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JP6657037B2 - 付加硬化性シリコーン樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

付加硬化性シリコーン樹脂組成物および半導体装置 Download PDF

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JP6657037B2 JP2016128007A JP2016128007A JP6657037B2 JP 6657037 B2 JP6657037 B2 JP 6657037B2 JP 2016128007 A JP2016128007 A JP 2016128007A JP 2016128007 A JP2016128007 A JP 2016128007A JP 6657037 B2 JP6657037 B2 JP 6657037B2
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Description

本発明は、付加硬化型シリコーン組成物、特には、長い鎖長のシロキサン分岐鎖を有するアルケニル基含有分岐状オルガノポリシロキサンを含有する付加硬化型シリコーン組成物、及びその硬化物によって半導体が封止されている半導体装置に関する。
付加硬化型シリコーン樹脂は耐熱、耐光性、速硬化性などに優れることから、以前よりLED等の半導体素子を封止するための封止材として用いられてきた。例えば、特許文献1には、PPAなどの熱可塑性樹脂で作られたLEDパッケージに高い接着力を示す付加硬化型シリコーン樹脂が記載されている。また、特許文献2には、光半導体素子を付加硬化型シリコーン樹脂組成物の圧縮成型によって封止する方法が記載されている。
このように、付加硬化型シリコーン樹脂は半導体封止材料として広く一般的に使用されているが、その特性は未だ満足できるものではない。特に、LED封止材は、光半導体装置のON/OFFによる温度変化の内部的なストレスに加えて気温や湿度の変化などの外部ストレスにも晒されるため、耐熱、耐光性に加え、耐寒性も重要とされる。しかし従来の付加硬化型シリコーン樹脂は低温特性に十分でなく、温度変化のストレスに耐えられずクラックを生じるという問題がある。
低温特性を改善するための一つの手段として、直鎖状のシリコーン鎖中に分岐構造を持たせることが効果的であることが知られており、その製造方法について様々な研究が成されてきた(特許文献1,2及び3)。しかしながら、このようなRSiO1/2単位[M単位]とRSiO3/2単位[T単位]を含む加水分解性シランを酸触媒やアルカリ触媒を用いて縮合・平衡化する方法では、主鎖と側鎖の鎖長を独立して制御することができないため、所望する構造のシロキサンを得ることが困難であった。
特開2006−256603号公報 特開2006−93354号公報 特開2002−348377号公報 特開2001−163981号公報 特開2000−351949号公報
本発明は上記問題を鑑み成されたものであり、低温特性が良好であり温度変化耐性に優れる硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、および該組成物の硬化物によって半導体素子が封止された高信頼性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、下記(A)〜(D)成分を含む半導体素子封止用付加硬化型シリコーン組成物を提供する。
(A)下記式(1)
Figure 0006657037
(式中、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基、炭素数2から10のアルケニル基から選ばれる基であり、各々のR、Rは同一であっても異なっていても良く、ただし該オルガノポリシロキサンは前記アルケニル基を主鎖の両末端のみに有し、aは2〜100の整数、bは5〜100の整数、cは5〜100の整数、0.03≦a/(a+b)<1.0、(R SiO1/2)単位の数/(RSiO3/2)単位の数≦2であり、a、bおよびcのシロキサン鎖の並びはランダムであってもブロックであっても良い)
で示される分岐状オルガノポリシロキサン、
(B)下記式(2)
(R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2 (2)
(式中、Rの定義は上記と同じであり、Rの少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0から100の整数、sは0から300の整数、tは0から200の整数、uは0から200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800である)
で示されるオルガノポリシロキサン
(A)成分100質量部に対して5〜900重量部の量、
(C)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサン
(A)成分と(B)成分中のアルケニル基の合計数に対して(C)成分中のヒドロシリル基の数が0.4〜4.0となる量、および
(D)ヒドロシリル化触媒
ヒドロシリル化反応を進行させるのに十分な量
を含む、半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
本発明によれば、主鎖のシロキサン鎖長に比べて十分に長い側鎖を多く含む、アルケニル基含有分岐状オルガノポリシロキサンを特定の他の成分と組合わせて用いることで、同程度の主鎖の鎖長を有する直鎖状オルガノポリシロキサンを用いた場合に比べて、硬化物のガラス転移点が低下し、耐クラック性などが改善される。
実施例1(実線)および比較例1(点線)の硬化物の貯蔵弾性率のグラフおよびTanδのグラフである。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(A)分岐状ポリオルガノシロキサン
本発明の特徴の一つである(A)分岐状ポリオルガノシロキサンは、以下の式によって示される。
(A)下記式(1)
Figure 0006657037
