JP2014084418A - 硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体装置 - Google Patents

硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 取扱作業性が優れ、高い反応性を有し、ガス透過性の低い硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物、ガス透過性の低い硬化物、および信頼性の優れる光半導体装置を提供する。
【解決手段】 （Ａ）平均単位式で表され、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、任意の（Ｂ）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有し、ケイ素原子結合水素原子を有さない直鎖状オルガノポリシロキサン、（Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンであって、本成分中、式：Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈで表されるオルガノトリシロキサンを少なくとも８０質量％有する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少なくともなる硬化性シリコーン組成物。
【選択図】 図１

Description

本発明は、硬化性シリコーン組成物、この組成物を硬化してなる硬化物、およびこの組成物を用いてなる光半導体装置に関する。
硬化性シリコーン組成物は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光半導体装置における光半導体素子の封止材あるいは保護コーティング材に使用されている。しかし、硬化性シリコーン組成物の硬化物はガス透過性が高いため、光の強度が強く、発熱が大きい高輝度ＬＥＤに用いた場合には、腐食性ガスによる、封止材の変色や、ＬＥＤの基板にメッキされた銀の腐食による輝度の低下が問題となっている。
このため、ガス透過性の低い硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物として、特許文献１には、メチルフェニルビニル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、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、および付加反応用触媒からなる硬化性シリコーン組成物が提案されている。
しかし、このような硬化性シリコーン組成物は、粘度が高く、取扱作業性が乏しく、また、硬化反応が遅く、硬化反応を完結させるためには多大な時間とエネルギーが必要であるという課題がある。
特開２０１２−０５２０４５号公報
本発明の目的は、取扱作業性が優れ、高い反応性を有し、ガス透過性の低い硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ガス透過性の低い硬化物を提供することにあり、さらには信頼性に優れる光半導体装置を提供することにある。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、
（Ａ）平均単位式：
(Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳiＯ１/２)ａ(Ｒ４ ２ＳiＯ２/２)ｂ(Ｒ２ＳiＯ３/２)ｃ
（式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、Ｒ２は同じかまたは異なる、炭素数６〜２０のアリール基もしくは炭素数７〜２０のアラルキル基であり、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、Ｒ４は同じかまたは異なる、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数２〜１２のアルケニル基、もしくはフェニル基であり、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ、０.０１≦ａ≦０.５、０≦ｂ≦０.７、０.１≦ｃ＜０.９、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす数である。）
で表され、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、
（Ｂ）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有し、ケイ素原子結合水素原子を有さない直鎖状オルガノポリシロキサン（本組成物に対して、０〜７０質量％）、
（Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンであって、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサンを本成分中、少なくとも８０質量％有するオルガノポリシロキサン｛（Ａ）成分中と（Ｂ）成分中のアルケニル基の合計１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜５モルとなる量｝、および
（Ｄ）有効量のヒドロシリル化反応用触媒
から少なくともなることを特徴とする。
本発明の硬化物は、上記の硬化性シリコーン組成物を硬化してなることを特徴とする。
本発明の光半導体装置は、上記の硬化性シリコーン組成物の硬化物により光半導体素子を封止してなることを特徴とする。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、取扱作業性が優れ、高い反応性を有し、ガス透過性の低い硬化物を形成するという特徴がある。また、本発明の硬化物は、ガス透過性が低いという特徴がある。さらに、本発明の光半導体装置は、信頼性が優れるという特徴がある。
本発明の光半導体装置の一例であるＬＥＤの断面図である。
はじめに、本発明の硬化性シリコーン組成物について詳細に説明する。
（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、本組成物の主剤であり、平均単位式：
(Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳiＯ１/２)ａ(Ｒ４ ２ＳiＯ２/２)ｂ(Ｒ２ＳiＯ３/２)ｃ
