TWI516547B - Low gas permeable silicone resin composition and optical semiconductor device - Google Patents

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Tsutomu Kashiwagi
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Description

低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物及光半導體裝置
本發明係有關作為光半導體元件之密封材有用的低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物、及使用該組成物之光半導體裝置。
最近，除使光的強度強且發熱大的高亮度LED被商品化的液晶電視或手機之BLU外，一般而言亦廣泛地被使用於照明等。於日本特開2010-1335號公報(專利文獻1)中，主要記載藉由於苯基系聚矽氧樹脂中加入環氧系聚矽氧，提高黏接性，可提供耐熱性、耐光安定性、耐熱性優異的密封材。此外，於日本特表2009-527622號公報(專利文獻2)中記載，為增長LED之壽命時有用的由苯基系樹脂與直鏈狀苯基系氫低聚有機矽氧烷所構成的聚矽氧樹脂組成物。
於LED之封裝中，使用被稱為導線框的在銅板上電鍍有銀者。然而，已知在產生硫成分之使用條件下，放置藉由聚矽氧樹脂所密封的LED時，由於聚矽氧樹脂之氣體透過性高，銀表面為硫銀，變化成黑色。由於已知藉由使導線框黑色化而導致LED之亮度降低，故企求密封樹脂之低氣體透過性。然而，上述聚矽氧樹脂之耐光性、耐熱變色性、耐衝擊性優異，但另一方面即使在苯基系聚矽氧樹脂中添加環氧基等以提高黏接性，或即使使用組合苯基系樹脂與直鏈狀苯基系氫低聚有機矽氧烷之具有一定程度的信賴性之樹脂，於硫化試驗中即使使用聚矽氧樹脂中具有氣體透過性低的苯基系聚矽氧樹脂，仍會有變色的情形。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-1335號公報
[專利文獻2]日本特表2009-527622號公報
本發明係有鑑於上述情形者，以提供一種展現較使用習知的苯基系聚矽氧樹脂之組成物更低的氣體透過性之光半導體密封用聚矽氧樹脂組成物、及使用該組成物之信賴性高的光半導體裝置為目的。
本發明人等為達成上述目的時，再三進行各種檢討的結果，發現使用在末端矽原子上具有烯基與芳基之三次元網狀構造的有機聚矽氧烷的加成反應硬化型聚矽氧樹脂組成物之硬化物，由於在加成反應末端之矽乙烯鍵的旁邊存在芳基，較一般的末端單位為(Me2ViSiO1/2)單位等之苯基聚矽氧樹脂，聚合物構造為更為極緻密的狀態，展現低值的氣體透過性。而且，該聚矽氧樹脂組成物不會損害習知的聚矽氧樹脂組成物之特徵，可防止因熱或光產生極大負荷的LED封裝之LED晶片端、或導線框底端等發生破裂情形，展現高的信賴性，且可抑制所得的硬化物之變色情形。另外，發現藉由以該聚矽氧樹脂組成物之硬化物密封光半導體元件(高亮度LED等)，可提供耐變色性、耐衝擊性等之耐久性優異的光半導體裝置，遂而完成本發明。
因此，本發明提供一種下述表示的低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物及光半導體裝置。
申請專利範圍第1項：
一種低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物，其特徵為含有
(A)以下述平均組成式(1)表示，且在1分子中含有2個以上之烯基的有機聚矽氧烷　20～95質量份
(R1SiO3/2)a(R2 2SiO)b(R1R2R3SiO1/2)c　(1)
(式中，R1獨立地表示碳數6～14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，R3表示碳數2～8之烯基，a表示0.3～0.9，b表示0～0.5，c表示0.05～0.7之正數，惟a+b+c=1.0)
(B)以下述平均組成式(2)表示，且在1分子中至少含有2個與矽原子鍵結之氫原子之有機氫聚矽氧烷　0.01～40質量份
R1 dR2 eHfSiO(4-d-e-f)/2　(2)
(式中，R1、R2與上述相同，d表示0.6～1.5，e表示0～0.5，f表示0.4～1.0之正數，惟d+e+f=1.0～2.5)
(C)加成反應用觸媒　觸媒量
而成。
申請專利範圍第2項：
如申請專利範圍第1項記載之聚矽氧樹脂組成物，其中相對於(A)成分中之烯基1莫耳而言，含有(B)成分中之SiH基為0.4～4.0莫耳之量的(B)成分。
申請專利範圍第3項：
如申請專利範圍第1或2項記載之聚矽氧樹脂組成物，其中(B)成分之50～100質量%為以下述一般式(3)所示者。
【化1】
(式中，R1獨立地表示碳數6～14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，n表示1以上之整數)