(式中、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基、炭素数2から10のアルケニル基から選ばれる基であり、各々のR、Rは同一であっても異なっていても良く、ただしRのうち少なくとも2つはアルケニル基、aは2〜100の整数、bは5〜100の整数、cは5〜100の整数、0.03≦a/(a+b)<1.0、(R SiO1/2)単位の数/(RSiO3/2)単位の数≦2であり、a、bおよびcのシロキサン鎖の並びはランダムであってもブロックであっても良い)
で示される分岐状オルガノポリシロキサン。
aは2〜100の整数であり、好ましくは2〜75の整数であり、より好ましくは2〜50の整数であり、bは5〜100の整数であり、好ましくは5〜75の整数であり、より好ましくは10〜50の整数であり、cは5〜100の整数であり、好ましくは5〜75の整数であり、より好ましくは10〜50の整数である。(R SiO1/2)単位の数/(RSiO3/2)単位の数≦2であり、a、bのシロキサン鎖の並びはランダムであってもブロックであっても良い。
式(1)において、0.03≦a/(a+b)<1.0であり、0.09≦a/(a+b)0.9であることが好ましい。
は、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、飽和炭化水素基の例としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;これらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子またはシアノ基で置換したもの、例えば、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基等のハロゲン化一価炭化水素基;β−シアノエチル基、γ−シアノプロピル基等のシアノアルキル基、3−メタクリルオキシプロピル基、3−グリシジルオキシプロピル基、3−メルカプトプロピル基、3−アミノプロピル基が例示される。この中でも、メチル基、シクロヘキシル基などが好ましく、メチル基が特に好ましい。また、芳香族炭化水素基の例としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等のアリール基やベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基などが挙げられる。これらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子またはシアノ基で置換したものであってもよい。中でも、フェニル基、トリル基が好ましく、フェニル基が特に好ましい。Rの少なくとも1つが炭素数6から12の芳香族炭化水素基であることが好ましい。
は、互いに独立に、炭素数1から12、好ましくは1〜8の置換または非置換の飽和炭化水素基、炭素数6から12、好ましくは6〜10の置換または非置換の芳香族炭化水素基、および炭素数2〜10、好ましくは2〜8のアルケニル基から選ばれる基である。飽和炭化水素基及び芳香族炭化水素基は上記Rの為に例示したものと同じものが挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ヘキセニル基、及びスチリル基などが挙げられ、ビニル基、及びアリル基が好ましく、特にはビニル基が好ましい。
aは2〜100の整数であり、好ましくは2〜75の整数であり、より好ましくは2〜50の整数であり、bは5〜100の整数であり、好ましくは5〜75の整数であり、より好ましくは10〜50の整数であり、cは5〜100の整数であり、好ましくは5〜75の整数であり、より好ましくは10〜50の整数である。(R SiO1/2)単位の数/(RSiO3/2)単位の数≦2であり、a、bのシロキサン鎖の並びはランダムであってもブロックであっても良い。0.03≦a/(a+b)<1.0であり、0.09≦a/(a+b)≦0.9であることが好ましい。
なお、(A)成分において、ケイ素原子に結合する全置換基の合計数の内、1価芳香族炭化水素基の数の割合が3%以上、特に5%以上、90%以下、特に80%以下であることが好ましい。この範囲内であれば、(A)成分の分岐状オルガノポリシロキサンが高屈折率であり、ガス透過性が低いので、当該組成物が半導体装置の封止用途などに好適に用いられることができる。
(A)分岐状オルガノポリシロキサンは、下記式(4)
Figure 0006657037
(式中、R、R、cは上記と同じであり、Rは水素原子または炭素数1〜6の飽和炭化水素基である)で示されるオルガノポリシロキサンと、シロキサン類、たとえば、下記式(5)
Figure 0006657037
(式中、R、Rは上記と同じであり、b’は1以上かつb以下であり、bは上記と同じである)で示される、両末端にアルコキシシリル基またはヒドロキシシリル基(シラノール基)を有するオルガノポリシロキサンとを共縮合させ、次にシラン、たとえば下記式(6)
Figure 0006657037
(式中、R、Rは上記と同じであり、Xはハロゲン原子またはRO−[Rは上記と同じである]で示される基である)で示される加水分解性基含有シラン化合物によって末端封鎖を行うことによって製造することができる。
式(4)において、Rは水素原子または炭素数1〜6の飽和炭化水素基でから選ばれる基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基が例示される。この中でも、メチル基、エチル基などが好ましく、メチル基が特に好ましい。
(式中、R、R、cは上記と同じであり、Rは水素原子または炭素数1〜6の飽和炭化水素基である)で示されるオルガノポリシロキサンと、他のシラン、シロキサン類とを用いて、公知の方法によって共縮合や末端封鎖を行うことによって製造することができる。ここで、R、R、cは上記と同じであり、Rは水素原子または炭素数1〜6の飽和炭化水素基でから選ばれる基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基が例示される。この中でも、メチル基、エチル基などが好ましく、メチル基が特に好ましい。
上記式(4)で示される、片末端にジアルコキシ基を有するオルガノポリシロキサンは公知の方法で合成すれば良い。例えば特開昭59−78236号公報のように金属シラノレートを開始剤として環状ケイ素化合物を開環重合し、末端を酸で停止させた後、トリアルコキシシランと反応させる方法や、特開平7−224168号公報のようにシラノール化合物を開始剤、五配位ケイ素を触媒として用いて、環状ケイ素化合物を重合し、末端をトリアルコキシシランと反応させる方法などがある。
(B)オルガノシロキサン
(B)オルガノシロキサンは、下記式(2)により示される。
