JP2021512974A - 硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体デバイス - Google Patents

硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体デバイス Download PDF

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Abstract

硬化性シリコーン組成物を開示する。硬化性シリコーン組成物は、(A)分子中に少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのアリール基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンと、(B)平均単位式によって表される分岐状オルガノポリシロキサンと、(C)分子中に少なくとも2つのケイ素原子結合水素原子を有するオルガノシロキサンと、(D)ヒドロシリル化反応触媒と、を含む。硬化性シリコーン組成物は、高温条件下で良好な機械的特性および良好な透明性の保持を有する硬化物を形成する。
【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年2月7日に出願された米国仮特許出願第62/627,368号に対する優先権およびすべての利点を主張する。
本発明は、硬化性シリコーン組成物、この組成物を硬化させることによって得られる硬化物、およびこの組成物を使用することによって得られる光半導体デバイスに関する。
ヒドロシリル化反応によって硬化され得る硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、フォトカプラー、発光ダイオード(LED)、固体イメージセンサー、および他の光半導体デバイスにおける半導体素子のための保護コーティング剤として使用される。かかる半導体素子の保護コーティング剤には、高い屈折率および光透過率が要求される。
ヒドロシリル化反応によって硬化して高い屈折率および光透過率を有する硬化物を形成する硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、次のものによって例示することができる: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と、SiO4/2単位、(CHSiO1/2単位、および(CH=CH)SiO1/2単位を含む分岐状オルガノポリシロキサンと、分子中に少なくとも2つ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と、白金触媒と、を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物(米国特許出願公開第2005/0006794 A1号を参照されたい)、ならびに、分子中に少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのフェニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンと、SiO4/2単位、(CHSiO1/2単位、および(CH)(C)(CH=CH)SiO1/2単位を含む分岐状オルガノポリシロキサンと、分子中に少なくとも2つ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と、白金族金属系触媒と、を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物(米国特許出願公開第2007/0166470 A1号および同第2008/0015326 A1号を参照されたい)。
しかしながら、かかる硬化性オルガノポリシロキサン組成物を硬化させることによって得られる硬化物は、不良な機械的特性を有し、特に、高温条件下での透明性保持および耐クラック性が不十分である。
本発明の目的は、高温条件下で良好な機械的特性および良好な透明性の保持を有する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。加えて、本発明の他の目的は、高温条件下で良好な機械的特性および良好な透明性の保持を有する硬化物を提供し、かつ優れた信頼性を有する光半導体デバイスを提供することにある。
本発明は、下記のもの、
(A)分子中に少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのアリール基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンを100質量部と、
(B)下記の平均単位式:
(R SiO1/2(R SiO2/2(SiO4/2
(式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基であり、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基であり、添字a、b、およびcは、次の条件、0.1<a≦0.6、0≦b≦0.1、0.4≦c<0.9、かつa+b+c=1を満たす数である)によって表される分岐状オルガノポリシロキサンを10〜60質量部と、
(C)この成分におけるケイ素原子結合水素原子の数が、成分(A)および(B)における総アルケニル基1モル当たり0.4〜5モルとなるような量で、分子中において少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノシロキサンと、
(D)有効量のヒドロシリル化反応触媒と、を含む硬化性シリコーン組成物を提供する。
特定の実施形態において、成分(A)は、下記の一般式:
SiO(R SiO)SiR
によって表され、式中、Rは、同じかまたは異なり、脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の一価炭化水素基であり、分子中の少なくとも1つのRは、6〜12個の炭素原子を有するアリール基であり、Rは、同じかまたは異なり、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基であり、添字mは、正の数である。
