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JP5455065B2 - シクロアルキル基含有シリコーン樹脂組成物及び該組成物の使用方法。 - Google Patents

シクロアルキル基含有シリコーン樹脂組成物及び該組成物の使用方法。 Download PDF

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JP5455065B2 JP2010141691A JP2010141691A JP5455065B2 JP 5455065 B2 JP5455065 B2 JP 5455065B2 JP 2010141691 A JP2010141691 A JP 2010141691A JP 2010141691 A JP2010141691 A JP 2010141691A JP 5455065 B2 JP5455065 B2 JP 5455065B2
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Description

本発明は低ガス透過性が要求される用途に有用なシリコーン樹脂組成物に関し、詳細には、シクロアルキル基を含有するシリコーン樹脂組成物及び該シリコーン樹脂組成物の使用方法に関する。
一般にシリコーン樹脂はガス透過性が非常に高い。そのため、従来、耐ガス性が必要な一般用途に用いることは困難であるとされてきた。特許文献1には、シリコーンゴム組成物に金属粉を配合することで硫黄含有ガスの電気・電子部品への到達を防止する方法が開示されているが、このようなシリコーンゴム組成物は透明度に劣る。特許文献2には透明で高硬度である付加硬化型フェニル系シリコーン樹脂組成物が開示されているが、当該樹脂組成物は低ガス透過性に劣る。
また、シリコーン樹脂組成物は光半導体封止材として広く用いられているが、最近、光の強度が強く発熱が大きい高輝度LEDが商品化されるようになってきたのに伴い、腐食性ガスによる封止材の変色が問題視されている。特開2005−272697号公報(特許文献3)には、フェニル系シリコーン樹脂にヒンダードアミン系光劣化防止剤を加えることで耐熱性、耐光安定性、耐候性に優れた封止材を提供できる旨の記載がある。また、特開2009−215434号公報(特許文献4)は、脂肪族炭化水素基を置換基として有するシリコーン樹脂(たとえばメチル系シリコーン樹脂)が有機樹脂性パッケージの劣化を防止し、LEDの寿命を長くするために有用なシリコーン樹脂組成物であることを記載している。
しかし、上記シリコーン樹脂は耐光性、耐熱変色性、耐衝撃性に優れる一方で、線膨張率が大きく、高いガス透過性を示すため腐食性ガスによる封止材の信頼性に問題があった。また、ガス透過性が高いことにより、LEDなどの光半導体装置に用いられる基板にメッキされた銀面を腐食し、輝度を低下させてしまうことも知られており、さらなる改良が求められている。
特許第4114037号公報 特許第4009067号公報 特開2005−272697号公報 特開2009−215434号公報
本発明は、上記問題を解決すべく、低ガス透過性が要求される用途に利用可能な、低ガス透過性に優れたシリコーン樹脂組成物を提供することを目的とする。さらに本発明は、該シリコーン樹脂組成物の硬化物を備え、耐変色性及び反射効率の耐久性に優れた信頼性の高い光半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために種々検討を行った結果、特定量のシクロアルキル基を含有するシリコーン樹脂組成物が優れた低ガス透過性を有することを見出し本発明に至った。
即ち、本発明は、
(A)下記平均組成式(1)で示され、かつ1分子中に2個以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン
Figure 0005455065
(式中、Rは炭素数4〜8のシクロアルキル基であり、Rは炭素数1〜10の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、Rは炭素数2〜8のアルケニル基であり、aは0.3〜1.0、bは0.05〜1.5、cは0.05〜0.8の数であり、但しa+b+c=0.5〜2.0である)
(B)下記平均組成式(2)で示され、かつ1分子中に2個以上の、ケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
Figure 0005455065
(式中、Rは炭素数4〜8のシクロアルキル基であり、Rは炭素数1〜10の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、a=0〜1.4、b=0.6〜1.5、d=0.05〜1.0の数であり、但しa+b+d=1.0〜2.5である)
(C)硬化触媒の触媒量
(D)酸化防止剤 (A)+(B)の合計100質量部に対し0.001〜3質量部
を含有するシリコーン樹脂組成物、及び該シリコーン樹脂組成物の使用方法である。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、優れた低ガス透過性を有し、かつ耐溶剤性に優れるため、低ガス透過性が要求される様々な用途に利用可能である。特に、本発明のシリコーン樹脂組成物は光半導体封止材として好適に利用することができ、耐変色性及び反射効率の耐久性に優れた光半導体装置を提供することができる。
図1は本願シリコーン樹脂組成物を用いて成形したレンズ成形物の一例を示す概略図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
(A)オルガノポリシロキサン
(A)成分は、下記平均組成式(1)で示され、かつ1分子中に2個以上のアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンである。
Figure 0005455065
(式中、aは0.3〜1.0、好ましくは0.4〜0.8、bは0.05〜1.5、好ましくは0.2〜0.8、cは0.05〜0.8、好ましくは0.05〜0.3の数であり、但しa+b+c=0.5〜2.0、より好ましくは0.5〜1.6である。)
