JP2005105217A - 硬化性オルガノポリシロキサン組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (A)一分子中に少なくとも2個のアルケニル基と少なくとも1個のアリール基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン、(B)一分子中に少なくとも1個のアルケニル基と少なくとも1個のアリール基を有し、一般式:RSiO3/2で表されるシロキサン単位を有する分岐鎖状のオルガノポリシロキサン、(C)一分子中に少なくとも1個のアリール基を有し、分子鎖両末端がケイ素原子結合水素原子で封鎖された直鎖状のオルガノポリシロキサン、および(D)ヒドロシリル化反応用触媒からなる硬化性オルガノポリシロキサン組成物、および半導体素子が上記組成物の硬化物により被覆されている半導体装置。
【選択図】 図1
Description
(A)一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と少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン、
(B)一分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基と少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有し、一般式:
RSiO3/2
(式中、Rは置換また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有する分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{(A)成分に対して、重量比で1/99〜99/1となる量}、
(C)一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し、分子鎖両末端がケイ素原子結合水素原子で封鎖された直鎖状のオルガノポリシロキサン{(A)成分と(B)成分の合計100重量部に対して1〜200重量部となる量}、
および
(D)ヒドロシリル化反応用触媒(本組成物の硬化を促進する量)
から少なくともなることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、半導体素子が上記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被覆されていることを特徴とする。
(A)成分は本組成物の主成分であり、一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と少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサンである。(A)成分中のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基が例示され、特に、ビニル基であることが好ましい。また、(A)成分中のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基が例示され、特に、フェニル基であることが好ましい。また、(A)成分中のアルケニル基とアリール基以外のケイ素原子結合有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等の置換もしくは非置換の一価炭化水素基が例示され、特に、メチル基であることが好ましい。硬化して得られる硬化物において、光の屈折、反射、散乱等による減衰が小さいことから、(A)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の含有率は40モル%以上であることが好ましく、特に、45モル%以上であることが好ましい。このような(A)成分の25℃における粘度は限定されないが、10〜1,000,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、100〜50,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。これは、(A)成分の粘度が上記範囲の下限未満であると、得られる硬化物の機械的強度が低下する傾向があるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる組成物の取扱作業性が低下する傾向があるからである。
RSiO3/2
で表されるシロキサン単位を有する分岐鎖状のオルガノポリシロキサンである。(B)成分中のアルケニル基としては、前記と同様の基が例示され、特に、ビニル基であることが好ましい。また、(B)成分中のアリール基としては、前記と同様の基が例示され、特に、フェニル基であることが好ましい。また、(B)成分中のアルケニル基とアリール基以外のケイ素原子結合有機基としては、前記アルキル基、前記アラルキル基、前記ハロゲン化アルキル基等の置換もしくは非置換の一価炭化水素基が例示され、特に、メチル基であることが好ましい。(B)成分中、一般式:
RSiO3/2
で表されるシロキサン単位において、式中のRは置換または非置換の一価炭化水素基であり、具体的には、前記アルキル基、前記アルケニル基、前記アリール基、前記アラルキル基、前記ハロゲン化アルキル基が例示され、特に、前記アルキル基、前記アリール基であることが好ましい。
(R2SiO3/2)a(R2 2SiO2/2)b(R2 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
で表されるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。上式中、R2は置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、具体的には、前記アルキル基、前記アルケニル基、前記アリール基、前記アラルキル基、前記ハロゲン化アルキル基が例示される。但し、一分子中、R2の0.1〜40モル%は前記アルケニル基であることが好ましい。これは、アルケニル基の含有率が上記範囲の下限未満であると、(C)成分との反応性が低下する傾向があるからであり、一方、上記範囲の上限を超えても、(C)成分との反応性が低下する傾向があるからである。また、本組成物を硬化して得られる硬化物において、光の屈折、反射、散乱等による減衰が小さいことから、R2の10モル%以上は前記アリール基であることが好ましく、特に、一般式:
R2SiO3/2
で表されるシロキサン単位において、R2の30モル%以上が前記アリール基であることが好ましく、分子中のアルケニル基とアリール基以外のR2はメチル基であることが好ましい。また、上式中、Xは水素原子またはアルキル基であり、このアルキル基としては、前記と同様の基が例示され、特に、メチル基であることが好ましい。また、上式中、aは正数であり、bは0または正数であり、cは0または正数であり、dは0または正数であり、eは0または正数であり、かつb/aは0〜10の数であり、c/aは0〜5.0の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。このような(B)成分の分子量は限定されないが、標準ポリスチレン換算による重量平均分子量(Mw)が500〜10,000の範囲内であることが好ましく、特に、700〜3,000の範囲内であることが好ましい。
