JP2016204423A - 付加硬化型シリコーン組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)下記式(1)で示される、一分子内に少なくとも2つのアルケニル基を有する、網目構造を有するオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2)r(R1 2SiO2/2)s(R1SiO3/2)t(SiO4/2)u (1)
(式中、R1は互いに独立に、置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、及び炭素数2〜10のアルケニル基から選ばれる基であり、但しR1の少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0から100の整数、sは0から300の整数、tは0から200の整数、uは0から200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800であり、但し、r、s、t及びuは、上記オルガノポリシロキサンが一分子中に少なくとも2つのアルケニル基を有する値である)
(B)下記式(2)で示される、一分子中に少なくとも2つのヒドロシリル基を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン
(A)成分中にあるアルケニル基の個数に対する(B)成分中にあるヒドロシリル基の個数の比が0.4〜4となる量、及び
(C)ヒドロシリル化触媒 触媒量。
さらに本発明は該シリコーン組成物の硬化物を備えた半導体装置を提供する。
(B)分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン
本発明の組成物は、下記式(2)で表される、シロキサン単位数1〜4個からなる分岐鎖を少なくとも1つ有する、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサンを含有することを特徴とする。
上記分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、下記式(4)で示される片末端ケイ素原子に二つの加水分解性基が結合したオルガノシロキサンを分岐鎖導入のための原料とし、該オルガノシロキサンを縮合反応させることを特徴とする製造方法により得られる。該縮合反応は触媒存在下で行われるのが好ましい。
(A)成分は、下記式(1)で示される網目構造を有するオルガノポリシロキサンである。
(R1 3SiO1/2)r(R1 2SiO2/2)s(R1SiO3/2)t(SiO4/2)u (1)
(式中、R1は互いに独立に、置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、及び炭素数2〜10のアルケニル基から選ばれる基であり、但しR1の少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0〜100の整数であり、sは0〜300の整数であり、tは0〜200の整数であり、uは0〜200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800であり、但し、r、s、t及びuは、上記オルガノポリシロキサンが一分子中に少なくとも2つのアルケニル基を有する値である)
該オルガノポリシロキサンは、公知の方法によって製造されたものであってよく、また市販品を用いてもよい。
(C)成分はヒドロシリル化触媒である。該触媒は、従来公知のものであればよく、特に限定されない。中でも、白金族金属単体および白金族金属化合物から選ばれる触媒が好ましい。例えば、白金(白金黒を含む)、塩化白金、塩化白金酸、白金−ジビニルシロキサン錯体等の白金−オレフィン錯体、及び白金−カルボニル錯体等の白金触媒、パラジウム触媒、及びロジウム触媒等が挙げられる。これらの触媒は、単独で使用しても2種以上を組み合わせて使用しても良い。この中でも特に好ましくは、塩化白金酸、および白金−ジビニルシロキサン錯体等の白金−オレフィン錯体である。
本発明のシリコーン組成物はさらに、(D)1分子中に少なくとも2つのアルケニル基を有する直鎖状オルガノ(ポリ)シロキサンを含有することができる。
該直鎖状オルガノポリシロキサンは、下記式(3)で示される。
(R6 3SiO1/2)2(R6 2SiO2/2)d (3)
式中、R6は互いに独立に、置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、及び炭素数2〜10のアルケニル基から選ばれる基であり、但しR6の少なくとも2つはアルケニル基であり、dは0〜500の整数であり、好ましくは2〜300の整数であり、さらに好ましくは5〜200の整数である。
該オルガノポリシロキサンは、公知の方法によって製造されたものであってよく、また市販品を用いてもよい。
本発明のシリコーン組成物は、任意成分として上記(B)成分以外のオルガノハイドロジェン(ポリ)シロキサンを含んでいても良い。該オルガノハイドロジェン(ポリ)シロキサンとしては、下記(E−1)成分、(E−2)成分、及び(E−3)成分から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
(R7 3SiO1/2)2(R7 2SiO2/2)d’ (5)
