特許第6691475号(P6691475)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 信越化学工業株式会社の特許一覧

<>
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6691475
(24)【登録日】2020年4月14日
(45)【発行日】2020年4月28日
(54)【発明の名称】シリコーン樹脂組成物及び光半導体装置
(51)【国際特許分類】
   C08G 59/20 20060101AFI20200421BHJP
   C08L 83/14 20060101ALI20200421BHJP
   C08L 63/00 20060101ALI20200421BHJP
   C08G 77/52 20060101ALI20200421BHJP
   H01L 23/29 20060101ALI20200421BHJP
   H01L 23/31 20060101ALI20200421BHJP
   H01L 33/56 20100101ALI20200421BHJP
【FI】
   C08G59/20
   C08L83/14
   C08L63/00 A
   C08G77/52
   H01L23/30 F
   H01L33/56
【請求項の数】7
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2016-256201(P2016-256201)
(22)【出願日】2016年12月28日
(65)【公開番号】特開2018-109085(P2018-109085A)
(43)【公開日】2018年7月12日
【審査請求日】2018年12月20日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002060
【氏名又は名称】信越化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(72)【発明者】
【氏名】沢田 純一
【審査官】 安田 周史
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2010/098285(WO,A1)
【文献】 特開2009−256604(JP,A)
【文献】 特開2011−109058(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 59/20
C08L 83/14
C08L 63/00
C08G 77/52
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)(A−1)下記式(1)で表されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン、
【化1】
(式中、Rは炭素数6〜12の1価芳香族炭化水素基であり、Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基であり、Rは炭素数7〜50の1価脂環式エポキシ基であり、RはR及びRから選ばれる基であり、k、m、n、p、q、rは0≦k<0.4、0≦m<0.5、0.1≦n≦0.6、0≦p≦0.5、0.4≦q≦0.8、0≦r<0.5、かつ0.5≦k+m+n+p+q+r≦1を満たす数である。)
(A−2)ケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物、
(B)酸無水物基含有有機化合物:(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、及び
(D)酸化防止剤
を含有するものであることを特徴とするシリコーン樹脂組成物。
【請求項2】
前記Rが、下記式(2)で表される基であることを特徴とする請求項1に記載のシリコーン樹脂組成物。
【化2】
(式中、Rは酸素原子を有していてもよい炭素数1〜20の2価炭化水素基、カルボニル基、又はオキシカルボニル基である。)
【請求項3】
前記(B)成分が、2種以上の酸無水物基含有有機化合物を含むものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコーン樹脂組成物。
【請求項4】
前記(D)成分が、フェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを含むものであることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂組成物。
【請求項5】
前記シリコーン樹脂組成物が、更に、(E)シランカップリング剤を含有するものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂組成物。
【請求項6】
前記シリコーン樹脂組成物が、光半導体素子封止用の樹脂組成物であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂組成物。
【請求項7】
光半導体素子が封止された光半導体装置であって、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で前記光半導体素子が封止されたものであることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコーン樹脂組成物、及び該組成物の硬化物で光半導体素子が封止された光半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
接着性や機械的強度に優れるビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂あるいは脂環式エポキシ樹脂のようなUV吸収のないエポキシ樹脂、硬化剤、及び硬化触媒を含む組成物が、光半導体素子用封止樹脂組成物として多用されている。しかし、LED素子の輝度及び出力が高くなるに従い、LED素子からの光及び熱等により、これらの樹脂組成物から得られる硬化物は変色及びクラックを起こす問題がある。
【0003】
