JP6194853B2 - 光半導体装置用白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物、及び光半導体素子搭載用ケース - Google Patents
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Description
(CH3)aSi(OR1)b(OH)cO(4−a−b−c)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異種の炭素原子数1〜4の有機基を示し、a、b及びcは0.8≦a≦1.5、0≦b≦0.3、0.001≦c≦0.5、及び0.801≦a+b+c<2を満たす数である。)
(B)下記一般式(2)で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン残基を有し、1分子中に少なくとも1個のシクロヘキシル基またはフェニル基を含むオルガノポリシロキサン:5〜30質量部(但し、(A)及び(B)成分の合計は100質量部である)、
(式中、R2は互いに独立にヒドロキシル基、炭素原子数1〜3のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ビニル基及びアリル基から選ばれる1価炭化水素基であり、mは5〜50の整数を示す。)
(C)白色顔料:3〜300質量部、
(D)(C)成分以外の無機充填材:400〜1200質量部、
(E)下記一般式(3)で表され、(A)レジン状オルガノポリシロキサンとの屈折率の差が0.02以上かつ大気圧下での沸点が200℃以上であるシランカップリング剤:0.2〜10.0質量部、
R3 dSi(OR4)4−d (3)
(式中、R3は炭素原子数6〜20の非置換又は置換の1価炭化水素基、R4は炭素原子数1〜6のアルキル基、dは1、2又は3である)
(F)硬化触媒:0.01〜10質量部、
を含むことを特徴とする光半導体装置用白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物を提供する。
本発明はまた、上記白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物の硬化物から成る光半導体素子搭載用ケースを提供する。
(A)レジン状オルガノポリシロキサン
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、下記平均組成式(1)で表され、例えばトルエン等を展開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が500〜20,000のレジン状(即ち、分岐状又は三次元網状構造の)オルガノポリシロキサンであり、後述する(D)縮合触媒の存在下で、架橋構造を形成する。
(CH3)aSi(OR1)b(OH)cO(4−a−b−c)/2 (1)
(上記式(1)中、R1は同一又は異種の炭素原子数1〜4の有機基である。a、b及びcは、0.8≦a≦1.5、0≦b≦0.3、0.001≦c≦0.5及び0.801≦a+b+c<2を満たす数である。)
(CH3)nSiX4−n (4)
(式中、Xは塩素等のハロゲン原子又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基を示し、nは0、1、2のいずれかである。)この場合、Xとしては、固体状のオルガノポリシロキサンを得る点からは、塩素原子またはメトキシ基であることが好ましい。
(B)成分のオルガノポリシロキサンは、下記式(2)で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン残基を有し、1分子中に少なくとも1個、好ましくは2個以上のシクロヘキシル基またはフェニル基を含むことを特徴とする。
(ここで、m=0〜48の整数(平均値)、n=3〜48の整数(平均値)、かつm+nが3〜48(平均値))等を例示することができる。
(C)成分の白色顔料は、硬化物の白色度を高めるために本発明の組成物に配合される。(C)成分の白色顔料は、光半導体装置のリフレクター(反射板)等の用途に用いられる硬化物を調製するためのシリコーン樹脂組成物において通常用いられているものでよい。(C)成分としては、例えば、二酸化チタン、アルミナ、酸化イットリウムを代表とする希土類酸化物、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が挙げられ、単独又は数種の白色顔料を併用して用いることができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物には、その硬化物の強度を高めるために、更に(D)成分として上記(C)成分以外の無機充填材が配合される。(D)成分の無機充填材としては、通常シリコーン樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられるが、上記した(C)成分の白色顔料(白色着色剤)は除かれる。
(D)成分の無機充填材の平均粒径や形状は特に限定されないが、平均粒径は通常3〜40μmである。なお、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めた値である。
本発明のシリコーン樹脂組成物には、下記一般式(3)で表されるシランカップリング剤が配合される。
R3 dSi(OR4)4−d (3)
(式中、R3はそれぞれ独立して、炭素原子数6〜20の非置換又は置換の1価炭化水素、R4はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜6のアルキル基であり、dは1、2又は3である)。R3は官能基を有しない基、好ましくは炭素原子数6〜20のアルキル基又はアリール基、特にフェニル基、R4は炭素原子数1〜6のアルキル基であるのが好ましい。
なお、本発明において、屈折率とは、JIS K 0062に準拠した方法で、アッベ型屈折率計により、温度25℃で、波長589.3nmにおいて測定した値である。
