JP5548322B1 - シリコーン樹脂組成物、シリコーン樹脂硬化物、及び、光半導体素子封止体 - Google Patents

シリコーン樹脂組成物、シリコーン樹脂硬化物、及び、光半導体素子封止体 Download PDF

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Abstract

本発明は、接着性に優れるシリコーン樹脂組成物を提供する。また、該シリコーン樹脂組成物を用いてなるシリコーン樹脂硬化物及び光半導体素子封止体を提供することを目的とする。
本発明は、(A−i)ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基を少なくとも2個有するポリオルガノシロキサンと、(A−ii)ケイ素原子に結合した水素基を少なくとも2個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、(A−iii)ヒドロシリル化反応触媒とを含有するシリコーン樹脂混合物、及び、(B)下記式(1−1)で表される構造単位と下記式(1−2)で表される構造単位との間に、下記式(1−3)で表される構造単位及び下記式(1−4)で表される構造単位を有するシリコーン化合物を含有するシリコーン樹脂組成物である。
式(1−1)、及び、式(1−2)中、R1aはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)、及び、式(1−4)中、R1bはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)中、R2aは、ケイ素原子に結合した炭素原子を除く一部の炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基を表し、R2bは炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基、又は、ハロゲノ基を表す。式(1−3)中、mは、1〜50の整数であり、xは0〜2の整数であり、式(1−4)中、nは、10〜1500の整数である。
[化1]

Description

本発明は、接着性、及び、保存安定性に優れるシリコーン樹脂組成物に関する。また、本発明は、該シリコーン樹脂組成物を用いてなるシリコーン樹脂硬化物及び光半導体素子封止体に関する。
LEDや光半導体デバイスにおいて、一般的には、透明な樹脂が発光素子の封止材料として用いられている。この透明な樹脂としては、エポキシ樹脂や付加硬化型・縮合硬化型・UV硬化型等のシリコーン樹脂がある。この中でも、シリコーン樹脂は、耐候性、耐熱性等の特性に優れた硬化物を形成することから、白色LED等の高輝度・高出力の光半導体素子の封止用途に使用されている。しかし、これらシリコーン樹脂は半導体材料に用いられる銀等の貴金属に対する接着性が低い。また、リフレクター材料であるPPA(ポリフタルアミド樹脂)に対しての接着性も乏しく、発光素子からの発熱や温度サイクルにより、更に接着性が低下し、PPA等の基材や貴金属電極とシリコーン樹脂間で剥離が生じるという問題があった。
これらの課題を解決するために、各種のシランカップリング剤等の接着性付与剤の添加により接着性の向上が図られているが、効果が充分ではなく、更に、著しい吸湿によって接着性が低下する等の耐久性に乏しいという欠点を有している。
また、例えば、特許文献1には、接着性付与剤としてエポキシ基を有するイソシアヌル酸エステルを配合した付加硬化型のシリコーン樹脂組成物が開示されており、特許文献2には、接着性を有するシリコーン樹脂として、同一分子中にビニル基及びカルバメート基を含有し、分子片末端にケイ素原子と結合したアルコキシ基又はOH基を有する反応性の変性シリコーン樹脂が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されているようなイソシアヌル酸エステルを配合する方法は、基材に対する接着性を向上させる効果が充分ではなかった。
また、特許文献2に開示されているような変性シリコーン樹脂は、硬化性を付与するビニル基と接着性を付与するカルバメート基が同一分子中に存在するため、カルバメート基が硬化した樹脂全体に均一に分散してしまい、接着界面付近でのカルバメート基濃度が低下し接着性を向上させる効果が充分でない場合があった。更に、接着界面付近でのカーバメート基濃度を高めるため分子中のカルバメート基含有量を増加させた場合、シリコーン樹脂の物性や耐久性に悪影響を与える場合があった。
また、ケイ素原子に結合したアルコキシ基やOH基を含有するシリコーン樹脂は、保存安定性が悪いという問題があった。
特開2006−137797号公報 国際公開第2012/108609号
本発明は、接着性、及び、保存安定性に優れるシリコーン樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、該シリコーン樹脂組成物を用いてなるシリコーン樹脂硬化物及び光半導体素子封止体を提供することを目的とする。
本発明は、(A−i)ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基を少なくとも2個有するポリオルガノシロキサンと、(A−ii)ケイ素原子に結合した水素基を少なくとも2個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、(A−iii)ヒドロシリル化反応触媒とを含有するシリコーン樹脂混合物、及び、(B)下記式(1−1)で表される構造単位と下記式(1−2)で表される構造単位との間に、下記式(1−3)で表される構造単位及び下記式(1−4)で表される構造単位を有するシリコーン化合物を含有し、前記(B)の成分の下記式(1−3)官能基当量は300〜15000であり、前記(B)の成分の配合量が、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分の合計100質量部に対して、0.01〜10質量部であるシリコーン樹脂組成物である。
Figure 0005548322
式(1−1)、及び、式(1−2)中、R1aはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)、及び、式(1−4)中、R1bはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)中、R2aは、ケイ素原子に結合した炭素原子を除く一部の炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基を表し、R2bは炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基、又は、ハロゲノ基を表す。式(1−3)中、mは、1〜50の整数であり、xは0〜2の整数であり、式(1−4)中、nは、10〜1500の整数である。