UV吸収がなくかつ可撓性のある硬化物を与える樹脂として、シリコーン樹脂にエポキシ基を導入した樹脂が知られている。例えば、特許文献1には、グリシジル基、脂環式エポキシ基等の環状エーテル含有基を1個以上有するアルコキシシランと、両末端にシラノール基及び/又はアルコキシ基を有するオルガノポリシロキサンとの反応生成物が記載されている。しかし、該シリコーン樹脂はエポキシ樹脂に比べてガス透過性が非常に高い。そのため、シリコーン含有量が増えるにつれて、低ガス透過性が必要な用途に用いることは困難になる。一方、特許文献2には、低ガス透過性を向上させるためにオルガノポリシロキサン中にフェニル基を導入することが記載されている。具体的には、エポキシ基を有し、かつジフェニルシロキサン単位を所定量有するオルガノポリシロキサンを含有する組成物が、耐熱性及び耐透湿性に優れた封止材となると記載されている。
【0004】
上記特許文献2に記載のオルガノポリシロキサンは、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルシランジオール、ジメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン等の有機ケイ素化合物と、2−(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とを反応させて製造される。このようなオルガノポリシロキサンにおいて、ジフェニルシロキサン単位の量を増やすことで低ガス透過性は得られるが、エポキシ樹脂と比べて機械的強度という点ではまだ満足のいくものではない。そこで、機械的強度に優れ、かつ低ガス透過性を有する硬化物を与える封止樹脂材料の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014−031522号公報
【特許文献2】特開2012−092172号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、機械的強度に優れ、かつ低ガス透過性を有する硬化物を与えるシリコーン樹脂組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を達成するために、本発明では、
(A)(A−1)下記式(1)で表されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン、
【化1】
(式中、Rは炭素数6〜12の1価芳香族炭化水素基であり、Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基であり、Rは炭素数7〜50の1価脂環式エポキシ基であり、RはR及びRから選ばれる基であり、k、m、n、p、q、rは0≦k<0.4、0≦m<0.5、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.5、0.1≦q≦0.8、0≦r<0.5、かつ0.2≦k+m+n+p+q+r≦1を満たす数である。)
(A−2)ケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物、
(B)酸無水物基含有有機化合物:(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、及び
(D)酸化防止剤
を含有するシリコーン樹脂組成物を提供する。
【0008】
このようなシリコーン樹脂組成物であれば、機械的強度に優れ、かつ低ガス透過性を有する硬化物を与えるものとなる。
【0009】
また、前記Rが、下記式(2)で表される基であることが好ましい。
【化2】
(式中、Rは酸素原子を有していてもよい炭素数1〜20の2価炭化水素基、カルボニル基、又はオキシカルボニル基である。)
【0010】
このような基を含むものとすることで、本発明の効果をより一層向上させることができる。
【0011】
また、前記(B)成分が、2種以上の酸無水物基含有有機化合物を含むものであることが好ましい。
【0012】
このような(B)成分を含むものとすることで、得られる硬化物の耐熱性、透明性、及び機械特性をより向上させることができる。
【0013】
また、前記(D)成分が、フェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを含むものであることが好ましい。
【0014】
このような(D)成分を含むものとすることで、得られる硬化物の耐熱性及び透明性を更に向上させることができる。
【0015】
また、前記シリコーン樹脂組成物が、更に、(E)シランカップリング剤を含有するものであることが好ましい。
【0016】
このような(E)成分を含むものとすることで、接着性を向上させることができる。
【0017】
また、前記シリコーン樹脂組成物が、光半導体素子封止用の樹脂組成物であることが好ましい。
【0018】
このように、本発明のシリコーン樹脂組成物は、光半導体素子封止用の樹脂組成物として好適に使用することができる。
【0019】
また、本発明では、光半導体素子が封止された光半導体装置であって、
上記のシリコーン樹脂組成物の硬化物で前記光半導体素子が封止されたものである光半導体装置を提供する。
【0020】
このような光半導体装置であれば、信頼性に優れた光半導体装置となる。
【発明の効果】
【0021】
以上のように、本発明のシリコーン樹脂組成物であれば、組成物は低粘度で取り扱い性に優れたものとなり、硬化物は機械的強度に優れ、水蒸気透過率が低く(即ち、低ガス透過性を有し)、Tgが高く、耐熱性や透明性にも優れたものとなる。従って、本発明のシリコーン樹脂組成物は、光半導体素子封止用の樹脂組成物として特に好適に使用することができる。また、本発明の光半導体装置であれば、上記のような本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物で光半導体素子が封止されることで、信頼性に優れたものとなる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
上述のように、機械的強度に優れ、かつ低ガス透過性を有する硬化物を与えるシリコーン樹脂組成物の開発が求められていた。