(F)成分の硬化触媒は、上記(A)及び(B)成分である熱硬化性オルガノポリシロキサンの硬化に用いるための縮合触媒であり、(A)及び(B)成分の安定性、被膜の硬度、無黄変性、硬化性などを考慮して選択される。例えば、有機金属触媒として、有機酸亜鉛、ルイス酸触媒、有機アルミニウム化合物、有機チタニウム化合物等が好適に用いられ、具体的には安息香酸亜鉛、オクチル酸亜鉛、p−tert−ブチル安息香酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、塩化アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、エチルアセトアセテ−トアルミニウムジ(ノルマルブチレ−ト)、アルミニウム−n−ブトキシジエチルアセト酢酸エステル、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、オクチル酸錫、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸錫等が例示される。中でも、安息香酸亜鉛が好ましく使用される。
(G)内部離型剤
本発明のシリコーン樹脂組成物には、内部離型剤を配合することができる。(G)成分は、成形時の離型性を高めるために配合するものであり、組成物全体に対して0.2〜5.0質量%含有するように添加するものである。該内部離型剤としては、天然ワックス、酸ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸ワックスを代表とする合成ワックスなどがあるが、中でも融点が120〜140℃であるステアリン酸カルシウムを用いることが望ましい。
本発明のシリコーン樹脂組成物には、(E)成分のシランカップリング剤以外に、シリコーン樹脂と無機充填材との結合強度を強くするために、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤を配合することができる。(H)成分のカップリング剤は、官能基、例えばエポキシ基、アミノ基及びメルカプト基から選ばれる少なくとも1種の官能基、を含むのが好ましい。
このようなカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(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官能性アルコキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ−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官能性アルコキシシランなどを用いることが好ましい。なお、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではない。
本発明のシリコーン樹脂組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、樹脂の性質を改善する目的で種々のシリコーンパウダー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム等の添加剤、樹脂の強度を上げる目的でガラス繊維やウイスカー状の繊維、接着力を向上させる目的で耐熱性の高いエポキシ樹脂であるトリアジン誘導体エポキシ樹脂などを本発明の効果を損なわない範囲で添加配合することができる。
尚、以下本発明において重量平均分子量は下記測定条件によりGPCで測定されたものである。
<分子量測定条件>
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流量:0.35mL/min
検出器:RI
カラム:TSK−GEL Hタイプ(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:5μL
[合成例1]
メチルトリクロロシラン100質量部、トルエン200質量部を1Lのフラスコに入れ、氷冷下で、水8質量部とイソプロピルアルコール60質量部との混合液を液中滴下した。内温−5〜0℃で5〜20時間かけて滴下し、その後加熱して還流温度で20分間撹拌した。それから該混合液を室温まで冷却し、水12質量部を30℃以下、30分間で滴下し、20分間撹拌した。これに水25質量部を滴下後、得られた反応混合物を40〜45℃で60分間撹拌した。その後、該反応混合物に水200質量部を加えて有機層を分離した。この有機層を中性になるまで洗浄し、その後共沸脱水、濾過及び減圧ストリップをすることにより、下記平均式(A−1)で示される無色透明の固体(融点76℃、重量平均分子量3,060、屈折率1.43)のレジン状オルガノポリシロキサン(A−1)36.0質量部を得た。
(CH3)1.0Si(OC3H7)0.07(OH)0.10O1.4 (A−1)
[合成例2]
フェニルメチルジクロロシラン100g(4.4モル%)、フェニルトリクロロシラン2,100g(83.2モル%)、Si数21個の両末端クロロ封鎖のジメチルポリシロキサンオイル2,400g(12.4モル%)、トルエン3,000gを混合し、水11,000g中に混合した上記シランを滴下し、30〜50℃で1時間共加水分解した。その後、30℃で1時間熟成後、水を入れて洗浄し、その後共沸脱水、ろ過、及び減圧ストリップをすることにより、無色透明な生成物(オルガノシロキサン(B−1))を得た。該シロキサン(B−1)はICIコーンプレートを用いた150℃での溶融粘度5Pa・sを有し、重量平均分子量50,000、屈折率1.49であった。
[(Me2SiO)21]0.124(PhMeSiO)0.044(PhSiO1.5)0.832(B−1)
C−1:二酸化チタン ルチル型(CR−95、石原産業(株)製)
C−2:酸化亜鉛(酸化亜鉛1種、三井金属鉱業(株)製)
D−1:溶融球状シリカA(RS−8225/53C、(株)龍森製、平均粒径10μm)
D−2:溶融球状シリカB(ES−105、東海ミネラル(株)製、平均粒径35μm)
D−3:溶融球状シリカC(N−MSR−04、(株)龍森製、平均粒径4μm)
