JP2020007537A - 硬化性有機ケイ素樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

硬化性有機ケイ素樹脂組成物及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 硬化性有機ケイ素樹脂組成物及び半導体装置を提供する。【解決手段】 (A)30〜80mol%のR1SiO3/2単位、10〜70mol%の(R1)2SiO2/2単位、及び0〜30mol%の(R1)3SiO1/2単位からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000で、(R1)2SiO2/2単位の少なくとも一部に平均個数3〜80個の繰り返しを有し、1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を有し、ケイ素原子結合水酸基の量が0.001〜1.0mol/100gで、ケイ素原子結合アルコキシ基の量が1.0mol/100g以下であるブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサン、(B)1分子中に2個以上のケイ素原子結合水素原子と1個以上のケイ素原子結合アリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び(C)ヒドロシリル化反応用触媒を含むことを特徴とする硬化性有機ケイ素樹脂組成物。【選択図】 なし

Description

本発明は、硬化性有機ケイ素樹脂組成物及び半導体装置に関する。
LED用封止材には、高透明性、高屈折率、機械特性、耐熱・耐光性に優れた材料が求められており、従来、エポキシ樹脂、ポリ(メタ)アクリレート、ポリカーボネートが多用されていたが、LED発光装置の高出力化及び長期にわたる高温環境下では、熱可塑樹脂では耐熱性、耐変色性に問題が出てきた。
また、最近では鉛フリー半田が多く使用されるようになってきた。鉛フリー半田は、従来の半田に比べ溶融温度が高いため、通常260℃以上の温度をかけて光学素子を基板に半田付けしている。このような温度で半田付けを行った場合、従来の熱可塑性樹脂のレンズでは変形が起こり、高温のため黄変すると言った不具合が発生し、使用することが出来なくなってきた。
このような状況から、LED等のレンズにMQレジンと呼ばれるM単位とQ単位から成るシリコーン樹脂を使用することで、耐熱性に優れたレンズを製造するための検討が数多くなされている(特許文献1〜3:特開2006−213789号公報、特開2007−131694号公報、特開2011−252175号公報)。
しかし、このシリコーン樹脂は、樹脂強度がないため、成形工程における金型脱型時のストレスや成形後の外部ストレスにより、レンズの成形基板からの剥離や樹脂クラックが起きるといった欠点があった。この問題克服するために、PhSiO3/2等のT単位を導入したビニルレジンとSiH基を有するMQレジンを用いた例もあるが、T単位を用いると脆さは改善できるものの、加熱時の強度が下がるため、成形性に劣るという欠点があった(特許文献4:特開2005−105217号公報)。
また、作業性、ゴム物性を向上させるために、M単位、D単位、Q単位から成るシリコーン樹脂を用いる例(特許文献5:特開2008−156578号公報)もあるが、未だ、優れた機械特性、耐熱・耐光性の何れも満足するものはない。
特開2006−213789号公報 特開2007−131694号公報 特開2011−252175号公報 特開2005−105217号公報 特開2008−156578号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、透明性、耐熱性、機械特性、成形性に優れた硬化物を与える硬化性有機ケイ素樹脂組成物、及び該組成物の硬化物でLED素子を封止してなる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定のレジン構造と直鎖構造を有するブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサンを含む硬化性有機ケイ素樹脂組成物を使用することで、透明性、耐熱性、機械特性、成形性に優れた硬化物を与える硬化性オルガノポリシロキサン樹脂組成物が得られると共に、該組成物の硬化物でLED素子を封止してなる半導体が有用であることを見出し、本発明を成すに至った。
従って、本発明は、下記硬化性有機ケイ素樹脂組成物及び半導体装置を提供する。
1.(A)30〜80mol%のR1SiO3/2単位、10〜70mol%の(R12SiO2/2単位、及び0〜30mol%の(R13SiO1/2単位(式中、R1は独立して、水酸基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、又は炭素数6〜10のアリール基である。)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000であり、上記(R12SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返しの平均個数が3〜80個であり、1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を有し、ケイ素原子に結合した水酸基の量が0.001〜1.0mol/100gであり、ケイ素原子に結合したアルコキシ基の量が1.0mol/100g以下であるブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)と1個以上のケイ素原子に結合したアリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対して、(B)成分のSiH基が0.1〜4.0モルとなる量、及び
(C)ヒドロシリル化反応用触媒:(A)成分及び(B)成分の合計質量に対して、白金族金属として質量換算で0.1〜500ppm
を含むことを特徴とする硬化性有機ケイ素樹脂組成物。
2.更に、(D)成分として、下記式(1)
Figure 2020007537
(式中、R4は独立して、水素原子、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、nは1若しくは2の整数である。)
で示される環状ポリシロキサン:(A)成分及び(B)成分の合計質量に対して、0.1〜30質量%であって、(D)成分がアルケニル基及び/又はSiH基を有する場合、(A)成分及び(D)成分の合計アルケニル基1モルに対して、(B)成分及び(D)成分の合計SiH基が0.1〜4.0モルとなる量
を含有することを特徴とする上記1に記載の硬化性有機ケイ素樹脂組成物。
3.硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物の屈折率が、JIS K 7142:2014 A法によって測定した589nmにおける23℃での値が1.43〜1.57であることを特徴とする上記1又は2に記載の硬化性シリコーン樹脂組成物。
4.上記3に記載の硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物でLED素子を封止してなる半導体装置。
