JP5045861B2 - 熱硬化型シリコーン樹脂組成物、ならびに、これを用いて得られるシリコーン樹脂含有構造体および光半導体素子封止体 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(6)を提供する。
R 10 a −Sn−[O−CO−R 11 ] 4-a (c1)
Zn(O−CO−R 1 ) 2 (d1)
Zn(R 2 COCHCOR 3 ) 2 (d2)
(式(c1)中、R 10 は炭素数1以上のアルキル基を示し、R 11 は直鎖状であっても分岐状であってもよく、不飽和結合を有していてもよく、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を示し、aは1〜3の整数を示す。
式(d1)中、R 1 は、炭素数1〜18のアルキル基またはアリール基を示す。
式(d2)中、R 2 、R 3 は、同一または異なって、炭素数1〜18の1価の炭化水素基またはアルコキシ基を示す。)
本発明の熱硬化型シリコーン樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)は、シラノール基を有するオルガノポリシロキサン(A)と、アルコキシシリル基を有するシラン化合物(B)と、スズ化合物(C)と、亜鉛化合物(D)とを含有し、上記スズ化合物(C)の含有量が、上記オルガノポリシロキサン(A)および上記シラン化合物(B)の合計100質量部に対して0.001〜1質量部であり、上記亜鉛化合物(D)の含有量が、上記オルガノポリシロキサン(A)および上記シラン化合物(B)の合計100質量部に対して0.01〜5質量部であり、上記亜鉛化合物(D)に対する上記スズ化合物(C)の質量比(C/D)の値が1未満である、熱硬化型シリコーン樹脂組成物である。
以下、本発明の組成物が含有する各成分について詳細に説明する。
本発明の組成物に含有されるオルガノポリシロキサン(A)は、シラノール基を1分子中に1個以上、好ましくは2個以上有する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(A)が有する炭化水素基としては、特に限定されず、例えば、フェニル基などの芳香族基;アルキル基;アルケニル基;等が挙げられる。
オルガノポリシロキサン(A)の主鎖は、直鎖状、分岐状、または、網目状のいずれであってもよい。また、一部に炭素数1〜6のアルコキシシリル基を有していてもよい。
このようなオルガノポリシロキサン(A)としては、2個のシラノール基が両末端に結合しているオルガノポリジメチルシロキサンであるのが好ましく、2個のシラノール基が両末端に結合している直鎖状のオルガノポリジメチルシロキサン(直鎖状オルガノポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール)であるのがより好ましく、具体例としては、下記式(a1)で表されるものが挙げられる。
R4が示す炭素数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基などの直鎖状または分岐状のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;等が挙げられ、R4が示す炭素数1〜18のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、中でも、メチル基、フェニル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
式(a1)中、nは、オルガノポリシロキサン(A)の重量平均分子量に対応する数値とすることができ、10〜15,000の整数であるのが好ましい。
また、シリコーンレジンA1は、アルコキシシリル基を有していてもよい。シラノール基およびアルコキシ基を有するレジンとしては、例えば、MKレジン(旭化成ワッカーシリコーン社製)等が挙げられる。
具体的には、例えば、R3SiOMeとSi(OMe)4とを、所望によりR2Si(OMe)2および/またはRSi(OMe)3とともに、有機溶媒中で共加水分解し縮合させればよい(各式中、Rはそれぞれ独立に非置換または置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を表わし、Meはメチル基を表わす)。
有機溶媒としては、共加水分解・縮合反応により生成するオルガノポリシロキサンを溶解することのできるものが好ましく、具体例としては、トルエン、キシレン、塩化メチレン、ナフサミネラルスピリット等を挙げることができる。
オルガノポリシロキサン(A)の分子量は、1,000〜1,000,000であるのが好ましく、6,000〜100,000であるのがより好ましい。
なお、本発明において、オルガノポリシロキサン(A)の分子量は、クロロホルムを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
オルガノポリシロキサン(A)は、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物は、熱硬化性の観点から、シラン化合物(B)を含有する。本発明の組成物が含有するシラン化合物(B)は、1分子中に1個以上、好ましくは2個以上のアルコキシシリル基を有する。ここで、アルコキシシリル基とは、ケイ素原子に直接結合しているアルコキシ基をいう。
シラン化合物(B)成分としては、例えば、1分子中1個のケイ素原子を有し、ケイ素原子にアルコキシ基が2個以上結合している化合物(以下、「シラン化合物B1」ともいういう);1分子中2個以上のケイ素原子を有し、骨格がポリシロキサン骨格であり、ケイ素原子に結合しているアルコキシ基を2個以上有するオルガノポリシロキサン(以下、「シラン化合物B2」ともいう);等が挙げられる。