で表され、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する。
式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、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、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基が例示され、好ましくは、メチル基である。また、Ｒ２は同じかまたは異なる、炭素数６〜２０のアリール基もしくは炭素数７〜２０のアラルキル基である。Ｒ２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、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、およびこれらのアリール基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示され、好ましくは、フェニル基、ナフチル基である。また、Ｒ２のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、アントラセニルエチル基、フェナントリルエチル基、ピレニルエチル基、およびこれらのアラルキル基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。また、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、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、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基が例示され、好ましくは、ビニル基である。また、Ｒ４は同じかまたは異なる、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数２〜１２のアルケニル基、もしくはフェニル基である。Ｒ４のアルキル基としては、前記Ｒ１と同様の基が例示される。Ｒ４のアルケニル基としては、前記Ｒ３と同様の基が例示される。
また、式中、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ、０.０１≦ａ≦０.５、０≦ｂ≦０.７、０.１≦ｃ＜０.９、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす数であり、好ましくは、０.０５≦ａ≦０.５、０≦ｂ≦０.５、０.４≦ｃ＜０.８５、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす数であり、更に好ましくは、０.０５≦ａ≦０.４、０≦ｂ≦０.４、０.４５≦ｃ＜０.８、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす数である。これは、ａが上記範囲の下限以上であると、硬化物のガス透過性が低下するからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、硬化物が十分な強度を有するからである。また、ｂが上記範囲の上限以下であると、硬化物の硬度が良好となり、信頼性が向上するからである。また、ｃが上記範囲の下限以上であると、硬化物の屈折率が良好となるからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、硬化物の機械的特性が向上するからである。
なお、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、上記の平均単位式で表されるが、本発明の目的を損なわない範囲で、式：Ｒ１ ３ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１Ｒ２ ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１ ２Ｒ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１Ｒ３ ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１ＳiＯ３/２で表されるシロキサン単位、または式：ＳiＯ４/２で表されるシロキサン単位を有してもよい。なお、式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、前記と同様の基が例示される。また、式中、Ｒ２は炭素数６〜２０のアリール基もしくは炭素数７〜２０のアラルキル基であり、前記と同様の基が例示される。また、式中、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、前記と同様の基が例示される。また、このオルガノポリシロキサンには、本発明の目的を損なわない範囲で、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のケイ素原子結合アルコキシ基、あるいはケイ素原子結合水酸基を有していてもよい。
このようなオルガノポリシロキサンを調製する方法としては、例えば、一般式（Ｉ）：
Ｒ２ＳiＸ３
で表されるシラン化合物、および一般式（II−１）：
Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳiＯＳiＲ１Ｒ２Ｒ３
で表されるジシロキサンおよび／または一般式（II−２）：
Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳiＸ
で表されるシラン化合物を、酸もしくはアルカリの存在下、加水分解・縮合反応させる方法が挙げられる。
一般式（Ｉ）：
Ｒ２ＳiＸ３
で表されるシラン化合物は、オルガノポリシロキサンに、式：Ｒ２ＳiＯ３/２で表されるシロキサン単位を導入するための原料である。式中、Ｒ２は炭素数６〜２０のアリール基または炭素数７〜２０のアラルキル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、フェニル基またはナフチル基である。また、式中、Ｘはアルコキシ基、アシロキシ基、ハロゲン原子、または水酸基である。Ｘのアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基が例示される。また、Ｘのアシロキシ基としては、アセトキシ基が例示される。また、Ｘのハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子が例示される。
