CN111662551A - 硬化性有机硅树脂组合物以及半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种耐热性及耐气体透过性优异的硬化性有机硅树脂组合物以及由所述组合物密封的光半导体装置。一种硬化性有机硅树脂组合物,包含:(A)有机聚硅氧烷,在一分子中具有至少两个硅原子键结烯基;(B)有机氢聚硅氧烷,在一分子中具有2个以上的键结于硅原子的氢原子,以及在一分子中具有1个以上的硅原子键结芳香族烃基:(B)成分中的氢硅烷基的个数相对于(A)成分中的烯基的个数的比成为0.1~4.0的量;以及(C)铂族金属系催化剂:催化剂量。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬化性有机硅树脂组合物以及半导体装置。
背景技术
对于发光二极管(Light Emitting Diode,LED)用密封材料,要求耐热性、耐光性、作业性、粘接性、阻气性、硬化特性均优异的材料,以前,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,随着近年来的LED发光装置的高输出化,得知于长期在高温环境下使用这些热塑性树脂的情况下,会产生耐热性、耐变色性的问题。
另外,最近,在将光学元件焊接于基板上时,多使用无铅焊料。所述无铅焊料与现有的焊料相比,熔融温度高,通常需要施加260℃以上的温度来进行焊接,但于在此种温度下进行焊接的情况下,还得知会产生如下不良情况:所述般的现有的热塑性树脂的密封材料中发生变形,或者因高温而密封材料变黄等。
如此,随着LED发光装置的高输出化或无铅焊料的使用,对于密封材料要求比以前更优异的耐热性。迄今为止,以提高耐热性为目的而提出有在热塑性树脂中填充有纳米二氧化硅的光学用树脂组合物等(专利文献1、专利文献2),但热塑性树脂的耐热性有极限,无法获得充分的耐热性。
作为热硬化性树脂的硅酮树脂因耐热性、耐光性、光透过性优异,因此作为LED用密封材料而得到研究(专利文献3~专利文献5)。但是,所述硅酮树脂与环氧树脂等相比,树脂强度弱,另外,因气体透过性大(即,阻气性低),因此存在因电极的硫化等而亮度降低的缺点。
另外,例如,若将含有硅酸盐系荧光体的硅酮树脂作为LED用密封材料来使用,则还存在如下问题:水蒸气侵入阻气性低的硅酮树脂的密封材料中,且在荧光体表面水进行反应而荧光体分解,从而荧光特性显著降低。如此,若将现有的硅酮树脂用于LED用密封材料中,则除了因电极的硫化等而引起的亮度降低的问题以外,还存在高湿下的LED的长期可靠性会降低的问题,硅酮树脂的阻气性改善的要求提高。
作为其对策,研究有通过导入苯基等芳香族系取代基来实现高折射率化以及阻气性的提高(专利文献6、专利文献7),但若导入芳香族系取代基,则存在耐热性恶化的问题。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-214554号公报
[专利文献2]日本专利特开2013-204029号公报
[专利文献3]日本专利特开2006-213789号公报
[专利文献4]日本专利特开2007-131694号公报
[专利文献5]日本专利特开2011-252175号公报
[专利文献6]日本专利特开2014-88513号公报
[专利文献7]日本专利再公表WO2013-005859号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是鉴于所述问题点而成,其目的在于提供一种耐热性及耐气体透过性优异的硬化性有机硅树脂组合物及由所述组合物密封的光半导体装置。
[解决问题的技术手段]
本发明是鉴于所述问题点而成,且发现包含具有分支链状或树脂(resin)结构的有机聚硅氧烷的硬化性有机硅树脂组合物的耐热性高且阻气性优异,所述有机聚硅氧烷含有规定量的具有烯基的D单元(即,R2R3SiO2/2单元),且具有合计为50摩尔%以上的Q单元及T单元,从而完成了本发明。
即,本发明提供一种硬化性有机硅树脂组合物,其特征在于包含:
(A)有机聚硅氧烷,在一分子中具有至少两个硅原子键结烯基,所述有机聚硅氧烷的特征在于:
相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而具有0.1mol%~30mol%的R2R3SiO2/2单元,以及具有SiO4/2单元及R1SiO3/2单元的至少一者,且SiO4/2单元的摩尔数与R1SiO3/2单元的摩尔数的和相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而为50mol%以上,
(所述中,R1彼此独立地为经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、碳数2~10的烯基、或碳数6~10的芳香族烃基,R2彼此独立地为碳数2~10的烯基,R3彼此独立地为经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基)
以及键结于硅原子的羟基的量为0.001mol/100g以上;
(B)有机氢聚硅氧烷,在一分子中具有2个以上的键结于硅原子的氢原子,以及在一分子中具有1个以上的硅原子键结芳香族烃基:(B)成分中的氢硅烷基的个数相对于(A)成分中的烯基的个数的比成为0.1~4.0的量;以及
(C)铂族金属系催化剂:催化剂量。
[发明的效果]
本发明的硬化性有机硅树脂组合物提供一种具有优异的耐气体透过性、耐热性、以及机械特性的硬化物。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明,但本发明并不限定于这些。
[(A)有机聚硅氧烷]
