CN112513182B - 有机硅凝胶组合物及其固化物以及功率模块 - Google Patents

有机硅凝胶组合物及其固化物以及功率模块 Download PDF

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Abstract

含有(A)在1分子中具有1个以上的硅原子结合烯基的有机聚硅氧烷、(B)在1分子中具有2个以上的硅原子结合氢原子的有机氢聚硅氧烷、(C)铂族金属系固化催化剂、(D)具有2个三烷氧基甲硅烷基和1个交联性的乙烯基的异氰脲酸衍生物和/或具有3个三烷氧基甲硅烷基的异氰脲酸衍生物、(E)烯酮硅基缩酮型化合物并且给予特定针入度的固化物的有机硅凝胶组合物可形成如下的有机硅凝胶固化物:其为高温下的耐热性、与金属的粘接性优异、另外针入度大的有机硅凝胶,同时不仅即使通过高温下的长期使用也能够维持低弹性模量和低应力,而且抑制气泡的产生、从基材的剥离和电绝缘性的降低。

Description

有机硅凝胶组合物及其固化物以及功率模块
技术领域
本发明涉及固化可形成优异的耐热性的有机硅凝胶组合物及其固化物(有机硅凝胶)等。
背景技术
近年来,将IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)作为主要器件,将功率模块广泛地用于电力转换装置。在功率模块的壳体内,为了将陶瓷绝缘基板的沿面表面和该基板上的功率半导体芯片绝缘保护,填充了低弹性模量的有机硅凝胶。
近年来,SiC(碳化硅)功率半导体与目前为止的硅功率半导体相比,其通电时的能量损失、发热量小,另外,耐热性高,因此可以处理更大的电力,积极地进行着对其研究。
硅功率半导体装置的耐热极限温度为约150℃,对于SiC功率半导体装置而言,研究在200~300℃下使用,对于在SiC功率半导体中所使用的树脂和在该树脂中所使用的添加剂也要求进一步的耐热性。实际上,要保证IGBT功率模块的高温连续工作时,例如要求必须对UL1557中规定的试验合格。
在该试验中,要求例如在超过150℃的高温下可以规定的时间维持该制品规格的介质击穿电压。但是,如果在这样的高温下长期暴露,由于有机硅凝胶的固化劣化,在IGBT功率模块内部从应力集中的部位等发生有机硅凝胶的裂纹或者与构成部件的剥离,如果其在绝缘基板附近发生,则介质击穿电压的维持变得困难。
作为抑制这样的固化劣化的方法,在一般的硅油、橡胶中,通过向其中添加氧化铁、氧化钛等填料,从而可提高其耐热性。但是,如果是该方法,引起绝缘性的降低、与填料的沉淀、粘度增大相伴的作业性的降低,作为要求低粘度且绝缘性的IGBT功率模块用有机硅凝胶材料变得不适合。
作为实现高温下长期维持介质击穿电压的的方法,除了上述的提高有机硅凝胶自身的耐热性的方法以外,也有实施采用模块结构的对策的例子。在专利文献1(日本特开2014-150204号公报)中通过在将模块密封的有机硅凝胶的表面上配置由树脂、金属、陶瓷系材料等构成的片材部件,从而抑制了功率元件等的腐蚀·绝缘性的降低、以及有机硅凝胶的固化劣化。另外,在专利文献2(日本特开2015-220238号公报)中,通过在模块壳体内的壁面配置由聚苯硫醚这样的耐热硬质树脂或耐热陶瓷构成的面内应力缓和体,从而抑制了有机硅凝胶从壳体侧壁剥离。
但是,即使实施上述的采用模块结构的对策,也有限度,还需要大量的成本和时间。
在专利文献3(日本特开2014-216558号公报)中公开了提高有机硅凝胶自身的耐热性、可在高温环境下使用的功率半导体模块。但是,不管如何提高有机硅凝胶单独的耐热性,抑制在高温环境下有机硅凝胶自身的固化劣化,但由于热应力,有机硅凝胶从模块壳体或半导体基板历时而剥离,结果也失去电绝缘性。另外,为了尽可能缓和对接合线等施加的应力,如果将密封的有机硅凝胶的针入度设计得高,则存在如下问题:在高温环境下在有机硅凝胶内、与基板的界面处变得容易产生气泡,结果失去电绝缘性。
对于因有机硅凝胶从半导体基板剥离而使电绝缘性降低的现象,研究了通过在有机硅凝胶中添加硅烷偶联剂等粘接性赋予剂,从而抑制从半导体基板的剥离。但是,根据所使用的硅烷偶联剂种类,有时在受热时有机硅凝胶从半导体基板历时剥离,或者如果在高温高湿下长期暴露,则发现电绝缘性降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-150204号公报
专利文献2:日本特开2015-220238号公报
专利文献3:日本特开2014-216558号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于上述实际情况而完成,目的在于提供有机硅凝胶组合物及其固化物以及功率模块,该有机硅凝胶组合物可形成如下的有机硅凝胶固化物:其为高温下的耐热性、与金属的粘接性优异、并且针入度大的有机硅凝胶,同时不仅即使通过高温下的长期使用也能够维持低弹性模量和低应力,而且抑制气泡的产生、从基材的剥离和电绝缘性的降低,因此可对用作功率半导体密封的功率半导体模块赋予高温环境下工作的长期可靠性。
用于解决课题的手段
本发明人为了实现上述目的进行了深入研究,结果发现下述的有机硅凝胶组合物解决上述课题:其含有作为粘接性赋予剂的具有至少2个三烷氧基甲硅烷基的特定结构的异氰脲酸衍生物、和由下述通式(3)表示的含有烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型(ketente silyl acetal)化合物的1种或2种以上、和/或其部分水解缩合物,同时优选地含有由有机聚硅氧烷与铈的羧酸盐的反应生成物构成的特定的耐热性提高剂,并且固化可形成JIS K2220中规定的针入度为30~70的有机硅凝胶固化物,完成了本发明。
[化1]
Figure BDA0002928853470000031
(式中,R4、R5为碳原子数1~4的烷基,R6为碳原子数1~12的烷基,R4、R5、R6可彼此相同,也可以是不同的基团。另外,n为0或1。)
即,本发明提供以下的有机硅凝胶组合物及其固化物(有机硅凝胶)等。
[1]有机硅凝胶组合物,其含有:
(A)在1分子中具有至少1个与硅原子结合的烯基的有机聚硅氧烷:100质量份,
(B)含有下述的(b-1)成分和(b-2)成分的在1分子中含有至少2个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷:其量使得相对于所述(A)成分中的烯基1摩尔,(B)成分全体中的与硅原子结合的氢原子成为0.01~3摩尔,
(b-1)由下述平均组成式(1)表示的、在1分子中含有至少3个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷,