申請專利範圍第4項：
如申請專利範圍第1～3項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其中相對於(A)及(B)成分之合計量100質量份而言，尚含有0.01～50質量份之(A’)以下述一般式(4)表示的有機聚矽氧烷。
【化2】
(式中，R1獨立地表示碳數6～14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，R4獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基。g表示1、2或3之整數，x、y及z表示0或正整數，惟係滿足1≦x+y+z≦1,000之數，x或y中至少1者為1以上)
申請專利範圍第5項：
如申請專利範圍第1～4項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其尚含有(D)增黏劑。
申請專利範圍第6項：
如申請專利範圍第1～5項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其尚含有(E)縮合觸媒。
申請專利範圍第7項：
如申請專利範圍第1～6項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其尚含有(F)無機質填充劑。
申請專利範圍第8項：
如申請專利範圍第1～7項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其中厚度1mm之硬化物的水蒸氣透過率為15g/m2‧day以下。
申請專利範圍第9項：
如申請專利範圍第1～8項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物，其係光半導體元件之密封用。
申請專利範圍第10項：
一種光半導體裝置，其係以如申請專利範圍第1～8項中任一項記載之聚矽氧樹脂組成物的硬化物密封光半導體元件。
[發明效果]
本發明藉由在(A)成分之末端存在的芳基，形成立體阻障，降低氣體透過性的優點，可提供低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物。
[為實施發明之形態]
於下述中，詳細說明有關本發明。
(A)　含有烯基之有機聚矽氧烷
本發明之(A)成分，係以下述平均組成式(1)表示，且在1分子中含有2個以上烯基之聚矽氧樹脂。
(R1SiO3/2)a(R2 2SiO)b(R1R2R3SiO1/2)c　(1)
(式中，R1獨立地表示碳數6～14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，R3表示碳數2～8之烯基，a表示0.3～0.9，b表示0～0.5，c表示0.05～0.7之正數，惟a+b+c=1.0)
於上述式(1)中，R1為碳數6～14之芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等之芳基等，特別是以苯基較佳。
R2為與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，較佳者為除脂肪族不飽和鍵外之碳數1～10，特別是碳數1～6之1價烴基。該R2例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第3-丁基、戊基、新戊基、己基、辛基、壬基、癸基等之烷基；環戊基、環己基等之環烷基；與R1相同的苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等之芳基；苯甲基、苯乙基、苯丙基等之芳烷基、及部分或全部的此等基之氫原子以氟、溴、氯等之鹵素原子、氰基等取代者，例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基等之鹵素取代烷基、及氰基乙基等之氰基取代烷基等。
於上述式(1)中，R3為碳數2～8、較佳者碳數2～6之烯基。該R3例如乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、己烯基、環己烯基、辛烯基等，以乙烯基或烯丙基較佳。
而且，以上述式(1)表示的有機聚矽氧烷之在1分子中含有的烯基為2個以上，該有機聚矽氧烷中所含的烯基含量為0.001～0.2mol/100g，特別是以0.005～0.1mol/100g較佳。
此外，a為0.3～0.9(較佳者為0.5～0.8)，b為0～0.5(較佳者為0～0.2)，c為0.05～0.7(較佳者為0.05～0.4)之正數，惟a+b+c=1.0。
於本發明中，可使用上述(A)成分與下述(A’)成分。
(A’)含有烯基之直鏈狀有機聚矽氧烷
(A’)成分之有機聚矽氧烷，係由主鏈為二有機矽氧烷單位((R’)2SiO2/2單位)之重複單位所成，一般而言為具有分子鏈兩末端以三有機甲矽烷氧基((R’)3SiO1/2單位)封端的直鏈狀構造之有機聚矽氧烷。
