、製造上、コストアップが避けられないという問題があり、他方、光反射層40を設けない場合には、硬化した異方性導電ペーストや異方性導電フィルム中の金、ニッケルあるいは銅で被覆された導電粒子の表面は茶色乃至は暗茶色を呈し、また、導電粒子を分散させているエポキシ樹脂バインダー自体も、その硬化のために常用されるイミダゾール系潜在性硬化剤のために茶色を呈しており、発光素子が発した光の発光効率(光取り出し効率)を向上させることが困難であるという問題がある。
また、2液硬化型メチルシリコーン樹脂や2液硬化型フェニルシリコーン樹脂を異方性導電ペーストや異方性導電フィルム中の絶縁性樹脂成分に採用した場合、熱や光により絶縁性樹脂成分の変色は抑制できるものの、実装基板に対するLED素子の剥離強度(ダイシェア強度)が実用に適さないレベルとなってしまうという問題があった。
本発明の目的は、以上の従来の技術の問題点を解決することであり、発光ダイオード(LED)素子等の発光素子を配線板に異方性導電接着剤を用いてフリップチップ実装して発光装置を製造する際に、製造コストの増大を招くような光反射層をLED素子に設けなくても発光効率を改善でき、しかも熱や光により変色しにくい上に実用上十分なダイシェア強度を示す異方性導電接着剤、その接着剤を使用して発光素子を配線板にフリップチップ実装してなる発光装置を提供することである。
本発明者らは、異方性導電接着剤そのものに光反射機能を持たせれば、発光効率を低下させないようにできるとの仮定の下、異方性導電接着剤に、光反射性絶縁粒子を配合することにより、発光素子の発光効率を低下させないようにできることを見出した。また、本発明者らは、異方性導電接着剤の絶縁性接着成分として、特定の構造を有するジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを使用することにより、熱や光により異方性導電接着剤が変色してしまうことを防止でき、しかも実用上十分なダイシェア強度を示すことを見出した。そして、これらの知見に基づき本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、発光素子を配線板に異方性導電接続するために使用する光反射性異方性導電接着剤であって、熱硬化性樹脂組成物、導電粒子及び光反射性絶縁粒子を含有し、熱硬化性樹脂組成物が、式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンと、エポキシ樹脂用硬化剤とを含有することを特徴とする光反射性異方性導電接着剤を提供する。
式(1)中、Rはアルキル基又はアリール基であり、nは1〜40の数である。
また、本発明は、この光反射性異方性導電接着剤の特に好ましい態様として、導電粒子が、金属材料により被覆されているコア粒子と、その表面に酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子から選択された少なくとも一種の無機粒子から形成された光反射層とからなる光反射性導電粒子である光反射性異方性導電接着剤を提供する。
また、本発明は、上述の光反射性異方性導電接着剤を介して、発光素子をフリップチップ方式で配線板に実装されてなる発光装置を提供する。
発光素子を配線板に異方性導電接続するために使用する本発明の光反射性異方性導電接着剤は、バインダーである熱硬化性樹脂組成物と、光反射性絶縁粒子と、導電粒子とを含有する。この熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂用硬化剤で硬化する式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを含有する。このポリシロキサンは、その両末端にジグリシジルイソシアヌリルアルキル基が結合している。このため、熱や光により光反射性異方性導電接着剤が変色してしまうことを防止でき、しかも実用上十分なダイシェア強度を実現することができる。
また、本発明の光反射性異方性導電接着剤は、光反射性絶縁粒子を含有しているから、光を反射することができる。特に、光反射性絶縁粒子が、酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子からなる群より選択される少なくとも一種の無機粒子、又は鱗片状もしくは球状金属粒子の表面を絶縁性樹脂で被覆した樹脂被覆金属粒子である場合には、粒子自体がほぼ白色であるため、可視光に対する反射特性の波長依存性が小さく、従って、発光効率を向上させることができ、しかも発光素子の発光色をそのままの色で反射させることができる。
また、更に、導電粒子として、金属材料で被覆されているコア粒子と、その表面に酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子から形成された白色〜灰色の光反射層とから構成されている光反射性導電粒子を使用した場合、この光反射性導電粒子自体が白色〜灰色を呈しているため、可視光に対する反射特性の波長依存性が小さく、従って、発光効率を更に向上させることができ、しかも発光素子の発光色をそのままの色で反射させることができる。
本発明は、発光素子を配線板に異方性導電接続するために使用する光反射性異方性導電接着剤であって、熱硬化性樹脂組成物、導電粒子及び光反射性絶縁粒子を含有する光反射性異方性導電接着剤である。まず、バインダーである熱硬化性樹脂組成物について説明する。
<熱硬化性樹脂組成物>
本発明において、熱硬化性樹脂組成物は、式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンと、エポキシ樹脂用硬化剤とを含有する。式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを含有することにより、熱や光により光反射性異方性導電接着剤が変色してしまうことを防止でき、しかも実用上十分なダイシェア強度を実現することができる。