これらまたは他の特定の例示的な実施形態において、成分(B)は、少なくとも1500の数平均分子量(Mn)を有する。
これらまたは他の特定の例示的な実施形態において、成分(C)は:
(C1)下記の一般式:
HR SiO(R SiO)SiR
(式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜12個の炭素原子を有するアリール基であり、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、添字nは、1〜100までの数である)によって表されるオルガノシロキサン、
(C2)分子中に少なくとも2個のケイ素結合水素原子を有し、かつ下記の平均単位式:
(HR SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2
(式中、各Rは、独立して選択され、かつ上で定義され、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、添字d、e、およびfは、次の条件、0.1<d≦0.7、0≦e≦0.5、0.1≦f<0.9、およびd+e+f=1を満たす数である)によって表されるオルガノポリシロキサン、または
成分(C1)と(C2)との混合物を含む。
また、本発明は、硬化物も提供する。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させることにより形成される。
さらに、本発明は、光半導体デバイスを提供する。本発明の光半導体デバイスは、硬化性シリコーン組成物の硬化物によって封止された光半導体素子を含む。
発明の効果
本発明の硬化性シリコーン組成物は、高温条件下で良好な機械的特性および良好な透明性の保持を有する硬化物を形成することを特徴とする。さらに、本発明の硬化物は、高温条件下での良好な機械的特性および良好な透明性の保持を特徴とし、また本発明の光半導体デバイスは、優れた信頼性を示すことを特徴とする。
本発明の他の利点は、添付の図面と併せて考えると、下記の詳細な説明を参照することによってさらに良く理解されるようになり、容易に理解されよう。
本発明の光半導体デバイスの一例であるLEDの断面図である。
最初に、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。
成分(A)は、分子中に、少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのアリール基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンである。成分(A)の少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのアリール基は、典型的にはケイ素が結合した基である。成分(A)におけるアルケニル基の例としては、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基、例えば、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、およびドデセニル基が挙げられる。成分(A)のアリール基の例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などの6〜12個の炭素原子を有するアリール基が挙げられ、典型的にはフェニル基である。成分(A)のアルケニル基およびアリール基以外のケイ素原子に結合する基としては、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、例えば、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、およびドデシル基が挙げられ、典型的にはメチル基である。
特定の実施形態において、成分(A)は、下記の一般式によって表される:
SiO(R SiO)SiR
式中、Rは、同じかまたは異なり、脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の一価炭化水素基である。Rの炭化水素基は、上記したものと同じアルケニル基以外の基、典型的にはメチル基およびフェニル基によって例示される。しかしながら、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、典型的にはフェニル基である。
式中、Rは、同じかまたは異なり、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基である。Rのアルケニル基は、上記したものと同じアルケニル基、典型的にはビニル基によって例示される。
式中、添字mは、正の数であり、任意選択的に、1〜1000の正の数、1〜500の正の数、または1〜100の正の数である。
成分(A)のオルガノポリシロキサンの例としては、ジメチルビニルシロキシ基で両方の分子末端がキャップされた、ジメチルシロキサンとメチルフェニルシロキサンとのコポリマー、両方の分子末端がジメチルビニルシロキシ基でキャップされたメチルフェニルポリシロキサン、両方の分子末端がトリメチルシロキシ基でキャップされた、ジメチルシロキサンと、メチルビニルシロキサンと、メチルフェニルシロキサンとのコポリマー、両方の分子末端がジメチルビニルシロキシ基でキャップされたジメチルポリシロキサン、両方の分子末端がジメチルビニルシロキシ基でキャップされた、ジメチルシロキサンとジフェニルシロキサンとのコポリマー、両方の分子末端がメチルフェニルビニルシロキシ基でキャップされたジメチルポリシロキサン、メチルフェニルビニルシロキシ基で両方の分子末端がキャップされたメチルフェニルポリシロキサン、メチルフェニルビニルシロキシ基で両方の分子末端がキャップされた、ジメチルシロキサンとメチルビニルシロキサンとのコポリマー、両方の分子末端がメチルフェニルビニルシロキシ基でキャップされた、ジメチルシロキサンと、メチルビニルシロキサンと、メチルフェニルシロキサンとのコポリマー、およびこれらのオルガノポリシロキサンの2つ以上の混合物が挙げられる。