而且，於上述式中，R’為獨立的未經取代或經取代的較佳者碳數1～10(更佳者碳數1～3)之1價烴基，具體而言為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第3-丁基、戊基、新戊基、己基等之烷基、環己基等之環烷基、乙烯基、烯丙基、丙烯基等之烯基、苯基、甲苯基、二甲苯基等之芳基、苯甲基、苯乙基、苯丙基等之芳烷基等、或部分或全部的此等基之氫原子以氟、溴、氯等之鹵素原子、氰基等取代者，例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基、氰基乙基等。
其中，以下述一般式(4)表示的在分子鏈兩末端的矽原子上各具有1個以上之乙烯基的直鏈狀有機聚矽氧烷，就作業性、硬化性等而言，在25℃之黏度為10～1,000,000mPa‧s較佳，更佳者為1,000～50,000mPa‧s。黏度例如可藉由回轉黏度計測定(以下皆相同)。而且，該有機聚矽氧烷亦可在分子鏈中含有少量的支鏈狀構造(三官能性矽氧烷單位)。
【化3】
(式中，R1、R2與上述相同，R4為獨立的與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基。g為1、2或3之整數，x、y及z為0或正整數，惟滿足1≦x+y+z≦1,000之數，x或y中至少1者為1以上)
於上述式(4)中，R4為與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，可例如與R2相同者。
x、y及z為滿足1≦x+y+z≦1,000之0或正整數，較佳者為滿足5≦x+y+z≦500，更佳者為滿足30≦x+y+z≦500，惟滿足0.5＜(x+y)/(x+y+z)≦1.0之整數。
該以上述式(4)表示的有機聚矽氧烷，具體而言例如下述者。
【化4】
【化5】
(於上述式中，x、y、z係與上述相同)
使用(A’)成分時之配合量，相對於(A)成分　100質量份而言，以0.01～50質量份較佳，更佳者為10～30質量份。(A’)成分之配合量過多時，樹脂表面變得有發黏感(皺褶性)，且有氣體透過性變高的情形。
本發明之(A)成分為樹脂構造(即三次元網狀構造)之有機聚矽氧烷，(A’)成分為直鏈狀有機聚矽氧烷，此等有機聚矽氧烷可由R6SiO1.5單位、R5 k R6 pSiO單位及R5 q R6 rSiO0.5單位(於上述式中，R5為獨立的乙烯基或烯丙基，R6為獨立的未經取代或經取代的不含脂肪族不飽和鍵之1價烴基，k為0或1，p為1或2之整數，惟k+p=2，q為1，r為2之整數)中之1種或2種以上的有機聚矽氧烷所形成。而且，R6例如與上述R2所例示者相同的基，其中以苯基較佳。
樹脂構造之有機聚矽氧烷，以R6SiO1.5單位為a’單位、R5 k R6 pSiO單位為b’單位及R5 q R6 rSiO0.5單位為c’單位時，以莫耳比(b’+c’)/a’=0.01～2(較佳者為0.1～1.2)，c’/a’=0.05～2(較佳者為0.1～1.0)之量所構成較佳。此外，該有機聚矽氧烷以藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為500～10,000，特別是以1,000～4,000之範圍者為宜。
樹脂構造之有機聚矽氧烷，可藉由使上述a’單位、b’單位、c’單位為單位源之化合物以上述莫耳比組合，例如在酸存在下進行共水解反應，容易予以合成。而且，直鏈狀有機聚矽氧烷可使用b’及c’單位源，同樣地予以合成而製得。
a’單位源可使用苯基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、環己基三氯矽烷、環己基三甲氧基矽烷、環己基三乙氧基矽烷、環戊基三氯矽烷、正丙基三氯矽烷、甲基三氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷等。
b’單位源可使用下述者。
【化6】
c’單位源可使用下述者。
【化7】
以上述式(1)表示的有機聚矽氧烷，具體而言可例如下述所示者。於下述式中，a、b、c係與上述相同。
【化8】
(B)　有機氫聚矽氧烷
本發明之(B)成分的有機氫聚矽氧烷，係作用為交聯劑者，藉由使該成分中鍵結於矽原子之氫原子(以下為SiH基)與(A)成分中之烯基進行加成反應，形成硬化物。該有機氫聚矽氧烷，係以下述平均組成式(2)表示，且在1分子中至少含有2個鍵結於矽原子之氫原子者。
R1 dR2 eHfSiO(4-d-e-f)/2　(2)
(式中，R1、R2與上述相同，d為0.6～1.5，e為0～0.5，f為0.4～1.0之正數，惟d+e+f=1.0～2.5)
於上述式(2)中，R1與R2係上述R1、R2所例示者，惟以碳數1～7之1價烴基較佳，例如甲基等之碳數1～3之低級烷基、苯基等之芳基等，特別以R1、R2中含有苯基者較佳。而且，d為0.6～1.5(較佳者為0.6～1.4)，e為0～0.5(較佳者為0～0.4)，f為0.4～1.0(較佳者為0.4～0.8)之正數，惟滿足d+e+f=1.0～2.5(較佳者1.5～2.4)。分子中SiH基之位置，沒有特別的限制，可在分子鏈之末端，亦可在途中。
