JP6850271B2 - 熱硬化性シリコーン組成物、シリコーン樹脂硬化物、及び半導体装置 - Google Patents
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(A−1)(a)下記一般式(1)で表されるケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する化合物と、(b)付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素との付加反応生成物であって、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する付加反応生成物 30〜70質量部、
(A−2)下記一般式(3)で表される化合物 30〜70質量部(但し、前記(A−1)成分及び前記(A−2)成分の合計は100質量部である)、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に3個以上有する有機ケイ素化合物
(組成物中のケイ素原子に結合した水素原子の合計量が、組成物中の付加反応性炭素−炭素二重結合に対してモル比で0.5〜3.0となる量である)、及び
(C)ヒドロシリル化反応触媒
を含有する熱硬化性シリコーン組成物を提供する。
1〜12の一価炭化水素基であり、R6はメチル基あるいは水素原子であり、pは1〜10の整数、qは0〜7の整数である。pが付されたシロキサン単位とqが付されたシロキサン単位とは互いにランダムに配列している。)
(A−1)(a)上記一般式(1)で表されるケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する化合物と、(b)付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素との付加反応生成物であって、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する付加反応生成物 30〜70質量部、
(A−2)上記一般式(3)で表される化合物 30〜70質量部(但し、前記(A−1)成分及び前記(A−2)成分の合計は100質量部である)、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に3個以上有する有機ケイ素化合物
(組成物中のケイ素原子に結合した水素原子の合計量が、組成物中の付加反応性炭素−炭素二重結合に対してモル比で0.5〜3.0となる量である)、及び
(C)ヒドロシリル化反応触媒
を含有することを特徴とする熱硬化性シリコーン組成物である。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物の(A−1)成分は、硬化させた後の硬化物に強度を付与し高硬度とする他、ガスバリア性を付与する成分である。
(A−1)成分の反応原料である、(a)上記一般式(1)で表されるケイ素原子に結合した水素原子(以下、「SiH」ということがある)を1分子中に2個有する化合物(原料(a))は、上記一般式(1)中のAが上記一般式(2)で表される2価の基であるので、下記一般式(6)で表される化合物である。
構造式:HMe2Si−p−C6H4−SiMe2H
で表される1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン、
構造式:HMe2Si−m−C6H4−SiMe2H
で表される1,3−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン、
構造式:HMe2Si−o−C6H4−SiMe2H
で表される1,2−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン等のシルフェニレン化合物が挙げられる。
(A−1)成分の反応原料である(b)付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素(原料(b))において、「付加反応性」とは、ケイ素原子に結合した水素原子の付加(ヒドロシリル化反応として周知)を受け得る性質を意味する。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物の(A−1)成分は、SiHを1分子中に2個有する上記原料(a)の1モルに対して、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する上記原料(b)の1モルを超え10モル以下、好ましくは1モルを超え5モル以下の過剰量を、ヒドロシリル化反応触媒の存在下で付加反応させることにより、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有し、かつ、SiHを有しない付加反応生成物として得ることができる。
(A−2)成分は、(A−1)成分と相溶性が高く、硬化させた後の硬化物の強度を落とすことなく、耐熱性(熱安定性)、特に耐熱変色性を付与する成分である。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物の(B)成分は、SiHを1分子中に3個以上有する有機ケイ素化合物である。この(B)成分中のSiHが、上記(A−1)及び(A−2)成分が1分子中に少なくとも2個有する付加反応性炭素−炭素二重結合とヒドロシリル化反応により付加して、3次元網状構造の硬化物を与える。
HMe2SiO(HMeSiO)2(Ph2SiO)2(Me2SiO)2SiMe2H
HMe2SiO(HMeSiO)1(Ph2SiO)1(Me2SiO)4SiMe2H
HMe2SiO(HMeSiO)3(Me2SiO)5SiMe2H
