JP6349163B2 - Organopolysiloxane prepolymer, organopolysiloxane polymer gel, sealing material for SiC or GaN power module, semiconductor sealing structure - Google Patents
Organopolysiloxane prepolymer, organopolysiloxane polymer gel, sealing material for SiC or GaN power module, semiconductor sealing structure Download PDFInfo
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Description
本発明は、オルガノポリシロキサンプレポリマー、および、それを加熱固化することによって得られるオルガノポリシロキサンポリマーゲル、オルガノポリシロキサンプレポリマーを含有するSiCまたはGaNパワーモジュール用封止材、および、オルガノポリシロキサンポリマーゲルによって封止された半導体封止構造に関する。 The present invention relates to an organopolysiloxane prepolymer, an organopolysiloxane polymer gel obtained by heating and solidifying the organopolysiloxane prepolymer, a sealing material for SiC or GaN power modules containing the organopolysiloxane prepolymer, and the organopolysiloxane The present invention relates to a semiconductor sealing structure sealed with a polymer gel.
電気部品であるパワーモジュール(半導体)において、その構造が比較的大きくなった際には、素子を含む回路全体を非常に柔らかい樹脂にて封止するゲル封止構造が取られる。比較的小型であれば、エポキシ樹脂によるパッケージング、所謂ディスクリート構造が取られるが、名刺サイズを超える場合には安定した生産が困難と言われている。素子がSi(シリコン)である現在、ゲル封止にはシリコーン樹脂など汎用的な弾性材料が用いられている。しかし近年、SiCまたはGaNを用いた次世代のパワーモジュールの開発、実用化が加速し、ゲル封止の材料に求められる耐熱温度も非常に高くなってきている。 When the structure of a power module (semiconductor), which is an electrical component, becomes relatively large, a gel sealing structure that seals the entire circuit including elements with a very soft resin is taken. If it is relatively small, packaging with epoxy resin, so-called discrete structure, is taken, but it is said that stable production is difficult when it exceeds the size of a business card. At present, the element is Si (silicon), and general-purpose elastic materials such as silicone resin are used for gel sealing. However, in recent years, development and practical use of next-generation power modules using SiC or GaN have been accelerated, and the heat-resistant temperature required for gel-sealing materials has become very high.
これまでは、上記の通りパワーモジュールのゲル封止の材料として、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の汎用樹脂が用いられてきた。これら汎用樹脂は歴史も長く、生産性、加工性に優れ、安価で安定した供給が可能である。 Until now, general-purpose resins such as epoxy resins and silicone resins have been used as a material for gel sealing of power modules as described above. These general-purpose resins have a long history, are excellent in productivity and processability, and can be supplied stably at low cost.
しかし、上述の通り、素子として高温動作が有効であるSiCやGaNといった半導体が採択されるにあたり、200℃以上で連続使用が可能で絶縁性の高い新たな弾性体が要求されるようになってきた。SiCやGaNパワーモジュールでは、要求される耐熱維持温度が従来の180℃から200℃以上に上昇し、素子近傍では250℃以上の高温に耐えることが要求されている。そして、このような200℃前後の高温下ではエポキシ樹脂やシリコーン樹脂といった汎用樹脂は、熱劣化による亀裂や破壊、密着性不良による素子やパッケージからの剥離といった多くの問題が顕著に現れるようになってきた。 However, as described above, a new elastic body that can be continuously used at 200 ° C. or higher and has high insulating properties has been required when a semiconductor such as SiC or GaN, which is effective in high-temperature operation, is adopted as an element. It was. In SiC and GaN power modules, the required heat-resistant maintenance temperature has been increased from 180 ° C. to 200 ° C. or higher, and it is required to withstand high temperatures of 250 ° C. or higher in the vicinity of the element. Under such high temperatures of around 200 ° C., general-purpose resins such as epoxy resins and silicone resins are prone to many problems such as cracks and breakage due to thermal deterioration and peeling from elements and packages due to poor adhesion. I came.
シリコーン樹脂は、一般に200℃以上の耐熱性を有すると云われている。しかし、配合される固化(硬化)触媒や添加剤による熱的反応や電気絶縁性低下、固化(硬化)を優先するための付加重合による熱的に弱いC−C結合の形成など、1,000時間以上の連続使用環境下での硬度上昇や材料破壊、パッケージとの密着性低下といった問題が顕著化している。特に多くのシリコーン樹脂の固化(硬化)原理である付加重合は、C−C結合の形成が避けられず、どうしても熱劣化や光劣化が発生してしまう。よって、市場ではこれら汎用樹脂に替わる封止材が求められていた。 Silicone resins are generally said to have heat resistance of 200 ° C. or higher. However, the thermal reaction and electrical insulation by the solidification (curing) catalyst and additives to be blended, the formation of a thermally weak CC bond by addition polymerization for giving priority to solidification (curing), etc. 1,000 Problems such as an increase in hardness, material destruction, and a decrease in adhesiveness with a package under a continuous use environment for more than an hour have become prominent. In particular, in addition polymerization, which is the principle of solidification (curing) of many silicone resins, formation of C—C bonds is unavoidable, and heat deterioration and light deterioration are inevitably caused. Therefore, a sealing material that replaces these general-purpose resins has been demanded in the market.
上記のような昨今のSiCやGaNといった半導体パワーモジュール用封止材への用途に関し、近年は、比較的耐熱性の高いシロキサンポリマーに無機成分を組み込むことにより特性を向上させた有機−無機ハイブリッド組成物が開発されている。 In recent years, organic-inorganic hybrid compositions with improved characteristics by incorporating inorganic components into siloxane polymers with relatively high heat resistance in relation to the applications for semiconductor power module sealing materials such as SiC and GaN as described above Things are being developed.
有機−無機ハイブリッド組成物は、有機成分に相当するポリジメチルシロキサン(以下、「PDMS」と略す場合がある。)の骨格構造の柔軟性、撥水性、離型性等の特性と、無機成分の耐熱性、機械的構造の強さ等の特性を兼ね備えた材料であり、該有機−無機ハイブリッド組成物の固化体は、連続使用温度200℃以上の高い耐熱性と柔軟性、更に高い電気絶縁性や高周波での低誘電性等の優れた電気特性を有する材料である(特許文献1〜6)。 The organic-inorganic hybrid composition is composed of a polydimethylsiloxane (hereinafter sometimes abbreviated as “PDMS”) corresponding to an organic component, such as flexibility, water repellency, releasability, and the like of the inorganic component. It is a material that has characteristics such as heat resistance and mechanical structure strength, and the solidified body of the organic-inorganic hybrid composition has high heat resistance and flexibility at a continuous use temperature of 200 ° C. or higher, and further high electrical insulation. And a material having excellent electrical characteristics such as low dielectric properties at high frequencies (Patent Documents 1 to 6).
有機−無機ハイブリッド材料は、レーザーダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)、LEDプリントヘッド(LPH)、チャージカップルドデバイス(CCD)、インスレイテッドゲイトビポーラートランジスタ(IGBT)等に組み込まれている半導体素子や結線の封止材としての使用が検討されてきた。 Organic-inorganic hybrid materials are incorporated in laser diodes (LD), light emitting diodes (LED), LED print heads (LPH), charge coupled devices (CCD), insulated gate bipolar transistors (IGBT), etc. The use as a sealing material for semiconductor elements and connections has been studied.
ところが、ポリオルガノシロキサン系有機−無機ハイブリッド材料は、耐熱性は比較的高いものがあるが、原料のPDMSの分子量分布の幅が広く、合成された有機−無機ハイブリッド自体も幅広い分子量分布を有する。すなわち、得られたハイブリッドゾル中に、反応性の低い高分子成分や反応に寄与できない低分子成分が存在している。そのため、固化体(ゲル)を得るには活性の高い金属化合物触媒を用いて強制的に固化(ゲル化)させる必要がある。しかし、活性の強い金属化合物触媒は固化後も固化体内部に残存し、その後は熱的環境で固化体の結合破壊に寄与してしまう。よって、PtやSn、Biといった活性の高い固化触媒を使用する場合、200℃以上で使用される材料では残存させないことが望ましい。 However, some polyorganosiloxane organic-inorganic hybrid materials have relatively high heat resistance, but the molecular weight distribution of the raw material PDMS is wide and the synthesized organic-inorganic hybrid itself has a wide molecular weight distribution. That is, in the obtained hybrid sol, there are a high-reactivity polymer component and a low-molecular component that cannot contribute to the reaction. Therefore, in order to obtain a solidified body (gel), it is necessary to forcibly solidify (gelate) using a highly active metal compound catalyst. However, a highly active metal compound catalyst remains inside the solidified body even after solidification, and thereafter contributes to bond breakage of the solidified body in a thermal environment. Therefore, when using a highly active solidification catalyst such as Pt, Sn, or Bi, it is desirable not to leave the material used at 200 ° C. or higher.
このような問題を避けるため、原料として用いるPDMSは分子量分布が狭いことが求められる。分子量分布が狭いPDMSを作製する手法には、リビング重合法がある。この手法では、分子量分布の比較的狭いPDMSを作製することが可能である。 In order to avoid such problems, PDMS used as a raw material is required to have a narrow molecular weight distribution. There is a living polymerization method as a method for producing PDMS having a narrow molecular weight distribution. With this method, it is possible to produce PDMS with a relatively narrow molecular weight distribution.
また、分子量分布の狭いPDMSを使用しても、200℃〜250℃、あるいはそれ以上の高温環境下にて連続的に使用可能な封止材を得るには、さらに耐熱維持性やパワーモジュールに用いられる各種材料との接着性を改善する必要がある。 In order to obtain a sealing material that can be continuously used in a high temperature environment of 200 ° C. to 250 ° C. or higher even when PDMS having a narrow molecular weight distribution is used, it is necessary to further maintain heat resistance and power modules. There is a need to improve adhesion with various materials used.
そこで、本発明の目的は、耐熱性および柔軟性に優れ、200℃〜250℃、あるいはそれ以上の高温環境下において長時間連続的に使用しても特性変化が少なく、熱ストレスによるクラックが発生しにくいゲルとなるオルガノポリシロキサンプレポリマーとそれを加熱固化することによって得られるオルガノポリシロキサンポリマーゲル、SiCまたはGaNパワーモジュール用封止材、および、半導体封止構造を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is excellent in heat resistance and flexibility, with little change in characteristics even when used continuously for a long time in a high temperature environment of 200 ° C. to 250 ° C. or higher, and cracks due to thermal stress occur. It is an object to provide an organopolysiloxane prepolymer that is difficult to gel, an organopolysiloxane polymer gel obtained by heating and solidifying it, a sealing material for SiC or GaN power modules, and a semiconductor sealing structure.
本発明は、従来の問題点を解決し、SiCやGaN半導体素子を使用する次世代パワーモジュールの封止材として有用な、高温環境下で連続使用可能であり、かつ、電気絶縁特性に優れたオルガノポリシロキサンプレポリマー、および、それを加熱固化することによって得られるオルガノポリシロキサンポリマーゲル、オルガノポリシロキサンプレポリマーを含有するSiCまたはGaNパワーモジュール用封止材、および、オルガノポリシロキサンポリマーゲルによって封止された半導体封止構造を提供することを目的とする。なお、本明細書では、SiCまたはGaNパワーモジュールを半導体パワーモジュール、または、単にパワーモジュールと表記することがある。 The present invention solves the conventional problems, is useful as a sealing material for next-generation power modules using SiC and GaN semiconductor elements, can be used continuously in a high temperature environment, and has excellent electrical insulation characteristics Organopolysiloxane prepolymer, organopolysiloxane polymer gel obtained by heating and solidifying it, sealing material for SiC or GaN power module containing organopolysiloxane prepolymer, and organopolysiloxane polymer gel It is an object of the present invention to provide a stopped semiconductor sealing structure. In this specification, an SiC or GaN power module may be referred to as a semiconductor power module or simply a power module.