D−4:溶融球状シリカD(SO−25R、(株)アドマテック製、平均粒径0.5μm)
D−5:破砕状シリカ(FMT−10C、福島窯業(株)、平均粒径10μm)
E−1:へキシルトリメトキシシラン(KBM−3063,信越化学工業(株)製、屈折率1.40、沸点202℃)
E−2:フェニルトリメトキシシラン(KBM−103、信越化学工業(株)製、屈折率1.47、沸点218℃)
E−3:メチルトリメトキシシラン(KBM−13、信越化学工業(株)製、屈折率1.37、沸点102℃)
E−4:デシルトリメトキシシラン(KBM−3103C,信越化学工業(株)製、屈折率1.42、沸点214℃
F−1:安息香酸亜鉛(和光純薬工業(株)製)
G−1:エステル系離型剤(カオーワックス220、花王(株)製)
H−1:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(KBM−803、信越化学工業(株)製、沸点198℃、屈折率1.44)
表1に示す配合成分(質量部)を熱二本ロールにて溶融混合し、冷却し、そして粉砕して白色シリコーン樹脂組成物を得た。これらの組成物及び硬化物について、以下の諸特性を測定した。結果を表1に示す。
EMMI規格に準じた金型を使用して、成形温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で各組成物から試験片を作成し、スパイラルフロー値を測定した。
高化式フローテスターを用い、25kgfの加圧下、直径1mmのノズルを用い、温度175℃で各組成物の粘度を測定した。なお、表1に示す実施例1−5および比較例1−5の最低溶融粘度の単位は「Pa・s」である。
JIS−K6911規格に準じた金型を使用して、成形温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で各組成物を成形し、得られた成形物を180℃、4時間ポストキュアした。ポストキュアした試験片を室温(25℃)にて、曲げ強度、曲げ弾性率について測定した。
成形温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で、直径50mm×厚さ0.20mmの円板型硬化物を各組成物から作成し、エス・デイ・ジー(株)製X−rite8200を使用して、該硬化物の450nmでの初期光反射率を測定した。
成形温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で、直径50mm×厚さ0.20mmの円板型硬化物を各組成物から作成し、エス・デイ・ジー(株)製X−rite8200を使用して、該硬化物の450nmでの初期光透過率を測定した。
成形温度175℃、成形圧力は6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で、バリ測定用金型を使用して各組成物を成形した場合、該金型に生じた30μm厚みのバリ長さの最大値を、ノギスを用いて測定した。
図1に示すように、実施例1及び比較例4で製造した樹脂組成物と全表面を銀メッキした銅リードフレーム102とを用いて、下記の成形条件で、該組成物を全トランスファー成形して、マトリックスタイプの凹型リフレクター基板10を作成した。
成形圧力:100N/mm2
成形時間:120秒
更にポストキュアを180℃で4時間行った。
100:個片化した凹型リフレクター基板
101:樹脂組成物
102:リードフレーム
103:金線
104:LED素子
105:ダイボンド剤
106:透明封止樹脂
Claims (6)
- (A)下記平均組成式(1)で表され、ポリスチレン換算の重量平均分子量が500〜20,000のレジン状オルガノポリシロキサン:70〜95質量部、
(CH3)aSi(OR1)b(OH)cO(4−a−b−c)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異種の炭素原子数1〜4の有機基を示し、a、b及びcは0.8≦a≦1.5、0≦b≦0.3、0.001≦c≦0.5、及び0.801≦a+b+c<2を満たす数である。)
(B)下記一般式(2)で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン残基を有し、1分子中に少なくとも1個のシクロヘキシル基またはフェニル基を含むオルガノポリシロキサン:5〜30質量部(但し、(A)及び(B)成分の合計は100質量部である。)、
(C)白色顔料:3〜300質量部、
(D)(C)成分以外の無機充填材:400〜1200質量部、
(E)下記一般式(3)で表され、(A)レジン状オルガノポリシロキサンとの屈折率の差が0.02以上かつ大気圧下での沸点が200℃以上であるシランカップリング剤:0.2〜10.0質量部、
R3 dSi(OR4)4−d (3)
(式中、R3は炭素原子数6〜20の非置換の1価炭化水素基、R4は炭素原子数1〜6のアルキル基、dは1、2又は3である。)
(F)硬化触媒:0.01〜10質量部、
を含むことを特徴とする光半導体装置用白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物。 - 光半導体素子搭載ケース用である、請求項1に記載の白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物。
- (D)成分の無機充填材が平均粒径5.0〜20.0μmの球状シリカであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物。
- (F)成分の硬化触媒が有機金属縮合触媒であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物。
- 更に、(G)成分として内部離型剤、及び(H)成分として(E)成分以外のカップリング剤から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物から形成された光半導体素子搭載用ケース。
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