(A)成分为具有分支链状或树脂结构的有机聚硅氧烷,为本发明的硬化性有机硅树脂组合物的主剂。所述(A)成分的特征之一在于:包含SiO4/2单元(Q单元)及R1SiO3/2单元(T单元)的至少任一者,所述Q单元的摩尔数与所述T单元的摩尔数的和相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而为50mol%以上,优选为50mol%~90mol%。若所述Q单元与所述T单元的和小于所述下限值,则所获得的硬化物的耐气体透过性恶化,因此并不优选。再者,相对于所有硅氧烷单元的摩尔数,所述Q单元的摩尔数优选为0mol%~60mol%,更优选为0mol%~50mol%,进而优选为0.1mol%~30mol%的范围,相对于所有硅氧烷单元的摩尔数,所述T单元的摩尔数优选为0mol%~90mol%,更优选为30mol%~80mol%。
所述中,R1彼此独立地为碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、碳数2~10的烯基、或碳数6~10的芳香族烃基。优选为R1彼此独立地为碳数2~10、优选2~5的烯基、碳数1~10、优选1~5的经取代或未经取代的烷基、或碳数6~10、优选6~8的芳香族烃基。例如,可列举:甲基、乙基、丙基、及丁基等低级烷基;环己基等环烷基;苯基、甲苯基、及二甲苯基等芳基;苄基、苯基乙基、及苯基丙基等芳烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、及辛烯基等烯基;以及所述烷基的氢原子的一部分或全部经氟、溴、氯等卤素原子或氰基等取代而成的基、例如氯甲基、氰基乙基、及3,3,3-三氟丙基等。其中,优选为甲基、苯基,优选为所有的R1的至少一个为苯基。
另外,本发明:(A)成分含有规定量的具有烯基的D单元(即,R2R3SiO2/2单元)。即,(A)成分相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而具有0.1mol%~30mol%、优选0.2mol%~10mol%的R2R3SiO2/2单元。若小于0.1mol%,则有无法获得耐热性、及耐气体透过性的提高效果的担忧。另外,若超过30mol%,则交联密度过于变高而有丧失韧性的担忧。R2彼此独立地为碳数2~10的烯基,R3彼此独立地为碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基。
作为所述R2,例如可列举:乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、及辛烯基等烯基。其中,优选为乙烯基。作为所述R3,例如可列举:甲基、乙基、丙基、及丁基等低级烷基;环己基等环烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;以及所述烷基的氢原子的一部分或全部经氟、溴、氯等卤素原子或氰基等取代而成的基、例如氯甲基、氰基乙基、及3,3,3-三氟丙基等。
另外,(A)成分除了具有所述R2R3SiO2/2单元作为D单元以外,也可具有0mol%~50mol%的不具有烯基的(R4)2SiO2/2单元作为D单元,可优选具有0 mol%~20mol%。进而,(A)成分优选为具有0mol%~50mol%的(R5)3SiO1/2单元(M单元),更优选为具有10mol%~30mol%。其中,所有硅氧烷单元(Q单元、T单元、D单元、及M单元)的合计为100mol%。
所述中,所述R4彼此独立地为选自碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基中的基。R5彼此独立地为选自碳数2~10的烯基、碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基中的基,R5中的至少一个为碳数2~10的烯基。例如,可列举:甲基、乙基、丙基、丁基等低级烷基;环己基等环烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、辛烯基等烯基;以及所述烷基的氢原子的一部分或全部经氟、溴、氯等卤素原子或氰基等取代而成的基、例如氯甲基、氰基乙基、3,3,3-三氟丙基等。其中,R4优选为甲基、及苯基。R5优选为甲基、苯基、及乙烯基。
(A)成分在一分子中具有至少两个、优选2个~6个硅原子键结烯基。(A)成分中所含的烯基的量优选为0.01mol/100g~0.5mol/100g,更优选为0.05mol/100g~0.3mol/100g,进而优选为0.10mol/100g~0.25mol/100g。若键结于硅原子的烯基的量为所述下限值以上,则具有对于使组合物凝固而言充分的交联点,若为所述上限值以下,则交联密度不会过于上升而丧失韧性。
(A)成分中的R1、R3、R4及R5中,可优选为在一分子中至少一个为碳数6~10的芳香族烃基,更优选为相对于键结于硅原子的所有取代基(即,R1、R2、R3、R4及R5)的合计个数,芳香族烃基的个数为18mol%~90mol%,优选为20mol%~88mol%,进而优选为超过30mol%~85mol%,进而优选为40mol%~83mol%,最优选为50mol%~82mol%。通过(A)成分以成为所述范围的量具有芳香族烃基,而阻气性提高,因此优选。若芳香族烃基量过少,则有树脂强度降低的担忧。
(A)成分:具有0.001mol/100g以上的键结于硅原子的羟基。若键结于硅原子的羟基的量小于所述下限值,则有硬化性有机硅树脂组合物未与基材粘接的担忧。可优选为0.005mol/100g以上,更优选为0.008mol/100g以上,进而优选为0.01mol/100g以上。其中,若键结于硅原子的羟基的量过多,则硬化物的表面粘性差,有发粘的担忧。因此,上限优选为1.0mol/100g以下,更优选为0.8mol/100g以下。由此,可提供本发明中设为课题的满足耐热性及耐气体透过性且表面粘性优异的硬化物。
另外,在(A)成分中,碳数1~10、优选碳数1~5的键结于硅原子的烷氧基的量可优选为1.0mol/100g以下,更优选为0.8mol/100g以下,进而优选为0.5mol/100g以下。若烷氧基的量超过所述上限值,则硬化时产生作为副产物的醇气体,有在硬化物中残留孔隙的担忧。下限值并无特别限制,越少越好。再者,本发明中的键结于硅原子的羟基量及烷氧基量是通过1H-核磁共振(1H-Nuclear Magnetic Resonance,1H-NMR)及29Si-NMR来测定的值。
