KR102282547B1 - 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물은 (A) 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 오르가노폴리실록산, (B) 분자당 2개 이상의, 각각 화학식: RHSiO(여기서, R은 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지며 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 1가 탄화수소 기를 표시함)로 표시되는 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산, (C) 히드로실릴화 반응을 위한 백금족 금속계 촉매, (D) 히드로실릴화 반응 억제제 및 (E) 접착성 부여제를 적어도 함유하며, JIS K 6300-2에 규정된, 다이 본딩 온도에서의 스코치 시간(ts1)이 20 내지 60초이고, 600초의 가황 시간 동안 최대 토크 값에 대한 90% 가황 시간[tc(90)]이 300 내지 500초이다. 본 발명에 따른 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물은 반도체 칩을 지지체에 강하게 접착시킬 수 있다.

Description

다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물
본 발명은 다이 본딩(die bonding)용 경화성 실리콘 조성물에 관한 것이다.
예를 들어 사파이어를 포함하는 지지체에 LED와 같은 광반도체 소자를 접착시키기 위해 경화성 실리콘 조성물이 사용된다. 그러한 경화성 실리콘 조성물의 예로서, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2는 본질적으로 선형 또는 환형인 알케닐 기-함유 오르가노폴리실록산, 분지형 알케닐 기-함유 오르가노폴리실록산, 분자쇄 내에 규소 원자에 결합된 수소 원자를 갖는 선형 오르가노폴리실록산, 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 분지형 오르가노폴리실록산, 및 히드로실릴화 반응 촉매를 포함하는 경화성 실리콘 조성물을 제안하고, 특허 문헌 3은 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 선형 오르가노폴리실록산, 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 분지형 오르가노폴리실록산, 분자당 2개 이상의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 분지형 오르가노폴리실록산, 및 히드로실릴화 반응 촉매를 포함하는 경화성 실리콘 조성물을 제안한다.
그러나, LED와 같은 광반도체 소자의 다이 본딩에서는, 접착층이 극히 얇으며, 전술된 경화성 실리콘 조성물조차도 충분한 접착 강도(다이 전단 강도)를 제공하지 않는다는 점에서 불리한 것으로 알려져 있다.
일본 특허 출원 공개 제2012-012433호 일본 특허 출원 공개 제2012-012434호 일본 특허 출원 공개 제2016-155967호
본 발명의 목적은 반도체 칩을 지지체에 견고하게 접착시킬 수 있는, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물은
(A) 100 질량부의, 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 오르가노폴리실록산,
(B) 분자당 2개 이상의, 화학식 RHSiO(상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산 {성분 (A) 내의 알케닐 기에 대한 이 성분 내의 규소 원자-결합된 수소 원자의 몰 비가 0.1 내지 10이 되는 양},
(C) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량에 대해, 질량 단위로, 이 성분 내의 백금족 금속의 양이 10 ppm이 되는 양의 백금족 금속 히드로실릴화 반응 촉매,
(D) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.001 내지 5 질량부의 히드로실릴화 반응 억제제, 및
(E) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.01 내지 10 질량부의 접착성 부여제를 적어도 포함하며,
JIS K 6300-2에 규정된 다이 본딩 온도에서의 스코치 시간(scorch time, ts1)이 20 내지 60초이고, 600초의 가황 시간까지의 최대 토크 값에 대해 90% 가황 시간[tc(90)]이 300 내지 500초인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 성분 (A)는 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위, 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R은 전술된 바와 같고, R는 C2-12 알케닐 기임)로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 오르가노폴리실록산 수지를 함유하며, 여기서, 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 총량의 몰 비는 0.5 내지 1.6이다.
바람직하게는 성분 (B)는 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위, 화학식 RHSiO2/2(상기 화학식에서, R4는 전술된 바와 같음)로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 오르가노폴리실록산 수지이며, 여기서, 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 0.6 내지 1.5이고 화학식 RHSiO2/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 1.5 내지 3이거나; 또는 성분 (B)는, 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위 및 화학식 RHSiO2/2(상기 화학식에서, R는 전술된 바와 같음)로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하며 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 갖지 않는 오르가노폴리실록산이다.
바람직하게는 성분 (D)는 알킨 알코올 및/또는 실릴화 알킨 알코올이다.
바람직하게는 성분 (E)는 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 알케닐 기-함유 디오르가노실록산 올리고머와 에폭시 기-함유 알콕시실란을 포함하는 반응 혼합물이다.
본 발명의 조성물은 바람직하게는 (F) BET 비표면적이 20 내지 200 m/g인 건식 실리카를 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 1 내지 20 질량부로 또한 함유한다.
본 발명의 조성물은 바람직하게는, 경화 시에, JIS K 6253-1997에 규정된 바와 같은 타입 D 듀로미터 경도가 50 이상인 경화물을 형성한다.