(R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2 (2)
(式中、Rの定義は上記と同じであり、Rの少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0から100の整数、sは0から300の整数、tは0から200の整数、uは0から200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800である)
ここで、rは0〜100整数であり、好ましくは0〜75の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、sは0〜300の整数であり、好ましくは0〜200の整数であり、さらに好ましくは0〜100の整数であり、tは0〜200の整数であり、好ましくは0〜100の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、uは0〜200の整数であり、好ましくは0〜100の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、1≦t+u≦400であり、好ましくは1≦t+u≦200であり、より好ましくは1≦t+u≦100であり、2≦r+s+t+u≦800であり、好ましくは2≦r+s+t+u≦400であり、より好ましくは2≦r+s+t+u≦200である。
の例は、上記(A)成分中のRのために例示した通りである。
なお、(B)成分において、ケイ素原子に結合する全置換基の合計数の内、1価芳香族炭化水素基の数の割合が3%以上、とくに5%以上、90%以下、特に80%以下であることが好ましい。この範囲内であれば、(B)成分の分岐状オルガノポリシロキサンが高屈折率であり、ガス透過性が低く、しかも(A)成分と良好に相溶し、これを含有する組成物の硬化物が透明性に優れ、かつ優れた機械的強度を持つ。そのため、当該組成物は、半導体装置の封止用途などに好適に用いられることができる。
(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して5〜900質量部、好ましくは10〜800質量部、さらに好ましくは20〜600質量部である。(D)成分を上記範囲となる量で含むと、ゴム状の硬化物が得られるため好ましい。
(C)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサン
(C)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサンは、特に限定されるものではないが、下記式(3)で示されるものが、好ましい。
(R SiO1/2r’(R SiO2/2s’(RSiO3/2t’(SiO4/2u’ (3)
(式中、Rは水素原子、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基であるが、Rの少なくとも2つは水素原子であり、r’は0から100整数、s’は0から300の整数、t’は0から200の整数、u’は0から200の整数であり、2≦r’+s’+t’+u’≦800である。)
ここで、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基は、Rのために例示した基であることが出来る。Rの内、少なくとも2つは水素原子であり、その他はメチル基もしくはフェニル基が好ましい。r’は0〜100整数であり、好ましく0〜75の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、s’は0〜300の整数であり、好ましくは0〜200の整数であり、さらに好ましくは0〜100の整数であり、t’は0〜200の整数であり、好ましくは0〜100の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、u’は0〜200の整数であり、好ましくは0〜100の整数であり、さらに好ましくは0〜50の整数であり、2≦r’+s’+t’+u’≦800の範囲であることが好ましく、2≦r’+s’+t’+u’≦400の範囲であることがより好ましく、2≦r’+s’+t’+u’≦200の範囲であることがさらに好ましい。
また、(C)成分の全置換基中のケイ素原子結合1価芳香族炭化水素基の割合が3モル%以上であることが好ましく、5モル%以上、80モル%以下であることが更に好ましい。この範囲内であれば、(C)成分のオルガノポリシロキサンが高屈折率であったり、ガス透過性が低かったりするだけでなく、(A)成分、(B)成分と良好に相溶するため、硬化物の透明性にも優れた組成物となる。そのため、半導体装置の封止用途などに好適に用いることができる。
(C)成分ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサンの添加量は、(A)成分と(B)成分のアルケニル基の合計数に対して(C)成分のヒドロシリル基の数が0.4〜4.0となる量であり、好ましくは0.6〜2.0となる量であり、更に好ましくは0.8〜1.6となる量である。0.4未満ではSiH基が不足するため硬化不良となるため好ましくなく、4.0を超えると残存SiH基による脱水素などの副反応が生じやすくなるので好ましくない。
(D)ヒドロシリル化触媒
触媒は、ヒドロシリル化反応を進行させ得る能力を有するものであればよく、特に限定されるものでない。中でも、白金族金属単体および白金族金属化合物から選ばれる触媒が好ましい。例えば、白金(白金黒を含む)、塩化白金、塩化白金酸、白金−ジビニルシロキサン錯体等の白金−オレフィン錯体、白金−カルボニル錯体等の白金触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒等が挙げられる。これらの触媒は、単独で使用しても2種以上を組み合わせて使用しても良い。この中でも特に好ましくは、塩化白金酸、および白金−ジビニルシロキサン錯体等の白金−オレフィン錯体である。
(D)成分の配合量は触媒量でよい。触媒量とは、ヒドロシリル化反応を促進できる量であればよく、希望する硬化速度に応じて適宜調整すればよい。例えば白金族金属触媒である場合には、反応速度の観点から、白金族金属原子に換算した質量基準で、上記(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して1.0×10−4〜1.0質量部となる量が好ましく、更には1.0×10−3〜1.0×10−1質量部となる量がより好ましい。