成分(B)は、下記の平均単位式によって表される分岐状オルガノポリシロキサンである:
(R SiO1/2(R SiO2/2(SiO4/2
式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基である。Rのアルキル基の例としては、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、およびドデシル基が挙げられ、典型的にはメチル基である。加えて、Rのアリール基の例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、およびナフチル基が挙げられ、典型的にはフェニル基である。しかしながら、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、典型的にはフェニル基である。
式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基である。Rのアルキル基の例としては、Rで説明したものと同じアルキル基が挙げられる。Rのアルケニル基の例としては、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、およびドデセニル基が挙げられ、最も典型的にはビニル基である。加えて、Rのアリール基の例としては、Rで説明したものと同じアリール基が挙げられる。
式中、添字a、b、およびcは、次の条件、0.1≦a≦0.6、0≦b≦0.1、0.4≦c≦0.9およびa+b+c=1を満たす数であり、あるいは次の条件、0.2≦a≦0.6、0≦b≦0.1、0.4≦c≦0.8およびa+b+c=1を満たす数であり、あるいは次の条件、0.25≦a≦0.6、0≦b≦0.05、0.4≦c≦0.75、およびa+b+c=1を満たす数である。これは、添字aが上記範囲の下限以上である場合、硬化物の透明性は低下し、添字aが上記範囲の上限以下である場合、硬化物の硬度は良好であるためである。加えて、添字bが上記範囲の上限以下である場合、硬化物の機械的特性は良好である。また、添字cが上記範囲の下限以上である場合、硬化物の機械的特性は向上し、添字cが上記範囲の上限以下である場合、硬化物の屈折率は良好である。
成分(B)の分子量に関して特に制限はないが、標準的なポリスチレン変換ゲル浸透クロマトグラフィーに基づくその数平均分子量(Mn)は、ある特定の実施形態では、少なくとも1500、または少なくとも2000である。これは、質量平均分子量が上記範囲の下限以上である場合、硬化物は効果的な補強を有するためである。
成分(B)の含有量は、成分(A)の100質量部当たり、10〜60質量部の範囲、あるいは20〜50質量部の範囲である。これは、その含有量が上記範囲の下限以上であるとき、得られる硬化物の強度が増加するためであり、一方、含有量が上記範囲の上限以下であるとき、得られる組成物の取り扱い性(粘度は易流動性のままである)が増大するためである。
成分(C)は、分子中に少なくとも2つのケイ素結合水素原子を有するオルガノシロキサンである。成分(C)における有機基は、脂肪族不飽和結合を含まない一価の炭化水素基、例えば、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、および1〜12個の炭素原子を有する他のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、および6〜12個の炭素原子を有する他のアリール基によって例示され、最も典型的にはフェニル基である。加えて、得られた硬化物による光の屈折、反射、および散乱に起因する減衰の低減を考慮して、分子中のすべてのケイ素原子結合有機基に対するアリール基の含有量は、典型的には、10モル%以上、あるいは15モル%以上である。
(C)成分のオルガノシロキサンは、分子鎖の両末端がジメチル水素シロキシ基によって末端ブロックされた分子鎖の両末端を有するメチルフェニルポリシロキサン、ジメチル水素シロキシ基によって末端ブロックされた分子鎖の両末端を有するメチルフェニルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、トリメチルシロキシ基によって末端ブロックされた分子鎖の両末端を有するメチルフェニルシロキサン−メチル水素シロキサンコポリマー;トリメチルシロキシ基によって末端ブロックされた分子鎖の両末端を有するメチルフェニルシロキサン−メチル水素シロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、(CHHSiO1/2によって表されるシロキサン単位およびCSiO3/2によって表されるシロキサン単位から構成されるオルガノポリシロキサンコポリマー、(CHHSiO1/2で表されるシロキサン単位、(CHSiO1/2で表されるシロキサン単位、およびCSiO3/2で表されるシロキサン単位から構成されるオルガノポリシロキサンコポリマー、(CHHSiO1/2で表されるシロキサン単位、(CHSiO2/2で表されるシロキサン単位、およびCSiO3/2で表されるシロキサン単位から構成されるオルガノポリシロキサンコポリマー、(CHHSiO1/2で表されるシロキサン単位、C(CHSiO1/2で表されるシロキサン単位およびSiO4/2で表されるシロキサン単位から構成されるオルガノポリシロキサンコポリマー、(CH)HSiO2/2で表されるシロキサン単位およびCSiO3/2で表されるシロキサン単位から構成されるオルガノポリシロキサンコポリマー、ならびに、上記の2つ以上の混合物によって例示される。
特に、得られる硬化物の優れた柔軟性を考慮して、成分(C)は、特定の実施形態(C1)では、下記の一般式で表されるオルガノシロキサンである:
HR SiO(R SiO)SiR H.
