JP2014098129A - 付加型シリコーン樹脂組成物および光半導体装置用封止剤 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリフタルアミド樹脂などの難接着性基材に対して優れた密着性を有するとともに、硫黄ガスバリア性にも優れ、さらに高温高湿下において優れた耐久性を有し、接着剤、シーリング剤、高屈折率の封止剤などとして有用な付加型シリコーン樹脂組成物を提供する。
【解決手段】（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）、脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）およびビニル基含有シランカップリング剤（ｄ３）を反応させた反応物（ｄ）を含有するフェニル基を有する付加型シリコーン樹脂組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明はポリフタルアミド樹脂などの難接着性基材に対して優れた密着性を有するとともに、硫黄ガスバリア性にも優れ、さらに高温高湿下において優れた耐久性を有し、接着剤、シーリング剤、封止剤などとして有用な付加型シリコーン樹脂組成物に関し，特に一の珪素原子に一のフェニル基が結合した高屈折率のオルガノポリシロキサンに係る付加型シリコーン樹脂組成物に関する。

シリコーン樹脂は耐熱性に優れ、弾性を有することから接着剤、シーリング剤、封止剤などの各種用途に使用されており、最近ではＬＥＤなどの光半導体の接着剤や封止剤としての需要が増加しつつある。ＬＥＤ部材には各種エンジニアリングプラスチックが使用されているため、シリコーン樹脂にはこれらのエンジニアリングプラスチックへの密着性が求められている。しかしながら、ポリフタルアミド樹脂などのエンジニアリングプラスチックへの密着性が十分ではなく、改良が求められている。また、ＬＥＤの導通や反射用金属として用いられる銀の腐蝕を抑制するため、硫黄ガスバリア性が求められている。

特許文献１乃至特許文献４には、種々の付加硬化型シリコーン樹脂組成物が開示されているが、いずれもポリフタルアミド樹脂などのエンジニアリングプラスチックへの密着性が十分ではなく、更なる改良が必要であった。また、硫黄ガスバリア性についても十分ではなかった。また、特許文献５には硫黄ガスバリア性を改良したシリコーン樹脂組成物が開示されているが、高温高湿下における耐久性は十分ではなかった。
特開2004-2783号公報 特開2004-266134号公報 特表2007-502346号公報 特開2007-63538号公報 特許4671309号公報

本発明が解決しようとする課題は，ポリフタルアミド樹脂などの難接着性基材に対して優れた密着性を有するとともに、硫黄ガスバリア性にも優れ、さらに高温高湿下において優れた耐久性を有し、接着剤、シーリング剤、封止剤などとして有用な硬化性シリコーン樹脂組成物であって，一の珪素原子に一のフェニル基が結合した高屈折率のオルガノポリシロキサンに係る付加型シリコーン樹脂組成物を提供することにある。

請求項１記載の発明は、ＳｉＨ基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノポリシロキサン（ａ）、１分子中に少なくとも２個のＳｉＨ基を含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノ水素ポリシロキサン（ｂ）、付加反応触媒（ｃ）と、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）および脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）の反応物（ｄ）を含有することを特徴とする付加型シリコーン樹脂組成物を提供する。

請求項２記載の発明は前記反応物（ｄ）が、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）、脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）およびビニル基含有シランカップリング剤（ｄ３）の反応物であることを特徴とする請求項１記載の付加型シリコーン樹脂組成物を提供する。

請求項３記載の発明は前記オルガノポリシロキサン（ａ）１００重量部に対して、（ｄ）成分が、０．１〜２０重量部配合されていることを特徴とする請求項１または２記載の付加型シリコーン樹脂組成物を提供する。

請求項４記載の発明は，請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の付加型シリコーン樹脂組成物を含有することを特徴とする光半導体装置用封止剤を提供する。

本発明の付加型シリコーン樹脂組成物及び該付加型シリコーン樹脂組成物を含有する光半導体装置用封止剤は，ポリフタルアミド樹脂などのエンジニアリングプラスチックへの密着性に優れる。また、硫黄ガスバリア性にも優れ、高温高湿下において優れた耐久性を有し，特に高屈折率のＬＥＤなどの光半導体装置や各種電子部材の接着剤、シーリング剤、封止剤などとして特に適する。