任意成分
本発明の硬化性組成物は、上述した(A)〜(D)成分以外に、必要に応じて、他の成分、例えば蛍光体、無機充填材、接着助剤、硬化抑制剤等を含有してもよい。以下、各成分について説明する。
[蛍光体]
蛍光体は、特に制限されるものでなく、従来公知の蛍光体を使用すればよい。例えば、半導体素子、特に窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであることが好ましい。このような蛍光体としては、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類金属硫化物蛍光体、アルカリ土類金属チオガレート蛍光体、アルカリ土類金属窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等から選ばれる1種以上であることが好ましい。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体としては、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である)が挙げられる。また、MSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、及びM0.9Si0.110:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である)などが挙げられる。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体としては、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である)が挙げられる。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体としては、M(POX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、Eu及びMnのいずれか1以上である)が挙げられる。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体としては、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、Eu及びMnのいずれか1以上である)が挙げられる。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体としては、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、及びBaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、Eu及びMnのいずれか1以上である)が挙げられる。
アルカリ土類金属硫化物蛍光体としては、LaS:Eu、YS:Eu、及びGdS:Euなどが挙げられる。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体としては、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、及び(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体が挙げられる。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である)などが挙げられる。
上記蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることができる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル%表示で、CaCOをCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物または遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が15wt%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体を使用することもできる。
蛍光体の配合量は、蛍光体以外の成分、例えば(A)〜(D)成分100質量部に対して、0.1〜2,000質量部が好ましく、より好ましくは0.1〜100質量部である。本発明の硬化物を蛍光体含有波長変換フィルムとする場合は、蛍光体の含有量を10〜2,000質量部とするのが好ましい。また、蛍光体は、平均粒径10nm以上を有することが好ましく、より好ましくは10nm〜10μm、更に好ましくは10nm〜1μmを有するのがよい。上記平均粒径は、シーラスレーザー測定装置などのレーザー光回折法による粒度分布測定で測定される。
[無機充填材]
無機充填材としては、例えば、シリカ、ヒュームドシリカ、ヒュームド二酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、二酸化チタン、酸化第二鉄、及び酸化亜鉛等を挙げることができる。これらは、1種単独でまたは2種以上を併せて使用することができる。無機充填材の配合量は特に制限されないが、(A)〜(D)成分の合計100質量部あたり20質量部以下、好ましくは0.1〜10質量部の範囲で適宜配合すればよい。
[接着助剤]
本発明の硬化性組成物は、接着性を付与するため、必要に応じて接着助剤を含有してよい。接着助剤としては、例えば、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子、アルケニル基、アルコキシ基、エポキシ基から選ばれる官能性基を少なくとも2種、好ましくは3種有するオルガノシロキサンオリゴマーが挙げられる。該オルガノシロキサンオリゴマーは、ケイ素原子数4〜50個であることが好ましく、より好ましくは4〜20個である。また、接着助剤として、下記一般式(7)で示されるオルガノオキシシリル変性イソシアヌレート化合物、及びその加水分解縮合物(オルガノシロキサン変性イソシアヌレート化合物)を使用することができる。
Figure 0006657037
上記式(7)中、Rは互いに独立に、下記(8)で示される有機基、又は脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基である。
Figure 0006657037