(A)成分优选为具有1,000~5,000的重量平均分子量(MW),更优选为1,100~3,000。若重量平均分子量为所述下限值以上,则不会有组合物变脆的担忧。另外,若重量平均分子量为所述上限值以下,则不会有组合物的粘度变高而不流动的担忧。在本发明中,重量平均分子量(Mw)是在下述条件下测定的基于凝胶渗透色谱法(gel permeationchromatography,GPC)且将聚苯乙烯作为标准物质的重量平均分子量。
[测定条件]
展开溶媒:四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)
流量:0.6mL/min
检测器:示差折射率检测器(RI)
管柱:TSK保护管柱超级H-L(TSK Guardcolumn Super H-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(Tosoh)公司制造)
管柱温度:40℃
试样注入量:20μL(浓度0.5质量%的THF溶液)
所述(A)成分的制造方法并无特别限制,可通过使成为各构成单元的原料的硅烷化合物进行例如水解缩合而获得。例如,作为提供SiO4/2单元(Q单元)的原料化合物,可列举硅酸钠、四烷氧基硅烷、或其缩合反应物等,但并不限定于这些。
作为提供R1SiO3/2单元(T单元)的原料化合物,例如可列举下述结构式所表示的有机三氯硅烷、有机三烷氧基硅烷等有机硅化合物、或这些的缩合反应物等,但并不限定于这些。
[化1]
(所述式中,Me表示甲基)
作为提供具有烯基的R2R3SiO2/2单元(D单元)的原料化合物,例如可列举下述结构式所表示的二有机二氯硅烷、二有机二烷氧基硅烷等有机硅化合物等,但并不限定于这些。
[化2]
作为提供R4 2SiO2/2单元(D单元)的原料化合物,例如可列举下述结构式所表示的二有机二氯硅烷、二有机二烷氧基硅烷等有机硅化合物等,但并不限定于这些。
[化3]
(所述式中,Me表示甲基;n为5~80的整数,m为5~80的整数,其中,n+m≤78)
[化4]
(所述式中,Me表示甲基)
作为提供R5 3SiO1/2单元(M单元)的原料,例如可列举下述结构式所表示的三有机氯硅烷、三有机烷氧基硅烷、六有机二硅氧烷等有机硅化合物等,但并不限定于这些。
[化5]
(所述式中,Me表示甲基)
[(B)有机氢聚硅氧烷]
(B)成分为在一分子中具有2个以上的键结于硅原子的氢原子、以及在一分子中具有1个以上的硅原子键结芳香族烃基的有机氢聚硅氧烷。所述(B)成分优选为由下述平均组成式(2)表示。
R7 hHiSiO(4-h-i)/2…(2)
所述式中,R7彼此独立地为未经取代或经取代的碳原子数1~10的一价烃基,h及i优选为满足0.7≤h≤2.1、0.001≤i≤1.0、且0.8≤h+i≤3.0的数,更优选为满足1.0≤h≤2.0、0.01≤i≤1.0、且1.5≤h+i≤2.5的数。
作为所述R7,例如可列举: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、二甲苯基等芳基,苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基等芳香族烃基,键结于这些基的碳原子上的氢原子的一部分或全部经氟、溴、氯等卤素原子取代而成的基、例如三氟丙基、氯丙基等卤化烃基等。这些中,优选为甲基、乙基、丙基等碳数1~5的烷基、以及苯基。
本发明的(B)成分在一分子中具有1个以上的硅原子键结芳香族烃基。因此,所述至少一个R7可为芳香族烃基,更优选为具有1个~100个芳基。(B)成分的有机氢聚硅氧烷可具有至少两个(通常为2个~200个)、优选3个以上(通常为3个~100个)的键结于硅原子的氢原子(氢硅烷基)。(B)成分与(A)成分进行反应,并作为交联剂发挥作用。
(B)成分的分子结构并无特别限制,例如可具有直链、环状、分支状、三维网状(树脂状)等任一种分子结构。另外,氢硅烷基的键结部位并无限制,例如,在(B)成分具有直链结构的情况下,可在分子链末端及分子链侧链的某一者、或者其两者处键结于硅原子。另外,一分子中的硅原子的数量(或聚合度)通常可为2个~200个,优选为3个~100个,并且优选为室温(25℃)下为液状或固体状的有机氢聚硅氧烷。
作为所述平均组成式(2)所表示的有机氢聚硅氧烷,可列举:三(氢二甲基硅氧基)苯基硅烷、两末端经三甲基硅氧基封端的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、两末端经三甲基硅氧基封端的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、两末端经三甲基硅氧基封端的甲基氢硅氧烷/甲基苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、两末端经二甲基氢硅氧基封端的甲基氢硅氧烷/二甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、两末端经二甲基氢硅氧基封端的甲基氢硅氧烷/二甲基硅氧烷/甲基苯基硅氧烷共聚物、及包含(CH3)2HSiO1/2单元与SiO4/2单元及(C6H5)3SiO1/2单元的共聚物等。
另外,也可使用下述结构所表示的有机氢聚硅氧烷,但并不仅限定于这些。
[化6]
(p、q、r为正整数)
(B)成分的量可为(B)成分中的氢硅烷基的个数相对于所述(A)成分中的键结于硅原子的烯基的个数的比为0.1~4.0、优选成为0.5~3.0、更优选成为0.8~2.0的量。若(B)成分的量比所述下限值小,则本发明的组合物的硬化反应并未进行,难以获得硅酮硬化物。另外,所获得的硬化物的交联密度也过于变低,机械强度不足,耐热性受到不良影响。另一方面,若比所述上限值多,则未反应的氢硅烷基大量残存于硬化物中,因此,有物性发生经时性变化、或硬化物的耐热性降低的担忧。进而,成为硬化物中产生因脱氢反应而引起的发泡的原因。