Me3SiO(HMeSiO)6(Ph2SiO)2SiMe3
本発明の熱硬化性シリコーン組成物の(C)成分であるヒドロシリル化反応触媒としては、従来から公知のものが全て使用することができる。例えば、白金金属を担持したカーボン粉末、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応生成物、白金とジビニルテトラメチルジシロキサン等のビニルシロキサンとの錯体;塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒;パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等の白金族金属系触媒が挙げられる。
また、本発明の熱硬化性シリコーン組成物には、(D)成分として接着性向上剤を配合することが好ましい。接着性向上剤としては、シランカップリング剤やそのオリゴマー、シランカップリング剤と同様の反応性基を有するシリコーン等が例示される。これらの中でも、(D)成分としては、下記一般式(11)で表される化合物が好ましい。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物には、上記成分に加えて、他の成分を配合することは任意である。他の成分としては、例えば、以下に説明するものが挙げられる。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物の硬化物中には、上記(A−1)成分中の付加反応性炭素−炭素二重結合が未反応のまま残存している場合があり、例えば、下記構造式で表される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−5−イル)エチル基、及び下記構造式で表される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−6−イル)エチル基のいずれか一方又は両方の中に存在する炭素−炭素二重結合が含まれている場合がある。そして、このような炭素−炭素二重結合が含まれていると、大気中の酸素により酸化され硬化物が着色する原因となる。そこで、本発明の熱硬化性シリコーン組成物に、必要に応じ、酸化防止剤を配合することにより着色を未然に防止することができる。
また、ポットライフを確保するために、1−エチニルシクロヘキサノール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール等の付加反応制御剤を配合することができる。
更に、発光素子からの光及び太陽光線等の光エネルギーによる光劣化に対する抵抗性を付与するため光安定剤を用いることも可能である。この光安定剤としては、光酸化劣化で生成するラジカルを捕捉するヒンダードアミン系安定剤が適しており、酸化防止剤と併用することで、酸化防止効果はより向上する。光安定剤の具体例としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ベンゾイル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等が挙げられる。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物(透明熱硬化性シリコーン組成物)は硬化前には液状であり、その25℃における粘度は好ましくは100〜5000mPa・sであり、より好ましくは200〜1000mPa・sである。粘度が100〜5000mPa・sの範囲であると、得られる組成物は、作業性・取扱い性が良好となりやすく、硬化時に泡や空気の巻き込みが発生しにくい。
本発明の熱硬化性シリコーン組成物は、公知の硬化条件下で公知の方法により成形、硬化させ、シリコーン樹脂硬化物を得ることができる。
具体的には、通常、80〜200℃、好ましくは100〜160℃で加熱することにより、組成物を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度、特に1分〜3時間程度でよいが、LED封止用等の信頼性が要求される場合は、硬化時間を長めにすることが好ましい。得られる硬化物の形態は特に制限されず、例えば、ゲル硬化物、エラストマー硬化物及び樹脂硬化物のいずれであってもよい。
本発明のシリコーン樹脂硬化物によって封止される光学素子としては、例えば、LED、半導体レーザー、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、CCD等が挙げられる。このような光学素子は、該光学素子に本発明の透明熱硬化性シリコーン組成物を塗布し、塗布された組成物を公知の硬化条件下で公知の硬化方法により、具体的には上記したとおりに硬化させることによって封止することができる。このような硬化物により被覆された半導体装置であれば、信頼性が優れる半導体装置とすることができる。
MH:(CH3)2HSiO1/2
MVi:(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2
MViΦ:(CH2=CH)(C6H5)(CH3)SiO1/2
DH:(CH3)HSiO2/2
DΦ:(C6H5)(CH3)SiO2/2
D2Φ:(C6H5)2SiO2/2
M:(CH3)3SiO1/2