は水素原子又は炭素数1〜6の一価炭化水素基であり、kは1〜6の整数、好ましくは1〜4の整数である。
接着助剤の配合量は、(A)〜(D)成分の合計100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、より好ましくは0.1〜8質量部、特に好ましくは0.2〜5質量部である。配合量が上記上限値以下であれば硬化物硬度が高いものとなり、表面タック性も抑えられる。
[硬化抑制剤]
本発明の硬化性組成物は、反応性を制御して貯蔵安定性を高めるために、硬化抑制剤を含んで良い。硬化抑制剤としては、トリアリルイソシアヌレート、アルキルマレエート、アセチレンアルコール類、及びそのシラン変性物及びシロキサン変性物、ハイドロパーオキサイド、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる化合物が挙げられる。硬化抑制剤の配合量は、(A)〜(D)成分の合計100質量部あたり、0.001〜1.0質量部が好ましく、より好ましくは0.005〜0.5質量部である。
[その他の添加剤]
本発明の硬化性組成物には、上記成分のほかに、その他の添加剤を配合することができる。その他の添加剤としては、例えば、老化防止剤、ラジカル禁止剤、難燃剤、界面活性剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、酸化防止剤、熱安定剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、金属不活性化剤、物性調整剤、有機溶剤等が挙げられる。これらの任意成分は、一種を単独で用いても二種以上を併用してもよい。
本発明の硬化性組成物の最も単純な実施形態は、(A)成分、(B)成分、(C)成分、および(D)成分からなる組成物である。好ましくは、(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分、及び蛍光体からなる組成物である。特には、高い透明性を有する硬化物を得るために、シリカ充填材等の無機充填材を含有しないのがよい。該無機充填材の例は上述の通りである。
本発明の硬化性組成物の調製方法は特に制限されるものでなく、従来公知の方法に従えばよい。例えば、(A)成分、(B)成分、(C)成分、及び(D)成分を任意の方法により混合して調製することができる。または、(A)、(B)、(C)、(D)成分と蛍光体、もしくは(A)、(B)、(C)、(D)成分、及び任意成分を任意の方法により混合して調製すればよい。例えば、市販の攪拌機(THINKY CONDITIONING MIXER((株)シンキー製)等)に入れて、1〜5分間程度、均一に混合することによって調製することができる。
本発明の硬化性組成物を硬化する方法は、特に制限されるものでなく、従来公知の方法に従えばよい。例えば、60〜180℃、1〜12時間程度で硬化することができる。特には、60〜150℃でステップキュアによって硬化させることが好ましい。ステップキュアでは、以下の2段階を経ることがより好ましい。まず、硬化性組成物を60〜100℃の温度で0.5〜2時間加熱し、十分に脱泡させる。次いで、硬化性組成物を120〜180℃の温度で1〜10時間加熱硬化させる。これらの段階を経ることにより、硬化物が厚い場合であっても十分に硬化し、気泡の発生がなく、無色透明を有することができる。本発明において無色透明の硬化物とは、1mm厚に対する450nmにおける光透過率が80%以上、好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上であるものを意味する。
本発明の硬化性組成物は高い光学的透過性を有する硬化物を与える。従って、本発明の硬化性組成物は、LED素子封止用、特に青色LEDや紫外LEDの素子封止用として有用である。本発明の硬化性組成物でLED素子等を封止する方法は従来公知の方法に従えばよい。例えば、ディスペンス法、コンプレッションモールド法などによって行うことができる。
本発明の硬化性組成物及び硬化物は、その他にも、その優れた耐クラック性、耐熱性、耐光性、透明性等の特性を有する硬化物を与える故に、ディスプレイ材料、光記録媒体材料、光学機器材料、光部品材料、光ファイバー材料、光・電子機能有機材料、半導体集積回路周辺材料等の用途にも有用である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
下記実施例に示した重量平均分子量(Mw)はポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定した値である。以下に測定条件を示す。
[GPC測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6mL/min
カラム:TSK Guardcolumn 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 (試料濃度:0.5wt%−テトラヒドロフラン溶液)
検出器:示差屈折率計(RI)
下記実施例に示したVi価(mol/100g)およびSiH価(mol/100g)は、化合物の400MHzのH−NMRスペクトルを測定し、ジメチルスルホキシドを内部標準として得られた水素原子の積分値から計算したものである。H−NMR測定はULTRASHIELDTM400PLUS(BRUKER社製)を使用して行い、29Si−NMR測定はRESONANCE500(JEOL社製)を使用して行った。
実施例において使用した(A)成分の合成例と比較例を以下に示す。以下において、Meはメチル基、Phはフェニル基を示す。
[合成例1]
(a−1)
トルエン溶媒中にリチウムトリメチルシラノレート96.3g、ヘキサメチルシクロトリシロキサン1,560g、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン4,160gを加え、100℃で12時間撹拌した。その後、酢酸90.0gを加えて中和し、得られた生成物を濾過した。その後、メチルトリメトキシシラン408g、Sr(OH)・8HOを8.10g加え、60℃で3時間撹拌した。その後、酢酸12.2gを加えて中和し、得られた生成物を、濾過し、メタノールとトルエンを減圧留去することで下記の、片末端に2つのアルコキシを有するオルガノポリシロキサン(a−1)を合成した。Mw=6,000であることがわかった。
Figure 0006657037
(式中、c=c’=20)
(A−1)
