JP5238157B2 - 硬化性シリコーン組成物および電子部品 - Google Patents

硬化性シリコーン組成物および電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、硬化性シリコーン組成物および電子部品に関し、詳しくは、取扱作業性が優れ、オイルブリードが少なく、硬化して、可撓性および接着性が優れる硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物、および該組成物の硬化物により封止もしくは接着され、信頼性が優れる電子部品に関する。
従来、電気・電子部品の封止剤、接着剤に使用されている硬化性エポキシ樹脂組成物等の硬化性樹脂組成物は、その硬化物の弾性率が大きく、剛直であることから、硬化物の熱膨張により、電気・電子部品に大きな応力が生じやすいという問題があり、さらに、電気・電子部品の反りや基板の反りを引き起こし、硬化樹脂自体に亀裂を生じたり、電気・電子部品と硬化樹脂との間に隙間を生じたり、あるいは電気・電子部品を破壊するという問題があった。
硬化物を低応力化するため、エポキシ基含有オルガノポリシロキサン、およびエポキシ樹脂用硬化剤からなる硬化性シリコーン組成物(特許文献1〜3参照)が提案されているが、このような硬化性シリコーン組成物を電気部品の接着剤として使用した場合には、成分の一部が周囲にオイルブリードして周辺を汚すという問題点がある。
特開2005−154766号公報 特開2006−306953号公報 特開2006−306954号公報
本発明の目的は、取扱作業性が優れ、オイルブリードが少なく、硬化して、可撓性および接着性が優れる硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物、および信頼性に優れる電子部品を提供することにある。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、
(A)(A1)平均単位式:
(R1 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R3SiO3/2)c
{式中、R1、R2、およびR3は同じか、または異なる、置換もしくは非置換の一価炭化水素基またはエポキシ基含有一価有機基(但し、R3の20モル%以上はアリール基)であり、a、b、およびcはそれぞれ、0≦a≦0.8、0≦b≦0.8、0.2≦c≦0.9、かつa+b+c=1を満たす数である。}
で表され、一分子中に少なくとも2個の前記エポキシ基含有一価有機基を有するオルガノポリシロキサンおよび/または(A2)一般式:
A−R5−(R4 2SiO)m4 2Si−R5−A
{式中、R4は脂肪族不飽和結合を有さない置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、R5は二価有機基であり、Aは平均単位式:
(XR4 2SiO1/2)d(SiO4/2)e
(式中、R4は前記と同じであり、Xは単結合、水素原子、前記R4で表される基、エポキシ基含有一価有機基、またはアルコキシシリルアルキル基であり、但し、一分子中、少なくとも1個のXは単結合であり、少なくとも2個のXはエポキシ基含有一価有機基であり、dは正数であり、eは正数であり、d/eは0.2〜4の数である。)
で表されるシロキサン残基であり、mは1以上の整数である。}
で表されるジオルガノシロキサン、
(B)エポキシ樹脂用硬化剤、
(C)一般式:
Figure 0005238157
(式中、R8は炭素数1〜10の置換又は非置換の一価炭化水素基であり、fは0〜4の整数である。)
で表されるエポキシ化合物
から少なくともなる。
また、本発明の電子部品は、上記の硬化性シリコーン組成物の硬化物により封止もしくは接着されている。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、取扱作業性が優れ、オイルブリードが少ないので、硬化物の周辺を汚染する恐れが低い。さらに、硬化物は可撓性および接着性が優れるので、熱膨張による内部応力が小さく、各種基材に接着できる。
また、本発明の電子部品は、このような硬化性シリコーン組成物の硬化物により封止もしくは接着されているので、信頼性が優れる。
はじめに、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。
(A)成分は本組成物の主剤であり、(A1)平均単位式:
(R1 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R3SiO3/2)c
で表されるオルガノポリシロキサンおよび/または(A2)一般式:
A−R5−(R4 2SiO)m4 2Si−R5−A
で表されるジオルガノシロキサンからなる。
(A1)成分の式中、R1、R2、およびR3は同じか、または異なる、置換もしくは非置換の一価炭化水素基またはエポキシ基含有一価有機基である。この一価炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;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、フェネチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が例示され、好ましくは、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくは、メチル基、フェニル基である。また、エポキシ基含有一価有機基としては、2−グリシドキシエチル基、3−グリシドキシプロピル基、4−グリシドキシブチル基等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、2−(3,4−エポキシ−3−メチルシクロヘキシル)−2−メチルエチル基等のエポキシシクロアルキルアルキル基;4−オキシラニルブチル基、8−オキシラニルオクチル基等のオキシラニルアルキル基が例示され、好ましくは、グリシドキシアルキル基、エポキシシクロアルキルアルキル基であり、特に好ましくは、3−グリシドキシプロピル基、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基である。なお、一分子中、R1、R2、およびR3の少なくとも2個は前記エポキシ基含有一価有機基である。