再者,在本发明的硬化性有机硅树脂组合物含有后述的(D)成分和/或(E)成分的情况下,组合物中所含的氢硅烷基的个数相对于组合物中所含的成分的硅原子键结烯基的合计个数的比只要为0.1~4.0即可,可优选为0.5~3.0,更优选为0.8~2.0。
[(C)铂族金属系催化剂]
(C)成分的铂族金属系催化剂为促进所述(A)成分及(B)成分的加成反应的成分。作为加成反应硬化催化剂,只要为公知的催化剂即可。例如有铂系催化剂、钯系催化剂、及铑系催化剂。考虑到成本等,可列举:铂、铂黑、氯铂酸等铂系催化剂,例如H2PtCl6·pH2O、K2PtCl6、KHPtCl6·pH2O、K2PtCl4、K2PtCl4·pH2O、PtO2·pH2O、PtCl4·pH2O、PtCl2、H2PtCl4·pH2O(此处,p为正整数)等、或者这些与烯烃等烃、醇或含有乙烯基的有机聚硅氧烷的络合物等。催化剂可为单独一种,也可为两种以上的组合。
(C)成分的调配量只要为用于进行加成反应的有效量(所谓的催化剂量)即可。通常,相对于所述(A)成分及(B)成分的合计量,作为铂族金属,以质量换算计为0.1ppm~500ppm的范围,特别优选为0.5ppm~100ppm的范围。
本发明的硬化性有机硅树脂组合物除了含有所述(A)成分~(C)成分以外,也可进而含有选自下述(D)成分~(F)成分中的至少一种。
[(D)环状聚硅氧烷]
(D)成分为下述式(1)所表示的环状聚硅氧烷。通过包含所述环状聚硅氧烷,可调整所述组合物的粘度、硬化性及硬化特性。
[化7]
所述式中,R6彼此独立地为氢原子、碳数2~10的烯基、碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基,n为1或2的整数。烯基、烷基、及芳香族烃基可列举为了所述R1而例示的基。
作为所述式(1)所表示的环状有机聚硅氧烷,可使用下述结构所表示的环状聚硅氧烷,但并不限定于这些。
[化8]
相对于所述(A)成分及(B)成分的合计100质量份,所述环状聚硅氧烷的量优选为0.1质量份~30质量份,更优选为0.2质量份~20质量份。其中,在含有所述(D)成分和/或后述的(E)成分的组合物中,可为组合物中所含的氢硅烷基的合计个数相对于组合物中所含的成分的硅原子键结烯基的合计个数的比成为0.1~4.0的量,可优选为0.5~3.0,更优选为0.8~2.0。
[(E)有机聚硅氧烷]
(E)成分为直链状或分支链状的有机聚硅氧烷,其在一分子中具有1个以上的碳数6~10的硅原子键结芳香族烃基,以及在一分子中具有2个以上的碳数2~10的硅原子键结烯基,且利用日本工业标准(Japanese Industrial Standards,JIS)K 7117-1:1999记载的方法测定的25℃下的粘度为10mPa·s~100,000mPa·s。通过硬化性有机硅树脂组合物含有(E)成分,可根据用途来最优地调整组合物粘度及硬化物硬度。
作为碳数6~10、优选6~8的芳香族烃基,可列举:苯基、甲苯基、二甲苯基等芳基,苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基等。其中,优选为苯基。(E)成分优选为在一分子中具有1个以上的芳香族烃基,更优选为2个~100个。另外,作为碳数2~10、优选2~5的烯基,可列举:乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、辛烯基等,优选为乙烯基。(E)成分优选为在一分子中具有2个以上的烯基,更优选为2个~5个。
所述有机聚硅氧烷优选为利用依据JIS K 7117-1:1999的方法测定的25℃下的粘度为10mPa·s~100,000mPa·s,更优选为100mPa·s~50,000mPa·s,进而优选为1,000mPa·s~30,000mPa·s。若粘度为10mPa·s以上,则不会有组合物变脆的担忧,若为100,000mPa·s以下,则可获得良好的作业性。
作为(E)有机聚硅氧烷,例如可列举下述结构的化合物,但并不限定于这些。
[化9]
[化10]
(式中,x、y、z分别为0以上的整数,且为满足x+y≥1的数)
[化11]
(式中,x、y、z分别为0以上的整数,且为满足x+y≥1的数)
[化12]
(式中,x、y、z分别为0以上的整数,且为满足x+y≥1的数)
[化13]
(所述式中,s、t、u、p分别为0以上的整数,且为满足s+t+u+p≥1的数)
相对于(A)成分及(B)成分的合计100质量份,所述(E)有机聚硅氧烷的量优选为0.1质量份~100质量份,更优选为0.5质量份~80质量份。其中,为相对于组合物中所含的硅原子键结烷基的合计个数,组合物中所含的氢硅烷基的个数比成为0.1~4.0的量。
[(F)荧光体]
另外,在本发明的硬化性有机硅树脂组合物中,也可进而调配(F)荧光体。由于本发明的硬化性有机硅树脂组合物的耐热耐光性优异,因此即使在含有荧光体的情况下,也不会有以前般的产生荧光特性的显著降低的担忧。作为荧光体的量,相对于所述(A)成分~(E)成分的合计100质量份,优选为0质量份~500质量份,更优选为0质量份~300质量份。
在本发明的硬化性有机硅树脂组合物中,除了调配所述(A)成分~(F)成分以外,视需要也可调配公知的粘接赋予剂或硬化抑制剂、白色颜料等添加剂。
作为粘接赋予剂,例如可列举:苯基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、3-氰基丙基三乙氧基硅烷等烷氧基硅烷、以及这些的寡聚物等。这些粘接赋予剂可单独调配一种,或组合调配两种以上。
另外,相对于所述(A)成分及(B)成分的合计100质量份,粘接赋予剂的量优选为0质量份~10质量份,特别优选为0质量份~5质量份。