本発明によれば、透明性、耐熱性、機械特性、成形性に優れた硬化物を与える硬化性有機ケイ素樹脂組成物、及び該組成物でLED素子を封止した半導体装置が得られる。
以下、本発明について詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
<硬化性有機ケイ素樹脂組成物>
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、以下の(A)〜(C)成分を含有してなるものである。以下、各成分について詳細に説明する。
[(A)オルガノポリシロキサン]
(A)成分は、(A)30〜80mol%のR1SiO3/2単位、10〜70mol%の(R12SiO2/2単位、及び0〜30mol%の(R13SiO1/2単位(式中、R1は独立して、水酸基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、又は炭素数6〜10のアリール基である。)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000であり、上記(R12SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返しの平均個数が3〜80個であり、1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を有し、ケイ素原子に結合した水酸基の量が0.001〜1.0mol/100gであり、ケイ素原子に結合したアルコキシ基の量が1.0mol/100g以下であるブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサンである。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、重量平均分子量(Mw)が5,000〜100,000であり、好ましくは6,000〜50,000である。分子量が5,000以上であれば、組成物が硬化しないおそれがなく、分子量が100,000以下であれば組成物の粘度が高くなり流動しなくなるおそれがない。
なお、本発明における重量平均分子量(Mw)とは、下記条件で測定したゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量を指すこととする。
[測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:0.6mL/min
検出器:示差屈折率検出器(RI)
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(濃度0.5質量%のTHF溶液)
(A)成分は、1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を有し、(A)成分に含まれるアルケニル基の量は0.002〜0.5mol/100gであり、好ましくは0.003〜0.3mol/100g、より好ましくは0.005〜0.2mol/100gである。
ケイ素原子に結合したアルケニル基の量が、0.002mol/100g以上であれば、架橋点が少なく組成物が固まらないおそれがなく、0.5mol/100g以下であれば、架橋密度が上がり靱性を失うおそれがない。
(A)成分は、ケイ素原子に結合した水酸基の量が、0.001〜1.0mol/100gであり、好ましくは0.005〜0.8mol/100g、より好ましくは0.008〜0.6mol/100gである。
ケイ素原子に結合した水酸基の量が、0.001mol/100g以上であれば、架橋点が少なく組成物が固まらないおそれがなく、1.0mol/100g以下であれば、硬化後の表面タックによる埃の吸着を招くおそれがない。
(A)成分は、ケイ素原子に結合したアルコキシ基の量が、1.0mol/100g以下であり、好ましくは0.8mol/100g以下、より好ましくは0.5mol/100g以下である事が望まれる。
アルコキシ基の量が、1.0mol/100g以下であれば、硬化時に副生成物のアルコールガスが発生し、硬化物にボイドが残るおそれがない。
なお、本発明におけるケイ素原子に結合した水酸基量、アルコキシ基量は、1H−NMR及び29Si−NMRによって測定された値を指すこととする。
(A)成分は、30〜80mol%のR1SiO3/2単位(T単位)、10〜70mol%の(R12SiO2/2単位(D単位)、及び0〜30mol%の(R13SiO1/2単位(M単位)からなるオルガノポリシロキサンであり、上記(R12SiO2/2単位(D単位)の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返しの平均個数が3〜80個のブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサンである。
繰り返し数が3以上であれば、樹脂強度を損なうおそれがなく、80以下であれば分子量が増加して流動性を損なうおそれがない。
なお、(R12SiO2/2単位の平均繰り返し数は、29Si−NMRによって測定された値を指すこととする。
M単位、D単位、T単位中のR1は、独立して、水酸基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基;プロペノキシ基等のアルケニルオキシ基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基;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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基;及びこれらのアルキル基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子やシアノ基等で置換した基、例えば、クロロメチル基、シアノエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。
1SiO3/2単位(T単位)を得るための材料としては、例えば、下記構造式で表されるオルガノトリクロロシラン、オルガノトリアルコキシシラン等の有機ケイ素化合物、又はこれらの縮合反応物等を例示できるが、これらに限定されない。
Figure 2020007537
(式中、Meはメチル基を示す。)
(R12SiO2/2単位(D単位)を得るための材料としては、例えば、下記構造式で表されるジオルガノジクロロシラン、ジオルガノジアルコキシシラン等の有機ケイ素化合物等を例示できるが、これらに限定されない。
Figure 2020007537
(式中、Meはメチル基を示す。nは5〜80の整数、mは5〜80の整数である。但し、n+m≦78である。)
Figure 2020007537
(式中、Meはメチル基を示す。)
(R13SiO1/2単位(M単位)を得るための材料としては、例えば、下記構造式で表されるトリオルガノクロロシラン、トリオルガノアルコキシシラン、ヘキサオルガノジシロキサン等の有機ケイ素化合物等を例示できるが、これらに限定されない。
Figure 2020007537
(式中、Meはメチル基を示す。)
[(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサン]