以下に本発明を詳述する。
本発明者らは、接着性付与剤として、特定の構造を有するシリコーン化合物を配合することにより、極めて優れた接着性、及び、保存安定性を有するシリコーン樹脂組成物を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、シリコーン樹脂混合物を含有する。
前記シリコーン樹脂混合物は、ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基を少なくとも2個有するポリオルガノシロキサン(以下、(A−i)の成分ともいう)を含有する。
(A−i)の成分の分子構造としては、例えば、直鎖状、環状等の構造が挙げられ、構造中に分岐を有していてもよい。なかでも、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなり、両末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状の構造が好ましい。
(A−i)の成分中のケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基としては、炭素数が2〜8のものが好ましく、具体的には例えば、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、アクリロイル基、メタアクリロイル基等が挙げられる。なかでも、ビニル基、アクリロイル基又はメタアクリロイル基であることが好ましく、ビニル基であることがより好ましい。
(A−i)の成分の分子構造が直鎖状である場合、炭素−炭素二重結合を有する置換基は、分子鎖末端と中間とのいずれか一方でのみケイ素原子に結合していてもよいし、分子鎖末端と中間との両方でケイ素原子に結合していてもよい。
(A−i)の成分中の炭素−炭素二重結合を有する置換基以外のケイ素原子に結合する有機基としては、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基等の炭素数1〜10のアルキル基や、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数6〜14のアリール基や、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基や、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等の、非置換又はハロゲン置換の1価の炭化水素基が挙げられる。なかでも、メチル基、フェニル基が好ましい。
(A−i)の成分の粘度は、100〜10万mPa・sであることが好ましい。(A−i)の成分の粘度がこの範囲内にある場合には、得られるシリコーン樹脂組成物の作業性が良好であるうえに、該シリコーン樹脂組成物から得られる硬化物の物理的特性が良好である。(A−i)の成分の粘度は、500〜1万mPa・sであることがより好ましい。
なお、本明細書において、前記「粘度」は、回転粘度計(BM型)を用いて、25℃の条件で測定される値を意味する。
(A−i)の成分としては、具体的には例えば、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、(RSiO0.5(Rはアルケニル基以外の非置換又は置換の1価の炭化水素基である。以下同じ)で表されるシロキシ単位と、(RSiO0.5(Rはアルケニル基である。以下同じ)で表されるシロキシ単位と、(RSiOで表されるシロキシ単位と、SiOで表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体、(RSiO0.5で表されるシロキシ単位と、(RSiO0.5で表されるシロキシ単位と、SiOで表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体、(RSiO0.5で表されるシロキシ単位と、(RSiOで表されるシロキシ単位と、SiOで表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体、RSiOで表されるシロキシ単位と、RSiO1.5で表されるシロキシ単位、又は、RSiO1.5で表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体等が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記Rとしては、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、ヘプチル基等のアルキル基や、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基や、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基や、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等が挙げられる。
また、前記Rとしては、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、へプテニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基等が挙げられる。
前記シリコーン樹脂混合物は、ケイ素原子に結合した水素基を少なくとも2個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン(以下、(A−ii)の成分ともいう)を含有する。(A−ii)の成分は、前記(A−i)の成分と反応し、架橋成分として作用する。
(A−ii)の成分としては、例えば、直線状、環状、分岐状、三次元網状構造(樹脂状)等の分子構造を有する各種のポリオルガノハイドロジェンシロキサンを使用することができる。
(A−ii)の成分は、1分子中に2個以上、好ましくは3個以上のケイ素原子に結合した水素原子、即ち、ヒドロシリル基(Si−H基)を有する。(A−ii)の成分の分子構造が直線状である場合、これらのSi−H基は、分子鎖末端と中間部とのいずれか一方のみに位置していてもよいし、その両方に位置していてもよい。