또한, 본 발명의 조성물은 바람직하게는, 경화 시에, JIS K 7171-1994에 규정된 바와 같은 굴곡 변형률(flexural strain)이 10% 이상인 경화물을 형성한다.
본 발명의 조성물은 바람직하게는 LED 소자를 기판에 접착하기 위한 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물이다.
본 발명의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 특징은 반도체 칩을 지지체에 견고하게 접착시킬 수 있다는 점이다.
[도 1] 실시예 1의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 150℃에서의 가황 특성을 나타내는 그래프.
[도 2] 실시예 3의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 150℃에서의 가황 특성을 나타내는 그래프.
[도 3] 비교예 3의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 150℃에서의 가황 특성을 나타내는 그래프.
[도 4] 비교예 6의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 150℃에서의 가황 특성을 나타내는 그래프.
[도 5] 비교예 7의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 150℃에서의 가황 특성을 나타내는 그래프.
성분 (A)는 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 오르가노폴리실록산이다. 알케닐 기의 예는 비닐 기, 알릴 기, 부테닐 기, 펜테닐 기, 헥세닐 기, 헵테닐 기, 옥테닐 기, 노네닐 기, 데세닐 기, 운데세닐 기, 및 도데세닐 기와 같은 C2-12 알케닐 기이며; 알케닐 기는 바람직하게는 비닐 기이다. 성분 (A)에 또한 존재하는 (알케닐 기 이외의) 규소 원자-결합된 기의 예는 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 이소프로필 기, 부틸 기, 이소부틸 기, tert-부틸 기, 펜틸 기, 네오펜틸 기, 헥실 기, 시클로헥실 기, 헵틸 기, 옥틸 기, 노닐 기, 데실 기, 운데실 기 및 도데실 기와 같은 C1-12 알킬 기; 페닐 기, 톨릴 기, 자일릴 기 및 나프틸 기와 같은 C6-12 아릴 기; 벤질 기 및 페네틸 기, 및 페닐프로필 기와 같은 C7-12 아르알킬 기; 및 이들 기 내의 수소 원자 중 일부 또는 전부를 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 대체하여 얻어지는 기이다. 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 소량의 히드록실 기, 또는 메톡시 기 또는 에톡시 기와 같은 알콕시 기가 성분 (A) 내의 규소 원자에 결합될 수 있음에 유의하여야 한다.
성분 (A)의 분자 구조는 제한되지 않으며; 예를 들어, 선형, 일부 분지를 갖는 선형, 환형, 분지형, 또는 3차원 망상 구조일 수 있다. 성분 (A)는 그러한 분자 구조를 갖는 단일 오르가노폴리실록산이거나, 이러한 분자 구조를 갖는 둘 이상의 오르가노폴리실록산의 혼합물이며; 바람직하게는 성분 (A)는, 충분한 접착 강도(칩 다이 전단 강도)를 제공할 수 있기 때문에, 분지형 또는 3차원 망상 구조를 갖는 오르가노폴리실록산 수지를 적어도 함유하며, 특히 바람직하게는 선형 또는 일부 분지를 갖는 선형인 오르가노폴리실록산과 분지형 또는 3차원 망상 구조를 갖는 오르가노폴리실록산 수지의 혼합물이다.
선형 오르가노폴리실록산의 예에는 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 디메틸폴리실록산; 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체; 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체; 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 메틸페닐폴리실록산; 분자쇄 양 말단이 트리메틸실록시 기-봉쇄된 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체; 분자쇄 양 말단이 트리메틸실록시 기-봉쇄된 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체; 및 이들 중 둘 이상의 혼합물이 포함된다.
게다가, 분지형 또는 3차원 구조를 갖는 오르가노폴리실록산 수지에는 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 것들이 포함된다.
상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기이고, R은 전술된 바와 같은 C1-12 알킬 기, C6-12 아릴 기 또는 C7-12 아르알킬 기를 나타내며, 바람직하게는 메틸 기이다.
또한, 상기 화학식에서, R2는 C2-12 알케닐 기이며, 전술된 바와 같은 알케닐 기를 나타내고, 바람직하게는 비닐 기이다.
이러한 오르가노폴리실록산 수지는 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하며; 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 화학식 RSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 또한 함유할 수 있다. 또한, 이러한 오르가노폴리실록산 수지는, 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 분자 내의 규소 원자에 결합된 히드록실 기 또는 알콕시 기를 가질 수 있고; 분자 내의 규소 원자에 결합된, 히드록실 기 및/또는 알콕시 기와 같은 극성 기, 특히 히드록실 기를 가짐으로써 본 발명의 조성물의 접착성이 개선될 수 있다. 바람직하게는 오르가노폴리실록산 수지는 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 총량의 몰 비가 바람직하게는 0.5 내지 1.6, 또는 더욱 바람직하게는 0.6 내지 1.5 또는 0.6 내지 1.4임에 유의하여야 한다.