(B)成分は、1分子中に2個以上のケイ素原子に結合する水素原子(SiH基)と1個以上のケイ素原子に結合するアリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
(B)成分は、下記平均組成式(2)
2 hiSiO(4-h-i)/2 (2)
(式中、R2は同一又は異種の非置換若しくは置換の、アルケニル基等の脂肪族不飽和結合を除く、炭素原子数が1〜10の1価炭化水素基であり、h及びiは、0.7≦h≦2.1、0.001≦i≦1.0、かつ0.8≦h+i≦3.0、好ましくは1.0≦h≦2.0、0.01≦i≦1.0、かつ1.5≦h+i≦2.5を満足する正数である。)
で表すことができる。
2としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等の飽和脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の飽和環式炭化水素基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基などの芳香族炭化水素基、これらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子で置換したもの、例えば、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基等のハロゲン化1価炭化水素基等の1価炭化水素基等、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのアルコキシ基やメトキシメチル基、メトキシエチル基などのアルコキシアルキル基、プロペノキシ基などのアルケニルオキシ基などが挙げられる。これらの中では、炭素数1〜5のメチル基、エチル基、プロピル基等の飽和脂肪族炭化水素基、並びにフェニル基が好ましい。
(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を、少なくとも2個(通常2〜200個)、好ましくは3個以上(通常3〜100個)含有する。(B)成分は、主として、(A)成分と反応し、架橋剤として作用する。
(B)成分の分子構造は、特に制限されず、線状、環状、分岐状、三次元網目状(レジン状)等の、いずれの分子構造でも(B)成分として使用することができる。(B)成分が、線状構造を有する場合、SiH基は、分子鎖末端又は分子鎖側鎖のいずれか一方でのみケイ素原子に結合していても、又はその両方でケイ素原子に結合していてもよい。また、1分子中のケイ素原子の数(又は重合度)は、通常2〜200個、好ましくは3〜100個程度であり、室温(25℃)において、液状又は固体状であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンが使用できる。
平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの具体例としては、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、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シロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、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シロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、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シロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・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、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C653SiO1/2単位とからなる共重合体などが挙げられる。
また、下記構造で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンも用いることができるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2020007537

Figure 2020007537
(式中、p、q、rは正の整数である)
(B)成分の配合量は、(A)成分中のケイ素原子に結合したアルケニル基1モル当たり、(B)成分中のSiH基の量が、0.1〜4.0モル、好ましくは0.5〜3.0モル、より好ましくは0.8〜2.0モルとなる量である。
(B)成分中のSiH基の量が0.1モルより少なくなると、組成物の硬化反応が進行せず、硬化物を得ることが困難となり、また、得られる硬化物も架橋密度が低くなりすぎて、機械強度が不足し、耐熱性が悪影響を受ける。一方、SiH基の量が4.0モルより多くなると、未反応のSiH基が硬化物中に多数残存するために、物性の経時変化の発現や硬化物の耐熱性の低下などを引き起こし、更に、硬化物中に脱水素反応による発泡が生じる原因となる。
[(C)ヒドロシリル化反応用触媒]
(C)成分のヒドロシリル化反応用触媒は、組成物の付加硬化反応を生じさせるために配合されるものであり、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものがある。該触媒としては、ヒドロシリル化反応を促進するものとして、従来公知であるいずれのものも使用することができる。コスト等を考慮して、白金、白金黒、塩化白金酸などの白金系のもの、例えば、H2PtCl6・pH2O,K2PtCl6,KHPtCl6・pH2O,K2PtCl4,K2PtCl4・pH2O,PtO2・pH2O,PtCl4・pH2O,PtCl2,H2PtCl4・pH2O(ここで、pは、正の整数)等や、これらと、オレフィン等の炭化水素、アルコール又はビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等を例示することができる。これらの触媒は1種単独でも2種以上の組み合わせでも使用することができる。
(C)成分の配合量は、硬化のための有効量でよく、通常(A)成分及び(B)成分の合計質量に対して、白金族金属として質量換算で0.1〜500ppm、好ましくは0.5〜100ppmとされる。
本発明で用いる組成物には、必要に応じて、適宜硬化抑制剤を配合することができる。硬化抑制剤は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
硬化抑制剤としては、例えば、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンのようなビニル基高含有オルガノポリシロキサン、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等が挙げられる。
硬化抑制剤の配合量は、(A)成分及び(B)成分の合計100質量部当り、通常0.001〜1.0質量部、好ましくは0.005〜0.5質量部である。
[(D)環状ポリシロキサン]
