CN103180393A - 聚硅氧烷组合物及其固化物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种满足规定条件的聚硅氧烷组合物,该聚硅氧烷组合物包含(A)至少一种在一个分子中含有至少两个不饱和脂肪族烃基的有机聚硅氧烷、(B)至少一种在一个分子中含有至少两个硅原子键合的氢原子的有机含氢聚硅氧烷、(C)硅氢加成反应催化剂、及(D)长短径比为1~1.5、且粒径为50μm以上的粒子在全部粒子中的比例为5重量%以下的无机粒子。本发明的组合物可加工性良好且固化后热膨胀率非常小,可以提供一种硬质固化物。
Description
技术领域
本申请是根据2010年8月31日于日本所申请的日本特愿2010-194013号主张优先权,在此引用其内容。
本发明涉及一种具有优良的耐热性及成形可加工性的聚硅氧烷组合物及其固化物。
背景技术
为了改良聚硅氧烷系材料的耐热性,广泛采取向该材料中填充二氧化硅、氧化铝、云母、滑石等无机粒子的技术,但随着无机粒子填充量的增大,虽然耐热性变得良好,但同时该材料的可加工性或流动性变差。因此,为了兼备耐热性和可加工性这两种相反的特性,例如,在日本特开2003-137627号公报、日本特表2005-503467号公报中公开了控制填充的无机材料的形状及大小,混合球状粒子的技术。另外,例如,在日本特开2007-332104号公报、2008-19426号公报、2008-38137号公报中公开了如下方法,即使用适当的材料对无机粒子表面进行处理,从而使其以高浓度分散在聚硅氧烷中。但是,通过这些技术得到的材料不是硬质的、且热膨胀较大,因此不适合在高温下使用。
但是,SiC、GaN等功率半导体的大范围使用的时期已经到来。其实用化的关键在于高耐热性密封材料,作为此密封材料,期待一种能够在200℃以上的温度下连续使用,不会由于受热而从基板剥离且以线膨胀系数代表的热膨胀很小的材料。
作为低热膨胀性的聚硅氧烷系材料,例如,在日本特表2006-503142号公报中公开了可固化的新型有机硅树脂。这种有机硅树脂的固化物与通常的有机硅树脂的固化物相比具有低热膨胀性,但在从室温到100℃的温度区域内,线膨胀系数大约为100ppm,热膨胀仍然较大。而且,在日本特表2006-503142号公报中,只是记载了低于200℃左右的温度下线膨胀系数。
填充无机粒子,对于在250℃以上的整个高温区域保持低热膨胀性很重要。在日本特开平5-105814号公报中,公开了在固化聚硅氧烷中混合球状无机粒子而形成的组合物,但其在固化后为凝胶状,因此耐热性不充分,线膨胀系数也较大。另外,在再公表2003-29353号公报中,公开了由含环氧基聚硅氧烷和球状无机粒子构成的低热膨胀性材料,但这种材料为一种使用溶剂来确保流动性的组合物,因此不适合作为密封材料。
另外,已知有可以进行转移成形的固体环氧树脂(例如,参照日本特开平8-311159号公报),因为是利用高压将高粘度流动物注入模具内,因此不适宜致密形状的成型及电子元器件的密封,而且玻璃化转变温度低的情况较多,该温度以上的线膨胀系数也不能说十分小。
如上所述,目前,仍没有能给予可加工性良好且固化后线膨胀系数非常小的硬质材料的聚硅氧烷组合物及其低热膨胀性固化物的报告。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-137627号公报
专利文献2:日本特表2005-503467号公报
专利文献3:日本特开2007-332104号公报
专利文献4:日本特开2008-19426号公报
专利文献5:日本特开2008-38137号公报
专利文献6:日本特表2006-503142号公报
专利文献7:日本特开平5-105814号公报
专利文献8:再公表2003-29353号公报
专利文献9:日本特开平8-311159号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种能给予可加工性良好且固化后热膨胀率非常小的硬质固化物的聚硅氧烷组合物及其固化物。
解决课题的手段
本发明的目的通过一种聚硅氧烷组合物而达到,该聚硅氧烷组合物包含