シラン化合物B1としては、例えば、下記式(b1)で表されるものが挙げられる。
Si(OR5)nR6 4-n (b1)
式(b1)中、nは2,3または4を示し、R5はアルキル基を示し、R6は有機基を示す。R6が示す有機基は、シラン化合物(B)が有することができる有機基として記載したものと同義である。
なお、(メタ)アクリロキシトリアルコキシシランは、アクリロキシトリアルコキシシランまたはメタクリロキシトリアルコキシシランであることを意味する。(メタ)アクリレート基、(メタ)アクリロキシアルキル基についても同様である。
シラン化合物B2としては、例えば、下記式(b2−1)で表される化合物が挙げられる。
R7 mSi(OR8)nO(4-m-n)/2 (b2−1)
式(b2−1)中、R7は有機基であり、R8は水素および/またはアルキル基であり、mは0<m<2、nは0<n<2、m+nは0<m+n≦3である。ここで、R7が示す有機基は、シラン化合物(B)が有することができる有機基として記載したものと同義であり、R8が示すアルキル基は、シラン化合物(B)が有することができる有機基としてのアルキル基として記載したものと同義である。
メチルメトキシオリゴマーは、市販品を使用することができ、例えば、x−40−9246(重量平均分子量:6000、信越化学工業社製)が挙げられる。
シラン化合物B3は、例えば、両末端シラノール基を有するポリシロキサン1モルに対してアルコキシリル基を有するシラン化合物1モル以上を脱アルコール縮合した反応物として得ることができる。
シラン化合物B3を製造するために使用される、アルコキシ基を有するシラン化合物としては、例えば、上述した、式(b1)で表される化合物、式(b2−1)で表される化合物等が挙げられる。
シラン化合物B3としては、例えば、下記式(b3)で表されるものが挙げられる。
式(b3)で表される化合物は、例えば、両末端にシラノール基を有するポリシロキサンを、テトラメトキシシラン(式(b1)で表される化合物に相当する)で変性することによって製造することができる。
また、上述したオルガノポリシロキサン(A)がシリコーンレジンA1を用いる場合には、シラン化合物(B)としては、(メタ)アクリル官能性の(メタ)アクリロキシアルキルトリアルコキシシランであるのが好ましい。
なお、シラン化合物(B)がシラン化合物B2である場合、その分子量は、クロロホルムを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量であるものとする。
シラン化合物(B)は、1主単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
シラン化合物(B)の量は、オルガノポリシロキサン(A)100質量部に対して、0.5〜2000質量部であるのが好ましく、10〜2000質量部であるのがより好ましい。
本発明の組成物は、スズ化合物(C)を含有する。なお、「スズ化合物」とは、スズ(Sn)を含有する化合物のことをいう。
スズ化合物(C)の含有量は、オルガノポリシロキサン(A)およびシラン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.001〜1質量部であり、本発明の組成物の室温での増粘が抑制されて、室温での安定性により優れるという理由から、0.001〜0.5質量部であるのが好ましく、0.01〜0.1質量部であるのがより好ましい。
R10 a−Sn−[O−CO−R11]4-a (c1)
式(c1)中、R10はアルキル基を示し、R11は炭化水素基を示し、aは1〜3の整数を示す。
R10が示すアルキル基としては、例えば、炭素数1以上のものが挙げられ、具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、オクチル基等が挙げられる。
R11が示す炭化水素基としては、特に限定されず、直鎖状であっても分岐状であってもよく、不飽和結合を有していてもよく、酸素原子、窒素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を有していてもよく、例えば、メチル基、エチル基などの脂肪族炭化水素基;脂環式炭化水素基;芳香族炭化水素基;これらの組み合わせ;等が挙げられる。
なお、人体への影響の観点からは、ジオクチル錫系のものが好ましく、例えば、ジオクチルスズビス(アセチルアセトナート)、ジオクチルスズ塩と正ケイ酸エチルとの反応物等が工業的に入手可能である。
スズ化合物(C)の製造方法については、特に限定されず、例えば、従来公知の方法によって製造することができる。
本発明の組成物には、スズ化合物(C)と併用させて、このスズ化合物(C)による湿気硬化性を遅延させるため、亜鉛化合物(D)が含有される。
本発明においては、亜鉛化合物(D)の含有量が、スズ化合物(C)の含有量よりも多い。すなわち、本発明においては、亜鉛化合物(D)に対するスズ化合物(C)の質量比(C/D)の値が1未満である。これにより、本発明の組成物は、室温での増粘が抑制されて、室温での安定性が優れる。
本発明の組成物が含有する亜鉛化合物(D)としては、亜鉛を含む化合物であれば特に限定されず、例えば、リン酸亜鉛などの亜鉛塩;亜鉛錯体;亜鉛アルコラート;亜鉛華、スズ酸亜鉛などの亜鉛酸化物;等が挙げられる。
これらのうち、耐硫化性、透明性により優れるという観点から、亜鉛塩および/または亜鉛錯体であるのが好ましい。
ここで、亜鉛塩としては、亜鉛と酸(無機酸、有機酸を含む。)とから形成される塩であれば特に限定されない。また、亜鉛錯体としては、亜鉛と配位子とから形成されるキレート化合物であれば特に限定されない。
