JP2011225715A - 硬化性オルガノポリシロキサン組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A―I):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、下記一般式(1)
RSiO3/2 (1)
で表されるシロキサン単位を5〜70モル%含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−II):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、上記一般式(1)で表されるシロキサン単位を少なくとも70モル%を超えて含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン 重量単位で(A―I)/(A−II)=1/99〜99/1となる量、
(B):下記平均組成式(2)
R1 aHbSiO(4−a−b)/2 (2)
で表され、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有し、かつ25℃での粘度が1000mPas以下である直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
そのケイ素原子に結合した水素原子数が、(A−I)及び(A−II)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計数1個あたり0.3〜10個となる量、
(C):付加反応触媒 触媒量
を含有することを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供する。
【選択図】なし
Description
しかしこれらシリコーン樹脂はエポキシ樹脂に比較して弾性率は低いものの、曲げ強度等の機械特性も低いことからLEDへの通電・点灯の際に生じる熱衝撃によりクラックが発生しやすいという問題を有する。
(A―I):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、下記一般式(1)
RSiO3/2 (1)
(式中、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基である)
で表されるシロキサン単位を5〜70モル%含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−II):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、上記一般式(1)で表されるシロキサン単位を少なくとも70モル%を超えて含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン 重量単位で(A―I)/(A−II)=1/99〜99/1となる量、
(B):下記平均組成式(2)
R1 aHbSiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、R1は脂肪族不飽和炭化水素基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、a、bは0.7≦a≦2.1、0.01≦b≦1.0、かつ0.8≦a+b≦2.9を満たす正数である)
で表され、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有し、かつ25℃での粘度が1000mPas以下である直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
そのケイ素原子に結合した水素原子数が、(A−I)及び(A−II)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計数1個あたり0.3〜10個となる量、
(C):付加反応触媒 触媒量
を含有することを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供する。
このように、25℃において、(A−I)成分が液状であり、(A−II)成分が固体状であれば、耐熱衝撃性及び強度を持たせることがより容易となる。
このように、(A−I)〜(B)各成分1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有するものであれば、シリコーン樹脂として必要な硬度・強度が得られると共に、硬化した被覆保護材の耐熱性や低温特性、透明性が特に良好になり、熱衝撃試験による信頼性も得られる。
このように、特に耐熱衝撃性が高く、透明性に優れている本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物を用いて半導体素子を被覆すれば、得られる半導体装置も様々な分野に適用可能で有用なものとなる。
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、特に熱衝撃に対して高い耐性を有しておりクラックが生じ難いものであるため、前述のように、過酷な温度サイクル下に供される発光素子を被覆する封止材料として、特に好適に用いることができる。
上述のように、従来用いられてきた半導体素子用の封止材料は、特にLEDへの通電・点灯の際に生じる熱衝撃によりクラックが発生しやすいという問題を有しており、過酷な温度サイクル下でもクラックや剥離が生じ難い封止材料が求められていた。
(A―I):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、下記一般式(1)
RSiO3/2 (1)
(式中、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基である)
で表されるシロキサン単位を5〜70モル%含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−II):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、上記一般式(1)で表されるシロキサン単位を少なくとも70モル%を超えて含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン 重量単位で(A―I)/(A−II)=1/99〜99/1となる量、
(B):下記平均組成式(2)
R1 aHbSiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、R1は脂肪族不飽和炭化水素基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、a、bは0.7≦a≦2.1、0.01≦b≦1.0、かつ0.8≦a+b≦2.9を満たす正数である)
で表され、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有し、かつ25℃での粘度が1000mPas以下である直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
そのケイ素原子に結合した水素原子数が、(A−I)及び(A−II)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計数1個あたり0.3〜10個となる量、
(C):付加反応触媒 触媒量
を含有することを特徴とする。
尚、以下では(A−I)成分と(A−II)成分とを合わせて、単に(A)成分と呼ぶこともある。
<(A−I)成分>
(A−I)成分は1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合したアルケニル基を有し、下記一般式(1)
RSiO3/2 (1)
で表されるシロキサン単位を5〜70モル%有する、好ましくは25℃において液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサンである。(A−I)成分は本発明組成物に、熱衝撃に対して高い耐性を有し過酷な温度サイクル下でもクラックが生じ難い特性を付与する成分である。そのためにこのRSiO3/2単位の含有量は5〜70モル%であり、より好ましくは20〜60モル%である。5モル%より少ないと硬化物の耐熱衝撃性が充分得られず、70モル%より多くなると25℃にて液状状態を良好に保つことが難しくなってしまう。
その他のシロキサン単位としては、R2SiO2/2単位、R3SiO1/2単位、SiO4/2単位が挙げられる(式中、Rは同一又は異種の置換又は非置換の一価炭化水素基である)。この場合、Rの一部が水酸基及び/又はアルコキシ基で置換されていてもよい。
これらの中で、R2SiO2/2単位及び/又はR3SiO1/2単位が好ましい。
また、(A−I)成分のケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合アリール基を含有することが好ましく、より好ましくは5〜100モル%、特に好ましくは10〜100モル%である。アリール基としては、特にフェニル基であることが好ましい。
(A−II)成分は、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、上記一般式(1)(RSiO3/2)で表されるシロキサン単位を少なくとも70モル%を超えて含有する、好ましくは25℃において固体状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサンである。(A−II)成分は本発明組成物に強度を付与するものである。そのためにこのRSiO3/2単位は少なくとも70モル%を超える含有量が必要であり、好ましくは75モル%以上である。