本発明者らの検討の結果、200℃以上の高温環境下で連続使用可能で、かつ電気絶縁特性に優れた材料を作製するには、主原料である両末端シラノール基ポリジメチルシロキサンの分子量分布が重要であることが見出された。分子量分布の評価には、分子量分布指数として重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が用いられるが、この数値が1.4を超えると固化体を得る際に活性の高い固化触媒を必要とし、その結果耐熱維持性が著しく低下するおそれがある。1.4以下であれば、比較的熱的に安定した特性を示すが、1.2以下であれば固化の際の条件を更に緩和すること、すなわち低温、短時間での固化が可能となりさらに好ましく、200℃以上における高温下での耐熱維持特性を鑑みると、分子量分布指数(Mw/Mn)は1.1以下であることが一層好ましい。 As a result of the study by the present inventors, in order to produce a material that can be continuously used in a high temperature environment of 200 ° C. or higher and has excellent electrical insulation properties, the molecular weight distribution of both end silanol group polydimethylsiloxane as the main raw material Was found to be important. For the evaluation of the molecular weight distribution, the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) is used as the molecular weight distribution index. In addition, a highly active solidification catalyst is required, and as a result, heat resistance maintenance may be significantly reduced. If it is 1.4 or less, it shows relatively thermally stable characteristics, but if it is 1.2 or less, the conditions for solidification can be further relaxed, that is, solidification can be performed at low temperature in a short time. Preferably, in view of heat resistance maintenance characteristics at a high temperature of 200 ° C. or higher, the molecular weight distribution index (Mw / Mn) is more preferably 1.1 or lower.
なお、本明細書中において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液としてゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定した分子量を示す。 In the present specification, the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) are molecular weights measured by gel permeation chromatography (GPC method) using polystyrene as a standard substance and tetrahydrofuran as an eluent. .
本発明に従ったオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)は、下記(A−1)と、下記(B−1)、(B−2)及び(B−3)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物(B)とが縮合反応することによって生成される。
(A−1):両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサンであって、数平均分子量(Mn)が概ね18,000〜60,000あり、かつ分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量)が1.4以下であるもの。
(B−1):アリール基を含有するアルコキシシランモノマー。
(B−2):(B−1)が有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物。
(B−3):(B−2)同士による、又は(B−2)と(B−1)による縮合反応生成物。
The organopolysiloxane prepolymer (C) according to the present invention is at least one selected from the group consisting of the following (A-1) and the following (B-1), (B-2) and (B-3). It produces | generates by carrying out a condensation reaction with a seed compound (B).
(A-1): Polydimethylsiloxane having silanol groups at both ends, having a number average molecular weight (Mn) of approximately 18,000 to 60,000 and a molecular weight distribution index (Mw / Mn; Mw is a weight average) Molecular weight is 1.4 or less.
(B-1): an alkoxysilane monomer containing an aryl group.
(B-2): A complete or partial hydrolyzate of the alkoxy group possessed by (B-1).
(B-3): A condensation reaction product between (B-2) or (B-2) and (B-1).
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)においては、(A−1)と(B−1)の配合比(A−1)/(B−1)が0.15〜2(モル比)であることが好ましい。 Moreover, in the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, the blending ratio (A-1) / (B-1) of (A-1) and (B-1) is 0.15 to 2 (molar ratio). ) Is preferable.
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)においては、(A−1)と(B−1)の合計量に対するSn系化合物の添加量が50ppm以下であることが好ましい。 In addition, in the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, it is preferable that the amount of Sn compound added relative to the total amount of (A-1) and (B-1) is 50 ppm or less.
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)は、上述のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)に、下記(A−2)をさらに縮合反応させることによって生成されることが好ましい。
(A−2):両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサンであって、数平均分子量(Mn)が概ね15,000〜60,000であり、かつ分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量)が1.3以下であるもの。
The organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention is preferably produced by further subjecting the above-mentioned organopolysiloxane prepolymer (C) to the condensation reaction of the following (A-2).
(A-2): Polydimethylsiloxane having trialkoxysilyl groups at both ends, having a number average molecular weight (Mn) of about 15,000 to 60,000 and a molecular weight distribution index (Mw / Mn; Mw) Is a weight average molecular weight) of 1.3 or less.
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)においては、(A−1)と(A−2)の配合比(A−1)/(A−2)が2〜20(モル比)であることが好ましい。 Moreover, in the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, the blending ratio (A-1) / (A-2) of (A-1) and (A-2) is 2 to 20 (molar ratio). Preferably there is.
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)においては、(A−1)、(A−2)及び(B−1)の合計量に対するSn系化合物の添加量が50ppm以下であることが好ましい。 In addition, in the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, the amount of Sn compound added relative to the total amount of (A-1), (A-2) and (B-1) is 50 ppm or less. preferable.
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)においては、(B−1)のアリール基が、フェニル基、トリル基、ナフチル基、スチリル基及びビフェニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。 In the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, the aryl group of (B-1) is at least one selected from the group consisting of a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, a styryl group, and a biphenyl group. It is preferable that
また、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)は、チタンのアルコキシド類を触媒として縮合されたものであることが好ましい。 Further, the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention is preferably one condensed with a titanium alkoxide as a catalyst.
本発明に従ったオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、上述のいずれかのオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を含むゾルを加熱固化させることによって得られる。 The organopolysiloxane polymer gel (D) according to the present invention can be obtained by heating and solidifying a sol containing any of the above-mentioned organopolysiloxane prepolymers (C).
また、本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、厚さ10mmの板状体に成形した場合に、250℃の環境下で1,000時間経過後における重量減少率が10%以下であることが好ましい。 Further, when the organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention is formed into a plate-like body having a thickness of 10 mm, the weight reduction rate after passage of 1,000 hours in an environment of 250 ° C. is 10% or less. It is preferable.
また、本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、厚さ10mmの板状体に成形した場合に、250℃の環境下で1,000時間経過後における、1/4円すいを用いて測定し標準円すいを用いたちょう度に換算したちょう度(JIS K 2220)が30以上であることが好ましい。 The organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention is measured using a 1/4 conical shape after 1,000 hours have passed in an environment of 250 ° C. when formed into a 10 mm thick plate. It is preferable that the consistency (JIS K 2220) converted to a consistency using a standard cone is 30 or more.
また、本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、250℃の環境下で500時間経過後における体積抵抗率(JIS K 6249)が1014Ω・cm以上であることが好ましい。 Further, the organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention preferably has a volume resistivity (JIS K 6249) of 10 14 Ω · cm or more after elapse of 500 hours in an environment of 250 ° C.
本発明に従ったSiCまたはGaNパワーモジュール用封止材は、上記のいずれかのオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を含有する。 The sealing material for SiC or GaN power module according to the present invention contains any one of the above organopolysiloxane prepolymers (C).
本発明に従った半導体封止構造は、上記のいずれかのオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)によってSiCまたはGaNパワーモジュールを封止したものである。 The semiconductor encapsulation structure according to the present invention is obtained by encapsulating a SiC or GaN power module with any of the above organopolysiloxane polymer gels (D).
以上のように、本発明によれば、耐熱性および柔軟性に優れ、200℃〜250℃、あるいはそれ以上の高温環境下において長時間連続的に使用しても特性変化が少なく、熱ストレスによるクラックが発生しにくいゲルとなるオルガノポリシロキサンプレポリマーとそれを加熱固化することによって得られるオルガノポリシロキサンポリマーゲル、SiCまたはGaNパワーモジュール用封止材、および、半導体封止構造を提供することができる。 As described above, according to the present invention, heat resistance and flexibility are excellent, and there is little change in characteristics even when used continuously for a long time in a high temperature environment of 200 ° C. to 250 ° C. It is possible to provide an organopolysiloxane prepolymer that is a gel in which cracks do not easily occur, an organopolysiloxane polymer gel obtained by heating and solidifying the same, a sealing material for SiC or GaN power modules, and a semiconductor sealing structure it can.
以下に本発明を詳細に説明する。
<両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)>
本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の合成に使用するポリジメチルシロキサン(PDMS)(A−1)は、その両末端に後述の化合物(B)と反応可能なシラノール基を有するものであり、一般式(1)で表される。
<Polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends>
The polydimethylsiloxane (PDMS) (A-1) used for the synthesis of the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention has silanol groups capable of reacting with the compound (B) described later at both ends. Is represented by the general formula (1).
PDMS(A−1)には、数平均分子量(Mn)が概ね18,000〜60,000の範囲にあるものを使用する。数平均分子量(Mn)を概ね18,000以上にすることで、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を含むゾルを比較的短時間で加熱固化(ゲル化)することができる。また得られたゲルの機械的特性(柔軟性)を向上させることが可能で、高温から低温まで温度変化の熱衝撃緩和を可能とした熱維持性を確保することができ、封止体として用いる固化体のクラック発生が低減される。また数平均分子量(Mn)を概ね60,000以下にすることで、高粘度のPDMSを所定の溶媒で希釈する必要がなくなり、該溶媒の揮発による収縮を無くすことができる。耐熱維持特性及び粘度等を考慮すると、より好ましい数平均分子量は、概ね20,000〜40,000である。 PDMS (A-1) having a number average molecular weight (Mn) in the range of approximately 18,000 to 60,000 is used. By setting the number average molecular weight (Mn) to approximately 18,000 or more, the sol containing the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention can be heated and solidified (gelled) in a relatively short time. Moreover, it is possible to improve the mechanical properties (flexibility) of the obtained gel, and it is possible to ensure the heat maintenance property that enables the thermal shock relaxation of the temperature change from high temperature to low temperature, and it is used as a sealing body. The occurrence of cracks in the solidified body is reduced. Further, by setting the number average molecular weight (Mn) to approximately 60,000 or less, it is not necessary to dilute the high viscosity PDMS with a predetermined solvent, and shrinkage due to volatilization of the solvent can be eliminated. In view of heat resistance maintaining properties, viscosity, and the like, a more preferable number average molecular weight is approximately 20,000 to 40,000.
PDMS(A−1)には、分子量分布指数(Mw/Mn)が1.4以下であるものが使用される。なお、PDMS(A−1)の分子量分布指数(Mw/Mn)は、好ましくは1.2以下であり、さらに好ましくは1.1以下である。PDMS(A−1)の分子量分布指数(Mw/Mn)が1.4以下であれば、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゲル体、すなわち、オルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が長期にわたって耐熱性を維持することが可能となる。さらに、PDMS(A−1)の分子量分布指数(Mw/Mn)が1.2以下、さらには1.1以下であると、200℃以上の高温下における耐熱維持特性に特に優れたオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が得られる。 PDMS (A-1) having a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.4 or less is used. The molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-1) is preferably 1.2 or less, more preferably 1.1 or less. If the molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-1) is 1.4 or less, the gel body of the organopolysiloxane prepolymer (C), that is, the organopolysiloxane polymer gel (D) is heat resistant over a long period of time. It becomes possible to maintain sex. Furthermore, when the molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-1) is 1.2 or less, and further 1.1 or less, the organopolysiloxane particularly excellent in heat resistance maintaining characteristics at a high temperature of 200 ° C. or more A polymer gel (D) is obtained.