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物には、更に、(D)成分として、下記式(1)
Figure 2020007537
(式中、R4は独立して、水素原子、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、nは1若しくは2の整数である。)
で示される環状ポリシロキサンを配合することができる。
式(1)中、R4は、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基;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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基;及びこれらのアルキル基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子やシアノ基等で置換した基、例えばクロロメチル基、シアノエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。
(D)成分の環状ポリシロキサンの配合量は、(A)成分及び(B)成分の合計質量に対し、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.2〜20質量%であることがより好ましい。
(D)成分の配合量が0.1質量%未満のとき、流動性が低下することがあり、一方、30質量%超過のとき、揮発成分が多く硬化時の収縮が大きくなることがある。
ここで、(D)成分がアルケニル基及び/又はSiH基を有する場合、(D)成分は、(A)成分及び(D)成分の合計アルケニル基1モルに対して、(B)成分及び(D)成分の合計SiH基が0.1〜4.0モルとなる量、好ましくは0.5〜2.0モルとなる量になるように配合される。
式(1)で表される環状オルガノポリシロキサンの具体例としては、下記構造で示される環状ポリシロキサンを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2020007537
[(E)蛍光体]
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物には、更に、(E)成分として、蛍光体を配合してもよい。本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、耐熱耐光性に優れるため、蛍光体を含有する場合であっても、従来のような蛍光特性の著しい低下が起こるおそれがない。
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が挙げられる。中でも、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、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が好ましい。
蛍光体の配合量は、(A)〜(D)成分の合計100質量部に対し、0〜500質量部、特に0〜300質量部である。
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物には、上記(A)〜(E)成分以外に、更に、必要に応じて、公知の接着付与剤や添加剤を配合することができる。
接着付与剤としては、例えば、フェニルトリメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、3−シアノプロピルトリエトキシシラン等や、及びそれらのオリゴマー等が挙げられる。なお、これらの接着付与剤は、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて配合することができる。
接着付与剤は、(A)、(B)成分の合計質量に対し、0〜10質量%、特に0〜5質量%となる量で配合するのが好ましい。
添加剤としては、例えば、シリカ、グラスファイバー、ヒュームドシリカ等の補強性無機充填材、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、カーボンブラック、酸化亜鉛、セリウム脂肪酸塩、バリウム脂肪酸塩、セリウムアルコキシド、バリウムアルコキシド等の非補強性無機充填材、二酸化ケイ素(シリカ:SiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア:ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(アルミナ:Al23)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉄(FeO2)、四酸化三鉄(Fe34)、酸化鉛(PbO2)、酸化すず(SnO2)、酸化セリウム(Ce23、CeO2)、酸化カルシウム(CaO)、四酸化三マンガン(Mn34)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化バリウム(BaO)などのナノフィラーが挙げられ、これらを、上記の(A)〜(D)成分の合計100質量部当たり600質量部以下(例えば、0〜600質量部、通常1〜600質量部、好ましくは10〜400質量部)の量で適宜配合することができる。
こうして得られる(A)〜(C)成分、好ましくは(A)〜(D)成分、更に必要に応じて(E)成分、接着付与剤及び添加剤を添加して、均一に混合することにより、硬化性有機ケイ素樹脂組成物を調製することができる。
このような硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、用途に応じて所定の基材に塗布した後、硬化させることができる。硬化条件は、常温(25℃)でも十分に硬化するが、必要に応じて加熱して硬化してもよい。加熱する場合の温度は、例えば、60〜200℃とすることができる。
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、加熱硬化して得られる硬化物が、厚さ1mmで、波長400〜800nm、特には波長450nmにおける直達光透過率が70%以上、好ましくは80%以上の硬化物を与えるものが好ましい。なお、直達光透過率の測定には、例えば、日立製分光光度計U−4100を用いることができる。
本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、加熱硬化して得られる硬化物の屈折率が、JIS K 7142:2014 A法によって測定した589nmにおける23℃での値が1.43〜1.57である硬化物を与えるものが好ましい。
このような直達光透過率や屈折率を有する硬化物を与えるものであれば、透明性に優れるため、LEDの封止材などの光学用途に特に好適に用いることができる。
また、このような硬化性有機ケイ素樹脂組成物であれば、機械特性、透明性、耐クラック性、耐熱性に優れた硬化物を与えるものとなる。
<半導体装置>
本発明では、上述の硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物でLED素子等の発光半導体素子を封止してなる半導体装置を提供することができる。