이러한 오르가노폴리실록산 수지의 예는 하기 평균 조성식으로 표시되는 것들이다. 하기 화학식에서, Vi, Me 및 Ph는 각각 비닐 기, 메틸 기 및 페닐 기를 표시한다.
(ViMe2SiO1/2)0.10(Me3SiO1/2)0.33(SiO4/2)0.57(HO1/2)0.03
(ViMe2SiO1/2)0.13(Me3SiO1/2)0.35(SiO4/2)0.52(HO1/2)0.02
(ViMePhSiO1/2)0.10(Me3SiO1/2)0.45(SiO4/2)0.45(HO1/2)0.03
(ViMe2SiO1/2)0.09(Me3SiO1/2)0.31(SiO4/2)0.60(HO1/2)0.04
(ViMe2SiO1/2)0.10(Me3SiO1/2)0.40(SiO4/2)0.50(HO1/2)0.03
성분 (A)는 바람직하게는 이러한 유형의 오르가노폴리실록산 수지를 적어도 함유하고, 함량은 제한되지 않으며; 바람직하게는 성분 (A)의 40 내지 90 질량%를 구성하고, 더욱 바람직하게는 하한이 50 질량% 또는 60 질량%이고 상한이 80 질량% 또는 70 질량%이다. 이는, 오르가노폴리실록산 수지의 함량이 전술된 하한 이상일 때, 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물이 매우 경질이고 강인할 수 있으며, 전술된 상한 이하일 때, 본 발명의 조성물이 너무 점성으로 되지 않으며 그의 취급성이 양호하기 때문이다.
본 발명의 조성물의 점도를 낮추고 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물의 경도 및 기계적 강도를 증가시키기 위하여, 전술된 오르가노폴리실록산 수지에 더하여, 하기 평균 조성식으로 표시되는 바와 같은, 알케닐 기 함량이 높고 상대 점도가 낮은 오르가노폴리실록산 수지가 성분 (A)에 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.
(ViMe2SiO1/2)0.55(Me3SiO1/2)0.05(SiO4/2)0.40
(ViMe2SiO1/2)0.15(Me3SiO1/2)0.45(SiO4/2)0.40
더욱이, 본 발명의 조성물의 점도를 낮추고 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물의 경도 및 기계적 강도를 증가시키기 위하여, 성분 (A)는 바람직하게는 알케닐 기-함유 환형 오르가노폴리실록산을 함유한다. 이러한 환형 오르가노폴리실록산은 하기 평균 단위식을 갖는다:
(R SiO2/2)
상기 화학식에서, R3은 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기이며; 구체적인 예는 전술된 바와 같은 C1-12 알킬 기, C2-12 알케닐 기, C6-12 아릴 기 및 C7-12 아르알킬 기, 그리고 이들 기에서 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 대체된 기이다. 분자당 2개 이상의 R3이 전술된 알케닐 기, 바람직하게는 비닐 기이다. 또한, 상기 화학식에서, n은 3 내지 20의 정수, 바람직하게는 3 내지 10의 정수이다.
이러한 환형 오르가노폴리실록산의 예가 하기에 나타나 있다. 하기 화학식에서, Vi 및 Me는 전술된 바와 같다.
(MeViSiO2/2)3
(MeViSiO2/2)4
(MeViSiO2/2)5
성분 (A) 내의 환형 오르가노폴리실록산의 양은 특별히 제한되지 않으며; 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물의 양호한 기계적 강도를 위해, 양은 바람직하게는 성분 (A)의 5 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 3 질량% 이하이다.
성분 (A)의 점도는 특별히 제한되지 않으며; 본 발명의 조성물의 양호한 작업성을 위해, 25℃에서의 점도는 10 내지 5,000,000 mPa·s, 또는 바람직하게는 50 내지 1,000,000 mPa·s이다.
성분 (B)는 분자당 2개 이상의, 화학식 RHSiO로 표시되는 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산이다. 본 발명의 조성물의 스코치 시간(ts1) 및 90% 가황 시간[tc(90)]이 전술된 범위 이내에 있게 하기 위하여, 전술된 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산이 성분 (B)로서 사용되어야 한다. 상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 1가 C1-12 탄화수소 기이며; 예는 전술된 바와 같은 C1-12 알킬 기, C6-12 아릴 기 및 C7-12 아르알킬 기, 그리고 이들 기에서 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 대체된 기이고; 바람직하게는 메틸 기이다.
성분 (B)의 분자 구조는 특별히 제한되지 않으며; 예를 들어, 선형, 일부 분지를 갖는 선형, 분지형, 환형, 또는 3차원 망상 구조일 수 있다. 성분 (B)는 그러한 분자 구조를 갖는 단일 오르가노폴리실록산일 수 있거나, 그러한 분자 구조를 갖는 둘 이상의 오르가노폴리실록산의 혼합물일 수 있다.