(B1)直鏈狀有機氫聚矽氧烷
於本發明中，以(B)成分之有機氫聚矽氧烷中50質量%以上、特別是50～100質量%(更佳者60～90質量%)為在末端具有2個SiH基，且亦可部分具有支鏈之直鏈狀有機氫聚矽氧烷較佳。該直鏈狀有機氫聚矽氧烷為以下述一般式(3)表示者。
【化9】
(式中，R1、R2係與上述相同。n為1以上，較佳者為1～50，更佳者為1～10之整數)
於上述式(3)中，R1、R2如上所述，例如上述R1、R2所例示者。
(B2)除(B1)成分外之有機氫聚矽氧烷
除上述(B1)外之有機氫聚矽氧烷，以使用在1分子中至少具有3個SiH基(較佳者為3～10個，更佳者為3～6個)，較佳者為支鏈狀有機氫聚矽氧烷為宜。分子中之SiH基的位置，沒有特別的限制，可在分子鏈之末端，亦可在途中。該有機氫聚矽氧烷為任意成分，於(B)成分之有機氫聚矽氧烷中，可以未達50質量%配合，特別是0～30質量%，視其所需亦可不添加。
上述之有機氫聚矽氧烷，例如參(二甲基氫甲矽烷氧基)甲基矽烷、參(二甲基氫甲矽烷氧基)苯基矽烷、1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、兩末端三甲基甲矽烷氧基封端甲基氫聚矽氧烷、兩末端三甲基甲矽烷氧基封端二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫甲矽烷氧基封端二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端三甲基甲矽烷氧基封端甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基甲矽烷氧基封端甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、(CH3)2HSiO1/2單位與SiO4/2單位所成的共聚物、(CH3)2HSiO1/2單位與SiO4/2單位與(C6H5)SiO3/2單位所成的共聚物等。
另外，亦可使用以下述式所示之有機氫聚矽氧烷。
【化10】
該有機氫聚矽氧烷之分子構造，可為直鏈狀、環狀、支鏈狀、三次元網狀構造中之任一種，惟亦可使用1分子中之矽原子數(或聚合度)為3～100(較佳者為3～10)者。
該有機氫聚矽氧烷，可藉由習知方法予以調製，通常可藉由使R7SiHCl2、(R7)3SiCl、(R7)2SiCl2、(R7)2SiHCl(R7為未經取代或經取代的不含脂肪族不飽和鍵之1價烴基，可例如與上述R6相同者)之氯矽烷進行水解縮合，或將水解縮合所得的矽氧烷使用強酸觸媒進行平衡化而製得。
而且，該所得的有機氫聚矽氧烷，不僅在末端矽原子上含有氫原子，且殘存有羥基或烷氧基(使用原料之烷氧基矽烷時)，本發明中可直接使用該物，此時該羥基及烷氧基取代量，以鍵結於矽原子之氫原子與鍵結於矽原子之羥基與鍵結矽原子之烷氧基的合計量的0.1～8莫耳%為宜，較佳者為1～7莫耳%。該取代基量多於上述數值時，存在有很多的末端為烷氧基或羥基之矽氧烷，進行信賴性試驗等時，在熱或光為強的條件、或存在很多水分的條件等情況下，藉由作為黏接助劑之作用，切斷矽氧烷鍵而在密封材內產生破裂，且在與封裝之銀的界面引起剝離等，而導致信賴性降低的情形。
此外，(B)成分之有機氫聚矽氧烷，以氫氣產生量為70～200ml/g較佳。
該有機氫聚矽氧烷(B)之配合量，為上述(A)及(A’)成分之硬化有效量，特別是以其SiH基相對於(A)及(A’)成分中之烯基(例如乙烯基)之合計量而言使用0.5～4.0，特別是較佳者為0.8～2.0，更佳者為0.9～1.5之莫耳比為宜。未達上述下限值時，沒有進行硬化反應下，不易製得硬化物，超過上述上限值時，由於在硬化物中殘存多量的未反應的SiH基，產生導致橡膠物性經時變化的原因。
此外，下述任意成分之(D)成分的增黏劑，使用含有烯基之化合物時，(B)成分中之SiH基相對於(A)、(A’)及(D)成分中之烯基的合計量而言使用0.5～4.0、特別是較佳者為0.8～2.0、更佳者為0.9～1.5之莫耳比為宜。
(A)、(A’)及(B)成分中之苯基含量，相對於(A)、(A’)及(B)成分中之合計質量而言使用20質量%以上、50質量%以下，較佳者為30質量%以上、45質量%以下。未達20質量%時，會有氣體透過性增大，且會使LED封裝內之銀面受到腐蝕，而導致LED之亮度降低。而且，苯基之含量過多時，會有缺乏耐熱性或耐光性的情形。另外，使用含有苯基之化合物作為下述之任意成分的(D)成份之增黏劑時，上述(A)、(A’)、(B)及(D)成份之苯基含量，相對於(A)、(A’)、(B)及(D)成分的合計質量而言為20～50質量%、較佳者為30～45質量%。
(C)　加成反應用觸媒
(C)成份之加成反應用觸媒，係為促進(A)成分中之烯基與(B)成分中之SiH基進行加成反應時配合，可使用鉑系、鈀系、銠系之觸媒，惟就成本等而言以鉑族金屬系觸媒為宜。鉑族金屬系觸媒，例如H2PtCl6‧mH2O、K2PtCl6、KHPtCl6‧mH2O、K2PtCl4、K2PtCl4‧mH2O、PtO2‧mH2O(m為正整數)等。而且，可使用前述鉑族金屬系觸媒與烯烴等之烴、醇或含乙烯基之有機聚矽氧烷的錯合物等。上述觸媒可單獨1種或2種以上組合使用。