硬化性有機ケイ素樹脂組成物でLED等の発光半導体素子を封止する場合は、例えば、熱可塑性樹脂からなるプレモールドパッケージに搭載されたLED素子上に、硬化性有機ケイ素樹脂組成物を塗布し、LED素子上で該組成物を硬化させることにより、LED素子を該組成物の硬化物で封止することができる。また、硬化性有機ケイ素樹脂組成物をトルエンやキシレン等の有機溶媒に溶解させて調製したワニスの状態で、LED素子上に塗布することもできる。
このように、本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、透明性や耐熱性に優れた硬化物を与えるため、発光半導体装置のレンズ用素材、保護コート剤、モールド剤等に好適であり、特に青色LEDや白色LED、紫外LED等のLED素子封止用として有用なものである。また、本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物は、耐熱性に優れるため、シリケート系蛍光体や量子ドット蛍光体を添加して波長変換フィルム用素材として使用する際にも、高湿下での長期信頼性が確保でき、耐湿性、長期演色性が良好な発光半導体装置を提供することができる。
また、本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物は、その優れた耐熱性、耐紫外線性、透明性、耐クラック性、長期信頼性等の特性から、ディスプレイ材料、光記録媒体材料、光学機器材料、光部品材料、光ファイバー材料、光・電子機能有機材料、半導体集積回路周辺材料等の光学用途に最適な素材である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、部は質量部を示し、Meはメチル基、Viはビニル基、Phはフェニル基を示す。
[実施例1]
(A)成分として、PhSiO3/2単位55mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、ViMe2SiO1/2単位5mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=50,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.8mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.5mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=20)を30部、
(B)成分として、(A)及び(D)成分中のケイ素原子結合ビニル基の合計個数に対する(B)成分中のケイ素原子結合水素原子の合計個数の比(以下、SiH/SiVi比と表す場合がある。)が1.0となる量の、下記式(3)
Figure 2020007537
(式中、p=1である。)
で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)成分として塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液(白金元素含有率:1質量%)0.01部、
ならびに、(D)成分として、下記式(4)
Figure 2020007537
で示される有機ケイ素化合物5部を加え、よく撹拌して、シリコーンゴム組成物を調製した。この組成物を150℃にて4時間加熱成形して硬化物(120mm×110mm×1mm)を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例2]
(A)成分として、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=10,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.8mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=20)を30部、
(B)成分として、(A)成分中のケイ素原子結合ビニル基の合計個数に対する(B)成分中のケイ素原子結合水素原子の合計個数の比(以下、SiH/SiVi比と表す場合がある。)が1.0となる量の、下記式(3)
Figure 2020007537
(式中、p=1である。)
で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
ならびに、(C)成分として塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液(白金元素含有率:1質量%)0.01部を加え、よく撹拌して、シリコーンゴム組成物を調製した。この組成物を150℃にて4時間加熱成形して硬化物(120mm×110mm×1mm)を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位35mol%、ViMeSiO2/2単位5mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=100,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.02mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.04mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=80)30部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位20mol%、PhMeSiO2/2単位20mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=5,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.001mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量1.0mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=5、連続したPhMeSiO2/2単位平均個数=5)30部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
実施例1で用いた(D)成分の代わりに、下記式(5)
Figure 2020007537
で示される環状ポリシロキサン5部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例6]
実施例1で用いた(B)成分の代わりに、下記式(6)
Figure 2020007537
で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン6部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例7]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位80mol%、PhMeSiO2/2単位10mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=10,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.03mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.001mol/100g、連続したPhMeSiO2/2単位平均個数=10)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例8]