【0023】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、シルフェニレン骨格及び脂環式エポキシ基を有するオルガノポリシロキサンと、ケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物(例えば、脂環式エポキシ樹脂)とを併用することにより、機械的強度に優れ、水蒸気透過率が低くく(即ち、低ガス透過性を有し)、Tgが高い硬化物を与えるシリコーン樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【0024】
即ち、本発明は、
(A)(A−1)下記式(1)で表されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン、
【化3】
(式中、Rは炭素数6〜12の1価芳香族炭化水素基であり、Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基であり、Rは炭素数7〜50の1価脂環式エポキシ基であり、RはR及びRから選ばれる基であり、k、m、n、p、q、rは0≦k<0.4、0≦m<0.5、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.5、0.1≦q≦0.8、0≦r<0.5、かつ0.2≦k+m+n+p+q+r≦1を満たす数である。)
(A−2)ケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物、
(B)酸無水物基含有有機化合物:(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、及び
(D)酸化防止剤
を含有するシリコーン樹脂組成物である。
【0025】
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において「Me」はメチル基を表す。
【0026】
[シリコーン樹脂組成物]
本発明のシリコーン樹脂組成物は、下記に示す(A)〜(D)成分を含有するものである。以下、各成分について詳細に説明する。
【0027】
<(A)成分>
(A−1)成分
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(A−1)成分として、下記式(1)で表されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサンを含有する。なお、各シロキサン単位はブロックで共重合されていてもよいし、ランダムで共重合されていてもよい。
【化4】
(式中、Rは炭素数6〜12の1価芳香族炭化水素基であり、Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基であり、Rは炭素数7〜50の1価脂環式エポキシ基であり、RはR及びRから選ばれる基であり、k、m、n、p、q、rは0≦k<0.4、0≦m<0.5、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.5、0.1≦q≦0.8、0≦r<0.5、かつ0.2≦k+m+n+p+q+r≦1を満たす数である。)
【0028】
上記式(1)において、Rは炭素数6〜12、好ましくは炭素数6〜9の1価芳香族炭化水素基である。このような1価芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基や、ベンジル基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基が挙げられる。これらの中でも、好ましくは、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であり、更に好ましくはフェニル基である。
【0029】
上記式(1)において、Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基である。このような1価脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基等のアルキル基などの飽和1価脂肪族炭化水素基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、2−(3−シクロヘキセニル)エチル基等の不飽和1価脂肪族炭化水素基などが挙げられる。これらの中でも好ましくは、飽和1価脂肪族炭化水素基であり、特にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、及びヘプチル基が好ましく、更に好ましくはメチル基である。
【0030】
上記式(1)において、Rは炭素数7〜50、好ましくは炭素数7〜40、更に好ましくは炭素数7〜30の1価脂環式エポキシ基である。このような脂環式エポキシ基としては、例えば、下記式で表されるものが挙げられる。
【化5】
(式中、R’は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、特に好ましくは水素原子である。Rは酸素原子を有していてもよい炭素数1〜20の2価炭化水素基、カルボニル基、又はオキシカルボニル基である。)
【0031】
としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基、オキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシプロピレン基等のオキシアルキレン基(即ち−OR−、ここでRはアルキレン基であり、シクロヘキサン環に結合する)、カルボニル基、及びオキシカルボニル基(即ち−OC(=O)−であり、カルボニル基側がシクロヘキサン環に結合する)等が挙げられる。Rは、好ましくは炭素数1〜20のアルキレン基であり、より好ましくはエチレン基である。
【0032】
としては、下記式(2)で表される脂環式エポキシ基が好ましい。
【化6】
(式中、Rは上記と同様である。)
【0033】
また、上記式(2)で表される脂環式エポキシ基の中でも、特に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)が好ましい。
【化7】
【0034】
上記式(1)において、Rは上記のR及びRから選ばれる基である。
【0035】
