JP4913858B2 - 熱硬化性シリコーン樹脂用組成物 - Google Patents
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Description
〔1〕 (1)両末端シラノール型シリコーン樹脂、(2)アルケニル基含有ケイ素化合物、(3)エポキシ基含有ケイ素化合物、(4)オルガノハイドロジェンシロキサン、(5)縮合触媒、及び(6)ヒドロシリル化触媒を含有してなる、熱硬化性シリコーン樹脂用組成物であって、
前記両末端シラノール型シリコーン樹脂が、後述の式(I)で表わされる化合物であり、
前記アルケニル基含有ケイ素化合物が、後述の式(II)で表わされる化合物であり、
前記エポキシ基含有ケイ素化合物が、後述の式(III)で表わされる化合物であり、
前記オルガノハイドロジェンシロキサンが、後述の式(IV)で表わされる化合物、及び後述の式(V)で表わされる化合物、からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記縮合触媒が水酸化テトラアルキルアンモニウムである、熱硬化性シリコーン樹脂用組成物、
〔2〕 前記〔1〕記載の組成物を半硬化させてなる、シリコーン樹脂シート、
〔3〕 前記〔2〕記載のシリコーン樹脂シートを硬化させてなる、シリコーン樹脂硬化物、
〔4〕 前記〔2〕記載のシリコーン樹脂シートを用いて光半導体素子を封止してなる、光半導体装置、ならびに
〔5〕 前記〔1〕の組成物を成形してなる、マイクロレンズアレイ
に関する。
(1)両末端シラノール型シリコーン樹脂、
(2)アルケニル基含有ケイ素化合物、
(3)エポキシ基含有ケイ素化合物、
(4)オルガノハイドロジェンシロキサン、
(5)縮合触媒、及び
(6)ヒドロシリル化触媒
を含有する。
本発明における両末端シラノール型シリコーン樹脂としては、各成分との相溶性の観点から、式(I):
で表される化合物が好ましい。なお、本発明においては、両末端シラノール型シリコーン樹脂の末端シラノール基が縮合反応を起こすことから、両末端シラノール型シリコーン樹脂を縮合反応系モノマーという。
本発明におけるアルケニル基含有ケイ素化合物は、アルケニル基がヒドロシリル化反応を起こして樹脂化を行うことから、ヒドロシリル化反応に関するモノマーである。また、アルケニル基以外の置換基は、特に限定されないが、縮合反応に関する官能基である場合には、アルケニル基含有ケイ素化合物は、縮合反応に関するモノマーとヒドロシリル化反応に関するモノマーのいずれとも反応し得る化合物となり、該化合物を介して両反応系の樹脂が結合して、耐熱性により優れる硬化物が得られることになる。なお、本明細書において、縮合反応に関する官能基とは、両末端シラノール型シリコーン樹脂のOH基と縮合反応し得る官能基のことを意味し、具体的には、ハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基、アセトキシ基等が挙げられる。
R2−Si(X1)3 (II)
(式中、R2は置換又は非置換のアルケニル基、X1はハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基又はアセトキシ基を示し、但し、3個のX1は同一でも異なっていてもよい)
で表される、アルケニル基と縮合反応に関する官能基を有する化合物が好ましい。
本発明におけるエポキシ基含有ケイ素化合物は、エポキシ基を含有するのであれば特に限定はなく、エポキシ基がケイ素に直接結合しても、エポキシ基を一部に有する有機基がケイ素に結合していてもよい。また、前記以外の置換基として、縮合反応に関する官能基をエポキシ基含有ケイ素化合物が含有する場合には、該化合物は縮合反応に関するモノマーと結合する。その結果、硬化物中にエポキシ基が良好に分散して存在し、接着性が向上するものと考えられる。なお、本明細書において、エポキシ基及びエポキシ基を一部に有する有機基のことを、「エポキシ構造含有置換基」という。
R3−Si(X2)3 (III)
(式中、R3はエポキシ構造含有置換基、X2はハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基又はアセトキシ基を示し、但し、3個のX2は同一でも異なっていてもよい)
で表される、エポキシ基と縮合反応に関する官能基を有する化合物が好ましい。
本発明におけるオルガノハイドロジェンシロキサンとしては、特に限定はないが、各成分との相溶性の観点から、式(IV):