(R4SiO3/2)f(R4 2SiO2/2)g(R4 3SiO1/2)h(SiO4/2)i(XO1/2)j
で表されるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。上式中、R4は水素原子、またはアルケニル基を除く置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、R4の一価炭化水素基としては、前記アルキル基、前記アリール基、前記アラルキル基、前記ハロゲン化アルキル基が例示される。但し、一分子中、R4の0.1〜40モル%は水素原子であることが好ましい。これは、ケイ素原子結合水素原子の含有率が上記範囲の下限未満であると、本組成物を十分に硬化することが困難となるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる硬化物の耐熱性が低下する傾向があるからである。また、硬化して得られる硬化物において、光の屈折、反射、散乱等による減衰が小さいことから、R4の10モル%以上は前記アリール基であることが好ましく、特に、一般式:
R4SiO3/2
で表されるシロキサン単位において、R4の30モル%以上が前記アリール基であることが好ましく、分子中のアリール基以外のR4はメチル基であることが好ましい。また、上式中、Xは水素原子またはアルキル基であり、このアルキル基としては、前記と同様の基が例示され、特に、メチル基であることが好ましい。また、上式中、fは正数であり、gは0または正数であり、hは0または正数であり、iは0または正数であり、jは0または正数であり、かつg/fは0〜10の数であり、h/fは0〜5.0の数であり、i/(f+g+h+i)は0〜0.3の数であり、j/(f+g+h+i)は0〜0.4の数である。このような(C)成分の分子量は限定されないが、標準ポリスチレン換算による重量平均分子量(Mw)が300〜10,000の範囲内であることが好ましく、特に、500〜3,000の範囲内であることが好ましい。
で表されるシロキサン化合物、式:
で表されるシロキサン化合物、メチルポリシリケート、エチルポリシリケート、エポキシ基含有エチルポリシリケートが例示される。この接着付与剤は低粘度液状であることが好ましく、その粘度は限定されないが、25℃において1〜500mPa・sの範囲内であることが好ましい。また、上記組成物において、この接着付与剤の含有量は限定されないが、(A)成分と(B)成分の合計100重量部に対して0.01〜10重量部の範囲内であることが好ましい。
本装置は、上記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。この半導体素子としては、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、固体撮像素子、モノリシックIC、さらにはハイブリッドIC中の半導体素子が例示される。また、このような半導体装置としては、ダイオード、発光ダイオード(LED)、トランジスタ、サイリスタ、フォトカプラー、CCD、モノリシックIC、ハイブリッドIC、LSI、VLSIが例示される。特に、光透過率が高いことから、好ましくは、フォトカプラーやLEDなどの発光素子である。
1mm角で深さ2mmの凸部を1mm間隔で100個並べたポリエチレン製板を使用し、この凹み部に硬化性オルガノポリシロキサン組成物をディスペンサーにより充填した。充填された硬化性オルガノポリシロキサン組成物が、隣の凸部まで糸を引かずにきれいに充填されている場合を○、未充填部が1〜5ヶ所ある場合を×、未充填部が6ヶ所以上ある場合を×とした。
[硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化性]
硬化性オルガノポリシロキサン組成物を150℃の熱風循環式オーブンで12時間加熱することにより硬化させて得られた硬化物のJIS K 2220に規定の針入度を、前記組成物を120℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱することにより硬化させて得られた硬化物の針入度で割った値を硬化性の指標とした。なお、この値が1に近づくほど、硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化性は良好であることを示している。
硬化性オルガノポリシロキサン組成物を120℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱することにより硬化物を作製した。この硬化物の針入度をJIS K 2220に準じて測定した。
硬化性オルガノポリシロキサン組成物を120℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱することにより硬化して作製した硬化物の25℃における屈折率をアッベ式屈折率計を用いて測定した。なお、測定に用いた光源として、可視光(589nm)を用いた。
硬化性オルガノポリシロキサン組成物を120℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱することにより硬化して作製した硬化物(光路長1.0mm)の25℃における光透過率を可視光(波長420nm)における光透過率を測定した。
下記の評価試験(2)の評価後の半導体装置を拡大顕微鏡で観察し、透明エポキシ樹脂と硬化性シリコーン硬化物の密着性を、隙間がある場合を×、界面が明瞭な場合を△、界面が明瞭でない場合を○とした。
[半導体装置の信頼性の評価方法(その1)]
図1で示したフォトカプラーを次のようにして作製した。すなわち、Ga−Al−As化合物系の半導体素子1をリードフレーム2に導電性ペーストによりダイボンドし、次いで、この半導体素子1と別のリードフレーム2(図示せず)を金製のボンディングワイヤ3によりワイヤボンドした。この半導体素子1と対向する位置に受光用の半導体素子4をリードフレーム5上に導電性ペーストを用いてダイボンドし、次いで、この半導体素子4と別のリードフレーム5(図示せず)を金製のボンディングワイヤ6によりワイヤボンドした。これらの半導体素子の間を硬化性オルガノポリシロキサン組成物により充填した後、150℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱して硬化した。次に、硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物7により被覆されたこれらの半導体素子を白色のエポキシ樹脂8で樹脂封止した。このようにして10個のフォトカプラーを作製した。これらのフォトカプラーの発光出力について、150℃の熱風循環式オーブン中で100時間加熱処理する前後で測定し、加熱処理前の発光出力を100とした時の加熱処理後の発光出力の相対値の平均値で示した。