上記式(1)は組成式であり、k、m、n、p、q、及びrは、各シロキサン単位の個数比(モル比)を示す。k、m、n、p、q、及びrは、0≦k<0.4、0≦m<0.5、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.5、0.1≦q≦0.8、0≦r<0.5、かつ0.2≦k+m+n+p+q+r≦1を満たす数である。なお、各シロキサン単位の結合順序は特に限定されない。
【0036】
kは(RSiO2/2)単位の含有量(モル比)を示す。kは0≦k<0.4を満たす数であり、好ましくは0≦k≦0.35、更に好ましくは0≦k≦0.3、特に好ましくは0≦k≦0.25を満たす数である。なお、k=0であってもよいことから分かる通り、(RSiO2/2)単位は任意のシロキサン単位である。
【0037】
mは(RSiO2/2)単位の含有量(モル比)を示す。mは0≦m<0.5を満たす数であり、好ましくは0≦m≦0.45、更に好ましくは0≦m≦0.4、特に好ましくは0≦m≦0.35を満たす数である。なお、m=0であってもよいことから分かる通り、(RSiO2/2)単位は任意のシロキサン単位である。
【0038】
nは下記式(3)で表されるシロキサン単位(以下、「シルフェニレン単位」と称する)の含有量(モル比)を示す。nは0.1≦n≦0.8を満たす数であり、好ましくは0.1≦n≦0.7、更に好ましくは0.15≦n≦0.6、特に好ましくは0.2≦n≦0.5を満たす数である。なお、n≧0.1であることから分かる通り、シルフェニレン単位は必須のシロキサン単位である。
【化8】
(式中、Rは上記と同様である。)
【0039】
pは(RSiO2/2)単位の含有量(モル比)を示す。pは0≦p≦0.5を満たす数であり、好ましくは0≦p≦0.45、更に好ましくは0≦p≦0.4、特に好ましくは0≦p≦0.35を満たす数である。なお、p=0であってもよいことから分かる通り、(RSiO2/2)単位は任意のシロキサン単位である。
【0040】
qは脂環式エポキシ基含有T単位(即ち、(RSiO3/2)単位)の含有量(モル比)を示す。qは0.1≦q≦0.8を満たす数であり、好ましくは0.1≦q≦0.7、更に好ましくは0.1≦p≦0.6、特に好ましくは0.1≦q≦0.5を満たす数である。なお、q≧0.1であることから分かる通り、(RSiO3/2)単位は必須のシロキサン単位である。
【0041】
rはT単位(即ち、(RSiO3/2)単位)の含有量(モル比)を示す。rは0≦r<0.5を満たす数であり、好ましくは0≦r≦0.45、更に好ましくは0≦r≦0.4、特に好ましくは0≦r≦0.35を満たす数である。なお、r=0であってもよいことから分かる通り、(RSiO3/2)単位は任意のシロキサン単位である。
【0042】
なお、(A−1)成分のオルガノポリシロキサンは、式(1)に記載のシロキサン単位のみからなるもの(即ち、k+m+n+p+q+r=1)であってもよいし、必要に応じて、上記式(1)に記載のもの以外のシロキサン単位(例えば、一官能性シロキサン単位(いわゆるM単位)や四官能性シロキサン単位(いわゆるQ単位)など)を含むもの(即ち、k+m+n+p+q+r<1)であってもよい。
【0043】
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によるポリスチレン換算での重量平均分子量(Mw)が、2,000以上10,000以下であることが好ましく、2,500以上6,000以下であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)が上記範囲内であれば、作業性が良好な組成物となり、光半導体素子を封止する際に取り扱いやすいものとなる。また、当該組成物から得られる硬化物が光半導体封止材として十分な機械的特性を有するものとなる。
【0044】
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンとしては、例えば、下記式で表されるシロキサン単位を有するものが挙げられる。
【化9】
(式中、k、n、及びqは上記と同様である。なお、各シロキサン単位の結合順序は特に限定されない。)
【0045】
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンの製造方法は特に限定されるものではない。(A−1)成分のオルガノポリシロキサンは、例えば、(RSiO2/2)単位、(RSiO2/2)単位、(RSiO2/2)単位、(RSiO3/2)単位、(RSiO3/2)単位、及びシルフェニレン単位の原料となる、シラノール基又はアルコキシシリル基を1分子中に少なくとも2個有する有機ケイ素化合物(原料化合物)の1種以上を、触媒存在下、縮合反応させることによって製造することができる。原料化合物の反応比率は、各シロキサン単位のモル比が上記した範囲となるように適宜調整すればよい。
【0046】
シルフェニレン単位の原料となる有機ケイ素化合物としては、例えば、下記式(4)で表される1,4−ビス(ジメチルメトキシシリル)ベンゼンが挙げられる。
【化10】
【0047】
上記式(4)で表されるシラン化合物は、下記式(5)で表される1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンをメタノール存在下、アルカリ触媒で脱水素反応することで得られる。
【化11】
【0048】
(RSiO3/2)単位の原料となる有機ケイ素化合物としては、例えば、下記式で表される脂環式エポキシ基含有シラン化合物が挙げられる。
【化12】
【0049】
(RSiO2/2)単位の原料となる有機ケイ素化合物としては、例えば、下記式で表されるジフェニルシランジオール又はジメトキシジフェニルシランが挙げられる。
【化13】
【0050】
(RSiO2/2)単位及び(RSiO2/2)単位の原料となる有機ケイ素化合物としては、例えば、下記式(6)で表されるオルガノ(ポリ)シロキサンが挙げられる。
【化14】
(式中、Rは上記と同様であり、RはR(上記と同様)又はRである。Xは水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であり、好ましくはメチル基である。eは1〜20の整数である)
【0051】
上記式(6)で表されるシラン化合物としては、例えば、下記式で表されるシラン化合物が挙げられる。好ましくは、ジメチルジメトキシシラン又はメチルフェニルジメトキシシランである。