(R2 3SiO1/2)b(R2 2SiO)c(HR2SiO)d (1)
(式中,R2表示相同或不同的1价烃基,b为0.01~0.3的正数,c为0.2~0.89的正数,d为0.1~0.7的正数,b+c+d=1。)
(b-2)由下述平均组成式(2)表示的、在一分子中具有至少2个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷(不过,不包括(b-1)成分的有机氢聚硅氧烷),
R3 eHfSiO(4-e-f)/2 (2)
(式中,R3独立地为不含脂肪族不饱和键的未取代或取代的1价烃基,e为0.7~2.2的正数,f为0.001~0.5的正数,不过,e+f为0.8~2.5。)
(C)铂族金属系固化催化剂:作为催化剂的有效量,
(D)在1分子中具有2个三烷氧基甲硅烷基和1个烯基或与硅原子结合的氢原子(SiH基)的异氰脲酸衍生物、和/或在1分子中具有3个三烷氧基甲硅烷基的异氰脲酸衍生物:0.01~3质量份,和
(E)由下述通式(3)表示的含有烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物的1种或2种以上、和/或其部分水解缩合物:0.01~10质量份,
[化2]
Figure BDA0002928853470000041
(式中,R4、R5为碳原子数1~4的烷基,R6为碳原子数1~12的烷基,R4、R5、R6可彼此相同,也可以是不同的基团。另外,n为0或1。)
其固化可形成JIS K2220中规定的针入度为30~70的有机硅凝胶固化物。
[2]根据[1]所述的有机硅凝胶组合物,其中,相对于100质量份的(A)成分,还含有0.01~50质量份的(F)下述(a)与(b)的反应生成物。
(a)25℃下的粘度为10~10000mPa·s的有机聚硅氧烷,
(b)由下述通式(4)表示的铈的羧酸盐。
(R1COO)aCe(4)
(式中,R1为相同或不同的1价烃基,a为3或4。)
[3]根据[1]或[2]所述的有机硅凝胶组合物,其中,(D)成分为选自由下述的式(5)~(7)表示的异氰脲酸衍生物中的至少1种。
[化3]
Figure BDA0002928853470000051
[化4]
Figure BDA0002928853470000052
[化5]
Figure BDA0002928853470000053
(上述各式中,Me表示甲基。)
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的有机硅凝胶组合物,其固化可形成具有1TΩ·m以上的体积电阻率(JIS K6271、施加电压500V)的有机硅凝胶固化物。
[5]有机硅凝胶固化物,其通过使根据[1]~[4]中任一项所述的有机硅凝胶组合物固化而成,该有机硅凝胶固化物的根据JIS K2220中规定的针入度为30~70。
[6]根据[5]所述的有机硅凝胶固化物,其具有1TΩ·m以上的体积电阻率(JISK6271、施加电压500V)。
[7]根据[5]或[6]所述的有机硅凝胶固化物,其中,200℃气氛下1000小时后的针入度减少率为20%以下。
[8]功率模块,其具有层状的根据[5]~[7]中任一项所述的有机硅凝胶固化物。
发明的效果
本发明的有机硅凝胶组合物可形成如下的有机硅凝胶固化物:与以往相比高温下的硬度变化小,另外,对于在IGBT功率模块等中所使用的基材具有优异的密合性(粘接性)和优异的电绝缘性,另外能够长期维持这些特性。即,如果将通过使本发明的有机硅凝胶组合物固化而得到的有机硅凝胶固化物在硅功率半导体装置、特别是SiC功率半导体装置中的电子部件的保护用途中使用,期待对于保证超过200℃的气氛下的高温连续工作非常有用。
具体实施方式
本发明的有机硅凝胶组合物含有下述的(A)~(E)成分、优选(A)~(F)成分作为必要成分。再有,在本发明中,所谓有机硅凝胶固化物(或有机硅凝胶),是以有机聚硅氧烷为主成分的交联密度低的固化物,意指根据JIS K2220(1/4圆锥)的针入度为10~100的固化物。其在根据JIS K6301的橡胶硬度测定中测定值(橡胶硬度值)成为0,相当于为不显示有效的橡胶硬度值的程度的低硬度(即,柔软)且低弹性,在这点上与所谓的硅橡胶固化物(橡胶状弹性体)不同。
以下对本发明详细地说明。
[(A)成分]
本发明中所使用的(A)成分的有机聚硅氧烷为有机硅凝胶组合物的主剂(基础聚合物),为在1分子中具有至少1个(通常1~20个、优选2~10个、更优选2~5个左右)与硅原子结合的烯基(以下称为“硅原子结合烯基”)的有机聚硅氧烷。
作为(A)成分中的硅原子结合烯基,具体地,可列举出碳原子数2~10的、乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、己烯基、环己烯基、庚烯基等,特别优选为乙烯基。该硅原子结合烯基在有机聚硅氧烷分子中的结合位置可以是分子链末端,也可以是分子链非末端(即,分子链侧链),或者可以是这两者。
(A)成分中,就上述硅原子结合烯基的含量而言,在本成分100g中,优选为0.001~10摩尔,特别优选为0.001~1摩尔。
在(A)成分的有机聚硅氧烷分子中,上述硅原子结合烯基以外的与硅原子结合的有机基团(以下也称为“硅原子结合有机基团”)只要不具有脂肪族不饱和键,则并无特别限定,例如可列举出未取代或取代的、碳原子数通常为1~12、优选1~10的、不包括脂肪族不饱和键的1价烃基等。作为该未取代或取代的1价烃基,例如可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基等烷基;环己基等环烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯乙基等芳烷基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氯原子、氟原子、溴原子等卤素原子取代而成的、氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基等,优选为烷基、芳基,更优选为甲基、苯基。
另外,对(A)成分的分子结构并无限定,例如可列举出直链状(即,主链基本上由二有机硅氧烷单元的重复组成、分子链两末端用三有机甲硅烷氧基封端的二有机聚硅氧烷等)、分支链状、具有一部分分支的直链状、树枝状,优选为直链状、具有一部分分支的直链状。(A)成分可以是具有这些分子结构的单一的聚合物、由这些分子结构组成的共聚物、或者这些聚合物的混合物。