加成反應用觸媒，即以觸媒量配合即可，通常相對於前述(A)及(B)成份之合計量100質量份而言，使用以鉑族金屬換算(質量)時較佳者為0.0001～2質量份，更佳者為0.0001～0.05質量份之量。
(D)　增黏劑
本發明之聚矽氧樹脂組成物，係除上述(A)～(C)成分以外，尚可配合增黏劑(D)。增黏劑例如乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基三乙氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷等之矽烷偶合劑、或三甲氧基矽烷、四甲氧基矽烷及其低聚物等。
此外，例如以下述式表示，且在1分子中具有選自乙烯基、環氧基、鍵結於矽原子之烷氧基、鍵結於矽原子之羥基所成的1種或2種以上之基的有機矽化合物。
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】
【化15】
【化16】
【化17】
【化18】
【化19】
(式中，R為未經取代或經取代的1價烴基，較佳者為碳數1～6之1價烴基。該R例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第3-丁基、戊基、新戊基、己基、辛基、壬基、癸基等之烷基，i、j、h為自然數，i=1,2,3或4，h=1,2或3，j=1或2。s、t、u為0以上之正數，0≦s≦1、0≦t≦1、0≦u≦1，滿足s+t+u=1之數。v為自然數，滿足1≦v≦100之數。分子量係滿足藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,000～20,000，較佳者為1,000～10,000，更佳者為1,000～6,000之數)
於此等之中，以使用以下述式表示的增黏劑較佳。
【化20】
(式中，R、j、h係與上述相同)
此等增黏劑可單獨1種或2種以上混合使用。
增黏劑以相對於(A)～(C)成份之合計質量而言配合0～10質量%，特別是較佳者為0～5質量%之量較佳，配合時以1質量%以上較佳。增黏劑之配合量過多時，會產生破裂，且作為密封材之信賴性降低的情形。
(E)　縮合觸媒
縮合觸媒係為促進(B)成份之分子間的水解縮合反應、及(B)成份與存在於基板表面之羥基的縮合反應時配合。縮合觸媒例如二月桂酸錫、二月桂酸二正丁錫、二辛酸錫雙(2-乙基己酸)錫、雙(新癸酸)錫、二正丁基二醯氧基錫及四丁基錫等之錫(II)及錫(IV)化合物、以及四異丙氧化鈦、四辛氧化鈦、四正丁氧化鈦、丁氧化鈦二聚物、四-2-乙基己氧化鈦、二異丙氧基雙(乙醯基乙酸)鈦、二辛氧基雙(辛烯乙醇酸)鈦、二異丙氧基雙(乙基乙醯基乙酸)鈦等之鈦化合物、三乙醯基乙酸鋁、參乙醯基三乙酸鋁、參(第2-丁氧基)鋁等之鋁化合物、雙乙醯基乙酸鎳等之鎳化合物、參乙醯基乙酸鈷等之鈷化合物、雙乙醯基乙酸鋅等之鋅化合物、四正丙氧化鋯、四正丁氧化鋯、四乙醯基乙酸鋯、三丁氧基單乙醯基乙酸鋯、單丁氧基乙醯基乙酸鋯、二丁氧基雙(乙基乙醯基乙酸)鋯、四乙醯基乙酸鋯、三丁氧基單硬脂酸鋯等之鋯化合物。上述縮合觸媒可單獨1種或2種以上組合使用。特別是以使用耐變色性高、富含反應性之鋯系觸媒的OrgaticsZA系列(Matsumoto Trading(股)製)較佳。
使用(E)成份時之配合量，相對於(A)、(B)成份之合計量　100質量份而言使用0.0001～1質量份，較佳者為0.0001～0.1質量份之量。超過前述上限值時，會成為硬化物變色之原因，未達前述下限值時，會有降低黏接促進效果的情形。
本發明之聚矽氧樹脂組成物，除上述(A)～(E)成份外，視其所需可配合習知的各種添加劑。各種添加劑例如發煙二氧化矽、發煙二氧化鈦等之補強性無機質填充劑、碳酸鈣、矽酸鈣、二氧化鈦、氧化鐵、碳黑、氧化鋅等之非補強性無機質填充劑等之無機質填充劑(F)、受阻胺等之防止光惡化劑、乙烯醚類、乙烯醯胺類、環氧樹脂、氧雜環丁烷類、苯二甲酸烯丙酯、己二酸乙烯酯等之反應性稀釋劑等。此等之各種添加劑，可在不會損害本發明目的之範圍內適當地配合。
而且，苯基系聚矽氧與二甲基聚矽氧相比時，由於耐熱性不佳，可適當配合抗氧化劑。
該抗氧化劑例如季戊四醇肆[3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、N,N’-丙烷-1,3-二基雙[3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基)丙醯胺]、硫代二乙烯雙[3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、6,6’-二-第3-丁基-2,2’-硫代二-p-甲酚、N,N’-己烷-1,6-二基雙[3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基丙烯醯胺)]、己烯丙酸-3,5-雙[1,1-二甲基乙基]-4-羥基,C7-C9側鏈烷酯、二乙基[[3