(A)至少一种在一个分子中含有至少两个不饱和脂肪族烃基的有机聚硅氧烷、
(B)至少一种在一个分子中含有至少两个硅原子键合的氢原子的有机含氢聚硅氧烷、
(C)硅氢加成反应催化剂、及
(D)长短径比为1~1.5且粒径为50μm以上的粒子在全部粒子中的比例为5重量%以下的无机粒子,其中,
(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数为0.5~10重量%,
(D)无机粒子对于聚硅氧烷组合物的混合比率为55~85体积%,
[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.04~8,
所述聚硅氧烷组合物在25℃下的粘度为500Pa·s以下。
所述(A)有机聚硅氧烷在25℃下的粘度优选为0.05~20Pa·s。
所述(B)有机含氢聚硅氧烷中硅原子键合的氢原子的重量分数优选为0.1重量%以上。
所述(B)有机含氢聚硅氧烷在25℃下的粘度优选为0.1Pa·s以下。
[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值优选为0.1~7。
[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值优选0.5~4.5。
[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的摩尔数]/[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的摩尔数]的值优选0.5~1.5。
所述(C)硅氢加成反应催化剂优选为铂族金属系催化剂。
所述(D)无机粒子优选含有至少一种金属氧化物粒子。
所述金属氧化物粒子优选为二氧化硅。
本发明的聚硅氧烷组合物进一步优选含有至少一种(E)增粘剂。
本发明的聚硅氧烷组合物优选不含有溶剂。
本发明的聚硅氧烷组合物可以提供一种30℃~300℃的线膨胀系数为80×10-6/K以下,优选为50×10-6/K以下的固化物。
本发明还涉及一种固化上述聚硅氧烷组合物而得到的固化物。
发明效果
本发明的聚硅氧烷组合物虽然含有较多的无机粒子,但是因为粘度较低,因此可加工性良好且固化后能提供一种热膨胀率非常小的硬质固化物。
特别是,在本发明聚硅氧烷组合物不包含溶剂的情况下,不用担心因溶剂而引起基板、电子材料等的变质,而且固化物中不会因溶剂而产生空隙、不会因溶剂挥发而造成固化物开裂。因此,可以优选用作半导体等的密封材料。
另外,本发明的固化物,30℃~300℃的线膨胀系数为100×10-6/K以下,优选为70×10-6/K以下,更优选为50×10-6/K以下,膨胀率非常小,而且能保持充分的硬度。因此,本发明的固化物即使在超过200℃的环境下也能够长时间连续使用,因为没有例如从基板剥离这样的情况,因此特别适合功率半导体的密封。
具体实施方式
[(A)成分]
作为(A)在一个分子中含有至少两个不饱和脂肪族烃基的至少一种有机聚硅氧烷,只要在一个分子中含有至少两个脂肪族不饱和烃基,则没有结构上的限制,例如,可以使用直链状、支链状或网状的有机聚硅氧烷。关于有机聚硅氧烷上脂肪族不饱和烃基的位置也没有限制,可以位于主链上或末端的任何位置。(A)成分可以单独使用,也可以并用构造不同的两种以上的有机聚硅氧烷。
作为(A)成分中的不饱和脂肪族烃基,优选碳原子数2~20的基团。作为碳原子数2~20的一价不饱和脂肪族烃基,例如,可以举出,乙烯基、1-丙烯基、烯丙基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、戊烯基、己烯基等直链或支链状链烯基,以及环戊烯基、环己烯基等环链烯基,及环戊烯基乙基、环己烯基乙基、环己烯基丙基等环链烯基烷基。优选链烯基,特别优选乙烯基及己烯基。
除(A)成分的不饱和脂肪族烃基以外的键合在硅原子上的基团为,取代或者非取代的一价烃基或者具有反应性官能团的一价有机基团。