就(A)成分的25℃下的粘度而言,由于组合物的作业性、固化物的力学特性更为优异,因此优选为100~500000mPa·s,特别优选为300~100000mPa·s。应予说明,在本发明中,粘度能够采用旋转粘度计(例如BL型、BH型、BS型、锥板型、流变仪等)测定(下同)。另外,出于同样的理由,(A)成分中的硅原子数(或聚合度)可通常为50~1500个,优选为100~1000个,更优选为150~800个左右。应予说明,本发明中,聚合度(或分子量)例如能够以甲苯等作为洗脱溶剂、作为凝胶渗透色谱(GPC)分析中的聚苯乙烯换算的数均聚合度(或数均分子量)等求出(下同)。
作为这样的(A)成分,具体地例示下述的实例。
两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、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、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、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-二苯基硅氧烷共聚物、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-乙烯基甲基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-乙烯基甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端乙烯基甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、末端三甲基甲硅烷氧基-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、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、两末端甲基二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、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、两末端三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、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物等。
(A)成分的有机聚硅氧烷可单独使用1种,也可将2种以上并用。
[(B)成分]
本发明中所使用的(B)成分的有机氢聚硅氧烷是在与(A)成分的氢化硅烷化加成固化反应中作为交联剂(固化剂)发挥作用的成分,是含有2种有机氢聚硅氧烷(b-1)、(b-2)成分的在1分子中含有至少2个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷。
(b-1)成分为由下述平均组成式(1)表示、只在分子链非末端(分子链中途)存在的2官能性硅氧烷单元中具有1分子中至少3个与硅原子结合的氢原子的直链状的有机氢聚硅氧烷。
(R2 3SiO1/2)b(R2 2SiO)c(HR2SiO)d (1)
(式中,R2表示相同或不同的1价烃基,b为0.01~0.3的正数,c为0.2~0.89的正数,d为0.1~0.7的正数,b+c+d=1。)
(b-1)成分的有机氢聚硅氧烷为直链状的有机氢聚硅氧烷,在1分子中含有至少3个、优选3~140个、更优选4~100个左右的与硅原子结合的氢原子(以下也称为“硅原子结合氢原子”(即,SiH基)),并且作为由(HR2SiO2/2)表示的2官能性的有机氢硅氧烷单元只在除末端以外的分子链主链中含有该硅原子结合氢原子(SiH基)作为与分子链非末端(分子链中途)的硅原子结合的氢原子,在分子链主链中必须含有由(R2 2SiO2/2)表示的2官能性的二有机硅氧烷单元,以及分子链末端用由(R2 3SiO1/2)表示的三有机甲硅烷氧基封端,除此以外,并无限制。
上述式(1)中,R2为相同或不同的1价烃基,优选碳原子数通常为1~10、优选1~6的未取代或取代1价烃基,例如可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基等烷基;环己基等环烷基;乙烯基、烯丙基等烯基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯乙基等芳烷基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氯原子、氟原子、溴原子等卤素原子取代而成的、氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基等,优选为烷基、芳基等不具有脂肪族不饱和键的未取代1价烃基,更优选为甲基、苯基等。
b为0.01~0.3、优选0.03~0.2的正数,c为0.2~0.89、优选0.3~0.8的正数,d为0.1~0.7、优选0.1~0.5的正数,b+c+d=1。如果b不到0.01,得不到有机硅凝胶固化物,另外,在超过0.3的情况下,固化物的位移耐久性降低。另外,在d不到0.1的情况下,得不到有机硅凝胶固化物,在超过了0.7的情况下,在均匀的固化物表面产生疏密。
(b-1)成分的分子结构只要满足上述必要条件,则并无特别限定,另外,(b-1)成分采用现有公知的方法合成。
(b-1)成分的有机氢聚硅氧烷的25℃下的粘度通常为1~10000mPa·s,优选为3~2000mPa·s,更优选为10~1000mPa·s,优选在室温(25℃)下为液态。
作为由上述平均组成式(1)表示的有机氢聚硅氧烷的具体例,可列举出由(CH3)3SiO1/2单元和(CH3)2SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(即,分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)3SiO1/2单元和(C6H5)2SiO单元和(CH3)2SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物)、由(CH3)2(C6H5)SiO1/2单元和(CH3)2SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端二甲基苯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)3SiO1/2单元和(CH3)2SiO单元和H(C6H5)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-苯基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