実施例1で用いた(D)成分の代わりに、下記式(7)
Figure 2020007537
で示される環状ポリシロキサン10部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、Me3SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=110,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.5mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.05mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=90)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例2]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、Me3SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=4,500、ケイ素原子に結合した水酸基量0.5mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.05mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=4)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例3]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=15,000、ケイ素原子に結合した水酸基量1.2mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.05mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=60)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例4]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=45,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.0005mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.05mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=70)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例5]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位50mol%、Me2SiO2/2単位40mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=15,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.7mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量1.3mol/100g、連続したMe2SiO2/2単位平均個数=70)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例6]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位25mol%、PhMeSiO2/2単位65mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=10,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.05mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.01mol/100g、連続したPhMeSiO2/2単位平均個数=30)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例7]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位70mol%、PhMeSiO2/2単位20mol%、ViMe2SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=10,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.05mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.02mol/100g、連続したPhMeSiO2/2単位平均個数=1.5)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例8]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位85mol%、Me2SiO2/2単位5mol%、Me3SiO1/2単位10mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=10,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.06mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.03mol/100g、連続したPhMeSiO2/2単位平均個数=6)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
[比較例9]
実施例1で用いた(A)成分の代わりに、PhSiO3/2単位75mol%、ViMe2SiO1/2単位25mol%からなる分岐鎖状のフェニルメチルポリシロキサン(Mw=3,000、ケイ素原子に結合した水酸基量0.05mol/100g、ケイ素原子に結合したアルコキシ基量0.02mol/100g)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化物を形成し、下記物性の測定を行った。結果を表2に示す。
組成物/硬化物の物性測定及びその結果
実施例及び比較例で調製した組成物、及びその硬化物の物性は下記の方法で測定した。
(1)外観
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物(厚さ1mm)の色と透明性を目視にて確認した。
(2)性状
硬化前の各組成物の流動性を確認した。100mlのガラス瓶に50gの組成物を加え、ガラスビンを横に倒して25℃で10分間静置した。その間に樹脂が流れ出せば液状であると判断した。
(3)粘度