典型的取代或者非取代的一价烃基为,碳原子数1~20,优选碳原子数1~10,更优选碳原子数1~4的取代或者非取代一价饱和烃基、碳原子数6~20,更优选碳原子数6~12的一价芳香族烃基。另外,(A)成分可以具有羟基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳原子数1~12的烷氧基作为一价有机基团。
作为碳原子数1~20的一价饱和烃基,例如,可以举出,甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等直链或支链状烷基以及环戊基、环己基、环庚基、环辛基等环烷基。
作为碳原子数6~20的一价芳香族烃基,例如,可以举出,苯基、甲苯基、二甲苯基、2,4,6-三甲苯基等芳基。优选苯基。需要说明的是,在本说明书中的芳香族烃基,除仅由芳香烃构成的基团以外,还包含由芳香烃和脂肪族饱和烃复合而形成的基团。作为芳香烃和饱和烃复合而形成的基团,例如,可以举出,苄基、苯乙基等芳烷基。
上述一价烃基上的氢原子可以被一个以上的取代基所取代,该取代基选自例如,由卤原子(氟原子、氯原子、溴原子及碘原子)、羟基、酰胺基、酯基、羧基以及异氰酸酯基构成的一组。优选至少含有一个上述取代基的一价饱和或者芳香族烃基。具体的可以举出,3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基,3-羟丙基、3-(2-羟基乙氧基)丙基、3-羧丙基、10-羧基癸基、3-异氰酸酯丙基等。
作为含有反应性官能团的一价有机基团,例如,可以举出,具有选自由羟基、巯基、环氧基、氨基、酰胺基、酯基、羧基及异氰酸酯基构成的组的反应性官能团的一价饱和或者芳香族烃基。一价有机基团中存在的反应性官能团可以是一个也可以是多个。优选的R1为至少含有一个上述反应性官能团的一价饱和或者芳香族烃基。作为反应性官能团,具体的可以举出,3-羟丙基、3-(2-羟基乙氧基)丙基、3-巯基丙基、2,3-环氧丙基、3,4-环氧丁基、4,5-环氧戊基、2-环氧丙氧基乙基、3-环氧丙氧基丙基、4-环氧丙氧基丁基、2-(3,4-环氧基环己基)乙基、3-(3,4-环氧基环己基)丙基、氨基丙基、N-甲基氨基丙基、N-丁基氨基丙基、N,N-二丁基氨基丙基、3-(2-氨基乙氧基)丙基、3-(2-氨基乙基氨基)丙基、3-羧基丙基、10-羧癸基、3-异氰酸酯丙基等。
作为(A)成分,优选直链状或支链状的聚硅氧烷,也可包含少量的环状甲基乙烯基聚硅氧烷。作为直链状(A)成分,优选为包含二有机硅氧烷单元及三有机甲硅烷氧基单元的聚合物,例如,可以举出,分子链两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、分子链两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基乙烯基硅氧烷·甲基苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端硅烷醇基封端二甲基硅氧烷·甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端硅烷醇基封端甲基乙烯基聚硅氧烷、这些聚合物甲基的一部分被乙基、丙基等除甲基以外的烷基或用3,3,3-三氟丙基等卤化烷基所取代的聚合物及这些聚合物的两种以上的混合物,特别优选的是,仅在分子链两末端含有不饱和脂肪族烃基,尤其是含有链烯基的直链状二有机聚硅氧烷。
作为支链状(A)成分,特别优选为含有二有机硅氧烷单元、有机倍半硅氧烷单元及三有机甲硅烷氧基单元的聚合物。作为这些单元中的硅原子键合的有机基团,优选,甲基、乙基、丙基等烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、己烯基等链烯基;苯基、甲苯基等芳基;3,3,3-三氟丙基等卤化烷基等一价烃基,也可具有少量的羟基甚至是甲氧基等烷氧基,这种聚合物中的至少两个硅原子键合的有机基团必须为不饱和脂肪族烃基,特别是链烯基。另外,这些单元的比率没有限定,在这种聚合物中,优选二有机硅氧烷单元的量在80.00~99.65摩尔%的范围内,有机倍半硅氧烷单元的量在0.10~10.00摩尔%的范围内,及剩下的摩尔%为三有机甲硅烷氧基单元。
接着,对(A)成分的粘度进行说明。在并用两种以上有机聚硅氧烷作为(A)成分的情况下,成分(A)的粘度是指其混合物的粘度。粘度使用通常所使用的方法进行测定,例如,使用流变仪或旋转粘度计等进行测定,在JISK7117-2记载的方法中,推荐使用10s-1剪切速度时的粘度。为了保持聚硅氧烷组合物良好的可加工性及机械强度,该值优选在25℃下为0.05Pa·s以上、20Pa·s以下。低于0.05Pa·s时,硅氧烷组合物的力学强度不充分,超过20Pa·s时,聚硅氧烷组合物的可加工性可能下降。优选粘度范围为25℃下为0.1Pa·s以上、10Pa·s以下。
接着,对(A)成分的不饱和脂肪族烃基的重量分数进行说明。在并用两种以上的有机聚硅氧烷作为(A)成分的情况下,成分(A)的不饱和脂肪族烃基的重量分数是指其混合物的不饱和脂肪族烃基的重量分数。所述重量分数表示(A)成分的不饱和脂肪族烃基的含量,其值为0.5重量%以上、10重量%以下。在偏离此范围的情况下,难以将聚硅氧烷组合物的固化物的线膨胀系数控制在期望值,而且,固化物有可能变得脆弱。优选范围为0.8重量%以上、10重量%以下,更优选范围为1重量%以上、7重量%以下。
本发明的组合物中(A)成分的混合量与后述(B)成分有关,只要[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.04~8,则没有特别限定,例如,可以占该组合物的1~20质量(重量)%或者5~10质量(重量)%。
[(B)成分]
作为(B)在一个分子中含有至少两个硅原子键合的氢原子的至少一种有机含氢聚硅氧烷,只要在一个分子中含有至少两个硅原子键合的氢原子,则在构造上没有限制,例如,可以使用直链状、支链状或网状的有机含氢聚硅氧烷。关于有机含氢聚硅氧烷上的硅原子键合的氢原子的位置也没有限制,可以位于主链上或末端的任何位置。(B)成分可以单独使用,也可以并用构造不同的两种以上的有机含氢聚硅氧烷。
作为(B)成分,例如,可以举出,1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基含氢聚硅氧烷、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基含氢硅氧烷共聚物、分子链两末端二甲基含氢甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、分子链两末端二甲基含氢甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基含氢硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基含氢硅氧烷·二苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基含氢硅氧烷·二苯基硅氧烷·二甲基硅氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元构成的共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元、SiO4/2单元及(C6H5)SiO3/2单元构成的共聚物。
接着,对(B)成分的粘度进行说明。在并用两种以上的有机含氢聚硅氧烷作为(B)成分的情况下,成分(B)的粘度是指其混合物的粘度。粘度使用通常所用的方法进行测定,例如,使用流变仪、旋转粘度计等进行测定,在JIS K7117-2记载的方法中,推荐使用10s-1剪切速度下的粘度。为了使聚硅氧烷组合物保持良好的可加工性及机械强度,优选(B)成分的粘度在25℃下为0.1Pa·s以下。25℃下的粘度超过0.1Pa·s时,聚硅氧烷组合物的可加工性可能下降。优选范围为25℃下为0.05Pa·s以下。
接着,对(B)成分的硅原子键合的氢原子的重量分数进行说明。在并用两种以上的有机含氢聚硅氧烷作为(B)成分的情况下,成分(B)的硅原子键合的氢原子的重量分数是指其混合物的硅原子键合的氢原子的重量分数。所述重量分数表示(B)成分的硅原子键合的氢原子的含量,优选其值为0.1重量%以上。在偏离该范围的情况下,可能难以将聚硅氧烷组合物的固化物的线膨胀系数控制在期望值。优选范围为0.15重量%以上,更优选范围为0.2重量%以上。
