CN107011537B - 粘着促进剂、加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物及半导体装置 - Google Patents
粘着促进剂、加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物及半导体装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种粘着促进剂,其通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、作业性、粘着性及阻气性优异。为此,本发明提供一种粘着促进剂,其促进加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物的粘着性,所述粘着促进剂的特征在于,在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基,并且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘着促进剂、加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物及半导体装置。
背景技术
对于发光二极管(LED)用密封材料,要求耐热性、耐光性、作业性、粘着性、阻气性、固化特性也优异的材料,以往大多使用环氧树脂、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯等热塑性树脂。但是,近年伴随LED发光装置的高输出化,已知在长期的高温环境下,当使用这些热塑性树脂时,会发生耐热性、耐变色性的问题。
此外,最近在将光学元件焊接在基板上时,大多使用无铅焊料。此无铅焊料的熔融温度比以往的焊料高,通常需要施加260℃以上的温度来进行焊接,但当在这样的温度下进行焊接时,也已知会发生如上所述的以往的热塑性树脂的密封材料产生变形、或者由于高温导致密封材料黄变等不良状况。
如此一来,伴随LED发光装置的高输出化和无铅焊料的使用,对于密封材料要求比至目前为止更优异的耐热性。至目前为止,已提案一种光学用树脂组合物等,其以提高耐热性为目的,是在热塑性树脂中填充纳米二氧化硅而得(专利文献1、2),但热塑性树脂的耐热性有极限,无法获得充分的耐热性。
热固化性树脂中的硅酮树脂,由于耐热性、耐光性、透光性优异,因此已被研究作为LED用密封材料(专利文献3~5)。但是,与环氧树脂等相比,此硅酮树脂的树脂强度较弱,并且,透气性较大(即,阻气性较低),因此有由于电极的硫化导致亮度下降的缺点。
此外,如果使用例如含有硅酸盐系荧光体的硅酮树脂作为LED用密封材料,则水蒸气会入侵至阻气性低的硅酮树脂的密封材料中,水会在荧光体表面反应,于是荧光体会分解,也会有荧光特性显著下降的问题,因而改善硅酮树脂的阻气性的要求高涨。
作为此对策,已研究通过导入苯基等芳香族系取代基来进行高折射率化以及提高阻气性,但如果导入芳香族系取代基,则在加热时的粘弹性的变化会变大,因此与甲基硅酮系树脂相比,会有耐破裂性下降或与LED封装的粘着性恶化等问题。
为了提高粘着性,也已研究添加含环氧基有机聚硅氧烷、腈化合物等(专利文献6、7),但耐热性会下降,因此添加量被限定,称不上可以获得充分的粘着性。因此,要求开发一种密封材料,其耐热性优异,作业性良好,并且固化物的机械特性、耐热性、粘着性优异,进一步阻气性也优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-214554号公报;
专利文献2:日本特开2013-204029号公报;
专利文献3:日本特开2006-213789号公报;
专利文献4:日本特开2007-131694号公报;
专利文献5:日本特开2011-252175号公报;
专利文献6:日本专利5060074号公报;
专利文献7:日本特开2014-218679号公报。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的,其目的在于,提供一种粘着促进剂,其通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、作业性、粘着性及阻气性优异。此外,本发明的目的在于,提供一种含有该粘着促进剂的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物及利用该组合物来密封而得的半导体装置。
为了实现上述目的,在本发明中,提供一种粘着促进剂,其促进加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物的粘着性,所述粘着促进剂的特征在于,
在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基,并且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团。
如果是这种粘着促进剂,则通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、作业性、粘着性及阻气性优异。
此外,优选为,所述粘着促进剂是由下述平均式(1)表示:
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
式(1)中,R1是氢原子、或从由碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~20的烯基、碳原子数6~20的芳基、碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数3~10的含环氧基有机基团以及除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团所组成的组中选出来的基团,并且在一分子中具有至少1个烷氧基和至少1个含氰基有机基团,a是满足1.0≤a<4.0的数。
如此一来,作为本发明的粘着促进剂,可以列举由上述平均式(1)表示的有机聚硅氧烷。
此外,优选为,所述粘着促进剂是由下述式(2)表示:
R2SiXbR3 3-b (2)
式(2)中,R2是含氰基有机基团,并且表示该除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团,X表示碳原子数1~10的烷氧基,R3表示碳原子数1~8的烃基,b表示1~3的整数。