本発明において、熱硬化性樹脂組成物は、式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンと、エポキシ樹脂用硬化剤とを含有する。式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを含有することにより、熱や光により光反射性異方性導電接着剤が変色してしまうことを防止でき、しかも実用上十分なダイシェア強度を実現することができる。
式(1)中、Rは炭素数1〜6の低級アルキル基等のアルキル基、又は炭素環式芳香族基、複素環式芳香族等のアリール基である。アルキル基の好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができ、特に好ましいアルキル基としてはメチル基を挙げることができる。また、アリール基の好ましい具体例としては、フェニル基を挙げることができる。nは1〜40の数であり、好ましくは1〜9の数、より好ましくは1又は2の数である。
式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンは、以下の反応式に示すように、式(a)の両末端ハイドロジェンポリシロキサンと、式(b)の1−アリル−3,5−ジグリシジルイソシアヌレートとを均一に混合した後、カールステッド(Karstedt)触媒(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン白金(0)錯体溶液)の存在下で室温〜150℃に加熱することにより製造することができる。反応混合物からは、常法(濃縮処理・カラム処理等)により式(1)の化合物を単離することができる。
熱硬化性樹脂組成物は、式(1)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンの他に、発明の効果を損なわない範囲で、複素環系エポキシ化合物や脂環式エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物などを含有することができる。
複素環系エポキシ化合物としては、トリアジン環を有するエポキシ化合物を挙げることができ、例えば、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)−トリオン(換言すれば、トリグリシジルイソシヌレート)を挙げることができる。
脂環式エポキシ化合物としては、分子内に2つ以上のエポキシ基を有するものが好ましく挙げられる。これらは液状であっても、固体状であってもよい。具体的には、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールA、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3′,4′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等を挙げることができる。中でも、硬化物にLED素子の実装等に適した光透過性を確保でき、速硬化性にも優れている点から、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールA、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3′,4′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートを好ましく使用することができる。
水素添加エポキシ化合物としては、前述の複素環系エポキシ化合物や脂環式エポキシ化合物の水素添加物や、その他公知の水素添加エポキシ樹脂を使用することができる。
これらの脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物は、式(1)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンに対し、単独で併用してもよいが、2種以上を併用してもよい。また、これらのエポキシ化合物に加えて本発明の効果を損なわない限り、他のエポキシ化合物を併用してもよい。例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、ジアリールビスフェノールA、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、クレゾール、テトラブロモビスフェノールA、トリヒドロキシビフェニル、ベンゾフェノン、ビスレゾルシノール、ビスフェノールヘキサフルオロアセトン、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、ビキシレノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどの多価フェノールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテル;グリセリン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、チレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの脂肪族多価アルコールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル;p−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル;フタル酸、メチルフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラハイドロフタル酸、エンドメチレンテトラハイドロフタル酸、エンドメチレンヘキサハイドロフタル酸、トリメリット酸、重合脂肪酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル;アミノフェノール、アミノアルキルフェノールから得られるグリシジルアミノグリシジルエーテル;アミノ安息香酸から得られるグリシジルアミノグリシジルエステル;アニリン、トルイジン、トリブロムアニリン、キシリレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、ビスアミノメチルシクロヘキサン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノジフェニルスルホンなどから得られるグリシジルアミン;エポキシ化ポリオレフィン等の公知のエポキシ樹脂類が挙げられる。
エポキシ樹脂用硬化剤としては、公知のエポキシ樹脂用硬化剤を使用することができる。例えば、アミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、ポリスルフィド系硬化剤、三フッ化ホウ素−アミン錯体系硬化剤、ジシアンジアミド、有機酸ヒドラジッド等の中から選択して使用することができる。中でも、光透過性、耐熱性等の観点から酸無水物系硬化剤を好ましく使用することができる。
酸無水物系硬化剤としては、無水コハク酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、あるいは4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸とヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物、テトラヒドロ無水フタル酸、メチル-テトラヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物等を挙げることができる。
酸無水物系硬化剤等のエポキシ樹脂用硬化剤の熱硬化性樹脂組成物中の配合量は、式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサン100質量部に対して、少なすぎると、重合反応に預からない式(1)で表されるジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンの量が過多となる傾向があり、多すぎると余剰の硬化剤の影響で被着体材料の腐食が進行する傾向があるので、前述のnの値に応じて好ましくは、40〜120質量部、より好ましくは60〜100質量部である。
熱硬化性樹脂組成物は、硬化反応を円滑に、かつ短時間で完了させるために、公知の硬化促進剤を含有することができる。好ましい硬化促進剤としては、第四級ホスホニウム塩系硬化促進剤やイミダゾール系硬化促進剤が挙げられる。具体的には、第四級ホスホニウムのブロマイド塩(「U−CAT5003」(商標)、サンアプロ(株))、2−エチル−4−メチルイミダゾール等を挙げることができる。特に、酸無水物系硬化剤用の硬化促進剤としては、イミダゾール系硬化促進剤を好ましく使用することができる。この場合、イミダゾール系硬化促進剤の添加量は、少なすぎると硬化が不十分になる傾向があり、多すぎると熱硬化性樹脂組成物の硬化物が熱や光の作用により変色し易くなる傾向があるので、酸無水物系硬化剤100質量部に対し、イミダゾール系硬化促進剤を好ましくは0.60〜3.00質量部、より好ましくは0.60〜1.00質量部である。
以上説明した熱硬化性樹脂組成物は、なるべく無色透明なものを使用することが好ましい。光反射性異方性導電接着剤中の光反射性導電粒子の光反射効率を低下させず、しかも入射光の光色を変えずに反射させるためである。ここで、無色透明とは、光反射性異方性導電接着剤の硬化物が、波長380〜780nmの可視光に対して光路長1mmの光透過率(JIS K7105)が80%以上、好ましくは90%以上となることを意味する。
<光反射性絶縁粒子>
本発明の光反射性異方性導電接着剤が含有する光反射性絶縁粒子は、光反射性異方性導電接着剤に入射した光を外部に反射するためのものである。
本発明の光反射性異方性導電接着剤が含有する光反射性絶縁粒子は、光反射性異方性導電接着剤に入射した光を外部に反射するためのものである。
なお、光反射性を有する粒子には、金属粒子、金属粒子を樹脂被覆した粒子、自然光の下で灰色から白色である金属酸化物、金属窒素化物、金属硫化物等の無機粒子、樹脂コア粒子を無機粒子で被覆した粒子、粒子の材質によらず、その表面に凹凸がある粒子が含まれる。しかし、これらの粒子の中で、本発明で使用できる光反射性絶縁粒子には、絶縁性を示すことが求められている関係上、絶縁被覆されていない金属粒子は含まれない。また、金属酸化物粒子のうち、ITOのように導電性を有するものは使用できない。また、光反射性且つ絶縁性を示す無機粒子であっても、SiO2のように、その屈折率が使用する熱硬化性樹脂組成物の屈折率よりも低いものは使用できない。
このような光反射性絶縁粒子の好ましい具体例としては、酸化チタン(TiO2)粒子、窒化ホウ素(BN)粒子、酸化亜鉛(ZnO)粒子及び酸化アルミニウム(Al2O3)粒子からなる群より選択される少なくとも一種の無機粒子が挙げられる。中でも、高屈折率の点からTiO2を使用することが好ましい。