このようなシラン化合物としては、フェニルトリメトキシシラン、ナフチルトリメトキシシラン、アントラセニルトリメトキシシラン、フェナントリルトリメトキシシラン、ピレニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ナフチルトリエトキシシラン、アントラセニルトリエトキシシラン、フェナントリルトリエトキシシラン、ピレニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン；フェニルトリアセトキシシラン、ナフチルトリアセトキシシラン、アントラセニルトリアセトキシシラン、フェナントリルトリアセトキシシラン、ピレニルトリアセトキシシシラン等のアシロキシシラン；フェニルトリクロロシラン、ナフチルトリクロロシラン、アントラセニルトリクロロシラン、フェナントリルトリクロロシラン、ピレニルトリクロロシラン等のハロシラン；フェニルトリヒドロキシシラン、ナフチルトリヒドロキシシラン、アントラセニルトリヒドロキシシラン、フェナントリルトリヒドロキシシラン、ピレニルトリヒドロキシシラン等のヒドロキシシランが例示される。
一般式（II−１）：
Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３
で表されるジシロキサンは、オルガノポリシロキサンに、式：Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１/２で表されるシロキサン単位を導入するための原料である。式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、メチル基である。また、式中、Ｒ２は炭素数６〜２０のアリール基または炭素数７〜２０のアラルキル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、フェニル基またはナフチル基である。また、式中、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、ビニル基である。
このようなジシロキサンとしては、１,３−ジビニル−１,３−ジフェニル−１,３−ジメチルジシロキサンが挙げられる。
一般式（II−２）：
Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＸ
で表されるシラン化合物も、オルガノポリシロキサンに、式：Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１/２で表されるシロキサン単位を導入するための原料である。式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、メチル基である。また、式中、Ｒ２は炭素数６〜２０のアリール基または炭素数６〜２０のアラルキル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、フェニル基またはナフチル基である。また、式中、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、ビニル基である。また、式中、Ｘはアルコキシ基、アシロキシ基、ハロゲン原子、または水酸基であり、前記と同様の基が例示される。
このようなシラン化合物としては、メチルフェニルビニルメトキシシラン、メチルフェニルビニルエトキシシラン等のアルコキシシラン；メチルフェニルビニルアセトキシシラン等のアセトキシシラン；メチルフェニルビニルクロロシラン等のクロロシラン；メチルフェニルビニルヒドロキシシラン等のヒドロキシシランが例示される。
上記の調製方法では、必要に応じて、オルガノポリシロキサンに、式：Ｒ４ ２ＳiＯ２/２で表されるシロキサン単位を導入するためのシラン化合物もしくは環状シリコーン化合物、または、式：Ｒ１ ３ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１Ｒ２ ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１ ２Ｒ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１Ｒ３ ２ＳiＯ１/２で表されるシロキサン単位、式：Ｒ１ＳiＯ３/２で表されるシロキサン単位、もしくは式：ＳiＯ４/２で表されるシロキサン単位を導入するためのシラン化合物もしくはシランオリゴマーを反応させることができる。式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、前記と同様の基が例示される。また、式中、Ｒ２は炭素数６〜２０のアリール基または炭素数６〜２０のアラルキル基であり、前記と同様の基が例示される。また、式中、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、前記と同様の基が例示される。また、式中、Ｒ４は同じかまたは異なる、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数２〜１２のアルケニル基、もしくはフェニル基であり、前記と同様の基が例示される。
このようなシラン化合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、フェニルビニルジメトキシシラン、フェニルビニルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、メチルジフェニルメトキシシラン、メチルジフェニルエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のアルコキシシラン；ジメチルジアセトキシシラン、メチルフェニルジアセトキシシラン、ジフェニルジアセトキシシラン、メチルビニルジアセトキシシラン、フェニルビニルジアセトキシシラン、トリメチルアセトキシシラン、メチルジフェニルアセトキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシラン等のアセトキシシラン；ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、フェニルビニルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、メチルトリクロロシラン、テトラクロロシラン等のハロシラン；ジメチルジヒドロキシシラン、ジエチルジヒドロキシシラン、メチルフェニルジヒドロキシシラン、ジフェニルジヒドロキシシラン、メチルビニルジヒドロキシシラン、トリメチルヒドロキシシラン、メチルジフェニルヒドロキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン等のヒドロキシシランが例示される。また、このような環状シリコーン化合物としては、環状ジメチルシロキサンオリゴマー、環状フェニルメチルシロキサンオリゴマー、環状ジフェニルシロキサンオリゴマーが例示される。さらに、シランオリゴマーとしては、テトラメトキシシランの部分加水分解物、テトラエトキシシランの部分加水分解物が例示される。