本発明の付加型シリコーン樹脂組成物の各成分について説明する。

ＳｉＨ基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノポリシロキサン（ａ）は、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基などの炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有するオルガノポリシロキサンであって，一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノポリシロキサンである。オルガノポリシロキサンは例えば主鎖がジオルガノシロキサンの繰返し単位であり、末端がトリオルガノシロキサン構造であるものが例示され、分岐や環状構造を有するものであってもよい。末端や繰返し単位中のケイ素に結合したフェニル基以外のオルガノ基としてはメチル基、エチル基などが例示される。具体例としては、両末端にビニル基を有するメチルフェニルポリシロキサンが挙げられる。

１分子中に少なくとも２個のＳｉＨ基を含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノ水素ポリシロキサン（ｂ）は、末端および／または繰返し構造中において、２個以上のＳｉＨ基を含有するオルガノポリシロキサンであって，一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガポリシロキサンである。オルガノポリシロキサンは例えば主鎖がジオルガノシロキサンの繰返し単位であり、末端がトリオルガノシロキサン構造であるものが例示され、分岐や環状構造を有するものであってもよい。末端や繰返し単位中のケイ素に結合したフェニル基以外に該珪素に結合するオルガノ基としてはメチル基、エチル基、オクチル基などが例示され、これらの２個以上が水素基に置換されたものともいえる。前記オルガノポリシロキサン（ａ）とオルガノ水素ポリシロキサン（ｂ）の配合比は、ビニル基とＳｉＨ基のモル比が（ａ）：（ｂ）＝１：０．８〜１．５とすることが好ましく、より好ましくは（ａ）：（ｂ）＝１：０．９〜１．２である。

付加反応触媒（ｃ）は、前記（ａ）成分と前記（ｂ）成分のヒドロシリル化反応を促進させるために添加され、ヒドロシリル化反応の触媒活性を有する公知の金属、金属化合物、金属錯体などを用いることができる。特に白金、白金化合物、それらの錯体を用いることが好ましい。これらの触媒は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、助触媒を併用してもよい。付加反応触媒（ｃ）の配合量は組成物全体に対して１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍとすることが好ましく、より好ましくは５〜２０ｐｐｍである。

本発明の付加型シリコーン樹脂組成物は前記（ａ）〜（ｃ）の各成分に加えて、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）および脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）の反応物（ｄ）を含有することを特徴とする。ここで、（ｄ）に代えて、単に（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤および脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤を前記（ａ）〜（ｃ）の各成分と混合しても本願発明の効果は得られない。すなわち、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤および脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤を予め反応させ、前記（ａ）〜（ｃ）の各成分と混合することが必要である。

（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）は、分子内に（メタ）アクリロイル基およびアルコキシシリル基などの反応性シリル基を有する化合物である。具体的には、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。

脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）は、分子内に脂環式エポキシ基およびアルコキシシリル基などの反応性シリル基を有する化合物である。エポキシ基含有シランカップリング剤の具体例として、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、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシランなどが挙げられる。なお、脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤に代えて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどの脂肪族エポキシ基含有シランカップリング剤を用いた場合、高温高湿下における耐久性が十分でなく本願発明に適さない。

（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤と脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤を反応させる際に、さらにビニル基含有シランカップリング剤（ｄ３）を反応させることもでき、この反応物を（ｄ）成分として用いることによって、密着性や硫黄ガスバリア性をさらに向上させることができる。ビニル基含有シランカップリング剤の具体例として、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが挙げられる。

各シランカップリング剤を反応させる条件として、２３℃雰囲気下であれば２４時間程度攪拌混合することにより十分に反応が進行する。同様に、６０℃雰囲気下であれば８時間程度、８０℃雰囲気下であれば４時間程度、１００℃雰囲気下であれば２時間程度攪拌混合することにより十分に反応が進行する。反応を促進するために金属キレート触媒を添加してもよく、具体的にはアルミニウム化合物、ジルコニウム化合物やチタン化合物などが挙げられる。また、水を添加してもよい。これらの反応促進剤は反応系に対して１００〜１０００ｐｐｍ程度の添加で十分な効果を発揮する。

（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）と脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）は、重量比で（ｄ１）：（ｄ２）＝１：１〜１：５で反応させることが好ましい。