光反射性絶縁粒子の形状としては、球状、鱗片状、不定形状、針状等でもよいが、反射効率を考慮すると、球状、鱗片状が好ましい。また、その大きさとしては、球状である場合、小さすぎると反射率が低くなり、大きすぎると異方性導電粒子による接続を阻害する傾向があるので、好ましくは0.02〜20μm、より好ましくは0.2〜1μmであり、鱗片状である場合には、長径が好ましくは0.1〜100μm、より好ましくは1〜50μm、短径が好ましくは0.01〜10μm、より好ましくは0.1〜5μm、厚さが好ましくは0.01〜10μm、より好ましくは0.1〜5μmである。
無機粒子からなる光反射性絶縁粒子は、その屈折率(JIS K7142)が、好ましくは熱硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率(JIS K7142)よりも大きいこと、より好ましくは少なくとも0.02程度大きいことが好ましい。これは、屈折率差が小さいとそれらの界面での反射効率が低下するからである。
光反射性絶縁粒子としては、以上説明した無機粒子を使用してもよいが、鱗片状又は球状金属粒子の表面を透明な絶縁性樹脂で被覆した樹脂被覆金属粒子を使用してもよい。金属粒子としては、ニッケル、銀、アルミニウム等を挙げることができる。粒子の形状としては、無定型、球状、鱗片状、針状等を挙げることができるが、中でも、光拡散効果の点から球状、全反射効果の点から鱗片状の形状が好ましい。特に好ましいものは、光の反射率の点から鱗片状銀粒子である。
光反射性絶縁粒子としての樹脂被覆金属粒子の大きさは、形状によっても異なるが、一般に大きすぎると、異方性導電粒子による接続を阻害するおそれがあり、小さすぎると光を反射しにくくなるので、好ましくは球状の場合には粒径0.1〜30μm、より好ましくは0.2〜10μmであり、鱗片状の場合には、長径が好ましくは0.1〜100μm、より好ましくは1〜50μmで厚みが好ましくは0.01〜10μm、より好ましくは0.1〜5μmである。ここで、光反射性絶縁粒子の大きさは、絶縁被覆されている場合には、その絶縁被覆も含めた大きさである。
このような樹脂被覆金属粒子における当該樹脂としては、種々の絶縁性樹脂を使用することができる。機械的強度や透明性等の点からアクリル系樹脂の硬化物を好ましく利用することができる。好ましくは、ベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物などのラジカル開始剤の存在下で、メタクリル酸メチルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルとをラジカル共重合させた樹脂を挙げることができる。この場合、2,4−トリレンジイソシアネート等のイソシアネート系架橋剤で架橋されていることがより好ましい。また、金属粒子としては、予めシランカップリング剤でγ−グリシドキシ基やビニル基等を金属表面に導入しておくことが好ましい。
このような樹脂被覆金属粒子は、例えば、トルエンなどの溶媒中に金属粒子とシランカップリング剤とを投入し、室温で約1時間撹拌した後、ラジカルモノマーとラジカル重合開始剤と、必要に応じて架橋剤とを投入し、ラジカル重合開始温度に加温しながら撹拌することにより製造することができる。
以上説明した光反射性絶縁粒子の、光反射性異方性導電接着剤中の配合量は、少なすぎると十分な光反射を実現することができず、また多すぎると併用している導電粒子に基づく接続が阻害されるので、好ましくは1〜50体積%、より好ましくは5〜25体積%である。
<導電粒子>
本発明の光反射性異方性導電接着剤を構成する導電粒子としては、異方性導電接続用に従来用いられている金属の粒子を利用することができる。例えば、金、ニッケル、銅、銀、半田、パラジウム、アルミニウム、それらの合金、それらの多層化物(例えば、ニッケルメッキ/金フラッシュメッキ物)等を挙げることができる。中でも、金、ニッケル、銅は、導電粒子を茶色としてしまうことから、本発明の効果を他の金属材料よりも享受することができる。
本発明の光反射性異方性導電接着剤を構成する導電粒子としては、異方性導電接続用に従来用いられている金属の粒子を利用することができる。例えば、金、ニッケル、銅、銀、半田、パラジウム、アルミニウム、それらの合金、それらの多層化物(例えば、ニッケルメッキ/金フラッシュメッキ物)等を挙げることができる。中でも、金、ニッケル、銅は、導電粒子を茶色としてしまうことから、本発明の効果を他の金属材料よりも享受することができる。
また、導電粒子として、樹脂粒子を金属材料で被覆した金属被覆樹脂粒子を使用することができる。このような樹脂粒子としては、スチレン系樹脂粒子、ベンゾグアナミン樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子などが挙げられる。樹脂粒子を金属材料で被覆する方法としても従来公知の方法を採用することができ、無電解メッキ法、電解メッキ法等を利用することができる。また、被覆する金属材料の層厚は、良好な接続信頼性を確保するに足る厚さであり、樹脂粒子の粒径や金属の種類にもよるが、通常、0.1〜3μmである。
また、樹脂粒子の粒径は、小さすぎると導通不良が生じ、大きすぎるとパターン間ショートが生じる傾向があるので、好ましくは1〜20μm、より好ましくは3〜10μm、特に好ましくは3〜5μmである。この場合、コア粒子1の形状としては球状が好ましいが、フレーク状、ラクビーボール状であってもよい。
好ましい金属被覆樹脂粒子は球状の形状であり、その粒径は大きすぎると接続信頼性の低下となるので、好ましくは1〜20μm、より好ましくは3〜10μmである。
特に、本発明においては、上述したような導電粒子に対し光反射性を付与し、光反射性導電粒子とすることが好ましい。図1A、図1Bは、このような光反射性導電粒子10、20の断面図である。まず、図1Aの光反射性導電粒子から説明する。