在本发明的聚硅氧烷组合物中,[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.04~8。该值低于0.04时,聚硅氧烷组合物的固化物的线膨胀系数不能充分降低,超过8时,聚硅氧烷固化物变得非常脆弱,故不优选。该值的优选范围为0.1以上、7以下,更优选范围为0.5以上、4.5以下,进一步优选范围为1以上、4.5以下。
在本发明聚硅氧烷组合物中,优选[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的摩尔数]/[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的摩尔数]的值为0.5~1.5。在偏离该范围的情况下,固化变得不充分,可能发生由于残存反应性基团的分解而引起保存稳定性降低。更优选范围为0.5以上、1.4以下,进一步优选范围为0.7以上、1.3以下。
本发明组合物中的(B)成分的混合量与(A)成分有关,只要[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.04~8,则没有特别限定,例如,可以占该组合物的1~10质量(重量)%或者2~5质量(重量)%。
[(C)成分]
(C)成分为硅氢加成反应催化剂,用于促进(A)成分的不饱和脂肪族烃基和(B)成分的硅原子键合的氢原子的加成反应,使本发明聚硅氧烷组合物固化。作为(C)成分,例如,可以举出,氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、铂和烯烃的络合物、铂和1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的络合物、负载有铂的粉体等铂系催化剂;四(三苯基膦)钯、钯黑、与三苯基膦的混合物等钯系催化剂;还可举出铑系催化剂,优选铂系催化剂和钯系催化剂等铂族金属系催化剂,更优选铂系催化剂。
(C)成分的混合量为催化剂量,在使用铂系催化剂作为(C)成分的情况下,在实用方面,以重量单位计,优选此催化剂铂金属在本发明聚硅氧烷组合物中的量在0.01~1000ppm的范围内,特别优选0.1~500ppm的范围内。
[(D)成分]
(D)成分为长短径比为1以上、1.5以下的无机粒子。在此,长短径比为利用扫描型电子显微镜等显微镜法测定的粒子的[长径]/[短径]的比率。在该比率超过1.5的情况下,得到的聚硅氧烷组合物的可加工性显著降低,故不优选。长短径比优选1.2以下,更优选1.1以下,进一步优选1.0。因此,优选球状无机粒子。另外,粒径为50μm以上的粒子在(D)成分全部粒子中的比例必须为5重量%以下。在此,粒径是指利用激光散射·衍射式粒度分布测量装置等测定的粒子的长径。该比例超过5重量%时,组合物容易失去均匀性,故不优选。
(D)成分对于本发明聚硅氧烷组合物的总量的混合比率为55~85体积%,更优选60~85体积%。低于55体积%时,不能同时满足固化后的低热膨胀性和固化前良好的可加工性,故不优选。在将线膨胀系数设为60ppm/K以下的情况下,(D)成分的混合量优选为70~85体积%,更优选范围为75~82体积%。以重量百分率计,(D)成分的混合量优选60~95重量%,更优选75~90重量%。
(D)成分可以为单一的无机粒子或者也可以是两种以上无机粒子的混合物。无机粒子的材质只要为无机物质,则没有特别限定,优选金属氧化物。因此,优选(D)成分的无机粒子含有至少一种金属氧化物粒子。作为金属氧化物,例如,可以举出,二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、滑石、玻璃、氧化锌等,但是从耐热性、可加工性及经济性的观点考虑,优选二氧化硅。特别优选(D)成分中的90重量%以上为二氧化硅。
[任选成分]