また、前記オルガノポリシロキサン（ａ）１００重量部に対して、（ｄ）成分を０．１〜２０重量部配合することが好ましく、０．５〜１０重量部配合することがより好ましい。０．１重量部未満では，密着性，硫黄ガスバリア性及び耐湿熱性が低下し，２０重量部超では組成物の粘度が低下すると共に硬化物の硬度及び機械的強度が低下し，さらには組成物の硬化時の重量減少が大きくなる。０．５重量部未満では，密着性，硫黄ガスバリア性及び耐湿熱性が低下する傾向があり，１０重量部超では組成物の粘度が低下すると共に硬化物の硬度及び機械的強度が低下する傾向がある。

本発明の付加型シリコーン樹脂組成物には前記必須成分の他、各種樹脂、添加剤を配合できる。希釈剤の配合により、粘度、柔軟性等を調整できる。その具体例として、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ２−エチルヘキシルなどフタル酸エステル系の希釈剤、ジメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル等のシリコーンオイル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル、アゼライン酸ジアルキル、セバシン酸ジブチル、エポキシ化大豆油、ポリプロピレングリコール、アクリルポリマー、α−オレフィンやその誘導体、植物油由来脂肪酸の２−エチルヘキシルエステル化合物等が挙げられる。

粘度調整、粘性調整、増量などを目的として、炭酸カルシウム、硅砂、タルク、カーボンブラック、酸化チタン、カオリン、二酸化ケイ素、メラミン等の無機充填材や有機充填材、硬化樹脂の補強のためにガラス繊維等の補強材、軽量化及び粘度調整などのためにシラスバルーン、ガラスバルーン等の中空体を添加できる。その他、酸化防止剤、顔料、防腐剤などを適宜使用することができる。

以下、本発明について実施例、比較例を挙げてより詳細に説明するが、具体例を示すものであって、特にこれらに限定するものではない。

反応物の調製
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（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名Ａ−１８６）１重量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名Ａ−１７４）１重量部を６０℃雰囲気下で８時間攪拌混合し、反応物１を得た。また、表１、２の配合、反応条件にて同様に反応物２〜２２を得た。なお、反応物１の合成で用いた材料の他、ビニルトリメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名Ａ−１７１）、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名Ａ−１８７）、金属キレート触媒としてアルミニウムキレート触媒（ホープ製薬社製、商品名ＡＣＳ−２）を用いた。

付加型シリコーン樹脂組成物の調製
ポリメチルフェニルビニルシロキサン（ＡＢ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ社製の商品名ＡＮＤＩＳＩＬ ＭＶＴ−１５２、粘度７５００ｍＰａ・ｓ／２３℃、ビニル基含有量 ０．９８１ｍｍｏｌ／g，アベ屈折率；１．５２５）１００重量部に前記反応物１を１重量部添加した。次いで付加反応触媒として白金−ビニルシロキサン錯体（ユミコアル社製の商品名 Pt-VTSC-12.0VTS）を組成物全体に対して１０ｐｐｍとなるよう添加し、さらにポリメチルフェニル水素シロキサン（ＡＢ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ社製の商品名ＡＮＤＩＳＩＬ ＸＬ−２４５０、粘度４００ｍＰａ・ｓ／２３℃、ＳｉＨ基含有量 ３．０ｍｍｏｌ/g）１０重量部を添加混合することにより、実施例１の付加型シリコーン樹脂組成物を調製した。

実施例１において、反応物１に代えて表３、４記載の配合にて各反応物、各シランカップリング剤を添加した他は実施例１と同様に行い、実施例２〜１５、比較例１〜８の各付加型シリコーン樹脂組成物を得た。なお、前記材料の他、脂環族エポキシ含有ポリジメチルシロキサンとしてSILMER EPC C50、SILMER EPC Di-50（いずれもSILTECH社製、商品名）を用いた。

評価項目及び評価方法

硬度
各付加型シリコーン樹脂組成物を硬化させ、厚み２ｍｍの試験体を作成した。ＪＩＳ Ｋ６３０１に準拠し、硬度計Ａを用いて硬度を測定した。

密着性
各付加型シリコーン樹脂組成物をポリフタルアミド樹脂板（幅２５ｍｍ、２ｍｍ厚）に塗布量５０ｇ／ｍ²で塗布し、別のポリフタルアミド樹脂板（幅２５ｍｍ、２ｍｍ厚）を長さ方向に２５ｍｍ重なり合うように貼り合わせてクリップで固定し、１５０℃雰囲気下で１時間硬化させた。２３℃雰囲気下で２４時間養生後、引張り速度５０ｍｍ／分でせん断試験を行い、強度の測定および破壊状態の確認を行った。また、被着材として半光沢銀メッキＳＵＳ板（幅２５ｍｍ、１００μｍ厚、メッキ厚３〜７μｍ）を用いて、同様にせん断強度の測定および破壊状態の確認を行った。