また、一分子中、全R3の20モル%以上はアリール基であり、好ましくは、50モル%以上がアリール基であり、特に好ましくは、80モル%以上がアリール基である。これは、一分子中の全R3に対するアリール基の占める割合が上記範囲の下限未満であると、得られる硬化物の接着性が低下したり、機械的強度が低下するからである。なお、このアリール基としては、フェニル基が好ましい。
また、式中、a、b、およびcはそれぞれ、0≦a≦0.8、0≦b≦0.8、0.2≦c≦0.9、かつa+b+c=1を満たす数である。aは、式:R1 3SiO1/2で表されるシロキサン単位の割合を示す数であり、本成分が式:R3SiO3/2で表されるシロキサン単位のみからなると、本成分の粘度が高くなり、得られる組成物の取扱作業性が低下することから、好ましくは、0<a≦0.8を満たす数であり、より好ましくは、0.3≦a≦0.8を満たす数である。また、bは、式:R2 2SiO2/2で表されるシロキサン単位の割合を示す数であり、本成分が適度な分子量を有し、得られる硬化物から本成分が滲み出しにくくなり、また、得られる硬化物の機械的強度が優れることから、好ましくは、0≦b≦0.6を満たす数である。また、cは、式:R3SiO3/2で表されるシロキサン単位の割合を示す数であり、本組成物の取扱作業性が良好であり、得られる硬化物の接着性、機械的強度、および可撓性が良好であることから、好ましくは、0.4≦c≦0.9を満たす数である。
(A1)成分中のエポキシ基含有一価有機基の含有量は限定されないが、本成分のエポキシ当量(本成分の質量平均分子量を一分子中のエポキシ基の数で割った値)が100〜2,000の範囲内であることが好ましく、さらには、100〜1,000の範囲内であることが好ましく、特に、100〜700の範囲内であることが好ましい。これは、エポキシ当量が上記範囲の下限未満では、得られる硬化物の可撓性が低下するからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる組成物の硬化性が低下したり、得られる硬化物の接着性や機械的強度が低下するからである。また、(A1)成分は、一種のオルガノポリシロキサン、あるいは二種以上のオルガノポリシロキサンからなる混合物であってもよい。(A1)成分の25℃における性状は限定されず、例えば、液状、固体状が挙げられる。(A1)成分が固体状である場合には、有機溶剤を用いたり、加熱したりすることで、他の成分と均一に混合することができる。なお、他の成分との配合性や取扱作業性が良好であることから、(A1)成分は25℃で液状であることが好ましい。また、(A1)成分の質量平均分子量は限定されないが、好ましくは、500〜10,000の範囲内であり、特に好ましくは、750〜3,000の範囲内である。
このような(A1)成分としては、次のようなオルガノポリシロキサンが例示される。なお、式中、a、b、およびcは前記のとおりであるが、下式において、aおよびbは0ではない。また、式中、c'およびc"はそれぞれ、0.1<c'<0.8、0<c"<0.2、0.2≦c'+c"≦0.9、かつ、0.2≦c'/(c'+c")を満たす数であり、Gは3−グリシドキシプロピル基を表し、Eは2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基を表す。
[G(CH3)2SiO1/2]a[C65SiO3/2]c
[E(CH3)2SiO1/2]a[C65SiO3/2]c
[G(CH3)2SiO1/2]a[(CH3)2SiO2/2]b[C65SiO3/2]c
[E(CH3)2SiO1/2]a[(CH3)2SiO2/2]b[C65SiO3/2]c
[GCH3SiO2/2]b[C65SiO3/2]c
[ECH3SiO2/2]b[C65SiO3/2]c
[G(CH3)2SiO1/2]a[C65SiO3/2]c'[CH3SiO3/2]c"
[E(CH3)2SiO1/2]a[C65SiO3/2]c'[CH3SiO3/2]c"
[C65SiO3/2]c'[GSiO3/2]c"
[C65SiO3/2]c'[ESiO3/2]c"
(A1)成分を調製する方法は限定されず、例えば、フェニルトリアルコキシシランとエポキシ基含有一価有機基を有するアルコキシシラン、例えば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランや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との共加水分解・縮合反応により調製する方法;フェニルトリクロロシランやフェニルトリアルコキシシランの加水分解・縮合反応により調製されたシラノール基含有オルガノポリシロキサンと前記のようなエポキシ基含有一価有機基を有するアルコキシシランとの脱アルコール縮合反応により調製する方法;フェニルトリクロロシランやフェニルトリアルコキシシランをジメチルクロロシラン等のケイ素原子結合水素原子含有シラン類の存在下で共加水分解・縮合反応して調製したケイ素原子結合水素原子含有オルガノポリシロキサンとエポキシ基含有一価有機基を有するオレフィンとのヒドロシリル化反応により調製する方法;フェニルトリクロロシランやフェニルトリアルコキシシランの加水分解・縮合反応して調製したオルガノポリシロキサンと分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサン・ジメチルシロキサン共重合体もしくは分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチル{2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル}シロキサン・ジメチルシロキサン共重合体とを塩基性触媒の存在下で平衡反応する方法;式:C65SiO3/2で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンと環状メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサンもしくは環状メチル{2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル}シロキサンとを塩基性触媒の存在下で平衡反応する方法;C65SiO3/2で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンと環状メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサンもしくは環状メチル{2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル}シロキサンと環状ジメチルシロキサンとを酸性触媒または塩基性触媒の存在下で平衡反応する方法が挙げられる。