PDMS(A−1)の製法は、特に限定されないが、アルキルリチウムを開始剤として使用し、リビングアニオン重合法によって合成することにより、分子量分布指数(Mw/Mn)が1.4以下、さらには1.2以下、1.1以下といった狭い分子量分布を有するものが作製可能となる。 The production method of PDMS (A-1) is not particularly limited, but the molecular weight distribution index (Mw / Mn) is 1.4 or less by synthesizing by living anion polymerization method using alkyllithium as an initiator, Those having a narrow molecular weight distribution such as 1.2 or less and 1.1 or less can be produced.
<両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(A−2)>
本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の合成に(A−1)と併用することができる両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)(A−2)は、その両末端に後述の化合物(B)と反応可能なアルコキシシリル基を有するものであり、一般式(2)で表される。このPDMS(A−2)を併用することにより、両末端の加水分解性基の作用により、固化速度を速めたり、パワーモジュールに用いられる各種材料との接着性を改善することができる。
Polydimethylsiloxane (PDMS) (A-2) having trialkoxysilyl groups at both ends that can be used in combination with (A-1) in the synthesis of the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention has both ends. Having an alkoxysilyl group capable of reacting with the compound (B) described later, and represented by the general formula (2). By using this PDMS (A-2) in combination, the solidification rate can be increased by the action of the hydrolyzable groups at both ends, and the adhesion to various materials used in the power module can be improved.
PDMS(A−2)には、数平均分子量(Mn)が概ね15,000〜60,000の範囲にあるものを使用することが好ましい。数平均分子量(Mn)を概ね15,000以上にすることで、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を含むゾルを加熱固化して得られるゲルの機械的特性(柔軟性)を向上させることが可能で、高温から低温まで温度変化の熱衝撃緩和を可能とした熱維持性を確保することができ、封止体として用いられるゲルのクラック発生が低減される。また数平均分子量(Mn)を概ね60,000以下にすることで、高粘度のPDMSを所定の溶媒で希釈する必要がなくなり、希釈に用いた溶媒の揮発による収縮を無くすことができる。耐熱維持特性と粘度等を考慮すると、より好ましい数平均分子量は、概ね18,000〜40,000である。 PDMS (A-2) preferably has a number average molecular weight (Mn) in the range of approximately 15,000 to 60,000. By setting the number average molecular weight (Mn) to approximately 15,000 or more, the mechanical properties (flexibility) of the gel obtained by heating and solidifying the sol containing the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention is improved. In addition, it is possible to ensure thermal maintenance that enables thermal shock relaxation of temperature change from high temperature to low temperature, and the generation of cracks in the gel used as the sealing body is reduced. Further, by setting the number average molecular weight (Mn) to approximately 60,000 or less, it is not necessary to dilute the high viscosity PDMS with a predetermined solvent, and shrinkage due to volatilization of the solvent used for dilution can be eliminated. In view of heat resistance maintaining properties, viscosity and the like, a more preferred number average molecular weight is approximately 18,000 to 40,000.
PDMS(A−2)には、分子量分布指数(Mw/Mn)が1.3以下であるものを使用することが好ましい。なお、PDMS(A−2)の分子量分布指数(Mw/Mn)は、より好ましくは1.1以下である。PDMS(A−2)の分子量分布指数(Mw/Mn)が1.3以下であれば、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の固化体であるオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が長期にわたって耐熱性を維持することが可能となる。さらに、PDMS(A−2)の分子量分布指数(Mw/Mn)が1.1以下であると、200℃以上の高温下における耐熱維持特性に特に優れたオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が得られる。 It is preferable to use a PDMS (A-2) having a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.3 or less. The molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-2) is more preferably 1.1 or less. If the molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-2) is 1.3 or less, the organopolysiloxane polymer gel (D), which is a solidified product of the organopolysiloxane prepolymer (C), has long-term heat resistance. Can be maintained. Furthermore, when the molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-2) is 1.1 or less, an organopolysiloxane polymer gel (D) having particularly excellent heat resistance maintaining characteristics at a high temperature of 200 ° C. or higher is obtained. It is done.
式(2)中のXは、酸素または炭素数2以下のアルキレン基から選ばれる。耐熱性を考慮すると酸素であることが好ましいが、(A−2)としての純度、分子量分布の狭さ等を考慮すると、炭素数2以下のアルキレン基、特にエチレン基であることが好ましい。また、式(2)中のR1は、炭素数が1〜3のアルキル基から選択される。安定性、反応性を考慮すると、R1はエチル基であることが最も好ましい。 X in the formula (2) is selected from oxygen or an alkylene group having 2 or less carbon atoms. In consideration of heat resistance, oxygen is preferable, but in consideration of purity as (A-2), narrow molecular weight distribution, and the like, an alkylene group having 2 or less carbon atoms, particularly an ethylene group is preferable. Further, R 1 in the formula (2) is selected from an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. In view of stability and reactivity, R 1 is most preferably an ethyl group.
<平均分子量の測定>
PDMS(A−1)およびPDMS(A−2)の平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定し、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比を分子量分布指数とした。標準試料としてポリスチレンを用い、ポリスチレン換算分子量を測定した。
<Measurement of average molecular weight>
The average molecular weight of PDMS (A-1) and PDMS (A-2) was measured by gel permeation chromatography (GPC method), and the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) was determined as the molecular weight distribution index. It was. Polystyrene equivalent molecular weight was measured using polystyrene as a standard sample.
なおGPC法によるポリスチレン換算分子量測定は、以下の測定条件で行うものとする。
a)測定機器:SIC Autosampler Model 09
Sugai U−620 COLUMN HEATER
Uniflows UF−3005S2B2
b)検出器 :MILLIPORE Waters 410
Differential Refractometer
c)カラム :Shodex KF806M×2本
d)オーブン温度:40℃
e)溶離液 :テトラヒドロフラン(THF) 1.0mL/min
f)標準試料:ポリスチレン
g)注入量 :100μL
h)濃度 :0.020g/10mL
i)試料調製:2,6−ジ−tert−ブチル−p−フェノール(BHT)が0.2重量%添加されたTHFを溶媒として、室温で攪拌して溶解させた。
j)補正 :検量線測定時と試料測定時とのBHTのピークのずれを補正して、分子量計算を行った。
In addition, the polystyrene conversion molecular weight measurement by GPC method shall be performed on the following measurement conditions.
a) Measuring instrument: SIC Autosampler Model 09
Sugai U-620 COLUMN HEATER
Uniflows UF-3005S2B2
b) Detector: MILIPORE Waters 410
Differential Refractometer
c) Column: Shodex KF806M x 2 d) Oven temperature: 40 ° C
e) Eluent: Tetrahydrofuran (THF) 1.0 mL / min
f) Standard sample: polystyrene g) Injection amount: 100 μL
h) Concentration: 0.020 g / 10 mL
i) Sample preparation: THF added with 0.2% by weight of 2,6-di-tert-butyl-p-phenol (BHT) was dissolved at room temperature with stirring.
j) Correction: The molecular weight calculation was performed by correcting the deviation of the BHT peak between the calibration curve measurement and the sample measurement.
<化合物(B)>
本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の合成には、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)と、さらに目的によって併用することができる両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(A−2)と円滑に反応することができるアリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)が使用される。(B−1)は一般式(3)で表される。
In synthesizing the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends and further having a trialkoxysilyl group at both ends can be used in combination depending on the purpose. An alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group that can smoothly react with polydimethylsiloxane (A-2) is used. (B-1) is represented by the general formula (3).
式(3)中のアリール基は、フェニル基、トリル基、ビフェニル基、スチリル基、ナフチル基等から選択されることが好ましい。熱的安定性、反応性を考慮すると、Arはフェニル基、トリル基であることが好ましく、フェニル基であることが最も好ましい。また、R2は炭素数1〜3のアルキル基であって、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基から選択されるが、全て同一のものでも、部分的にあるいは全て異なっていてもよい。R2は、反応性、安全面および反応制御の観点から、エチル基であることが最も好ましい。なお、排気設備など合成環境が充実し、作製されたゾルのゲル化(固化)においてもメタノールの発生を問題としないのであれば、反応性の早いメトキシ基を使用することも望ましい。 The aryl group in formula (3) is preferably selected from a phenyl group, a tolyl group, a biphenyl group, a styryl group, a naphthyl group, and the like. In view of thermal stability and reactivity, Ar is preferably a phenyl group or a tolyl group, and most preferably a phenyl group. R 2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is selected from a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. Also good. R 2 is most preferably an ethyl group from the viewpoints of reactivity, safety, and reaction control. Note that it is also desirable to use a highly reactive methoxy group if the synthesis environment such as exhaust equipment is substantial and the generation of methanol is not a problem in the gelation (solidification) of the produced sol.
PDMS(A−1)および必要に応じてPDMS(A−2)との縮合反応に際して、アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)は、アルコキシ基が完全に又は部分的に加水分解されることで、完全又は部分加水分解物(B−2)となり得る。さらに、アルコキシ基の完全又は部分加水分解物(B−2)同士による、又はアリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)とアルコキシ基の完全又は部分加水分解物(B−2)とによる、縮合反応生成物(B−3)が存在し得る。これらを考慮し、本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の合成において、化合物(B)としては、(B−1)、(B−2)及び(B−3)からなる群から選ばれた少なくとも1種が反応に供される。 In the condensation reaction between PDMS (A-1) and, if necessary, PDMS (A-2), the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group is hydrolyzed completely or partially. It can become complete or partial hydrolyzate (B-2). Furthermore, it is based on the alkoxy group complete or partial hydrolyzate (B-2), or the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group and the alkoxy group complete or partial hydrolyzate (B-2). , A condensation reaction product (B-3) may be present. Considering these, in the synthesis of the organopolysiloxane prepolymer (C) of the present invention, the compound (B) is selected from the group consisting of (B-1), (B-2) and (B-3). At least one kind is subjected to the reaction.
本発明においては、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を合成するとき、アリール基、好ましくはフェニル基がPDMS(A−1)およびPDMS(A−2)(以下、これらを合わせて「PDMS(A)」という。)のメチル基を置換して存在するのではなく、(B−1)構造中に存在していることが重要である。一般的にフェニル基を含有する化合物、特に、ケイ素系化合物は耐熱性に優れているが、本発明では(B―1)自身の耐熱性のみではなく、主骨格であるPDMS(C中のA由来部分)の熱劣化を抑制し耐熱性を向上させる効果がある。しかしこの効果は、フェニル基等がPDMS(A)の主骨格にある場合には固化後の硬度上昇に繋がり、弾性体としての特性が著しく阻害されてしまう。そのため、化合物(B−1)にアリール基を持たせ主骨格であるPDMS(A)と反応させる。 In the present invention, when synthesizing the organopolysiloxane prepolymer (C), aryl groups, preferably phenyl groups, are PDMS (A-1) and PDMS (A-2) (hereinafter referred to as “PDMS (A It is important that it is present in the structure (B-1), instead of being substituted for the methyl group of In general, a compound containing a phenyl group, in particular, a silicon-based compound is excellent in heat resistance. However, in the present invention, not only the heat resistance of (B-1) itself but also the main skeleton PDMS (A in C) It has the effect of suppressing heat deterioration of the origin part) and improving heat resistance. However, this effect leads to an increase in hardness after solidification when a phenyl group or the like is present in the main skeleton of PDMS (A), and the characteristics as an elastic body are significantly inhibited. Therefore, the compound (B-1) has an aryl group and is reacted with PDMS (A) which is the main skeleton.
<オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)>
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾルの製造〕
本発明においては前記したように、PDMS(A:A−1、A−2)と、アリール基を含有するアルコキシシランモノマーに基づく(B−1)、(B−2)及び(B−3)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物(B)と、を縮合反応させることによって、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)が生成される。
<Organopolysiloxane prepolymer (C)>
[Manufacture of sol of organopolysiloxane prepolymer (C)]
In the present invention, as described above, PDMS (A: A-1, A-2) and (B-1), (B-2) and (B-3) based on an alkoxysilane monomer containing an aryl group An organopolysiloxane prepolymer (C) is produced by a condensation reaction of at least one compound (B) selected from the group consisting of:
縮合反応には、通常Pt、Bi、Sn系の触媒が用いられることが一般的である。しかしこれら金属化合物触媒は合成後も残存し、固化後の耐熱環境で熱劣化の触媒効果を発現する。しかしながら、両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(A−2)を併用する場合は、加熱固化時にはSn系化合物の固化触媒としての効果が著しい。よって、Sn系化合物触媒は必要最小限の量であることが求められ、(A−1)、(A−2)及び(B−1)の合計量に対し、Sn系化合物の添加量は合計で50ppm以下であることが好ましい。また、(A−2)を併用しない場合でも、(A−1)と(B−1)の合計量に対し、Sn系化合物の添加量は合計で50ppm以下であることが好ましい。 In the condensation reaction, a Pt, Bi, or Sn-based catalyst is generally used. However, these metal compound catalysts remain after the synthesis and exhibit a catalytic effect of thermal degradation in a heat-resistant environment after solidification. However, when polydimethylsiloxane (A-2) having trialkoxysilyl groups at both ends is used in combination, the effect as a solidification catalyst for the Sn-based compound is remarkable at the time of solidification by heating. Therefore, it is calculated | required that Sn type compound catalyst is the minimum amount required, and the addition amount of Sn type compound is the sum total with respect to the total amount of (A-1), (A-2), and (B-1). And preferably 50 ppm or less. Moreover, even when not using (A-2) together, it is preferable that the addition amount of a Sn type compound is 50 ppm or less in total with respect to the total amount of (A-1) and (B-1).
このような理由から、本発明では、Ti、Zr等のアルコキシド類を縮合触媒として使用することが好ましい。特にTi系のアルコキシド類を用いた場合には、合成後に上述のような熱劣化を加速させるような触媒効果を発現しない。Ti系縮合触媒の例としては、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、チタンテトラn−ブトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンニウムジ−2−エチルへキソキシビス(2−エチル−3−ヒドロキシヘキソキシド)、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトナート)等が挙げられる。その中でも特に発色の少ないテトラ(2−エチルヘキシル)チタネート等の使用が好ましい。 For these reasons, in the present invention, alkoxides such as Ti and Zr are preferably used as the condensation catalyst. In particular, when Ti-based alkoxides are used, a catalytic effect that accelerates the above-described thermal degradation after synthesis is not exhibited. Examples of Ti-based condensation catalysts include tetra (2-ethylhexyl) titanate, titanium tetra n-butoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium diisopropoxybis (ethyl acetoacetate), titanium tetraacetylacetonate, and titaniumnium di-2- Examples thereof include ethylhexoxybis (2-ethyl-3-hydroxyhexoxide) and titanium diisopropoxybis (acetylacetonate). Among these, the use of tetra (2-ethylhexyl) titanate having a particularly small color development is preferable.
チタンアルコキシド類は、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)1モルに対し、0.08〜0.2モル量を用いることが好ましい。0.08モル未満では、固化しなくなるおそれがあり、0.2モルを超えても効果は変わらない。チタンアルコキシド類の添加量は、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)1モルに対し、0.09〜0.15モルであることがより好ましい。 The titanium alkoxide is preferably used in an amount of 0.08 to 0.2 mol relative to 1 mol of polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends. If it is less than 0.08 mol, it may not solidify, and if it exceeds 0.2 mol, the effect does not change. The addition amount of the titanium alkoxide is more preferably 0.09 to 0.15 mol with respect to 1 mol of polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends.
縮合反応を行う際には、アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)の安定的な加水分解を行うために、反応に使用する容器内に不活性ガスを充満した雰囲気下で加熱することによって、加水分解および縮合反応を行うことが望ましい。不活性ガスとしては、窒素ガスや希ガス類である第18族元素(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等)が挙げられる。また、これらガスを複合して用いてもよい。加水分解の方法としては、反応系に適量な水分を滴下あるいは噴霧するか、水蒸気を導入するなど種々の手法を用いることができる。 When performing the condensation reaction, in order to perform stable hydrolysis of the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group, the container used for the reaction is heated in an atmosphere filled with an inert gas. Thus, it is desirable to perform hydrolysis and condensation reactions. Examples of the inert gas include Group 18 elements (helium, neon, argon, krypton, xenon, etc.) that are nitrogen gas and rare gases. Further, these gases may be used in combination. As the hydrolysis method, various methods such as dropping or spraying an appropriate amount of water into the reaction system or introducing water vapor can be used.
オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)は、不活性ガス雰囲気下で、アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)と、PDMS(A:A−1、A−2)とを含有する混合物を縮合触媒存在下で縮合反応させることにより得られる。 The organopolysiloxane prepolymer (C) is a mixture containing an alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group and PDMS (A: A-1, A-2) under an inert gas atmosphere. It can be obtained by a condensation reaction in the presence of a condensation catalyst.
縮合反応に際しては、PDMS(A)と化合物(B)とを均一かつ効率良く反応させるため、PDMS(A)と化合物(B)との混合物に各種有機溶剤を添加することができる。相溶性及び加熱固化する際の揮発性を考慮すると、添加する有機溶剤は、tert−ブチルアルコール、ヘプタン、トルエン、キシレン等が好ましい。 In the condensation reaction, various organic solvents can be added to the mixture of PDMS (A) and compound (B) in order to cause PDMS (A) and compound (B) to react uniformly and efficiently. In consideration of compatibility and volatility at the time of solidification by heating, the organic solvent to be added is preferably tert-butyl alcohol, heptane, toluene, xylene or the like.
上記したように、制御された加水分解を受けた化合物(B)は、アリール基を含有するアルコキシシランモノマーが有するアルコキシ基の一部が−OH基になっていると考えられ、不活性ガスの存在下にて加熱することによって、PDMS(A−1)の両末端に存在するシラノール基やPDMS(A−2)の両末端に存在するアルコキシ基(または加水分解されて生成したシラノール基)と脱水または脱アルコールを伴う縮合反応を起こす。 As described above, in the compound (B) that has undergone controlled hydrolysis, it is considered that a part of the alkoxy group of the alkoxysilane monomer containing an aryl group is an —OH group, By heating in the presence, silanol groups present at both ends of PDMS (A-1) and alkoxy groups present at both ends of PDMS (A-2) (or silanol groups generated by hydrolysis) and Causes a condensation reaction involving dehydration or dealcoholization.
アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)に基づく化合物(B)は、過剰の水分が存在すると、該アルコキシシランモノマーが有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物(B−2)同士の縮合、又は(B−2)と(B−1)との縮合を加速してしまい、クラスターを形成しやすくなる。よってPDMS(A)とアリール基を含有するアルコキシシランモノマーに基づく化合物(B)とを均一に反応させてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を安定的に合成するには、水分量を厳密に管理した不活性ガス雰囲気下とすることが極めて重要となる。 In the compound (B) based on the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group, when excess moisture is present, the alkoxy group has a complete or partial hydrolyzate (B-2) of the alkoxy group. Condensation or condensation between (B-2) and (B-1) is accelerated, and clusters are easily formed. Therefore, in order to stably synthesize organopolysiloxane prepolymer (C) by uniformly reacting PDMS (A) and compound (B) based on an alkoxysilane monomer containing an aryl group, the water content is strictly controlled. It is extremely important to have an inert gas atmosphere.
〔配合比〕
両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)と、アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)との配合比((A−1)/(B−1))は、モル比で0.15〜2の範囲(PDMS(A−1)が1molに対して、化合物(B−1)を0.5〜6.7mol添加)に設定されることが好ましい。(A−1)/(B−1)のモル比が上記の範囲であれば、縮合反応が円滑に行われ、(B−1)が多い場合、柔軟性が損なわれるおそれがある。B−1が少ない場合は、耐熱維持性が悪くなり固化しにくくなる。配合比((A−1)/(B−1))は、モル比で0.25〜1.5の範囲であることがより好ましい。
[Combination ratio]
The compounding ratio ((A-1) / (B-1)) of the polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends and the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group is mol. The ratio is preferably set within a range of 0.15 to 2 (PDMS (A-1) is added in an amount of 0.5 to 6.7 mol of compound (B-1) with respect to 1 mol). When the molar ratio of (A-1) / (B-1) is within the above range, the condensation reaction is performed smoothly, and when (B-1) is large, flexibility may be impaired. When there is little B-1, heat resistance maintenance property worsens and it becomes difficult to solidify. The blending ratio ((A-1) / (B-1)) is more preferably in the range of 0.25 to 1.5 in terms of molar ratio.
両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)と併用して、両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(A−2)を用いる場合には、配合比((A−1)/(A−2))は、モル比で2〜20の範囲(PDMS(A−1)が1molに対して、PDMS(A−2)を0.05〜0.5mol添加)に設定されることが好ましい。上記範囲よりも(A−2)の添加量が少ないと、固化速度を遅延させ、また、パワーモジュールに用いられる各種材料との接着性を改善する効果が小さくなるおそれがある。逆に、上記範囲よりも(A−2)の添加量が多い場合は、耐熱維持特性が低下するおそれがある。配合比((A−1)/(A−2))は、モル比で4〜10の範囲であることがより好ましい。 When polydimethylsiloxane (A-2) having trialkoxysilyl groups at both ends is used in combination with polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends, the mixing ratio ((A-1 ) / (A-2)) is set to a molar ratio in the range of 2 to 20 (PDMS (A-1) is added to 0.05 to 0.5 mol with respect to 1 mol of PDMS (A-1)). It is preferable. If the amount of (A-2) added is less than the above range, the solidification rate may be delayed, and the effect of improving the adhesion with various materials used in the power module may be reduced. On the contrary, when the amount of (A-2) added is larger than the above range, the heat resistance maintaining property may be deteriorated. The blending ratio ((A-1) / (A-2)) is more preferably in the range of 4 to 10 in terms of molar ratio.
なお、ここで言うモル比とは、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液としてゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定したPDMS(A−1及びA−2)の数平均分子量(Mn)と、アリール基を含有するアルコキシシランモノマー(B−1)の平均分子量に基づいて計算したモル比である。 The molar ratio referred to here is the number average molecular weight (Mn) of PDMS (A-1 and A-2) measured by gel permeation chromatography (GPC method) using polystyrene as a standard substance and tetrahydrofuran as an eluent. ) And the average molecular weight of the alkoxysilane monomer (B-1) containing an aryl group.
<オルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)>
本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾルのみを加熱固化させる、又は場合によってはオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾルを、制限された量の固化触媒の存在下にて加熱固化することによって得られた固化体である。オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)に使用されたPDMS(A−1)の分子量分布指数(Mw/Mn)を1.4以下、好ましくは1.2以下、さらに好ましくは1.1以下としたことにより、化合物(B)との縮合反応を円滑に完了することができるため、加熱固化を従来よりも効率よく進行させることが可能である。その結果、耐熱維持特性に優れたオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が得られる。
<Organopolysiloxane polymer gel (D)>
The organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention heats and solidifies only the sol of the organopolysiloxane prepolymer (C) or, in some cases, the sol of the organopolysiloxane prepolymer (C) in a limited amount. This is a solidified product obtained by heating and solidifying in the presence of a solidification catalyst. The molecular weight distribution index (Mw / Mn) of PDMS (A-1) used for the organopolysiloxane prepolymer (C) is 1.4 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1.1 or less. Thus, the condensation reaction with the compound (B) can be completed smoothly, so that the heat solidification can proceed more efficiently than before. As a result, an organopolysiloxane polymer gel (D) having excellent heat resistance maintaining properties can be obtained.
また、PDMS(A−2)を併用する場合、その分子量分布指数(Mw/Mn)を1.3以下、好ましくは1.1以下としたことにより、PDMS(A−1)と同様耐熱維持特性に優れたオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)が得られる。 Further, when PDMS (A-2) is used in combination, its molecular weight distribution index (Mw / Mn) is 1.3 or less, preferably 1.1 or less, so that the heat resistance maintaining property is the same as that of PDMS (A-1). An organopolysiloxane polymer gel (D) excellent in the above can be obtained.
さらにオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾルを固化触媒(金属化合物触媒)存在下で固化(加熱固化)することができ、低温、短時間での処理が可能となる。金属化合物触媒としては、ジブチル錫ジウラレート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ビスアセチルアセトナート等が挙げられるが、ジブチル錫ジラウレートが、特にPDMS(A−2)添加時のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の固化時に効果が大きい。 Furthermore, the sol of the organopolysiloxane prepolymer (C) can be solidified (heated and solidified) in the presence of a solidification catalyst (metal compound catalyst), and can be processed at a low temperature in a short time. Examples of the metal compound catalyst include dibutyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin bisacetylacetonate and the like, but dibutyltin dilaurate is particularly an organopolysiloxane prepolymer (C) when PDMS (A-2) is added. Great effect when solidified.
<パワーモジュール構造>
本発明に係るオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)およびオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)の主な用途としては、封止材の材料が挙げられる。封止材の具体例として、例えば半導体素子を保護するために封止材で被覆するゲル封止型パワーモジュール等が挙げられる。また基板上面に実装された素子にあっては、基板表面に設けられた端子と素子に設けられた端子とを結線(ワイヤーボンディング)により電気的に接続するが、素子とともに結線も封止材によって被覆される。
<Power module structure>
The main use of the organopolysiloxane prepolymer (C) and the organopolysiloxane polymer gel (D) according to the present invention is a material for a sealing material. Specific examples of the sealing material include, for example, a gel-sealed power module that is covered with a sealing material to protect the semiconductor element. In addition, in the element mounted on the upper surface of the substrate, the terminal provided on the surface of the substrate and the terminal provided on the element are electrically connected by wire bonding, and the wire is connected together with the element by a sealing material. Covered.
本発明のオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を主成分とする封止材料を使用する場合、少なくともパワーモジュールパッケージに封止材を注入することで、半導体素子及びボンディングワイヤーを封止する。このとき、封止材中に気泡が入らないように注意が必要であり、封入後には素早く真空脱泡処理をすることが望ましい。またパッケージの構造にもよるが、一気に100℃前後の高温炉に入れることで、気泡を抜く方法もある。その後、封止材を注入した素子を高温炉(「オーブン」とも呼ぶ。)に入れて加熱し、封止材をゲル化することにより、所望の形状の封止構造とする。 When using the sealing material which has the organopolysiloxane prepolymer (C) of this invention as a main component, a semiconductor element and a bonding wire are sealed by inject | pouring a sealing material into a power module package at least. At this time, care must be taken so that bubbles do not enter the sealing material, and it is desirable to perform a vacuum defoaming process quickly after sealing. Depending on the package structure, there is also a method of removing bubbles by placing it in a high-temperature furnace at around 100 ° C. at once. After that, the element into which the sealing material is injected is put into a high temperature furnace (also referred to as “oven”) and heated to gel the sealing material to obtain a sealing structure with a desired shape.
本発明に係るオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)およびオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)からなる封止材は、180℃〜250℃の高温下の環境においても、半導体素子やワイヤーボンディングから発する熱による割れ(クラック)や剥離という破壊現象が発生せず、素子の破壊や、ワイヤーボンディングの断線、絶縁性が劣化するという問題が発生しないので、高品質な半導体素子を提供することができる。 The sealing material composed of the organopolysiloxane prepolymer (C) and the organopolysiloxane polymer gel (D) according to the present invention is based on heat generated from a semiconductor element or wire bonding even in a high temperature environment of 180 ° C. to 250 ° C. Since a breakdown phenomenon such as cracking or peeling does not occur and problems such as element breakdown, wire bonding disconnection, and deterioration of insulation do not occur, a high-quality semiconductor element can be provided.
本発明によるオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)およびオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、耐熱性の要求されるパワーモジュールの封止材料として有用である。また本発明によるオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)およびオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、シリコーン系材料に比べて耐熱性が高く、PDMS(A)の分子量分布幅を狭くすることで熱的に安定かつ固化しやすい封止材を提供でき、SiC、GaNといった高い耐熱性を必要とする次世代パワーモジュールの封止材として有用である。 The organopolysiloxane prepolymer (C) and the organopolysiloxane polymer gel (D) according to the present invention are useful as a sealing material for a power module requiring heat resistance. In addition, the organopolysiloxane prepolymer (C) and the organopolysiloxane polymer gel (D) according to the present invention have higher heat resistance than the silicone-based material, and are thermally reduced by narrowing the molecular weight distribution width of PDMS (A). It can provide a sealing material that is stable and easily solidified, and is useful as a sealing material for next-generation power modules that require high heat resistance such as SiC and GaN.
本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)のちょう度(JIS K 2220)は、初期値80〜100であるが、250℃で1,000時間経過後も硬化し難い。ゲル封止のパワーモジュールは、電極端子と半導体素子の電気的接続用ボンディングワイヤに対する温度衝撃等に起因する機械的ストレスを抑制するため、ケース内を弾性率の低いゲルで封止する。封止材の柔らかさの指標としてちょう度が用いられる。ちょう度はJIS K 2220で規定されており、今回は1/4円すいで測定を行った。応力緩和のためにはちょう度30以上が好ましいとされている。 The consistency (JIS K 2220) of the organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention is an initial value of 80 to 100, but is hard to be cured even after 1,000 hours at 250 ° C. The gel-sealed power module seals the inside of the case with a gel having a low elastic modulus in order to suppress mechanical stress caused by a temperature impact on the bonding wire for electrical connection between the electrode terminal and the semiconductor element. Consistency is used as an index of the softness of the sealing material. The penetration is defined by JIS K 2220, and this time, the measurement was performed with a quarter-yen cone. A consistency of 30 or more is preferred for stress relaxation.
ゲル封止に限らず、封止材には絶縁性が必要となる。絶縁性を担保するために必要な項目として、体積抵抗率と誘電率がある。従来のシリコーンは体積抵抗率が初期は1015Ω・cmであるが、250℃の環境下で500時間経過すると、1010〜1011Ω・cmまで劣化する。本発明のオルガノポリシロキサンポリマーゲル(D)は、誘電率はシリコーンとほぼ同等であるが、体積抵抗率が1017Ω・cmオーダーの高い絶縁性を示し、250℃の環境下で500時間経過しても変化は小さく、1014〜1017Ω・cmオーダーを維持することができる。 Not only gel sealing but also sealing material needs insulation. Items necessary for ensuring insulation are volume resistivity and dielectric constant. The conventional silicone has an initial volume resistivity of 10 15 Ω · cm, but deteriorates to 10 10 to 10 11 Ω · cm after 500 hours in an environment of 250 ° C. The organopolysiloxane polymer gel (D) of the present invention has a dielectric constant almost equivalent to that of silicone, but exhibits a high insulation property with a volume resistivity of the order of 10 17 Ω · cm, and has passed 500 hours in an environment of 250 ° C. Even so, the change is small and the order of 10 14 to 10 17 Ω · cm can be maintained.
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例における「部」、「%」は特記のない限りいずれも質量基準(質量部、質量%)である。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely using an Example, this invention is not limited at all by these Examples. In the examples, “parts” and “%” are based on mass (mass parts, mass%) unless otherwise specified.
[実施例1〜2]
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾル液の調製〕
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。
[Examples 1-2]
[Preparation of Sol Solution of Organopolysiloxane Prepolymer (C)]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas.
窒素ガスを十分に充満させた反応容器内に、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS−1)(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)を投入し、攪拌しながら60℃まで昇温し、プレポリマー混合液1を作製した。 Into a reaction vessel sufficiently filled with nitrogen gas, polydimethylsiloxane (PDMS-1) (A-1) and phenyltriethoxysilane (B-1) having silanol groups at both ends are charged and stirred. The temperature was raised to 60 ° C. to prepare Prepolymer Mixture 1.
別途、窒素ガスを十分に充満させた容器に、縮合触媒であるテトラ(2−エチルヘキシル)チタネートと脱水エタノールを混合して、縮合触媒液2を作製しておく。 Separately, a condensation catalyst solution 2 is prepared by mixing tetra (2-ethylhexyl) titanate, which is a condensation catalyst, and dehydrated ethanol in a container sufficiently filled with nitrogen gas.
プレポリマー混合液1が60℃であることを確かめ、縮合触媒液2を添加して充分に混合し、18時間かけてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C’)を合成した。 The prepolymer mixed liquid 1 was confirmed to be 60 ° C., the condensation catalyst liquid 2 was added and mixed well, and an organopolysiloxane prepolymer (C ′) was synthesized over 18 hours.
このオルガノポリシロキサンプレポリマー(C’)を含むゾルに両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS−2)(A−2)と金属化合物触媒であるジブチル錫ジラウレートを加え、オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を得た。 To the sol containing the organopolysiloxane prepolymer (C ′), polydimethylsiloxane (PDMS-2) (A-2) having trialkoxysilyl groups at both ends and a metal compound catalyst dibutyltin dilaurate are added. A siloxane prepolymer (C) was obtained.