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基苯基]甲基]磷酸酯、2,2’-亞乙基雙[4,6-二-第3-丁基苯酚]、3,3’,3”,5,5’,5”-六-第3-丁基-a,a’,a”-(1,3,5-三甲基苯-2,4,6-三基)三-p-甲酚、二乙基雙[[[3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基苯基]甲基]磷酸鈣、4,6-雙(辛基硫甲基)-o-甲酚、4,6-雙(十二烷基硫甲基)-o-甲酚、伸乙基雙(氧化乙烯)雙[3-(5-第3-丁基-4-羥基-m-甲苯基)丙酸酯]、六亞甲基雙[3-(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1,3,5-參(3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮、1,3,5-參[(4-第3-丁基-3-羥基-2,6-二甲苯基)甲基]-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、6,6’-二-第3-丁基-4,4’-硫二-m-甲酚、二苯胺、N-苯基苯胺與2,4,4-三甲基戊烯之反應生成物、2,6-二-第3-丁基-4-(4,6-雙(辛基硫)-1,3,5-三嗪-2-基胺基)苯酚、3,4-二氫-2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基三癸基)-2H-1-苯并吡喃-6-醇、2’,3’-雙[[3-[3,5-二-第3-丁基-4-羥基苯基]丙烯基]丙醯肼、二-十二烷基-3,3’-硫二丙酸酯、二-十八烷基-3,3’-硫二丙酸酯等。而且，以Irganox245、259、295、565、1010、1035、1076、1098、1135、1130、1425WL、1520L、1726、3114、5057(BASF Japan(股))等為宜，此等之抗氧化劑可單獨1種或2種以上混合使用。
聚矽氧樹脂組成物之調製方法
聚矽氧樹脂組成物係藉由同時或分別加入上述之各成份，且視其所需進行加熱處理且攪拌、溶解、混合及分散予以調製，通常在使用前沒有進行硬化反應下，使(A)、(B)及(C)成份、與(B)及(D)成份分成2液進行保存，於使用時混合該2液進行硬化。例如由於(C)成份與(D)成份以1液保存時，會有引起脫氫反應的危險性，故以(C)成份與(D)成份分開保存較佳。而且，亦可添加少量的炔醇等之抑制硬化劑，作為1液使用。
於攪拌等之操作時使用的裝置，沒有特別的限制，可使用具備攪拌、加熱裝置之碎粒機、3條輥、球磨、行星齒輪型混合器等。而且，此等裝置亦可適當組合使用。
此外，所得的聚矽氧樹脂組成物，藉由回轉黏度計所測定的25℃之黏度約為100～10,000,000mPa‧s，特別是以約300～500,000mPa‧s較佳。
該所得的聚矽氧樹脂組成物，視其所需藉由加熱直接硬化，由於具有高的透明性，且在LCP等之封裝材料或金屬基板上非常堅固地黏接，有效地作為光半導體元件之密封材，光半導體元件例如LED、光二極管、CCD、CMOS、光偶合計等，特別是作為LED之密封材有效。
藉由本發明之聚矽氧樹脂組成物的硬化物之光半導體裝置的密封方法，可採用視光半導體元件之種類而定之習知方法。此處，本發明之聚矽氧樹脂組成物的硬化條件，沒有特別的限制，通常約為40～250℃(較佳者約為60～200℃)、約5分鐘～10小時(較佳者約為30分鐘～6小時)予以硬化。
密封經鍍銀的導線框時，經鍍銀的導線框為提高上述聚矽氧樹脂組成物之濕潤性時，以預先進行表面處理較佳。就作業性或設備之保全等而言，該表面處理以紫外線處理、臭氧處理、電漿處理等之乾式法較佳，特別是以電漿處理更佳。
另外，預塑模封裝的材質，為提高聚矽氧樹脂組成物之相溶性時，預塑模封裝中之聚矽氧成分的含量以全部有機成分之15質量%以上較佳。此處所指的聚矽氧成份，係定義為具有Si單位之化合物及其聚合物者，聚矽氧成份未達全部有機成分之15質量%時，由於會降低與聚矽氧樹脂組成物之相溶性，於樹脂密封時會在聚矽氧樹脂組成物與預塑模封裝內壁之間產生隙縫(空泡)，形成容易產生破裂之光半導體裝置，故不佳。
本發明之聚矽氧樹脂組成物，為厚度1mm之硬化物時之水蒸氣透過率為15g/m2‧day以下，以1～15g/m2‧day較佳，以5～15g/m2‧day更佳。此處，本發明之聚矽氧樹脂組成物之水蒸氣透過率為上數值時，上述乙烯樹脂(A)之含末端芳基乙烯基之矽氧烷單位的量以20mol%以上較佳。而且，水蒸氣透過率可以JIS K 7129為基準，藉由Lyssy法(裝置名Lyssy公司L80-5000)進行測定。
本發明之聚矽氧樹脂組成物的硬化物，氣體透過性低；藉由該硬化物密封所得的光半導體裝置，可抑制硬化物變色，形成反射效率之耐久性優異的光半導體裝置。
於下述中，以實施例及比較例具體地說明本發明，惟本發明不受下述實施例所限制。
[實施例]
[合成例1]