なお、本発明において、亜鉛化合物(D)は、耐熱着色性の観点から、実質的に、ベンツイミダゾール塩を含まないのが好ましい。
Zn(O−CO−R1)2 (d1)
式(d1)中、R1は、炭素数1〜18のアルキル基またはアリール基を示す。また、式(d1)中のCOは、カルボニル基(C=O)である。
R1が示す炭素数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、1−エチルペンチル基、ネオノニル基、ネオデシル基等が挙げられる。
R1が示す炭素数1〜18のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
式(d1)で表される亜鉛化合物(D)が塩である場合、亜鉛塩としては、例えば、下記式(d1′)で表されるものが挙げられる。
式(d1)で表される亜鉛化合物(D)としては、例えば、亜鉛アセテート、亜鉛2−エチルヘキサノエート、亜鉛オクトエート、亜鉛ネオデカネート、亜鉛アセチルアセテート、亜鉛(メタ)アクリレート、亜鉛サリチレート等が挙げられる。
Zn(R2COCHCOR3)2 (d2)
式(d2)中、R2、R3は、同一または異なって、炭素数1〜18の1価の炭化水素基またはアルコキシ基を示す。式(d2)中の(R2COCHCOR3)は、それぞれ、下記式のいずれかであり、「C−O−」で亜鉛と結合する。
式(d2)中のR2、R3が示すアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
式(d2)で表される亜鉛化合物(D)としては、例えば、ビス(アセチルアセトナート)亜鉛錯体、2,2,6,6,6テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート亜鉛錯体等が挙げられる。
亜鉛化合物(D)は、1主単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この際に用いる酸としては、特に限定されず、例えば、リン酸などの無機酸;ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリル酸、2−エチルヘキサン酸、(メタ)アクリル酸、ネオデカン酸などの有機酸;これらのエステル;等が挙げられる。
本発明の組成物は、さらに、ジルコニウム化合物(E)および/またはハフニウム化合物(F)を含有してもよい。これらは、縮合触媒であると同時に、本発明の組成物の高温下での長期信頼性を良好にするものである。
ジルコニウム化合物(E)および/またはハフニウム化合物(F)は、本発明の組成物の初期硬化時または初期硬化後の加熱に際して、ルイス酸として作用し、オルガノポリシロキサン(A)とシラン化合物(B)との架橋反応を促進すると考えられる。
より詳細には、ジルコニウム化合物(E)および/またはハフニウム化合物(F)は、加熱によって活性化され、シラノール基を(例えば、シラノール基どうしの反応やシラノール基とアルコキシシリル基との反応によって)、縮合させることができる。こうして、本発明の組成物は、加熱によって全体的に均一に硬化される。
以下では、ジルコニウム化合物(E)とハフニウム化合物(F)とについて個別に説明する。
まず、ジルコニウム化合物(E)について説明する。ジルコニウム化合物(E)は、ジルコニウム原子と有機基とを有するものであれば特に限定されない。
ここで、ジルコニウムが有する有機基としては、例えば、有機カルボキシレート(−O−CO−R);アルコキシ基、フェノキシ基などの、炭化水素基がオキシ基と結合したのもの(−O−R);配位子;これらの組み合わせ;等が挙げられる。
化合物E1は、ジルコニル[(Zr=O)2+]を構成要素として含むジルコニウム金属塩である。本発明の組成物は、化合物E1を含むことにより、熱硬化性により優れる。
化合物E1のジルコニウム金属塩を製造するために使用される酸としては、特に限定されず、例えば、カルボン酸が挙げられ、カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、オクチル酸(2−エチルヘキサン酸)、ノナン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などの脂肪族カルボン酸;ナフテン酸、シクロヘキサンカルボン酸などの脂環式カルボン酸;安息香酸などの芳香族カルボン酸;等が挙げられる。
脂肪族カルボン酸塩としては、例えば、ジオクチル酸ジルコニル、ジネオデカン酸ジルコニル等が挙げられる。脂環式カルボン酸塩としては、例えば、ナフテン酸ジルコニル、シクロヘキサン酸ジルコニル等が挙げられる。芳香族カルボン酸塩としては、例えば、安息香酸ジルコニルが挙げられる。
これらのうち、熱硬化性により優れるという理由から、ジオクチル酸ジルコニルおよびナフテン酸ジルコニルのいずれか一方または両方であるのが好ましい。
化合物E1′も同様に、ジルコニル[(Zr=O)2+]を構成要素として含むジルコニル錯体であり、本発明の組成物は、化合物E1′を含むことにより、熱硬化性により優れる。
上記式(e1′)中のR′およびR″が示す炭素数1〜18の1価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜18のアルキル基またはアリール基(上述した式(d1)中のR1が示す炭素数1〜18のアルキル基またはアリール基と同義)が挙げられる。
上記式(e1′)で表されるジルコニル錯体としては、例えば、Rがメチル基を示し、R′がアシル基を示し、nが1を示すアセチルアセトニトリル−2−エチルヘキサノイル−ジルコニル;Rがメチル基を示し、nが0を示すビスアセチルアセトンジルコニル;等が挙げられる。