在本发明聚硅氧烷组合物中,除了上述(A)~(D)成分以外,可以根据需要混合公知的各种添加剂。例如,为了赋予粘结性,可以混合(E)增粘剂。作为增粘剂,优选在一个分子中至少含有两种反应性基团的直链状或环状的聚硅氧烷类,该反应性基团选自硅原子键合的氢原子、硅原子键合的烯基(例如乙烯基)、硅原子键合的烷氧基、硅原子键合的含环氧基有机基团、硅原子键合的含丙烯酸基有机基团。作为增粘剂,具体的可以举出,3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等含丙烯酰氧基的有机烷氧基硅烷;3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷等含环氧基的有机烷氧基硅烷等硅烷偶联剂;γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和分子链末端硅烷醇基封端二甲基聚硅氧烷的缩合反应生成物、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和分子链末端硅烷醇基封端甲基乙烯基聚硅氧烷的缩合反应生成物、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和分子链末端硅烷醇基封端二甲基硅氧烷·甲基乙烯基硅氧烷共聚物的缩合反应生成物。关于增粘剂的混合量没有特别限制,为了充分发挥增粘剂的效果,相对于聚硅氧烷组合物的总量,优选为0.2~3重量%的范围。偏离该范围时,固化后得到的粘结性可能不充分,或低热膨胀性受损。
在本发明的聚硅氧烷组合物中,可以包含用于提高贮藏稳定性及操作性的反应抑制剂。作为反应抑制剂,例如,可以举出,2-甲基-3-丁炔-2-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、1-乙炔基-1-环己醇等炔醇;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔等烯炔化合物;1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基环四硅氧烷、苯并三氮唑。反应抑制剂的混合量没有特别限定,相对于本发明聚硅氧烷组合物的总量,优选0.0001~5重量%的范围。
本发明聚硅氧烷组合物优选不包含溶剂。作为溶剂,例如,可以举出,甲醇、乙醇等醇溶剂;乙二醇单甲基醚等醚系溶剂;丙酮、丁酮、甲基异丁基酮等酮系溶剂;N,N-二甲基甲酰胺等的酰胺系溶剂;甲苯、二甲苯等芳香族烃系溶剂;醋酸乙酯等酯系溶剂;丁腈等腈系溶剂等。在本发明聚硅氧烷组合物不包含溶剂的情况下,由于不需对固化物进行干燥,因此可以缩短加工时间。特别是在将不包含溶剂的本发明聚硅氧烷组合物用作半导体等的密封材料的情况下,不用担心溶剂引起的基板、电子材料等的变质,而且,不会在固化物中因溶剂而引起小孔、不会因溶剂挥发造成固化物开裂。
本发明的聚硅氧烷组合物可以通过混合成分(A)、(B)、(C)及(D)来制备。关于成分(A)、(B)、(C)及(D)的混合方法没有限制,可以采用螺带式混合机、自转·公转搅拌机、粉碎·混合机等公知的混合手法。关于混合顺序也没有限制,可以将上述成分一起混合,也可预先将两种或三种成分混合之后再将剩下的成分混合。另外,关于混合时的温度也没有特别限制,在从室温到200℃之间适当选择。例如,有时通过预先将成分(A)和(D)或成分(B)和(D)在从50到150℃左右的温度下一边加热一边混合,接着再将剩下的成分混合,可以达到更好的混合效果。
本发明的聚硅氧烷组合物在25℃下具有500Pa·s以下、优选0.05~400Pa·s、更优选0.1~300Pa·s、进一步优选1~200Pa·s的粘度。粘度使用通常所用的方法进行测定,例如,使用流变仪、旋转粘度计等进行测定,在JIS K7117-2记载的方法中,推荐使用10s-1剪切速度下的粘度。粘度超过500Pa·s时,操作性及可加工性下降。
本发明的聚硅氧烷组合物可以在室温下进行固化或通过加热进行固化,但为了使其迅速固化,优选加热。作为其加热温度,优选300℃以下,更优选50~200℃的范围。
本发明的聚硅氧烷组合物的固化物,优选30℃~300℃的线膨胀系数为100×10-6/K以下,更优选80×10-6/K以下,进一步优选70×10-6/K以下,更进一步优选50×10-6/K以下。在此,线膨胀系数依据JIS K7197方法测定。因此,本发明的固化物热膨胀率非常小。