また、(A2)成分の式中、R4は脂肪族不飽和結合を有さない置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、具体的には、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基;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、フェネチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が例示され、好ましくは、アルキル基であり、特に好ましくは、メチル基である。また、式中、R5は二価有機基であり、具体的には、エチレン基、メチルエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基等のアルキレン基;エチレンオキシエチレン基、エチレンオキシプロピレン基、エチレンオキシブチレン基、プロピレンオキシプロピレン基等のアルキレンオキシアルキレン基が例示され、好ましくは、アルキレン基であり、特に好ましくは、エチレン基である。また、式中、mは主鎖であるジオルガノシロキサンの重合度を表す1以上の整数であり、得られる硬化物が良好な可撓性を有することから、mは10以上の整数であることが好ましく、その上限は限定されないが、500以下の整数であることが好ましい。
また、式中、Aは、平均単位式:
(XR4 2SiO1/2)d(SiO4/2)e
で表されるシロキサン残基である。式中、R4は脂肪族不飽和結合を有さない置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、前記と同様の基が例示され、好ましくは、アルキル基であり、特に好ましくは、メチル基である。また、式中、Xは単結合、水素原子、前記R4で表される基、エポキシ基含有一価有機基、またはアルコキシシリルアルキル基であり、このR4で表される基としては、前記と同様の基が例示され、エポキシ基含有一価有機基としては、前記R1、R2、あるいはR3と同様のエポキシ基含有一価有機基が例示され、アルコキシシリルアルキル基としては、トリメトキシシリルエチル基、トリメトキシシリルプロピル基、ジメトキシメチルシリルプロピル基、メトキシジメチルシリルプロピル基、トリエトキシシリルエチル基、トリプロポキシシリルプロピル基が例示される。但し、一分子中、少なくとも1個のXは単結合であり、この単結合を介して上記ジオルガノシロキサン中のR5に結合している。また、一分子中の少なくとも1個のXはエポキシ基含有一価有機基であり、好ましくは、グリシドキシアルキル基であり、特に好ましくは、3−グリシドキシプロピル基である。また、式中、dは正数であり、eは正数であり、d/eは0.2〜4の数である。
(A2)成分の分子量は限定されないが、その質量平均分子量が500〜1,000,000の範囲内であることが好ましい。さらに、(A2)成分の25℃における性状は限定されないが、液状であることが好ましい。(A2)成分の25℃における粘度は50〜1,000,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。このような(A2)成分は、例えば、特開平6−56999号公報に記載の製造方法により調製することができる。
本組成物では、(A)成分として、上記(A1)成分または(A2)成分のいずれか一方、あるいは上記(A1)成分と(A2)成分の混合物を用いることができる。(A)成分として(A1)成分と(A2)成分の混合物を用いる場合、(A2)成分の含有量は限定されないが、好ましくは(A1)成分100質量部に対して0.1〜800質量部の範囲内であり、さらに好ましく、1〜500質量部の範囲内であり、特に好ましくは、10〜200質量部の範囲内である。これは、(A2)成分の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られる硬化物の可撓性が低下するからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる組成物の粘度が高くなるからである。
(B)成分のエポキシ樹脂用硬化剤は、(A)成分中のエポキシ基と反応して、本組成物を硬化させるための成分であり、エポキシ基と反応する官能基を一分子中に好ましくは2個以上有する化合物である。この官能基として、具体的には、1級アミノ基、2級アミノ基、水酸基、フェノール性水酸基、カルボン酸基、酸無水物基、メルカプト基、シラノール基が例示され、反応性とポットライフの観点から、フェノール性水酸基であることが好ましい。すなわち、(B)成分はフェノール性水酸基を有する化合物であることが好ましく、具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA系化合物等のフェノール樹脂;フェノール性水酸基を有するオルガノシロキサンが例示され、好ましくは、フェノール性水酸基を一分子中に少なくとも2個有するオルガノシロキサンである。このフェノール性水酸基当量(本成分の質量平均分子量を一分子中のフェノール性水酸基の数で割った値)としては、1,000以下であることが好ましくは、反応性が高いことから、特に、500以下であることが好ましい。
(B)成分の内、フェノール性水酸基を有するオルガノシロキサンは、得られる硬化物の可撓性を向上させることができることから、一般式:
6 3SiO(R6 2SiO)nSiR6 3