なお、各実施例で使用したPDMS−1(A−1)、PDMS−2(A−2)及びフェニルトリエトキシシラン(B−1)の種類、質量と、それぞれのモル比、縮合触媒量、縮合触媒のA−1に対するモル比、金属化合物触媒量、脱水エタノール量は、下記の通りである。なお、上記反応においては、攪拌が充分行われる条件を見出す必要がある。攪拌の際に、反応液が外気に触れすぎると、反応が促進され白化物が生じる可能性もあり注意が必要である。 In addition, the types and masses of PDMS-1 (A-1), PDMS-2 (A-2) and phenyltriethoxysilane (B-1) used in each Example, the respective molar ratios, the amount of condensation catalyst, The molar ratio of the condensation catalyst to A-1, the amount of metal compound catalyst, and the amount of dehydrated ethanol are as follows. In the above reaction, it is necessary to find conditions under which stirring is sufficiently performed. At the time of stirring, if the reaction solution touches the outside air too much, the reaction is promoted and a whitened product may be generated.
(実施例1)
PDMS−1(A−1);JNC社製、FM9927(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.09
フェニルトリエトキシシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
PDMS−2(A−2);JNC社製、FM8826、数平均分子量(Mn)=20,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.06
モル比;PDMS−1(A−1)が445g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が6.5gで、PDMS−1(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:1.94。
モル比;PDMS−1(A−1)が445g、PDMS−2(A−2)が50gで、PDMS−1(A−1)とPDMS−2(A−2)のモル比が1:0.18
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)1g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬20g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.13
金属化合物触媒;ジブチル錫ジラウレート(共同薬品社製)0.02g。(A−1)、(A−2)及び(B−1)の合計量501.5gに対して、39.9ppm
Example 1
PDMS-1 (A-1); manufactured by JNC, FM9927 (solvent removal product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.09
Phenyltriethoxysilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
PDMS-2 (A-2); manufactured by JNC, FM8826, number average molecular weight (Mn) = 20,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.06
Molar ratio: PDMS-1 (A-1) is 445 g, phenyltriethoxysilane (B-1) is 6.5 g, and the molar ratio of PDMS-1 (A-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) Is 1: 1.94.
Molar ratio: 445 g of PDMS-1 (A-1) and 50 g of PDMS-2 (A-2), and the molar ratio of PDMS-1 (A-1) and PDMS-2 (A-2) is 1: 0. .18
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 1 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 20 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.13
Metal compound catalyst: 0.02 g of dibutyltin dilaurate (manufactured by Kyodo Yakuhin). 39.9 ppm with respect to the total amount of 501.5 g of (A-1), (A-2) and (B-1).
(実施例2)
PDMS−1(A−1);JNC社製、FM9926(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=23,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.10
フェニルトリエトキシシランシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
PDMS−2(A−2);JNC社製、FM8826、数平均分子量(Mn)=20,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.06
モル比;PDMS−1(A−1)が252g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が6gで、PDMS−1とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:2.28。
モル比;PDMS−1(A−1)が252g、PDMS−2(A−2)が44.7gで、PDMS−1(A−1)とPDMS−2(A−2)のモル比が1:0.20
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)0.6g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬12g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.097
金属化合物触媒;ジブチル錫ジラウレート(共同薬品社製)0.015g。(A−1)、(A−2)及び(B−1)の合計量302.7gに対して、49.6ppm
(Example 2)
PDMS-1 (A-1); JNC, FM9926 (solvent removal product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 23,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.10
Phenyltriethoxysilanesilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
PDMS-2 (A-2); manufactured by JNC, FM8826, number average molecular weight (Mn) = 20,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.06
Molar ratio: 252 g of PDMS-1 (A-1), 6 g of phenyltriethoxysilane (B-1), and a molar ratio of PDMS-1 and phenyltriethoxysilane (B-1) of 1: 2.28.
Molar ratio: PDMS-1 (A-1) is 252 g, PDMS-2 (A-2) is 44.7 g, and the molar ratio of PDMS-1 (A-1) to PDMS-2 (A-2) is 1. : 0.20
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 0.6 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 12 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.097.
Metal compound catalyst: 0.015 g of dibutyltin dilaurate (manufactured by Kyodo Yakuhin). 49.6 ppm with respect to the total amount of 302.7 g of ( A-1), (A-2) and (B-1).
[実施例3〜6]
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾル液の調製〕
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。
[Examples 3 to 6]
[Preparation of Sol Solution of Organopolysiloxane Prepolymer (C)]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas.
窒素ガスを十分に充満させた反応容器内に、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)(A−1)とフェニルトリエトキシシランシラン(B−1)を投入し、攪拌しながら60℃まで昇温し、プレポリマー混合液1を作製した。 Into a reaction vessel sufficiently filled with nitrogen gas, polydimethylsiloxane (PDMS) (A-1) having silanol groups at both ends and phenyltriethoxysilanesilane (B-1) are charged and stirred for 60 hours. The temperature was raised to 0 ° C. to prepare Prepolymer Mixture 1.
別途、窒素ガスを十分に充満させた容器に、金属化合物触媒であるテトラ(2−エチルヘキシル)チタネートと脱水エタノールを混合して、縮合触媒液2を作製しておく。 Separately, tetra (2-ethylhexyl) titanate, which is a metal compound catalyst, and dehydrated ethanol are mixed in a container sufficiently filled with nitrogen gas to prepare a condensation catalyst solution 2.
プレポリマー混合液1が60℃であることを確かめ、縮合触媒液2を添加して充分に混合し、18時間かけてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を合成した。 The prepolymer mixed liquid 1 was confirmed to be 60 ° C., the condensation catalyst liquid 2 was added and mixed well, and an organopolysiloxane prepolymer (C) was synthesized over 18 hours.
なお、各実施例で使用したPDMS(A−1)及びフェニルトリエトキシシラン(B−1)の種類、質量と、それぞれのモル比、縮合触媒量、A−1に対する縮合触媒のモル比、脱水エタノール量は、下記の通りである。なお、上記反応においては、攪拌が充分行われる条件を見出す必要がある。攪拌の際に、反応液が外気に触れすぎると、反応が促進され白化物が生じる可能性もあり注意が必要である。 The types and masses of PDMS (A-1) and phenyltriethoxysilane (B-1) used in each example, their molar ratio, the amount of condensation catalyst, the molar ratio of the condensation catalyst relative to A-1, dehydration The amount of ethanol is as follows. In the above reaction, it is necessary to find conditions under which stirring is sufficiently performed. At the time of stirring, if the reaction solution touches the outside air too much, the reaction is promoted and a whitened product may be generated.
(実施例3)
PDMS(A−1);JNC社製、FM9927(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.09
フェニルトリエトキシシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
モル比;PDMS(A−1)が492g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が7.5gで、PDMS(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:2.03。
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)1g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬20g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.12
(Example 3)
PDMS (A-1): manufactured by JNC, FM9927 (solvent-removed product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.09
Phenyltriethoxysilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
Molar ratio: PDMS (A-1) is 492 g, phenyltriethoxysilane (B-1) is 7.5 g, and the molar ratio of PDMS (A-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) is 1: 2. .03.
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 1 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 20 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.12.
(実施例4)
PDMS(A−1);JNC社製、FM9926(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=23,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.10
フェニルトリエトキシシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
モル比;PDMS(A−1)が292.2g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が6.9gで、PDMS(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:2.26。
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)0.9g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬18g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.13
Example 4
PDMS (A-1); JNC, FM9926 (solvent removal product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 23,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.10
Phenyltriethoxysilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
Molar ratio: PDMS (A-1) was 292.2 g, phenyltriethoxysilane (B-1) was 6.9 g, and the molar ratio of PDMS (A-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) was 1. : 2.26.
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 0.9 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 18 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.13
(実施例5)
PDMS(A−1);JNC社製、FM9927(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.09
フェニルトリエトキシシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
モル比;PDMS(A−1)が495.5g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が3.5gで、PDMS(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:0.94。
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)0.85g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬10g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.097
(Example 5)
PDMS (A-1): manufactured by JNC, FM9927 (solvent-removed product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.09
Phenyltriethoxysilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
Molar ratio: PDMS (A-1) is 495.5 g, phenyltriethoxysilane (B-1) is 3.5 g, and the molar ratio of PDMS (A-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) is 1. : 0.94.
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 0.85 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 10 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.097.
(実施例6)
PDMS(A−1);JNC社製、FM9927(分子蒸留装置による溶媒除去処理品)、数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.09
フェニルトリエトキシシラン(B−1);東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37
モル比;PDMS(A−1)が484.5g、フェニルトリエトキシシラン(B−1)が14.5gで、PDMS(A−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比が1:3.98。
縮合触媒;テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)1g、脱水エタノール;和光純薬工業社製・特級試薬10g
モル比;PDMS−1(A−1)と縮合触媒のモル比が1:0.12
(Example 6)
PDMS (A-1): manufactured by JNC, FM9927 (solvent-removed product by molecular distillation apparatus), number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.09
Phenyltriethoxysilane (B-1); manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37
Molar ratio: PDMS (A-1) is 484.5 g, phenyltriethoxysilane (B-1) is 14.5 g, and the molar ratio of PDMS (A-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) is 1. : 3.98.
Condensation catalyst: Tetra (2-ethylhexyl) titanate (TA-30, Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., molecular weight = 564.75) 1 g, dehydrated ethanol; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent 10 g
Molar ratio: The molar ratio of PDMS-1 (A-1) to the condensation catalyst is 1: 0.12.
[比較例1]
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾル液の調製〕
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。
[Comparative Example 1]
[Preparation of Sol Solution of Organopolysiloxane Prepolymer (C)]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas.
窒素ガスを十分に充満させた反応容器内に、両末端にシラノール基を有するモメンティブ社製ポリジメチルシロキサン(PDMS)YF3057(数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.59)(A’−1)492gとフェニルトリエトキシシラン(東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37)(B−1)7.5gを投入し、攪拌しながら60℃まで昇温し、プレポリマー混合液1を作製した。PDMS(A’−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比は1:2.03である。 Momentive polydimethylsiloxane (PDMS) YF3057 (number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) having silanol groups at both ends in a reaction vessel sufficiently filled with nitrogen gas = 1.59) 492 g of (A'-1) and phenyltriethoxysilane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37) (B-1) 7.5 g were charged and stirred at 60 ° C. The prepolymer mixed solution 1 was prepared. The molar ratio of PDMS (A′-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) is 1: 2.03.
別途、窒素ガスを十分に充満させた容器に、縮合触媒であるテトラ(2−エチルヘキシル)チタネート(マツモトファインケミカル社製TA−30、分子量=564.75)1gと脱水エタノール(和光純薬工業社製・特級試薬)10gを混ぜて、縮合触媒液2を作製しておく。PDMS−1(A’−1)と縮合触媒のモル比は1:0.12である。 Separately, in a container sufficiently filled with nitrogen gas, 1 g of tetra (2-ethylhexyl) titanate (Matsumoto Fine Chemicals TA-30, molecular weight = 564.75), which is a condensation catalyst, and dehydrated ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) -Special grade reagent) 10 g is mixed to prepare the condensation catalyst solution 2. The molar ratio of PDMS-1 (A′-1) to the condensation catalyst is 1: 0.12.
オルガノポリシロキサンプレポリマー混合液1が60℃であることを確かめ、縮合触媒液2を添加して充分に混合し、18時間かけてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を合成した。 It was confirmed that the organopolysiloxane prepolymer mixed solution 1 was 60 ° C., the condensation catalyst solution 2 was added and mixed well, and an organopolysiloxane prepolymer (C) was synthesized over 18 hours.
[比較例2]
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾル液の調製〕
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。
[Comparative Example 2]
[Preparation of Sol Solution of Organopolysiloxane Prepolymer (C)]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas.