上記の調製方法では、シラン化合物（Ｉ）、およびジシロキサン（II−１）および／またはシラン化合物（II−２）、さらに必要に応じて、その他のシラン化合物、環状シリコーン化合物、あるいはシランオリゴマーを、酸もしくはアルカリの存在下、加水分解・縮合反応させることを特徴とする。
使用できる酸としては、塩酸、酢酸、蟻酸、硝酸、シュウ酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、多価カルボン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、イオン交換樹脂が例示される。また、使用できるアルカリとしては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の無機アルカリ；トリエチルアミン、ジエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、アミノ基を有するアルコキシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン等の有機塩基化合物が例示される。
また、上記の調製方法において、有機溶剤を使用することができる。使用できる有機溶剤としては、エーテル類、ケトン類、アセテート類、芳香族あるいは脂肪族炭化水素、γ−ブチロラクトン、およびこれらの２種以上の混合物が例示される。好ましい有機溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、γ−ブチロラクトン、トルエン、キシレンが例示される。
上記の調製方法では、上記各成分の加水分解・縮合反応を促進するため、水、あるいは水とアルコールの混合液を添加することが好ましい。このアルコールとしては、メタノール、エタノールが好ましい。この反応は、加熱により促進され、有機溶媒を使用する場合には、その還流温度で反応を行うことが好ましい。
（Ｂ）成分は、硬化物に柔軟性、伸張性、可撓性を付与するための任意の成分であり、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有し、ケイ素原子結合水素原子を有さない直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、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、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等の炭素数２〜１２のアルケニル基が例示され、好ましくは、ビニル基である。（Ｂ）成分中のアルケニル基以外のケイ素原子に結合する基としては、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、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数１〜１２のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、およびこれらのアリール基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基等の炭素数６〜２０のアリール基；ベンジル基、フェネチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、アントラセニルエチル基、フェナントリルエチル基、ピレニルエチル基、およびこれらのアラルキル基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基等の炭素数７〜２０のアラルキル基；またはクロロメチル基、３,３,３−トリフルオロプロピル基等の炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基が例示され、好ましくは、メチル基、フェニル基である。
このような（Ｂ）成分としては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、およびこれらのオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物が例示される。
本組成物において、（Ｂ）成分の含有量は、本組成物に対して、０〜７０質量％の範囲内であり、好ましくは、０〜５０質量％の範囲内であり、特に好ましくは、０〜４０質量％の範囲内である。これは、（Ｂ）成分の含有量が上記範囲の上限以下であると、硬化物のガス透過性を高めることなく、硬化物に柔軟性、伸張性、可撓性を付与することができ、ひいては、本組成物を用いて作製した光半導体装置の信頼性を向上できるからである。
（Ｃ）成分は、本組成物の架橋剤であり、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンであって、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサンを本成分中、少なくとも８０質量％有するオルガノポリシロキサンである。これは、上記のオルガノトリシロキサンを架橋剤として用いると、上記（Ａ）成分に対して、良好な反応性を有し、本組成物を速やかに硬化することができるからである。また、上記のようなオルガノトリシロキサンは、本組成物の粘度を低下させ、本組成物の取扱作業性を向上することができる。