化合物E2は、上述した式(e2)で表されるように、1〜3個のアシル基(R13−CO−)を有する。式(e2)で表される化合物E2において、アシル基はカルボン酸エステルとして式(e2)に含まれる。式(e2)においてmが2以上である場合、複数のR13は同じでも異なっていてもよい。また、mが1〜2である場合、複数のR13は同じでも異なっていてもよい。
R13が示す炭化水素基は、直鎖状でも分岐状でもよく、不飽和結合を有することができ、ヘテロ原子(例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子など)を有することができる。
R13が示す炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせ等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基;ナフテン環(ナフテン酸由来のシクロパラフィン環);アダマンチル基、ノルボルニル基などの縮合環系炭化水素基;等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アズレン等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基等が挙げられる。
これらのうち、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基であることが好ましく、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ナフテン環(R13COO−としてのナフテート基)、フェニル基がより好ましく、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ナフテン環がさらに好ましい。
芳香族炭化水素基を有するR13COO−としては、例えば、フェニルカルボニルオキシ基、ナフチルカルボニルオキシ基、アズリルカルボキシ基等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基を有するR13COO−としては、例えば、アセテート、プロピオネート、ブチレート、イソブチレート、オクチル酸エステル、2−エチルヘキサン酸エステル、ノナン酸エステル、ラウリン酸エステル等が挙げられる。
これらのうち、脂環式炭化水素基を有するR13COO−、芳香族炭化水素基を有するR13COO−、2エチルヘキサノエートが好ましく、シクロプロピルカルボニルオキシ基、シクロペンチルカルボニルオキシ基、シクロヘキシルカルボニルオキシ基、アダマンチルカルボニルオキシ基、ナフテート基、フェニルカルボニルオキシ基がより好ましく、シクロプロピルカルボニルオキシ基、シクロペンチルカルボニルオキシ基、シクロヘキシルカルボニルオキシ基、アダマンチルカルボニルオキシ基、ナフテート基がさらに好ましい。
R14が示す炭化水素基としては、直鎖状でも分岐状でもよく、不飽和結合を有することができ、ヘテロ原子(例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子など)を有することができる。
R14が示す炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせ等が挙げられる。
1〜3個のアシル基を有するアルコシキ基含有ジルコニウム金属塩としては、例えば、ジルコニウムトリブトキシモノナフテート、ジルコニウムトリブトキシモノイソブチレート、ジルコニウムトリブトキシモノ2エチルヘキサノエート、ジルコニウムトリブトキシモノネオデカネート、ジルコニウムジブトキシジナフテート、ジルコニウムジブトキシジイソブチレート、ジルコニウムジブトキシジ2エチルヘキサノエート、ジルコニウムジブトキシジネオデカネート、ジルコニウムモノブトキシトリナフテート、ジルコニウムモノブトキシトリイソブチレート、ジルコニウムモノブトキシトリ2エチルヘキサノエート、ジルコニウムモノブトキシトリネオデカネートが挙げられ、なかでも、ジルコニウムトリブトキシモノナフテート、ジルコニウムトリブトキシモノイソブチレート、およびジルコニウムトリブトキシモノ2エチルヘキサノエート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。
Zrアルコラートとカルボン酸との反応については、D.C.Bradley著「Metal alkoxide」Academic Press(1978)を参考することができる。
次に、ハフニウム化合物(F)について説明する。ハフニウム化合物(F)は、ハフニウム原子および有機基を有する化合物であれば特に限定されないが、本発明の組成物の高温下での長期信頼性がより優れるという理由から、下記式(f1)で表される化合物および/または下記式(f2)で表される化合物であるのが好ましい。
式(f1)中のR15が示す炭化水素基は、直鎖状でも分岐状でもよく、不飽和結合を有することができ、ヘテロ原子(例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子など)を有することができる。
R15が示す炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基(アルキル基;アリル基などの不飽和脂肪族炭化水素基;等を含む)、脂環式炭化水素基、アリール基(芳香族炭化水素基)、これらの組み合わせ等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基;ナフテン環(ナフテン酸由来のシクロパラフィン環);アダマンチル基、ノルボルニル基などの縮合環系炭化水素基;等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アズレン等が挙げられる。