)2(CF3C2H4)SiO1/2单元和(CH3)(CF3C2H4)SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端二甲基(三氟丙基)甲硅烷氧基封端甲基(三氟丙基)硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)2(CF3C2H4)SiO1/2单元和(CH3)(CF3C2H4)SiO单元和(CH3)2SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端二甲基(三氟丙基)甲硅烷氧基封端甲基(三氟丙基)硅氧烷-二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)3SiO1/2单元和(CH3)(CF3C2H4)SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基(三氟丙基)硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)3SiO1/2单元和(CH3)(CF3C2H4)SiO单元和(CH3)2SiO单元和H(CH3)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基(三氟丙基)硅氧烷-二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)、由(CH3)3SiO1/2单元和(CH3)(CF3C2H4)SiO单元和(CH3)2SiO单元和H(CF3C2H4)SiO单元组成的共聚物(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基(三氟丙基)硅氧烷-二甲基硅氧烷-(三氟丙基)氢硅氧烷共聚物)等。
(b-1)成分的有机氢聚硅氧烷可单独使用1种,也可将2种以上并用。
其次,(b-2)成分为由下述平均组成式(2)表示的、在1分子中具有至少2个硅原子结合氢原子的有机氢聚硅氧烷。
R3 eHfSiO(4-e-f)/2 (2)
(式中,R3独立地为不含脂肪族不饱和键的未取代或取代的1价烃基,e为0.7~2.2的正数,f为0.001~0.5的正数,不过e+f为0.8~2.5。)
(b-2)成分的有机氢聚硅氧烷在1分子中具有至少2个、优选至少3个、更优选上限为500个、进一步优选上限为200个、特别优选上限为100个的硅原子结合氢原子,进而在分子中不具有脂肪族不饱和键。再有,(b-2)成分不含(b-1)成分。另外,(b-2)成分的分子中含有至少2个的硅原子结合氢原子(SiH基)中,至少1个硅原子结合氢原子(SiH基)优选为例如作为(HR3 2SiO1/2)单元等二有机氢甲硅烷氧基单元在分子链末端存在的与硅原子结合的氢原子。
上述式(2)中,R3独立地为不含脂肪族不饱和键的未取代或取代的1价烃基,优选碳原子数通常为1~10、优选1~6的未取代或取代1价烃基,例如可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基等烷基;环己基等环烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯乙基等芳烷基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氯原子、氟原子、溴原子等卤素原子取代而成的、氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基等,优选为烷基、芳基,更优选为甲基、苯基。
e为0.7~2.2、优选1.0~2.0的正数,f为0.001~0.5、优选0.005~0.4的正数,不过,e+f为0.8~2.5、优选1.1~2.4。
(b-2)成分的分子结构只要满足上述必要条件,则并无特别限定,另外,(b-2)成分采用现有公知的方法合成。
就(b-2)成分的有机氢聚硅氧烷的25℃下的粘度而言,出于组合物的作业性、固化物的光学或力学特性更优异的原因,因此优选满足0.1~5000mPa·s、更优选0.5~1000mPa·s、特别优选2~500mPa·s的范围的、室温(25℃)下为液态的范围。在满足该粘度的情况下,有机氢聚硅氧烷1分子中的硅原子数(或聚合度)通常为2~1000个,优选为3~300个,更优选为4~150个左右。
作为由上述平均组成式(2)表示的有机氢聚硅氧烷,例如可列举出1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、三(氢二甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、三(氢二甲基甲硅烷氧基)苯基硅烷、甲基氢环聚硅氧烷、甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷环状共聚物、两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物、两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、单末端二甲基氢甲硅烷氧基封端-单末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元和(CH3)3SiO1/2单元和SiO4/2单元组成的共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元组成的共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元和(C6H5)SiO3/2单元组成的共聚物、这些例示化合物中将甲基的一部分或全部用其他的烷基、苯基等替换而成的产物等、除(b-1)成分中所含的成分以外的有机氢聚硅氧烷。
(b-2)成分的有机氢聚硅氧烷可单独使用1种,也可将2种以上组合使用。
作为(B)成分,上述(b-1)成分与(b-2)成分的使用比例用质量比表示,优选(b-1):(b-2)为1:1~1:200,更优选为1:3~1:150,进一步优选为1:10~1:120。如果(b-1)成分过多,有时针入度显著降低,不能调整到所期望的针入度,如果过少,有时没有固化为有机硅凝胶。
就(B)成分的添加量(即,(b-1)成分和(b-2)成分的合计添加量)而言,相对于上述(A)成分中的硅原子结合烯基1摩尔,为(B)成分全体中的硅原子结合氢原子(SiH基)的合计成为0.01~3摩尔、优选0.05~2摩尔、更优选0.2~1.5摩尔、进一步优选0.6~1摩尔的量。来自该(B)成分的硅原子结合氢原子相对于(A)成分中的硅原子结合烯基1摩尔,如果变得比0.01摩尔少,则不再得到有机硅凝胶固化物。另外,在比3摩尔多的情况下,有机硅凝胶固化物的耐热性降低。