(A−ii)の成分の1分子中のケイ素原子の数(重合度)は、2〜1000であることが好ましく、3〜100であることがより好ましい。
(A−ii)の成分としては、R SiO(4−a−b/2)(Rは、脂肪族不飽和基を除く、炭素数が1〜14の非置換又は置換の1価の炭化水素基である。Rの炭素数は、1〜10であることが好ましい。a及びbは、0.7≦a≦2.1、0.001≦b≦1.0であり、かつ、0.8≦a+b≦3.0を満足する正数であることが好ましく、1.0≦a+b≦2.5を満足する正数であることがより好ましい)で表されるポリオルガノハイドロジェンシロキサンが用いられる。
前記R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、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基や、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基や、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や、これらの炭化水素基中の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子で置換した基、例えば、クロロメチル基、3−クロロプロピル基、ブロモエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。前記Rは、アルキル基又はアリール基であることが好ましく、メチル基又はフェニル基であることがより好ましい。
(A−ii)の成分としては、具体的には例えば、分子鎖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ポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・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共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖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、分子鎖両末端ジメチルハイドロジエンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、(RSiO0.5(Rは前記の通り)で表されるシロキシ単位と(RHSiO0.5で表されるシロキシ単位とSiOで表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体、(RHSiO0.5で表されるシロキシ単位とSiOで表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体、RHSiOで表されるシロキシ単位とRSiO1.5で表されるシロキシ単位、又は、HSiO1.5で表されるシロキシ単位とからなるポリオルガノシロキサン共重合体等が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(A−ii)の成分であるポリオルガノハイドロジェンシロキサンの配合量は、前記(A−i)の成分の硬化有効量であり、特に、(A−ii)の成分の有するSi−H基が(A−i)の成分中の炭素−炭素二重結合を有する置換基1個当たり0.1〜4.0個となる割合となることが好ましい。Si−H基が炭素−炭素二重結合を有する置換基1個当たり0.1個未満であると、硬化反応が進行せず、硬化物を得ることが困難になることがある。Si−H基が炭素−炭素二重結合を有する置換基1個当たり4.0個を超えると、未反応のSi−H基が硬化物中に多量に残存するため、硬化物の物性が経時的に変化するおそれがある。Si−H基は、炭素−炭素二重結合を有する置換基1個当たり1.0〜3.0個の割合となることがより好ましい。
前記シリコーン樹脂混合物は、ヒドロシリル化反応触媒(以下、(A−iii)の成分ともいう)を含有する。
(A−iii)の成分としては、従来公知のものを使用することができる。具体的には例えば、白金(白金黒を含む)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体や、HPtCl・nHO、HPtCl・nHO、NaHPtCl・nHO、KHPtCl・nHO、NaPtCl・nHO、KPtCl・nHO、PtCl・nHO、PtCl、NaHPtCl・nHO(但し、式中、nは0〜6の整数であり、好ましくは0又は6である)等の塩化白金、塩化白金酸及び塩化白金酸塩や、アルコール変性塩化白金酸(米国特許第3220972号明細書参照)や、塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス(米国特許第3159601号明細書、米国特許第3159662号明細書、米国特許第3775452号明細書参照)や、白金黒、パラジウム等の白金族金属をアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたものや、ロジウム−オレフィンコンプレックスや、クロロトリス(トリフェニルフォスフィン)ロジウム(ウィルキンソン触媒)や、塩化白金、塩化白金酸又は塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサンとのコンプレックスや、ジクロロジピリジン白金(II)(特開平09−165453号公報参照)や、Pt{[(CH=CH)MeSi]O}、HPt{[(CH=CH)MeSi]O}、PtCO(CH=CH(Me)SiO)、Pt(CH=CH(Me)SiO)等の白金のビニルシロキサン錯体(特開平11−152337号公報参照)等の白金族金属系触媒等が挙げられる。
(A−iii)の成分の配合量は、ヒドロシリル化反応の触媒として有効な量であれば特に限定されないが、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分の合計に対して、白金等の金属元素に換算して0.1〜1000ppmであることが好ましい。前記ヒドロシリル化反応触媒の配合量がこの範囲にある場合には、付加反応が充分に促進されるため、得られるシリコーン樹脂組成物を充分に硬化させることができ、かつ、経済的に有利である。前記ヒドロシリル化反応触媒の配合量は、1〜500ppmであることがより好ましく、1〜20ppmであることが更に好ましい。