如此一来,作为本发明的粘着促进剂,可以列举由上述式(2)表示的硅烷化合物。
此时,优选为,由所述式(2)表示的粘着促进剂为2-氰乙基三烷氧基硅烷。
如此一来,作为由上述式(2)表示的硅烷化合物,可以适当使用2-氰乙基三烷氧基硅烷。
此外,所述粘着促进剂可以具有2个以上的烯基。
如此一来,本发明的粘着促进剂,可以具有键结于硅原子上的烷氧基和键结于硅原子上的含氰基有机基团,并且具有2个以上的烯基。
进一步,在本发明中,提供一种加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,其特征在于,其含有:
(A)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷;
(C)上述本发明的粘着促进剂;
(D)氢化硅烷化反应用催化剂。
添加这种本发明的粘着促进剂而得的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,可以获得一种固化物,所述固化物维持着优异的耐热性,即便是严酷的热循环试验也不会破损,与基材等的粘着性优异,并且具有透气性低的特性。
进一步,在本发明中,提供一种半导体装置,其特征在于,是利用上述
本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物来密封而得。
本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物可以获得一种固化物,所述固化物的耐热性、作业性、粘着性及阻气性优异。因此,利用这种组合物来密封而得的半导体装置是一种可靠性优异的半导体装置。
如上所述,如果是本发明的粘着促进剂,则通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、作业性、粘着性、阻气性及固化特性优异,并且,在添加该粘着促进剂后也可以使组合物为低粘度且作业性优异。因此,包含这种本发明的粘着促进剂的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,特别适合于发光半导体装置的透镜用材料、保护涂布剂、成型剂(molding agent)等。此外,本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的阻气性优异,因此在添加耐水性差的硅酸盐系荧光体和量子点荧光体来作为波长转换薄膜用材料使用时,在高温下也可以确保长期可靠性,并且可以提供一种发光半导体装置,所述发光半导体装置的耐湿性、长期演色性良好。
具体实施方式
以下,更详细地说明本发明。
如上所述,需要一种粘着促进剂,其通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、作业性、粘着性及阻气性优异。
本发明人为了达成上述目的而努力研究。其结果发现,通过将一种粘着促进剂添加至加成型固化有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、耐光性、作业性、粘着性、阻气性及固化特性优异,并且,可以使该组合物为低粘度且作业性优异,所述粘着促进剂在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团,进一步,如果是这种有机聚硅氧烷树脂组合物,则可以适合使用作为LED等半导体元件的密封材料,从而完成本发明。
以下,对于本发明的实施方式具体地说明,但本发明并非限定于以下实施方式。此外,在本说明书中,Me表示甲基,Et表示乙基,Vi表示乙烯基,Ph表示苯基。
<粘着促进剂>
首先,对于本发明的粘着促进剂详细地说明。本发明的粘着促进剂是一种促进加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物的粘着性的粘着促进剂,其在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基,并且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团。如果是这种粘着促进剂,则通过添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以使该组合物的固化物的耐热性、耐光性、作业性、粘着性、阻气性及固化特性优异。
如此一来,本发明的粘着促进剂只要具有键结于硅原子上的烷氧基和键结于硅原子上的含氰基有机基团即可,但也可以进一步具有2个以上的烯基。
作为本发明的粘着促进剂,可以列举,在分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基与至少1个含氰基有机基团的硅烷化合物或有机聚硅氧烷。
作为在分子中具有烷氧基与含氰基有机基团的有机聚硅氧烷,可以列举由下述平均式(1)的有机聚硅氧烷:
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
式(1)中,R1是氢原子、或从由碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~20的烯基、碳原子数6~20的芳基、碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数3~10的含环氧基有机基团以及除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团所组成的组中选出来的基团,并且在一分子中具有至少1个烷氧基和至少1个含氰基有机基团。a是满足1.0≤a<4.0的数。
在上述平均式(1)中,烷基的碳原子数在1~10的范围内,作为具体例子,可以例示,甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基等,优选为甲基、乙基。
烯基的碳原子数在2~20的范围内,优选为在2~10的范围内,作为具体例子,可以例示,乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、庚烯基、己烯基、环己烯基等,优选为乙烯基、烯丙基、己烯基。