[(C)成分]
本发明的(C)成分用作用于促进上述(A)成分中的硅原子结合烯基与上述(B)成分中的硅原子结合氢原子的加成反应的催化剂。该(C)成分为铂族金属系固化催化剂(铂或铂系化合物),能够使用公知的铂族金属系固化催化剂。作为其具体例,可例示铂黑、氯铂酸、氯铂酸等的醇改性物;氯铂酸与烯烃、醛、乙烯基硅氧烷或炔属醇类等的络合物等铂族金属系固化催化剂。
(C)成分的配混量可以是作为催化剂的有效量,能够根据所期望的固化速度来适当地增减,通常,相对于(A)成分和(B)成分的合计量,用铂族金属原子的质量计,为0.1~1000ppm,优选为1~300ppm的范围。如果该配混量过多,有时得到的固化物的耐热性降低。
[(D)成分]
本发明的(D)成分为对有机硅凝胶组合物赋予自粘接性的粘接性赋予剂,使用以下所示的异氰脲酸衍生物。
即,本发明的(D)成分为在1分子中具有3个用三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基等三烷氧基甲硅烷基取代的烷基(例如三烷氧基甲硅烷基取代乙基、三烷氧基甲硅烷基取代丙基等)的异氰脲酸衍生物,或者为选自在1分子中具有2个用该三烷氧基甲硅烷基取代的烷基和1个乙烯基、烯丙基等烯基、或者含有硅原子结合氢原子(SiH基)的1价的有机基团(例如末端有机氢甲硅烷氧基取代烷基、用末端有机氢甲硅烷氧基封端硅氧烷取代的烷基、末端有机氢甲硅烷基取代烷基等)作为可参与氢化硅烷化加成反应的官能性基团的异氰脲酸衍生物中的至少1种。应予说明,在(D)成分中的烯基的范畴中也能够包含(甲基)丙烯酰氧基取代烷基(例如γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基等)。通过配混这样的(D)成分,能够得到对于功率半导体的基材中使用的Al、Cu等金属具有优异的粘接性的组合物。
作为(D)成分,更具体地,能够例示由下述式(5)表示的、(i)在1分子中具有3个三甲氧基甲硅烷基取代烷基的异氰脲酸衍生物、和由下述式(6)、(7)表示的、(ii)在1分子中具有2个三甲氧基甲硅烷基取代烷基和1个烯基或用末端有机氢甲硅烷氧基封端硅氧烷取代的烷基的异氰脲酸衍生物、在式(5)~(7)的各个中将三甲氧基甲硅烷基替换为三乙氧基甲硅烷基的异氰脲酸衍生物等。
其中,作为上述三甲氧基甲硅烷基取代烷基和末端有机氢甲硅烷氧基取代烷基的烷基,可列举出碳原子数2~10的乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、辛基等,这些中,优选丙基。
再有,这些异氰脲酸衍生物可单独使用1种,或者可将2种以上混合使用。
[化6]
Figure BDA0002928853470000151
[化7]
Figure BDA0002928853470000152
[化8]
Figure BDA0002928853470000161
(上述各式中,Me表示甲基。)
就(D)成分的配混量而言,相对于100质量份的(A)成分,为0.01~3质量份,优选为0.05~1质量份,更优选为0.06~0.9质量份的范围。如果(D)成分的配混量过少,不能赋予对于Al、Cu等金属的良好的粘接性,另外,如果配混量过多,有机硅凝胶固化物的耐热性显著地降低。
再有,本发明的有机硅凝胶组合物在(D)成分为具有与硅原子结合的烯基或SiH基的异氰脲酸衍生物的情况下,相对于组合物全体(例如上述(A)成分和(D)成分)中的与硅原子结合的烯基1摩尔,优选组合物全体(例如(B)成分和(D)成分)中的硅原子结合氢原子(SiH基)为0.6~2摩尔,特别优选为0.8~1.8摩尔。
[(E)成分]
本发明的(E)成分为由下述通式(3)表示的、在分子中含有2个或3个烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物的1种或2种以上、和/或其部分水解缩合物(即,使烷氧基甲硅烷基部分地水解-缩合生成的具有残存烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物)。通过将(E)成分的含有烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物与(D)成分一起使用,从而不仅对于功率半导体的基材中使用的Al、Cu等金属赋予优异的粘接性,而且能够在高温下或高温高湿下长期地维持良好的电绝缘性。
[化9]
Figure BDA0002928853470000162
(式中,R4、R5为碳原子数1~4的烷基,R6为碳原子数1~12的烷基,R4、R5、R6可彼此相同,也可为不同的基团。另外,n为0或1。)
上述通式(3)中,就R4、R5的碳原子数1~4的烷基而言,直链状、环状、分支状均可,例如可列举出甲基、乙基、丙基、正丁基、异丙基、叔丁基、仲丁基、异丁基。另外,就R6的碳原子数1~12的1价烃基而言,直链状、环状、分支状均可,例如可列举出甲基、乙基、丙基、正丁基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等直链状的烷基、环己基等环状的烷基、和叔丁基、2-乙基己基等分支状的烷基、将这些基团的氢原子的一部分或全部用氯、氟、溴等卤素原子取代而成的卤素取代1价烃基等如氯甲基、溴乙基、三氟丙基等。这些基团可以相同,也可不同。在本发明中,R4优选甲基、乙基,其中更优选甲基。R5优选甲基、乙基、丙基、正丁基、异丙基,其中更优选甲基。另外,R6优选甲基、乙基、正丁基、2-乙基己基,其中更优选乙基、2-乙基己基。
(E)成分能够单独使用1种或者将2种以上一起使用。
上述含有烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物的1种或2种以上、和/或其部分水解缩合物相对于(A)成分的有机聚硅氧烷100质量份,以0.01~10质量份、优选0.05~5质量份的范围使用。在(E)成分的烯酮硅基缩酮型化合物和/或其部分水解缩合物的添加量不到0.01质量份的情况下,得到的有机硅凝胶固化物对于基材不能显现期待的粘接性、不能维持良好的电绝缘性。另外,在(E)成分的烯酮硅基缩酮型化合物和/或其部分水解缩合物的添加量超过10质量份的情况下,损害得到的有机硅凝胶固化物的柔软性,或者有机硅凝胶固化物的耐热性显著地降低。
[(F)成分]
本发明中所使用的(F)成分为能够根据需要配混的任选成分,为在有机硅凝胶组合物中具有作为耐热性赋予成分的作用的成分,是后述的(a)有机聚硅氧烷与(b)铈的羧酸盐的反应生成物。
