JP6696420B2 - シリコーン樹脂組成物及び光半導体装置 - Google Patents
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Description
〔1〕
(A−1)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン、
(A−2)エポキシ当量が100以上であるケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物、
(B)酸無水物系硬化剤 (A)成分中のエポキシ基1個に対する(B)成分中の酸無水物基の個数が0.3〜1.0個となる量、
(C)硬化触媒、
(D)下記一般式(2)
で示される基であり、R4は下記式(4)
で示される基であり、nは1〜10の整数であり、mは0〜10の整数であり、m及びnで括られたシロキサン単位は、ブロックであってもランダムであってもよい。〕
で示されるヒンダードアミン骨格含有分岐状オルガノポリシロキサン
を含有するシリコーン樹脂組成物。
〔2〕
式(2)のオルガノポリシロキサンにおいて、R1がフェニル基、ベンジル基、2−フェニルエチル基及び2−フェニルプロピル基から選ばれる基である〔1〕に記載のシリコーン樹脂組成物。
〔3〕
式(2)のオルガノポリシロキサンにおいて、nが1又は2である〔1〕又は〔2〕に記載のシリコーン樹脂組成物。
〔4〕
式(1)のオルガノポリシロキサンにおいて、1価脂環式エポキシ基(R13)が、下記式(5)で表される、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のシリコーン樹脂組成物。
〔5〕
(B)成分の酸無水物系硬化剤が、2種以上の酸無水物を併用する、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のシリコーン樹脂組成物。
〔6〕
さらに、(E)酸化防止剤を含む〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のシリコーン樹脂組成物。
〔7〕
さらに、(F)シランカップリング剤を含む〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のシリコーン樹脂組成物。
〔8〕
さらに、(E)成分の酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを併用する〔6〕又は〔7〕に記載のシリコーン樹脂組成物。
〔9〕
光半導体素子封止用である、〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載のシリコーン樹脂組成物。
〔10〕
〔9〕に記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止してなる光半導体装置。
(A−1)オルガノポリシロキサン
(A−1)成分は、下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサンである。
(A−1)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
特に好ましくは、下記構造の脂環式エポキシ基〔β−(3,4−エポキシシクロへキシル)エチル基〕である。
特開平2−235933号公報
特開平3−197486号公報
特表2006−508216号公報
特開2014−55234号公報
(A−2)成分は、エポキシ当量が100以上であるケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物である。エポキシ樹脂としては、グリシジル基を有するエポキシ樹脂と脂環式エポキシ基を有するエポキシ樹脂が挙げられるが、耐熱性、耐UV性、高Tg化という観点から脂環式エポキシ基を有するエポキシ樹脂が望ましい。具体的には(3,3’,4,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル、1,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)エタン、1−(エポキシエチル)−3,4−エポキシシクロヘキサン、3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどが挙げられる。好ましくは、下記式(8)で示される3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートが使用される。
なお、(A−1)成分と(A−2)成分とを併せて(A)成分とする。
(B)成分の硬化剤には、エポキシ基との反応性を有する酸無水物系硬化剤を使用する。なお、酸無水物系硬化剤における酸無水物基は−CO−O−CO−で表される。
(C)成分の硬化触媒は、特に制限されるものでなく、シリコーン樹脂組成物に従来使用されている硬化触媒から選択すればよい。例えば、テトラブチルホスホニウム−o,o−ジエチルホスホロジチオエート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどの第四級ホスホニウム塩、トリフェニルフォスフィン、ジフェニルフォスフィン等の有機フォスフィン系硬化触媒、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン系硬化触媒、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7 フェノール塩、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7 オクチル酸塩、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7 p−トルエンスルホン酸塩、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7 ギ酸塩等の第四級アンモニウム塩、オクチル酸亜鉛、ナフチル酸亜鉛等の有機カルボン酸塩、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート等のアルミキレート化合物、2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。中でも第四級ホスホニウム塩、及び第四級アンモニウム塩が好ましい。
(D)成分は、下記式(2)で表される新規なオルガノポリシロキサンである。
で示される基であり、R4は下記式(4)
で示される基であり、nは1〜10の整数であり、mは0〜10の整数であり、m及びnで括られたシロキサン単位は、ブロックであってもランダムであってもよい。〕
で示される基である。〕
で示される分子中の全ての末端にSiH基を有する有機ケイ素化合物の1種以上と、下記式(12)
で示されるヒンダードアミン骨格及び末端ビニル基を有する化合物とを、白金触媒存在下、ヒドロシリル化反応させることによって製造することができる。