で表わされる化合物、及び式(V):
で表わされる化合物、からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。なお、本発明においては、オルガノハイドロジェンシロキサンのSiH基がヒドロシリル化反応を起こすことから、オルガノハイドロジェンシロキサンをヒドロシリル化反応に関するモノマーという。
本発明における縮合触媒としては、両末端シラノール型シリコーン樹脂のシラノール基同士の縮合反応を、また、アルケニル基含有ケイ素化合物のX1基及びエポキシ基含有ケイ素化合物のX2基が縮合反応に関する官能基である場合は、両末端シラノール型シリコーン樹脂のシラノール基と、アルケニル基含有ケイ素化合物のSiX1基及びエポキシ基含有ケイ素化合物のSiX2基との縮合反応を触媒する化合物であれば特に限定はなく、塩酸、酢酸、ギ酸、硫酸等の酸;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む水酸化テトラアルキルアンモニウム等の塩基;アルミニウム、チタン、亜鉛、スズ等の金属系触媒が例示される。なかでも、相溶性及び熱分解性等の観点から、水酸化テトラメチルアンモニウムが好ましい。
本発明におけるヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシラン化合物とアルケンとのヒドロシリル化反応を触媒する化合物であれば特に限定はなく、白金黒、塩化白金、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−カルボニル錯体、白金−アセチルアセテート等の白金触媒;パラジウム触媒、ロジウム触媒等が例示される。なかでも、相溶性、透明性及び触媒活性の観点から、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等の白金−カルボニル錯体が好ましい。
ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算にて求める。
25℃、1気圧の条件下でレオメータ(B形粘度計)を用いて測定する。
ガスビュレットを用いて、水素発生量を定量する。具体的には、ガスビュレットを発生する水素ガスが漏れないように反応容器と接続し、室温(25℃)条件下、オルガノハイドロジェンシロキサンを縮合反応に関する成分の混合物を含有する反応系中に添加して、発生した水素ガスの体積(mL)を測定する。なお、水素ガスは30分で殆ど発生しなくなるため、測定時間は1時間とする。
表1に示す組成のシリコーン樹脂用組成物を得た。具体的には、両末端シラノール型シリコーン樹脂〔式(I)中のR1が全てメチル基、n=155で表わされる化合物、平均分子量11,500〕100g(8.70mmol)、アルケニル基含有ケイ素化合物として、ビニルトリメトキシシラン〔式(II)中のR2がビニル基、X1が全てメトキシ基で表わされる化合物〕0.77g(5.20mmol)、及び、エポキシ基含有ケイ素化合物として、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン〔式(III)中のR3が3-グリシドキシプロピル基、X2が全てメトキシ基で表わされる化合物〕0.14g(0.59mmol)[両末端シラノール型シリコーン樹脂のSiOH基のモル数と、アルケニル基含有ケイ素化合物のSiX1基とエポキシ基含有ケイ素化合物のSiX2基の総モル数の比〔SiOH/(SiX1+SiX2)〕=1/1]を攪拌混合後、縮合触媒として水酸化テトラメチルアンモニウムメタノール溶液(濃度10重量%)0.19mL(触媒量:0.17mmol、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して2.0モル)を加え、室温(25℃)で1時間攪拌した。得られたオイルに、オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(IV)中のR4が全てメチル基、a=10、b=10で表わされる化合物、粘度20mPa・s〕2.19g〔アルケニル基含有ケイ素化合物のSiR2基とオルガノハイドロジェンシロキサンのSiH基のモル比(SiR2/SiH)=1/3.0〕、及びヒドロシリル化触媒として白金−1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体(白金濃度2重量%)0.025mL(白金含有量はオルガノハイドロジェンシロキサン100重量部に対して0.02重量部)を加えて、シリコーン樹脂用組成物を得た。