(a−1)で合成したオルガノポリシロキサン600g、ポリメチルフェニルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=530)140g、Sr(OH)・8HOを0.810g加え、60℃で18時間撹拌した。その後、酢酸1.22gを加えて中和し、クロロジメチルビニルシラン17.1gを加え、60℃で8時間撹拌した。得られた生成物を、濾過し、水洗し、共沸脱水し、減圧留去することで下記分岐状シリコーンオイルを合成した。Mw=27,000、Vi価=7.41×10−3mol/100gでを有し、29Si−NMRスペクトルからa=4、b=40、c=20、c’=20のオルガノポリシロキサン(A−1)であることがわかった。
Figure 0006657037
[合成例2]
(a−2)
トルエン溶媒中にリチウムトリメチルシラノレート96.3g、ヘキサメチルシクロトリシロキサン222g、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン595gを加え、100℃で3時間撹拌した。その後、酢酸90.0gを加えて中和し、得られた生成物を濾過した。その後、メチルトリメトキシシラン408g、Sr(OH)・8HOを8.10g加え、60℃で3時間撹拌した。その後、酢酸12.2gを加えて中和し、得られた生成物を、濾過し、メタノールとトルエンを減圧留去することで下記片末端ジアルコキシオルガノポリシロキサン(a−2)を合成した。Mw=1,000であることがわかった。
Figure 0006657037
(式中、c=c’=3)
(A−2)
(a−2)で合成したオルガノポリシロキサン100g、ポリメチルフェニルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=530)27.9g、Sr(OH)・8HOを0.640g加え、60℃で3時間撹拌した。その後、酢酸0.960gを加えて中和し、クロロジメチルビニルシラン24.4gを加え、60℃で8時間撹拌した。得られた生成物を、濾過し、水洗し、共沸脱水し、減圧留去することで下記分岐状シリコーンオイルを合成した。Mw=3,300、Vi価=6.06×10−2mol/100gを有し、29Si−NMRスペクトルからa=3、b=6、c=3、c’=3のオルガノポリシロキサンであることがわかった。
Figure 0006657037
[合成例3]
(a−3)
アセトニトリル溶媒中にトリメチルシラノール90.1g、ヘキサメチルシクロトリシロキサン6,660g、ジカテコールフェニルシロキシナトリウム121gを加え、60℃で12時間撹拌した。得られた生成物を濾過し、メチルトリメトキシシラン408g、Sr(OH)・8HOを8.10g加え、60℃で3時間撹拌した。その後、酢酸12.2gを加えて中和し、得られた生成物を、濾過し、メタノールとトルエンを減圧留去することで下記片末端ジアルコキシオルガノポリシロキサンを合成した。Mw=6,800であることがわかった。
Figure 0006657037
(式中、c=90)
(A−3)
(a−3)で合成したオルガノポリシロキサン680g、ポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=280)72.0g、Sr(OH)・8HOを3.76g加え、60℃で18時間撹拌した。その後、酢酸5.64gを加えて中和し、クロロジメチルビニルシラン13.0gを加え、60℃で8時間撹拌した。得られた生成物を、濾過し、水洗し、共沸脱水し、減圧留去することで下記分岐状シリコーンオイルを合成した。Mw=73,000、Vi価=2.74×10−3mol/100gを有し、29Si−NMRスペクトルからa=10、b=90、c=90のオルガノポリシロキサンであることがわかった。
Figure 0006657037
[合成例4]
(a−4)
アセトニトリル溶媒中にトリメチルシラノール90.1g、ヘキサメチルシクロトリシロキサン890g、ジカテコールフェニルシロキシナトリウム121gを加え、60℃で6時間撹拌した。得られた生成物を濾過し、メチルトリメトキシシラン408g、Sr(OH)・8HOを8.10g加え、60℃で3時間撹拌した。その後、酢酸12.2gを加えて中和し、得られた生成物を、濾過し、メタノールとトルエンを減圧留去することで下記片末端ジアルコキシオルガノポリシロキサンを合成した。Mw=1,000であることがわかった。
Figure 0006657037
(式中、c=12)
(A−4)
(a−4)で合成したオルガノポリシロキサン1,000g、ポリジメチルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=280)12.0g、Sr(OH)・8HOを5.06g加え、60℃で18時間撹拌した。その後、酢酸7.59gを加えて中和し、クロロジメチルビニルシラン340gを加え、60℃で8時間撹拌した。得られた生成物を、濾過し、水洗し、共沸脱水し、減圧留去することで下記分岐状シリコーンオイルを合成した。Mw=81,000、Vi価=2.47×10−3mol/100gを有し、29Si−NMRスペクトルからa=80、b=12、c=12のオルガノポリシロキサンであることがわかった。
Figure 0006657037
[比較例1]
(A−1’)
下記式で表される両末端ビニルフェニルメチルシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、Vi価=3.81×10−2mol/100g)
Figure 0006657037
[比較例2]
(A−2’)
下記式で表される両末端ビニルジメチルシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、Vi価=1.33×10−2mol/100g)
Figure 0006657037
[比較例3]
(A−3’)
1,1−ジフェニル−1,3−ジメチル−3,3−ジメトキシジシロキサン63.7g、ポリメチルフェニルシロキサン−α,ω−ジオール(Mw=530)1,200gおよびジメチルビニルメトキシシラン48.8gを攪拌し、60℃に調節した。その後、Sr(OH)・8HOを3.15g加え、60℃で3時間反応を行った。得られた生成物から、濾過により触媒を除去し、メタノールと水を減圧留去することで下記分岐状シリコーンオイルを合成した。Mw=5,700、Vi価=3.51×10−2mol/100gを有し、29Si−NMRスペクトルからn=37、m=1のオルガノポリシロキサンであることがわかった。