光反射性導電粒子10は、金属材料で被覆されているコア粒子1と、その表面に酸化チタン(TiO2)粒子、窒化ホウ素(BN)粒子、酸化亜鉛(ZnO)粒子又は酸化アルミニウム(Al2O3)粒子から選択された少なくとも一種の無機粒子2から形成された光反射層3とから構成される。酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子は、太陽光の下では白色を呈する無機粒子である。従って、それらから形成された光反射層3は白色〜灰色を呈する。白色〜灰色を呈しているということは、可視光に対する反射特性の波長依存性が小さく、且つ可視光を反射しやすいことを意味する。
なお、酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子のうち、硬化した異方性導電接着剤の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の光劣化が懸念される場合には、光劣化に対して触媒性がなく、屈折率も高い酸化亜鉛を好ましく使用することができる。
コア粒子1は、異方性導電接続に共されるものであるので、その表面が金属材料で構成されている。ここで、表面が金属材料で被覆されている態様としては、前述したように、コア粒子1そのものが金属材料である態様、もしくは樹脂粒子の表面が金属材料で被覆された態様が挙げられる。
無機粒子2から形成された光反射層3の層厚は、コア粒子1の粒径との相対的大きさの観点からみると、コア粒子1の粒径に対し、小さすぎると反射率の低下が著しくなり、大きすぎると導通不良が生ずるので、好ましくは0.5〜50%、より好ましくは1〜25%である。
また、光反射性導電粒子10において、光反射層3を構成する無機粒子2の粒径は、小さすぎると光反射現象が生じ難くなり、大きすぎると光反射層の形成が困難となる傾向があるので、好ましくは0.02〜4μm、より好ましくは0.1〜1μm、特に好ましくは0.2〜0.5μmである。この場合、光反射させる光の波長の観点からみると、無機粒子2の粒径は、反射させるべき光(即ち、発光素子が発する光)が透過してしまわないように、その光の波長の50%以上であることが好ましい。この場合、無機粒子2の形状としては無定型、球状、鱗片状、針状等を挙げることができるが、中でも、光拡散効果の点から球状、全反射効果の点から鱗片状の形状が好ましい。
図1Aの光反射性導電粒子10は、大小の粉末同士を物理的に衝突させることにより大粒径粒子の表面に小粒径粒子からなる膜を形成させる公知の成膜技術(いわゆるメカノフュージョン法)により製造することができる。この場合、無機粒子2は、コア粒子1の表面の金属材料に食い込むように固定され、他方、無機粒子同士が融着固定されにくいから、無機粒子のモノレイヤーが光反射層3を構成する。従って、図1Aの場合、光反射層3の層厚は、無機粒子2の粒径と同等乃至はわずかに薄くなると考えられる。
次に、図1Bの光反射性導電粒子20について説明する。この光反射性導電粒子20においては、光反射層3が接着剤として機能する熱可塑性樹脂4を含有し、この熱可塑性樹脂4により無機粒子2同士も固定され、無機粒子2が多層化(例えば2層あるいは3層に多層化)している点で、図1Aの光反射性導電粒子10と相違する。このような熱可塑性樹脂4を含有することにより、光反射層3の機械的強度が向上し、無機粒子の剥落などが生じにくくなる。
熱可塑性樹脂4としては、環境低負荷を意図してハロゲンフリーの熱可塑性樹脂を好ましく使用することができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやポリスチレン、アクリル樹脂等を好ましく使用することができる。
このような光反射性導電粒子20も、メカノフュージョン法により製造することができる。メカノフュージョン法に適用する熱可塑性樹脂4の粒子径は、小さすぎると接着機能が低下し、大きすぎるとコア粒子1に付着しにくくなるので、好ましくは0.02〜4μm、より好ましくは0.1〜1μmである。また、このような熱可塑性樹脂4の配合量は、少なすぎると接着機能が低下し、多すぎると粒子の凝集体が形成されるので、無機粒子2の100質量部に対し、好ましくは0.2〜500質量部、より好ましくは4〜25質量部である。
本発明の光反射性異方性導電接着剤中の光反射性導電粒子等の導電粒子の配合量は、少なすぎると導通不良が生じる傾向があり、多すぎるとパターン間ショートが生ずる傾向があるので、熱硬化性樹脂組成物100質量部に対し、好ましくは1〜100質量部、より好ましくは10〜50質量部である。
<光反射性異方性導電接着剤の製造>
本発明の光反射性異方性導電接着剤は、以上説明した光反射性絶縁粒子と導電粒子と熱硬化性樹脂組成物とを、常法に従って均一に混合することにより製造することができる。また、光反射性異方性導電フィルムとする場合には、それらをトルエン等の溶媒とともに分散混合し、剥離処理したPETフィルムに所期の厚さとなるように塗布し、約80℃程度の温度で乾燥すればよい。
本発明の光反射性異方性導電接着剤は、以上説明した光反射性絶縁粒子と導電粒子と熱硬化性樹脂組成物とを、常法に従って均一に混合することにより製造することができる。また、光反射性異方性導電フィルムとする場合には、それらをトルエン等の溶媒とともに分散混合し、剥離処理したPETフィルムに所期の厚さとなるように塗布し、約80℃程度の温度で乾燥すればよい。
<光反射性異方性導電接着剤の反射特性>
本発明の光反射性異方性導電接着剤の反射特性は、発光素子の発光効率を向上させるために、光反射性異方性導電接着剤の硬化物の波長450nmの光に対する反射率(JIS K7105)が、少なくとも30%であることが望ましい。このような反射率とするためには、使用する光反射性導電粒子の反射特性や配合量、熱硬化性樹脂組成物の配合組成などを適宜調整すればよい。通常、反射特性の良好な光反射性導電粒子の配合量を増量すれば、反射率も増大する傾向がある。