図2で示したLEDを次のようにして作製した。すなわち、GaN系化合物半導体素子9をリードフレーム10に導電性ペーストによりダイボンドした後、次いで、この半導体素子9をリードフレーム11と金製のボンディングワイヤ12によりワイヤボンドした。次いで、半導体素子9を硬化性オルガノポリシロキサン組成物をコーティングした後、150℃の熱風循環式オーブンで1時間加熱することにより硬化した。この硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物13により被覆した半導体素子9を透明なエポキシ樹脂14により樹脂封止した。このようにして10個のLEDを作成した。
粘度3,500mPa・sであり、直鎖状の分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン(ケイ素原子結合ビニル基の含有量=0.20重量%、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=49モル%)55重量部、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.25
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{性状=固体状(25℃)、ケイ素原子結合全有機基中の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%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,600}45重量部、式:
H(CH3)2SiO[CH3(C6H5)SiO]4Si(CH3)2H
で表される分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン24重量部、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(本組成物において、本錯体中の白金金属が重量単位で2.5ppmとなる量)、および2−フェニル−3−ブチン−2−オール0.05重量部を均一に混合して、粘度1,700mPa・sである硬化性オルガノポリシロキサン組成物を調製した。
粘度3,500mPa・sであり、直鎖状の分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン(ケイ素原子結合ビニル基の含有量=0.20重量%、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=49モル%)55重量部、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.25
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{性状=固体状(25℃)、ケイ素原子結合全有機基中の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%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,600}45重量部、式:
H(CH3)2SiO[CH3(C6H5)SiO]4Si(CH3)2H
で表される分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン22重量部、粘度950mPa・sであり、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.60[(CH3)2HSiO1/2]0.40
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン(ケイ素原子結合全基中のケイ素原子結合水素原子の含有率=22モル%、ケイ素原子結合全基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=33モル%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,100)1重量部、接着付与剤として、平均単位式:
粘度3,500mPa・sであり、直鎖状の分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン(ケイ素原子結合ビニル基の含有量=0.20重量%、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=49モル%)55重量部、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.25
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{性状=固体状(25℃)、ケイ素原子結合全有機基中の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%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,600}45重量部、式:
H(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]4Si(CH3)2H
で表されるジメチルポリシロキサン24重量部、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(本組成物において、本錯体中の白金金属が重量単位で2.5ppmとなる量)、および2−フェニル−3−ブチン−2−オール0.05重量部を均一に混合して、粘度2,460mPa・sである硬化性オルガノポリシロキサン組成物を調製した。
粘度3,500mPa・sであり、直鎖状の分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン(ケイ素原子結合ビニル基の含有量=0.20重量%、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=49モル%)55重量部、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.25
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{性状=固体状(25℃)、ケイ素原子結合全有機基中の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%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,600}45重量部、粘度950mPa・sであり、平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.60[(CH3)2HSiO1/2]0.40