上記式(1)において、Rは炭素数4〜8、好ましくは炭素数5〜6のシクロアルキル基であり、特に好ましくはシクロヘキシル基である。Rは炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜6の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換又は非置換の一価炭化水素基である。このようなRとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;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;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及びこれらの基の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、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基、及びシアノエチル基等が挙げられる。
上記式(1)において、Rは炭素数2〜8、好ましくは炭素数2〜6のアルケニル基である。このようなRとしては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等が挙げられ、中でもビニル基またはアリル基が望ましい。
このようなオルガノシロキサンは、主鎖がジオルガノシロキサン単位((R)SiO2/2単位)の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基((R)SiO1/2単位)で封鎖された直鎖状構造を有するオルガノポリシロキサンであることが一般的である(前記式においてRは上述のR、RまたはRを意味する)。中でも下記一般式(3)で表される分子鎖両末端のケイ素原子上に各1個以上のビニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンであって、25℃における粘度が10〜1,000,000mPa・s、好ましくは1000〜50000mPa・sのものが作業性、硬化性等の観点から好ましい。粘度は例えば回転粘度計等により測定することができる。尚、このオルガノポリシロキサンは少量の分岐状構造(三官能性シロキサン単位)を分子鎖中に含有してもよい。
Figure 0005455065
(式中、R、Rは上述したとおりであり、RはRまたはRである。gは1、2又は3の整数であり、x、y及びzは0又は正の整数であり、但し、1≦x+y+z≦1,000を満足する数であり、xまたはyの少なくとも1つは1以上である。)
上記式(3)において、x、y及びzは、1≦x+y+z≦1,000を満足する0又は正の整数であり、好ましくは5≦x+y+z≦500、より好ましくは30≦x+y+z≦500であり、但し0.5<(x+y)/(x+y+z)≦1.0を満足する整数である。
このような上記式(3)で表されるオルガノポリシロキサンとしては、具体的に下記のものを挙げられる。
Figure 0005455065
(上記式において、x、y、zは上述の通りである)
Figure 0005455065
尚、本発明のオルガノポリシロキサンは上述したシクロアルキル基を含有するオルガノポリシロキサンに併用して、シクロアルキル基を含有しないオルガノポリシロキサン、即ち上記式(3)においてx及びyが0であるようなオルガノポリシロキサンを含有してもよい。シクロアルキル基を含有しないオルガノポリシロキサンを併用する場合の該シロキサンの配合量は、(A)オルガノポリシロキサンの合計質量に対し、1〜40質量%、好ましくは1〜30質量%であるのがよい。
シクロアルキル基を含有しないオルガノポリシロキサンとしては下記式で示されるものが挙げられる。
Figure 0005455065
(上記式において、zは、1≦z≦1,000、好ましくは5≦z≦500、より好ましくは30≦z≦500の整数である。z1及びz2は1≦z1+z2≦1,000、好ましくは5≦z1+z2≦500、より好ましくは30≦z1+z2≦500の整数である。)
また、本発明の(A)成分はレジン構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノポリシロキサンと、式(1)に示すオルガノポリシロキサンの混合物であることができる。レジン構造のオルガノポリシロキサンはRSiO1.5単位、R SiO単位及びR SiO0.5単位からなるオルガノポリシロキサン(上記式において、Rはビニル基またはアリル基であり、Rは置換又は非置換のアルケニル基を含まない一価炭化水素基であり、kは0又は1、pは1又は2の整数であり、但しk+p=2であり、qは1〜3、rは0〜2の整数であり、但しq+r=3である)からなるレジン構造のオルガノポリシロキサンであることが好ましい。尚、Rは上記RまたはRと同様の基であり、中でもシクロヘキシル基であることが好ましい。
レジン構造のオルガノポリシロキサンは、RSiO1.5単位をa単位、R SiO単位をb単位、R SiO0.5単位をc単位とした場合、モル比で(b+c)/a=0.01〜1、好ましくは0.1〜0.5、c/a=0.05〜3、好ましくは0.1〜0.5となる量で構成されていることが好ましい。また、該オルガノポリシロキサンは、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量が500〜10,000の範囲にあるものが好適である。
尚、このレジン構造のオルガノポリシロキサンは、上記a単位、b単位、c単位に加えて、さらに、二官能性シロキサン単位や三官能性シロキサン単位(すなわち、オルガノシルセスキオキサン単位)を本発明の目的を損なわない範囲で少量含有してもよい。
レジン構造のオルガノポリシロキサンは、上記a単位、b単位、c単位の単位源となる化合物を上記モル比となるように組み合わせ、例えば、酸の存在下で共加水分解反応を行なうことによって容易に合成することができる。
a単位源として、シクロへキシルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロへキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシランを用いることができる。
b単位源として、下記のものを用いることができる。
Figure 0005455065
c単位源としては、下記のものを用いることができる。
Figure 0005455065