その他のシロキサン単位としては、(A−I)成分同様、R2SiO2/2単位、R3SiO1/2単位、SiO4/2単位が挙げられる。また、式中Rは上記と同じである。
また、(A−II)成分のケイ素原子結合全有機基中にはケイ素原子結合アリール基を含有することが好ましく、より好ましくは5〜100モル%、特に好ましくは10〜100モル%である。アリール基としては、特にフェニル基であることが好ましい。
これらの中で、R2SiO2/2単位及び/又はR3SiO1/2単位が好ましい。
(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、下記平均組成式(2)
R1 aHbSiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、R1は脂肪族不飽和炭化水素基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、a、bは0.7≦a≦2.1、0.01≦b≦1.0、かつ0.8≦a+b≦2.9を満たす正数である)
で示される1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有し、かつ25℃での粘度が1000mPas以下、通常0.5〜1000mPas、好ましくは1〜500mPasである直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
また(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、そのケイ素原子に結合した水素原子数が、(A)成分中のケイ素原子に結合したアルケニル基の合計数1個あたり0.3〜10個になる割合で配合されていることが好ましい。0.3個未満では硬化が甘くなり、10個を越えると硬化物が脆くなりすぎるからである。好ましくは0.5〜5個である。
(C)成分の付加反応触媒は、(A)成分と(B)成分との付加反応による架橋の触媒となるもので、その例としては、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸のオレフィン錯体、塩化白金酸とビニルシロキサンの配位化合物、白金黒等の白金系触媒、更にパラジウム系触媒、ロジウム系触媒等が挙げられ、触媒効率の高さの面から通常白金触媒が使用される。また特に本用途においてエレクトロニクス分野である封止型LEDの作製に用いる場合には、金属を腐食させる恐れのない低塩素触媒が好ましく、中でも塩素成分を含有しないジビニルテトラメチルジシロキサン、ジビニルジフェニルジメチルジシロキサン等で変性されたものが好ましい。
これらの付加反応触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
本発明の組成物において、上記の(A)〜(C)成分以外の任意の成分として、例えば、付加反応触媒に対して硬化抑制効果を持つ化合物とされている従来公知の制御剤化合物はすべて使用することができる。このような化合物としては、トリフェニルホスフィン等のリン含有化合物、トリブチルアミンやテトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール等の窒素含有化合物、硫黄含有化合物、アセチレン系化合物、アルケニル基を2個以上含む化合物、ハイドロパーオキシ化合物、マレイン酸誘導体等が例示される。制御剤化合物による硬化遅延効果の度合は、制御剤化合物の化学構造によって大きく異なるため、制御剤化合物の添加量は、使用する制御剤化合物の個々について最適な量に調整することが好ましく、一般的には、室温での長期貯蔵安定性が得られ、かつ硬化が阻害されない範囲程度の量、通常、(A−1)成分と(A−2)成分の合計100質量部に対して通常0.5質量部以下、好ましくは0.01〜0.3質量部の量で使用される。
本発明の半導体装置の一例としては、図1に示すものが挙げられるが、これに限定されるものではない。ここで、図1において、1が筐体、2が発光素子、3、4がリード電極、5がダイボンド材、6が金線、7が封止樹脂(本発明の組成物)である。
このような本発明の半導体装置8は、装置の耐熱、耐湿、耐光性に優れ、装置が腐食することがないため、その結果、信頼性に優れる半導体装置を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
[実施例1]
平均単位式:(PhSiO3/2)0.5[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25(Me3SiO0.5)0.25で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [25℃における粘度が3500mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=12.5モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=25モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1200] 50質量部、(PhSiO3/2)0.8[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.2で表される固体状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン[ケイ素原子結合ビニル基の含有率=14.3モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=57モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=2350]50質量部、HMe2SiO(Ph2SiO)1SiMe2Hの構造を有し、粘度が4mPasであるオルガノハイドロジェンポリシロキサン30質量部、塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.06質量部、エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部を均一混合して、シリコーン組成物(U)を調製した。このシリコーン組成物(U)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで60であった。
平均単位式:(PhSiO3/2)0.5[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25(Me3SiO0.5)0.25で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [25℃における粘度が3500mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=12.5モル%、ケイ素原子結合有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有量=25モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1200]80質量部、(PhSiO3/2)0.75[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25 で表される固体状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [ケイ素原子結合ビニル基の含有率=17モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=50モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1600]20質量部、ケイ素原子に結合した水素原子、フェニル基及びメチル基の合計に対してフェニル基を30モル%有する水素ガス発生量が140ml/gである粘度が20mPasのオルガノハイドロジェンポリシロキサン32質量部、塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.5質量部、エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部を均一混合して、シリコーン組成物(V)を調製した。このシリコーン組成物(V)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで65であった。