芳基的碳原子数在6~20的范围内,作为具体例子,可以例示,苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等,优选为苯基。
烷氧基的碳原子数在1~10的范围内,作为具体例子,可以例示,甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等,优选为甲氧基、乙氧基。
含环氧基有机基团的碳原子数在3~10的范围内,作为具体例子,可以例示:2-环氧丙氧乙基、3-环氧丙氧丙基、4-环氧丙氧丁基等环氧丙氧烷基;2-(3,4-环氧环己基)-乙基、3-(3,4-环氧环己基)-丙基等环氧环己基烷基;4-环氧乙基丁基、8-环氧乙基辛基等环氧乙基烷基等;优选为环氧丙氧烷基,尤其优选为3-环氧丙氧丙基。
含氰基有机基团的氰基可以通过直链、分支的烃链、或通过隔着酰胺键、酯键、醚键、酰脲键、胺酯键等的烃链,键结于分子内的硅原子上。含氰基有机基团中的除氰基以外的碳原子数在1~10的范围内,作为具体例子,可以例示,氰甲基、2-氰乙基、3-氰丙基等,优选为2-氰乙基。
由上述平均式(1)表示的有机聚硅氧烷,在一分子中具有至少1个烷氧基,优选为具有1~50个烷氧基,并且,在一分子中具有至少1个含氰基有机基团,优选为具有1~10个含氰基有机基团。a是满足0≤a<4.0的数,优选为满足1.0≤a<3.5的数,更优选为满足2.0≤a<3.0的数。如果a的值为1.0以上,则含有作为粘着促进剂的该有机聚硅氧烷的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物的耐破裂性良好;如果不足4.0,则不易发生渗出(bleeding)等。
另外,在由上述有机聚硅氧烷表示的粘着促进剂中,在一分子中的烯基的含量并无特别限定,通常是少于全部R1的50摩尔%,优选为少于全部R1的30摩尔%。此外,在该粘着促进剂中,在一分子中的芳基的含量并无特别限定,通常是少于全部R1的50摩尔%,优选为少于全部R1的30摩尔%。此外,在该粘着促进剂中,在一分子中的烷氧基的含量可以设为全部R1的5摩尔%以上。
此外,作为在分子中具有烷氧基与含氰基有机基团的硅烷化合物,可以列举,由下述式(2)表示的硅烷化合物:
R2SiXbR3 3-b (2)
式(2)中,R2是含氰基有机基团,并且表示该除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团,X表示碳原子数1~10的烷氧基,R3表示碳原子数1~8的烃基,b表示1~3的整数。
在上述式(2)中,R2是含氰基有机基团,该含氰基有机基团中的除氰基以外的碳原子数在1~10的范围内,作为具体例子,可以例示,氰甲基、2-氰乙基、3-氰丙基等,优选为2-氰乙基。
X表示碳原子数1~10的烷氧基,优选为表示碳原子数1~5的烷氧基,作为具体例子,可以例示,甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等,优选为甲氧基、乙氧基。
R3表示碳原子数1~8的烃基,优选为表示碳原子数1~6的烃基,具体来说,可以例示:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、庚基、辛基等烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、庚烯基、己烯基、环己烯基等烯基;苯基、甲苯基、二甲苯基等芳基等;其中,优选为甲基、苯基。
b表示1~3的整数,优选为表示2~3的整数。
作为由上述式(2)表示的硅烷化合物,可以适当使用2-氰乙基三烷氧基硅烷。
本发明的粘着促进剂,优选为在常温时为液体。尤其,利用日本工业标准(JIS)K7117-1:1999记载的方法来测量而得的本发明的粘着促进剂的粘度,通常于25℃时在0.1~10000mPa·s的范围内,优选为在0.1~1000mPa·s的范围内。
本发明的粘着促进剂的重量平均分子量,优选为在150~10000的范围内,尤其优选为在200~5000的范围内。
作为这种本发明的粘着促进剂的制备方法,可以通过以下方式制备:将含有氰基的烷氧基硅烷作为单体使用,或者将含有氰基的烷氧基硅烷作为必要成分,在氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂等碱金属氢氧化物、二甲基聚硅氧烷和甲基苯基聚硅氧烷的碱金属醇化物等碱金属醇化物、三乙胺等胺类、氢氧化四甲基铵等氢氧化铵的存在下,使硅化合物进行平衡化反应,所述硅化合物选自具有甲基的烷氧基硅烷或其低聚物、具有烯基的烷氧基硅烷或其低聚物、具有苯基的烷氧基硅烷或其低聚物、具有环氧基的烷氧基硅烷或其低聚物以及烷氧基硅烷或其低聚物。
通过将这种含有含氰基有机基团和烷氧基的硅烷化合物或有机聚硅氧烷作为粘着促进剂来添加至加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,该组合物的固化物的耐热性、耐光性、作业性、阻气性及固化特性更优异。
<加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物>
接下来,对于本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物进行说明。作为包含上述粘着促剂剂的组合物,本发明提供一种加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,其特征在于,其含有下述(A)~(D)成分:
(A)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷;
(C)上述本发明的粘着促进剂;
(D)氢化硅烷化反应用催化剂。
[(A)含烯基有机聚硅氧烷]
(A)成分是本发明的组合物的主剂,并且为在分子中具有2个以上键结于硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷。作为(A)成分的具体例子,可以列举由下述平均式(3)表示的有机聚硅氧烷:
R4 cSiO(4-c)/2 (3)