【化15】
(式中、R及びXは上記と同様であり、Rは好ましくはメチル基又はフェニル基であり、Xは好ましくは水素原子又はメチル基である。)
【0052】
上記式(6)で表されるオルガノポリシロキサンとしては、例えば、下記式で表され、2〜10個の繰り返し単位を有するオリゴマーが挙げられる。
【化16】
(式中、R及びXは上記と同様であり、Rは好ましくはメチル基又はフェニル基であり、Xは好ましくは水素原子又はメチル基である。e’は2〜10の整数である。)
【0053】
(RSiO3/2)単位の原料となる有機ケイ素化合物としては、例えば、下記式(7)で表されるオルガノ(ポリ)シロキサンが挙げられる。
【化17】
(式中、R及びXは上記と同様であり、Xは好ましくはメチル基である。Rは炭素数1〜12の1価脂肪族炭化水素基あるいは炭素数1〜10のアルコキシ基であり、Rのうち少なくとも1個は炭素数1〜10のアルコキシ基である。fは1〜20の整数である。)
【0054】
上記式(7)で表されるシラン化合物としては、例えば、下記式で表されるシラン化合物が挙げられる。好ましくは、メチルトリメトキシシラン又はフェニルトリメトキシシランである。
【化18】
(式中、R及びXは上記と同様であり、Rは好ましくはメチル基又はフェニル基であり、Xは好ましくは水素原子又はメチル基である。)
【0055】
上記式(7)で表されるオルガノポリシロキサンとしては、例えば、下記式で表され、1分子中に加水分解性基を3つ以上有し、2〜5個の繰り返し単位を有する、オリゴマーが挙げられる。
【化19】
(式中、R及びXは上記と同様であり、Rは好ましくはメチル基又はフェニル基であり、Xは好ましくは水素原子又はメチル基である。f’は2〜5の整数である。)
【0056】
上記縮合反応は従来公知の触媒を使用して行えばよい。例えば、フェニル基を含有し、両末端にシラノール基及び/又はアルコキシ基を有するオルガノ(ポリ)シロキサンと、脂環式エポキシ基等の置換基を有するアルコキシシラン化合物との縮合反応において、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びテトラメチルアンモニア水酸化物、ジアザビシクロウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタンなどの強塩基類を用いる方法が挙げられる。
【0057】
なお、(A−1)成分のオルガノポリシロキサンの分子鎖の末端は、通常、上記の各シロキサン単位の原料中のケイ素原子に結合した−OX基(即ち、ヒドロキシ基又はアルコキシ基)のうち未反応のものが残った構造となっているが、(A−1)成分の分子鎖末端の構造は、もちろんこれに限定されるものではない。
【0058】
(A−2)成分
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(A−2)成分として、ケイ素原子を含まないエポキシ基含有有機化合物を含有する。(A−2)成分としては、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基含有有機化合物が挙げられるが、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基含有有機化合物が望ましい。特に、上記式(2)で表される基を2つ含むものが好ましい(ただし、Rは互いに異なっていてよい)。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。これらの中でも、下記式(8)で表される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特に好ましい。
【化20】
【0059】
(A−2)成分の配合量は、(A−1)成分100質量部に対して、好ましくは10〜100質量部、より好ましくは20〜80質量部である。(A−2)成分の配合量が上記下限値以上であれば、十分なTgが得られ、一方、上記上限値以下であれば、耐熱性及び耐UV性が低下する恐れがない。
【0060】
<(B)成分>
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(B)成分として、酸無水物基含有有機化合物を含有する。この(B)成分は、エポキシ基との反応性を有する酸無水物基含有有機化合物であり、硬化剤として作用する。なお、酸無水物基含有有機化合物における酸無水物基は−CO−O−CO−で表される。
【0061】
酸無水物基含有有機化合物としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸と4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物、テトラヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、2,4−ジエチルグルタル酸無水物、シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物などを挙げることができる。これらの中でも、脂環式炭化水素構造を有する酸無水物基含有有機化合物が好ましく、2種以上の酸無水物基含有有機化合物を併用することがより好ましく、4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸及びその誘導体、特には4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸及びシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物を併用することが更に好ましい。
【0062】
(B)成分の配合量は、(A)成分中のエポキシ基の合計数に対する(B)成分中の酸無水物基の個数の比が0.3〜1.0となる量、好ましくは0.4〜0.8となる量である。上述の比が0.3未満の場合、硬化物の耐熱性及び透明性に劣るものとなる。また、上述の比が1.0を超えた場合、硬化物の機械特性に劣るものとなる。
【0063】
<(C)成分>