式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜12個の炭素原子を有するアリール基である。Rのアルキル基の例としては、Rで説明したものと同じアルキル基が挙げられる。加えて、Rのアリール基の例としては、Rで説明したものと同じアルキル基が挙げられる。しかしながら、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、典型的にはフェニル基である。
式中、添字nは、1〜100の数、あるいは1〜50の数、あるいは1〜10の数である。これは、添字nが上記範囲内であるとき、得られる組成物の取り扱い性および充填性は高くなり、得られる硬化物の粘着性は高くなる傾向があるためである。
このタイプの成分(C1)の例としては、以下で述べるようなオルガノシロキサンが挙げられる。下記の式のMeおよびPhは、それぞれメチル基およびフェニル基を示し、添字n’は1〜100の数であり、添字n’’およびn’’’はそれぞれ1以上の数であり、n’’+n’’’は100以下の数である。
HMeSiO(PhSiO)n’SiMe
HMePhSiO(PhSiO)n’SiMePhH
HMePhSiO(PhSiO)n’’(MePhSiO)n’’’SiMePhH
HMeSiO(PhSiO)n’’(MePhSiO)n’’’SiMe
HMePhSiO(PhSiO)n’’(MeSiO)n’’’SiMePhH
HMeSiO(PhSiO)n’’(MeSiO)n’’’SiMe
一方、得られた硬化物の優れた機械的特性を考慮して、成分(C)は、特定の実施形態(C2)では、下記の平均単位式によって表されるオルガノシロキサンである:
(HR SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2
式中、Rは、独立して選択され、上で定義されている。しかしながら、分子中の少なくとも1つのRはアリール基である。
式中、添字d、e、およびfは、次の条件、0.1<d≦0.7、0≦e≦0.5、0.1≦f<0.9、およびd+e+f=1、あるいは次の条件、0.2≦d≦0.7、0≦e≦0.4、0.25≦f<0.7、およびd+e+f=1を満たす数である。これは、添字dが上記範囲の下限以上である場合、硬化物の機械的特性は増大し、添字dが上記範囲の上限以下である場合、硬化物は適切な硬度を有するためである。加えて、添字eが上記範囲の上限以下である場合、硬化物は適切な硬度を有し、かつ、本組成物を使用して調製された光半導体デバイスの信頼性が向上する。加えて、添字fが上記範囲の下限以上である場合、硬化物の屈折率は増加し、添字fが上記範囲の上限以下である場合、硬化物の機械的強度は向上する。
このタイプの成分(C2)の例としては、以下で述べるようなオルガノポリシロキサンが挙げられる。さらに、下式のMeおよびPhは、それぞれメチル基およびフェニル基を示し、添字d、d’、e’、およびfは、次の条件、0.1≦d≦0.7、0.1≦d’≦0.7、0<e’≦0.5、0.1≦f<0.9、およびd+d’+e’+f=1を満たす数である。
(HMePhSiO1/2(PhSiO3/2
(HMePhSiO1/2(HMeSiO1/2d’(PhSiO3/2
(HMePhSiO1/2(PhSiO2/2e’(PhSiO3/2
(HMePhSiO1/2(HMeSiO1/2d’(PhSiO2/2e’(PhSiO3/2
成分(C)は、上記成分(C1)、上記成分(C2)、または上記成分(C1)と上記成分(C2)との混合物であることができる。上記成分(C1)と上記成分(C2)との混合物を使用する場合、その混合比は、特に限定されないが、上記成分(C1)の質量:上記成分(C2)の質量の比は、0.5:9.5〜9.5:0.5が典型的である。
成分(A)および(B)中の総アルケニル基の1モル当たり、本組成物における成分(C)の含有量は、成分(C)中のケイ素結合水素原子が0.1〜5モルの範囲、あるいは0.5〜2モルの範囲であるような範囲である。これは、成分(C)の含有量が上記範囲の下限以上である場合、組成物は十分に硬化させることができ、硬化物の耐熱性は向上し、また、成分(C)の含有量が上記範囲の上限以下である場合、本組成物を使用して調製された光半導体デバイスの信頼性は向上する。
成分(D)は、本組成物の硬化を促進するために使用されるヒドロシリル化反応触媒であり、成分(D)の例としては、白金系触媒、ロジウム系触媒、およびパラジウム系触媒が挙げられる。成分(D)は、本発明の組成物の硬化を劇的に加速できるように、典型的には白金系触媒である。白金系触媒の例としては、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、および白金−カルボニル錯体が挙げられ、最も典型的には、白金−アルケニルシロキサン錯体である。
本組成物における成分(D)の含有量は、本組成物の硬化を促進するための有効量である。具体的には、本組成物を十分に硬化させるために、成分(D)の含有量は、典型的には、本組成物に対して成分(D)における触媒金属の含有量が、質量単位で、0.01〜500ppm、あるいは0.01〜100ppm、あるいは0.01〜50ppmとなる量である。
硬化中に接触される基材への硬化物の接着性を向上させるために、本組成物は接着性付与剤を含有し得る。ある特定の実施形態では、接着性付与剤は、分子中のケイ素原子に結合した少なくとも1つのアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物である。このアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、およびメトキシエトキシ基によって例示され、最も典型的にはメトキシ基である。さらに、この有機ケイ素化合物のケイ素原子に結合した非アルコキシ基は、置換または非置換の一価炭化水素基、例えば、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;エポキシ基含有一価有機基、例えば、3−グリシドキシプロピル基、4−グリシドキシブチル基、または類似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、または類似のエポキシシクロヘキシルアルキル基;および4−オキシラニルブチル基、8−オキシラニルオクチル基、または類似のオキシラニルアルキル基;アクリル基含有一価有機基、例えば、3−メタクリロキシプロピル基など;および水素原子によって例示される。