(a)有机聚硅氧烷
(a)有机聚硅氧烷可以是现有公知的有机聚硅氧烷,也可以是上述的(A)成分的含有烯基的有机聚硅氧烷,还可以是(A)成分以外的有机聚硅氧烷。在(A)成分以外的有机聚硅氧烷的情况下,优选不含SiH基的有机聚硅氧烷。更优选其为基本上以二有机聚硅氧烷单元为主体的、常温(23℃±15℃)下保持液态的直链状或分支状的有机聚硅氧烷。
作为该与硅原子结合的有机基团,具体地,可列举出甲基、乙基、丙基、丁基等烷基、乙烯基、烯丙基等烯基、苯基、甲苯基等芳基、环己基等环烷基、或者将这些的与碳原子结合的氢原子的一部分或全部用卤素原子、氰基等取代而成的氯甲基、氟丙基、氰基甲基等。
该有机聚硅氧烷能够使用其分子链末端用三烷基甲硅烷氧基、羟基、乙烯基、烷氧基等封端的有机聚硅氧烷。进而,可以是这些各种有机聚硅氧烷的混合物。
另外,上述有机聚硅氧烷的粘度优选25℃下的粘度为10~10000mPa·s,更优选为50~5000mPa·s。在粘度不到10mPa·s的情况下,高温下的硅氧烷蒸发量容易增多,质量变化变大,因此耐热性容易降低。另外,在超过了10000mPa·s的情况下,与后述的铈化合物的混合不再顺利地进行,因此耐热性仍变得容易降低。
作为上述有机聚硅氧烷的具体例,例如可列举出两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、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、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、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-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、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、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、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-二苯基硅氧烷共聚物、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、末端三甲基甲硅烷氧基-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、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、末端三甲基甲硅烷氧基-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、两末端甲基二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、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端甲基二乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、两末端三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、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端甲基三氟丙基聚硅氧烷、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物、两末端三乙烯基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物等。
(b)铈的羧酸盐
铈的羧酸盐由下述通式(4)表示。
(R1COO)aCe(4)
(式中,R1为相同或不同的1价烃基,a为3或4。)
上述式(4)中,R1为相同或不同的优选碳原子数1~20、更优选1~18的1价烃基,具体地,可列举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十七烷基、十八烷基等烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、(Z)-8-十七碳烯基等烯基、苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、萘基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;将这些基团的氢原子的一部分或全部用氯、溴、氟等卤素原子取代而成的氯甲基、3,3,3-三氟丙基等。
作为上述铈的羧酸盐,具体地,能够例示2-乙基己酸、环烷酸、油酸、月桂酸、硬脂酸等的铈或以铈为主成分的金属化合物盐。
就上述(a)成分和(b)成分而言,相对于100质量份的(a)成分,以(b)成分的铈的质量优选成为0.05~5质量份的量使其反应,更优选地,相对于100质量份的(a)成分,以(b)成分为0.05~3质量份、更优选0.05~1质量份的比例使其反应。如果(b)成分过少,有时没有看到组合物的耐热性的提高,如果过多,有时电绝缘性降低。
(F)成分在将上述(a)、(b)成分均匀地混合后通过加热处理而得到,如果其加热温度不到120℃,难以获得均匀的组成,如果超过300℃,(a)成分的热分解速度变大,因此不优选。其热处理温度可为150~300℃,优选为200~300℃,更优选为250~300℃。另外,反应时间优选为1~24小时,特别优选为1~16小时。
再有,使上述(a)成分和(b)成分反应时,相对于100质量份的(a)成分,能够配混0.5~5质量份的钛酸四正丁酯等钛酸酯等促进缩合反应的有机金属催化剂。
在配混(F)成分的情况下,相对于100质量份的(A)成分,其配混量通常为50质量份以下(超过0质量份且50质量份以下),优选为0.01~50质量份,更优选为0.1~10质量份。如果(F)成分过少,有时没有看到耐热性的提高,如果过多,有时绝缘性降低。
在本发明的有机硅凝胶组合物中,除了上述(A)~(E)成分、特别是(A)~(F)成分以外,在不损害本发明的目的的范围内能够配混任选成分。作为该任选成分,例如可列举出反应抑制剂、无机质填充剂、不含硅原子结合氢原子和硅原子结合烯基的有机聚硅氧烷、有助于粘接性乃至压敏粘合性的提高的烷氧基有机硅烷等粘接性赋予剂、耐热添加剂、阻燃性赋予剂、触变性赋予剂、颜料、染料等。
反应抑制剂为用于抑制上述组合物的反应的成分,具体地,例如可列举出炔系、胺系、羧酸酯系、亚磷酸酯系等的反应抑制剂。