式(3)中,作为R4,可以列举有机基团,例如,碳原子数1~10的取代或无取代的一价烃基,具体来说,可以列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基等烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、庚烯基、己烯基、环己烯基等烯基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;甲基、苯乙基等芳烷基;3-氯丙基、2-溴乙基、3,3,3-三氟丙基等卤化烷基等。其中,在一分子中至少2个R4是烯基,优选为乙烯基、烯丙基、己烯基。另外,此处所说的(A)成分与(C)成分不同。
此外,在一分子中的全部R4的1个以上为芳基,优选为苯基。此外,上述式中,c是满足0.5≤c≤2.2的数,优选为满足0.6≤c≤2.0的数。
(A)成分的分子结构并无特别限定,可以列举例如,直链状、分支链状、三维网状(树脂状)等,尤其,优选为使用直链状有机聚硅氧烷(A1)与三维网状(树脂状)有机聚硅氧烷(A2)。
[(A1)直链状有机聚硅氧烷]
(A1)成分也就是直链状有机聚硅氧烷,在一分子中具有2个以上的烯基、1个以上芳基,分子中可以包含分支结构,并且由下述平均组成式(4)表示:
(Ra1 3SiO1/2)p(Ra1 2SiO2/2)q(Ra1SiO3/2)r (4)
式(4)中,Ra1独立地为从羟基、烷氧基、三有机硅基及碳原子数1~10的一价烃基选出来的基团,具体来说,可以列举:羟基;甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等饱和脂肪族烃基;环戊基、环己基等饱和环式烃基;乙烯基、烯丙基、5-己烯基、9-癸烯基等不饱和脂肪族烃基;苯基、甲苯基等、苯甲基、苯乙基、苯丙基等芳烷基等芳香族烃基;这些基团的键结于碳原子上的一部分或全部的氢原子被氟、溴、氯等卤素原子取代而得的基团,例如,三氟丙基、氯丙基等卤化一价烃基等一价烃基等;三甲基硅基、二甲基苯基硅基、二苯基甲基硅基等三有机硅基;甲氧基、乙氧基、丙氧基等烷氧基;甲氧甲基、甲氧乙基等烷氧烷基等。其中,优选为甲基、乙基、丙基等碳原子数1~5的饱和烃基、乙烯基、苯基。
平均组成式(4)的p、q、r是满足p>0、q>0、r≥0、p+q+r=1的数,优选为,0.001<p<0.67、0.3<q<0.999、0≤r<0.34。此外,(A1)成分也就是直链状有机聚硅氧烷是一分子内含有2个以上的烯基(优选为2~3个烯基)与1个以上芳基的有机聚硅氧烷。
作为(A1)成分,具体来说,可以例示以下成分。
上述式中,s和t是8~2000的整数。
上述式中,k和m是0以上的整数。
(A1)成分也就是直链状有机聚硅氧烷,利用JIS K7117-1:1999记载的方法测量而得的粘度通常在25℃时是10~1000000mPa·s,优选为100~100000mPa·s。重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn是2.0以下,优选为重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn是1.8以下。
另外,在本发明中,重量平均分子量Mw和数平均分子量Mn是指基于在下述条件下进行测量的凝胶渗透色谱(GPC)而得且以聚苯乙烯作为标准物质的重量平均分子量和数平均分子量。
[测量条件]
展开溶剂:四氢呋喃;
流量:0.6mL/min;
检测器:示差折射率检测器(RI);
色谱柱:TSK Guardcolumn SuperH-L、
TSKgel SuperH4000(6.0mmI.D.×15cm×1)、
TSKgel SuperH3000(6.0mmI.D.×15cm×1)、
TSKgel SuperH2000(6.0mmI.D.×15cm×2)
(均为东曹公司制造);
色谱柱温度:40℃;
样品注入量:20μL(浓度0.5质量%的THF溶液)。
[(A2)三维网状(树脂状)有机聚硅氧烷]
(A2)成分包含SiO4/2单元和Ra2SiO3/2单元中的任一种以上作为必要的构成单元,在一分子中具有至少2个硅原子键结烯基与至少1个硅原子键结芳基,并且由下述平均组成式(5)表示:
(Ra2 3SiO1/2)w(Ra2 2SiO2/2)x(Ra2SiO3/2)y(SiO4/2)z (5)
式(5)中,Ra2独立地为从羟基、三有机硅基、碳原子数1~10的烷氧基及碳原子数1~10的一价烃基选出来的基团。具体来说,可以列举:羟基;甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等饱和脂肪族烃基;环戊基、环己基等饱和环式烃基;乙烯基、烯丙基、5-己烯基、9-癸烯基等不饱和脂肪族烃基;苯基、甲苯基等、苯甲基、苯乙基、苯丙基等芳烷基等芳香族烃基;这些基团的键结于碳原子上的一部分或全部的氢原子被氟、溴、氯等卤素原子取代而得的基团,例如,三氟丙基、氯丙基等卤化一价烃基等一价烃基等;三甲基硅基、二甲基苯基硅基、二苯基甲基硅基等三有机硅基;甲氧基、乙氧基、丙氧基等烷氧基;甲氧甲基、甲氧乙基等烷氧烷基等。其中,优选为甲基、乙基、丙基等碳原子数1~5的饱和烃基、乙烯基、苯基。
平均组成式(5)的w、x、y、z是满足w>0、x≥0、y≥0、z≥0、w+x+y+z=1的数,其中,不同时为y>0、z>0,优选为0.1<w<0.6、0≤x<0.5、0≤y<0.9、0≤z<0.7。
此外,(A2)成分也就是树脂状有机聚硅氧烷是一分子内含有2个以上的烯基(优选为2~10个烯基)与1个以上芳基(优选为2个以上芳基)的有机聚硅氧。
(A2)成分也就是树脂状有机聚硅氧烷,优选为重量平均分子量为1000~20000,更优选为1200~10000。此外,相对于全部硅键结取代基的摩尔数,优选为含有0.01~10.0摩尔%范围的SiOH基,更优选为含有0.1~8.0摩尔%范围的SiOH基。通过含有SiOH基,在作为LED材料使用时,会提高对基板等的粘着性。此外,在添加任意成分也就是填充材料和荧光体等时,会提高润湿性,因此会使分散性等良好。另一方面,相对于全部硅键结取代基的摩尔数,如果(A2)成分中的键结于硅原子上的羟基的摩尔数为10.0摩尔%以下,则不易发生凝胶化等加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的保存稳定性的下降、和固化后的透明性的下降等随时间变化较大等缺点。
在(A2)成分的有机聚硅氧烷中,从高折射率和低透气性的观点来说,优选为,全部Ra2的至少1个、优选为2个以上为芳基。
(A2)成分的调配量并无特别限定,相对于(A1)成分与(A2)成分的合计量,通常是1~99质量%,优选为50~95质量%。