この有機ケイ素化合物は、一般に、ケイ素結合アルケニル基またはケイ素結合水素原子を有する。さらに、この有機ケイ素化合物は、各種基材に対して良好な接着性を付与する性能のために、一般に、分子中に少なくとも1つのエポキシ基を含む一価の有機基を有する。このタイプの有機ケイ素化合物は、オルガノシラン化合物、オルガノシロキサンオリゴマー、およびアルキルシリケートによって例示される。オルガノシロキサンオリゴマーまたはアルキルシリケートの分子構造は、直鎖構造、部分分岐直鎖構造、分岐鎖構造、リング状構造、および網状構造などによって例示される。典型的には、直鎖構造、分岐鎖構造、網状構造である。このタイプの有機ケイ素化合物は、シラン化合物、例えば、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など;分子中に少なくとも1つのケイ素結合アルケニル基またはケイ素結合水素原子、および少なくとも1つのケイ素結合アルコキシ基を有するシロキサン化合物;分子中に少なくとも1つのケイ素結合アルコキシ基を有するシラン化合物またはシロキサン化合物と、少なくとも1つのケイ素結合ヒドロキシル基および少なくとも1つのケイ素結合アルケニル基を有するシロキサン化合物との混合物;および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によって例示される。本組成物において、接着性付与剤の含有量は特に限定されないが、硬化中に接触される基材への良好な接着を達成するために、接着性付与剤の含有量は、ある特定の実施形態において、成分(A)〜(D)の合計100質量部当たり0.01〜10質量部である。
反応阻害剤、例えば、アルキンアルコール、例えば、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、または2−フェニル−3−ブチン−2−オール;エンイン化合物、例えば、3−メチル−3−ペンテン−1−インまたは3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン;または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、またはベンゾトリアゾールを、本組成物において任意選択的な成分として組み込む得る。本組成物における反応抑制剤の含有量は、特に限定されないが、典型的には、上記成分(A)〜(D)の合計100質量部当たり0.0001〜5質量部である。
さらに、本組成物は、追加の任意選択的な成分として蛍光体を含み得る。この蛍光体は、発光ダイオード(LED)で広く使用されている物質、例えば、黄色、赤色、緑色、青色の発光蛍光体、例えば、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、酸硫化物系蛍光体などによって例示される。酸化物タイプの蛍光体の例としては、セリウムイオンを含有するイットリウム、アルミニウム、およびガーネットタイプのYAG緑色〜黄色発光蛍光体;セリウムイオンを含有するテルビウム、アルミニウム、およびガーネットタイプのTAG黄色発光蛍光体;ならびにセリウムイオンまたはユーロピウムイオンを含有するシリケートの緑色〜黄色発光蛍光体が挙げられる。酸窒化物タイプの蛍光体の例としては、ユーロピウムイオンを含有するケイ素、アルミニウム、酸素、および窒素タイプのSiAlON赤色〜緑色発光蛍光体が挙げられる。窒化物タイプの蛍光体の例としては、ユーロピウムイオンを含有するカルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、および窒素タイプのCASN赤色発光蛍光体が挙げられる。硫化物タイプの蛍光体の例としては、銅イオンまたはアルミニウムイオンを含有するZnS緑色発光蛍光体が挙げられる。酸硫化物タイプの蛍光体の例としては、ユーロピウムイオンを含有するYS赤色発光蛍光体が挙げられる。これらの蛍光体は、1つのタイプとして、または2つのタイプの混合物として使用し得る。本組成物におけるこの蛍光体の含有量は、特に限定するものではないが、本組成物を基準として、典型的には0.1〜70質量%、あるいは1〜20質量%である。
無機充填剤、例えば、シリカ、ガラス、アルミナ、または酸化亜鉛;ポリメタクリレート樹脂などの有機樹脂微粉体;耐熱剤、染料、顔料、難燃剤、溶剤などは、本発明の目的を損なわないレベルで、本組成物中に任意選択的な成分として組み込むことができる。
本組成物は、硬化が室温または加熱下のいずれかで起こるものであるが、迅速な硬化を達成するために組成物を加熱することが最も典型的である。加熱温度は、一般に50〜200℃である。
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させることによって形成される。硬化物の形態は、特に限定されず、例えば、シートまたはフィルムの形態であることができる。硬化物は、単体で取り扱うことができるが、硬化物が光半導体素子を被覆または封止している状態で取り扱うこともできる。
次に、本発明の光半導体デバイスについて詳細に説明する。
本発明の光半導体デバイスの特徴は、上記の硬化性シリコーン組成物の硬化物によって光半導体素子が封止されている。本発明の光半導体デバイスの例としては、発光ダイオード(LED)、フォトカプラー、CCDが挙げられる。加えて、光半導体素子の例としては、発光ダイオード(LED)チップおよび固体画像検出デバイスが挙げられる。