レジン構造のオルガノポリシロキサンは、硬化物の物理的強度及び表面のタック性を改善するために配合される。該オルガノポリシロキサンは(A)成分中に20〜95質量%の量で配合されることが好ましく、より好ましくは40〜90質量%の量である。レジン構造のオルガノポリシロキサンの配合量が少なすぎると、硬化物の物理的強度及び表面のタック性の向上効果が十分達成されず、多すぎると組成物の粘度が著しく高くなり、硬化物にクラックが発生しやすくなる。
(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサン
(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサンは架橋剤として作用するものであり、該成分中のケイ素原子に結合した水素原子(以下、SiH基)と(A)成分中のアルケニル基とが付加反応することにより硬化物を形成する。かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を2個以上、好ましくは3個以上有するものであればいずれのものでもよいが、特に下記平均組成式(2)
Figure 0005455065
(Rは炭素数4〜8のシクロアルキル基であり、Rは炭素数1〜10のアルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換または非置換の一価炭化水素基であり、a=0〜1.4、b=0.6〜1.5、d=0.05〜1.0であり、a+b+d=1.0〜2.5である)
で表されるものが好適に用いられる。
式(2)において、Rは炭素数4〜8、好ましくは炭素数5〜6のシクロアルキル基であり、特に好ましくはシクロヘキシル基である。Rは炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜7の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換または非置換の一価炭化水素基であり、例えば、メチル基等の低級アルキル基、フェニル基等のアリール基など、前述した一般式(1)のRのために例示したものが挙げられる。また、a、b及びcは、aは0〜1.4、好ましくは0〜1.0の数、bは0.6〜1.5、好ましくは0.8〜1.2の数、dは0.05〜1.0、好ましくは0.3〜0.8の数であり、但しa+b+d=1.0〜2.5を満たす数である。分子中SiH基の位置は特に制限されず、分子鎖の末端であっても途中であってもよい。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)メチルシラン、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)フェニルシラン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位とから成る共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C)SiO3/2単位とから成る共重合体等が挙げられる。
また、下記構造で示される単位を使用して得られるオルガノハイドロジェンポリシロキサンも用いることができる。
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、一分子中のケイ素原子の数(又は重合度)が3〜100、好ましくは3〜10のものを使用するのがよい。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、公知の方法により調製することができ、通常、RSiHCl、(RSiCl、(RSiCl、(RSiHCl(Rは、前記の通りである)のようなクロロシランを加水分解するか、加水分解して得られたシロキサンを、強酸触媒を用いて平衡化することにより得ることができる。
尚、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、上記(A)成分の硬化有効量であればよいが、(B)成分中のSiH基が(A)成分中のアルケニル基1当量あたり0.5〜4.0当量、好ましくは0.7〜3.0当量、さらに好ましくは0.9〜1.5当量であることが好ましい。前記下限値未満では、硬化反応が進行せず硬化物を得ることが困難であり、前記上限値超では、未反応のSiH基が硬化物中に多量に残存するため、ゴム物性が経時的に変化する原因となる。
尚、上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、シクロアルキル基を有するものとシクロアルキル基を有さないものとを併用してもよい。本発明のシリコーン樹脂組成物は、(A)成分及び(B)成分の合計質量に対しシクロアルキル基の含有量が20〜80質量%、好ましくは30〜50質量%であるのがよい。20質量%未満ではガス透過性が増大し、特に光半導体パッケージ内の銀面を腐食して光半導体素子の輝度低下につながるため好ましくない。
(C)硬化触媒
硬化触媒は付加反応を促進するために配合され、白金系、パラジウム系、ロジウム系の触媒が使用できるが、コスト等の見地から白金族金属系触媒であることがよい。白金族金属系触媒としては、例えば、HPtCl・mHO、KPtCl、KHPtCl・mHO、KPtCl、KPtCl・mHO、PtO・mHO(mは、正の整数)等が挙げられる。また、前記白金族金属系触媒とオレフィン等の炭化水素、アルコールまたはビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等を用いることができる。上記触媒は単独でも、2種以上の組み合わせであってもよい。
硬化触媒は、いわゆる触媒量で配合すればよい。特には、前記(A)及び(B)成分の合計100質量部に対し、白金族金属換算(質量)で0.0001〜0.2質量部、好ましくは0.0001〜0.05質量部となる量で使用される。
(D)酸化防止剤
酸化防止剤は、シリコーン樹脂組成物の耐熱性を向上するための耐熱劣化防止剤として使用する。このような酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。酸化防止剤の配合量は、(A)成分及び(B)成分の合計100質量部に対し、0.001〜3質量部、好ましくは0.05〜1質量部、さらに好ましくは0.05〜0.1質量部である。配合量が前記上限値超では、残存した酸化防止剤が硬化後の樹脂の表面に析出するため好ましくなく、前記下限値未満では耐変色性が低下する。