Figure 0006657037
(B)成分、(C)成分および(D)成分
以下に、実施例において使用した(B)成分、(C)成分および(D)成分を示す。
(B−1)下記式で表されるフェニル系シリコーンレジン(信越化学工業株式会社製、Vi価=0.147mol/100g)
Figure 0006657037
(B−2)下記式で表されるメチル系シリコーンレジン(信越化学工業株式会社製、Vi価=9.12×10−2mol/100g)
Figure 0006657037
(C−1)下記式で表される、両末端にヒドロシリル基を有するシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、SiH価=0.600mol/100g)
Figure 0006657037
(C−2)下記式で表される、側鎖にヒドロシリル基を有するシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、SiH価=1.63mol/100g)
Figure 0006657037
(D)塩化白金酸のジビニルシロキサン錯体のイソドデカン溶液(白金含有量0.5質量%)
[実施例1]
(A−1)100質量部と(B−1)300質量部、(C−1)81質量部を混合し、塩化白金酸のジビニルシロキサン錯体を白金量として5ppm加えて混合し、硬化性組成物を調製した。
[実施例2〜4および比較例1〜3]
各成分の配合量を表1に記載の通り変更した他は実施例1と同様の操作を繰返し、硬化性組成物を調製した。
上記実施例1〜4及び比較例1〜3で調製した硬化性組成物について以下に示す試験を行った。
[硬化性組成物の粘度]
JIS Z 8803:2011に準じ、B型粘度計を用いて23℃での硬化性組成物の粘度を測定した。結果を表1に記載する。
[硬化物の硬さ]
調製した硬化性組成物を50mm径×10mm厚のアルミシャーレに流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアして、硬化物を得た。硬化物の硬さ(デュロメータShoreAもしくはShoreD)をJIS K 6253−3:2012に準拠して測定した。結果を表1に記載する。
[硬化物の光透過率]
50mm×20mm×1mm厚のスライドガラス2枚の間に凹型の1mm厚テフロン(登録商標)スペーサーを挟み、それらを固定した後、硬化性組成物を流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアして、透過率測定サンプルを作製した。得られたサンプルの450nmにおける光透過率を分光光度計U−4100(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)にて測定した。結果を表1に記載する。
[硬化物の引張強さおよび切断時伸び]
150mm×200mm×2mm厚の凹型テフロン(登録商標)金型に調製した硬化性組成物を流し込み、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアして、サンプルを作製した。JIS K 6251:2010に準拠して、EZ TEST(EZ−L、株式会社島津製作所製)を用いて、試験速度500mm/min、つかみ具間距離80mm、標点間距離40mmの条件でサンプルの引張強さと切断時伸びを測定した。
結果を表1に記載する。
[硬化物のガラス転移温度]
上記[硬化物の引張強さおよび切断時伸び]の項に記載のようにして作製した硬化物サンプルの貯蔵弾性率(MPa)をDMA Q800(TAインスツルメント株式会社製)により、−140℃〜150℃の範囲で測定し、得られた貯蔵弾性率と損失弾性率の値から導き出されるTanδの値をプロットしたグラフから得られるピークトップの温度をガラス転移温度(Tg)とした。
測定条件は、20mm長×5mm幅×1mm厚のサンプル、昇温速度5℃/min、マルチ周波数モード、引っ張りモード、振幅15μmで行った。結果を表1に記載する。実施例1(実線)および比較例1(点線)の硬化物の貯蔵弾性率のグラフおよびTanδのグラフである。図1に、実施例1(実線)および比較例1(点線)の硬化物の貯蔵弾性率のグラフおよびTanδのグラフを示す。
[温度サイクル試験]
Tiger3528パッケージ(信越化学株式会社製)に硬化性組成物をディスペンスし、60℃×1時間、100℃×1時間、150℃×4時間の順でステップキュアして、硬化物でパッケージを封止した試験体を製造した。該試験体の20個について、−50℃〜140℃、1,000回のサーマルサイクル試験(TCT)を行い、封止物にクラックが生じた試験体の数を計測した。結果を表1に記載する。
Figure 0006657037
H/Vi=(組成物中のSiH基のmol)/(組成物中のVi基のmol)
NGの数=封止物にクラックが生じた試験体の数
表1に示されるように、本発明の分岐状オルガノポリシロキサンを用いた硬化性シリコーン樹脂組成物は、本発明の(A)成分に代えて直鎖状のオルガノポリシロキサンを用いた組成物に比較し、ガラス転移温度が低く、耐クラック性に優れた硬化物を与える。また、樹脂組成物の粘度は十分に低く、作業効率が良い。
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
本発明は、低温特性が良好であり温度変化耐性に優れる硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、および該組成物の硬化物によって半導体素子が封止された高信頼性を有する半導体装置を提供する。



Claims (10)

  1. (A)下記式(1)
    Figure 0006657037
    (式中、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基、炭素数2から10のアルケニル基から選ばれる基であり、各々のR、Rは同一であっても異なっていても良く、ただし該オルガノポリシロキサンは前記アルケニル基を主鎖の両末端のみに有し、aは2〜100の整数、bは5〜100の整数、cは5〜100の整数、0.03≦a/(a+b)<1.0、(R SiO1/2)単位の数/(RSiO3/2)単位の数≦2であり、a、bおよびcのシロキサン鎖の並びはランダムであってもブロックであっても良い)
    で示される分岐状オルガノポリシロキサン、
    (B)下記式(2)