25℃における硬化前の各組成物の粘度をJIS K 7117−1:1999記載の方法で測定した。
(4)直達光透過率
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物の厚さ1mm、波長450nmにおける直達光透過率を、日立製分光光度計U−4100を用いて測定した。
(5)屈折率
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物の589nm、23℃における屈折率を、JIS K 7142:2014 A法に準拠して、アッベ型屈折率計により測定した。
(6)硬度(タイプA)
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物の硬度を、JIS K 6249:2003に準拠して、デュロメータA硬度計を用いて測定した。
(7)切断時伸び及び引張強さ
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物の切断時伸び及び引張強さを、JIS K 6249:2003に準拠して測定した。
(8)成形性
各組成物0.25gを、面積180mm2の銀板に底面積が45mm2となるように120℃180秒で成形し、金型から離形する際に、剥離やクラックがなく、基板と密着しているか判定した。
(判定基準)
○:成形性が良好である(成形物にクラックがない)
×:成形性が不良である(成形物にクラックが生じる)
(9)接着性
各組成物0.25gを、面積180mm2の銀板に底面積が45mm2となるように成形し、150℃で4時間硬化させた後、ミクロスパチュラを用いて硬化物を破壊し、銀板から剥ぎ取る際に、凝集破壊の部分と剥離部分との割合を求めて、その接着性を判定した。
(判定基準)
○:接着性が良好である(凝集破壊の割合60%以上)
×:接着性が不良である(凝集破壊の部分60%未満)
各組成物を150℃で4時間硬化して得られた硬化物の表面における埃の付着の有無を目視にて確認した。
(10)耐クラック性
各組成物を150℃で4時間加熱硬化して得られた硬化物(厚さ1mm)をさらに200℃で1,000時間熱処理した後、硬化物におけるクラックの有無を目視で確認した。
Figure 2020007537
Figure 2020007537
表1に示されるように、(A)成分として本発明のオルガノポリシロキサンを使用した実施例1〜8では、概ね透明で、十分な硬度、切断時伸び、及び引張強さと、良好な屈折率、耐熱性、耐クラック性、及び接着性を有し、表面タック性による埃の付着のない硬化物が得られた。これに対し、(A)成分として分子量が100,000を超えるオルガノポリシロキサンを使用した比較例1では、硬化前にも関わらず流動性がなく、作業性が悪化した。更に、(A)成分として分子量が5,000を下回るオルガノポリシロキサンを使用した比較例2では、十分な硬度の硬化物が得られず、実施例1〜8に比べて強度に劣っており、成形時にクラックが発生した。
また、(A)成分としてケイ素原子に結合した水酸基量が1.0mol/100gを超えるオルガノポリシロキサンを使用した比較例3では、表面タック性があった。
(A)成分としてケイ素原子に結合した水酸基量が0.001mol/100gを下回るオルガノポリシロキサンを使用した比較例4では、接着性が低下した。(A)成分としてケイ素原子に結合したアルコキシ基量が1.0mol/100gを上回るオルガノポリシロキサンを使用した比較例5では、硬化時にボイドが発生し、耐クラック性の試験中にボイドを起点としたクラックも見られた。R1SiO3/2単位の比率が30mol%を下回った比較例6では樹脂が脆く表面タック性があり、成形時にクラックが発生した。連続した(R12SiO2/2単位の平均個数が3個を下回った比較例7では樹脂に伸びがなく、耐クラック性の試験中にクラックが発生した。R1SiO3/2単位の比率が80mol%を上回った比較例8では樹脂が脆く表面タック性があった。(R12SiO2/2単位を有さない比較例9では硬化時の熱時強度が不足し、成形時にクラックが生じた。
以上のように、本発明の硬化性有機ケイ素樹脂組成物であれば、流動性があり、速やかに硬化物を得ることができ、高い耐熱性と耐光性を発揮する硬化物を与えることができる。

Claims (4)

  1. (A)30〜80mol%のR1SiO3/2単位、10〜70mol%の(R12SiO2/2単位、及び0〜30mol%の(R13SiO1/2単位(式中、R1は独立して、水酸基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、又は炭素数6〜10のアリール基である。)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000であり、上記(R12SiO2/2単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返しの平均個数が3〜80個であり、1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を有し、ケイ素原子に結合した水酸基の量が0.001〜1.0mol/100gであり、ケイ素原子に結合したアルコキシ基の量が1.0mol/100g以下であるブロックポリマー構造のオルガノポリシロキサン:100質量部、
    (B)1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)と1個以上のケイ素原子に結合したアリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分のアルケニル基1モルに対して、(B)成分のSiH基が0.1〜4.0モルとなる量、及び
    (C)ヒドロシリル化反応用触媒:(A)成分及び(B)成分の合計質量に対して、白金族金属として質量換算で0.1〜500ppm
    を含むことを特徴とする硬化性有機ケイ素樹脂組成物。
  2. 更に、(D)成分として、下記式(1)
    Figure 2020007537
    (式中、R4は独立して、水素原子、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、nは1若しくは2の整数である。)
    で示される環状ポリシロキサン:(A)成分及び(B)成分の合計質量に対して、0.1〜30質量%であって、(D)成分がアルケニル基及び/又はSiH基を有する場合、(A)成分及び(D)成分の合計アルケニル基1モルに対して、(B)成分及び(D)成分の合計SiH基が0.1〜4.0モルとなる量
    を含有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性有機ケイ素樹脂組成物。
  3. 硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物の屈折率が、JIS K 7142:2014 A法によって測定した589nmにおける23℃での値が1.43〜1.57であることを特徴とする請求項1又は2に記載の硬化性シリコーン樹脂組成物。
  4. 請求項3に記載の硬化性有機ケイ素樹脂組成物の硬化物でLED素子を封止してなる半導体装置。
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