このような酸化防止剤としては、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)プロピオネート]、N,N’−プロパン−1,3−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−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−tert−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−tert−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−tert−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]ホスフォネート、2,2’−エチリデンビス[4,6−ジ−tert−ブチルフェノール]、3,3’,3’’,5,5’,5’’−ヘキサ−tert−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−tert−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−tert−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−tert−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−tert−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−tert−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−tert−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−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]フ゜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。これらの酸化防止剤は2種以上を混合して用いてもよい。
(E)接着付与剤
本発明のシリコーン組成物は上述した(A)〜(D)成分以外にさらに接着付与剤を配合してもよい。接着付与剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等や、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン及びそのオリゴマー等が挙げられる。これらの接着付与剤は、単独でも2種以上混合して使用してもよい。該接着付与剤は、(A)〜(D)成分の合計質量100質量部に対し、0.1〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部となる量で配合する。
また、下記に示す接着付与剤を使用することもできる。
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
Figure 0005455065
(kは1、2または3の整数、jは1または2の整数である。x、y、zは0≦x、y、z≦1、かつx+y+z=1を満たす数であり、Rは炭素数1〜5の一価炭化水素基である。)
Figure 0005455065
(式中iは1、2、3または4の整数、kは1、2または3の整数である。nは1≦n≦100を満たす整数、Rは炭素数1〜5の一価炭化水素基である。)
特に、下記式で示される接着付与剤を用いることが好ましい。
Figure 0005455065
本発明のシリコーン組成物は、上述した(A)〜(E)成分以外に必要に応じて公知の各種添加剤を配合することができる。各種添加剤としては、ヒュームドシリカ、ヒュームド二酸化チタン等の補強性無機充填剤、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、カーボンブラック、酸化亜鉛等の非補強性無機充填剤、ヒンダードアミン等の光劣化防止剤、ビニルエーテル類、ビニルアミド類、エポキシ樹脂、オキセタン類、アリルフタレート類、アジピン酸ビニル等の反応性希釈剤等が挙げられる。これらの各種添加剤は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜配合することができる。特に、無機充填材を含む場合には、(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対し、10〜100質量部、好ましくは10〜50質量部で配合するのがよい。
シリコーン樹脂組成物の調製方法
シリコーン樹脂組成物は、上述した各成分を同時に、又は別々に、必要により加熱処理を加えながら攪拌、溶解、混合、及び分散させることにより調製されるが、通常は、使用前に硬化反応が進行しないように、成分(A)及び(C)と、成分(B)とを2液に分けて保存し、使用時に該2液を混合して硬化を行う。成分(B)と成分(C)を1液で保存すると脱水素反応を起こす危険性があるため、成分(B)と成分(C)を分けて保存するのがよい。また、アセチレンアルコール等の硬化抑制剤を少量添加して1液として用いることもできる。
攪拌等の操作に用いる装置は特に限定されないが、攪拌、加熱装置を備えたライカイ機、3本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー等を用いることができる。また、これら装置を適宜組み合わせてもよい。尚、得られたシリコーン樹脂組成物の回転粘度計により測定した25℃における粘度は、100〜10,000,000mPa・s、特には300〜500,000mPa・sであることが好ましい。