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(C)成分として、硬化触媒を含有する。硬化触媒は、特に限定されるものではなく、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。これらの中でも、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。
【0064】
(C)成分の配合量は、特に制限されず、(A)成分と(B)成分の反応を促進する有効量(触媒量)であればよい。より具体的には、(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、好ましくは0.01〜3質量部、より好ましくは0.05〜1.5質量部である。硬化触媒の配合量が前記下限値以上であれば、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させる効果が十分に得られる。また硬化触媒の配合量が前記上限値以下であれば、硬化時やリフロー試験時の変色の原因となる恐れがない。
【0065】
<(D)成分>
本発明のシリコーン樹脂組成物は、(D)成分として、酸化防止剤を含有する。(D)成分は該シリコーン樹脂組成物の耐熱性を向上させるために添加するものである。(D)成分の酸化防止剤としては、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、具体的には、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−t−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−t−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−t−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−t−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−t−ブチルフェノール]、3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−t−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−t−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−t−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−t−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−t−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−t−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−t−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−t−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等が例示される。また、フェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを併用して用いることが好ましい。
【0066】
(D)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して、好ましくは0.1〜0.5質量部、更に好ましくは0.1〜0.3質量部である。(D)成分の配合量が上記上限値以下であれば、残存する酸化防止剤が硬化後の樹脂の表面に析出する恐れがない。また上記下限値以上であれば、得られる硬化物が良好な耐熱性及び透明性を有するものとなる。
【0067】
また、本発明のシリコーン樹脂組成物は、上記(A)〜(D)成分の他に、添加剤を含有してもよい。添加剤としては、(E)シランカップリング剤や従来公知の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、光又は熱劣化防止剤、蛍光体、熱可塑剤、及び希釈剤などが挙げられる。
【0068】
(E)成分の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挙げられ、これらの中でも、エポキシ基含有シラン及びメルカプト基含有シランが好ましい。なお、この(E)成分は、接着助剤として添加される。
【0069】
(E)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して、好ましくは0.1〜0.5質量部、より好ましくは0.2〜0.3質量部である。
【0070】
紫外線吸収剤としては、例えば、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤が好適に使用できる。
【0071】
蛍光体は、シリコーン樹脂組成物の硬化物により封止される光半導体素子が発する光の波長を変更するために添加される。該蛍光体としては、例えば、LEDに広く利用されている、YAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)系蛍光体、ZnS系蛍光体、YS系蛍光体、赤色発光蛍光体、青色発光蛍光体、及び緑色発光蛍光体等が挙げられる。
【0072】
これら添加剤の配合量は、従来公知の技術に従い、適宜選択することができる。
【0073】
本発明のシリコーン樹脂組成物は、上記各成分、及び必要により各種の添加剤を溶解又は溶融混合することで製造することができる。溶融混合は、公知の方法で行えばよい。例えば、上記各成分をリアクターに仕込み、バッチ式にて溶融混合してもよい。また、上記各成分をニーダーや熱三本ロールなどの混練機に投入して、連続的に溶融混合することもできる。特には、(C)成分を(B)成分と予め加熱溶解混合し、混合の最終段階で(A)成分及び(D)成分等と分散混合することが好ましい。
【0074】