분지형 또는 3차원 망상 구조의 오르가노폴리실록산 수지의 예는 화학식 R4 SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식 RHSiO2/2로 표시되는 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 것들이며; 이러한 오르가노폴리실록산 수지는, 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 화학식 R SiO2/2로 표시되는 실록산 단위 및/또는 화학식 RSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 함유할 수 있다. 또한, 이러한 오르가노폴리실록산 수지는, 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 분자 내의 규소 원자에 결합된 히드록실 기 또는 알콕시 기를 가질 수 있다. 이러한 오르가노폴리실록산 수지에서, 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한, 화학식 R4 SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 바람직하게는 0.6 내지 1.5이고, 화학식 RHSiO2/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 바람직하게는 1.5 내지 3이다.
상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 탄소 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기이며; 예는 전술된 바와 같은 C1-12 알킬 기, C6-12 아릴 기 및 C7-12 아르알킬 기, 그리고 이들 기에서 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 대체된 기이고; 바람직하게는 메틸 기이다.
하기 평균 단위식으로 표시되는 오르가노폴리실록산 수지가 이러한 오르가노폴리실록산 수지의 예이다. 하기 화학식에서, Me는 전술된 바와 같다.
(MeSiO1/2)0.23(MeHSiO2/2)0.51(SiO4/2)0.26
(MeSiO1/2)0.24(MeHSiO2/2)0.49(SiO4/2)0.27
(MeSiO1/2)0.24(MeSiO2/2)0.10(MeHSiO2/2)0.40(SiO4/2)0.26
게다가, 선형, 또는 일부 분지를 갖는 선형인 오르가노폴리실록산의 예는, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식 RHSiO2/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하고 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 갖지 않는 것들이며; 이러한 오르가노폴리실록산은, 본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 화학식 R HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식 R SiO2/2로 표시되는 실록산 단위 또는 화학식 RSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 또한 함유할 수 있다.
상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 탄소 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기이며; 예는 전술된 바와 같은 C1-12 알킬 기, C6-12 아릴 기 및 C7-12 아르알킬 기, 그리고 이들 기에서 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 대체된 기이고; 바람직하게는 메틸 기이다.
하기 화학식으로 표시되는 오르가노폴리실록산이 이러한 오르가노폴리실록산의 예이다. 하기 화학식에서, Me 및 Ph는 전술된 바와 같다.
MeSiO(MeHSiO)36SiMe
HMeSiO(MeSiO)36SiMe
MeSiO(MeHSiO)80SiMe
MeSiO(MeSiO)30(MeHSiO)30SiMe
MePhSiO(MeHSiO)35SiMePh
성분 (B)의 중량 평균 분자량(Mw)은 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물의 양호한 접착 강도를 위해, 바람직하게는 6000 이상, 8000 이상 또는 10,000 이상이다.
성분 (B)의 양은 성분 (B) 내의 규소 원자-결합된 수소 원자 함량이 성분 (A) 내의 알케닐 기의 총량 1 몰에 대해 0.1 내지 10 몰 이내가 되는 양이며; 생성되는 경화물의 양호한 경도, 기계적 특성 및 접착성을 위해, 바람직하게는 상기 양은 0.5 내지 5 몰, 또는 0.5 내지 3 몰이다.
성분 (C)는 본 발명의 조성물의 히드로실릴화를 촉진하기 위한 백금족 금속 히드로실릴화 반응 촉매이다. 백금족 금속의 예에는 백금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 및 이리듐이 포함되며, 백금이 바람직하다. 성분 (C)로서의 백금족 금속 히드로실릴화 반응 촉매의 예에는 백금 미세 분말, 백금흑, 염화백금산, 알코올-개질된 염화백금산, 염화백금산-디올레핀 착물, 백금-올레핀 착물, 백금 비스(아세토아세테이트), 백금 비스(아세틸아세토네이트) 및 다른 백금-카르보닐 착물, 염화백금산-디비닐테트라메틸디실록산 착물, 염화백금산-테트라비닐테트라메틸시클로테트라실록산 착물 및 다른 염화백금산-알케닐실록산 착물, 백금-디비닐테트라메틸디실록산 착물, 백금-테트라비닐테트라메틸시클로테트라실록산 착물 및 다른 백금-알케닐실록산 착물, 그리고 염화백금산과 아세틸렌 알코올의 착물이 포함되며; 히드로실릴화 반응의 현저한 촉진을 위해, 백금-알케닐실록산 착물이 바람직하다.