本発明の光反射性異方性導電接着剤の反射特性は、発光素子の発光効率を向上させるために、光反射性異方性導電接着剤の硬化物の波長450nmの光に対する反射率(JIS K7105)が、少なくとも30%であることが望ましい。このような反射率とするためには、使用する光反射性導電粒子の反射特性や配合量、熱硬化性樹脂組成物の配合組成などを適宜調整すればよい。通常、反射特性の良好な光反射性導電粒子の配合量を増量すれば、反射率も増大する傾向がある。
また、光反射性異方性導電接着剤の反射特性は屈折率という観点から評価することもできる。即ち、その硬化物の屈折率が、導電粒子と光反射性絶縁粒子とを除いた熱硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率よりも大きいと、光反射性絶縁粒子とそれを取り巻く熱硬化性樹脂組成物の硬化物との界面での光反射量が増大するからである。具体的には、光反射性粒子の屈折率(JIS K7142)から、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率(JIS K7142)を差し引いた差が、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.2以上であることが望まれる。なお、通常、エポキシ樹脂を主体とする熱硬化性樹脂組成物の屈折率は約1.5である。
<発光装置>
次に、本発明の発光装置について図2を参照しながら説明する。発光装置200は、基板21上の接続端子22と、発光素子としてLED素子23のn電極24とp電極25とのそれぞれに形成された接続用のバンプ26との間に、前述の本発明の光反射性異方性導電接着剤を塗布し、基板21とLED素子23とがフリップチップ実装されている発光装置である。ここで、光反射性異方性導電接着剤の硬化物100は、光反射性絶縁粒子と導電粒子(好ましくは光反射性導電粒子10)とが熱硬化性樹脂組成物の硬化物11中に分散してなるものである。なお、必要に応じて、LED素子23の全体を覆うように透明モールド樹脂で封止してもよい。また、LED素子23に従来と同様に光反射層を設けてもよい。
次に、本発明の発光装置について図2を参照しながら説明する。発光装置200は、基板21上の接続端子22と、発光素子としてLED素子23のn電極24とp電極25とのそれぞれに形成された接続用のバンプ26との間に、前述の本発明の光反射性異方性導電接着剤を塗布し、基板21とLED素子23とがフリップチップ実装されている発光装置である。ここで、光反射性異方性導電接着剤の硬化物100は、光反射性絶縁粒子と導電粒子(好ましくは光反射性導電粒子10)とが熱硬化性樹脂組成物の硬化物11中に分散してなるものである。なお、必要に応じて、LED素子23の全体を覆うように透明モールド樹脂で封止してもよい。また、LED素子23に従来と同様に光反射層を設けてもよい。
このように構成されている発光装置200においては、LED素子23の発した光のうち、基板21側に向かって発した光は、光反射性異方性導電接着剤の硬化物100中の光反射性絶縁粒子と、場合により光反射性導電粒子10とで反射し、LED素子23の上面から出射する。従って、発光効率の低下を防止することができる。
本発明の発光装置200における光反射性異方性導電接着剤以外の構成(LED素子23、バンプ26、基板21、接続端子22等)は、従来の発光装置の構成と同様とすることができる。また、本発明の発光装置200は、本発明の光反射性異方性導電接着剤を使用すること以外は、従来の異方性導電接続技術を利用して製造することができる。なお、発光素子としては、LED素子の他、本発明の効果を損なわない範囲で公知の発光素子を適用することができる。
参考例(ジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンの製造)
窒素気流中、還流冷却管と磁気撹拌子とを備えた100ml三口フラスコに、28.12g(100.00mmol)の1−アリル−3,5−ジグリシジルイソシアヌレート(MADGIC、四国化成工業(株))と、11.31g(40.0.2mmol)の1,1,3,3,5,5,7,7−テトラメチルシロキサン(SIO6702.0、Gelest Inc.)]とを投入し、混合物を80℃で均一に溶融するまで撹拌した。続いて、この溶融混合物に2%Karstedt触媒溶液(キシレン溶液)15μLを添加し、撹拌しながら100℃になるまで加熱し、溶融混合物の温度が100℃に到達してから、その温度を9時間保持して、1−アリル−3,5−ジグリシジルイソシアヌレートと1,1,3,3,5,5,7,7−テトラメチルシロキサンとを反応させた。
窒素気流中、還流冷却管と磁気撹拌子とを備えた100ml三口フラスコに、28.12g(100.00mmol)の1−アリル−3,5−ジグリシジルイソシアヌレート(MADGIC、四国化成工業(株))と、11.31g(40.0.2mmol)の1,1,3,3,5,5,7,7−テトラメチルシロキサン(SIO6702.0、Gelest Inc.)]とを投入し、混合物を80℃で均一に溶融するまで撹拌した。続いて、この溶融混合物に2%Karstedt触媒溶液(キシレン溶液)15μLを添加し、撹拌しながら100℃になるまで加熱し、溶融混合物の温度が100℃に到達してから、その温度を9時間保持して、1−アリル−3,5−ジグリシジルイソシアヌレートと1,1,3,3,5,5,7,7−テトラメチルシロキサンとを反応させた。