作为硬化抑制剂,例如可列举选自由三烯丙基异氰脲酸酯、烷基马来酸酯、乙炔醇类及其硅烷改性物及硅氧烷改性物、氢过氧化物、四甲基乙二胺、苯并三唑及这些的混合物所组成的群组中的化合物等。所述硬化抑制剂可为单独一种,也可为两种以上的组合。相对于(A)成分及(B)成分的合计100质量份,硬化抑制剂的量通常可为0.001质量份~1.0质量份,优选为0.005质量份~0.5质量份。
作为白色颜料,例如可列举:氧化钛、氧化锌、氧化锆、碳酸钙、氧化镁、氢氧化铝、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌、硫酸钡等无机白色颜料。相对于所述(A)成分~(E)成分的合计100质量份,所述白色颜料可以600质量份以下(例如0质量份~600质量份,通常为1质量份~600质量份,优选为10质量份~400质量份)的量来适宜调配。
作为其他添加剂,例如可列举:二氧化硅、玻璃纤维、气相二氧化硅等增强性无机填充材料,碳酸钙、硅酸钙、二氧化钛、三氧化二铁(ferric oxide)、碳黑、铈脂肪酸盐、钡脂肪酸盐、铈醇盐、钡醇盐等非增强性无机填充材料,二氧化硅(二氧化硅(silica):SiO2)、氧化铝(氧化铝(alumina):Al2O3)、二氧化铁(FeO2)、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化铅(PbO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铈(Ce2O3、CeO2)、氧化钙(CaO)、四氧化三锰(Mn3O4)、氧化钡(BaO)等纳米填料,这些可相对于所述(A)成分~(E)成分的合计100质量份而以600质量份以下(例如0质量份~600质量份,通常为1质量份~600质量份,优选为10质量份~400质量份)的量来适宜调配。
本发明的硬化性有机硅树脂组合物可根据用途而在涂布于规定的基材上后,进行硬化。关于硬化条件,即便在常温(25℃)下也充分进行硬化,也可视需要进行加热来进行硬化。进行加热时的温度例如可设为60℃~200℃。
另外,本发明的硬化性有机硅树脂组合物优选为以厚度1mm进行加热硬化而提供波长400nm~800nm、尤其是波长450nm下的直射光透过率为70%以上、优选80%以上的硬化物的组合物。再者,直射光透过率的测定可使用例如日立制造的分光光度计U-4100。
另外,优选为对本发明的硬化性有机硅树脂组合物进行加热硬化而提供利用JISK 7142:2014 A法测定的589nm下的23℃下的折射率处于1.43~1.57的范围的硬化物的组合物。
若为提供具有此种直射光透过率或折射率的硬化物的组合物,则透明性优异,因此可尤其适宜地用于LED的密封材料等光学用途中。
若为此种本发明的硬化性有机硅树脂组合物,则为提供机械特性、透明性、耐裂纹性、耐热性优异的硬化物的组合物。
<半导体装置>
另外,本发明中,提供一种利用所述本发明的硬化性有机硅树脂组合物的硬化物对半导体元件进行密封而成的半导体装置。
如上所述,本发明的硬化性有机硅树脂组合物因提供透明性或耐热性优异的硬化物,因此对于发光半导体装置的透镜用原材料、保护涂布剂、模塑剂等而言适宜,尤其是作为蓝色LED或白色LED、紫外LED等LED元件密封用途而有用。另外,本发明的硬化性有机硅树脂组合物因耐热性优异,因此在添加硅酸盐系荧光体或量子点荧光体而作为波长转换膜用原材料使用时,可确保高湿下的长期可靠性,且可提供耐湿性、长期演色性良好的发光半导体装置。
在利用本发明的硬化性有机硅树脂组合物对LED等发光半导体元件进行密封的情况下,例如,在包含热塑性树脂的预模塑封装体上所搭载的LED元件上涂布本发明的硬化性有机硅树脂组合物,并使组合物在LED元件上硬化,由此,可利用硬化性有机硅树脂组合物的硬化物密封LED元件。另外,可在将组合物溶解于甲苯或二甲苯、PGMEA(丙二醇单甲醚乙酸酯)等有机溶媒中并进行制备而成的清漆的状态下,涂布于LED元件上。
本发明的硬化性有机硅树脂组合物因其优异的耐热性、耐紫外线性、透明性、耐裂纹性、长期可靠性等特性而为对于显示器材料、光记录介质材料、光学设备材料、光零件材料、光纤维材料、光/电子功能有机材料、半导体集成电路周边材料等光学用途而言最优的原材料。
[实施例]
以下,示出实施例及比较例来更详细地说明本发明,但本发明并不受下述实施例的限制。再者,份表示质量份,Me表示甲基,Vi表示乙烯基,Ph表示苯基。下述中,重量平均分子量的测定方法及条件如上所述。键结于硅原子的羟基量及烷氧基量是通过1H-NMR及29Si-NMR而测定的值。
[实施例1]
添加作为(A)成分的包含75mol%的PhSiO3/2单元、25mol%的ViPhSiO2/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,500,键结于硅原子的羟基量为0.04mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.06mol/100g)30份、
作为(B)成分的、(B)成分中的硅原子键结氢原子的合计个数相对于(A)成分及(D)成分中的硅原子键结乙烯基的合计个数的比(以下,存在表示为SiH/SiVi比的情况)成为1.0的量的下述式(3)所表示的有机氢聚硅氧烷、
[化14]
以及作为(C)成分的氯铂酸的辛醇改性溶液(铂元素含有率:1质量%)0.01份,充分进行搅拌,制备硬化性有机硅树脂组合物。对所述组合物在150℃下进行4小时加热成形而形成硬化物(120mm×110mm×1mm),并进行下述物性的测定。将结果示于表1中。
[实施例2]
添加作为(A)成分的包含75mol%的PhSiO3/2单元、1mol%的ViMeSiO2/2单元、24mol%的ViPhMeSiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(MW=2,300,键结于硅原子的羟基量为0.1mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.02mol/100g)30份、