在燒瓶中加入二甲苯718g、水2,571g，滴入混合有苯基三氯矽烷1,269.6g(6.00mol)、雙(甲基苯基乙烯基矽氧烷)621.08g(2.00mol)、二甲苯1,078g者。於滴完後，進行攪拌3小時，分離廢酸且進行水洗。於共沸脫水後，加入50質量%KOH水溶液19.26g(0.172mol)，在內溫150℃下進行終夜加熱回流處理。以三甲基氯矽烷31.7g(0.293mol)、醋酸鉀28.7g(0.293mol)進行中和，且於過濾後減壓餾去溶劑，以甲醇洗淨，再予以餾去，合成以下述平均組成式表示的矽氧烷樹脂(樹脂1)。所得的矽氧烷樹脂藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,400，乙烯基當量為0.233mol/100g。
【化21】
[合成例2]
在燒瓶中加入二甲苯1,142g、水4,629g，滴入混合有苯基三氯矽烷2,285g(10.8mol)、雙(甲基苯基乙烯基矽氧烷) 718.7g(2.31mol)、二甲苯1,712g者。於滴完後，進行攪拌3小時，分離廢酸且進行水洗。於共沸脫水後，加入50質量% KOH水溶液20.64g(0.184mol)，在內溫150℃下進行終夜加熱回流處理。以三甲基氯矽烷34.0g(0.313mol)、醋酸鉀30.7g(0.313mol)進行中和，且於過濾後減壓餾去溶劑，以甲醇洗淨，再予以減壓餾去，合成以下述平均組成式表示的矽氧烷樹脂(樹脂2)。所得的矽氧烷樹脂藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,770，乙烯基當量為0.186mol/100g。
【化22】
[合成例3]
在燒瓶中加入二甲苯1,050g、水5,096g，滴入混合有苯基三氯矽烷2,285g(10.8mol)、二甲基二氯矽烷199g(1.54mol)、雙(甲基苯基乙烯基矽氧烷)479g(1.54mol)、二甲苯1,576g者。於滴完後，進行攪拌3小時，分離廢酸且進行水洗。於共沸脫水後，加入50質量% KOH水溶液21.82g(0.194mol)，在內溫150℃下進行終夜加熱回流處理。以三甲基氯矽烷35.8g(0.330mol)、醋酸鉀32.4g(0.330mol)進行中和，且於過濾後減壓餾去溶劑，合成以下述平均組成式表示的矽氧烷樹脂(樹脂3)。所得的矽氧烷樹脂藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,850，乙烯基當量為0.161mol/100g。
【化23】
[合成例4]
在燒瓶中加入二苯基二甲氧基矽烷5,376g(22.0mol)、乙腈151.8g，冷卻至10℃以下，且在內溫10℃以下進行下述之滴入反應。滴入濃硫酸303.69g，且在1小時內滴入水940.36g，滴入(HSiMe2)2O 2,216g(16.5mol)，進行終夜攪拌。進行廢酸分離且水洗，進行減壓餾去，合成以下述式表示的有機氫聚矽氧烷1。氫氣產生量為90.32ml/g(0.403mol/100g)。
【化24】
(式中，n=2.0(平均)，X係氫原子為95.0莫耳%、烷氧基與羥基之合計量為5.0莫耳%)。
[合成例5]
在燒瓶中加入二甲苯1,000g、水5,014g，滴入混合有苯基三氯矽烷2,285g(10.8mol)、乙烯基二甲基氯矽烷326g(2.70mol)、二甲苯1,478g者。於滴完後進行攪拌3小時，分離廢酸且進行水洗。於共沸脫水後，加入KOH 6g(0.15mol)，在150℃下進行終夜加熱回流處理。以三甲基氯矽烷27g(0.25mol)、醋酸鉀24.5g(0.25mol)進行中和，且於過濾後減壓餾去溶劑，合成以下述平均組成式表示的矽氧烷樹脂(樹脂4)。所得的矽氧烷樹脂藉由GPC之聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,820，乙烯基當量為0.131mol/100g。
【化25】
[合成例6]
加入乙烯基甲基二甲氧基矽烷264.46g(2.00mol)、二苯基二甲氧基矽烷733.08g(3.00mol)、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷1,181.5g(5.00mol)、IPA 2,700ml，且加入25質量%四甲基氫氧化銨水溶液82.00g、水740g予以混合，進行攪拌3小時。加入甲苯，且以磷酸二氫鈉水溶液進行中和且水洗，減壓餾去，合成以下述平均組成式表示的增黏劑。
【化26】
(式中，h=1、2或3，j=1或2，R=氫原子、甲基或異丙基之化合物的混合物)。
[實施例1～5]
以表1所示之組成混合合成例1～4、6所調製的各成份、及下述之成份，調製聚矽氧樹脂組成物。
(A’)以下述式表示的含有分子鏈兩末端乙烯基二甲基甲矽烷氧基之苯基甲基聚矽氧烷
苯基含率：30質量%、乙烯基當量：0.0185mol/100g
【化27】
(式中，x為30，z為68)
(B)以下述式表示的含苯基之支鏈型甲基氫聚矽氧烷2氫氣產生量：170.24ml/g(0.760mol/100g)
【化28】
(C)鉑觸媒：氯化鉑酸之辛醇改性溶液(鉑濃度2質量%)。
[比較例1,2]
使合成例5及上述成分以表1所示之比例混合，調製聚矽氧樹脂組成物。