[(B)有机氢聚硅氧烷]
(B)成分是分子中聚有2个以上键结于硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷。作为(B)成分的具体例子,可以列举,在一分子中具有2个以上的键结于硅原子上的氢原子、1个以上的硅原子键结芳基的有机氢聚硅氧烷。作为该有机氢聚硅氧烷,可以列举由下述平均组成式(6)表示的有机氢聚硅氧烷:
R6 hHiSiO(4-h-i)/2 (6)
式(6)中,R6是相同或不同种类的无取代或取代的碳原子数为1~10的一价烃基、羟基、烷氧基及三有机硅基中的任一种,h和i优选为满足0.7≤h≤2.1、0.001≤i≤1.0且0.8≤h+i≤3.0的正数,更优选为满足1.0≤h≤2.0、0.01≤i≤1.0且1.5≤h+i≤2.5的正数。
作为上述R6,具体来说,可以列举:羟基;甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等饱和脂肪族烃基;环戊基、环己基等饱和环式烃基;苯基、甲苯基等、苯甲基、苯乙基、苯丙基等芳烷基等芳香族烃基;这些基团的键结于碳原子上的一部分或全部的氢原子被氟、溴、氯等卤素原子取代而得的基团,例如,三氟丙基、氯丙基等卤化一价烃基等一价烃基等;三甲基硅基、二甲基苯基硅基、二苯基甲基硅基等三有机硅基;甲氧基、乙氧基、丙氧基等烷氧基;甲氧甲基、甲氧乙基等烷氧烷基等。其中,优选为甲基、乙基、丙基等碳原子数1~5的饱和烃基、苯基。
(B)成分的有机氢聚硅氧烷含有至少2个(通常是2~200个)、优选为3个以上(通常是3~100个)键结于硅原子上的氢原子(SiH基)。(B)成分是与(A)成分(例如(A1)成分和(A2)成分)进行反应,作为交联剂来发挥作用。
(B)成分的分子结构并无特别限制,例如线状、环状、分支状、三维网状(树脂状)等任一种分子结构,均可以作为(B)成分使用。当(B)成分具有线状结构时,SiH基可以仅在分子链末端和分子链支链中的任一方键结于硅原子上,也可以在该两方键结于硅原子上。此外,可以使用以下有机氢聚硅氧烷:在一分子中的硅原子的数量(或聚合度)通常是4~200个,优选为6~100个左右,并且在室温(25℃)时为液状或固体状。
作为由上述平均组成式(6)表示的有机氢聚硅氧烷的具体例子,可以列举,三(氢二甲基硅氧基)苯基硅烷、两末端被三甲基硅氧基封闭的甲基氢硅氧烷﹣二苯基硅氧烷共聚物、两末端被三甲基硅氧基封闭的甲基氢硅氧烷﹣二苯基硅氧烷﹣二甲基硅氧烷共聚物、两末端被三甲基硅氧基封闭的甲基氢硅氧烷﹣甲基苯基硅氧烷﹣二甲基硅氧烷共聚物、两末端被二甲基氢硅氧基封闭的甲基氢硅氧烷﹣二甲基硅氧烷﹣二苯基硅氧烷共聚物、两末端被二甲基氢硅氧基封闭的甲基氢硅氧烷﹣二甲基硅氧烷﹣甲基苯基硅氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元、SiO4/2单元及(C6H5)3SiO1/2单元构成的共聚物等。
此外,也可以采用使用由下述结构表示的单元而获得的有机氢聚硅氧烷,但并非限定于该等。
p’、q’、r’是正整数。
(B)成分的添加量并无特别限定,但相对于(A)成分(例如(A1)成分和(A2)成分)含有的烯基1摩尔,通常是使(B)成分的SiH基为0.1~4.0摩尔的量,优选为0.5~3.0摩尔的量,更优选为0.5~2.0摩尔的量,进一步优选为0.8~2.0摩尔的量,尤其优选为0.7~1.5摩尔的量。
如果(B)成分的添加量是使(B)成分中的SiH基的量为0.1摩尔以上的量,则本发明的组合物的固化反应会充分进行,容易获得硅酮固化物。此外,所获得的固化物的交联密度也充分,机械强度充分,耐热性良好。另一方面,如果所述添加量是使上述SiH基的量为4.0摩尔以下的量,则也不会有未反应的SiH基大量残留于固化物中的情况,不易引起物性随时间变化的显现和固化物的耐热性的下降等。进一步,固化物中不易发生由于脱氢反应导致的起泡。
[(C)粘着促进剂]
(C)粘着促进剂是添加用以促进本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物对于基材等的粘着性。如上所详述,该粘着促进剂在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基,并且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团,作为具体例子,如上所述,可以列举,由下述平均式(1)表示的有机聚硅氧烷、由下述式(2)表示的硅烷化合物:
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
式(1)中,R1、a如上所述。
R2SiXbR3 3-b (2)
式(2)中,R2、R3、X、b如上所述。
(C)成分也就是粘着促进剂的添加量并无特别限定,但相对于(A)和(B)成分的合计量100质量份,通常是0.01~20质量份,优选为0.1~10质量份。如果在此范围内,则不会有粘着性不足或引起固化不良和粘着剂本身的渗出的情况,因此优选。
[(D)氢化硅烷化反应用催化剂]
(D)成分也就是氢化硅烷化反应用催化剂,是为了使本发明的组合物产生加成固化反应而调配的,有铂系、钯系、铑系催化剂。作为该催化剂,也可以使用以往公知的任一种来作为促进氢化硅烷化反应的催化剂。考虑成本等,可以例示,铂、铂黑、氯铂酸等铂系催化剂,例如H2PtCl6·jH2O、K2PtCl6、KHPtCl6·jH2O、K2PtCl4、K2PtCl4·jH2O、PtO2·jH2O、PtCl4·jH2O、PtCl2、H2PtCl4·jH2O(此处,j是正整数)等、和这些与烯烃等烃、醇或含乙烯基有机聚硅氧烷的络合物等。
(D)成分的调配量可以是固化需要的有效量,相对于(A)成分、(B)成分及(C)成分的合计量,以作为铂族金属的质量换算,通常是在0.1~500ppm的范围内,尤其优选为在0.5~100ppm的范围内。
在本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中,可以根据需要来调配适当固化抑制剂。固化抑制剂可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。作为固化抑制剂,可以列举,例如从由以下所组成的组中选出来的化合物:四甲基四乙烯基环四硅氧烷这样的高含乙烯基有机聚硅氧烷、三聚异氰酸三烯丙酯、马来酸烷酯、乙炔醇类及其硅烷改性物和硅氧烷改性物、过氧化氢、四甲基乙二胺、苯并三唑以及该等的混合物。