は、下記式(13)
で示されるビニル基を有するクロロシランと、下記式(14)
で表されるアルコール性OH基を有する4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンとを脱塩酸反応させることで製造することができる。
[測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:0.6mL/min
検出器:示差屈折率検出器(RI)
カラム:TSK Guardcolomn SuperH−L
TSKgel SuperH4000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH3000(6.0mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperH2000(6.0mmI.D.×15cm×2)
(いずれも東ソー社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:20μL(濃度0.5重量%のTHF溶液)
本発明のシリコーン樹脂組成物には、さらに(E)成分の酸化防止剤を配合するのが好ましい。酸化防止剤としては、亜リン酸化合物、ヒンダードフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。特には、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオナート、N,N’−プロパン−1,3−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオナミド]、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、6,6’−ジ−tert−ブチル−2,2’−チオジ−p−クレゾール、N,N’−ヘキサン−1,6−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニルプロピオンアミド)]、ベンゼンプロパン酸,3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ,C7−C9側鎖アルキルエステル、ジエチル[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ホスホネート、2,2’−エチリデンビス[4,6−ジ−tert−ブチルフェノール]、3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a”−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、カルシウムジエチルビス[[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ホスホネート]、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、ヘキサメチレン ビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリオン、1,3,5−トリス[(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、6,6’−ジ−tert−ブチル−4,4’−チオジ−m−クレゾール、ジフェニルアミン、N−フェニルベンゼンアミンと2,4,4−トリメチルペンテンの反応生成物、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、3,4−ジヒドロ−2,5,7,8−テトラメチル−2−(4,8,12−トリメチルトリデシル)−2H−1−ベンゾピラン−6−オール、2’,3−ビス[[3−[3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、ジドデシル3,3’−チオジプロピオネート、ジオクタデシル3,3’−チオジプロピオネートが例示される。中でもフェノール系酸化防止剤やリン系酸化防止剤が好ましく、これらを併用して用いることが更に好ましい。
本発明には、基材との接着性等の点から、シランカップリング剤を配合することが好ましい。シランカップリング剤としては、エポキシ基含有シラン、ビニル基含有シラン、メタクリロキシ基含有シラン、アミノ基含有シラン、メルカプト基含有シラン化合物等があり、これらのうちエポキシ基含有シランもしくはメルカプト基含有シランが好ましい。
[オルガノポリシロキサン1の合成]
2Lのセパラブルフラスコにジフェニルシランジオール216g、XO−(MePhSiO)a−X(Xは水素原子又はメチル基であり、aは3〜10の整数であり平均7である)486g、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246gを入れ、攪拌した後、内温を80℃まで上昇させた。その後、触媒として水酸化ストロンチウム2.4gを加え、80℃でメタノールを留去しながら4時間反応させた。反応終了後、トルエン900gを加え、攪拌した後、0.8μmのフィルターを用いて加圧ろ過を行い、触媒を除去した。その後、得られた反応溶液を熱水で水洗した後、共沸脱水し、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(15)で表される、直鎖状のオルガノポリシロキサン1を得た。
[オルガノポリシロキサン2の合成]
2Lのセパラブルフラスコにジフェニルシランジオール281g、XO−(Me2SiO)a−X(Xは水素原子又はメチル基であり、aは2〜5の整数であり平均は3.5である)55g、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246gを攪拌した後、内温を80℃まで上昇させた。その後、触媒として水酸化ストロンチウム2.4gを加え、80℃でメタノールを留去しながら4時間反応させた。反応終了後、トルエン900gを加え、攪拌した後、0.8μmのフィルターを用いて加圧ろ過を行い、触媒を除去した。その後、得られた反応溶液を熱水で水洗した後、共沸脱水し、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(16)で表される、直鎖状のオルガノポリシロキサン2を得た。
[SiH基を有するオルガノポリシロキサンの合成]
フェニルトリメトキシシラン(1.0mоl、198.44g)、アセトニトリル30gを混合し、内温を10℃以下に冷却した。そして、硫酸16gを30分かけて滴下し、その後、水81gを1時間かけて滴下した。次に1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジシロキサン(1.5mоl、201.48g)を30分かけて滴下し、終夜攪拌した。廃酸分離した後、トルエン500gを添加し、熱水で3回、熱純水で2回洗浄した。得られたトルエン溶液を減圧蒸留することにより、下記式(17)で示される化合物を主成分とするオルガノポリシロキサンを得た。