このようにして得られるシリコーン樹脂組成物は、必要によって加熱することにより直ちに硬化することができる。本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化条件は、公知の方法に準じ、用いる用途に応じて適宜選択すればよく、特に制限されるものではないが、通常、40〜250℃、好ましくは60〜200℃で、5分〜10時間、好ましくは30分〜6時間で硬化させることができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、厚さ1mmでの水蒸気透過性が15g/m・day以下、好ましくは10g/m・day以下である硬化物を与える。該水蒸気透過性は少なければ少ないほど好ましい。水蒸気透過性が15g/m・day超では、吸湿劣化条件において水蒸気が透過するため、例えば金属の上に硬化させた場合に金属界面を腐食させる。また、硬化物が膨潤するため、樹脂自身のクラックや樹脂界面での剥離が発生する。上記範囲の水蒸気透過性は、シリコーン樹脂組成物が(A)成分及び(B)成分の合計質量に対し20〜80質量%、好ましくは30〜50質量%となる量のシクロアルキル基を含有することによって得ることができる。尚、上記水蒸気透過性は、JIS K 7129に準拠して測定した値である。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、レンズ成形用材料、車載用シリコーンコート材、シクロヘキサノン等の溶剤に溶かしたスクリーン印刷用の樹脂材料、フィルム材料、建築物の防錆用または防水用のシーリング材、調理用器具の防水保護材(例えば、湿気の多いタッパーなどのパッキン)、幼児用玩具の防水処理材(例えば、幼児の唾液で膨潤せずかつ軟らかいおもちゃ)、ガラスコーティング材、木材などの防腐用または防水用の塗料、微粉除去フィルター材(例えば、微粒子を除去する効果をもたせたエアコン用フィルター添加剤)、金属の耐水または耐ガス腐食性コーティング材等として使用することができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物を上記用途で使用するためには、該シリコーン樹脂組成物の硬化物の硬度が、JIS K 6301に規定のタイプA硬度が90以下、好ましくは30〜90であるのがよい。このような硬度の硬化物は、シリコーン樹脂組成物中の(A)成分と(B)成分の架橋点を少なくすることによって得ることができ、好ましくは、シリコーン樹脂組成物中のRSiO(4−n/2)で示されるシリコーン単位の合計質量に対し、RSiO単位を20質量%以上で含有していることがよい。
特に、本発明のシリコーン樹脂組成物をレンズ成形用材料として使用する場合は、該シリコーン樹脂組成物の硬化物のアッベ数が40以上90以下、好ましくは40以上70以下であることが望ましい。アッベ数が40より小さいと色収差が大きくなり光が拡散しやすく光束相対値が小さくなる。90より大きいと屈折率の低いレンズを製造することが困難になる。レンズ成形物は上記シリコーン樹脂組成物を射出成形やトランスファー成形等公知の方法を用いて成形することによって製造することができる。アッベ数(ν)とは、屈折率の波長依存性、すなわち光の分散の度合いを示すもので、次式で求めることができる。ν=(n−1)/(n−n)(前記式において、n、n、nはそれぞれフラウンホーファー線のC線(656nm)、D線(589nm)、F線(486nm)に対する屈折率である。)
さらに本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物は高い光透過性を有し、400nm〜500nmのいずれかの波長で測定した光透過率が90%以上、好ましくは95%以上である硬化物を与えることができる。特に、本発明のシリコーン樹脂組成物を光半導体封止材として使用する場合は、450nmで測定した光透過率が90%以上、好ましくは95%以上であることが望ましい。光透過率が90%未満では、明るさの基準となる光束相対値が低くなる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、LCP等のパッケージ材料や金属基板に対する接着性が良いため、LED、フォトダイオード、CCD、CMOS、フォトカプラなどの光半導体素子の封止材として有用であり、特に高輝度LEDの半導体封止材として好適に使用することができる。本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物により封止して得られる光半導体装置は、硬化物の変色が抑制され、反射効率の耐久性に優れた光半導体装置となる。
本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物による光半導体装置の製造方法は、光半導体素子の種類に応じた公知の方法を採用することができる。シリコーン樹脂組成物の硬化条件は、特に制限されるものではないが、通常、40〜250℃、好ましくは60〜200℃で、5分〜10時間、好ましくは30分〜6時間程度で硬化させる。
銀メッキしたリードフレームに封止する場合、銀メッキしたリードフレームは上記シリコーン樹脂組成物の濡れ性を高めるため、予め表面処理をしておくことが好ましい。このような表面処理は、作業性や設備の保全等の観点から、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理等の乾式法が好ましく、特にプラズマ処理が好ましい。また、プレモールドパッケージの材質は、シリコーン樹脂組成物の相溶性を高めるため、プレモールドパッケージ中のシリコーン成分の含有量が全有機成分の15質量%以上とすることが好ましい。ここにいうシリコーン成分とは、Si単位を有する化合物及びそのポリマーと定義されるものであり、シリコーン成分が全有機成分の15質量%未満であると、シリコーン樹脂組成物との相溶性が低下するため、樹脂封止する際シリコーン樹脂組成物とプレモールドパッケージ内壁との間に隙間(空泡)が生じてしまい、クラックが生じ易くなるため好ましくない。
以下、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[合成例1]
フラスコにキシレン1050g、水3652g、12MーHCl 2625g(31.5mol)を加え、シクロヘキシルトリメトキシシラン2146g(10.5mol)、ビニルジメチルクロロシラン543g(4.50mol)、キシレン1504gを混合したものを滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水後にKOH6g(0.15mol)を加え、150℃で終夜加熱還流を行った。トリメチルクロロシラン27g、酢酸カリウム24.5gで中和し濾過後、溶剤を減圧留去し、下記構造で示されるオルガノポリシロキサン(樹脂1)を合成した。ビニル当量は0.203mol/100gであった。
Figure 0005455065