作为无机质填充剂,例如可列举出气相法二氧化硅、结晶性二氧化硅、沉淀性二氧化硅、中空填料、硅倍半氧烷、气相法二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化铁、氢氧化铝、碳酸镁、碳酸钙、碳酸锌、层状云母、硅藻土、玻璃纤维等无机质填充剂;将这些填充剂用有机烷氧基硅烷化合物、有机氯硅烷化合物、有机硅氮烷化合物、低分子量硅氧烷化合物等有机硅化合物进行了表面疏水化处理的填充剂等。另外,可配混硅橡胶粉末、有机硅树脂粉末等。
本发明的有机硅凝胶组合物能够通过将规定量的上述(A)~(E)成分、特别是(A)~(F)成分、以及其他的任意的成分均匀混合而得到。此时,可根据需要将所混合的成分分为2部分或其以上的部分来混合,例如,也可分为由(A)成分的一部分和(C)、(D)成分组成的部分、和由(A)成分的余量和(B)、(E)成分组成(在有机硅凝胶组合物还包含(F)成分的情况下,除了这些以外也包含(F)成分)的部分来混合。其中,作为使用的混合装置,可例示均相混合机、桨式混合机、HOMO DISPER、胶体磨、真空混合搅拌混合机和行星式混合机,只要能够至少将上述(A)~(E)成分、特别是(A)~(F)成分均匀地混合,则并无特别限定。
作为本发明的有机硅凝胶组合物的固化条件,能够在23~150℃、特别是23~100℃下进行10分钟~8小时、特别是30分钟~5小时。
本发明中得到的有机硅凝胶固化物(有机硅凝胶)是JIS K2200中规定的针入度为30~70、优选超过30且70以下、更优选35以上且65以下、在全部有机硅凝胶中特别软质的有机硅凝胶固化物。
进而,在本发明中,得到的有机硅凝胶组合物的固化物的200℃气氛下1000小时后的针入度减少率优选为20%以下,特别优选为18%以下。
再有,为了使针入度成为上述范围,通过使以特定的配混比率将上述特别确定的本发明的(A)~(E)成分、特别是(A)~(F)成分和任选成分均匀地混合而成的有机硅凝胶组合物在上述的固化条件下固化,从而能够得到上述针入度的有机硅凝胶固化物。
另外,得到的有机硅凝胶组合物的固化物优选体积电阻率(JIS K6271、施加电压500V)为1TΩ·m以上,特别优选为1~100TΩ·m。再有,为了使体积电阻率成为上述值,通过使以特定的配混比率将上述特别确定的本发明的(A)~(E)成分、特别是(A)~(F)成分和任选成分均匀地混合而成的有机硅凝胶组合物在上述的固化条件下固化,从而能够得到上述体积电阻率的有机硅凝胶固化物。
本发明涉及的功率模块,其特征在于,以层状具有如上所述得到的本发明的有机硅凝胶固化物。
其中,应用本发明的有机硅凝胶固化物的对象为将构成功率模块的功率半导体器件(芯片)接合的基材(例如在陶瓷绝缘基板表面形成了铜箔(层)的产物)或将该基材接合的金属基板(例如铜板、Al板等)。本发明的有机硅凝胶固化物与上述基材、金属基板表面的Cu、Al良好地接着,能够将功率半导体器件(芯片)和基材密封。
本发明的有机硅凝胶组合物的固化物(有机硅凝胶)能够适合用作硅功率半导体装置、特别是SiC功率半导体装置中的电子部件的保护用途,由此期待对确保在超过200℃的气氛下的高温连续工作非常有用。
实施例
以下示出实施例和比较例,对本发明具体地说明,但本发明并不受下述的实施例限制。应予说明,下述的例子中,份表示质量份,粘度表示25℃下的采用旋转粘度计得到的测定值。Me表示甲基,Et表示乙基。另外,聚合度表示以甲苯作为洗脱溶剂的凝胶渗透色谱(GPC)分析的聚苯乙烯换算的数均聚合度。
(A)成分
(A-1)由下述式(8)表示的、25℃下的粘度为约0.6Pa·s的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
[化10]
Figure BDA0002928853470000231
(B)成分
(B-1)作为(b-2)成分,由下述式(9)表示的、25℃下的粘度为20mPa·s的有机氢聚硅氧烷(分子链两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷)
[化11]
Figure BDA0002928853470000232
(B-2)作为(b-1)成分,由下述式(10)表示的、25℃下的粘度为110mPa·s的有机氢聚硅氧烷(分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物)
[化12]
Figure BDA0002928853470000241
(B-3)作为(b-2)成分,由下述式(11)表示的、25℃下的粘度为50mPa·s的有机氢聚硅氧烷(单末端二甲基氢甲硅烷氧基封端-单末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物)
[化13]
Figure BDA0002928853470000242
(C)成分
(C-1)将由下述式(12)表示的有机聚硅氧烷作为溶剂的氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物的溶液(铂原子含量:1质量%)
[化14]
Figure BDA0002928853470000243
(D)成分
(D-1)由下述式(5)表示的异氰脲酸衍生物
[化15]
Figure BDA0002928853470000244
(E)成分
(E-1)由下述式(13)表示的烯酮硅基缩酮型化合物
[化16]
Figure BDA0002928853470000251
(E-2)由下述式(14)表示的烯酮硅基缩酮型化合物
[化17]
Figure BDA0002928853470000252
(F)成分
(F-1)将以粘度为100mPa·s的两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷100份、2-乙基己酸铈作为主成分的萜烯溶液(稀土元素含量6质量%)10份(以铈量计,0.55份)、进而钛酸四正丁酯2.1份在300℃的温度下进行1小时热处理而得到的反应生成物。
其他成分
(G-1)催化剂活性(反应速度)的控制剂:乙炔基甲基癸基甲醇(液体)
[实施例1~3、比较例1~5]
如表1那样将上述成分(A)~(F)配混混合,制备了有机硅凝胶组合物S1~S8。将制备的有机硅凝胶组合物S1~S8在70℃下加热60分钟,得到了有机硅凝胶固化物。另外,以使用宽25mm、长100mm的无氧铜被粘附体能够制作粘接面积2.5mm2、粘接厚度2mm的剪切粘接试验体的方式将上述得到的有机硅凝胶组合物S1~S8浇铸,在70℃下加热60分钟,使其固化,得到了剪切粘接试验用试验片。