另外,依据ASTM D2240的方法,通过ASKER硬度计D型进行测定的情况下,本发明的聚硅氧烷组合物的固化物具有优选为20以上、更优选为30以上、进一步优选为40以上、特别优选为50以上的硬度。因此,本发明的固化物具有充分的硬度。
另外,本发明聚硅氧烷组合物的固化物对各种基板均具备良好的粘结性。
工业实用性
本发明的聚硅氧烷组合物,由于粘度低,因此可加工性良好,而且固化后热膨胀率非常小,可以提供一种坚硬的固化物。因此,本发明的固化物即使在超过200℃的环境下也能够长时间连续使用,例如不会从基板剥离,因此作为各种光学、电气、电子元件用粘结剂、密封剂很有用,适合半导体的密封,特别是功率半导体的密封。
实施例
下面,通过实施例和比较例对本发明进行详细的说明,但本发明不受实施例限定。
实施例1~9和比较例1~5中使用的聚硅氧烷成分及它们的乙烯基和氢原子的含量及粘度如表1和表2中记载。但是,作为硅氢加成反应催化剂,在实施例1~9及比较例1~5的聚硅氧烷组合物中混合氯铂酸乙烯基硅氧烷络合物的聚硅氧烷溶液(铂含量0.2重量%),使聚硅氧烷组合物中的铂含量为10~15ppm。
作为聚硅氧烷A1,使用分子链两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端聚二甲基硅氧烷(实施例1~5、7~9、比较例1、3~5)或分子链末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷·甲基倍半硅氧烷共聚物(实施例6、比较例2)。
作为聚硅氧烷A2,使用分子链两末端二甲基硅烷醇基封端甲基乙烯基硅氧烷·二甲基硅氧烷共聚物。
作为聚硅氧烷B,使用分子链两末端三甲基甲硅烷基封端甲基含氢硅氧烷·二甲基硅氧烷共聚物。
作为增粘剂E,使用分子链两末端环氧丙氧基丙基二甲氧基甲硅烷基封端甲基乙烯基硅氧烷·二甲基硅氧烷共聚物。
作为金属氧化物粒子D,使用了下述粒子。
微粒D1:株式会社龙森制造的MSS-7LV(二氧化硅)
平均粒径:9μm;长短比:1.05;不包含粒径50μm以上的粒子
微粒D2:株式会社アドマテツクス(Admatechs)制造的FEB24D1(G)(二氧化硅)
平均粒径:11μm;长短比:1.05;不包含粒径50μm以上的粒子
微粒D3:电器化学工业株式会社制造的DAW-07(氧化铝)
平均粒径:9μm;长短比:1.1;包含粒径50μm以上的粒子4重量%
微粒D4:US Silica制造MIN-U-SIL10(二氧化硅)
平均粒径:10μm;长短比:3.0(非球形);不包含粒径50μm以上的粒子
就聚硅氧烷组合物的粘度而言,依据JIS K7117-2,利用テイ一·エイ·インスツルメント(T·A·Instrument)制造的AR2000EX测定以10s-1的剪切速度下的25℃时的值。
就聚硅氧烷固化物的线膨胀系数而言,依据JIS K7197,利用ULVAC理工制造的TM9200测定30℃~300℃时的值。
就聚硅氧烷固化物的硬度而言,依据ASTM D2240,利用ASKER硬度计D型测定。
就聚硅氧烷固化物的粘结性而言,利用西进商事制造的Bond TesterModel SS-100KP,在面积为50mm2的圆形被粘部位处对固化后固化物的对于作为放热基板的氧化铝的粘合强度进行测定。
[实施例1~9]
使用自转·公转搅拌机将聚硅氧烷A和金属氧化物粒子D混合之后,在150℃下加热30分钟。充分混合所得到的混合物和剩余成分,制备实施例1~9的聚硅氧烷组合物。使该组合物中[聚硅氧烷B中的氢原子的摩尔数]/[聚硅氧烷A中的链烯基的摩尔数]的值为1.3。如表1所示,实施例1~9的组合物粘度均为200Pa·s以下,确认具有良好的流动性。另外,实施例1~9的组合物在200℃下加热90分钟固化后,成为白色硬质固体。而且,测定实施例1~9的固化物的线膨胀系数,如表1所示,线膨胀系数均为80×10-6K-1以下,显示了固化物的低热膨胀性。进而,测得实施例1~9的固化物的硬度均为20以上,显示了良好的硬度。
[比较例1~5]