前記シリコーン樹脂混合物の市販品としては、例えば、XE14−C2860、XE14−C3450、IVS5854、IVS4312、XE14−C2042、IVS4542、IVS4546、IVS4622、IVS4632、IVS4742、IVS4752(いずれもモメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社製)、ASP−1111、ASP−1031、ASP−1120、SCR−1012、SCR−1016、KER−6110、KER−2500、KER−2500N、KER−2600、KER−2700、KER−6000、KER−6150、KER−6200、KER−6075、KER−6020、KER−3000、KER−3010、KER−3100、KER−3200、KE−109、KE−1031、KE−106(いずれも信越シリコーン社製)、OE−6351、OE−6336、EG−6301、OE−6520、OE−6550、OE−6631、OE−6636、OE−6635、OE−6630、OE−6665N、JCR−6125、JCR−6140(いずれも東レ・ダウコーニング社製)等が挙げられる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、前記式(1−1)で表される構造単位と前記式(1−2)で表される構造単位との間に、前記式(1−3)で表される構造単位及び前記式(1−4)で表される構造単位を有するシリコーン化合物(以下、(B)の成分ともいう)を含有する。なお、式(1−1)、及び、式(1−2)で表される構造単位は分子末端を意味する。(B)の成分は、ブロック共重合体であってもよいし、ランダム共重合体であってもよい。(B)の成分は、接着性付与剤としての役割を有するものであり、少量を配合するだけで充分な効果を発揮する。これは、(B)の成分が、その分子構造中にビニル基のような硬化性を有する官能基を含有していないため、シリコーン樹脂組成物の硬化反応中徐々に基材との接着界面に偏析し、接着界面での(B)の成分の濃度が高まることによるものであると考えられる。また、(B)の成分は、その分子構造中にケイ素原子と結合したアルコキシ基やOH基を含有していないため、優れた保存安定性を有する。
式(1−1)、及び、式(1−2)中、R1aはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。なお、本明細書において、「それぞれ独立に」とは、「同一であってもよいし、異なっていてもよい」ことを意味する。
前記R1aの炭素数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−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、n−ペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、ヘキシル基、n−ヘプチル基、2,2,4−トリメチルペンチル基、オクチル基、イソオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。
前記R1aの炭素数1〜18のシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、メチルシクロヘキシル基が挙げられる。
前記R1aの炭素数1〜18のアリール基としては、例えば、フェニル、ナフチル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、キシリル基、エチルフェニル基等が挙げられる。
前記R1aの炭素数1〜18のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、α−フェニルエチル基、β−フェニルエチル基等が挙げられる。
前記R1aは、これらの中でも、炭素数1〜18のアルキル基、アリール基が好ましく、メチル基、フェニル基がより好ましい。
式(1−3)、及び、式(1−4)中、R1bはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。
前記R1bの炭素数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−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、n−ペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、ヘキシル基、n−ヘプチル基、2,2,4−トリメチルペンチル基、オクチル基、イソオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。
前記R1bの炭素数1〜18のシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、メチルシクロヘキシル基が挙げられる。
前記R1bの炭素数1〜18のアリール基としては、例えば、フェニル、ナフチル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、キシリル基、エチルフェニル基等が挙げられる。
前記R1bの炭素数1〜18のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、α−フェニルエチル基、β−フェニルエチル基等が挙げられる。
前記R1bは、これらの中でも、炭素数1〜18のアルキル基、アリール基が好ましく、メチル基、フェニル基がより好ましい。
前記式(1−3)中、R2aは、ケイ素原子に結合した炭素原子を除く一部の炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基を表す。
前記R2aとしては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、オクチレン基、及び、これらのアルキレン基の一部の炭素原子が酸素原子で置換されてなる基等が挙げられる。
前記式(1−3)中、R2bは炭素数1〜3のアルキレン基を表す。
前記R2bとしては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。
前記式(1−3)中、Rは、炭素数1〜3のアルキレン基を表す。
前記Rとしては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。
前記式(1−3)中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基、又は、ハロゲノ基を表す。