で表されるオルガノシロキサンであることが好ましい。上式中、R6は同じか、または異なる、置換もしくは非置換の一価炭化水素基またはフェノール性水酸基含有一価有機基である。この一価炭化水素基としては、前記と同様の基が例示され、好ましくは、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくは、メチル基、フェニル基である。また、フェノール性水酸基含有有機基としては、次のような基が例示される。なお、式中のR7は二価有機基であり、具体的には、エチレン基、メチルエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基等のアルキレン基;エチレンオキシエチレン基、エチレンオキシプロピレン基、エチレンオキシブチレン基、プロピレンオキシプロピレン基等のアルキレンオキシアルキレン基が例示され、好ましくはアルキレン基であり、特に好ましくはプロピレン基である。
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
また、上式中、nは0〜1,000の範囲内の整数であり、好ましくは、0〜100の範囲内の整数であり、特に好ましくは、0〜20の範囲内の整数である。これは、nが上記範囲の上限を超えると、(A)成分への配合性や取扱作業性が低下する傾向があるからである。
このような(B)成分としては、次のようなオルガノシロキサンが例示される。なお、式中のxは1〜20の整数であり、yは2〜10の整数である。
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
Figure 0005238157
このような(B)成分を調製する方法は特に限定されないが、例えば、アルケニル基含有フェノール化合物と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をヒドロシリル化反応する方法が挙げられる。
(B)成分の25℃における性状は特に限定されず、液状、固体状のいずれでもよいが、取扱いの容易さから、液状であることが好ましい。(B)成分が25℃において液体である場合、その粘度は1〜1,000,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、10〜5,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。これは、25℃における粘度が上記範囲の下限未満であると、得られる硬化物の機械的強度が低下する傾向があり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる組成物の取扱作業性が低下する傾向があるからである。
(B)成分の含有量は特に限定されないが、好ましくは(A)成分100質量部に対して0.1〜500質量部の範囲内であり、特に好ましくは、0.1〜200質量部の範囲内である。また、(B)成分がフェノール性水酸基を有する場合には、本組成物中の全エポキシ基に対する(B)成分中のフェノール性水酸基がモル比で0.2〜5の範囲内となる量であることが好ましく、さらには、0.3〜2.5の範囲内となる量であることが好ましく、特には、0.8〜1.5の範囲内となる量であることが好ましい。これは、上記組成物中の全エポキシ基に対する(B)成分中のフェノール性水酸基のモル比が上記範囲の下限未満であると、得られる組成物が十分に硬化しにくくなる傾向があり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる硬化物の機械的特性が著しく低下する傾向があるからである。
(C)成分のエポキシ化合物は、本組成物の基材に対する密着性を向上させるとともに、オイルブリードを抑制するための成分であり、一般式:
Figure 0005238157
で表される。式中、R8は炭素数1〜10の置換または非置換の一価炭化水素基である。この一価炭化水素としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;メトキシエチル基、エトキシエトキシ基等のアルコキシ基置換アルコキシ基;ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、ブチルフェニル基、t−ブチルフェニル基、ジメチルナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基;メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、t−ブトキシフェニル基、メトキシナフチル基等のアルコキシ基置換アリール基が例示される。また、式中、fは0〜4の整数である。
このような(C)成分は、ジャパンエポキシレジン株式会社製の商品名エピコート630として入手可能である。
本組成物において、(C)成分の含有量は特に限定されないが、本組成物中、0.01〜50質量%の範囲内であることが好ましく、さらには、0.01〜20質量%の範囲内であることが好ましく、特には、0.01〜10質量%の範囲内であることが好ましい。これは、上記範囲の下限未満であると、オイルブリードを抑制できなくなるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる硬化物の弾性率が高くなるからである。
本組成物には、任意の成分として(D)硬化促進剤を含有してもよい。この(D)成分としては、三級アミン化合物、アルミニウムやジルコニウム等の有機金属化合物;ホスフィン等の有機リン化合物;その他、異環型アミン化合物、ホウ素錯化合物、有機アンモニウム塩、有機スルホニウム塩、有機過酸化物、これらの反応物が例示される。例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリフェニルホスフイン・トリフェニルボレート、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレート等のリン系化合物;トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7等の第3級アミン化合物;2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物が例示される。なお、本組成物の可使時間を延ばすことができるので、カプセル化された硬化促進剤が好ましい。カプセル化された硬化促進剤としては、アミン系硬化促進剤を含有するビスフェノールA型エポキシ樹脂からなるカプセル型アミン系硬化促進剤(例えば、旭化成株式会社製のHX-3088)が入手可能である。