固化抑制剂,相对于(A)成分(例如(A1)成分和(A2)成分)的合计量每100质量份,通常是添加0.001~1.0质量份,优选为添加0.005~0.5质量份。
[其他调配成分]
本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物由于耐热性优异,所以是适合于覆盖LED组件的树脂层的形成等的材料,是通过调配荧光体而成为LED材料。
作为荧光体并无特别限制,但其调配量除荧光体以外的成分,相对于(A)~(D)成分的全部成分100质量份,可以设为0.1~2000质量份,更优选为0.1~100质量份。此外,当将本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物使用于含荧光体的波长转换薄膜的用途时,荧光体的调配量可以设为10~2000质量份。加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物中包含的荧光体,优选为利用粒度分布测量来测量出的粒径为10nm以上,更优选为10nm~10μm,尤其优选为10nm~1μm,所述粒度分布测量是通过例如CILAS激光测量装置等的激光衍射法来进行。
荧光体优选为,会吸收来自例如半导体组件的光、尤其是来自以氮化物系半导体为发光层的半导体发光二极管的光,并且转换成不同波长的光。作为这种荧光体,可以列举,例如:主要通过铕(Eu)、铈(Ce)等镧系元素来激活的氮化物系荧光体、氮氧化物荧光体;主要通过铕等镧系元素、锰(Mn)等过渡金属系元素来激活的碱土金属卤磷灰石荧光体、碱土金属卤硼酸盐荧光体、碱土金属铝酸盐荧光体、碱土金属硅酸盐荧光体、碱土金属硫化物荧光体、稀土类硫化物荧光体、碱土金属硫代镓酸盐荧光体、碱土金属氮化硅荧光体、锗酸盐荧光体;主要通过铈等镧系元素来激活的稀土类铝酸盐荧光体、稀土类硅酸盐荧光体;主要通过铕等镧系元素来激活的有机荧光体和有机络合物荧光体、钙(Ca)-铝(Al)-硅(Si)-氧(O)-氮(N)系氮氧化物玻璃荧光体等。另外,这些荧光体可以单独地使用,也可以将2种以上组合使用。作为具体例子,可以例示下述荧光体,但不限定于此。
作为主要通过铕、铈等镧系元素来激活的氮化物系荧光体,可以例示,M2Si5N8:Eu、MSi7N10:Eu、M1.8Si5O0.2N8:Eu、M0.9Si7O0.1N10:Eu(M是从锶(Sr)、钙、钡(Ba)、镁(Mg)及锌(Zn)中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕、铈等镧系元素来激活的氮氧化物系荧光体,可以例示,MSi2O2N2:Eu(M是从锶、钙、钡、镁及锌中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属卤磷灰石荧光体,可以例示,M5(PO4)3X′:Z(M是从锶、钙、钡及镁中选出来的1种以上。X′是从氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)及碘(I)中选出来的1种以上。Z是从铕、锰以及铕与锰中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属卤硼酸盐荧光体,可以例示,M2B5O9X′:Z(M是从锶、钙、钡及镁中选出来的1种以上。X′是从氟、氯、溴及碘中选出来的1种以上。Z是从铕、锰以及铕与锰中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属铝酸盐荧光体,可以例示,SrAl2O4:Z、Sr4Al14O25:Z、CaAl2O4:Z、BaMg2Al16O27:Z、BaMg2Al16O12:Z、BaMgAl10O17:Z(Z是从铕、锰以及铕与锰中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属硅酸盐荧光体,可以例示,(BaMg)Si2O5:Eu、(BaSrCa)2SiO4:Eu等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属硫化物荧光体,可以例示,(Ba,Sr,Ca)(Al,Ga)2S4:Eu等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的稀土类硫化物荧光体,可以例示,La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Eu等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属硫代镓酸盐荧光体,可以例示,MGa2S4:Eu(M是从锶、钙、钡及镁中选出来的1种以上)等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的碱土金属氮化硅荧光体,可以例示,(Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、SrAlSi4N7:Eu等。
作为主要通过铕等镧系元素、锰等过渡金属系元素来激活的锗酸盐荧光体,可以例示,Zn2GeO4:Mn等。
作为主要通过铈等镧系元素来激活的稀土类铝酸盐荧光体,可以例示,Y3Al5O12:Ce、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce、Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12等YAG系荧光体。此外,也可以使用以铽(Tb)、镏(Lu)等取代一部分或全部Y而得的Tb3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce等。
作为主要通过铈等镧系元素来激活的稀土类硅酸盐荧光体,可以例示,Y2SiO5:Ce,Tb等。
作为主要通过铕等镧系元素来激活的有机荧光体和有机络合物荧光体,可以例示,9,10-二芳基蒽衍生物等。