窒素ガスを十分に充満させた反応容器内に、両末端にシラノール基を有するモメンティブ社製ポリジメチルシロキサン(PDMS)YF3057(数平均分子量(Mn)=32,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.59)(A’−1)295.5gとフェニルトリエトキシシラン(東京化成工業社製・特級試薬、分子量=240.37)(B−1)4.5gを投入し、攪拌しながら140℃まで昇温し、金属化合物触媒であるジブチル錫ジラウレート(共同薬品社製)0.036gを添加し8時間かけてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を合成した。PDMS(A’−1)とフェニルトリエトキシシラン(B−1)のモル比は1:2.03である。ジブチル錫ジラウレートの添加量は、(A’−1)、(B−1)の合計量300gに対して、120ppmである。 Momentive polydimethylsiloxane (PDMS) YF3057 (number average molecular weight (Mn) = 32,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) having silanol groups at both ends in a reaction vessel sufficiently filled with nitrogen gas = 1.59) 295.5 g of (A'-1) and phenyltriethoxysilane (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., special grade reagent, molecular weight = 240.37) (B-1) 4.5 g were charged and stirred. The temperature was raised to 140 ° C., 0.036 g of dibutyltin dilaurate (manufactured by Kyodo Yakuhin Co., Ltd.) as a metal compound catalyst was added, and an organopolysiloxane prepolymer (C) was synthesized over 8 hours. The molar ratio of PDMS (A′-1) to phenyltriethoxysilane (B-1) is 1: 2.03. The amount of dibutyltin dilaurate added is 120 ppm with respect to the total amount of 300 g of (A′-1) and (B-1).
[比較例3]
〔オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)のゾル液の調製〕
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。
[Comparative Example 3]
[Preparation of Sol Solution of Organopolysiloxane Prepolymer (C)]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas.
窒素ガスを十分に充満させた反応容器内に、両末端にシラノール基を有し分子骨格内にフェニル基を有するモメンティブ社製ポリジメチルシロキサン(PDMS)YF3804(数平均分子量(Mn)=6,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=2.05)(A’−3)240.3gとエチルシリケート(多摩化学工業株式会社製、シリケート40の精製品:テトラエトキシシランの直鎖状4〜6量体であるオリゴマー、平均分子量=745)(B’−1)59.7gを投入し、攪拌しながら140℃まで昇温し、金属化合物触媒であるジブチル錫ジラウレート(共同薬品社製)0.3gを添加し、8時間かけてオルガノポリシロキサンプレポリマー(C’)を合成した。PDMS(A’−3)とエチルシリケート:シリケート40(B’−1)のモル比は1:2.00である。 In a reaction vessel sufficiently filled with nitrogen gas, Momentive polydimethylsiloxane (PDMS) YF3804 having a silanol group at both ends and a phenyl group in the molecular skeleton (number average molecular weight (Mn) = 6,000) Molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 2.05) (A′-3) 240.3 g and ethyl silicate (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., refined silicate 40: tetraethoxysilane linear 4-6 Oligomer, average molecular weight = 745) (B′-1) 59.7 g was added, and the temperature was raised to 140 ° C. while stirring, and dibutyltin dilaurate as a metal compound catalyst (manufactured by Kyodo Yakuhin Co., Ltd.) 3 g was added and an organopolysiloxane prepolymer (C ′) was synthesized over 8 hours. The molar ratio of PDMS (A′-3) to ethyl silicate: silicate 40 (B′-1) is 1: 2.00.
固化剤として、大気中でJNC社製PDMS、FM9925(分子蒸留装置による溶媒除去処理品、数平均分子量(Mn)=10,000、分子量分布指数(Mw/Mn)=1.12)24.9g、オクチル酸亜鉛(日本化学産業製、ニッカオクチックス亜鉛 Zn:18%)2.26g、および2−エチルヘキサン酸ジルコニル(日本化学産業製 ニッカオクチックスジルコニウム Zr:12%)2.84gとtert−ブチルアルコール3.0gを混合し、計33gの液を調製した。これを合成したオルガノポリシロキサンプレポリマー(C’)に加え、均一に混合しオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を得た。ジブチル錫ジラウレートの添加量は、(A’−3)、(B’−1)、固化剤の不揮発成分の合計量330gに対して、909ppmである。 As a solidifying agent, PDMS manufactured by JNC, FM9925 (solvent removal product by molecular distillation apparatus, number average molecular weight (Mn) = 10,000, molecular weight distribution index (Mw / Mn) = 1.12) 24.9 g in the air. , Zinc octylate (Nihon Chemical Industry, Nikka Octix Zinc: 18%) 2.26 g, and zirconyl 2-ethylhexanoate (Nikka Chemical Nikka Octix Zirconium Zr: 12%) 2.84 g and tert- Butyl alcohol (3.0 g) was mixed to prepare a total of 33 g of liquid. This was added to the synthesized organopolysiloxane prepolymer (C ′) and mixed uniformly to obtain an organopolysiloxane prepolymer (C). The amount of dibutyltin dilaurate added is 909 ppm with respect to (A′-3), (B′-1) and the total amount of non-volatile components 330 g of the solidifying agent.
[ちょう度評価の試験方法]
JIS K 2220に準じ、ちょう度計を用いて測定を行った。ちょう度計に取り付けた円すいを、実施例及び比較例にて作製された厚さ10mmのオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)の固化体試料(オルガノポリシロキサンポリマーゲル(D))に落下させ、5秒間に進入した深さ(ちょう度)を読み取り、次式に基づいて計算し数値化した。用いる円すい(コーン)は、1/4円すいである。1/4円すいを用いたちょう度の換算式を以下に示す。
P=3.75p+24
ここで、Pは求めるちょう度、pは1/4円すいを用いて得られたちょう度(5秒間に進入した深さ)である。
[Test method for consistency evaluation]
The measurement was performed using a penetrometer according to JIS K 2220. The cone attached to the penetrometer is dropped on a solidified sample (organopolysiloxane polymer gel (D)) of organopolysiloxane prepolymer (C) having a thickness of 10 mm prepared in Examples and Comparative Examples. The depth (consistency) entered in the second was read, calculated based on the following formula, and digitized. The cone used is a ¼ cone. The conversion formula for consistency using a ¼ cone is shown below.
P = 3.75p + 24
Here, P is a desired consistency, and p is a consistency obtained by using a ¼ cone (depth that has entered in 5 seconds).
<耐熱性の評価1:重量減少率>
〔評価用試料の作製〕
直径100mm、深さ20mmのアルミカップ内に固化後の厚みが10mmになるように実施例1〜6、比較例1〜3で合成したオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を充填し、表1の条件で焼成固化した。アルミカップから得られたゲルを取り出し、重量減少率評価用試料とした。
<Evaluation of heat resistance 1: Weight reduction rate>
[Preparation of sample for evaluation]
The organopolysiloxane prepolymer (C) synthesized in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 was filled in an aluminum cup having a diameter of 100 mm and a depth of 20 mm so that the thickness after solidification was 10 mm. Solidified by firing under the conditions. The gel obtained from the aluminum cup was taken out and used as a sample for weight reduction rate evaluation.
〔評価方法〕
(質量測定評価)
質量測定評価は、各実施例、各比較例の試料を、それぞれ対流式の乾燥炉にて大気中で200℃及び250℃の環境下にて1,000時間保管し、電子天秤〔メトラー・トレド社製 NewClassicMF(Model:ML204)〕にて質量(重量)を測定し、元の質量(重量)に対して減少した質量(重量)の変化率(質量(重量)減少率)[〔質量(重量)変化率(%)=(初期の質量(重量)−所定時間経過後の質量(重量))/初期の質量(重量)〕×100]を測定した。その結果を表2に示す。
〔Evaluation method〕
(Mass measurement evaluation)
In the mass measurement evaluation, the samples of each Example and each Comparative Example were stored in an air at 200 ° C. and 250 ° C. for 1,000 hours in a convection-type drying furnace, and an electronic balance [Mettler Toledo The mass (weight) was measured with New Classic MF (Model: ML204)] manufactured by the company, and the rate of change (mass (weight) reduction) of the mass (weight) decreased with respect to the original mass (weight) [[mass (weight ) Change rate (%) = (initial mass (weight) −mass (weight) after elapse of a predetermined time) / initial mass (weight)] × 100]. The results are shown in Table 2.
<耐熱性の評価2:硬度変化>
実施例1〜5及び比較例1〜4で合成したオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を直径20mmのガラスシャーレに固化後の厚みが10mmになるように充填し、表1に記載する焼成プロファイルにて焼成した。作製した試料を200℃及び250℃で1,000時間保管し、JIS K 2220で規定される測定方法に準じ、1/4円すいでちょう度測定を行った。ちょう度計は、ELEX SCIENTIFIC CO.,LTD製 EX−210ED DEGITAL PENTROMETERを使用した。測定結果を表2に示す。
<Evaluation of heat resistance 2: Change in hardness>
The organopolysiloxane prepolymer (C) synthesized in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was filled in a glass petri dish with a diameter of 20 mm so that the thickness after solidification was 10 mm, and the firing profile described in Table 1 was obtained. And fired. The prepared sample was stored at 200 ° C. and 250 ° C. for 1,000 hours, and the consistency was measured by ¼-yen according to the measurement method defined in JIS K 2220. The penetrometer is an ELEX SCIENTIFIC CO. , LTD-EX-210ED DEGENTIAL PENTROMETER was used. The measurement results are shown in Table 2.
<電気絶縁性の評価>
50mm角、厚さ0.8mmのアルミ板の中央部に、40mm角で厚み100〜200μmの膜を製膜し、250℃で500時間保管し、JIS K 6249記載の手法に準じ、500Vを1分間印加し、その時の抵抗値を測定した。使用した測定器は、HIOKI製ディジタル超絶縁/微小電流計 DSM−8104とHIOKI製平板試料用電極 SME−8311である。測定結果を表2に示す。
<Evaluation of electrical insulation>
A 40 mm square, 100 to 200 μm thick film is formed on the center of an aluminum plate of 50 mm square and 0.8 mm thickness, stored at 250 ° C. for 500 hours, and 500 V is applied according to the method described in JIS K 6249. It was applied for a minute and the resistance value at that time was measured. The measuring instruments used were a digital super-insulation / microammeter DSM-8104 manufactured by HIOKI and a plate sample electrode SME-8311 manufactured by HIOKI. The measurement results are shown in Table 2.
〔評価結果〕
実施例1〜6の試料においては、250℃の雰囲気で1,000時間保管した後も重量減少率は10%以下であり、体積抵抗率は1015Ω・cm以上であった。また、両末端にトリエトキシシリル基を有するポリジメチルシロキサンを添加した実施例1及び2は、200℃、250℃保管において、ちょう度、重量減少ともにほとんど差がなく、体積抵抗も実施例3〜6に比べ2桁高い結果となった。
〔Evaluation results〕
In the samples of Examples 1 to 6, the weight reduction rate was 10% or less and the volume resistivity was 10 15 Ω · cm or more even after being stored in an atmosphere at 250 ° C. for 1,000 hours. In addition, Examples 1 and 2 to which polydimethylsiloxane having triethoxysilyl groups at both ends were added had almost no difference in both consistency and weight loss when stored at 200 ° C. and 250 ° C. The result was 2 orders of magnitude higher than 6.