알케닐실록산의 예는 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐시클로테트라실록산, 이러한 알케닐실록산 내의 메틸 기 중 일부가 에틸 기 또는 페닐 기 등으로 대체된 알케닐실록산 올리고머, 및 알케닐실록산 내의 비닐 기가 알릴 기 또는 헥세닐 기 등으로 대체된 알케닐실록산 올리고머이다. 특히, 생성되는 백금-알케닐실록산 착물의 양호한 안정성을 위해 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산이 바람직하다.
백금-알케닐실록산 착물의 안정성을 개선하기 위해, 이러한 백금-알케닐실록산 착물은 바람직하게는 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3-디알릴-1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 1,3-디비닐-1,3-디메틸-1,3-디페닐디실록산, 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라페닐디실록산, 또는 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐시클로테트라실록산과 같은 알케닐실록산 올리고머, 또는 디메틸실록산 올리고머와 같은 오르가노실록산 올리고머에 용해되며, 특히 바람직하게는 알케닐실록산 올리고머에 용해된다.
성분 (C)의 양은, 성분 (A)와 성분 (B)의 총량에 대해, 질량 단위로, 이 성분 내의 백금계 원소의 양이 10 ppm, 바람직하게는 10 내지 500 ppm, 10 내지 100 ppm 또는 10 내지 50 ppm이 되는 양이다. 이는, 성분 (C)의 함량이 전술된 범위의 하한 이상일 때, 본 발명의 조성물의 경화성이 양호하며, 특히, 10 μm 이하의 다이 본딩 두께에서의 경화성이 양호하고; 더욱이, 상기 함량이 전술된 범위의 상한 이하일 때, 생성되는 경화물의 착색과 같은 문제가 발생할 가능성이 적기 때문이다.
성분 (D)는, 실온에서의 본 발명의 조성물의 저장 안정성을 개선하고 가사 시간을 연장시키기 위한 히드로실릴화 반응 억제제이다. 성분 (D)의 예는 1-에티닐시클로헥산-1-올, 2-메틸-3-부틴-2-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 2-페닐-3-부틴-2-올과 같은 알킨 알코올; 3-메틸-3-펜텐-1-인 및 3,5-디메틸-3-헥센-1-인과 같은 엔인 화합물; 메틸트리스(1-메틸-1-페닐-프로핀옥시)실란, 디메틸비스(1-메틸-1-페닐-프로핀옥시)실란, 메틸트리스(1,1-디메틸-프로핀옥시)실란 및 디메틸비스(1,1-디메틸-프로핀옥시)실란과 같은 실릴화 알킨 알코올; 및 벤조트리아졸이며; 바람직하게는 알킨 알코올 및/또는 실릴화 알킨 알코올이다.
성분 (D)의 양은 바람직하게는 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.0001 내지 5 질량부, 0.01 내지 5 질량부, 또는 0.01 내지 3 질량부이다. 이는, 성분 (D)의 함량이 전술된 범위의 하한 이상일 때, 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)의 혼합 시에 일어날 수 있는 겔화 또는 경화를 충분히 억제할 수 있고, 전술된 범위의 상한 이하일 때, 본 발명의 조성물의 가황 특성을 현저히 저하시키지 않기 때문이다.
본 발명의 조성물에서 성분 (C)의 양을 조정하고, 성분 (D)와의 비율 및/또는 성분 (D)의 양을 조정함으로써, JIS K 6300-2에 규정된, 다이 본딩 온도에서 20 내지 60초의 스코치 시간(ts1) 및 600초의 가황 시간까지의 최대 토크 값에 대한 300 내지 500초의 90% 가황 시간[tc(90)]을 달성하는 것이 가능하다.
성분 (E)는 본 발명의 조성물에 접착성을 부여하기 위한 접착성 부여제이다. 히드로실릴화 반응에 의해 경화되는 경화성 실리콘 조성물 내에 배합될 수 있는 공지의 접착성 부여제가 이러한 접착성 부여제로서 사용될 수 있다.
성분 (E)의 예는 비닐트리메톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 하이드로겐 트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 및 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란과 같은 알콕시실란; 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체 올리고머 또는 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 메틸비닐실록산 올리고머와 같은 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 알케닐 기-함유 디오르가노실록산 올리고머와, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 또는 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란과 같은 에폭시 기-함유 알콕시실란을 포함하는 반응 혼합물; 전술된 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 알케닐 기-함유 디오르가노실록산 올리고머와 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란을 포함하는 반응 혼합물; 전술된 에폭시 기-함유 알콕시실란과 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 반응 혼합물; 및 트리스(3-트리메톡시실릴프로필)이소시아누레이트이며; 바람직하게는 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 알케닐 기-함유 디오르가노실록산 올리고머와 에폭시 기-함유 알콕시실란을 포함하는 반응 혼합물이다.
성분 (E)의 양은 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.01 내지 10 질량부, 바람직하게는 0.01 내지 5 질량부이다. 이는, 성분 (E)의 함량이 전술된 범위의 하한 이상일 때, 본 발명의 조성물에 충분한 접착성을 부여하는 것이 가능하고; 전술된 범위의 상한 이하일 때, 본 발명의 조성물의 경화 시에 얻어지는 경화물의 변색을 유발할 가능성이 더 적기 때문이다.