本組成物において、(D)成分の含有量は特に限定されないが、(A)成分100質量部に対して50質量部以下であることが好ましく、さらには、0.01〜50質量部の範囲内であることが好ましく、特には、0.1〜5質量部の範囲内であることが好ましい。
また、本組成物には、得られる硬化物の機械的強度を向上させるために(E)充填剤を含有してもよい。この(E)成分としては、ガラス繊維、アルミナ繊維、アルミナとシリカを成分とするセラミック繊維、ボロン繊維、ジルコニア繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維等の繊維状充填剤;溶融シリカ、結晶性シリカ、沈澱シリカ、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、酸化亜鉛、焼成クレイ、カーボンブラック、ガラスビーズ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、クレイ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、マグネシア、チタニア、酸化ベリリウム、カオリン、雲母、ジルコニア、硫酸バリウム等の無機系充填剤;金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、これらの合金や真鍮、形状記憶合金、半田等の金属微粉末;セラミック、ガラス、石英、有機樹脂等の微粉末表面に金、銀、ニッケル、銅等の金属を蒸着またはメッキした微粉末;およびこれらの2種以上の混合物が例示され、好ましくは、アルミナ、結晶性シリカ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の熱伝導性粉末、あるいは溶融シリカ、沈澱シリカ、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等の補強性粉末である。得られる硬化物に導電性および熱伝導性を付与するためには、銀粉末が好ましい。また、得られる硬化物に熱伝導性を付与する場合には、アルミナ粉末が好ましい。それらの形状としては、破砕状、球状、繊維状、柱状、フレーク状、鱗状、板状、コイル状が例示される。その粒径は特に限定されないが、通常、最大粒径が200μm以下であり、平均粒子径が0.001〜50μmの範囲内であることが好ましい。
本組成物において、(E)成分の含有量は特に限定されないが、(A)成分100質量部に対して5,000質量部以下であることが好ましく、さらには、10〜4,000質量部の範囲内であることが好ましく、特には、50〜4,000質量部の範囲内であることが好ましい。また、(E)成分として、上記の金属微粉末や熱伝導性粉末以外の充填剤を用いる場合には、(E)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して2,000質量部以下であることが好ましく、さらには、10〜2,000質量部の範囲内であることが好ましく、特には、50〜1,000質量部の範囲内であることが好ましい。なお、この形状が板状や鱗片状である場合は、得られる硬化物の特定方向での硬化収縮率を減少することができるので好ましい。
また、本組成物には、硬化性、作業性などを改善し、得られる硬化物の接着性を向上させたり、弾性率を調整するため、(F)有機エポキシ化合物を含有しても良い。この(F)成分の25℃における性状は限定されず、液体あるいは固体であるが、好ましくは、液状である。この(F)成分としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が例示される。本組成物において、この(F)成分の含有量は限定されないが、(A)成分100質量部に対して500質量部以下であることが好ましく、特に、0.1〜500質量部の範囲内であることが好ましい。
さらに、本組成物には、(A)成分中に(E)成分を良好に分散させるため、あるいは得られる硬化物の半導体チップや回路基板等への接着性を向上させるためにカップリング剤を含有してもよい。このカップリング剤としては、チタネートカップリング剤、シランカップリング剤等のカップリング剤が例示される。このチタネートカップリング剤としては、i−プロポキシチタントリ(イソステアレート)が例示される。また、このシランカップリング剤としては、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、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等のエポキシ基含有アルコキシシラン;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、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等のアミノ基含有アルコキシシラン;3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基含有アルコキシシラン、オクタデシルトリメトキシシランなどの長鎖アルキル基含有シランが例示される。本組成物において、このカップリング剤の含有量は特に限定されないが、(A)成分100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、特に、0.01〜10質量部の範囲内であることが好ましい。
また、本組成物には、その他任意の成分として、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン等のアルコキシシランを含有してもよい。
本組成物は、(A)成分、(B)成分、(C)成分、および必要によりその他任意の成分を混合することにより調製される。これらの成分を混合する方法は特に限定されないが、(A)成分、(B)成分、(C)成分、およびその他任意の成分を同時に配合する方法;(A)成分と(B)成分と(C)成分をプレミックスした後、その他任意の成分を配合する方法が例示される。これらの成分を混合する混合装置は特に限定されず、例えば、一軸または二軸の連続混合機、二本ロール、三本ロール、ロスミキサー、ホバートミキサー、デンタルミキサー、プラネタリミキサー、ニーダーミキサー、らいかい機が挙げられる。