按照JIS K6249:2003(未固化硅橡胶和固化硅橡胶的试验方法)测定了得到的固化物的针入度、体积电阻率和使用了剪切粘接试验用试验片的对于铜(无氧铜)的剪切粘接力和内聚破坏率(铜粘接性)。即,针入度采用JIS K2220中规定的试验方法(稠度试验方法)进行,另外,体积电阻率采用JIS K6271中规定的试验方法(双环电极法的试验方法)进行,铜粘接性采用JIS K6850中规定的试验方法进行。
将该结果示于表1中。
[表1]
Figure BDA0002928853470000261
进而,采用下述所示的方法进行了有机硅凝胶固化物自身的耐热性、对于模块基板上的有机硅凝胶固化物层的耐热性和高温高湿环境下的电绝缘性(高温高湿偏压试验)的评价。将该结果示于表2中。
[耐热性试验]
(1)有机硅凝胶固化物单独的耐热性试验
使用上述实施例和比较例中得到的有机硅凝胶固化物(有机硅凝胶组合物S1~S8的固化物),测定200℃×1000小时的耐热试验后的针入度(根据JIS K2220中规定的试验方法(稠度试验方法)),由与耐热试验前的初期针入度的差值求出了针入度减少率。另外,通过目视评价了耐热试验后的有机硅凝胶固化物中有无裂纹。
(2)模块基板上形成的有机硅凝胶固化物层的耐热性试验
将模块基板(在纵40mm、横50mm的陶瓷基板的两面焊接了无氧铜的基板)放入玻璃皿中,从其上将制备的有机硅凝胶组合物S1~S8分别浇铸,在减压下充分地脱泡后,在70℃下加热60分钟,制作了以厚度成为8mm的方式在模块基板上形成了固化物层的试验体。将这样制作的试验体在设定为205℃的热板上静置,观察了从基板的气泡有无产生、剥离状况及其发生时间直至400小时。
[高温高湿偏压试验]
制作了用上述有机硅凝胶组合物S1~S8分别密封的功率模块封装件。具体地说,在搭载了半导体芯片、绝缘性基板等的封装件中分别浇铸了上述制备的各有机硅凝胶组合物,在减压下充分地脱泡后,通过在70℃下加热60分钟,使该有机硅凝胶组合物固化,从而制作了功率模块封装件。
使用这些功率模块封装件试验体,在85℃×85%RH气氛下进行约1kV的电压施加,进行了电绝缘性的评价。电绝缘性的测定按照EIAJ ED4701/102A的试验方法进行。
在试验开始后经过了1000小时时,将能够维持规定的电绝缘性的样品(即,没有发现漏电流的增大、没有短路的样品)评价为〇,将发现了绝缘性降低的样品(漏电流增大、短路的样品)评价为×。
[表2]
Figure BDA0002928853470000271
由表2的结果可知,实施例1~3的有机硅凝胶组合物满足本发明的必要条件,为低弹性模量的有机硅凝胶固化物,同时不仅在200℃的长期耐热下没有发现针入度的大的降低,而且长期抑制了高温状态下从模块基板的气泡产生、剥离。
另外,实施例1~3的组合物在85℃×85%RH的高温高湿下也能够长期维持电绝缘性。

Claims (9)

1.有机硅凝胶组合物,其含有:
(A)在1分子中具有至少1个与硅原子结合的烯基的有机聚硅氧烷:100质量份,
(B)含有下述的(b-1)成分和(b-2)成分的在1分子中含有至少2个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷:其量使得相对于所述(A)成分中的烯基1摩尔,(B)成分全体中的与硅原子结合的氢原子成为0.01~3摩尔,
(b-1)由下述平均组成式(1)表示、在1分子中含有至少3个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷,
(R2 3SiO1/2)b(R2 2SiO)c(HR2SiO)d (1)
式中,R2表示相同或不同的1价烃基,b为0.01~0.3的正数,c为0.2~0.89的正数,d为0.1~0.7的正数,b+c+d=1,
(b-2)由下述平均组成式(2)表示、在一分子中具有至少2个与硅原子结合的氢原子的有机氢聚硅氧烷,其中,不包括(b-1)成分的有机氢聚硅氧烷,
R3 eHfSiO(4-e-f)/2 (2)
式中,R3独立地为不含脂肪族不饱和键的未取代或取代的1价烃基,e为0.7~2.2的正数,f为0.001~0.5的正数,并且,e+f为0.8~2.5,
(C)铂族金属系固化催化剂:作为催化剂的有效量,
(D)在1分子中具有2个三烷氧基甲硅烷基和1个烯基或与硅原子结合的氢原子即SiH基的异氰脲酸衍生物、和/或在1分子中具有3个三烷氧基甲硅烷基的异氰脲酸衍生物:0.01~3质量份,和
(E)由下述通式(3)表示的含有烷氧基甲硅烷基的烯酮硅基缩酮型化合物的1种或2种以上、和/或其部分水解缩合物:0.01~10质量份,
[化1]
Figure FDA0003877641650000021
式中,R4、R5为碳原子数1~4的烷基,R6为碳原子数1~12的烷基,R4、R5、R6可彼此相同,也可以是不同的基团,另外,n为0或1;
所述有机硅凝胶组合物固化能形成JIS K2220中规定的针入度为30~70的有机硅凝胶固化物。
2.根据权利要求1所述的有机硅凝胶组合物,其中,相对于100质量份的(A)成分,还含有0.01~50质量份的(F)下述(a)与(b)的反应生成物,
(a)25℃下的粘度为10~10000mPa·s的有机聚硅氧烷,
(b)由下述通式(4)表示的铈的羧酸盐
(R1COO)aCe (4)
式中,R1为相同或不同的1价烃基,a为3或4。
3.根据权利要求1或2所述的有机硅凝胶组合物,其中,(D)成分为选自下述的式(5)~(7)所示的异氰脲酸衍生物中的至少1种:
[化2]
Figure FDA0003877641650000022
[化3]
Figure FDA0003877641650000023
[化4]
Figure FDA0003877641650000031
上述各式中,Me表示甲基。
4.根据权利要求1或2所述的有机硅凝胶组合物,其固化能形成具有根据JIS K6271在施加电压500V下得到的1TΩ·m以上的体积电阻率的有机硅凝胶固化物。
5.根据权利要求1或2所述的有机硅凝胶组合物,其中,作为(B)成分,(b-1)成分和(b-2)成分的质量比(b-1):(b-2)为1:1~1:200。
6.有机硅凝胶固化物,其通过使根据权利要求1~5中任一项所述的有机硅凝胶组合物固化而成,该有机硅凝胶固化物的根据JIS K2220中规定的针入度为30~70。
7.根据权利要求6所述的有机硅凝胶固化物,其具有根据JIS K6271、施加电压500V下的1TΩ·m以上的体积电阻率。
8.根据权利要求6或7所述的有机硅凝胶固化物,其中,200℃气氛下1000小时后的针入度减少率为20%以下。
9.功率模块,其具有层状的根据权利要求6~8中任一项所述的有机硅凝胶固化物。
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