これらのうち、熱硬化性により優れ、耐硫化性に優れるという観点から、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせであるのが好ましく、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ナフテン環、アダマンチル基、ノルボルニル基、フェニル基、ナフチル基およびアズレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であるのがより好ましく、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ナフテン環(R15COO−としてのナフテート基)、フェニル基であるのがさらに好ましく、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ナフテン環であるのが特に好ましい。
式(f2)中のR16は、式(f1)中のR16と同義である。
式(f2)中のR17,R18が示す炭素数1〜18の炭化水素基は、式(f1)中のR15が示す炭化水素基のうち炭素数が1〜18であるものと同様である。
式(f2)中のR17,R18が示すアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などの炭素数1〜18のアルコキシ基が挙げられる。
式(f2)中のR17,R18は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子などのハロゲンを有していてもよい。
なお、式(f2)において、R17とR18とは、入れ替わってもよい。
本発明の組成物は、本発明の目的や効果を損なわない範囲で、必要に応じてさらに添加剤を含有することができる。
添加剤としては、例えば、無機フィラーなどの充填剤、酸化防止剤、滑剤、紫外線吸収剤、熱光安定剤、分散剤、帯電防止剤、重合禁止剤、消泡剤、硬化促進剤、溶剤、蛍光物質(無機物、有機物)、老化防止剤、ラジカル禁止剤、接着性改良剤、難燃剤、界面活性剤、保存安定性改良剤、オゾン老化防止剤、増粘剤、可塑剤、放射線遮断剤、核剤、カップリング剤、導電性付与剤、リン系過酸化物分解剤、顔料、金属不活性化剤、物性調整剤、接着付与剤、接着助剤等が挙げられる。
ビス(アルコキシ)アルカンとしては、例えば、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,6−ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、1,7−ビス(トリメトキシシリル)ヘプタン、1,8−ビス(トリメトキシシリル)オクタン、1,9−ビス(トリメトキシシリル)ノナンおよび1,10−ビス(トリメトキシシリル)デカンからなる群から選ばれる少なくとも1種であるのが好ましく、1,6−ビス(トリメトキシシリル)へキサンがより好ましい。
イソシアヌレート誘導体としては、下記式で表されるものであるのが好ましい。
上記式中のRが示す有機基としては、特に制限されず、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などのアリール基;ベンジル基、フェネチル基などのアラルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;ハロゲン化アルキル基;等が挙げられる。
また、上記式中のRが示す脂肪族不飽和結合を有する一価の炭化水素基としては、特に制限されず、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、ヘプテニル基などの炭素数2〜8の不飽和炭化水素基が挙げられる。
上記式で表されるイソシアヌレート誘導体としては、例えば、トリス−(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートが挙げられる。
これらの接着付与剤または接着助剤は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、本発明の組成物は、作業環境性に優れるという理由から、実質的に溶媒を含まないのが好ましい。本発明において「実質的に溶媒を含まない」とは、本発明の組成物中における溶媒の量が1質量%以下であることをいう。
また、本発明の組成物は、例えば、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用途に用いることができる。
本発明の組成物は、透明性、耐硫化性により優れるという理由から、銀を含む部材の存在下で使用されるのが好ましい。本発明の組成物から得られるシリコーン樹脂層は、被着体と接着することができる。
本発明の組成物の使用方法としては、例えば、銀を含む部材の存在下で本発明の組成物を硬化させる硬化工程を備える使用方法が挙げられる。以下、当該使用方法を、本発明の組成物の使用方法(以下、「本発明の使用方法」ともいう。)として説明する。
本発明のシリコーン樹脂含有構造体は、銀を含む部材と、上記部材を覆う、本発明の組成物を硬化させて得られるシリコーン樹脂層と、を備える。上記シリコーン樹脂層は、上記部材を、直接覆ってもよく、別の層(例えば、樹脂層、ガラス層、空気層)を介して覆ってもよい。
本発明のシリコーン樹脂含有構造体が光半導体素子を有する態様としては、例えば、上記シリコーン樹脂層が、光半導体素子を介して、上記部材を覆う態様(すなわち、光半導体素子が、上記シリコーン樹脂層と上記部材との間にある態様);上記シリコーン樹脂層が、並列に配置された光半導体素子と上記部材とを直接覆う態様;等が挙げられる。また、後者の態様においては、間隔を空けて並列に配置された2個の上記部材の間に、光半導体素子が配置されていてもよい。