本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化条件は、目的とする装置に応じて適宜設定すればよい。例えば、シリコーン樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止する場合は、通常、100℃で1〜2時間程度加熱(プレキュア)し、更に150〜200℃で0.1〜2時間加熱(アフターキュア)するのがよい。
【0075】
以上のように、本発明のシリコーン樹脂組成物であれば、組成物は低粘度で取り扱い性に優れたものとなり、硬化物は機械的強度に優れ、水蒸気透過率が低く(即ち、低ガス透過性を有し)、Tgが高く、耐熱性や透明性にも優れたものとなる。従って、本発明のシリコーン樹脂組成物は、光半導体素子封止用の樹脂組成物として特に好適に使用することができる。
【0076】
[光半導体装置]
また、本発明では、光半導体素子が封止された光半導体装置であって、
上述の本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物で前記光半導体素子が封止されたものである光半導体装置を提供する。
【0077】
なお、光半導体装置の製造方法は、光半導体素子の種類に応じて公知の方法を採用すればよい。
【0078】
このような本発明の光半導体装置であれば、上述のような本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物で光半導体素子が封止されることで、信頼性に優れたものとなる。
【実施例】
【0079】
以下、合成例、比較合成例、実施例、及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0080】
なお、下記の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。以下にその測定条件を示す。
[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 Guardcоlumn 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:0.5質量%−テトラヒドロフラン溶液)
検出器:示差屈折率計(RI)
【0081】
オルガノポリシロキサンの合成
[合成例1]
[オルガノポリシロキサン1の合成]
反応容器に、テトラメチルジメトキシ−1,4−シルフェニレン254g、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、イソプロピルアルコール500g、及びトルエン750gを入れ、攪拌した後、触媒として水酸化テトラメチルアンモニウムの25質量%水溶液12g、及び水110gを加え、3時間反応させた。反応終了後、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、熱水で水洗した後、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(9)で表されるシロキサン単位を含む分岐状のオルガノポリシロキサン1を得た。
【化21】
【0082】
上記式(9)において、n及びqは、各シロキサン単位のモル比として、n=0.5、q=0.5であった。得られたオルガノポリシロキサン1の、GPC測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は5,600であり、エポキシ当量は415g/eqであった。
【0083】
[合成例2]
[オルガノポリシロキサン2の合成]
反応容器に、XO−(MeSiO)a1−X(Xは水素原子又はメチル基であり、a1は1〜8の整数であり平均3.5である)139g、テトラメチルジメトキシ−1,4−シルフェニレン254g、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、イソプロピルアルコール500g、及びトルエン900gを加え、攪拌した後、触媒として水酸化テトラメチルアンモニウムの25質量%水溶液12g、及び水110gを加え、3時間反応させた。反応終了後、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、熱水で水洗した後、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(10)で表されるシロキサン単位を含む分岐状のオルガノポリシロキサン2を得た。
【化22】
【0084】
上記式(10)において、k、n、及びqは、各シロキサン単位のモル比として、k=0.2、n=0.4、q=0.4であった。得られたオルガノポリシロキサン2の、GPC測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は4,000であり、エポキシ当量は480g/eqであった。
【0085】
[合成例3]
[オルガノポリシロキサン3の合成]
反応容器に、フェニルトリメトキシシラン99g、テトラメチルジメトキシ−1,4−シルフェニレン254g、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、イソプロピルアルコール500g、及びトルエン900gを加え、攪拌した後、触媒として水酸化テトラメチルアンモニウムの25質量%水溶液16g、及び水130gを加え、3時間反応させた。反応終了後、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、熱水で水洗した後、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(11)で表されるシロキサン単位を含む分岐状のオルガノポリシロキサン3を得た。
【化23】
【0086】
上記式(11)において、n、q、及びrは、各シロキサン単位のモル比として、n=0.4、q=0.4、r=0.2であった。得られたオルガノポリシロキサン3の、GPC測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は2,700であり、エポキシ当量は500g/eqであった。
【0087】
[比較合成例1]
[オルガノポリシロキサン4の合成]