平均単位式:(PhSiO3/2)0.17[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.5(Ph2SiO)0.33で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [25℃における粘度が440mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=21.5モル%、ケイ素原子結合有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有量=35.6モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1000]17質量部、(PhSiO3/2)0.75[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25 で表される固体状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [ケイ素原子結合ビニル基の含有率=17モル%、ケイ素原子結合前有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=50モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1600]83質量部、HMe2SiO(Ph2SiO)1SiMe2Hの構造を有し、25℃における粘度が4mPasであるオルガノハイドロジェンポリシロキサン34.5質量部、塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液0.5質量部、エチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部を均一混合して、シリコーン組成物(W)を調製した。このシリコーン組成物(W)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで46であった。
平均単位式:(PhSiO3/2)0.5[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25(Me3SiO0.5)0.25で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [粘度が3500mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=12.5モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=25モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1200]に替わり、主鎖がジフェニルシロキサン単位のみからなり、粘度が0.4Pasの両末端メチルフェニルビニルシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン共重合体50質量部、HMe2SiO(Ph2SiO)1SiMe2Hの構造を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン29質量部を使用した以外は実施例1にしたがって組成物(X)を調製した。このシリコーン組成物(X)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで56であった。
平均単位式:(PhSiO3/2)0.5[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25(Me3SiO0.5)0.25で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [粘度が3500mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=12.5モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=25モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1200]に替わり、主鎖がジフェニルシロキサン単位のみからなり、粘度が0.4Pasの両末端メチルフェニルビニルシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン共重合体80質量部、ケイ素原子に結合した水素原子、フェニル基及びメチル基の合計に対してフェニル基を30モル%有する水素ガス発生量が140ml/gである粘度が20mPasのオルガノハイドロジェンポリシロキサン31質量部を使用した以外は実施例2にしたがって組成物(Y)を調製した。このシリコーン組成物(Y)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで60であった。
平均単位式:(PhSiO3/2)0.17[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.5(Ph2SiO)0.33で表される液状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [粘度が440mPas、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=21.5モル%、ケイ素原子結合有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有量=35.6モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1000]の代わりに主鎖がジフェニルシロキサン単位のみからなり、粘度が0.4Pasの両末端メチルフェニルビニルシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン共重合体26質量部、(PhSiO3/2)0.75[(CH2=CH)Me2SiO0.5]0.25 で表される固体状の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン [ケイ素原子結合ビニル基の含有率=17モル%、ケイ素原子結合前有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=50モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1600]74質量部、HMe2SiO(Ph2SiO)1SiMe2Hの構造を有し、25℃における粘度が4mPasであるオルガノハイドロジェンポリシロキサン31.6質量部を使用した以外は実施例3に従って組成物(Z)を調製した。このシリコーン組成物(Z)を150℃で4時間加熱し硬化させたところ、硬さはShore Dで40であった。
[評価方法]
発光半導体パッケージ
発光素子として、InGaNからなる発光層を有し、主発光ピークが470nmのLEDチップを搭載した、図1に示すような発光半導体装置8を使用した。封止樹脂7の硬化条件は150℃、4時間である。
作製した発光半導体装置各10個を、85℃、85%の恒温恒湿室に24時間入れた後、赤外線リフロー装置(260℃)を3回通し、外観の変化を観察した。結果を表1に示す。尚、樹脂のクラックやLEDパッケージからの剥離が確認されたものをNGとしてカウントした。
一方、比較例1〜3は、半数以上に樹脂のクラックやLEDパッケージからの剥離が発生してしまった。これにより、封止材料として従来のものを用いた場合、LEDの生産性が悪くなってしまうことがわかる。
6…金線、 7…封止樹脂、 8…半導体装置(発光半導体装置)。
Claims (5)
- (A―I):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、下記一般式(1)
RSiO3/2 (1)
(式中、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基である)
で表されるシロキサン単位を5〜70モル%含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン、
(A−II):1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を有し、上記一般式(1)で表されるシロキサン単位を少なくとも70モル%を超えて含有する分岐構造を有するオルガノポリシロキサン 重量単位で(A―I)/(A−II)=1/99〜99/1となる量、
(B):下記平均組成式(2)
R1 aHbSiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、R1は脂肪族不飽和炭化水素基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、a、bは0.7≦a≦2.1、0.01≦b≦1.0、かつ0.8≦a+b≦2.9を満たす正数である)
で表され、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有し、かつ25℃での粘度が1000mPas以下である直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサン
そのケイ素原子に結合した水素原子数が、(A−I)及び(A−II)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計数1個あたり0.3〜10個となる量、
(C):付加反応触媒 触媒量
を含有することを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - 前記(A―I)成分が25℃において液状であり、かつ、前記(A−II)成分が25℃において固体状であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 前記(A―I)、(A−II)及び(B)の各成分が、1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物により半導体素子が被覆されていることを特徴とする半導体装置。
- 前記半導体素子が発光素子であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
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