（Ｃ）成分は上記のオルガノトリシロキサンを少なくとも８０質量％有するものであり、その他のオルガノポリシロキサンは、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するものであれば特に限定されない。このようなオルガノポリシロキサンとしては、直鎖状、分岐状、環状、網状、一部分岐を有する直鎖状等の分子構造を有するものが例示される。また、このオルガノポリシロキサン中のケイ素原子に結合するその他の基としては、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基、および炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基が例示される。このような基としては、それぞれ前記と同様の基が例示され、好ましくは、メチル基、フェニル基である。
その他のオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、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、一般式：Ｒ'３ＳｉＯ１/２で表されるシロキサン単位と一般式：Ｒ'２ＨＳｉＯ１/２で表されるシロキサン単位と式：ＳｉＯ４/２で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、一般式：Ｒ'２ＨＳｉＯ１/２で表されるシロキサン単位と式：ＳｉＯ４/２で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、一般式：Ｒ'ＨＳｉＯ２/２で表されるシロキサン単位と一般式：Ｒ'ＳｉＯ３/２で表されるシロキサン単位または式：ＨＳｉＯ３/２で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、およびこれらのオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物が例示される。なお、式中のＲ'は炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基、または炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基であり、それぞれ前記と同様の基が例示される。
本組成物において、（Ｃ）成分の含有量は、（Ａ）成分中および（Ｂ）成分中のアルケニル基の合計１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜５モルの範囲内となる量であり、好ましくは、０.５〜２モルの範囲内となる量である。これは、（Ｃ）成分の含有量が上記範囲の下限以上であると、組成物が十分に硬化するからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、硬化物の耐熱性が向上し、ひいては、本組成物を用いて作製した光半導体装置の信頼性が向上するからである。
また、（Ｄ）成分は、本組成物の硬化を促進するためのヒドロシリル化反応用触媒であり、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒が例示される。特に、本組成物の硬化を著しく促進できることから、（Ｄ）成分は白金系触媒であることが好ましい。この白金系触媒としては、白金微粉末、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金−アルケニルシロキサン錯体、白金−オレフィン錯体、白金−カルボニル錯体が例示され、好ましくは、白金−アルケニルシロキサン錯体である。
また、本組成物において、（Ｄ）成分の含有量は、本組成物の硬化を促進するために有効な量である。具体的には、（Ｄ）成分の含有量は、本素子得物の硬化反応を十分に促進できることから、本組成物に対して、質量単位で、（Ｄ）成分中の触媒金属が０.０１〜５００ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましく、さらには、０.０１〜１００ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましく、特には、０.０１〜５０ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましい。
本組成物には、硬化途上で接触している基材に対する硬化物の接着性を向上させるため、接着付与剤を含有してもよい。この接着付与剤としては、ケイ素原子に結合したアルコキシ基を一分子中に少なくとも１個有する有機ケイ素化合物が好ましい。このアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基が例示され、特に、メトキシ基が好ましい。また、この有機ケイ素化合物のケイ素原子に結合するアルコキシ基以外の基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、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；３−グリシドキシプロピル基、４−グリシドキシブチル基等のグリシドキシアルキル基；２−(３,４−エポキシシクロヘキシル)エチル基、３−(３,４−エポキシシクロヘキシル)プロピル基等のエポキシシクロヘキシルアルキル基；４−オキシラニルブチル基、８−オキシラニルオクチル基等のオキシラニルアルキル基等のエポキシ基含有一価有機基；３−メタクリロキシプロピル基等のアクリル基含有一価有機基；水素原子が例示される。この有機ケイ素化合物はケイ素原子結合アルケニル基またはケイ素原子結合水素原子を有することが好ましい。また、各種の基材に対して良好な接着性を付与できることから、この有機ケイ素化合物は一分子中に少なくとも１個のエポキシ基含有一価有機基を有するものであることが好ましい。このような有機ケイ素化合物としては、オルガノシラン化合物、オルガノシロキサンオリゴマー、アルキルシリケートが例示される。このオルガノシロキサンオリゴマーあるいはアルキルシリケートの分子構造としては、直鎖状、一部分枝を有する直鎖状、分枝鎖状、環状、網状が例示され、特に、直鎖状、分枝鎖状、網状であることが好ましい。このような有機ケイ素化合物としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、２−(３,４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン化合物；一分子中にケイ素原子結合アルケニル基もしくはケイ素原子結合水素原子、およびケイ素原子結合アルコキシ基をそれぞれ少なくとも１個ずつ有するシロキサン化合物、ケイ素原子結合アルコキシ基を少なくとも１個有するシラン化合物またはシロキサン化合物と一分子中にケイ素原子結合ヒドロキシ基とケイ素原子結合アルケニル基をそれぞれ少なくとも１個ずつ有するシロキサン化合物との混合物、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。本組成物において、接着付与剤の含有量は限定されないが、上記（Ａ）成分〜（Ｄ）成分の合計１００質量部に対して、０.０１〜１０質量部の範囲内であることが好ましい。