前記Rで表される炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基が挙げられ、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基としては、例えば、メチロール基、エチロール基等が挙げられる。
前記式(1−3)中、mは、1〜50の整数であり、好ましくは2〜45である。前記式(1−4)中、nは、10〜1500の整数であり、好ましくは20〜1400である。
前記式(1−3)中、xは、0〜2の整数である。
なお、xが0である場合とは、R2aとNH基とが直接結合している場合を意味する。
(B)の成分は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
なかでも、(B)の成分としては、原料の入手性の観点から、式(1−3)中のRがメチレン基、Rが水素原子、xが0又は1であるものが好ましい。
(B)の成分の前記式(1−3)官能基当量の好ましい下限は300、好ましい上限は15000である。(B)の成分の前記式(1−3)官能基当量のより好ましい下限は500、より好ましい上限は12000である。(B)の成分の前記式(1−3)官能基当量の更に好ましい下限は1000、更に好ましい上限は10000である。
(B)の成分の製造方法としては、例えば、下記式(2−1)で表される構造単位と下記式(2−2)で表される構造単位との間に、下記式(2−3)で表される構造単位及び下記式(2−4)で表される構造単位を有するシリコーン化合物(以下、アミノ基を有するシリコーン化合物ともいう)と、下記式(3)で表される環状カーボネート化合物(以下、単に環状カーボネート化合物ともいう)とを反応させる方法等が挙げられる。
Figure 0005548322
式(2−1)、及び、式(2−2)中、R1aは、R1aはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(2−3)、及び、式(2−4)中、R1bはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(2−3)中、R2aは、ケイ素原子に結合した炭素原子を除く一部の炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基を表し、R2bは炭素数1〜3のアルキレン基を表す。式(2−3)中、mは、1〜50の整数であり、xは、0〜2の整数であり、式(2−4)中、nは、10〜1500の整数である。
Figure 0005548322
式(3)中、Rは、炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基、又は、ハロゲノ基を表す。
前記アミノ基を有するシリコーン化合物の合成方法としては、米国特許第3355424号明細書、米国特許第2947771号明細書、米国特許第3890269号明細書等に開示されている、アルキルアミノ基を有するジアルコキシアルキルシラン単位がシロキサンの鎖中に挿入されることへとつながる重縮合反応を用いた方法を用いることができる。この反応は通常、酸性又はアルカリ性触媒の存在下で行われる。この反応はジアルコキシアルキルシラン及び環状シロキサンを用いる重合反応として行うこともできる。
また、前記アミノ基を有するシリコーン化合物のうち市販されているものとしては、例えば、KF−864、KF−865、KF−868(モノアミン型)、KF−859、KF−393、KF−860、KF−880、KF−8004、KF−8002、KF−8005、KF−867、X−22−3820W、KF−869、KF−861(ジアミン型)(いずれも信越シリコーン社製)、BY16−205、BY16−849、FZ−3785、BY16−872、BY16−213(いずれも東レ・ダウコーニング社製)等が挙げられる。
前記環状カーボネート化合物としては、例えば、下記式(4)で表される化合物等が挙げられる。なかでも、反応の容易さや性能の観点から、前記式(3)中のRがメチレン基であるものが好ましく、エチレンカーボネート、グリセロールカーボネートがより好ましい。
Figure 0005548322
前記アミノ基を有するシリコーン化合物と前記環状カーボネート化合物との反応における前記環状カーボネート化合物の使用量としては、前記アミノ基を有するシリコーン化合物のアミノ基1モルに対して0.5〜10モルであることが好ましく、0.8〜5モルであることがより好ましい。
なお、ここでいうアミノ基とは、前記環状カーボネート化合物と反応し得るアミノ基であり、詳しくは、一級アミノ基及び二級アミノ基である。
前記アミノ基を有するシリコーン化合物と前記環状カーボネート化合物との反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。用いる溶媒としては、アミノ変性シリコーン樹脂が溶解しやすく、適度な極性を持つ溶媒が好ましく、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソプロパノール、ブタノール等が挙げられる。
前記アミノ基を有するシリコーン化合物と前記環状カーボネート化合物との反応は、使用する溶媒に応じて40〜180℃の範囲内の温度で行うことが好ましいが、80〜160℃の範囲内の温度で溶媒を用いずに行うことがより好ましい。
(B)の成分の配合量は、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分の合計100質量部に対して、0.01〜20質量部であることが好ましい。(B)の成分の配合量が0.01質量部未満であると、接着性を向上させる効果が充分に発揮されないことがある。(B)の成分の配合量が20質量部を超えると、硬化物の硬度に悪影響を及ぼすことがある。(B)の成分の配合量は、0.1〜10質量部であることがより好ましく、0.5〜5質量部であることが更に好ましい。
また、(B)の成分の配合量は、本発明のシリコーン樹脂組成物全体に対して、0.01〜15質量%であることが好ましい。(B)の成分の配合量が0.01質量%未満であると、接着性を向上させる効果が充分に発揮されないことがある。(B)の成分の配合量が15質量%を超えると、硬化物の硬度に悪影響を及ぼすことがある。(B)の成分の配合量は、0.1〜10質量%であることがより好ましく、0.5〜5質量%であることが更に好ましい。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分、並びに、(B)の成分以外に本発明の目的や効果を損なわない範囲で、必要に応じて添加剤を含有してもよい。