[ビニル基およびヒンダードアミン骨格を有する化合物1の合成]
4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(1.2mоl、205.5g)、トリエチルアミン(1.2mоl、121.4g)、トルエン400gを混ぜて溶解させた後、内温を10℃以下に冷却した。次にジメチルビニルクロロシラン(1mоl、120.7g)を30分かけて滴下し、室温で2時間攪拌した。生成した塩をろ過で除去した後、熱水で2回、熱純水で2回洗浄した。得られたトルエン溶液を減圧蒸留することで、下記式(18)で示される化合物1を得た。
[ヒンダードアミン骨格含有分岐状オルガノポリシロキサンの合成]
1Lのセパラブルフラスコに0.5質量%塩化白金酸トルエン溶液0.45g、トルエン200g、化合物1(0.32mоl、80.47g)を入れ、攪拌した後、内温を80℃まで上昇させた。その後、上記で得られたオルガノポリシロキサン1(0.1mоl、33.07g)を30分かけて滴下し、100℃で3時間反応させた。反応終了後、熱水で2回、熱純水で2回洗浄した。得られたトルエン溶液を減圧蒸留することで下記式(19)に示される化合物を主成分とするオルガノポリシロキサンを得た。
下記表1に示す組成及び配合(質量部)でシリコーン樹脂組成物を調製した。表1に記載の各成分は以下の通りである。また、表中、空欄は「0」を意味する。
(A−2)エポキシ樹脂:3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業株式会社製、セロキサイド2021P)
(B)硬化剤1:4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸
(新日本理化株式会社製、リカシッドMH)
硬化剤2:シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物
(三菱ガス化学株式会社製、H−TMAn)
(C)硬化触媒:第四級ホスホニウム塩(サンアプロ株式会社製、U−CAT5003)
(D)光安定剤1:化合物名:ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート(株式会社ADEKA社製、アデカスタブLA−72)
光安定剤2:化合物名:ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート(株式会社ADEKA社製、アデカスタブLA−77)
(E)酸化防止剤1:フェノール系酸化防止剤、化合物名:ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオナート](株式会社ADEKA社製、アデカスタブAO−60)
酸化防止剤2:リン系酸化防止剤、化合物名:イソデシルジフェニルホスファイト(株式会社ADEKA社製、アデカスタブAO−135A)
(F)シランカップリング剤:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−403)
下記の評価に用いた硬化物の調製は、該組成物を、100℃で1時間加熱し、次いで150℃で4時間加熱して行った。各組成物及び各硬化物を以下の方法で評価した。
(1)耐光性
3.5mm×2.8mm×1.4mmt(封止部0.6mmt)の底面に銀メッキを施した銅製電極を具備するPPA(ポリフタルアミド)製表面実装型LEDパッケージに発光波長450nmを持つ発光素子を搭載し金ワイヤーを用いて電極と発光素子を接続した表面実装型LEDに、未硬化の組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を使用して、開口部が平面になるように注型し、硬化した。封止した各パッケージに85℃、100mAの条件で連続通電試験を行い、初期(L0)と通電後(200hr)の全光束値(L1)をオーシャンフォトニクス社製全光束(Φ100mm)測定システム(品番:OP−FLUX)を用いて温度25℃、電流100mA、待機時間20秒の条件で測定した。L1/L0(%)の値を表1に示す。
(2)耐熱性
上記方法により、各組成物を硬化して1mm厚のシート状硬化物を作製した。該硬化物の波長450nmにおける光透過率(T0)を分光光度計U−4100(日立ハイテック社製)にて測定した。次いで、該硬化物を150℃×400時間加熱した。加熱後の各硬化物の光透過率(T1)をT0と同じ方法で測定した。T1/T0(%)の値を表1に示す。
比較例2及び3のシリコーン樹脂組成物は、(D)成分を含んでいるが、オルガノポリシロキサン成分を有していないため、耐光性は優れているが、耐熱性が悪い。
これらに対し、本発明のシリコーン樹脂組成物は、耐熱性、耐光性に優れる。
Claims (10)
- (A−1)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン、
(A−2)エポキシ当量が100以上であるケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物、
(B)酸無水物系硬化剤 (A)成分中のエポキシ基1個に対する(B)成分中の酸無水物基の個数が0.3〜1.0個となる量、
(C)硬化触媒、
(D)下記一般式(2)
で示される基であり、R4は下記式(4)
で示される基であり、nは1〜10の整数であり、mは0〜10の整数であり、m及びnで括られたシロキサン単位は、ブロックであってもランダムであってもよい。〕
で示されるヒンダードアミン骨格含有分岐状オルガノポリシロキサン
を含有するシリコーン樹脂組成物。 - 式(2)のオルガノポリシロキサンにおいて、R1がフェニル基、ベンジル基、2−フェニルエチル基及び2−フェニルプロピル基から選ばれる基である請求項1記載のシリコーン樹脂組成物。
- 式(2)のオルガノポリシロキサンにおいて、nが1又は2である請求項1又は2記載のシリコーン樹脂組成物。
- (B)成分の酸無水物系硬化剤が、2種以上の酸無水物を併用する、請求項1〜4のいずれか1項記載のシリコーン樹脂組成物。
- さらに、(E)酸化防止剤を含む請求項1〜5のいずれか1項記載のシリコーン樹脂組成物。
- さらに、(F)シランカップリング剤を含む請求項1〜6のいずれか1項記載のシリコーン樹脂組成物。
- さらに、(E)成分の酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを併用する請求項6又は7記載のシリコーン樹脂組成物。
- 光半導体素子封止用である、請求項1〜8のいずれか1項記載のシリコーン樹脂組成物。
- 請求項9記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止してなる光半導体装置。
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