また、本組成物には、その他任意の成分として、２−メチル−３−ブチン−２−オール、３,５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、２−フェニル−３−ブチン−２−オール等のアルキンアルコール；３−メチル−３−ペンテン−１−イン、３,５−ジメチル−３−ヘキセン−１−イン等のエンイン化合物；１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン、ベンゾトリアゾール等の反応抑制剤を含有してもよい。本組成物において、この反応抑制剤の含有量は限定されないが、上記（Ａ）成分〜（Ｄ）成分の合計１００質量部に対して、０.０００１〜５質量部の範囲内であることが好ましい。
また、本組成物には、その他任意の成分として、蛍光材を含有することができる。この蛍光体としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）に広く利用されている、酸化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、窒化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、酸硫化物系蛍光体等からなる黄色、赤色、緑色、青色発光蛍光体が挙げられる。酸化物系蛍光体としては、セリウムイオンを包含するイットリウム、アルミニウム、ガーネット系のＹＡＧ系緑色〜黄色発光蛍光体、セリウムイオンを包含するテルビウム、アルミニウム、ガーネット系のＴＡＧ系黄色発光蛍光体、および、セリウムやユーロピウムイオンを包含するシリケート系緑色〜黄色発光蛍光体が例示される。酸窒化物蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するケイ素、アルミニウム、酸素、窒素系のサイアロン系赤色〜緑色発光蛍光体が例示される。窒化物系蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するカルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、窒素系のカズン系赤色発光蛍光体が例示される。硫化物系としては、銅イオンやアルミニウムイオンを包含するＺｎＳ系緑色発色蛍光体が例示される。酸硫化物系蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するＹ２Ｏ２Ｓ系赤色発光蛍光体が例示される。これらの蛍光材は、１種もしくは２種以上の混合物を用いてもよい。本組成物において、この蛍光材の含有量は特に限定されないが、本組成物中、０.１〜７０質量％の範囲内であり、さらには、１〜２０質量％の範囲内であることが好ましい。
また、本組成物には、本発明の目的を損なわない限り、その他任意の成分として、シリカ、ガラス、アルミナ、酸化亜鉛等の無機質充填剤；ポリメタクリレート樹脂等の有機樹脂微粉末；耐熱剤、染料、顔料、難燃性付与剤、溶剤等を含有してもよい。
本組成物は室温もしくは加熱により硬化が進行するが、迅速に硬化させるためには加熱することが好ましい。この加熱温度としては、５０〜２００℃の範囲内であることが好ましい。
次に、本発明の硬化物について詳細に説明する。
本発明の硬化物は、上記の硬化性シリコーン組成物を硬化してなることを特徴とする。硬化物の形状は特に限定されず、例えば、シート状、フィルム状が挙げられる。硬化物は、これを単体で取り扱うこともできるが、光半導体素子等を被覆もしくは封止した状態で取り扱うことも可能である。
次に、本発明の光半導体装置について詳細に説明する。
本発明の光半導体装置は、上記の硬化性シリコーン組成物の硬化物により光半導体素子を封止してなることを特徴とする。このような本発明の光半導体装置としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトカプラー、ＣＣＤが例示される。また、光半導体素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ、固体撮像素子が例示される。
本発明の光半導体装置の一例である単体の表面実装型ＬＥＤの断面図を図１に示した。図１で示されるＬＥＤは、ＬＥＤチップ１がリードフレーム２上にダイボンドされ、このＬＥＤチップ１とリードフレーム３とがボンディングワイヤ４によりワイヤボンディングされている。このＬＥＤチップ１の周囲には枠材５が設けられており、この枠材５の内側のＬＥＤチップ１が、本発明の硬化性シリコーン組成物の硬化物６により封止されている。
図１で示される表面実装型ＬＥＤを製造する方法としては、ＬＥＤチップ１をリードフレーム２にダイボンドし、このＬＥＤチップ１とリードフレーム３とを金製のボンディングワイヤ４によりワイヤボンドし、次いで、ＬＥＤチップ１の周囲に設けられた枠材５の内側に本発明の硬化性シリコーン組成物を充填した後、５０〜２００℃で加熱することにより硬化させる方法が例示される。
本発明の硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体装置を実施例により詳細に説明する。なお、粘度は２５℃における値である。また、硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体装置の特性を次のようにして測定した。
［硬化性の評価］
硬化性シリコーン組成物の硬化速度を、示差走査熱量計（ＳＩＩナノテクノロジー社製のＤＳＣ７０００）を用いて、加熱速度１０℃／分で測定したときの発熱ピーク温度（℃）、およびキュラストメータ（ＡＬＰＨＡ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製のＲＨＥＯＭＥＴＥＲ ＭＤＲ２０００）を用いて、測定温度１５０℃、ダイの振れ角１°で測定したときの、トルク値が１ｄＮｍに達するまでの時間（秒）により評価した。
［硬化物の透湿度］