前記添加剤としては、例えば、無機フィラー、酸化防止剤、無機蛍光体、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、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、物性調整剤等が挙げられる。
無機フィラーとしては特に限定されず、光学特性を低下させない微粒子状のものが挙げられる。具体的には例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、結晶性シリカ、超微粉無定型シリカ、疎水性超微粉シリカ、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
無機蛍光体としては、例えば、LEDに広く利用されている、イットリウム、アルミニウム、ガーネット系のYAG系蛍光体、ZnS系蛍光体、YS系蛍光体、赤色発光蛍光体、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体等が挙げられる。
本発明のシリコーン樹脂組成物を製造する方法としては、例えば、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分を含有するシリコーン樹脂混合物と、(B)の成分と、必要に応じて使用する添加剤とを混合することによって製造することができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、1液型又は2液型とすることできる。
(A−i)、(A−ii)、(A−iii)、及び、(B)の成分が混合した状態で保存した場合、保存中に重合が進んでしまうことがある。そのため、例えば、(A−i)及び(A−iii)及び(B)の成分を含有する液と、(A−ii)の成分を含有する液とを分ける等、2液型として保存し、使用時にこれらの液を混合する方法が工業的に好ましい。本発明では、(A−i)の成分と(B)の成分とを混合して保管しても品質に悪影響を及ぼすことがなく、この点においても(B)の成分は、従来の接着性付与剤と比べて有用である。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、例えば、光半導体素子等の基材に塗布し硬化させて使用することができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物を基材に塗布する方法としては、例えば、ディスペンサーを使用する方法、ポッティング法、スクリーン印刷、トランスファー成形、インジェクション成形等の方法が挙げられる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は室温又は加熱によって硬化することができる。本発明のシリコーン樹脂組成物を硬化させることによって得られるシリコーン樹脂硬化物もまた、本発明の1つである。
本発明のシリコーン樹脂組成物を加熱して硬化させる際の最終的な加熱温度は、通常100℃以上であり、120℃以上であることが好ましく、120〜200℃であることがより好ましく、120〜180℃であることが更に好ましい。
本発明のシリコーン樹脂組成物の用途としては、例えば、電子材料用の封止剤組成物、建築用シーリング剤組成物、自動車用シーリング剤組成物、接着剤組成物等が挙げられる。
前記電子材料としては、例えば、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材や、光半導体素子や、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子や、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子等が挙げられる。なかでも、光半導体素子の封止剤として好適に用いることができる。本発明のシリコーン樹脂硬化物で封止されている光半導体素子封止体もまた、本発明の1つである。
また、本発明のシリコーン樹脂組成物は、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使用することができる。
本発明によれば、接着性、及び、保存安定性に優れるシリコーン樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、該シリコーン樹脂組成物を用いてなるシリコーン樹脂硬化物及び光半導体素子封止体を提供することができる。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
(製造例1)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とエチレンカーボネートとの反応(B−1a))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン化合物(信越シリコーン社製、「KF−864」、アミノ基当量3800g/mol)10.0g(アミノ基2.63mmol)とエチレンカーボネート(分子量88.06)0.46g(5.26mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、12時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−1a)9.2gを取得した。
H−NMRにより、(B−1a)を測定した結果、(B−1a)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、Rがメチレン基、Rが水素、xが0)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(製造例2)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とグリセロールカーボネートとの反応(B−1b))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン化合物(信越シリコーン社製、「KF−864」、アミノ基当量3800g/mol)10.0g(アミノ基2.63mmol)とグリセロールカーボネート(分子量118.09)0.47g(3.95mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、12時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−1b)8.8gを取得した。