x:y=7:3
[合成例2]
フラスコにキシレン61.22g、水612.19g、12M−HCl 408.13g(4.898mol)を仕込み、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン461.20g(2.449mol)、キシレン183.66gを混合したものを滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水、減圧留去後にKOH0.07g、(ViSiMeO 15.18g(0.0816mol)を加え、150℃で終夜加熱還流を行った。2−クロロエタノール 1.00gで中和後、溶剤を減圧留去し、下記構造のオルガノポリシロキサン(樹脂2)を合成した。ビニル当量は0.04395mol/100gであった。
Figure 0005455065
(n=30)
[合成例3]
フラスコにキシレン61.22g、水612.19g、12M−HCl 408.13g(4.898mol)を仕込み、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン461.20g(2.449mol)、キシレン183.66gを混合したものを滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水、減圧留去後にKOH 0.07g、(ViSiMeO 6.51g(35.0mmol)を加え、150℃で終夜加熱還流を行った。2−クロロエタノール 1.41g(mol)で中和後、溶剤を減圧留去し、下記構造のオルガノポリシロキサン(樹脂3)を合成した。ビニル当量は0.0188mol/100gであった。
Figure 0005455065
(n=70)
[合成例4]
フラスコにキシレン61.22g、水612.19g、12M−HCl 408.13g(4.898mol)を仕込み、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン461.20 g(2.449mol)、キシレン183.66gを混合したものを滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水、減圧留去後にKOH0.06g、(ViSiMeO 3.14g(16.89mmol)を加え、150℃で終夜加熱還流を行った。2−クロロエタノール 0.86g(0.017mol)で中和後、溶剤を減圧留去し、下記構造のオルガノポリシロキサン(樹脂4)を合成した。ビニル当量は0.009875mol/100gであった。
Figure 0005455065
(n=145)
[合成例5]
フラスコにキシレン30.53g、水305.30g、12M−HCl 203.53g(2.442mol)を仕込み、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン230.00g(1.221mol)、キシレン91.59gを混合した物を滴下した。滴下終了後3時間攪拌し、廃酸分離し水洗した。共沸脱水、減圧留去後にKOH0.02g、(ViSiMeO 0.76g(4.07mmol)を加え、150℃で終夜加熱還流を行った。2−クロロエタノール0.58g(0.011mol)で中和後、溶剤を減圧留去し、下記構造のオルガノポリシロキサン(樹脂5)を合成した。ビニル当量は0.004202mol/100gであった。
Figure 0005455065
(n=300)
[合成例6]
フラスコにシクロヘキシルメチルジメトキシシラン4708.5g(25mol)、アセトニトリル144.54g(3.52mol)を加え氷冷し内温10℃以下まで冷却し、濃硫酸289.08gを滴下し、水990gを滴下し、最後に(HSiMeO 2518.5g(18.75mol)を仕込み終夜攪拌した。廃酸分離を行い、水洗し、減圧留去を行い、下記構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン1を合成した。水素ガス発生量は96.46ml/g(0.4306mol/100g)であった。
Figure 0005455065
[合成例7]
フラスコにシクロヘキシルトリメトキシシラン 204.34 g(1.00mol)、(HSiMeO 201.48 g(1.50mol)を仕込み10℃以下まで冷却し、濃硫酸16.23gを滴下し、水50.26gを滴下し終夜攪拌した。廃酸分離を行い、水洗し、減圧留去を行い、下記構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン2を合成した。水素ガス発生量は181.51ml/g(0.8103mol/100g)であった。
Figure 0005455065
[合成例8]
フラスコにシクロヘキシルトリメトキシシラン 204.34 g(1.00mol)、(HSiMeO 302.22g(2.25mol)を仕込み10℃以下まで冷却し、濃硫酸20.26gを滴下し、水62.74gを滴下し終夜攪拌した。廃酸分離を行い、水洗し、減圧留去を行い、下記構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン3を合成した。水素ガス発生量は189.03ml/g(0.8439mol/100g)であった。
Figure 0005455065
[合成例9]
フラスコにジフェニルジメトキシシラン5376g(22.0mol)、アセトニトリル151.8gを仕込み10℃以下まで冷却し、以下の滴下反応を内温10℃以下で行った。濃硫酸303.69gを滴下し、水940.36gを1時間で滴下し、(HSiMeO 2216g(16.5mol)を滴下し終夜攪拌した。廃酸分離を行い、水洗し、減圧留去を行い、下記構造のハイドロジェンポリオルガノシロキサン4を合成した。水素ガス発生量は90.32ml/g(0.403mol/100g)であった。
Figure 0005455065
n=2.0(平均)、Xは水素原子、メトキシ基、水酸基であり、X中の5.0%がメトキシ基、水酸基量である。
[実施例1〜6]
合成例1〜9で調製した各成分及び以下の成分を表1に示す組成で混合し、シリコーン樹脂組成物を調製した。
(B)ハイドロジェンポリオルガノシロキサン5:下記に示すフェニル基含有分岐型ハイドロジェンポリオルガノシロキサン(水素ガス発生量 170.24ml/g(0.760mol/100g))
Figure 0005455065