反応容器に、XO−(MeSiO)a2−X(Xは水素原子又はメチル基であり、a2は1〜8の整数であり平均3.5である)277g、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、及びイソプロピルアルコール500gを加え、攪拌した後、触媒として水酸化テトラメチルアンモニウムの25質量%水溶液12g、及び水110gを加え、3時間反応させた。反応終了後、トルエン900gを加えて攪拌し、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、熱水で水洗した後、トルエンを減圧下で溜去することで、下記式(12)で表されるシロキサン単位を含む分岐状のオルガノポリシロキサン4を得た。
【化24】
【0088】
上記式(12)において、k及びqは、各シロキサン単位のモル比として、k=0.5、q=0.5であった。得られたオルガノポリシロキサン4の、GPC測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は4,000であり、エポキシ当量は414g/eqであった。
【0089】
[実施例1〜4、比較例1〜2]
下記表1に示す組成及び配合量(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1中、空欄は「0」を意味する。
(A−2)成分
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、エポキシ当量:130)
【0090】
(B)成分
酸無水物基含有有機化合物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)
酸無水物基含有有機化合物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)
【0091】
(C)成分
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)
【0092】
(D)成分
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135A)
【0093】
(E)成分
シランカップリング剤:3−メルカプト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−803)
【0094】
[評価試験]
上記のようにして調製した各シリコーン樹脂組成物及び各組成物から得られる硬化物を、以下の方法で評価した。なお、評価に用いた硬化物は、各組成物を100℃で1時間加熱し、次いで150℃で4時間加熱することで作製した。
【0095】
(1)粘度
各組成物の粘度を、東機産業製B型回転粘度計(製品名:TVB−15M)にて、23℃で測定した。結果を表1に示す。
【0096】
(2)硬さ
上記方法により各組成物を硬化して、55mm×15mm×4mm厚の板状硬化物を作製した。各硬化物の硬さ(タイプD)をJIS K 6253−3:2012に準拠して測定した。結果を表1に示す。
【0097】
(3)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(T)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℃で400時間加熱した。加熱後の各硬化物の光透過率(T)をTと同じ方法で測定した。T/T(%)の値を表1に示す。
【0098】
(4)水蒸気透過率
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。各硬化物の水蒸気透過率をJIS K 7129:2008に準拠して測定した。結果を表1に示す。
【0099】
(5)Tg
40mm×6mm×1mm厚の板状硬化物を作製し、下記条件でのDMA(Dynamic Mechanical Analysis)により粘弾性特性を測定し、得られた貯蔵弾性率(E’)と損失弾性率(E”)の商で表される損失係数(tanδ=E”/E’)の極大点の温度を求め、その値をTgとした。結果を表1に示す。
【0100】
<DMA測定条件>
メーカー:TA INSTRUMENT JAPAN株式会社
機種:Q800−1494−DMA Q−800
測定温度:25℃〜300℃
昇温速度:5℃/min
周波数:1Hz
測定モード:引張振動
【0101】
(6)平均線膨張係数
上記方法により5mm×16mm×4mm厚の板状硬化物を作製した。下記条件でのTMA(Thermal Mechanical Analysis)により線膨張係数を測定し、50℃から100℃までの平均線膨張係数を熱膨張係数として算出した。結果を表1に示す。
【0102】
<TMA測定条件>
メーカー:日立ハイテクサイエンス株式会社
機種:EXSTAR TMA/SS6100
測定温度:−80℃〜320℃
測定荷重:20mN
昇温速度:5℃/min
【0103】
(7)曲げ強さ、曲げ弾性率
上記方法により10mm×120mm×4mm厚の板状硬化物を作製した。各硬化物の曲げ強さ及び曲げ弾性率をJIS K 7171:2016に準拠して、オートグラフAG−IS(島津製作所製)を用いて測定した。結果を表1に示す。
【0104】
【表1】
【0105】
表1に示されるように、本発明のシリコーン樹脂組成物である実施例1〜4では、組成物の粘度が低く取り扱い性に優れ、また得られる硬化物は機械的強度(即ち、硬さ、曲げ強さ、及び曲げ弾性率)に優れ、低ガス透過性を有し、Tgが高く、熱膨張係数が低く、更に耐熱性にも優れていた。
【0106】
一方、シルフェニレン単位を有さないオルガノポリシロキサン4を用いた(即ち、(A−1)成分を含まない)比較例1では、組成物の粘度は低いものの、得られる硬化物は水蒸気透過率が高く、熱膨張係数が高く、機械的強度(即ち、硬さ、曲げ強さ、及び曲げ弾性率)に劣っていた。また、(A−2)成分を含まない比較例2では、組成物の粘度が非常に高く、得られる硬化物は水蒸気透過率と熱膨張係数が高く、Tgが低く、機械的強度(即ち、硬さ、曲げ強さ、及び曲げ弾性率)に劣っていた。
【0107】
以上のことから、本発明のシリコーン樹脂組成物であれば、機械的強度に優れ、かつ低ガス透過性を有する硬化物が得られるだけでなく、硬化物をTgが高く、更に耐熱性にも優れたものとできることが明らかとなった。
【0108】
なお、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。