図1は、本発明のシリコーン樹脂含有構造体としての積層体の一例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、積層体100は、銀を含む部材120を備える。部材120の上には、シリコーン樹脂層102が直接的に配置されている。
図2は、本発明のシリコーン樹脂含有構造体としての積層体の別の一例を模式的に示す断面図である。図2に示すように、積層体200は、銀を含む部材220を備える。部材220の上には、光半導体素子203が直接的に配置され、光半導体素子203の上には、シリコーン樹脂層202が直接的に配置されている。なお、シリコーン樹脂層202と光半導体素子203との間に、図示しない透明な層(例えば、樹脂層、ガラス層、空気層等)が配置されていてもよい。
本発明の光半導体素子封止体は、凹部を有する枠体と、上記凹部の底部に配置された光半導体素子と、上記凹部の内側面に配置された銀を含む部材と、上記凹部に充填されて上記光半導体素子と上記部材とを封止する、本発明の組成物を硬化させて得られる封止材と、を備える。
銀を含む部材としては、特に限定されず、例えば、本発明の使用方法に用いられる銀を含む部材として例示したものが挙げられる。また、光半導体素子としては、特に限定されず、例えば、本発明の組成物を封止材として使用できる光半導体素子として例示したものが挙げられる。本発明の光半導体素子封止体は、1個当たり、1または2以上の上記光半導体素子を有することができる。
図3は、本発明の光半導体素子封止体の一例を模式的に示す断面図である。図3に示すように、光半導体素子封止体300は、凹部302を有する枠体304を備える。凹部302の底面は開口している。そのため、枠体304には、この開口を囲うようにして端部(端部312、端部314)が形成されている。枠体304の下方位置には、外部電極309を有する基板310が配置されている。基板310は、凹部302の底部を形成している。凹部302の底部には、光半導体素子303が配置されている。光半導体素子303は、上面が発光層(図示せず)となる向きで、凹部302に配置される。光半導体素子303の下面は、マウント部材301によって固定される。マウント部材301は、例えば、銀ペースト、樹脂等である。光半導体素子303の各電極(図示せず)と外部電極309とは、導電性ワイヤー307によってワイヤーボンディングされている。
封止材308は、凹部302において、斜線部306まで充填されていてもよい。また、凹部302において308で示す部分を他の透明な層とし、封止材308を斜線部306にのみ配置するようにしてもよい。このような封止材308は、蛍光物質等を含有することができる。
また、凹部302に充填された封止材308は、低硬度で硬化収縮が小さいため、硬化収縮によって凹部302から剥がれたり、導電性ワイヤー307が断線したりするのを抑制することができる。
リフレクタ520は、この凹部の底部に配置されていてもよい。光半導体素子503は、基板510上にマウント部材501で固定されている。光半導体素子503の各電極(図示せず)は、導電性ワイヤー507によってワイヤーボンディングされている。樹脂506は、本発明の組成物を用いて形成されてもよい。
図6は、本発明の組成物および/または本発明の光半導体素子封止体を用いたLED表示器の一例を示す模式図である。
図6に示すLED表示器600は、その一部に遮光部材605が配置された筐体604を有する。筐体604の内部には、複数の光半導体素子封止体601がマトリックス状に配置されている。光半導体素子封止体601は、封止材606によって封止されている。
ここで、封止材606としては、本発明の組成物を硬化させて得られる封止材を用いることができる。また、光半導体素子封止体601としては、本発明の光半導体素子封止体を用いることができる。
下記第1表に示す成分を同表に示す量(単位:質量部)で用い、これらを真空かくはん機で均一に混合して熱硬化型シリコーン樹脂組成物を製造した。
なお、下記第1表において、成分(C)の量は、成分(A)と成分(B)との合計量を100質量部とした場合における当該合計量(100質量部)に対する量を示している。これは、成分(D)〜(F)の量についても同様である。
以下に示す方法で、評価を行った。結果を下記第1表に示す。
まず、下記第1表に示す成分を混合して製造した熱硬化型シリコーン樹脂組成物を、55%RH、23℃の条件に置き、24時間経過させた。
次に、24時間以内にゲル化しなかった組成物について、さらに、150℃の条件下で硬化させ、8時間経過後のJIS−A硬さと、168時間経過後のJIS−A硬さ(「飽和硬度」とする)とを測定し、8時間経過後に対する168時間経過後の硬さ上昇(ポイント)を求めた。
ゲル化せず、硬さ上昇が飽和硬度に対して65%を超えた場合は、室温での安定性および熱硬化性に優れるものとして「○」と評価し、硬さ上昇が飽和硬度に対して50〜65%であった場合は熱硬化性にやや劣るものとして「△」と評価し、硬さ上昇が飽和硬度に対して50%より小さかった場合、または、熱硬化型シリコーン樹脂組成物がゲル状でありJIS−A硬さ測定ができなかった場合には熱硬化性または室温での安定性に劣るものとして「×」と評価した。
得られた熱硬化型シリコーン樹脂組成物を、150℃で12時間硬化させて得られた硬化物(厚さ:2mm)について、JIS K0115:2004に準拠して、紫外・可視吸収スペクトル測定装置(島津製作所社製)を用いて、波長400nmにおける透過率(%)を測定した。
透過率(%)が80%以上であれば、透明性に優れるものとして評価できる。
[硬化サンプル作成]