反応終了後、反応混合物を冷却し、未反応モノマーを減圧下(150℃/0.1kPa)で留去し、残渣をカラムクロマトグラフィ(坦体:シリカゲル、溶出液;酢酸エチル/ヘキサン混合溶媒)で処理することにより、着色の少ない式(1a)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを得た。
実施例1−2,比較例1−3
表1に示す配合組成の成分を均一に混合することにより光反射性異方性導電接着剤を調製した。
表1に示す配合組成の成分を均一に混合することにより光反射性異方性導電接着剤を調製した。
なお、実施例1−2及び比較例1においては、エポキシ基/酸無水物の官能基数の比が1/1.1となるように、エポキシ化合物と酸無水物系硬化剤とを配合した。また、比較例2の異方性導電接着剤は、2液硬化型ジメチルシリコーン樹脂(IVS4742、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社)に光反射性絶縁粒子と導電粒子とを配合したものであり、比較例3の異方性導電接着剤は、2液硬化型フェニルシリコーン樹脂(SCR−1012、信越化学工業(株))に、光反射性絶縁粒子と導電粒子とを配合したものである。
(評価)
得られた光反射性異方性導電接着剤のダイシェア強度を以下に説明するように測定した。また、光反射性異方性導電接着剤から光反射性絶縁粒子と導電粒子とを除いた残りの熱硬化性樹脂組成物について、以下に説明するように、耐熱試験と耐熱光試験とを行った。得られた結果を表2に示す。
得られた光反射性異方性導電接着剤のダイシェア強度を以下に説明するように測定した。また、光反射性異方性導電接着剤から光反射性絶縁粒子と導電粒子とを除いた残りの熱硬化性樹脂組成物について、以下に説明するように、耐熱試験と耐熱光試験とを行った。得られた結果を表2に示す。
<ダイシェア強度試験>
金バンプ(高10μm、径80μm、ピッチ190μm)が形成された10μm厚の銀ベタ電極を有するLED用ガラスエポキシ基板(特注品、関西電子工業(株))に、径が4mmとなるように硬化性樹脂組成物を塗布し、そこへ0.3mm角のフリップチップ型LED素子(GM35R460G、昭和電工(株))を載せ、フリップチップ型LED素子が表側となるようにガラスエポキシ基板を80℃に保持されたホットプレートに置き、2分間加熱してLED素子をLED用ガラスエポキシ基板に仮固定した。このLED素子が仮固定されたLED用ガラスエポキシ基板を熱圧着装置に適用し、LED素子に80gf/chipの圧力を印加しながら230℃で30秒間熱圧着処理を行うことにより、LED用ガラスエポキシ基板にLED素子が実装されたLED装置を作製した。実施例1又は比較例1の光反射性異方性導電接着剤を使用して作製したLED装置の場合、熱圧着処理後に更に260℃、20秒のリフロー処理を行った。
金バンプ(高10μm、径80μm、ピッチ190μm)が形成された10μm厚の銀ベタ電極を有するLED用ガラスエポキシ基板(特注品、関西電子工業(株))に、径が4mmとなるように硬化性樹脂組成物を塗布し、そこへ0.3mm角のフリップチップ型LED素子(GM35R460G、昭和電工(株))を載せ、フリップチップ型LED素子が表側となるようにガラスエポキシ基板を80℃に保持されたホットプレートに置き、2分間加熱してLED素子をLED用ガラスエポキシ基板に仮固定した。このLED素子が仮固定されたLED用ガラスエポキシ基板を熱圧着装置に適用し、LED素子に80gf/chipの圧力を印加しながら230℃で30秒間熱圧着処理を行うことにより、LED用ガラスエポキシ基板にLED素子が実装されたLED装置を作製した。実施例1又は比較例1の光反射性異方性導電接着剤を使用して作製したLED装置の場合、熱圧着処理後に更に260℃、20秒のリフロー処理を行った。
このようにして作製したLED装置について、ダイシェア強度(gf/chip)を測定した。実用上、ダイシェア強度は少なくとも200gf/chip、好ましくは250gf/chip以上であることが望まれる。
<耐熱試験>
1mm高さのスペーサが四隅に配置された2枚のアルミニウム平板(長100mm×幅50.0mm×厚0.500mm)で熱硬化性樹脂組成物を挟み、実施例1及び比較例1の熱硬化性樹脂組成物については、まず120℃で30分加熱し、続いて140℃で1時間加熱することにより硬化樹脂シートを作製した。また、比較例2及び3の熱硬化性樹脂組成物については、まず80℃で1時間加熱し、続いて150℃で2時間加熱することにより硬化樹脂シートを作製した。
1mm高さのスペーサが四隅に配置された2枚のアルミニウム平板(長100mm×幅50.0mm×厚0.500mm)で熱硬化性樹脂組成物を挟み、実施例1及び比較例1の熱硬化性樹脂組成物については、まず120℃で30分加熱し、続いて140℃で1時間加熱することにより硬化樹脂シートを作製した。また、比較例2及び3の熱硬化性樹脂組成物については、まず80℃で1時間加熱し、続いて150℃で2時間加熱することにより硬化樹脂シートを作製した。
得られた硬化樹脂シートを、150℃に設定されたオーブン内に1000時間放置し、放置前後の分光特性(L*、a*、b*)を、分光測色計(CM−3600d、コニカミノルタ(株))を用いて測定し、得られた測定値から色差(ΔE)を算出した。実用上、ΔEは35以下であることが望まれる。
<耐熱光試験>
耐熱試験に供した硬化樹脂シートと同様の硬化樹脂シートを作製し、それを、温度120℃で光強度16mW/cm2に設定された熱光試験機(スーパーウインミニ、ダイプラ・ウィンテス(株);メタルハライドランプ使用)内に1000時間放置し、放置前後の分光特性(L*、a*、b*)を、分光測色計(CM−3600d、コニカミノルタ(株))を用いて測定し、得られた測定値から色差(ΔE)を算出した。実用上、ΔEは20以下であることが望まれる。