一方、比較例1の試料は、分子量分布指数(Mw/Mn)が1.59と大きく、重量減少率大であり、柔軟性が不足しており、体積抵抗率も低い値であった。 On the other hand, the sample of Comparative Example 1 had a large molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.59 , a large weight loss rate, insufficient flexibility, and a low volume resistivity.
また、比較例2の試料は、Sn系触媒を用いているが、280℃までの熱処理では硬化しなかった。 Moreover, although the sample of Comparative Example 2 uses a Sn-based catalyst, it was not cured by heat treatment up to 280 ° C.
また、比較例3の試料は、フェニル基がPDMS分子骨格中存在するため、柔軟性が不足していることが分かる。 Moreover, since the phenyl group exists in PDMS molecular frame | skeleton in the sample of the comparative example 3, it turns out that a softness | flexibility is insufficient.
〔まとめ〕
以上の結果から、分子量分布を1.4以下にし、分子量を18,000以上にすることで、200℃以上での重量減少及びクラック等の発生もなく、硬度上昇も抑えられることがわかる。
[Summary]
From the above results, it can be seen that by setting the molecular weight distribution to 1.4 or less and the molecular weight to 18,000 or more, weight loss at 200 ° C. or more, generation of cracks, and the like can be suppressed, and an increase in hardness can be suppressed.
実施例1と実施例2より、末端にトリエトキシシリル基を有するPDMSを添加することにより、固化温度・時間が抑えられ、末端にトリエトキシシリル基を有するPDMSの効果が確認できた。250℃で500時間の保管後の体積抵抗率が他の実施例より2桁高いことから、架橋点が多くなることによる絶縁性の向上が得られたと考えられる。 From Example 1 and Example 2, the addition of PDMS having a triethoxysilyl group at the terminal suppressed the solidification temperature and time, and the effect of PDMS having a triethoxysilyl group at the terminal could be confirmed. Since the volume resistivity after storage at 250 ° C. for 500 hours is two orders of magnitude higher than that of the other examples, it is considered that an improvement in insulation due to an increase in the number of crosslinking points was obtained.
以上のように、本発明によれば、耐熱性および柔軟性に優れ、200℃〜250℃、あるいはそれ以上の高温環境下において長時間連続的に使用しても特性変化が少なく、熱ストレスによるクラックが発生しにくいゲルとなるオルガノポリシロキサンプレポリマーとそれを加熱固化することによって得られるオルガノポリシロキサンポリマーゲル、SiCまたはGaNパワーモジュール用封止材、および、半導体封止構造を提供することができる。 As described above, according to the present invention, heat resistance and flexibility are excellent, and there is little change in characteristics even when used continuously for a long time in a high temperature environment of 200 ° C. to 250 ° C. It is possible to provide an organopolysiloxane prepolymer that is a gel in which cracks do not easily occur, an organopolysiloxane polymer gel obtained by heating and solidifying the same, a sealing material for SiC or GaN power modules, and a semiconductor sealing structure it can.
本発明において用いられる両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)(A−1)は、分子量分布指数(Mw/Mn)が1.4以下の狭い分子量分布を有していることが必要である。 The polydimethylsiloxane (PDMS) (A-1) having silanol groups at both ends used in the present invention needs to have a narrow molecular weight distribution with a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.4 or less. It is.
PDMS(A−1)の製法に制約はないが、分子量分布を狭く作製する手法としてはリビング重合法が望ましい。リビング重合法を用いたPDMSは、分子量分布指数を1.4以下、さらに1.2以下、さらには1.1以下にすることが可能である。 Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of PDMS (A-1), the living polymerization method is desirable as a method of producing narrow molecular weight distribution. PDMS using the living polymerization method can have a molecular weight distribution index of 1.4 or less, further 1.2 or less, and even 1.1 or less.
PDMS(A−1)は、数平均分子量(Mn)が概ね18,000〜60,000とされる。数平均分子量(Mn)を概ね18,000〜60,000とすることで、最終的な加熱固化体の硬度を低下させ、柔軟性を付与することが可能となり、引張試験による切断時伸び150%以上の特性を有することが可能となる。このような機械的特性の加熱固化体は熱ストレスの緩和能力を発揮し、長期にわたって耐熱性を維持することができる。なお、より高い耐熱維持特性及び粘度等の観点から、数平均分子量は概ね20,000〜40,000であることがさらに好ましい。また、分子量分布指数(Mw/Mn)は1.4以下であることが求められ、1.2以下、さらには1.1以下であることが好ましい。 PDMS (A-1) has a number average molecular weight (Mn) of approximately 18,000 to 60,000. By setting the number average molecular weight (Mn) to approximately 18,000 to 60,000, it is possible to reduce the hardness of the final heat-solidified product and to impart flexibility, and the elongation at break by a tensile test is 150%. It becomes possible to have the above characteristics. A heat-solidified body having such mechanical properties exhibits a heat stress mitigating ability and can maintain heat resistance for a long period of time. In addition, it is more preferable that the number average molecular weight is approximately 20,000 to 40,000 from the viewpoints of higher heat resistance maintaining properties and viscosity. The molecular weight distribution index (Mw / Mn) is required to be 1.4 or less, preferably 1.2 or less, and more preferably 1.1 or less.
本発明においては、PDMS(A−1)と縮合反応させる成分として、(B−1)アリール基を含有するアルコキシシランモノマー、(B−2)アリール基を含有するアルコキシシランモノマーが有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物、(B−3)アリール基を有するアルコキシシランモノマー有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物同士による縮合反応生成物、又はアリール基を含有するアルコキシシランモノマーが有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物とアリール基を含有するアルコキシシランモノマーによる縮合反応生成物、の(B−1)、(B−2)及び(B−3)からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物(B)が反応に供される。PDMS(A−1)の分子量分布が狭いことに加えて、PDMS(A−1)とアリール基を含有するアルコキシシラン(B−1)またはそれに基づく(B)とを縮合反応させて生成したオルガノポリシロキサンプレポリマー(C)は、固化反応の均質化、固化時間の短縮が可能で、耐熱性、柔軟性及び絶縁性を併せ持つ弾性体(ゲル)を得ることができる。 In the present invention, (B-1) an alkoxysilane monomer containing an aryl group and (B-2) an alkoxysilane monomer containing an aryl group as a component to undergo a condensation reaction with PDMS (A-1) Full or partial hydrolyzate, (B-3) Alkoxy silane monomer having aryl group Fully or partially hydrolyzed condensation reaction product of alkoxy groups, or alkoxy group having aryl group-containing alkoxy silane monomer At least one selected from the group consisting of (B-1), (B-2) and (B-3) of a condensation reaction product of a complete or partial hydrolyzate and an alkoxysilane monomer containing an aryl group Compound (B) is subjected to the reaction. In addition to the narrow molecular weight distribution of PDMS (A-1), organo formed by condensation reaction of PDMS (A-1) and alkoxysilane (B-1) containing an aryl group or (B) based thereon The polysiloxane prepolymer (C) can homogenize the solidification reaction and shorten the solidification time, and can obtain an elastic body (gel) having both heat resistance, flexibility and insulation.
オルガノポリシロキサンプレポリマー(C)を固化(ゲル化)させる際は、特に固化を促進させる目的で金属化合物触媒を用いる必要はなく、60〜100℃にて予備乾燥した後、150〜200℃にて固化させることが可能である。もちろん、必要に応じて各種の金属化合物触媒を用いて固化させてもよい。 When the organopolysiloxane prepolymer (C) is solidified (gelled), it is not particularly necessary to use a metal compound catalyst for the purpose of accelerating the solidification, and after preliminary drying at 60 to 100 ° C, the temperature is increased to 150 to 200 ° C. And can be solidified. Of course, you may solidify using various metal compound catalysts as needed.
また、本発明においては、ポリジメチルシロキサンとして、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A−1)の他に、両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサン(A−2)を用いることも可能である。(A−1)同様加熱固化体の柔軟性、耐熱維持特性の観点から、数平均分子量(Mn)が概ね15,000〜60,000であり、かつ分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量)が1.3以下であるものが好ましく用いられる。 In the present invention, polydimethylsiloxane (A-2) having trialkoxysilyl groups at both ends is used in addition to polydimethylsiloxane (A-1) having silanol groups at both ends as polydimethylsiloxane. It is also possible. (A-1) Similarly, from the viewpoint of the flexibility and heat resistance maintaining property of the heat-solidified product, the number average molecular weight (Mn) is approximately 15,000 to 60,000, and the molecular weight distribution index (Mw / Mn; Those having an average molecular weight of 1.3 or less are preferably used.
[変更例]
本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。また上記実施例においては、これに限定されるものではなく、異なった種類・特性の有機金属化合物を使用してもよい。
[Example of change]
The present invention is not limited only to the above-described embodiments, and changes, deletions, and additions may be made without departing from the technical idea of the present invention that can be recognized by those skilled in the art from the scope of the claims and the description. Is possible. Moreover, in the said Example, it is not limited to this, You may use the organometallic compound of a different kind and characteristic.
本発明のオルガノポリシロキサンポリマーは、耐熱性(柔軟性)、耐熱維持特性に優れた固化物(封止体)を与えるものであり、特にSiC、GaN半導体パワーモジュールやその他の発熱性素子部材用の封止材、または接着剤として有用である事から、産業上の利用可能性がある。
The organopolysiloxane polymer of the present invention provides a solidified product (sealed body) having excellent heat resistance (flexibility) and heat resistance maintenance characteristics, and particularly for SiC, GaN semiconductor power modules and other exothermic element members. Since it is useful as a sealing material or adhesive, it has industrial applicability.
Claims (17)
(A−1):リビングアニオン重合法によって合成された両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサンであって、数平均分子量(Mn)が18,000〜60,000であり、かつ分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量)が1.4以下であるもの。
(B−1):アリール基を含有するアルコキシシランモノマー。
(B−2):(B−1)が有するアルコキシ基の完全又は部分加水分解物。
(B−3):(B−2)同士による、又は(B−2)と(B−1)の縮合反応生成物。 It is produced by a condensation reaction between the following (A-1) and at least one compound (B) selected from the group consisting of (B-1), (B-2) and (B-3) below. An organopolysiloxane prepolymer.
(A-1): Polydimethylsiloxane having silanol groups at both ends synthesized by a living anion polymerization method , having a number average molecular weight (Mn) of 18,000 to 60,000 and a molecular weight distribution index ( Mw / Mn; Mw is a weight average molecular weight) of 1.4 or less.
(B-1): an alkoxysilane monomer containing an aryl group.
(B-2): A complete or partial hydrolyzate of the alkoxy group possessed by (B-1).
(B-3): A condensation reaction product between (B-2) or (B-2) and (B-1).
(A−2):両末端にトリアルコキシシリル基を有するポリジメチルシロキサンであって、数平均分子量(Mn)が15,000〜60,000であり、かつ分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量)が1.3以下であるもの。 An organopolysiloxane prepolymer produced by further subjecting the organopolysiloxane prepolymer according to any one of claims 1 to 3 to a condensation reaction with the following (A-2).
(A-2): Polydimethylsiloxane having trialkoxysilyl groups at both ends, the number average molecular weight (Mn) is 15,000-60,000, and the molecular weight distribution index (Mw / Mn; Mw is Weight average molecular weight) is 1.3 or less.
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