式中、R7は、互いに独立に、水素原子、及び置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、但し少なくとも2つは水素原子である。飽和炭化水素基及び芳香族炭化水素基としては上記したものが挙げられる。d’は0〜100の整数である。d’は好ましくは1〜75の整数であり、さらに好ましくは1〜50の整数である。該オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、従来公知の方法で製造されたものであってよく、市販品であってよい。
(R7 3SiO1/2)r’(R7 2SiO2/2)s’ (R7SiO3/2)t’(SiO4/2)u’
(7)
式中、R7は、互いに独立に、水素原子、及び置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、但し少なくとも2つは水素原子である。飽和炭化水素基及び芳香族炭化水素基としては上記したものが挙げられる。r’は0から50の整数、s’は0から100の整数、t’は0から100の整数、u’は1から100の整数であり、2≦r’+s’≦150、2≦r’+s’+u’≦250である。r’は好ましくは0から40の整数であり、さらに好ましくは0から30の整数であり、s’は好ましくは0から75の整数であり、さらに好ましくは0から50の整数であり、t’は好ましくは0から50の整数である。u’は1から100の整数であり、好ましくは1から75の整数であり、さらに好ましくは2から50の整数であり、2≦r’+s’≦150であり、好ましくは3≦r’+s’≦100であり、さらに好ましくは4≦r’+s’≦50である。2≦r’+s’+t’+u’≦250であり、好ましくは4≦r’+s’+t’+u’≦150であり、さらに好ましくは6≦r’+s’+t’+u’≦75である。該オルガノポリシロキサンはQ単位(SiO4/2)を少なくとも一つ有する。そのため該オルガノポリシロキサンはT単位(R7SiO3/2)を有さなくてもよく、特に好ましくはt’=0である。
該オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、従来公知の方法で製造されたものであってよく、市販品であってよい。
蛍光体は、特に制限されるものでなく、従来公知の蛍光体を使用すればよい。例えば、半導体素子、特に窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであることが好ましい。このような蛍光体としては、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類金属硫化物蛍光体、アルカリ土類金属チオガレート蛍光体、アルカリ土類金属窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等から選ばれる1種以上であることが好ましい。
無機充填材としては、例えば、シリカ、ヒュームドシリカ、ヒュームド二酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、二酸化チタン、酸化第二鉄、及び酸化亜鉛等を挙げることができる。これらは、1種単独でまたは2種以上を併せて使用することができる。無機充填材の配合量は特に制限されないが、(A)〜(C)成分の合計100質量部あたり20質量部以下、好ましくは0.1〜10質量部の範囲で適宜配合すればよい。
本発明のシリコーン組成物は、接着性を付与するため、必要に応じて接着助剤を含有してよい。接着助剤としては、例えば、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子、アルケニル基、アルコキシ基、エポキシ基から選ばれる官能性基を少なくとも2種、好ましくは3種有するオルガノシロキサンオリゴマーが挙げられる。該オルガノシロキサンオリゴマーは、ケイ素原子数4〜50個であることが好ましく、より好ましくは4〜20個である。また、接着助剤として、下記一般式(10)で示されるオルガノオキシシリル変性イソシアヌレート化合物、及びその加水分解縮合物(オルガノシロキサン変性イソシアヌレート化合物)を使用することができる。
本発明のシリコーン組成物は、反応性を制御して貯蔵安定性を高めるために、硬化抑制剤を含んで良い。硬化抑制剤としては、トリアリルイソシアヌレート、アルキルマレエート、アセチレンアルコール類、及びそのシラン変性物及びシロキサン変性物、ハイドロパーオキサイド、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる化合物が挙げられる。硬化抑制剤の配合量は、(A)〜(C)成分の合計100質量部あたり、0.001〜1質量部が好ましく、より好ましくは0.005〜0.5質量部である。
本発明のシリコーン組成物には、上記成分のほかに、その他の添加剤を配合することができる。その他の添加剤としては、例えば、老化防止剤、ラジカル禁止剤、難燃剤、界面活性剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、酸化防止剤、熱安定剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、金属不活性化剤、物性調整剤、有機溶剤等が挙げられる。これらの任意成分は、一種を単独で用いても二種以上を併用してもよい。
[GPC測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6mL/min