본 발명의 조성물의 작업성 및 접착성을 개선하기 위하여, 본 발명의 조성물은 바람직하게는 (F) BET 비표면적이 20 내지 200 m/g인 건식 실리카를 함유한다. 성분 (F)의 양은 특별히 제한되지 않으며, 생성되는 경화물의 양호한 기계적 특성을 위해, 바람직하게는 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 1 내지 20 질량부이다.
본 발명의 목적에 악영향을 미치지 않는다면, 선택 성분으로서, 성분 (F) 이외에 실리카, 유리, 알루미나 및 산화아연과 같은 무기 충전제; 실리콘 고무 분말; 실리콘 수지 및 폴리메타크릴레이트 수지와 같은 수지의 분말; 및 내열제, 염료, 안료, 난연제, 용매 등이 본 발명의 조성물에 또한 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물은 가열에 의해 경화되며, 신속한 경화를 위해, 바람직하게는 50 내지 200℃까지 가열된다.
바람직하게는 본 발명의 조성물은 경화되어, JIS K 6253-1997 "가황 고무 또는 열가소성 고무의 경도 시험 방법"에 규정된 바와 같은 타입 D 듀로미터 경도가 50 이상인 경화물을 형성하며, 더욱 바람직하게는 타입 D 듀로미터 경도가 50 내지 70인 경화물을 형성한다. 이는, 경도가 50 이상일 때, 경화물이 충분한 응집력을 가지며, 필름 두께가 10 μm 이하인 조건 하에서 충분한 강도 및 접착성이 달성될 수 있고; 경도가 70 이하일 때, 경화물이 가요성을 가지며 충분한 접착성이 달성되기 때문이다.
또한, 바람직하게는 본 발명의 조성물은 경화되어, JIS K 7171-1994 "플라스틱 - 굴곡 특성의 결정"에 규정된 바와 같은 굴곡 변형률이 10% 이상인 경화물을 형성한다. 이는, 굴곡 변형률이 10% 이상일 때, 경화물이 가요성을 갖고 충분한 접착성이 달성되기 때문이다.
본 발명의 조성물은, 다이 본딩 온도에서 MDR(moving die rheometer)에 의해 측정되는 스코치 시간(ts1)이 20 내지 60초이고, 90% 가황 시간[tc(90)]이 300 내지 500초이며; 그러한 경화성 조성물을 얻는 방법의 예는 분자당 2개 이상의, 화학식 RHSiO로 표시되는 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산을 성분 (B)로서 사용하는 것, 및 성분 (C)의 양을 조정하거나 성분 (D)의 유형 및 양을 조정하는 것이다. MDR에 의한 측정은 JIS K 6300-2 "미가황 고무 - 물리적 특성 - 파트 2: 진동식 경화 측정기를 사용한 경화 특성의 결정"에 규정된 바와 같이 수행되며, 스코치 시간(ts1) 및 90% 가황 시간[tc(90)]의 정의에 대해 동일하게 적용됨에 유의하여야 한다.
그러한 경화성을 달성함으로써, 필름 두께가 10 μm 이하인 LED용 다이 본딩제를 사용할 때 보통 채택되는 다이 본딩 온도인 150℃에서 충분한 경화성을 실현하는 것이 가능하다. 스코치 시간(ts1) 및/또는 90% 가황 시간[tc(90)]이 그의 전술된 각각의 하한보다 낮은 경우, 경화가 너무 빨리 진행되어, 충분한 접착 강도를 달성하는 것이 불가능하고, 전술된 각각의 상한보다 높은 경우, 경화가 너무 천천히 진행되어, 보통의 다이 본딩 조건을 구성하는 150℃에서 2시간의 경화에 의해 충분한 경화를 달성하는 것이 불가능하다.
실시예
본 발명의 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 점도는 25℃에서의 값을 지칭함에 유의하여야 한다. 실시예 및 비교예에서, 하기 성분들을 사용하여 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 조정하였다. 하기 화학식에서, Vi는 비닐 기를 나타내고 Me는 메틸 기를 나타낸다.
하기 성분을 성분 (A)로서 사용하였다.