図1は、本発明の光半導体デバイスの一例である片面実装型LEDの断面図である。図1に示したLEDでは、LEDチップ1が、リードフレーム2にダイボンドされており、LEDチップ1およびリードフレーム3が、ボンディングワイヤ4によってワイヤーボンドされている。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は、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に示した表面実装型LEDを製造するための方法の一例は、LEDチップ1をリードフレーム2にダイボンディングし、このLEDチップ1およびリードフレーム3を金属ボンディングワイヤ4によってワイヤボンディングすることと、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することと、次いで、その硬化性シリコーン組成物を50〜200℃に加熱することによって硬化させることと、を含む。
本発明の硬化性シリコーン組成物、その硬化物、および光半導体デバイスについて、実施例を使用して説明する。実施例中、Me、Vi、Phは、それぞれメチル基、ビニル基、およびフェニル基を表す。さらに、物性値は25℃で測定した値であり、硬化物の物性は下記のように測定した。
[硬化物の屈折率]
硬化物を、硬化性シリコーン組成物を循環熱風オーブン内で150℃で2時間加熱することによって製造する。この硬化物の25℃および633nmの波長における屈折率を、屈折計を使用して測定した。
[硬化物の機械的特性]
硬化性シリコーン組成物を150℃で1時間加熱することによって、厚さ0.5mmを有する硬化物を調製した。その硬化物の引張強度(MPa)および伸び(%)を、JIS K 6251に準拠して測定した。
[硬化物の透過率の低下]
硬化性シリコーン組成物を150℃で1時間加熱することによって、光路長2.0mmを有する硬化物を調製した。硬化物の光透過率を波長450nmで測定した。
次いで、硬化物を、200℃の温度に500時間、または250℃の温度に250時間、曝露した。上記と同様にして、熱処理後の硬化物の光透過率を測定した。硬化物の透過率の低下は、下記の式に基づいて算出した。
[等式1]
透過率の低下=((X−Y)/X)×100
X:硬化物の初期透過率
Y:熱処理後の硬化物の透過率
[実施例1]
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)4,200を有し、かつ下記の平均単位式:
(PhMeSiO1/20.29(SiO4/20.71
によって表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン7.2質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより5,800mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
[実施例2]
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)2,300を有し、かつ下記の平均単位式:
(PhMeSiO1/20.26(SiO4/20.74
によって表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン7.2質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより31,000mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
[実施例3]
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)3,600を有し、かつ下記の平均単位式:
(PhMeSiO1/20.28(MeViSiO2/20.02(SiO4/20.70
によって表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン8.3質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより7,500mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
[実施例4]
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)6,100を有し、かつ下記の平均単位式:
(PhMeSiO1/20.28(MeViSiO2/20.02(SiO4/20.70
によって表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン7.4質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより750,000mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
比較例1
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)5,100を有し、かつ下記の平均単位式:
(PhMeSiO1/20.28(MeViSiO1/20.01(SiO4/20.71
で表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン7.8質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより13,000mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
比較例2
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン70.0質量部と、標準ポリスチレン換算ゲル透過クロマトグラフィーに基づく数平均分子量(Mn)1,300を有し、かつ下記の平均単位式:
(MeViSiO1/20.25(PhSiO3/20.75、
によって表されるオルガノポリシロキサン30.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン13.6質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより3,300mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