硬化性シリコーン組成物をプレスを用いて１５０℃、２時間で硬化させ、厚み１ｍｍの硬化フィルムを作製した。その硬化フィルムの水蒸気透過率をＪＩＳ Ｚ０２０８のカップ法に準拠して、温度４０℃、相対湿度９０％の条件で測定した。
［光半導体装置の信頼性］
硬化性シリコーン組成物を用いて、１５０℃、２時間加熱して、図１で示される光半導体装置を作製した。この光半導体装置を、５０℃、相対湿度７５％、硫化水素ガス濃度２０ｐｐｍの条件下で２４時間暴露試験した。光半導体装置の暴露試験前後での発光効率の変化を測定し、光半導体装置の信頼性を評価した。
［合成例１］
反応容器に、フェニルトリメトキシシラン ４００ｇ（２.０２ｍｏｌ）、および１,３−ジビニル−１,３−ジフェニルジメチルジシロキサン ９３.５ｇ（０.３０ｍｏｌ）を投入し、予め混合した後、トリフルオロメタンスルホン酸 １.７４ｇ（１１.６ｍｍｏｌ）を投入し、撹拌下、水 １１０ｇ（６.１ｍｏｌ）を投入し、２時間加熱還流を行った。その後、８５℃になるまで加熱常圧留去を行った。次いで、トルエン ８９ｇおよび水酸化カリウム １.１８ｇ（２１.１ｍｍｏｌ）を投入し、反応温度が１２０℃になるまで加熱常圧留去を行い、この温度で６時間反応させた。室温まで冷却し、酢酸 ０.６８ｇ（１１.４ｍｍｏｌ）を投入し、中和反応を行った。生成した塩を濾別した後、得られた透明な溶液から低沸点物を加熱減圧除去し、無色透明なガム状粘稠液体 ３４７ｇ（収率：９８％）を得た。
核磁気共鳴分析の結果、この液体は、平均単位式：
[(ＣＨ３)(Ｃ６Ｈ５)ＣＨ２＝ＣＨＳiＯ１/２]０.２３(Ｃ６Ｈ５ＳiＯ３/２)０.７７
で表されるオルガノポリシロキサンであることがわかった。このオルガノポリシロキサンの質量平均分子量（Ｍｗ）は１６１７であり、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）は１.１６であった。
［実施例１］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ７７.９質量部、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサン ２１.９質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１となる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度８,３００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は３６秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１２２℃であった。また、硬化物の透湿度は６.７ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
［実施例２］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ６４.７質量部、粘度３,０００ｍＰa・ｓ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 １５.２質量部、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサン ２０.０質量部（上記オルガノポリシロキサン中と上記メチルフェニルポリシロキサン中のビニル基の合計１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１となる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度４,３００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は４４秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１２０℃であった。また、硬化物の透湿度は７.８ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
［実施例３］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ７６.３質量部、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサン ２０.０質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.９モルとなる量）、平均式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２.５ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノポリシロキサン ３.５質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１モルとなる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度１１,５００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は５６秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１２２℃であった。また、硬化物の透湿度は６.５ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
［実施例４］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ７７.８質量部、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノポリシロキサン １８.７質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.７２モルとなる量）、平均単位式：
(Ｃ６Ｈ５ＳiＯ３/２)０.４[(ＣＨ３)２ＨＳiＯ１/２)０.６
で表されるオルガノトリシロキサン ３.３質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.２８モルとなる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度１０,６００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は１６秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１１０℃であった。また、硬化物の透湿度は６.６ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