(a1): 점도가 60 mPa·s이고 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 디메틸폴리실록산 (비닐 기 함량 = 1.53 질량%)
(a2): 점도가 350 mPa·s이고 분자쇄 양 말단이 디메틸비닐실록시 기-봉쇄된 디메틸폴리실록산 (비닐 기 함량 = 0.45 질량%)
(a3): 평균식:
(MeViSiO)4
로 표시되며 점도가 4 mPa·s인 환형 메틸비닐폴리실록산 (비닐 함량 = 30 질량%)
(a4): 평균식:
HO(MeViSiO)20H
로 표시되며 점도가 30 mPa·s인 메틸비닐폴리실록산 (비닐 함량 = 30 질량%)
(a5): 평균 단위식:
(MeViSiO1/2)0.55(MeSiO1/2)0.05(SiO4/2)0.40
으로 표시되며 점도가 300 mPa·s인 오르가노폴리실록산 수지 (비닐 함량 = 19.0 질량%)
(a6): 평균 단위식:
(MeViSiO1/2)0.15(MeSiO1/2)0.45(SiO4/2)0.40
으로 표시되며 점도가 350 mPa·s인 오르가노폴리실록산 수지 (비닐 함량 = 5.1 질량%)
(a7): 평균 단위식:
(MeViSiO1/2)0.09(MeSiO1/2)0.43(SiO4/2)0.48(HO1/2)0.03
으로 표시되며 실온에서 고체인 오르가노폴리실록산 수지 (비닐 함량 = 3.0 질량%)
(a8): 평균 단위식:
(MeViSiO1/2)0.10(MeSiO1/2)0.45(SiO4/2)0.45(HO1/2)0.02
로 표시되며 실온에서 고체인 오르가노폴리실록산 수지 (비닐 함량 = 3.0 질량%)
하기 성분을 성분 (B)로서 사용하였다.
(b1): 평균 단위식:
(MeSiO1/2)0.23(MeHSiO2/2)0.51(SiO4/2)0.26
으로 표시되며 점도가 2000 mPa·s인 오르가노폴리실록산 수지 (중량 평균 분자량 = 18,000, 규소 원자-결합된 수소 원자 함량 = 0.78 질량%)
(b2): 평균 단위식:
(MeSiO1/2)0.24(MeHSiO2/2)0.49(SiO4/2)0.27
로 표시되며 점도가 510 mPa·s인 오르가노폴리실록산 수지 (중량 평균 분자량 = 16,300, 규소 원자-결합된 수소 원자 함량 = 0.75 질량%)
(b3): 평균식:
MeSiO(MeHSiO)36SiMe
으로 표시되며 점도가 10 mPa·s인 오르가노폴리실록산 (중량 평균 분자량 = 8,800, 규소 원자-결합된 수소 원자 함량 = 1.6 질량%)
(b4): 평균 단위식:
(HMeSiO1/2)0.67(SiO4/2)0.33
으로 표시되며 점도가 120 mPa·s인 오르가노폴리실록산 수지 (중량 평균 분자량 = 1310, 규소 원자-결합된 수소 원자 함량 = 0.95 질량%)
하기 성분을 성분 (C)로서 사용하였다.
(c): 백금 금속 함량이 대략 4 중량%인, 백금의 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물의 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 용액
하기 성분을 성분 (D)로서 사용하였다.
(d1): 메틸트리스(1-메틸-1-페닐-프로핀옥시)실란
(d2): 1-에티닐시클로헥산-1-올
하기 성분을 성분 (E)로서 사용하였다.
(e): 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 메틸비닐실록산 올리고머의 축합 생성물, 축합 생성물은 점도가 25℃에서 30 mPa · s이다.
하기 성분을 성분 (F)로서 사용하였다.
(f): 헥사메틸디실라잔을 사용하여 표면이 소수성화된, BET 비표면적이 115 내지 165 m/g인 건식 실리카(Nippon Aerosil Co., Ltd.에 의해 제조된 상표명: RX200)
실시예 및 비교예에서, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물의 가황 특징 및 경화물의 특성을 다음과 같이 측정하였다.
스코치 시간 ts1 및 90% 가황 시간 tc(90)의 측정
이들은, 큐어라스토미터(Curelastometer)(Alpha Technologies에 의해 제조된 Premier MDR)를 사용하여, JIS K 6300-2:2001 "미가황 고무 - 물리적 특성 - 파트 2: 진동식 경화 측정기를 사용한 경화 특성의 결정"에 규정된 방법에 따라, 일반적인 다이 본딩 온도(150℃)에서 600초 동안 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 가황하여 측정하였다. 5 ml의 경화성 액체 실리콘 조성물을 하측 다이 상에 놓고 상측 다이를 닫았을 때 측정이 시작되었음에 유의하여야 한다. 0.5의 진폭 각도, 100/분의 진동수, 및 최대 230 kgf·cm의 토크 범위로 고무용 R형 다이를 사용하여 측정을 수행하였다.
경화물의 경도
다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 150℃에서 2시간 동안 프레스 성형하여 시트형 경화물을 생성하였다. 타입 D 듀로미터를 사용하여 JIS K 6253-1997 "가황 고무 또는 열가소성 고무의 경도 시험 방법"에 규정된 바와 같이 시트형 경화물의 경도를 측정하였다.