本組成物は、半導体チップやその結線部の保護剤という用途の他に、硬化物を半導体チップや回路基板の絶縁層、あるいは半導体チップや回路基板の緩衝層として利用することができる。得られる硬化物の性状は限定されず、例えば、ゴム状、硬質ゴム状、レジン状が挙げられ、特に、その複素弾性率が2GPa以下であることが好ましい。
本組成物は、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティング、キャスティング、粉体塗装、浸漬塗布、滴下等の方法により使用することができる。なお、ポッティングやディスペンシング、スクリーン印刷、塗布など種々の使用方法が選択でき、少量使用の用途にも適合しやすいことから、液状あるいはペースト状であることが好ましい。本組成物は、硬化して可撓性や接着性に優れた硬化物を形成するので、電気部品や電子素子の封止剤、注型剤、コーティング剤、接着剤等として有用である。
次に、本発明の電子部品について詳細に説明する。
本発明の電子部品は、上記組成物の硬化物により封止もしくは接着されてなることを特徴とする。この電子部品としては、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、モノリシックIC、ハイブリッドIC、LSI、VLSIが例示される。
本発明の電子部品の一例であるLSI(断面図)を図1に示した。図1では、本発明の硬化性シリコーン組成物を用いて放熱材あるいは接着材を形成した電子部品を示している。図1の電子部品では、半導体素子1が、回路を有する基板2上に、該半導体素子1に設けられたハンダバンプ等のボールグリッド3により電気的に接続されている。基板2の材質としては、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、ベークライト樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂;アルミナ等のセラミックス;銅、アルミニウム等の金属が例示される。基板2には、半導体素子1の他に、抵抗、コンデンサー、コイル等の他の電子部品が搭載されていてもよい。なお、図1では、半導体素子1と基板2の間隙をアンダーフィル材で充填されているが、このアンダーフィル材の適用は任意である。
次に、この半導体素子1とヒートスプレッダー4は放熱材6を介して接している。また、このヒートスプレッダー4は基板2に接着材5により接着されている。さらに、このヒートスプレッダー4と放熱板7は放熱材8を介して接している。このヒートスプレッダー4や放熱板7の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属が例示される。図1で示される電子部品では、接着材5が本発明の硬化性シリコーン組成物の硬化物により形成されている。なお、図1で示される電子部品では、放熱材6および/または8が本発明の硬化性シリコーン組成物の硬化物により形成されていてもよい。本発明の硬化性シリコーン組成物の硬化物は、半導体素子1とヒートスプレッダー4を接着したり、ヒートスプレッダー4と基板2を接着することができる。本発明の電子部品において、そのメンテナンスのため、放熱材8を熱伝導性グリース等で代用してもよい。
本発明の電子部品を製造する方法は限定されず、例えば、図1で示される電子部品の製造方法としては、次のような方法が例示される。はじめに、半導体素子1を基板2上に搭載した後、この半導体素子1と基板2とをボールグリッド3により電気的に接続する。次いで、必要によりアンダーフィル材を施す。その後、半導体素子1の表面に熱伝導性を有する硬化性シリコーン組成物を塗布し、ヒートスプレッダー4を取り付け、この硬化性シリコーン組成物を硬化させる。その際、ヒートスプレッダー4に塗布した本発明の硬化性シリコーン組成物を介して基板2に密着させ、この硬化性シリコーン組成物も硬化させる。その後、このヒートスプレッダー4上に熱伝導性を有する硬化性シリコーン組成物あるいは熱伝導性グリースを塗布し、放熱板を取り付ける。硬化性シリコーン組成物を用いた場合には、これを硬化させる。
本発明の硬化性シリコーン組成物および電子部品を実施例、比較例により詳細に説明する。なお、実施例中、粘度は25℃における値であり、また、質量平均分子量は、トルエンを溶媒とし、ゲルパーミェーションクロマトグラフィーにより測定した標準ポリスチレン換算の値である。
[粘度]
E型粘度計(TOKIMEC社製のDIGITAL VISCOMETER DV-U-E II型)を用いて、25℃、回転数2.5rpmの条件で測定した。
[接着性]
10mm×10mm角のシリコンチップをアルミナパネルに厚さ50μmの硬化性シリコーン組成物で貼りあわせ、次いで、150℃で1時間加熱することにより硬化性シリコーン組成物を硬化させてテストピースを作製した。このテストピースをボンドテスター(西進商事社製のMODEL−SS−100KP)により、25℃、剥離速度50mm/分における剥離強度(kgf/cm2)を測定した。
[複素弾性率]
硬化性シリコーン組成物を脱泡後、幅10mm、長さ50mm、深さ2mmのキャビティを有する金型に充填し、150℃、2.5MPaの条件で60分間プレス硬化させた後、180℃のオーブン中で2時間2次加熱して硬化物の試験片を作製した。この試験片をARES粘弾性測定装置(Reometric Scientific社製のRDA700)を使用し、ねじれ0.05%、振動数1Hzの条件で、25℃における複素弾性率を測定した。
[オイルブリード性]
すりガラス板上に硬化性シリコーン組成物0.2gを滴下し、25℃で48時間放置後の硬化性シリコーン組成物が形成する直径(L0)とブリードしたオイルが形成する直径(L1)から、式:
100×(L1−L0)/L0
の値によりブリード性を評価した。
[実施例1]