カラム:TSK Guardcolumn SuperH−L
TSKgel SuperH4000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH3000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH2000(6.0mmI.D.×15cm×2)
(いずれも東ソー社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:20μL (試料濃度:0.5wt%−テトラヒドロフラン溶液)
検出器:示差屈折率計(RI)
また、1H−NMR測定はULTRASHIELDTM400PLUS(BRUKER社製)を使用して行い、29Si−NMR測定はRESONANCE500(JEOL社製)を使用して行った。
1,1−ジフェニル−1,3−ジメチル−3,3−ジメトキシジシロキサン318.5g(1.0mol)とジメチルクロロシラン283.8g(3.0mol)を混合し、10℃に調節した。その後、撹拌しながら水108gを滴下し、8時間反応を行った。得られた生成物にトルエン500gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される、分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=531であり、SiH価=0.50mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルから下記式においてm=平均1であることがわかった。
1,1,3,3−テトラフェニル−1,5−ジメチル−5,5−ジメトキシトリシロキサン524.1g(1mol)とジメチルクロロシラン283.8g(3.0mol)を混合し、10℃に調節した。その後、撹拌しながら水108gを滴下し、8時間反応を行った。得られた生成物にトルエン800gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=732であり、SiH価=0.33mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルから下記式においてm=平均1であることがわかった。
1,1−ジフェニル−1,3−ジメチル−3,3−ジメトキシジシロキサン318.5g(1.0mol)、ポリメチルフェニルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=537.43)1074.8g(2.0mol)を攪拌し、60℃に調節した。その後、Sr(OH)2・8H2Oを2.4g加え、1時間反応を行った。酢酸1.5gを加えて中和し、10℃に調節した後、ジメチルクロロシラン283.8g(3.0mol)を加え、続いて水120gを滴下し、8時間反応を行った。得られた生成物にトルエン2500gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=1574であり、SiH価=0.14mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルから下記式においてn=平均7、m=平均1.2であることがわかった。
1,1−ジフェニル−1−ジメチル−3,3−ジメトキシジシロキサン121.8g(0.4mol)とポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=1498)749.0g(0.5mol)を混合し、攪拌しながら80℃に調節した。その後、Mg(OH)2・8H2Oを30g加え、発生するメタノールを留去しながら80℃で8時間反応を行った。酢酸34gを加えて中和し、10℃に調節した後、ジメチルクロロシラン23.7g(0.25mol)を加え、続いて水22gを滴下し、8時間反応を行った。得られた生成物にトルエン1000gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=9159、SiH価=0.069mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルから下記式においてn=平均104であり、m=平均4.3であることがわかった。
1,1,1,3−テトラメチル−3,3−ジメトキシジシロキサン 194.4g(1mol)とポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=1498)749.0g(0.5mol)を混合し、攪拌しながら80℃に調節した。その後、Sr(OH)2・8H2Oを12g加え、発生するメタノールを留去しながら80℃で8時間反応を行った。酢酸7.0gを加えて中和し、10℃に調節した後、ジメチルクロロシラン11.4g(0.12mol)を加え、続いて水5.2gを滴下し、24時間反応を行った。得られた生成物にトルエン1000gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=19,568であり、SiH価=0.010mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルからn=平均220であり、m=平均21であることがわかった。
ポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=1498)749.0g(0.5mol)とジメチルクロロシラン11.4(0.12mol)、トリメチルクロロシラン108.6g(1mol)、メチルトリクロロシラン149.5g(1mol)を混合し、攪拌しながら10℃に調節し、水88gと98%濃硫酸5.1gの水溶液を滴下した。その後、12時間反応を行い、トルエン1000gを加えて水洗し、140℃で減圧留去することによって下記式で表される分岐状オルガノポリシロキサンを得た。Mw=18,591、SiH価=0.010mol/100gであった。29Si−NMRスペクトルから下記式においてn及びn’は各々平均104であり、m=平均19であることがわかった。
(A−2)下記式で表されるメチル系シリコーンレジン(信越化学工業株式会社製、Vi価=0.091mol/100g、重量平均分子量はMw=5211)
(C)塩化白金酸のジビニルシロキサン錯体
(D−1)下記式で表されるシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、Vi価=0.038mol/100g)
(D−2)下記式で表されるシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、Vi価=0.022mol/100g)
(D−3)下記式で表されるシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、Vi価=0.013mol/100g)
(E−1)下記式で表される直鎖状オルガノハイドロジェンシロキサン(信越化学工業株式会社製、SiH価=0.60mol/100g)
(E−2)下記式で表される分岐状オルガノハイドロジェンシロキサン(信越化学工業株式会社製、SiH価=0.90mol/100g)
触媒以外の上記各成分を表1に記載の配合量で混合して、(C)触媒を組成物全体の質量に対して白金量として5ppmとなる量加えてさらに混合し、シリコーン組成物を調製した。実施例1〜7及び比較例1〜3で調製したシリコーン組成物について以下に示す試験を行った。尚、表1に記載のH/Viの値は、組成物全体におけるビニル基の合計個数に対するヒドロシリル基の合計個数の比である。
JIS Z 8803:2011に準じ、B型粘度計を用いて23℃でのシリコーン組成物の粘度を測定した。結果を表2及び3に記載する。
50mm径×10mm厚のアルミシャーレに調製したシリコーン組成物を流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアして、硬化物を得た。得られた硬化物の硬さ(デュロメータTypeAもしくはTypeD)をJIS K 6253−3:2012に準拠して測定した。結果を表2及び3に記載する。
50mm×20mm×1mm厚のスライドガラス2枚の間に凹型の1mm厚テフロン(登録商標)スペーサーを挟み、それらを固定した後、シリコーン組成物を流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、次いで150℃×4時間の順でステップキュアしてサンプルを作製した。得られたサンプルの450nmにおける光透過率を分光光度計 U−4100(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)にて測定した。結果を表2及び3に記載する。
150mm×200mm×2mm厚の凹型テフロン(登録商標)金型に調製したシリコーン組成物を流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、次いで150℃×4時間の順でステップキュアしてサンプルを作製した。JIS K 6251:2010に準拠して、EZ TEST(EZ−L、株式会社島津製作所製)を用いて、試験速度500mm/min、つかみ具間距離80mm、標点間距離40mmの条件でサンプルの引張強さと切断時伸びを測定した。結果を表2及び3に記載する。
上記(4)で作製した硬化物サンプルの貯蔵弾性率(MPa)を、DMA Q800(TAインスツルメント株式会社製)により、−140℃〜150℃の範囲で測定し、得られた貯蔵弾性率の値から導き出されるTanδの値をプロットしたグラフから得られるピークトップの温度をガラス転移温度:Tgとした。測定条件は、20mm長×5mm幅×1mm厚のサンプル、昇温速度5℃/min、マルチ周波数モード、引っ張りモード、振幅15μmで行った。結果を表2及び3に記載する。
Tiger3528パッケージ(信越化学株式会社製)にシリコーン組成物をディスペンスし、60℃×1時間、100℃×1時間、次いで150℃×4時間の順でステップキュアし、硬化物でパッケージを封止した試験体を製造した。該試験体の20個について、−50℃〜140℃、1,000回のサーマルサイクル試験(TCT)を行い、封止物にクラックが生じた試験体の数を計測した。結果を表2及び3に記載する。
実施例1、実施例7、比較例1のシリコーン組成物を150mm×200mm×2mm厚の凹型テフロン(登録商標)金型にそれぞれ流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアし、各々の試験サンプルを作製した。得られたサンプルをJIS K 7129に準拠して、Lyssy法(装置名L80−5000、Lyssy社製)により水蒸気透過率を測定した。各硬化物の水蒸気透過率は以下の通りであった。
実施例1:19g・m2/day
実施例7:65g・m2/day
比較例1:18g・m2/day