경화물의 굴곡 변형률
다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 150℃에서 2시간 동안 가열하여 경화물을 생성하였다. JIS K 7171-1994 "플라스틱 - 굴곡 특성의 결정"에 규정된 방법에 따라 경화물의 굴곡 변형률(%)을 구하였다.
칩 다이 전단 강도
다이 본더(ASM에 의해 제조된 AD830 PLUS)를 사용하여 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 LED 기판 상에 코팅하고, 이어서 그 위에 300 μm LED 칩을 놓고, 생성된 시스템을 150 ℃에서 2시간 동안 경화 조건 하에서 경화시켰다. 이어서, 다이 전단 시험기(Nordson DAGE에 의해 제조된 DAGE 4000 Bondtester)를 사용하여 칩 다이 강도를 측정하였다.
실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1 내지 비교예 8
표 1 및 표 2에 나타나 있는 조성에 따라 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물을 제조하였다. 표 1 및 표 2에서, "SiH/Vi"는 성분 (A) 내의 비닐 기의 총량의 몰당 성분 (B) 내의 규소 원자-결합된 수소 원자의 총 몰 수의 값을 나타냄에 유의해야 한다. 경화성 실리콘 조성물의 가황 특징 및 경화물의 특성을 또한 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure 112019131947357-pct00001
Figure 112019131947357-pct00002
산업상 이용가능성
본 발명의 조성물은 반도체 소자를 지지체에 견고하게 접착시킬 수 있으며, 따라서 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 고체 촬상, 포토커플러용 발광체 및 수광체와 같은 반도체 소자를 위한 다이 본딩제로서 적합하다.

Claims (10)

  1. 다이 본딩(die bonding)용 경화성 실리콘 조성물로서,
    (A) 100 질량부의, 분자당 2개 이상의 알케닐 기를 갖는 오르가노폴리실록산,
    (B) 분자당 2개 이상의, 화학식 RHSiO(상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위를 갖는 오르가노폴리실록산 {성분 (A) 내의 상기 알케닐 기에 대한 이 성분 내의 규소 원자-결합된 수소 원자의 몰 비가 0.1 내지 10이 되는 양},
    (C) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량에 대해, 질량 단위로, 이 성분 내의 백금족 금속의 양이 10 ppm이 되는 양의 백금족 금속 히드로실릴화 반응 촉매,
    (D) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.001 내지 5 질량부의 히드로실릴화 반응 억제제, 및
    (E) 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 0.01 내지 10 질량부의 접착성 부여제를 적어도 포함하며,
    상기 실리콘 조성물이 액체이고,
    JIS K 6300-2에 규정된 150℃의 다이 본딩 온도에서의 스코치 시간(scorch time, ts1)이 20 내지 60초이고, 600초의 가황 시간까지의 최대 토크 값에 대한 90% 가황 시간[tc(90)]이 300 내지 500초인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분 (A)는 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위, 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R은 전술된 바와 같고, R는 C2-12 알케닐 기임)로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 오르가노폴리실록산 수지를 함유하며, 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 총량의 몰 비는 0.5 내지 1.6인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 성분 (B)는 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위, 화학식 RHSiO2/2(상기 화학식에서, R는 전술된 바와 같음)로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하는 오르가노폴리실록산 수지이며, 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위에 대한, 화학식 R SiO1/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 0.6 내지 1.5이고 화학식 RHSiO2/2로 표시되는 실록산 단위의 몰 비는 1.5 내지 3인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 성분 (B)는, 화학식 R SiO1/2(상기 화학식에서, R는 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 동일하거나 상이한 1가 C1-12 탄화수소 기임)로 표시되는 실록산 단위 및 화학식 RHSiO2/2(상기 화학식에서, R4는 전술된 바와 같음)로 표시되는 실록산 단위를 적어도 포함하며 화학식 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 갖지 않는 오르가노폴리실록산인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 성분 (D)는 알킨 알코올 및/또는 실릴화 알킨 알코올인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 성분 (E)는 분자쇄 양 말단이 실라놀 기-봉쇄된 알케닐 기-함유 디오르가노실록산 올리고머와 에폭시 기-함유 알콕시실란을 포함하는 반응 혼합물인, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  7. 제1항에 있어서, (F) BET 비표면적이 20 내지 200 m/g인 건식 실리카를 성분 (A)와 성분 (B)의 총량 100 질량부당 1 내지 20 질량부로 또한 함유하는, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 시에, JIS K 6253-1997에 규정된 바와 같은 타입 D 듀로미터 경도가 50 이상인 경화물을 형성하는, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 시에, JIS K 7171-1994에 규정된 바와 같은 굴곡 변형률(flexural strain)이 10% 이상인 경화물을 형성하는, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, LED 소자를 기판에 접착시키기 위한, 다이 본딩용 경화성 실리콘 조성물.
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