將實施例1～5及比較例1,2之聚矽氧樹脂組成物，以150℃/4小時進行加熱成型(縱×橫×厚度=110mm×120mm×2mm)，形成硬化物，以目視觀察外觀。而且，以JIS K 6301為基準，測定拉伸強度、硬度(使用A型及D型彈簧試驗機進行測定)及延伸率。此外，以JIS K 7129為基準，藉由Lyssy法(裝置名Lyssy公司L80-5000)測定透濕度。
而且，製作以上述實施例1～5及比較例1,2之聚矽氧樹脂組成物的硬化物密封的光半導體裝置。
LED裝置的製作
相對於在底面上配置實施有厚度2μm之鍍銀的銅製導線框之杯狀LED用預塑模封裝(3mm×3mm×1mm、開口部之直徑2.6mm)而言，在減壓下進行Ar電漿(輸出100w、照射時間10秒)處理，在該底面之該導線框上使用銀糊料(導電性黏接劑)連接InGaN系藍色發光元件之電極，同時使該發光元件之計測電極以金導線連接於計測導線框，將各種加成硬化型聚矽氧樹脂組成物填充於封裝開口部，且在60℃下硬化1小時、在150℃下硬化4小時且予以密封。
使該所得的LED裝置流通25mA之電流，予以點燈且以10ppm之濃度產生硫化氫，在100℃、硫化氫環境中放置100小時後，以目視觀察封裝內之鍍銀表面附近的變色程度。
而且，使用5個所製作的LED裝置，進行溫度循環試驗(-40℃×10分鐘100℃×10分鐘　200次循環)，與在60℃/90%RH下進行LED點燈試驗500小時，以目視觀察是否有封裝界面之黏接不佳、破裂的情形以及變色的情形。
此等之結果如表1所示。
如上述表1所示，本發明之聚矽氧樹脂組成物的硬化物，透濕性低，即使於硫化試驗時仍沒有引起變色情形。而且，進行信賴性試驗時，亦不見破裂、剝離產生的情形。
[產業上之利用價值]
本發明之聚矽氧樹脂組成物，與一般使用苯基系聚矽氧之組成物相比，可賦予氣體透過性低的硬化物，提供耐氣體透過性優異的光半導體裝置，適合使用作為光半導體元件密封用。

Claims (8)

  1. 一種低氣體透過性聚矽氧樹脂組成物，其特徵為含有(A)以下述平均組成式(1)表示，且在1分子中含有2個以上之烯基的有機聚矽氧烷 20~95質量份(R1SiO3/2)a(R2 2SiO)b(R1R2R3SiO1/2)c (1)(式中，R1獨立地表示碳數6~14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，R3表示碳數2~8之烯基，a表示0.3~0.9，b表示0~0.5，c表示0.05~0.7之正數，惟a+b+c=1.0)(B)以下述平均組成式(2)表示，且在1分子中至少含有2個與矽原子鍵結之氫原子之有機氫聚矽氧烷 0.01~40質量份R1 dR2 eHfSiO(4-d-e-f)/2 (2)(式中，R1、R2與上述相同，d表示0.6~1.5，e表示0~0.5，f表示0.4~1.0之正數，惟d+e+f=1.0~2.5)(C)加成反應用觸媒 觸媒量而成，其中，(B)成分之50~100質量%為以下述一般式(3)所示者， (式中，R1獨立地表示碳數6~14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，n表示1以上之整數)，相對於(A)及(B)成分之合計量100質量份而言，尚含有0.01~50質量份之(A’)以下述一般式(4)表示的有機聚矽氧烷， (式中，R1獨立地表示碳數6~14之芳基，R2獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，R4獨立地表示與R1相同或不同的未經取代或經取代的1價烴基，g表示1、2或3之整數，x、y及z表示0或正整數，惟係滿足1≦x+y+z≦1,000之數，x或y中至少1者為1以上)。
  2. 如申請專利範圍第1項之聚矽氧樹脂組成物，其中相對於(A)成分中之烯基1莫耳而言，含有(B)成分中之SiH基為0.4~4.0莫耳之量的(B)成分。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之聚矽氧樹脂組成物，其尚含有(D)增黏劑。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之聚矽氧樹脂組成物，其尚含有(E)縮合觸媒。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之聚矽氧樹脂組成 物，其尚含有(F)無機質填充劑。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之聚矽氧樹脂組成物，其中厚度1mm之硬化物的水蒸氣透過率為15g/m2‧day以下。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之聚矽氧樹脂組成物，其係光半導體元件之密封用。
  8. 一種光半導體裝置，其係以如申請專利範圍第1~6項中任一項之聚矽氧樹脂組成物的硬化物密封光半導體元件。
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