硫黄ガスバリア性
銀メッキを施した銅板上に各付加型シリコーン樹脂組成物を塗布、硬化することによって厚み２ｍｍの皮膜を形成した。該銅板を硫黄粉０．２ｇと共に１００ｃｃガラスビンに封入し、６０℃または８０℃雰囲気下で２４時間放置した。放置後に銅板を取り出してシリコーン皮膜を剥がし、銀メッキの腐食の程度を確認して以下のように評価した。
○：腐食なし
△：部分的に腐食（薄い黒色）
×：全面腐食（黒色化）

耐湿熱性
密着性試験と同様な作成方法で、各付加型シリコーン樹脂組成物をポリフタルアミド樹脂板（幅２５ｍｍ、２ｍｍ厚）に塗布量５０ｇ／ｍ²で塗布し、別のポリフタルアミド樹脂板（幅２５ｍｍ、２ｍｍ厚）を長さ方向に２５ｍｍ重なり合うように貼り合わせてクリップで固定し、１５０℃雰囲気下で１時間硬化させた。２３℃雰囲気下で２４時間養生後、試験片を６０℃、９０％ＲＨの環境下で４０００時間放置後、試験片を２３℃雰囲気下で２４時間に静置した後、引張り速度５０ｍｍ／分でせん断試験を行い、強度の測定および破壊状態の確認を行った。試験片の数は５として平均値を求め、初期の値より平均値の低下が１０％未満の場合は○と判定し、１０％以上の場合は×と判定した。

吸湿リフロー試験
IPC/JEDEC J-STD-020（非気密固体素子表面実装デバイスに関するリフロー耐湿性レベル）に基づいて、評価を行った。具体的には、一詮精密工業社製のLEDパッケージであるSMD5050を使用し、125℃雰囲気下で24時間乾燥後に常温に戻し、実施例及び比較例の各シリコーン樹脂組成物を充填し、真空脱気後に150℃、4時間の条件で硬化させた。各シリコーン樹脂組成物についてLEDパッケージを22個作製し、これを85℃、85％RH雰囲気下に24時間放置して吸湿させた後、無鉛半田リフロー炉（プレヒート150℃×100秒、リフロー温度〔最高温度260℃〕）に3回通過させた後、クラックが発生した個数、パッケージのハウジング材や電極からシリコーン樹脂組成物が剥離した個数を確認した。

実施例の各付加型シリコーン樹脂組成物はポリフタルアミド樹脂や半光沢銀メッキＳＵＳに対して優れた密着性を有しており、６０℃、８０℃における硫黄ガスバリア性にも優れている。さらに、高温高湿下で長時間放置された後にも十分な密着性有しているため、信頼性が高い。一方、比較例の各付加型シリコーン樹脂組成物は高温高湿下で長時間放置された後の密着性などが劣っている。

Claims (4)

1. ＳｉＨ基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノポリシロキサン（ａ）、１分子中に少なくとも２個のＳｉＨ基を含有し且つ一の珪素原子に一のフェニル基が結合したオルガノ水素ポリシロキサン（ｂ）、付加反応触媒（ｃ）と、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）および脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）の反応物（ｄ）を含有することを特徴とする付加型シリコーン樹脂組成物。
2. 前記反応物（ｄ）が、（メタ）アクリロイル基含有シランカップリング剤（ｄ１）、脂環式エポキシ基含有シランカップリング剤（ｄ２）およびビニル基含有シランカップリング剤（ｄ３）の反応物であることを特徴とする請求項１記載の付加型シリコーン樹脂組成物。
3. 前記オルガノポリシロキサン（ａ）１００重量部に対して、（ｄ）成分が、０．１〜２０重量部配合されていることを特徴とする請求項１または２記載の付加型シリコーン樹脂組成物。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の付加型シリコーン樹脂組成物を含有することを特徴とする光半導体装置用封止剤。