製造された熱硬化型シリコーン樹脂組成物を、銀メッキ上に厚さ1mm程度になるよう塗布し、150℃、3時間の条件で硬化させて、耐硫化性評価用の硬化サンプルを得た。
10Lのデシケーターの底に、粉状に粉砕した硫化鉄10g程度(塩酸0.5mmolに対して大過剰)を置いた。次に、デシケーター内における硫化鉄の上方位置に、硫化鉄に接触しないように目皿(貫通孔を有する)を取り付け、この目皿上に硬化サンプルを置いた。次に、硫化鉄に塩酸0.5mmolを滴下することにより、硫化水素0.25mmol(濃度:理論値として560ppm)を発生させた(反応式:FeS+2HCl→FeCl2+H2S)。
上述した耐硫化性試験の開始(硫化水素の発生)から24時間後に、目視により硬化サンプルにおける銀の変色を確認した。変色が確認されなかった場合には、耐硫化性に優れるものとして「○」と評価し、変色が確認された場合には、耐硫化性に劣るものとして「×」と評価した。
・オルガノポリシロキサン1:下記式で表されるポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(ss10、信越化学工業、重量平均分子量:49000、反応性官能基:シラノール基、平均官能基数:2個)
・オルガノポリシロキサン3:シリコーンレジン(SR1000、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、重量平均分子量:4000、反応性官能基:シラノール基)
・オルガノポリシロキサン4:シラノール基およびフェニル基を有する、メチルフェニルジクロロシランの加水分解縮合物(重量平均分子量:870、反応性官能基:シラノール基)
500mLの3つ口フラスコに、攪拌機とリフラックスコンデンサーとを備え付け、両末端にシラノール基を有するポリシロキサン(ss10、信越化学工業社製)100質量部、テトラメトキシシラン10質量部、および、酢酸0.1質量部を添加し、窒素雰囲気下で100℃で6時間反応させ、1H−NMR分析によってss10が有するシラノール基の消失を確認し、得られた反応物をシラン化合物1とした。シラン化合物1の主たる構造は、下記式で示される。
500mLの3つ口フラスコに、攪拌機とリフラックスコンデンサーとを備え付け、両末端にシラノール基を有するポリシロキサン(ss10、信越化学工業社製)100質量部、メチルトリメトキシシランの部分加水分解物(KC−89、信越化学工業社製)10質量部、および、酢酸0.1質量部を添加し、窒素雰囲気下で140℃で15時間反応させ、1H−NMR分析によってss10が有するシラノール基の消失を確認し、得られた反応物をシラン化合物2とした。シラン化合物2の主たる構造は、下記式で示される。
・シラン化合物4:メトキシ基を14質量%含有するメチル系のアルコキシレジンタイプのシリコーンオリゴマー(XR31−B2733、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、重量平均分子量:20000、反応性官能基:アルコキシシリル基)
・シラン化合物5:アルコキシシリル基およびフェニル基を有し、シラノール基を有さないシリコーンアルコキシオリゴマー(KR480、信越化学工業社製、反応性官能基:アルコキシシリル基)
・スズ化合物2:ジオクチルスズ塩と正ケイ酸エチル(Si(OC2H5)4)との反応物(s−1、日東化成社製)
・スズ化合物3:ビス(2−エチルヘキサン酸)スズ(ネオスタンU−28、日東化成社製)
・亜鉛化合物1:ビス(2−エチルヘキサン酸)亜鉛(オクトープZn、ホープ製薬社製)
・亜鉛化合物2:下記のとおり製造したビス(ネオデカン酸)亜鉛
酸化亜鉛(関東化学社製)1モルに対してネオデカン酸2モルを加えて室温下で撹拌し、透明の均一な液体(ビス(ネオデカン酸)亜鉛)を得た。得られた液体を亜鉛化合物2とした。
・亜鉛化合物3:ビス(アセチルアセトナート)亜鉛錯体(関東化学社製)
・ジルコニウム化合物2:下記のとおり製造したジルコニウムトリブトキシモノナフテート
87.5質量%濃度のジルコニウムテトラブトキシド(関東化学社製)11.4g(0.026mol)とナフテン酸(東京化成社製、カルボキシ基に結合する炭化水素基の炭素原子数の平均:15、中和価220mg、以下同様。)6.6g(0.026mol)とを三ツ口フラスコに投入し窒素雰囲気下、室温で2時間程度攪拌し目的合成物とした。
なお、ナフテン酸の中和価はナフテン酸1gを中和するのに必要なKOHの量である。
合成物の定性はフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いてその分析を行った。その結果、カルボン酸由来のCOOHに帰属される1700cm-1付近の吸収が反応後は消失し、1450〜1560cm-1付近のCOOZrに由来するピークを確認した。
得られた合成物をジルコニウム化合物2とする。ジルコニウム化合物2が有するナフテート基(RCOO−)中のRの平均炭素原子数は15である。
45質量%濃度のハフニウムテトラブトキシド(Gelest社製)4.7g(0.01mol)とナフテン酸(東京化成社製、カルボキシ基に結合する炭化水素基の炭素原子数の平均:15、中和価220mg。なお、ナフテン酸の中和価はナフテン酸1gを中和するのに必要なKOHの量である。)2.55g(0.01mol)とを三ツ口フラスコに投入し窒素雰囲気下、室温で2時間程度攪拌し目的合成物とした。
合成物の定性はフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いてその分析を行った。その結果カルボン酸由来のCOOHに帰属される1700cm-1付近の吸収が反応後は消失し、1,450〜1,560cm-1付近のCOOHfに由来するピークを確認した。