［比較例１］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ６５.２質量部、平均式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２.５ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノポリシロキサン ３４.８質量部（上記オルガノポリシロキサン中のビニル基１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１モルとなる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度２８,５００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は１６６秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１３３℃であった。また、硬化物の透湿度は６.３ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
［比較例２］
合成例１で調製したオルガノポリシロキサン ５３.６質量部、粘度３,０００ｍＰa・ｓ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 １５.２質量部、平均式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２.５ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノポリシロキサン ３１.２質量部（上記オルガノポリシロキサン中と上記メチルフェニルポリシロキサン中のビニル基の合計１モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１となる量）、および白金−１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン溶液（白金を０.１質量％含有） ０.２質量部を混合して、粘度１２,３００ｍＰa・ｓの硬化性シリコーン組成物を調製した。
この硬化性シリコーン組成物のトルク値１ｄＮｍに達するまでの時間は２１１秒であり、ＤＳＣの発熱ピーク温度は１３０℃であった。また、硬化物の透湿度は７.４ｇ／ｍ２・２４ｈであった。
実施例１と比較例１との対比、および実施例２と比較例２の対比より、架橋剤として、式：
Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
で表されるオルガノトリシロキサンを用いると、硬化性シリコーン組成物の粘度が低下し、また、その硬化速度が速くなることがわかった。
［実施例５］
実施例１で調製した硬化性シリコーン組成物を用いて光半導体装置を作製した。この光半導体装置の信頼性を評価したところ、暴露試験前後での光半導体装置の発光効率の変化は観察されなかった。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、電気・電子用の接着剤、ポッティング剤、保護剤、コーティング剤、アンダーフィル剤として使用することができ、特に、取扱作業性が優れ、高い反応性を有し、ガス透過性の低い硬化物を形成できるので、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光半導体装置における光半導体素子の封止材あるいは保護コーティング材として好適である。
１ 光半導体素子
２ リードフレーム
３ リードフレーム
４ ボンディングワイヤ
５ 枠材
６ 硬化性シリコーン組成物の硬化物

Claims (4)

  1. （Ａ）平均単位式：
    (Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳiＯ１/２)ａ(Ｒ４ ２ＳiＯ２/２)ｂ(Ｒ２ＳiＯ３/２)ｃ
    （式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基であり、Ｒ２は同じかまたは異なる、炭素数６〜２０のアリール基もしくは炭素数７〜２０のアラルキル基であり、Ｒ３は炭素数２〜１２のアルケニル基であり、Ｒ４は同じかまたは異なる、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数２〜１２のアルケニル基、もしくはフェニル基であり、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ、０.０１≦ａ≦０.５、０≦ｂ≦０.７、０.１≦ｃ＜０.９、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす数である。）
    で表され、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、
    （Ｂ）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有し、ケイ素原子結合水素原子を有さない直鎖状オルガノポリシロキサン（本組成物に対して、０〜７０質量％）、
    （Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンであって、式：
    Ｈ(ＣＨ３)２ＳiＯ(Ｃ６Ｈ５)２ＳiＯＳi(ＣＨ３)２Ｈ
    で表されるオルガノトリシロキサンを本成分中、少なくとも８０質量％有するオルガノポリシロキサン｛（Ａ）成分中と（Ｂ）成分中のアルケニル基の合計１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜５モルとなる量｝、および
    （Ｄ）有効量のヒドロシリル化反応用触媒
    から少なくともなる硬化性シリコーン組成物。
  2. （Ａ）成分中、Ｒ２がフェニル基またはナフチル基である、請求項１記載の硬化性シリコーン組成物。
  3. 請求項１または２記載の硬化性シリコーン組成物を硬化してなる硬化物。
  4. 請求項１または２記載の硬化性シリコーン組成物の硬化物で光半導体素子が封止された光半導体装置。
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