作为(B)成分的、(B)成分中的硅原子键结氢原子的合计个数相对于(A)成分及(D)成分中的硅原子键结乙烯基的合计个数的比(以下,存在表示为SiH/SiVi比的情况)成为1.0的量的所述式(3)所表示的有机氢聚硅氧烷、以及
作为(C)成分的氯铂酸的辛醇改性溶液(铂元素含有率:1质量%)0.01份、
以及作为(D)成分的下述式(4)所表示的环状聚硅氧烷2份,
[化15]
充分进行搅拌,制备硬化性有机硅树脂组合物。对所述组合物在150℃下进行4小时加热成形而获得硬化物(120mm×110mm×1mm)。
[实施例3]
代替实施例2中所使用的(A)成分而使用包含50mol%的SiO4/2单元、0.1mol%的ViPhSiO2/2单元、25mol%的ViPhMeSiO1/2单元、24.9mol%的PhMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=4,900,键结于硅原子的羟基量为0.3mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.3mol/100g)30份,除此以外,重复实施例2,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[实施例4]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含5mol%的SiO4/2单元、70mol%的PhSiO3/2单元、5mol%的ViMeSiO2/2单元、20mol%的ViMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,600,键结于硅原子的羟基量为0.2mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为1.0mol/100g)30份,除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[实施例5]
代替实施例2中所使用的(D)成分而使用下述式(5)所表示的环状聚硅氧烷5份,
[化16]
除此以外,重复实施例2,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[实施例6]
添加作为(A)成分的包含75mol%的PhSiO3/2单元、2mol%的ViPhSiO2/2单元、23mol%的ViPhMeSiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,300,键结于硅原子的羟基量为1.0mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.5mol/100g)30份、
作为(B)成分的、(B)成分中的硅原子键结氢原子的合计个数相对于(A)成分及(E)成分中的硅原子键结乙烯基的合计个数的比(以下,存在表示为SiH/SiVi比的情况)成为1.0的量的下述式(4)所表示的有机氢聚硅氧烷,
[化17]
(式中,p=2(平均值))
作为(C)成分的氯铂酸的辛醇改性溶液(铂元素含有率:1质量%)0.01份、以及
作为(E)成分的下述式(6)所表示的有机聚硅氧烷10份,
[化18]
(式中,p=30(平均值))
充分进行搅拌,制备硬化性有机硅树脂组合物。对所述组合物在150℃下进行4小时加热成形而获得硬化物(120mm×110mm×1mm)。
[实施例7]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含5mol%的SiO4/2单元、70mol%的PhSiO3/2单元、10mol%的ViPhSiO2/2单元、15mol%的ViMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,200,键结于硅原子的羟基量为0.7mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为1.1mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[实施例8]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含5mol%的SiO4/2单元、65mol%的PhSiO3/2单元、10mol%的ViPhSiO2/2单元、20mol%的ViMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,700,键结于硅原子的羟基量为1.2mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[实施例9]
添加作为(A)成分的包含75mol%的PhSiO3/2单元、5mol%的ViPhSiO2/2单元、20mol%的ViPhMeSiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,500,键结于硅原子的羟基量为0.03mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.05mol/100g)30份、
作为(B)成分的、(B)成分中的硅原子键结氢原子的合计个数相对于(A)成分中的硅原子键结乙烯基的合计个数的比(以下,存在表示为SiH/SiVi比的情况)成为1.0的量的下述式(3)所表示的有机氢聚硅氧烷,
[化19]
作为(C)成分的氯铂酸的辛醇改性溶液(铂元素含有率:1质量%)0.01份、以及
相对于所述(A)成分~(C)成分的合计100质量份而为200质量份的无机白色颜料(石原产业制造的CR-90),充分进行搅拌,制备硬化性有机硅树脂组合物。对所述组合物在150℃下进行4小时加热成形而形成硬化物(120mm×110mm×1mm),并进行下述物性的测定。将结果示于表1中。