H−NMRにより、(B−1b)を測定した結果、(B−1b)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、Rがメチレン基、Rがヒドロキシメチル基、xが0)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(製造例3)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とトリメチレンカーボネートとの反応(B−1c))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン化合物(信越シリコーン社製、「KF−864」、アミノ基当量3800g/mol)10.0g(アミノ基2.63mmol)とトリメチレンカーボネート(分子量102.09)0.94g(9.21mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、20時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−1c)8.8gを取得した。
H−NMRにより、(B−1c)を測定した結果、(B−1c)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、Rがエチレン基、Rが水素、xが0)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(製造例4)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とエチレンカーボネートとの反応(B−2a))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン化合物(信越シリコーン社製、「KF−865」、アミノ基当量5000g/mol)10.0g(アミノ基2.00mmol)とエチレンカーボネート(分子量88.06)0.35g(4.00mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、15時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−2a)9.3gを取得した。
H−NMRにより、(B−2a)を測定した結果、(B−2a)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、Rがメチレン基、Rが水素、xが0)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(製造例5)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とエチレンカーボネートとの反応(B−3a))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン樹脂(信越シリコーン社製、「KF−868」、アミノ基当量8800g/mol)10.0g(アミノ基1.14mmol)とエチレンカーボネート(分子量88.06)0.40g(4.56mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、20時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−3a)9.3gを取得した。
H−NMRにより、(B−3a)を測定した結果、(B−3a)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、Rがメチレン基、Rが水素、xが0)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(製造例6)
(アミノ基を有するシリコーン化合物とエチレンカーボネートとの反応(B−4a))
攪拌機、温度計及び冷却器を備え付けた50mL容の四つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、アミノ基を有するシリコーン樹脂(信越シリコーン社製、「KF−859」、アミノ基当量3000g/mol、)10.0g(アミノ基3.33mmol)とエチレンカーボネート(分子量88.06)1.47g(16.7mmol)とを仕込み、120℃まで昇温させた後、24時間攪拌した。中和滴定により残存アミノ基が1%未満であることを確認した。その後、クロロベンゼン50g及び水50gを加えて分液し、有機層を濃縮することで、透明液体(B−4a)9.0gを取得した。
H−NMRにより、(B−4a)を測定した結果、(B−4a)は、前記式(1−1)、及び、(1−2)で表される構造単位(R1aがメチル基)と、前記式(1−3)で表される構造単位(R1bがメチル基、R2aがプロピレン基、R2bがエチレン基、Rがメチレン基、Rが水素、xが1)と、前記式(1−4)で表される構造単位(R1bがメチル基)とを有していることを確認した。
(実施例1〜9、比較例1〜3)
表1に記載した配合量の各成分を均一に混合し、その後、充分に脱気することでシリコーン樹脂組成物を調製した。
なお、表1中のシリコーン樹脂混合物としては、IVS−4752(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社製)のA液及びB液を1:1で混合した液(以下、「シリコーン樹脂混合物−1」ともいう)を用いた。シリコーン樹脂混合物−1は、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)を主成分として含有する混合物である。
また、表1中の(C−1)としては、グリシドキシプロピルトリメトキシラン(東レ・ダウコーニング社製、「Z−6040」)を用い、(C−2)としては、イソシアヌル酸トリグリシジル(東京化成工業社製)を用いた。
<評価>
実施例1〜9及び比較例1〜3で得られた各シリコーン樹脂組成物について、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
(1)硬度(タイプA)
実施例1〜9及び比較例1〜3で得られた各シリコーン樹脂組成物を樹脂製モールドに流し込み、150℃で1時間加熱した後、170℃で1時間加熱し、シリコーン樹脂組成物を硬化させた。得られた硬化物をモールドから離型し、半径20mm×厚さ6mmの硬化物とし、硬度測定用試験片とした。得られた硬度測定用試験片について、ゴム・プラスチック硬度計(古里精機製作所社製、「KR−24A」)を用いて硬度(タイプA)を測定した。