钙-铝-硅-氧-氮系氮氧化物玻璃荧光体是指以氮氧化物玻璃作为基质材料的荧光体,所述氮氧化物玻璃的成分以摩尔%表示,是将CaCO3设为换算成CaO为20~50摩尔%,Al2O3设为0~30摩尔%,SiO设为25~60摩尔%,AlN设为5~50摩尔%,稀土类氧化物或过渡金属氧化物设为0.1~20摩尔%,并且5种成分的合计量为100摩尔%。另外,以氮氧化物玻璃作为基质材料的荧光体中,优选为氮含量为15质量%以下。此外,优选为,除稀土类氧化物离子以外,作为稀土类氧化物,在荧光玻璃中包含0.1~10摩尔%的范围的含量的作为敏化剂的其他稀土类元素离子,来作为共激活剂。
作为其他荧光体,可以列举,ZnS:Eu等。
在上述荧光体中,也可以使用以下荧光体,代替铈或除铈以外,所述荧光体包含从铽、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铬(Cr)、钕(Nd)、镝(Dy)、镍(Ni)及钛(Ti)中选出来的1种以上。
此外,也可以使用除上述荧光体以外的荧光体且具有与上述同样性能、效果的荧光体。
除上述荧光体以外,在(A)~(D)成分中,可以调配强化性填充材料、热稳定剂、导电性赋予剂、粘着性赋予剂、着色材料、润滑剂、抗静电剂、阻燃剂等各种功能性添加剂。作为强化性填充材料的例子,可以列举,平均粒径3nm~100μm的二氧化硅、二氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化锌等,但并非限定于该等。
这些强化性填充材料的调配量,相对于除强化性填充材料以外的成分,例如(A)~(D)成分的全部成分10质量份,可以设为0.1~400质量份,更优选为0.1~200质量份。
本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,可以利用公知的方法制造。本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,通过添加本发明的粘着促进剂(例如具有烷氧基和含氰基有机基团的硅烷化合物或有机聚硅氧烷),可以使固化物的耐热性、耐光性、作业性、粘着性、阻气性及固化特性优异,因此是最适合于光学领域、尤其是LED用途的材料。
进一步,在本发明中,提供一种半导体装置,其特征在于,是利用上述本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物来密封而得。本发明的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,可以获得耐热性、耐光性、作业性、粘着性(尤其是与用于半导体装置的热塑性树脂和银的粘着性)、阻气性及固化特性优异的固化物。因此,利用这种组合物来密封而得的半导体装置为可靠性优异的半导体装置。
[实施例]
以下,示出实施例和比较例,更具体地说明本发明,但本发明并不限定于下述实施例。另外,实施例中的份均指质量份。
下述实施例所示的重量平均分子量(Mw)是通过凝胶渗透色谱(GPC)测量而得的值,所述凝胶渗透色谱是以聚苯乙烯为标准物质。以下示出测量条件。
[GPC测量条件]
.展开溶剂:四氢呋喃;
.流量:0.6mL/min;
.色谱柱:TSK Guardcolumn SuperH-L、
TSKgel SuperH4000(6.0mmI.D.×15cm×1)、
TSKgel SuperH3000(6.0mmI.D.×15cm×1)、
TSKgel SuperH2000(6.0mmI.D.×15cm×2)
(均为东曹公司制造);
.色谱柱温度:40℃;
.样品注入量:20μL(浓度0.5质量%的THF溶液);
.检测器:示差折射率检测器(RI)。
粘度是在25℃时的值。此外,Me表示甲基,Vi表示乙烯基,Ph表示苯基。
[实施例1]
加入以下成分且均匀地搅拌来制备有机聚硅氧烷树脂组合物(组合物中的键结于硅原子上的氢原子和取代基的合计个数的48摩尔%为苯基):作为(A1)成分的由下述式表示的有机聚硅氧烷(粘度:4000mPa·s)5份
(上述式中,l=10,n=8);作为(A2)成分的由SiO4/2单元36摩尔%、Ph2SiO2/2单元36摩尔%、ViMe2SiO1/2单元28摩尔%构成的树脂结构的乙烯基苯基甲基聚硅氧烷(PVMQ)30份(Mw=2000,羟基当量为6质量%,烷氧基(MeO)量为0.2质量%);作为(B)成分的由下述式表示的有机氢聚硅氧烷,所述有机氢聚硅氧烷的量是(B)成分中的硅原子键结氢原子的合计个数相对于(A1)成分和(A2)成分中的硅原子键结乙烯基的合计个数的比值为1.0的量;
(上述式中,v=1);作为(C)成分的2-氰乙基三乙氧基硅烷1份;以及,作为(D)成分的氯铂酸的辛醇改性溶液(铂元素含率:2质量%)0.05份。对此组合物以150℃进行加热成型4小时,来形成固化物(120mm×110mm×1mm),进行下述物性的测量。在表1中示出结果。
[实施例2]
代替实施例1所用的(A2)成分,使用由Ph2SiO3/2单元70摩尔%、ViMeSiO2/2单元2摩尔%、ViMe2SiO1/2单元28摩尔%构成的树脂结构的乙烯基苯基甲基聚硅氧烷30份(Mw=1800,羟基当量为5质量%,烷氧基(甲氧基)量为0.01质量%),除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表1中示出结果。
[实施例3]
代替实施例1所用的(C)成分,使用由N≡C(CH2)2-SiO3/2单元40摩尔%、MePhSiO2/2单元40摩尔%、ViMe2SiO1/2单元20摩尔%构成的树脂结构的乙烯基苯基甲基聚硅氧烷30份(Mw=2100,羟基当量为6质量%,烷氧基(甲氧基)量为0.03质量%),除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表1中示出结果。
[实施例4]
代替实施例1所用的(C)成分,使用由N≡C(CH2)2-SiO3/2单元40摩尔%、MePhSiO2/2单元40摩尔%、RR’SiO2/2单元20摩尔%构成的树脂结构的苯基甲基聚硅氧烷30份(Mw=3000,R=3-环丙氧丙基,R’=Me,羟基当量为3质量%,烷氧基(甲氧基)量为0.05质量%),除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表1中示出结果。
[比较例1]
不添加实施例1所用的(C)成分,除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表2中示出结果。