[比较例1]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含80mol%的PhSiO3/2单元、20mol%的ViPhMeSiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,000,键结于硅原子的羟基量为0.5mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.05mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[比较例2]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含80mol%的PhSiO3/2单元、0.05mol%的ViPhSiO2/2单元、19.95mol%的ViMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,100,键结于硅原子的羟基量为0.1mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.05mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[比较例3]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含10mol%的SiO4/2单元、35mol%的PhSiO3/2单元、25mol%的ViPhSiO2/2单元、30mol%的Me3SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=3,000,键结于硅原子的羟基量为0.05mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.04mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[比较例4]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含65mol%的PhSiO3/2单元、10mol%的ViPhSiO2/2单元、25mol%的ViPhMeSiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=2,300,键结于硅原子的羟基量为0.0005mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.05mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
[比较例5]
代替实施例1中所使用的(A)成分而使用包含10mol%的SiO4/2单元、45mol%的Ph2SiO2/2单元、20mol%的Ph2SiO2/2单元、25mol%的ViMe2SiO1/2单元的分支链状的苯基甲基聚硅氧烷(Mw=3,000,分子量为5,000以上的成分为整体的11.3%,键结于硅原子的羟基量为0.2mol/100g,键结于硅原子的烷氧基量为0.04mol/100g),除此以外,重复实施例1,制备硬化性有机硅树脂组合物,获得硬化物。
利用下述方法测定所述实施例及比较例中获得的硬化性有机硅树脂组合物及硬化物的物性。将结果示于表1及表2中。
(1)外观
以目视确认将各组合物在150℃下硬化4小时而获得的硬化物(厚度1mm)的颜色与透明性。
(2)性状
确认硬化前的各组合物的流动性。向100ml的玻璃瓶中添加50g组合物,将玻璃瓶横倒,在25℃下静置10分钟。若在这期间树脂流出,则判断为液状。
(3)粘度
利用JIS K 7117-1:1999记载的方法测定25℃下的硬化前的各组合物的粘度。
(4)折射率
硬化前的各组合物的折射率是使用爱拓(ATAGO)制造的数字折射计RX-9000α,在25℃下对波长589nm的光的折射率进行测定。
(5)硬度(类型D)
依据JIS K 6249:2003,并使用硬度测定计(durometer)D硬度计对将各组合物在150℃下硬化4小时而获得的硬化物的硬度进行测定。
(6)切断时伸长率及拉伸强度
依据JIS K 6249:2003对将各组合物在150℃下硬化4小时而获得的硬化物的切断时伸长率及拉伸强度进行测定。
(7)表面粘性
将各组合物在150℃下硬化4小时,并用手指触摸调查硬化物(厚度1mm)表面的状态,按照以下所示的基准评价粘性。
(判定基准)
○:并未发粘
△:稍微发粘
×:发粘
(8)粘接性
将各组合物0.25g以底面积成为45mm2的方式成形于面积180mm2的银板上,在150℃下硬化4小时后,使用小刮勺(microspatula)破坏硬化物,在白银板剥掉时,求出凝聚破坏的部分与剥离部分的比例,判定其粘接性。
(判定基准)
○:粘接性良好(凝聚破坏的比例为60%以上)
×:粘接性不良(凝聚破坏的部分小于60%)
以目视确认将各组合物在150℃下硬化4小时而获得的硬化物的表面有无尘埃附着。
(9)耐气体透过性试验
在镀银盘(1cm2、深度0.6mm)中封入各组合物,在150℃下硬化4小时。将所获得的样品(银镀层及硬化物)与硫粉末3g一起放入密封容器中,在80℃的恒温槽中放置50小时。其后,使用爱色丽(X-Rite)公司制造的分光光度计(装置名:卡乐(color)8200)测定镀银盘的反射率。
关于实施例9的组合物,在硫化结束后将树脂部自镀银盘剥离,进行银镀层的反射率的测定。依照以下基准进行判定。
再者,所述样品的初始(刚硬化后)的反射率均为90%。
(判定基准)
○:反射率为85%以上
△:反射率为75%以上且小于85%
×:反射率小于75%
(10)耐热性(光透过率或反射率的保持率)
使用日立制造的分光光度计U-4100并在23℃下对将各组合物在150℃下硬化4小时而获得的硬化物(厚度1mm)的波长450nm下的光透过率进行测定(初始透过率)。将初始透过率示于表1及表2中。
继而,将所述硬化物在200℃下热处理1,000小时后,同样地测定光透过率。求出将所述初始透过率设为100%时的热处理后的光透过率(%),并依照以下基准进行判定。