(2)ポリフタルアミド樹脂に対する引張せん断接着強度
実施例1〜9及び比較例1〜3で得られた各シリコーン樹脂組成物を、接着部が12.5×25mmの長方形になるように2枚のポリフタルアミド樹脂板(サイズ2×25×100mm)のうちの一方に塗布し、もう一方のポリフタルアミド樹脂板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱した後、170℃で1時間加熱してシリコーン樹脂組成物を硬化させ、引張せん断試験片とした。接着基材であるポリフタルアミド樹脂板は、150℃で1時間乾燥させたものを使用した。得られた接着試験片について、引張試験機(島津製作所社製、「AGS−X」)を用いて、つかみ具間距離100mm、試験速度5mm/minの条件で、引張せん断接着強度を測定した。接着性付与剤を用いなかった比較例1の接着強度を基準とし、比較例1の接着強度に対して、1.1倍未満であった場合を「×」、1.1倍以上1.2倍未満であった場合を「△」、1.2倍以上1.3倍未満であった場合を「○」、1.3倍以上であった場合を「◎」として評価した。
Figure 0005548322
表1より、(B)の成分を配合することで、ポリフタルアミド樹脂に対する接着性が向上していることが分かる。その中でも、配合量が1〜5質量部の範囲である実施例2〜4のシリコーン樹脂組成物においては、より優れた接着性を示した。一方で、一般的に接着性を向上させる目的で用いられるシランカップリング剤(C−1)を配合した比較例2や、イソシアヌル酸トリグリシジル(C−2)を配合した比較例3においては、接着性は不充分なものであった。
(実施例10〜18、比較例4〜6)
表2に記載した配合量の各成分を均一に混合し、その後、充分に脱気することでシリコーン樹脂組成物を調製した。
なお、表2中のシリコーン樹脂混合物としては、IVS−4752(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社製)のA液(以下、シリコーン樹脂混合物−2)を用いた。シリコーン樹脂混合物−2は、(A−i)を主成分として含有する混合物である。
また、表1中の(C−1)としては、グリシドキシプロピルトリメトキシラン(東レ・ダウコーニング社製、「Z−6040」)を用い、(C−2)としては、イソシアヌル酸トリグリシジル(東京化成工業社製)を用いた。
<評価>
実施例10〜18及び比較例4〜6で得られた各シリコーン樹脂組成物について、以下の評価を行った。結果を表2に示した。
(3)保存安定性
実施例10〜18及び比較例4〜6で得られた各シリコーン樹脂組成物を、70℃で30日間保温し、保温前と保温後の粘度(23℃)及び透過率(波長400nm)を測定し、それぞれの変化量から保存安定性を評価した。粘度の測定には、デジタル粘度計DVH−EII(トキメック社製)を用い、透過率の測定には、U−4100形分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いた。
Figure 0005548322
表2より、(B)の成分は、シリコーン樹脂組成物の保存安定性に悪影響を及ぼさないことが分かる。一方で、一般的に接着性を向上させる目的で用いられるシランカップリング剤(C−1)を配合すると、保存安定性が低下した。
本発明によれば、接着性に優れるシリコーン樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、該シリコーン樹脂組成物を用いてなるシリコーン樹脂硬化物及び光半導体素子封止体を提供することができる。

Claims (5)

  1. (A−i)ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基を少なくとも2個有するポリオルガノシロキサンと、(A−ii)ケイ素原子に結合した水素基を少なくとも2個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、(A−iii)ヒドロシリル化反応触媒とを含有するシリコーン樹脂混合物、及び、
    (B)下記式(1−1)で表される構造単位と下記式(1−2)で表される構造単位との間に、下記式(1−3)で表される構造単位及び下記式(1−4)で表される構造単位を有するシリコーン化合物を含有し、
    前記(B)の成分の下記式(1−3)官能基当量は300〜15000であり、
    前記(B)の成分の配合量が、(A−i)、(A−ii)、及び、(A−iii)の成分の合計100質量部に対して、0.01〜10質量部である
    ことを特徴とするシリコーン樹脂組成物。
    Figure 0005548322
    式(1−1)、及び、式(1−2)中、R1aはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)、及び、式(1−4)中、R1bはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基から選択される炭素数1〜18の炭化水素基を表す。式(1−3)中、R2aは、ケイ素原子に結合した炭素原子を除く一部の炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基を表し、R2bは炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、炭素数1〜3のアルキレン基を表し、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、OH基を有する炭素数1〜3のアルキル基、又は、ハロゲノ基を表す。式(1−3)中、mは、1〜50の整数であり、xは0〜2であり、式(1−4)中、nは、10〜1500の整数である。
  2. (A−i)の成分中のケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を有する置換基は、ビニル基、アクリロイル基又はメタアクリロイル基であることを特徴とする請求項1記載のシリコーン樹脂組成物。
  3. 式(1−3)中のRがメチレン基、Rが水素原子であり、xが0又は1である請求項1又は2記載のシリコーン樹脂組成物。
  4. 請求項1、2記載のシリコーン樹脂組成物を硬化させることによって得られることを特徴とするシリコーン樹脂硬化物。
  5. 光半導体素子が請求項記載のシリコーン樹脂硬化物で封止されていることを特徴とする光半導体素子封止体。
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