[比较例2]
代替实施例1所用的(C)成分,使用3-环丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷,除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表2中示出结果。
[比较例3]
代替实施例1所用的(C)成分,使用由PhSiO3/2单元40摩尔%、MePhSiO2/2单元40摩尔%、RR’SiO2/2单元20摩尔%构成的树脂结构的苯基甲基聚硅氧烷30份(Mw=3000,R=3-环丙氧丙基,R’=Me,羟基当量为3质量%,烷氧基(甲氧基)量为0.05质量%),除此以外,与实施例1同样地形成固化物,进行物性的测量。在表2中示出结果。
实施例和比较例的物性是利用下述方法测量。
(1)折射率
根据JIS K0061:2001,通过阿贝(Abbe)型折射率计来测量在25℃时的固化物的折射率。
(2)拉伸试验
根据JIS K6249:2003,测量固化物的拉伸强度和断裂时的伸长率。
(3)硬度(D型)
根据JIS K6249:2003,使用Durometer D硬度计,对所获得的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物测量在150℃固化1小时后的硬度和固化4小时后的硬度。
(4)表面粘性
以目视确认固化物表面有无灰尘附着。
(5)透光率(耐热性)
使用日立分光亮度计U-4100(型号),在23℃测量固化物(厚度1mm)的透光率(450nm)(初始透光率),将其设为100%。接着,对固化物以150℃进行热处理1000小时后,同样地测量透光率,求出热处理后的透光率相对于初始透光率的变化。
(6)水蒸气透过率
根据JIS K7129,使用水蒸气透过率度计(Lyssy制造,型号:L80-5000)来测量1mm厚的固化物的水蒸气透过率。
(7)粘着性
以底面积为45mm2的方式,将加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物0.25g成型于180mm2的银板上,并且在150℃使其固化4小时后,在使用刮勺(microspatula)破坏固化物且将其从银板上剥取时,观察内聚破坏(cohesion failure)的部分与剥离部分的比例,判定其粘着性。
判定基准
○:良好地粘着(内聚破坏的比例为60%以上)
×:无法粘着(内聚破坏的部分不足60%)
(8)热冲击试验
将加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物密封在铝盘(直径6cm,深度0.6mm)中,在150℃使其固化4小时,将所获得的样本投入-50℃~150℃的冷热循环(将放置在-50℃30分钟后再放置在150℃的恒温槽中30分钟的操作设为1次循环,并且重复进行)中,确认有无发生破裂。
(9)耐硫化性试验
将加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物密封在镀银板(1cm2,深度0.6mm)中,在150℃使其固化4小时,将所获得的样本与硫磺粉末3g一起放入密封容器中,并且放置在80℃的恒温槽中12小时,测量镀银板的反射率。初始的反射率均为90%。
[表1]
[表2]
如表1所示,实施例1~4的固化物具有充分的硬度、折射率、耐热性及机械特性,并且水蒸气透过率低。
另一方面,如表2所示,在未添加(C)成分的比较例1中,粘着性差,并且耐硫性恶化。使用了作为(C)成分的含环氧基硅烷、或有机聚硅氧烷(不具有含氰基有机基团的硅烷化合物或有机聚硅氧烷)的比较例2、3的固化物,结果虽然粘着性改善,但耐硫化性较差,因此称不上充分,进一步耐热性差。
另外,本发明并非限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例,具有和本发明的权利要求书中所述的技术思想实质上相同的结构且起到相同作用效果的技术方案,均包含于本发明的技术范围内。
Claims (5)
1.一种粘着促进剂,其促进加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物的固化物的粘着性,所述粘着促进剂的特征在于,
在一分子中具有至少1个键结于硅原子上的烷氧基,并且具有至少1个键结于硅原子上的含氰基有机基团,
所述粘着促进剂还具有2个以上的烯基。
2.如权利要求1所述的粘着促进剂,其中,所述粘着促进剂是由下述平均式(1)表示:
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
式(1)中,R1是氢原子、或从由碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~20的烯基、碳原子数6~20的芳基、碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数3~10的含环氧基有机基团以及除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团所组成的组中选出来的基团,并且在一分子中具有至少1个烷氧基和至少1个含氰基有机基团,a是满足1.0≤a<4.0的数。
3.如权利要求1所述的粘着促进剂,其中,所述粘着促进剂是由下述式(2)表示:
R2SiXbR3 3-b (2)
式(2)中,R2是含氰基有机基团,并且表示该除氰基以外的碳原子数为1~10的含氰基有机基团,X表示碳原子数1~10的烷氧基,R3表示碳原子数1~8的烃基,b表示1~3的整数。
4.一种加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物,其特征在于,含有:
(A)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)在分子中具有2个以上键结于硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷;
(C)权利要求1至3中的任一项所述的粘着促进剂;
(D)氢化硅烷化反应用催化剂。
5.一种半导体装置,其特征在于,是利用权利要求4所述的加成固化型有机聚硅氧烷树脂组合物来密封而得。
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