実施例1及び比較例1の組成物に含まれる(A)成分及び(B)成分は共に芳香族基を有する。一方、実施例7の組成物に含まれる(A)成分及び(B)成分はいずれも芳香族基を有さない。上記結果に示す通り、より低いガス透過性を有する硬化物を得るためには(A)成分及び(B)成分が芳香族基を有する方が好ましい。
Claims (9)
- 下記(A)〜(C)成分を含む付加硬化型シリコーン組成物
(A)下記式(1)で示される、一分子内に少なくとも2つのアルケニル基を有する、網目構造を有するオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2)r(R1 2SiO2/2)s(R1SiO3/2)t(SiO4/2)u (1)
(式中、R1は互いに独立に、置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、及び炭素数2〜10のアルケニル基から選ばれる基であり、但しR1の少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0〜100の整数であり、sは0〜300の整数であり、tは0〜200の整数であり、uは0〜200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800であり、但し、r、s、t及びuは、上記オルガノポリシロキサンが一分子中に少なくとも2つのアルケニル基を有する値である)
(B)下記式(2)で示される、一分子中に少なくとも2つのヒドロシリル基を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン
(A)成分中にあるアルケニル基の個数に対する(B)成分中にあるヒドロシリル基の個数の比が0.4〜4となる量、及び
(C)ヒドロシリル化触媒 触媒量。 - (D)下記式(3)で示される、一分子内に少なくとも2つのアルケニル基を有する直鎖状オルガノ(ポリ)シロキサンを
(R6 3SiO1/2)2(R6 2SiO2/2)d (3)
(式中、R6は互いに独立に、置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、及び炭素数2〜10のアルケニル基から選ばれる基であり、但しR6の少なくとも2つはアルケニル基であり、dは0〜500の整数である)
上記(A)成分100質量部に対して5〜400質量部となる量であり、且つ、上記(A)成分及び該(D)成分中のアルケニル基の合計個数に対する上記(B)成分中のヒドロシリル基の合計個数の比が0.4〜4となる量でさらに含む、
請求項1記載の付加硬化型シリコーン組成物。 - 式(2)においてx=0である、請求項1または2記載の付加硬化型シリコーン組成物。
- 式(2)において、R3の少なくとも1つが炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である、請求項1〜3のいずれか1項記載の付加硬化型シリコーン組成物。
- 上記(B)分岐状オルガノポリシロキサンが、ケイ素原子に結合する1価芳香族炭化水素基を、ケイ素原子に結合する全置換基の合計個数のうち3%以上90%以下で有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の付加硬化型シリコーン組成物。
- (E)下記(E−1)成分、(E−2)成分、及び(E−3)成分から選ばれる少なくとも1種のオルガノハイドロジェンポリシロキサンをさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の付加硬化型シリコーン組成物
(E−1)下記式(5)で示される、直鎖状オルガノハイドロジェン(ポリ)シロキサン:
(R7 3SiO1/2)2(R7 2SiO2/2)d’ (5)
(式中、R7は、互いに独立に、水素原子、及び置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、但し少なくとも2つは水素原子であり、d’は0から100の整数である)
(E−2)下記式(6)で示される、分岐状オルガノハイドロジェン(ポリ)シロキサン:
(E−3)下記式(7)で示される、オルガノハイドロジェンポリシロキサン:
(R7 3SiO1/2)r’(R7 2SiO2/2)s’ (R7SiO3/2)t’(SiO4/2)u’
(7)
(式中、R7は、互いに独立に、水素原子、及び置換または非置換の、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、但し少なくとも2つは水素原子であり、r’は0から50の整数、s’は0から100の整数、t’は0〜100の整数であり、u’は1から100の整数であり、2≦r’+s’≦150、2≦r’+s’+t’+u’≦250である)
上記(A)成分中の、又は上記(A)成分及び上記(D)成分中のアルケニル基の合計個数に対する上記(B)成分及び該(E)成分中のヒドロシリル基の合計個数の比が0.4〜4となる量であり、且つ、(B)成分と(E)成分の合計質量に対する(E)成分の質量が5〜95%となる量である。 - 請求項1〜6のいずれか1項記載の付加硬化型シリコーン組成物を硬化して得られる硬化物を備える半導体装置。
- 前記半導体装置が半導体素子を備え、該半導体素子は前記硬化物で被覆されている、請求項7記載の半導体装置。
- 半導体素子が発光素子である、請求項8記載の半導体装置。
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