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び温度計を備えた5Lの4つ口フラスコに、ビニルノルボルネン(商品名:V0062、東京化成社製;5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンと6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンとの略等モル量の異性体混合物)1785g(14.88モル)、及び、トルエン455gを加え、オイルバスを用いて85℃に加熱した。これに、5質量%の白金を担持したカーボン粉末3.6gを添加し、撹拌しながら1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン1698g(8.75モル)を180分間かけて滴下した。滴下終了後、更に110℃で加熱攪拌を24時間行った後、室温まで冷却した。その後、白金担持カーボンをろ過して除去し、トルエン及び過剰のビニルノルボルネンを減圧留去して、無色透明なオイル状の反応生成物(25℃における粘度:12820mPa・s)3362gを得た。
(1)p−フェニレン基を2個有する化合物(下記に代表的な構造式の一例を示す):約41モル%、
の混合物であることが判明した。また、混合物全体としての付加反応性炭素−炭素二重結合の含有割合は、0.36モル/100gであった。
下記の(A−1)〜(G)成分を表1に示す配合量(単位:質量部)で配合し、実施例1〜4、比較例1〜3の各々の組成物を得た。得られた組成物の粘度を測定した。結果を表1に示す。
(A−2−1)平均分子式:MViΦ 2D2Φ 3で表されるオルガノポリシロキサン
(A−2−2)平均分子式:MVi 2D2Φ 4で表されるオルガノポリシロキサン
(A−3)平均分子式:MVi 2DΦ 6で表されるオルガノポリシロキサン
(B−1)平均分子式:MH 2DH 2D2Φ 2、で表されるオルガノポリシロキサン
(B−2)平均分子式:M3DH 6D2Φ 2、で表されるオルガノポリシロキサン
(C)白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体トルエン溶液(白金原子を1質量%含有)
(D−1)下記式で表される化合物
(F)酸化防止剤:BASF社製 SABOSTAB UV 119
(G)酸化防止剤:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 IRGANOX 3114
(1)光透過率の測定
2枚のガラス板間に2mm厚のスペーサーを装着し、15mm×40mm×2mmの空間に組成物を収め、上記の加熱硬化を行い、2mm厚の硬化物を得た。得られた硬化物の光透過率を分光光度計を用いて、測定波長400nm(紫外線領域)について25℃で測定を行った。
(2)硬度の測定
ASTM D 2240 に準じて、各硬化物の硬度(Shore D) を測定した。
(3)ガスバリア性(水蒸気透過率)の評価
外径100mmΦ、厚み1mmの硬化物を作製し、システック・イリノイ社製水蒸気透過率測定装置(L80−5000型)を用い、40℃にて測定を実施した。数値が低い方がガスバリア性が高いと評価される。
(4)耐熱変色性の評価
上記(1)で得られた硬化物H1〜H7を、150℃にて500時間放置して耐熱試験を行った。上記(1)で得られた初期の光透過率と試験後の光透過率との差をとることで、耐熱性を評価した。光透過率の差が小さいほど耐熱性が高いと評価される。
Claims (9)
- (A−1)(a)下記一般式(1)で表されるケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する化合物と、(b)付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素との付加反応生成物であって、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する付加反応生成物 30〜70質量部、
(A−2)下記一般式(3)で表される化合物 30〜70質量部(但し、前記(A−1)成分及び前記(A−2)成分の合計は100質量部である)、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に3個以上有する有機ケイ素化合物
(組成物中のケイ素原子に結合した水素原子の合計量が、組成物中の付加反応性炭素−炭素二重結合に対してモル比で0.5〜3.0となる量である)、及び
(C)ヒドロシリル化反応触媒
を含有することを特徴とする熱硬化性シリコーン組成物。
- 前記(b)が、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、及びこれらの組み合わせのうちのいずれかであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱硬化性シリコーン組成物。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の熱硬化性シリコーン組成物を硬化させることにより得られたものであることを特徴とするシリコーン樹脂硬化物。
- 硬化直後における、波長400nmの光の透過率が80%以上であり、150℃環境下、500時間暴露後の波長400nmの光の透過率が70%以上を維持しているものであることを特徴とする請求項5に記載のシリコーン樹脂硬化物。
- ガスバリア性を有し、1mm厚の前記硬化物の水蒸気透過率が、40℃において7g/m2・day以下のものであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のシリコーン樹脂硬化物。
- 請求項5から請求項7のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂硬化物によって光学素子を封止したものであることを特徴とする半導体装置。
- 前記光学素子がLED(発光ダイオード)であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
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