耐熱試験に供した硬化樹脂シートと同様の硬化樹脂シートを作製し、それを、温度120℃で光強度16mW/cm2に設定された熱光試験機(スーパーウインミニ、ダイプラ・ウィンテス(株);メタルハライドランプ使用)内に1000時間放置し、放置前後の分光特性(L*、a*、b*)を、分光測色計(CM−3600d、コニカミノルタ(株))を用いて測定し、得られた測定値から色差(ΔE)を算出した。実用上、ΔEは20以下であることが望まれる。
表2から解るように、実施例1及び2の光反射性異方性導電接着剤は、ダイシェア強度、耐熱試験及び耐熱光試験の結果がいずれも実用上好ましいものであったが、比較例1の場合には、熱硬化性エポキシ樹脂組成物を使用しているため、ダイシェア強度については好ましい結果が得られたが、式(1a)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンを使用していないため、耐熱試験に関し、満足できる結果が得られなかった。
なお、比較例2及び3については、式(1a)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサンのみならず、熱硬化性エポキシ樹脂組成物を使用していないため、ダイシェア強度が著しく低く、耐熱試験、耐熱光試験をするまでもないものであった。
本発明の光反射性異方性導電接着剤は、発光ダイオード(LED)素子等の発光素子を配線板に異方性導電接着剤を用いてフリップチップ実装して発光装置を製造する際に、製造コストの増大を招くような光反射層を発光素子に設けなくても、発光効率を低下させないようにすることができる。しかも、ダイシェア強度も高く維持でき、耐熱性、耐熱光性にも優れている。よって、本発明の光反射性異方性導電接着剤は、LED素子をフリップリップ実装する際に有用である。
1 コア粒子
2 無機粒子
3 光反射層
4 熱可塑性樹脂
10、20 光反射性導電粒子
11 熱硬化性樹脂組成物の硬化物
21 基板
22 接続端子
23 LED素子
24 n電極
25 p電極
26 バンプ
100 光反射性異方性導電接着剤の硬化物
200 発光装置
2 無機粒子
3 光反射層
4 熱可塑性樹脂
10、20 光反射性導電粒子
11 熱硬化性樹脂組成物の硬化物
21 基板
22 接続端子
23 LED素子
24 n電極
25 p電極
26 バンプ
100 光反射性異方性導電接着剤の硬化物
200 発光装置
Claims (14)
- Rがメチル基であり、nが1〜9の数である請求項1記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 熱硬化性樹脂組成物が、式(1)のジグリシジルイソシアヌリル変性ポリシロキサン100質量部に対し、エポキシ樹脂用硬化剤を40〜120質量部含有する請求項1又は2記載の光反射性異方性導電接着剤。
- エポキシ樹脂用硬化剤が、酸無水物系硬化剤である請求項1〜3のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 熱硬化性樹脂組成物が、更にイミダゾール系硬化促進剤を含有する請求項4記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 熱硬化性樹脂組成物が、酸無水物系硬化剤100質量部に対し、イミダゾール系硬化促進剤を0.60〜3.00質量部含有する請求項5記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 光反射性絶縁粒子が、酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子からなる群より選択される少なくとも一種の無機粒子である請求項1〜6のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 光反射性絶縁粒子の屈折率(JIS K7142)が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率(JIS K7142)よりも大きい請求項1〜7のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 光反射性絶縁粒子が、鱗片状又は球状金属粒子の表面を絶縁性樹脂で被覆した樹脂被覆金属粒子である請求項1〜8のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 光反射性異方性導電接着剤が、光反射性絶縁粒子を1〜50体積%で含有している請求項1〜9のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 導電粒子が、金属材料で被覆されているコア粒子と、その表面に酸化チタン粒子、窒化ホウ素粒子、酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子から選択された少なくとも一種の無機粒子から形成された光反射層とからなる光反射性導電粒子である請求項1〜10のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 熱硬化性樹脂組成物100質量部に対する光反射性導電粒子の配合量が、1〜100質量部である請求項11記載の光反射性異方性導電接着剤。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の光反射性異方性導電接着剤を介して、発光素子をフリップチップ方式で配線板に実装されてなる発光装置。
- 発光素子が、発光ダイオードである請求項13記載の発光装置。
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