実施例1において、ビニルトリメトキシシランの使用量を0.77g(5.20mmol)から0.85g(5.70mmol)に変更し、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシランの使用量を0.14g(0.59mmol)から0.014g(0.059mmol)に変更した以外は、実施例1と同様にして、シリコーン樹脂用組成物を得た。なお、モル比〔SiOH/(SiX1+SiX2)〕は1/1、モル比(SiR2/SiH)は1/2.7であった。
実施例1において、エポキシ基含有ケイ素化合物として、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン0.14g(0.59mmol)を用いる代わりに、(エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン〔式(III)中のR3が(エポキシシクロヘキシル)エチル基、X2が全てメトキシ基で表わされる化合物〕0.15g(0.59mmol)を用いる以外は、実施例1と同様にして、シリコーン樹脂用組成物を得た。なお、モル比〔SiOH/(SiX1+SiX2)〕は1/1、モル比(SiR2/SiH)は1/3.0であった。
実施例1において、水酸化テトラメチルアンモニウムメタノール溶液(濃度10重量%)の使用量を0.19mL(触媒量:0.17mmol、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して2.0モル)から、0.095mL(触媒量:0.085mmol、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して1.0モル)に変更した以外は、実施例1と同様にして、シリコーン樹脂用組成物を得た。
実施例1において、水酸化テトラメチルアンモニウムメタノール溶液(濃度10重量%)の使用量を0.19mL(触媒量:0.17mmol、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して2.0モル)から、0.048mL(触媒量:0.043mmol、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して0.5モル)に変更した以外は、実施例1と同様にして、シリコーン樹脂用組成物を得た。
実施例1において、ビニルトリメトキシシランの使用量を0.77g(5.20mmol)から0.86g(5.80mmol)に変更し、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン0.14g(0.59mmol)を用いない以外は、実施例1と同様にして、シリコーン樹脂用組成物を得た。なお、モル比〔SiOH/SiX1〕は1/1、モル比(SiR2/SiH)は1/2.7であった。
実施例1〜5、比較例1、又は参考例1の組成物を二軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に500μmの厚さに塗工し、実施例1〜5及び比較例1の組成物は135℃で7分加熱して、参考例1の組成物は室温(25℃)で16時間10分放置して、シート状の半硬化物(シート)を調製した(厚み500μm)。
上記で得られたシートについて、実施例1〜5及び比較例1のシートは150℃で16時間、参考例1のシートは150℃で1時間、それぞれ加熱して調製した。
青色LEDが実装された基板に、実施例1〜5、比較例1、又は参考例1の半硬化状態のシートを被せ、減圧下、160℃で5分間加熱し、0.2MPaの圧力で封止加工後、150℃で1時間加熱することにより、樹脂を完全に硬化させて、光半導体装置Aを作製した。
実施例1〜5、比較例1、又は参考例1の半硬化状態のシート上にマイクロレンズ金型(Ni製、半球状、直径10μm、高さ5μm)を置き、真空ラミネーター(ニチゴーモートン社製、真空ラミネーターV130)を用いて、減圧下、160℃で5分間加熱し、0.2MPaの圧力でプレスすることにより、マイクロレンズアレイ形状をシートに転写した。得られたシート状のマイクロレンズアレイを青色LEDが実装された基板に被せ、減圧下、160℃で5分間加熱し、0.2MPaの圧力で封止加工後、150℃で1時間加熱することにより、樹脂を完全に硬化させて、光半導体装置Bを作製した。