与实施例1~9同样地制备聚硅氧烷组合物。[聚硅氧烷中的链烯基重量分数]×[氢原子重量分数]的值低于0.04的组合物(比较例1)及超过8的组合物(比较例2)、金属氧化物粒子D的含量少的组合物(比较例3)、使用非球形的金属氧化物粒子D的组合物(比较例4)、以及具有硅原子键合的不饱和脂肪族基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合的链烯基的含量低于0.5重量%的组合物(比较例5),线膨胀系数或粘度过高,耐热性或操作性不足,或者,固化物太脆而不能制作样本。
[表1]
[表2]
NA:无法测试
Claims (15)
1.一种聚硅氧烷组合物,该聚硅氧烷组合物包含有
(A)至少一种在一个分子中含有至少两个不饱和脂肪族烃基的有机聚硅氧烷、
(B)至少一种在一个分子中含有至少两个硅原子键合的氢原子的有机含氢聚硅氧烷、
(C)硅氢加成反应催化剂、及
(D)长短径比为1~1.5且粒径为50μm以上的粒子在全部粒子中的比例为5重量%以下的无机粒子,其中,
(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数为0.5~10重量%,
(D)无机粒子对于聚硅氧烷组合物的混合比率为55~85体积%,
[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.04~8,
所述聚硅氧烷组合物在25℃下的粘度为500Pa·s以下。
2.根据权利要求1所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述(A)有机聚硅氧烷在25℃下的粘度为0.05~20Pa·s。
3.根据权利要求1或2所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数为0.1重量%以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述(B)有机含氢聚硅氧烷在25℃下的粘度为0.1Pa·s以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.1~7。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的重量分数]×[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的重量分数]的值为0.5~4.5。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,[(B)有机含氢聚硅氧烷中的硅原子键合的氢原子的摩尔数]/[(A)有机聚硅氧烷中的不饱和脂肪族烃基的摩尔数]的值为0.5~1.5。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述(C)硅氢加成反应催化剂为铂族金属系催化剂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述(D)无机粒子含有至少一种金属氧化物粒子。
10.根据权利要求9所述的聚硅氧烷组合物,其中,所述金属氧化物粒子为二氧化硅。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的聚硅氧烷组合物,含有至少一种(E)增粘剂。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的聚硅氧烷组合物,不含溶剂。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的聚硅氧烷组合物,提供30℃~300℃的线膨胀系数为100×10-6/K以下的固化物。
14.根据权利要求13所述的聚硅氧烷组合物,提供30℃~300℃的线膨胀系数为50×10-6/K以下的固化物。
15.一种固化物,该固化物是固化权利要求1至14中任一项所述的聚硅氧烷组合物而得到的。
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