    (R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2 (2)
    (式中、Rの定義は上記と同じであり、Rの少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0から100の整数、sは0から300の整数、tは0から200の整数、uは0から200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800である)
    で示されるオルガノポリシロキサン
    (A)成分100質量部に対して5〜900質量部の量、
    (C)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサン
    (A)成分と(B)成分中のアルケニル基の合計数に対して(C)成分中のヒドロシリル基の数が0.4〜4.0となる量、および
    (D)ヒドロシリル化触媒
    ヒドロシリル化反応を進行させるのに十分な量
    を含む、半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
  2. 式(1)において、0.09≦a/(a+b)≦0.9である、請求項1に記載の半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
  3. 式(1)において、Rの少なくとも1つが炭素数6から12の芳香族炭化水素基である、請求項1〜2のいずれか1項に記載の半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
  4. (A)成分において、ケイ素原子に結合する全置換基の数の内、1価芳香族炭化水素基の数の割合が3%以上、90%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
  5. (C)成分が下記式(3)
    (R SiO1/2r’(R SiO2/2s’(RSiO3/2t’(SiO4/2u’ (3)
    (式中、Rは、互いに独立に、水素原子、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基であるが、Rの少なくとも2つは水素原子であり、r’は0から100整数、s’は0から300の整数、t’は0から200の整数、u’は0から200の整数であり、2≦r’+s’+t’+u’≦800である)
    で示される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項記載の半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物の硬化物によって半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 半導体素子が発光素子であることを特徴とする、請求項6記載の半導体装置。
  8. 下記式(4)
    Figure 0006657037
    (式中、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基から選ばれる基であり、Rは、互いに独立に、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基であり、各々のR、Rは同一であっても異なっていても良く、cは5〜100の整数であり、Rは水素原子または炭素数1〜6の飽和炭化水素基である)で示されるオルガノポリシロキサンと、下記式(5)
    Figure 0006657037
    (式中、R、Rは上記と同じであり、b’は1以上かつb以下であり、bは5〜100の整数である)で示される、両末端にアルコキシシリル基またはヒドロキシシリル基(シラノール基)を有するオルガノポリシロキサンとを共縮合させ、次に下記式(6)
    Figure 0006657037
    (式中、R 上記と同じであり、 は炭素数2から10のアルケニル基であり、Xはハロゲン原子またはRO−[Rは上記と同じである]で示される基である)で示される加水分解性基含有シラン化合物によって末端封鎖を行う工程、及び、前記工程により製造された反応生成物(A)と、
    (B)下記式(2)
    (R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2 (2)
    (式中、Rの定義は上記と同じであり、Rの少なくとも2つはアルケニル基であり、rは0から100の整数、sは0から300の整数、tは0から200の整数、uは0から200の整数であり、1≦t+u≦400、2≦r+s+t+u≦800である)
    で示されるオルガノポリシロキサン
    (A)成分100質量部に対して5〜900質量部の量、
    (C)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2つ有するオルガノポリシロキサン
    (A)成分と(B)成分中のアルケニル基の合計数に対して(C)成分中のヒドロシリル基の数が0.4〜4.0となる量、および
    (D)ヒドロシリル化触媒
    ヒドロシリル化反応を進行させるのに十分な量
    とを混合する工程を含む、半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物を製造する方法。
  9. (A)反応生成物において、ケイ素原子に結合する全置換基の数の内、1価芳香族炭化水素基の数の割合が3%以上、90%以下であることを特徴とする請求項8に記載の、半導体素子封止用付加硬化性オルガノポリシロキサン組成物を製造する方法。
  10. (C)成分が下記式(3)
    (R SiO1/2r’(R SiO2/2s’(RSiO3/2t’(SiO4/2u’ (3)
    (式中、Rは、互いに独立に、水素原子、炭素数1から12の置換または非置換の飽和炭化水素基もしくは炭素数6から12の置換または非置換の芳香族炭化水素基であるが、Rの少なくとも2つは水素原子であり、r’は0から100整数、s’は0から300の整数、t’は0から200の整数、u’は0から200の整数であり、2≦r’+s’+t’+u’≦800である)
    で示される、請求項8〜9のいずれか1項に記載の、半導体素子封止用付加硬化性シリコーン樹脂組成物を製造する方法。
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