平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)4.38質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)8.46質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるエポキシ化合物0.99質量部、オクタデシルトリメトキシシラン0.43質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子68.64質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子15.92質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)1.19質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物および硬化物の特性を表1に示した。
[比較例1]
平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)6.43質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)7.57質量部、オクタデシルトリメトキシシラン0.43質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子68.54質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子15.89質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)1.14質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物および硬化物の特性を表1に示した。
[実施例2]
平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)8.0質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)10.7質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるエポキシ化合物0.5質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子62.9質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子17.1質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)0.8質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物の特性を表1に示した。
[比較例2]
平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)7.7質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)10.7質量部、式:
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]25Si(CH3) 2
(式中、Zは、式:
Figure 0005238157
で表されるジメチルポリシロキサン(質量平均分子量=2,500、粘度=75mPa・s)1.5質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子62.9質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子17.1質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)0.8質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物の特性を表1に示した。
[実施例3]
平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)6.2質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)10.5質量部、式:
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]25Si(CH3) 2
(式中、Zは、式:
Figure 0005238157
で表されるジメチルポリシロキサン(質量平均分子量=2,500、粘度=75mPa・s)2.0質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるエポキシ化合物0.5質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子62.9質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子17.1質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)0.8質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物の特性を表1に示した。
[実施例4]
平均式:
X−CH2CH2(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]162Si(CH3)2CH2CH2−X
{式中、Xは、平均単位式:
[Y(CH3)2SiO1/2]1.6(SiO4/2)1.0
(式中、Yは単結合、トリメトキシシリルプロピル基、および3−グリシドキシプロピル基からなり、一分子中、1個のYは単結合であり、残りのYはトリメトキシシリルプロピル基、および3−グリシドキシプロピル基からなり、そのモル比はほぼ1:4である。)で表されるオルガノポリシロキサン残基である。}
で表されるジメチルポリシロキサン(質量平均分子量=51,000、粘度=12,000mPa・s)3.3質量部、平均単位式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノポリシロキサン(質量平均分子量=1,000、粘度=1,290mPa・s、エポキシ当量=267)6.0質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるオルガノトリシロキサン(粘度=2,600mPa・s、フェノール性水酸基当量=330)9.4質量部、式:
Figure 0005238157
で表されるエポキシ化合物0.5質量部、平均粒子径8.6μmの球状アルミナ粒子62.9質量部、平均粒子径3μmの不定形アルミナ粒子17.1質量部、および35質量%−カプセル型アミン触媒のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物(旭化成株式会社製のHX−3941HP)0.8質量部を混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物の特性を表1に示した。
Figure 0005238157
本発明の硬化性シリコーン組成物は、取扱作業性に優れるので、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティング、キャスティング、粉体塗装、浸漬塗布、滴下等の方法により使用することができる。また、硬化後には、可撓性および接着性に優れた硬化物を形成するので、電気部品や電子素子の封止剤、注型剤、コーティング剤、接着剤等として有用であり、特に、熱伝導性充填剤を含有する場合には、放熱部材として有用であり、放熱インターフェース材料(TIM)として有用である。
本発明の電子部品の一例であるLSIの断面図である。
符号の説明
1 半導体素子
2 基板
3 ボールグリッド
4 ヒートスプレッダー
5 接着材
6 放熱材
7 放熱板
8 放熱材

Claims (15)

  1. (A)(A1)平均単位式:
    (R1 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R3SiO3/2)c
    {式中、R1、R2、およびR3は同じか、または異なる、置換もしくは非置換の一価炭化水素基またはエポキシ基含有一価有機基(但し、R3の20モル%以上はアリール基)であり、a、b、およびcはそれぞれ、0≦a≦0.8、0≦b≦0.8、0.2≦c≦0.9、かつa+b+c=1を満たす数である。}
    で表され、一分子中に少なくとも2個の前記エポキシ基含有一価有機基を有するオルガノポリシロキサンおよび/または(A2)一般式:
    A−R5−(R4 2SiO)m4 2Si−R5−A
    {式中、R4は脂肪族不飽和結合を有さない置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、R5は二価有機基であり、Aは平均単位式:
    (XR4 2SiO1/2)d(SiO4/2)e
    (式中、R4は前記と同じであり、Xは単結合、水素原子、前記R4で表される基、エポキシ基含有一価有機基、またはアルコキシシリルアルキル基であり、但し、一分子中、少なくとも1個のXは単結合であり、少なくとも2個のXはエポキシ基含有一価有機基であり、dは正数であり、eは正数であり、d/eは0.2〜4の数である。)
    で表されるシロキサン残基であり、mは1以上の整数である。}
    で表されるジオルガノシロキサン、
    (B)エポキシ樹脂用硬化剤、
    (C)一般式:
    Figure 0005238157
    (式中、R8は炭素数1〜10の置換または非置換の一価炭化水素基であり、fは0〜4の整数である。)
    で表されるエポキシ化合物
    から少なくともなる硬化性シリコーン組成物。
  2. (B)成分がフェノール性水酸基を有する化合物である、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  3. (B)成分が、フェノール性水酸基を一分子中に少なくとも2個有するオルガノシロキサンである、請求項2記載の硬化性シリコーン組成物。
  4. (B)成分が、一般式:
    6 3SiO(R6 2SiO)nSiR6 3
    {式中、R6は置換もしくは非置換の一価炭化水素基またはフェノール性水酸基含有一価有機基(但し、一分子中、少なくとも2個のR6は前記フェノール性水酸基含有一価有機基)であり、nは0〜1,000の整数である。}
    で表されオルガノシロキサンである、請求項3記載の硬化性シリコーン組成物。
  5. (B)成分の含有量が、(A)成分100質量部に対して0.1〜500質量部である、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  6. (C)成分の含有量が、硬化性シリコーン組成物中の0.01〜50質量%である、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  7. さらに、(D)硬化促進剤を含有する、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  8. (D)成分がカプセル型アミン系硬化促進剤である、請求項7記載の硬化性シリコーン組成物。
  9. (D)成分の含有量が、(A)成分100質量部に対して50質量部以下である、請求項7記載の硬化性シリコーン組成物。
  10. さらに、(E)充填剤を含有する、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  11. (E)成分の含有量が、(A)成分100質量部に対して5,000質量部以下である、請求項10記載の硬化性シリコーン組成物。
  12. (E)成分が熱伝導性充填剤である、請求項10記載の硬化性シリコーン組成物。
  13. さらに、(F)有機エポキシ化合物を含有する、請求項1記載の硬化性シリコーン組成物。
  14. (F)成分の含有量が、(A)成分100質量部に対して500質量部以下である、請求項13記載の硬化性シリコーン組成物。
  15. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の硬化性シリコーン組成物の硬化物により封止もしくは接着されている電子部品。
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