(C)硬化触媒:塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液(白金濃度2質量%)
(D)酸化防止剤1:Irganox1135(BASFジャパン株式会社製)
酸化防止剤2:Irganox1076(BASFジャパン株式会社製)
(E)接着付与剤1:
ビニルメチルジメトキシシラン158.01g(1.195mol)、シクロヘキシルトリメトキシシラン712.70g(3.585mol)、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン525.51g(2.385mol)、IPA1500mlを仕込み、25wt%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液49.20g、水444gを混合し加え、3時間攪拌した。トルエンを加え、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、水洗を行い、減圧留去を行い、下記に示す化合物を合成した(式中、k=1、2または3、j=1または2、R=H、メチル、またはイソプロピルの混合物)。該化合物を接着付与剤1とした。
Figure 0005455065
(E)接着付与剤2:
ビニルメチルジメトキシシラン264.46g(2.00mol)、ジフェニルジメトキシシラン733.08g(3.00mol)、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1181.5g(5.00mol)、IPA2700mlを仕込み、25wt%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液82.00g、水740gを混合し加え、3時間攪拌した。トルエンを加え、リン酸二水素ナトリウム水溶液で中和し、水洗を行い、減圧留去を行い、下記に示す化合物を合成した(式中、k=1、2または3、j=1または2、R=H、メチル、またはイソプロピルの混合物)。該化合物を接着付与剤2とした。
Figure 0005455065
[比較例1、2]
比較例1、2は合成例1〜9で調製した成分に代えて以下の成分を使用し、表1に示す組成で混合し、シリコーン樹脂組成物を調製した。
(1)ポリシロキサン(VF1):
ビニル当量 0.00587mol/100g
Figure 0005455065
(2)ビニルメチルシロキサン(VMQ):SiO単位50モル%、(CHSiO0.5単位42.5モル%及びViSiO0.5単位7.5モル%からなるレジン構造を有するビニルメチルシロキサン。ビニル当量 0.05425mol/100g
(3)ハイドロジェンポリシロキサン(HDM):
水素ガス発生量 347.81ml/g(1.553mol/100g)
Figure 0005455065
[比較例3]
合成例1〜5で調製した樹脂1〜5に代えて以下に示すアルケニル基含有ポリオルガノシロキサン及びポリシロキサン(VF2)を使用した。表1に示す組成で混合し、シリコーン樹脂組成物を調製した。
(1)アルケニル基含有ポリオルガノシロキサン(樹脂6)(ビニル当量 0.195mol/100g)
Figure 0005455065
ビニル当量 0.195mol/100g
(2)ポリシロキサン(VF2):両末端ビニルフェニルメチルポリオルガノシロキサン(ビニル基当量0.0185mol/100g)
Figure 0005455065
実施例1〜6および比較例1〜3のシリコーン樹脂組成物を、150℃/4時間にて加熱成形(縦×横×厚み=110mm×120mm×2mm)して硬化物を形成し、外観を目視で観察した。また、JIS K 6301に準拠して引張強度、硬度(A型スプリング試験機を用いて測定)及び伸び率を測定した。結果を表1に示す。表1において、シクロアルキル量(%)は(A)オルガノシロキサンと(B)ハイドロジェンオルガノポリシロキサンの合計質量に対するシクロアルキル基の質量%である。
透湿度(水蒸気透過性)
実施例1〜6および比較例1〜3のシリコーン樹脂組成物を、150℃/4時間で加熱成形して縦×横×厚み=110mm×120mm×1mmの硬化物を形成し、JIS K 7129に準拠してLyssy法(装置名 Lyssy社 L80−5000)により透湿度(水蒸気透過性)を測定した。
耐溶剤性(膨張率)
上記硬化物を縦×横×厚み=3cm×3cm×2mmに切り分け、アセトン溶剤の中に1時間漬けた後のサンプルの長さを測定し、初期の長さ(3cm)に対する膨潤率を下記式で求めた。
Figure 0005455065
光透過率
実施例1〜6および比較例1〜3のシリコーン樹脂組成物を、150℃/4時間で加熱成形して縦×横×厚み=20mm×50mm×1mmの硬化物を形成し、該硬化物の光透過率を分光光度計U−4100(日立ハイテック社製)を用い、走査速度200nm/min、走査波長範囲300nm〜800nmにて測定した。450nmでの光透過率を表1に示した。
Figure 0005455065
本発明のシリコーン樹脂組成物は、水蒸気透過性が極めて低く、かつ耐溶剤性に優れた硬化物を提供した。これに対し、シクロアルキル基を含有しないシリコーン樹脂組成物の硬化物は水蒸気透過性が高く、耐溶媒性に劣った。
上記実施例1〜3及び比較例1〜3のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止した光半導体装置を作製した。
光半導体装置の作製
底面に厚さ2μmの銀メッキを施した銅製リードフレームを配したカップ状のLED用プレモールドパッケージ(3mm×3mm×1mm、開口部の直径2.6mm)に対し、減圧下でArプラズマ(出力100W、照射時間10秒)処理を行い、該底面の該リードフレームにInGaN系青色発光素子の電極を、銀ペースト(導電性接着剤)を用いて接続すると共に、該発光素子のカウンター電極を金ワイヤーにてカウンターリードフレームに接続し、実施例1〜3及び比較例1,2のシリコーン樹脂組成物をパッケージ開口部に充填し、60℃で1時間、更に150℃で4時間硬化させて封止した。
このようにして得られた光半導体装置を、25mAの電流を流して点灯させながら150℃、硫化水素雰囲気下で1000時間放置した後、パッケージ内の銀メッキ表面近傍の変色度合いを目視で調べた。また、作成した光半導体装置を用い、温度サイクル試験(―−40℃〜100℃/200回)と、65℃/95%RH下で500時間LED点灯試験を行い、パッケージ界面の剥離及びクラックの有無、並びに変色の有無を目視観察した。