調製直後と室温(25℃)で24時間保存後の半硬化物について、デジタル測長計(MS-5C、ニコン社製)を用いて、センサーヘッドで7g/mm2の荷重をかけた際に、半硬化物の表面からセンサーヘッドが沈んだ距離を測定し、以下の式に基づいてシート硬度を求めた。
シート硬度=[1−{センサーヘッドが沈んだ距離(μm)/半硬化物の膜厚(μm)}]×100
次に、得られたシート硬度の比率(保存後/調製直後×100)を硬度保持率(%)とし、以下の評価基準に従って、保存安定性を評価した。なお、シート硬度の値が大きいほど硬いものであることを示す。
A:硬度保持率が97%超、103%未満
B:硬度保持率が80〜97%、103〜120%
C:硬度保持率が80%未満、120%超
各全硬化物の波長450nmにおける光透過率(%)を、分光光度計(U−4100、日立ハイテク社製)を用いて測定した。光透過率が高いほど光透過性に優れることを示す。
各全硬化物を150℃の温風型乾燥機内に静置し、100時間経過後の全硬化物の外観を目視で観察し、保存前の状態から変色のないものを「○」、あるものを「×」とした。また、200℃の温風型乾燥機内に静置し、24時間経過後の全硬化物の重量を保存前の重量で除した値を残存率(%)とした。保存後の外観の変化がなく、残存率が高いほど耐熱性に優れることを示す。
各半硬化物を42アロイ板に積層し、減圧下、160℃で5分間加熱後、0.2MPaの圧力で圧着させ、その後150℃で16時間加熱して硬化物を調製した。得られた硬化物について、90°ピール試験に従って、その剥離力を測定した。剥離力が高いほど接着性に優れることを示す。
各光半導体装置(A)の封止前後の状態を光学顕微鏡で観察し、光半導体素子が完全に包埋され、ボンディングワイヤーに変形、損傷がないものを「○」、あるものを「×」とした。
各光半導体装置(A、B)に300mAの電流を流してLED素子を点灯させ、試験開始直後の輝度を瞬間マルチ測光システム(MCPD-3000、大塚電子社製)により測定した。その後、LED素子を点灯させた状態で放置し、300時間経過後の輝度を同様にして測定し、下記式により輝度保持率を算出して、耐光性を評価した。輝度保持率が高いほど、耐光性に優れることを示す。
輝度保持率(%)=(300時間経過後の輝度/試験開始直後の輝度)×100
Claims (6)
- (1)両末端シラノール型シリコーン樹脂、(2)アルケニル基含有ケイ素化合物、(3)エポキシ基含有ケイ素化合物、(4)オルガノハイドロジェンシロキサン、(5)縮合触媒、及び(6)ヒドロシリル化触媒を含有してなる、熱硬化性シリコーン樹脂用組成物であって、
前記両末端シラノール型シリコーン樹脂が、式(I):
で表わされる化合物であり、
前記アルケニル基含有ケイ素化合物が、式(II):
R2−Si(X1)3 (II)
(式中、R2は置換又は非置換のアルケニル基、X1はハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基又はアセトキシ基を示し、但し、3個のX1は同一でも異なっていてもよい)
で表わされる化合物であり、
前記エポキシ基含有ケイ素化合物が、式(III):
R3−Si(X2)3 (III)
(式中、R3はエポキシ構造含有置換基、X2はハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基又はアセトキシ基を示し、但し、3個のX2は同一でも異なっていてもよい)
で表わされる化合物であり、
前記オルガノハイドロジェンシロキサンが、式(IV):
で表わされる化合物、及び式(V):
で表わされる化合物、からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記縮合触媒が水酸化テトラアルキルアンモニウムである、熱硬化性シリコーン樹脂用組成物。 - 水酸化テトラアルキルアンモニウムの含有量が、両末端シラノール型シリコーン樹脂100モルに対して、0.1〜50モルである、請求項1記載の組成物。
- 請求項1又は2記載の組成物を半硬化させてなる、シリコーン樹脂シート。
- 請求項3記載のシリコーン樹脂シートを硬化させてなる、シリコーン樹脂硬化物。
- 請求項3記載のシリコーン樹脂シートを用いて光半導体素子を封止してなる、光半導体装置。
- 請求項1又は2記載の組成物を成形してなる、マイクロレンズアレイ。
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