(判定基准)
○:耐热性试验后的透过率为90%以上
△:透过率小于90%且为80%以上
×:透过率小于80%
再者,由于实施例9中所获得的硬化性有机硅组合物包含白色颜料,因此并非测定透过率,而是使用爱色丽(X-Rite)公司制造的分光光度计(装置名:卡乐(color)8200)测定在150℃下硬化4小时而获得的硬化物(厚度1mm)的波长450nm下的反射率(初始反射率)。继而,将所述硬化物在200℃下热处理1,000小时后,同样地测定反射率。求出将初始反射率设为100%时的热处理后的反射率(%),并依照以下基准进行判定。
(判定基准)
○:耐热性试验后的反射率为90%以上
△:反射率小于90%且为80%以上
×:反射率小于80%
[表2]
如表2所示,由包含不具有含烯基的D单元的有机聚硅氧烷的比较例1的有机硅树脂组合物获得的硬化物、以及由含烯基的D单元的含量过少的比较例2的有机硅树脂组合物获得的硬化物的耐气体透过性及耐热性差。另外,由使用Q单元的数量与T单元的数量的和小于50mol%的有机聚硅氧烷的比较例3的有机硅树脂组合物获得的硬化物的耐气体透过性差。另外,由有机聚硅氧烷树脂中所含的硅原子键结羟基量小于0.001mol/100g的比较例4的组合物获得的硬化物的粘接性降低。
相对于此,如表1所示,本发明的硬化性有机硅树脂组合物为无色透明,具有充分的硬度、切断时伸长率、及拉伸强度,且具有良好的耐热性、耐气体透过性、及粘接性。其中,实施例1~实施例6的硬化性有机硅树脂组合物通过进一步特别指定键结于硅原子的羟基的量及烷氧基的量,可获得具有所述特性、并且并无表面粘性所致的尘埃的附着的硬化物。
[产业上的可利用性]
本发明的硬化性有机硅树脂组合物有流动性,可迅速获得硬化物,可提供具有优异的机械特性、耐热性及耐气体透过性的硬化物。所述组合物作为包括发光元件等半导体元件等的半导体装置的密封材料而适宜。
Claims (9)
1.一种硬化性有机硅树脂组合物,其特征在于,包含:
(A)有机聚硅氧烷,在一分子中具有至少两个硅原子键结烯基,所述有机聚硅氧烷的特征在于:
相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而具有0.1mol%~30mol%的R2R3SiO2/2单元,以及具有SiO4/2单元及R1SiO3/2单元的至少一者,且SiO4/2单元的摩尔数与R1SiO3/2单元的摩尔数的和相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而为50mol%以上,
R1彼此独立地为经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、碳数2~10的烯基、或碳数6~10的芳香族烃基,R2彼此独立地为碳数2~10的烯基,R3彼此独立地为经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基,
以及键结于硅原子的羟基的量为0.001mol/100g以上;
(B)有机氢聚硅氧烷,在一分子中具有2个以上的键结于硅原子的氢原子,以及在一分子中具有1个以上的硅原子键结芳香族烃基:(B)成分中的氢硅烷基的个数相对于(A)成分中的烯基的个数的比成为0.1~4.0的量;以及
(C)铂族金属系催化剂:催化剂量。
2.根据权利要求1所述的硬化性有机硅树脂组合物,其中所述(A)成分相对于所有硅氧烷单元的摩尔数而具有0mol%~60mol%的SiO4/2单元,具有0mol%~90mol%的R1SiO3/2单元,其中,SiO4/2单元与R1SiO3/2单元的和为50mol%以上,具有0.1mol%~30mol%的R2R3SiO2/2单元,具有0mol%~50mol%的(R4)2SiO2/2单元,以及具有0mol%~50mol%的(R5)3SiO1/2单元,以及
所述(A)成分具有1,000~5,000的重量平均分子量,且以0.001mol/100g~1.0mol/100g具有键结于硅原子的羟基,以1.0mol/100g以下具有碳数1~10的键结于硅原子的烷氧基,
式中,R1、R2、及R3如权利要求1所述,R4彼此独立地为经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基,R5彼此独立地为碳数2~10的烯基、经取代或未经取代的碳数1~10的烷基、或碳数6~10的芳香族烃基,所有的R5中的至少一个为碳数2~10的烯基。
3.根据权利要求1或2所述的硬化性有机硅树脂组合物,其中在所述(A)成分的R2R3SiO2/2单元中,R2为乙烯基,R3为甲基或苯基。
5.根据权利要求1或2所述的硬化性有机硅树脂组合物,其相对于(A)成分及(B)成分的合计100质量份而以0.1质量份~100质量份进而含有直链状或分支链状的有机聚硅氧烷作为(E)成分,所述直链状或分支链状的有机聚硅氧烷在一分子中具有1个以上的碳数6~10的硅原子键结芳香族烃基,以及在一分子中具有2个以上的碳数2~10的硅原子键结烯基,且利用日本工业标准K 7117-1:1999记载的方法测定的25℃下的粘度为10mPa·s~100,000mPa·s,并且
相对于组合物中所含的硅原子键结烯基的合计个数,组合物中所含的氢硅烷基的个数比为0.1~4.0。
6.根据权利要求1或2所述的硬化性有机硅树脂组合物,其进而包含至少一种无机白色颜料。
7.一种半导体装置,包括将如权利要求1至6中任一项所述的硬化性有机硅树脂组合物硬化而成的硬化物以及半导体元件。
8.一种半导体装置,其为包括将如权利要求1至5中任一项所述的硬化性有机硅树脂组合物硬化而成的硬化物以及半导体元件的半导体装置,并且所述硬化物的波长450nm下的厚度1mm时的直射光透过率为70%以上。
9.根据权利要求7或8所述的半导体装置,其中所述半导体元件为发光元件。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200915 |