Figure 0005455065
本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止した光半導体装置は、硫化水素によるパッケージ内の銀メッキ表面の変色、高温高湿下での剥離及びクラックを生じず、反射効率の耐久性に優れていた。
また以下に、実施例1、6及び比較例3のシリコーン樹脂組成物をレンズ成形用材料として使用した例を示す。
実施例1、6、および比較例3のシリコーン樹脂組成物を用い、1ショットで16個とれる金型を設置した20トンの射出成形装置を用い、射出圧力20MPa・s、硬化温度150℃、硬化時間90秒でレンズを成形した。該レンズ成形物を金型から取り出し、更に150℃で4時間ポストキュアした。得られたレンズ成形物の形状を図1に示す。該レンズ成形物を用い、吸湿リフロー試験(85℃/60RH%/168hr)でのクラックの有無を観察した。結果を表3に示す。
実施例1、6、および比較例3のシリコーン樹脂組成物を5cm×5cmのシリコンウエハにスピンコートさせ、60℃で1時間、更に150℃で4時間硬化させた。得られた硬化物を、屈折率測定器(メトリコン社製プリズムカプラー)を用い、測定温度25℃にて486nm、589nmおよび656nmでの屈折率を測定し、次式よりアッベ数を求めた。
アッベ数ν=(n−1)/(n−n
(n、n、nはそれぞれフラウンホーファー線のC線(656nm)、D線(589nm)、F線(486nm)に対する屈折率)
Figure 0005455065
本発明のシリコーン樹脂組成物の硬化物はアッベ数が高く、該硬化物より成るレンズは耐湿性に非常に優れていた。
本発明のシリコーン樹脂組成物は優れた低ガス透過性を有するシリコーン樹脂組成物である。また、本発明のシリコーン樹脂組成物は、耐溶剤性、光透過性に優れた硬化物を提供することができ、低ガス透過性を要求する様々な一般用途に好適に使用することができる。特に、本発明のシリコーン樹脂組成物は高輝度LED等の光半導体封止材として好適に使用することができ、耐変色性及び反射効率の耐久性に優れた信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。

Claims (12)

  1. (A)下記平均組成式(1)で示され、かつ1分子中に2個以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン
    Figure 0005455065
    (式中、Rは炭素数4〜8のシクロアルキル基であり、Rは炭素数1〜10の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、Rは炭素数2〜8のアルケニル基であり、aは0.3〜1.0、bは0.05〜1.5、cは0.05〜0.8の数であり、但しa+b+c=0.5〜2.0である)
    (B)下記平均組成式(2)で示され、かつ1分子中に2個以上の、ケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
    Figure 0005455065
    (式中、Rは炭素数4〜8のシクロアルキル基であり、Rは炭素数1〜10の、アルケニル基及びシクロアルキル基を除く、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、a=0〜1.4、b=0.6〜1.5、d=0.05〜1.0の数であり、但しa+b+d=1.0〜2.5である)
    (C)硬化触媒の触媒量
    (D)酸化防止剤 (A)+(B)の合計100質量部に対し0.001〜3質量部
    を含有するシリコーン樹脂組成物。
  2. (A)成分中のアルケニル基1当量あたり(B)成分中のSiH基が0.5〜4.0当量となる量の(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサンを含有する、請求項1に記載のシリコーン樹脂組成物。
  3. (A)成分と(B)成分の合計質量に対しシクロアルキル基の含有量が20〜80質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載のシリコーン樹脂組成物。
  4. 更に(E)接着付与剤を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  5. 更に無機充填材を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  6. 厚さ1mmでの水蒸気透過性が15g/m・day以下である硬化物を与える、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  7. JIS K 6301に規定のタイプA硬度が90以下である硬化物を与える、請求項1〜6のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  8. 400nm〜500nmのいずれかの波長で測定した光透過率が90%以上である硬化物を与える、請求項1〜7のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  9. アッベ数が40以上90以下である硬化物を与える、請求項1〜8のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物を含有する光半導体封止材。
  11. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止された光半導体装置。
  12. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物を、レンズ成形用材料、車載用シリコーンコーティング材、スクリーン印刷用の樹脂材料、フィルム材料、建築物の防錆用または防水用シーリング材、調理用器具の防水保護材、幼児用玩具の防水処理材、ガラスコーティング材、木材の防腐または防水用の塗料、微粉除去フィルター材、金属の耐水または耐ガス腐食性コーティング材から選ばれる1つとして使用する方法。
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