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン(ケイ素原子結合全基中のケイ素原子結合水素原子の含有率=22モル%、ケイ素原子結合全基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=33モル%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,100)12重量部、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(本組成物において、本錯体中の白金金属が重量単位で2.5ppmとなる量)、および2−フェニル−3−ブチン−2−オール0.05重量部を均一に混合して、粘度3,500mPa・sである硬化性オルガノポリシロキサン組成物を調製した。
粘度3,500mPa・sであり、直鎖状の分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン(ケイ素原子結合ビニル基の含有量=0.20重量%、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=49モル%)100重量部、式:
H(CH3)2SiO[CH3(C6H5)SiO]4Si(CH3)2H
で表される分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン18重量部、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(本組成物において、本錯体中の白金金属が重量単位で2.5ppmとなる量)、および2−フェニル−3−ブチン−2−オール0.05重量部を均一に混合して、粘度3,100mPa・sである硬化性オルガノポリシロキサン組成物を調製した。
平均単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.25
で表される分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{性状=固体状(25℃)、ケイ素原子結合全有機基中の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%、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量=1,600}100重量部、式:
H(CH3)2SiO[CH3(C6H5)SiO]4Si(CH3)2H
で表される分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン25重量部、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(本組成物において、本錯体中の白金金属が重量単位で2.5ppmとなる量)、および2−フェニル−3−ブチン−2−オール0.05重量部を均一に混合して、粘度7,800mPa・sである硬化性オルガノポリシロキサン組成物を調製した。
2:リードフレーム
3:ボンディングワイヤ
4:半導体素子
5:リードフレーム
6:ボンディングワイヤ
7:硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物
8:封止樹脂
9:半導体素子
10:リードフレーム
11:リードフレーム
12:ボンディングワイヤ
13:硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物
14:透明封止樹脂
Claims (10)
- (A)一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と少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン、
(B)一分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基と少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有し、一般式:
RSiO3/2
(式中、Rは置換また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有する分岐鎖状のオルガノポリシロキサン{(A)成分に対して、重量比で1/99〜99/1となる量}、
(C)一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し、分子鎖両末端がケイ素原子結合水素原子で封鎖された直鎖状のオルガノポリシロキサン{(A)成分と(B)成分の合計100重量部に対して1〜200重量部となる量}、
および
(D)ヒドロシリル化反応用触媒(本組成物の硬化を促進する量)
から少なくともなる硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - (A)成分中のケイ素原子結合全有機基に対するケイ素原子結合アリール基の含有率が40モル%以上であることを特徴とする、請求項1記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- (B)成分が、平均単位式:
(R2SiO3/2)a(R2 2SiO2/2)b(R2 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
{式中、R2は置換もしくは非置換の一価炭化水素基(但し、R2の0.1〜40モル%はアルケニル基であり、R2の10モル%以上はアリール基である。)であり、Xは水素原子またはアルキル基であり、aは正数であり、bは0または正数であり、cは0または正数であり、dは0または正数であり、eは0または正数であり、かつb/aは0〜10の数であり、c/aは0〜5.0の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。}
で表されるオルガノポリシロキサンであることを特徴とする、請求項1記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - 硬化して、可視光(589nm)における屈折率(25℃)が1.5以上の硬化物を形成することを特徴とする、請求項1記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 硬化して、光透過率(25℃)が80%以上である硬化物を形成することを特徴とする、請求項1記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 硬化して、JIS K 2220に規定の針入度が5以上である硬化物を形成することを特徴とする、請求項1記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 半導体素子が、請求項1乃至8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被覆されていることを特徴とする半導体装置。
- 半導体素子が発光素子であることを特徴とする、請求項9記載の半導体装置。
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