比較例3
下式:
ViMeSiO(PhMeSiO)25SiMeVi、
によって表されるオルガノポリシロキサン100.0質量部と、下記の平均単位式:
(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.40
によって表されるオルガノポリシロキサン10.3質量部(本成分中のケイ素結合水素原子の数が、上記オルガノポリシロキサン中のビニル基1モルに対して1.0モルである量で)と、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン中白金−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溶液0.25質量部(0.1質量%の白金を含有する溶液)と、を混合し、それにより1,400mPa・sの粘度を有する硬化性シリコーン組成物を製造した。この硬化性シリコーン組成物の硬化物の物性値を評価した。これらの結果を表1に示す。
Figure 2021512974
産業上の利用可能性
本発明の硬化性シリコーン組成物は、電気的または電子的な接着剤、ボンディング剤、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、高い反応性を有し、高温条件下で良好な機械的特性および透明性の保持を有する硬化物を形成することができ、したがって、発光ダイオード(LED)などの光半導体デバイスにおいて光半導体素子のための封止剤または保護コーティング材としての使用に適する。
記号の説明
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ー
5 枠材
6 硬化性シリコーン組成物の硬化物

Claims (8)

  1. 硬化性シリコーン組成物であって、
    (A)分子中に少なくとも2つのアルケニル基および少なくとも1つのアリール基を有する直鎖状オルガノポリシロキサン100質量部と、
    (B)下記の平均単位式:
    (R SiO1/2(R SiO2/2(SiO4/2
    (式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基であり、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基、または6〜20個の炭素原子を有するアリール基であり、添字a、b、およびcは、次の条件、0.1≦a≦0.6、0≦b≦0.1、0.4≦c≦0.9、かつa+b+c=1を満たす数である)によって表される分岐状オルガノポリシロキサン10〜60質量部と、
    (C)この成分におけるケイ素原子結合水素原子の数が、成分(A)および(B)における総アルケニル基1モル当たり0.4〜5モルとなるよう量で、分子中において少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノシロキサンと、
    (D)有効量のヒドロシリル化反応触媒と、を含む、硬化性シリコーン組成物。
  2. 成分(A)が、下記の一般式
    SiO(R SiO)SiR
    によって表され、式中、Rは、同じかまたは異なり、脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の一価炭化水素基であり、分子中の少なくとも1つのRは、6〜12個の炭素原子を有するアリール基であり、Rは、同じかまたは異なり、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基であり、添字mは、正の数である、請求項1に記載の硬化性シリコーン組成物。
  3. 成分(B)が、少なくとも1500の数平均分子量(Mn)を有する、請求項1または2に記載の硬化性シリコーン組成物。
  4. 成分(C)が、
    (C1)下記の一般式:
    HR SiO(R SiO)SiR
    (式中、Rは、同じかまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜12個の炭素原子を有するアリール基であり、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、添字nは、1〜100の数である)によって表されるオルガノシロキサン、
    (C2)分子中に少なくとも2個のケイ素結合水素原子を有し、かつ下記の平均単位式:
    (HR SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2
    (式中、各Rは、独立して選択され、かつ上で定義され、分子中の少なくとも1つのRは、アリール基であり、添字d、e、およびfは、次の条件、0.1<d≦0.7、0≦e≦0.5、0.1≦f<0.9、およびd+e+f=1を満たす数である)によって表されるオルガノポリシロキサン、または
    成分(C1)と(C2)との混合物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物を硬化させることによって得られる硬化物。
  6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物の硬化物によって封止された光半導体素子を含む光半導体デバイス。
  7. 光半導体デバイスであって、
    光半導体素子と、
    前記光半導体素子を封止する硬化物であって、請求項5に記載の硬化物である、硬化物と、を含む、光半導体デバイス。
  8. 硬化物を調製するための方法であって、
    硬化性シリコーン組成物を提供することと、
    前記硬化性シリコーン組成物を硬化させて前記硬化物を得ることと、を含み、
    前記硬化性シリコーン組成物が、請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物である、方法。
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