得られた合成物をハフニウム化合物1とする。ハフニウム化合物1が有するナフテート基(RCOO−)中のRの平均炭素原子数は15である。
・アルミニウム化合物:エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロポキシド(商品名:ALCH、川研ファインケミカル社製)
・エポキシ化合物:エポキシシランオリゴマー(商品名:x−41−1053、信越化学工業社製)
・ビスアルコキシアルカン:ビストリメトキシシリルヘキサン(商品名:Z6830、東レ・ダウコーニング社製)
・イソシアヌレート誘導体:トリス−(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート(商品名:x−12−965、信越化学工業社製)
より詳細に見ると、スズ化合物または亜鉛化合物のいずれか一方のみを含有していても室温での安定性および熱硬化性は優れないが(比較例1〜5,9〜13)、両者を併用することによって熱硬化性に優れることが分かった(実施例1〜12)。
なお、亜鉛化合物に対するスズ化合物の質量比(C/D)の値が1以上である比較例6〜8は、ゲル化し、室温での安定性に劣っていた。
また、スズ化合物にチタン化合物を併用させた比較例9、および、スズ化合物にアルミニウム化合物を併用させた比較例10は、ゲル化し、室温での安定性が劣っていた。
本発明の組成物は、室温での安定性に優れ、可使時間を十分な長さで設定することができ、室温での安定性および熱硬化性のバランスに優れる。
102,202 シリコーン樹脂層
120,220 部材
203,303,503 光半導体素子
300,400,500,601 光半導体素子封止体
301,501 マウント部材
302 凹部
304 枠体
306 斜線部
307,507 導電性ワイヤー
308,502,606 封止材(他の透明な層)
309 外部電極
312,314 端部
310,510 基板
320,520 リフレクタ
401 レンズ
506 樹脂
600 LED表示器
604 筐体
605 遮光部材
Claims (6)
- シラノール基を有するオルガノポリシロキサン(A)と、アルコキシシリル基を有するシラン化合物(B)と、スズ化合物(C)と、亜鉛化合物(D)とを含有し、
前記スズ化合物(C)の含有量が、前記オルガノポリシロキサン(A)および前記シラン化合物(B)の合計100質量部に対して0.001〜1質量部であり、
前記亜鉛化合物(D)の含有量が、前記オルガノポリシロキサン(A)および前記シラン化合物(B)の合計100質量部に対して0.01〜5質量部であり、
前記亜鉛化合物(D)に対する前記スズ化合物(C)の質量比(C/D)の値が1未満であって、
前記スズ化合物(C)が、2価のスズカルボン酸塩類、下記式(c1)で表される化合物、そのビス型、もしくは、そのポリマー型、または、ジオクチルスズ塩と正ケイ酸エチルとの反応物であり、
前記亜鉛化合物(D)が、下記式(d1)または下記式(d2)で表される亜鉛化合物である、熱硬化型シリコーン樹脂組成物。
R 10 a −Sn−[O−CO−R 11 ] 4-a (c1)
Zn(O−CO−R 1 ) 2 (d1)
Zn(R 2 COCHCOR 3 ) 2 (d2)
(式(c1)中、R 10 は炭素数1以上のアルキル基を示し、R 11 は直鎖状であっても分岐状であってもよく、不飽和結合を有していてもよく、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を示し、aは1〜3の整数を示す。
式(d1)中、R 1 は、炭素数1〜18のアルキル基またはアリール基を示す。
式(d2)中、R 2 、R 3 は、同一または異なって、炭素数1〜18の1価の炭化水素基またはアルコキシ基を示す。) - 前記オルガノポリシロキサン(A)が、
R3SiO1/2単位(式中、Rはそれぞれ独立に非置換または置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を表わす)およびSiO4/2単位を繰り返し単位とし、SiO4/2単位1モルに対するR3SiO1/2単位の割合が0.5〜1.2モルであり、さらに、SiO4/2単位1モルに対し、R2SiO2/2単位およびRSiO3/2単位(各式中、Rはそれぞれ独立に非置換または置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を表わす)のうち少なくとも1つを各単位がそれぞれ1.0モル以下で各単位の合計が1.0モル以下となるように有していてもよく、かつ、シラノール基を6.0質量%未満有する、シリコーンレジンを含む、請求項1に記載の熱硬化型シリコーン樹脂組成物。 - さらに、ジルコニウム化合物(E)および/またはハフニウム化合物(F)を含有する、請求項1または2に記載の熱硬化型シリコーン樹脂組成物。
- さらに、ビス(アルコキシ)アルカンおよび/またはイソシアヌレート誘導体を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化型シリコーン樹脂組成物。
- 銀を含む部材と、
前記部材を覆う、請求項1〜4のいずれかに記載の熱硬化型シリコーン樹脂組成物を硬化させて得られるシリコーン樹脂層と、
を備えるシリコーン樹脂含有構造体。 - 凹部を有する枠体と、
前記凹部の底部に配置された光半導体素子と、
前記凹部の内側面に配置された銀を含む部材と、
前記凹部に充填されて前記光半導体素子と前記部材とを封止する、請求項1〜4のいずれかに記載の熱硬化型シリコーン樹脂組成物を硬化させて得られる封止材と、
を備える光半導体素子封止体。
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