TWI882132B - 固化性有機矽組成物、密封材料以及光半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種固化性有機矽組成物,其即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,固化時的形狀變化小、收縮率低,並且能夠在短時間內固化而形成透明且高硬度的固化物。藉由包含(A)每一分子含有至少兩個烯基和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷、(B)每一分子含有至少兩個矽原子鍵合氫原子和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀有機氫聚矽氧烷、(C)氫化矽烷化反應用催化劑、以及(D)固化反應抑制劑的固化性有機矽組成物來解決上述問題。
Description
本發明關於一種固化性有機矽組成物,更具體地,關於一種適合用於光半導體的密封材料的固化性有機矽組成物。此外,本發明還關於一種藉由由這樣的固化性有機矽組成物的固化物構成的密封材料進行密封的光半導體裝置。
固化性有機矽組成物會固化而形成具有優異的耐熱性、耐寒性、電絕緣性、耐候性、防水性、透明性的固化物,因此被利用在廣泛的產業領域中。特別是,該固化物與其他有機材料相比不易變色,且其物理物性的降低較小,因此適合用於光學材料。
近年來,為了實現更高的光提取效率,發光二極體(LED)等光半導體裝置中使用的有機矽密封材料要求較高的透明性。此外,為了在安裝工序中實現較高的生產效率,還要求較高的尺寸穩定性。
例如,專利文獻1中記載了一種氫化矽烷化反應固化性有機聚矽氧烷組成物,其特徵在於,其由以下成分構成:(A)二苯基矽氧烷單元為總矽氧烷單元的5莫耳%以下、分子中的全部矽原子鍵合有機基團的至少20莫耳%為苯基、且每一分子具有至少兩個矽原子鍵合烯基的甲基苯基烯基聚矽氧烷;(B)二苯基矽氧烷單元為總矽氧烷單元的5莫耳%以下、分子中的全部矽原子鍵合有機基團的至少20莫耳%為苯基、且每一分子具有至少兩個矽原子鍵合氫原子的甲基苯基氫聚矽氧烷;以及(C)氫化矽烷化反應催化劑,其中,本組成物中的二苯基矽氧烷單元為總矽氧烷單元的5莫耳%以下。
此外,專利文獻2中記載了一種固化性有機聚矽氧烷組成物,其至少由以下成分構成:(A)藉由由通式R
1 3SiO(R
1 2SiO)
mSiR
1 3(式中,各R
1獨立地為未取代或鹵素取代的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
1為烯基,全部R
1的至少30莫耳%為芳基,m為5至1,000的整數。)表示的直鏈狀有機聚矽氧烷和由平均單元式:(R
1SiO
3/2)
g(R
1 2SiO
2/2)
h(R
1 3SiO
1/2)
i(SiO
4/2)
j(XO
1/2)
k{式中,R
1與上述相同,其中,一分子中,至少兩個R
1為烯基,全部R
1的至少30莫耳%為芳基,g為正數,h為0或正數,i為0或正數,j為0或正數,k為0或正數,並且h/g為0至10的數,i/g為0至5的數,j/(g + h + i + j)為0至0.3的數,k/(g + h + i + j)為0至0.4的數。}表示的支鏈狀有機聚矽氧烷構成的有機聚矽氧烷;(B)一分子中具有至少兩個矽原子鍵合氫原子且全部矽原子鍵合有機基團的至少15莫耳%為芳基的有機聚矽氧烷;(C)由平均單元式(R
2SiO
3/2)
b(R
2 2SiO
2/2)
c(R
2 3SiO
1/2)
d(SiO
4/2)
e(XO
1/2)
f{式中,各R
2獨立地為烷基、烯基、芳基、或者含有環氧基的有機基團,其中,一分子中,全部R
2的至少5莫耳%為烯基,至少15莫耳%為芳基,至少10莫耳%為含有環氧基的有機基團,X為氫原子或烷基,b為正數,c為0或正數,d為0或正數,e為0或正數,f為0或正數,並且c/b為0至10的數,d/b為0至5的數,e/(b + c + d + e)為0至0.3的數,f/(b + c + d + e)為0至0.02的數。}表示的支鏈狀有機聚矽氧烷;以及(D)氫化矽烷化反應用催化劑。
此外,在專利文獻3中記載了一種固化性有機聚矽氧烷組成物,其特徵在於,其至少由以下成分構成:(A)一分子中具有至少兩個烯基且全部矽氧烷單元的70莫耳%以上為甲基苯基矽氧烷單元的二有機聚矽氧烷(其中,1,3,5-三甲基-1,3,5-三苯基環三矽氧烷和1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四苯基環四矽氧烷的總含量在5重量%以下);(B)一分子中具有至少兩個矽原子鍵合氫原子且矽原子鍵合有機基團中15莫耳%以上為苯基的有機聚矽氧烷{相對於(A)成分中總烯基的莫耳數,(B)成分的矽原子鍵合氫原子的莫耳數為10% ~ 500%的量};以及(C)氫化矽烷化反應用催化劑(足以使本組成物固化的量)。
此外,在專利文獻4中記載了一種固化性有機聚矽氧烷組成物,其至少由以下成分構成:(A)一分子中具有至少三個烯基且全部矽原子鍵合有機基團的至少30莫耳%為芳基的支鏈狀有機聚矽氧烷;(B)分子鏈兩末端被二有機氫矽烷氧基封端且具有芳基的直鏈狀有機聚矽氧烷{相對於(A)成分中的1莫耳烯基,本成分中的矽原子鍵合氫原子為0.5 ~ 2莫耳的量};(C)一分子中具有至少三個二有機氫矽烷氧基且全部矽原子鍵合有機基團的至少15莫耳%為芳基的支鏈狀有機聚矽氧烷{相對於上述(B)成分和本成分中所含的二有機氫矽烷氧基的總量,本成分中的二有機氫矽烷氧基為1 ~ 20莫耳%的量};以及(D)氫化矽烷化反應用催化劑(促進本組成物的固化的量)。
此外,在專利文獻5中記載了一種固化性有機矽組成物,其包含:(A)由平均單元式(R
1 3SiO
1/2)
a(R
1 2SiO
2/2)
b(R
2SiO
3/2)
c(R
3SiO
3/2)
d(式中,R
1係相同或不同的、碳原子數1 ~ 12的烷基、碳原子數2 ~ 12的烯基、碳原子數6 ~ 20的芳基或者碳原子數7 ~ 20的芳烷基,其中,一分子中,至少兩個R
1為上述烯基,R
2為碳原子數6 ~ 20的芳基或者碳原子數7 ~ 20的芳烷基,R
3為碳原子數1 ~ 12的烷基,a、b、c和d分別是滿足0.01 ≤ a ≤ 0.5、0 ≤ b ≤ 0.7、0.01 ≤ c < 0.7、0.1 ≤ d < 0.9並且a + b + c + d = 1的數。)表示的有機聚矽氧烷;(B)一分子中具有至少兩個矽原子鍵合烯基和至少一個矽原子鍵合芳基的直鏈狀有機聚矽氧烷{相對於100質量份(A)成分為0.1 ~ 150質量份};(C)一分子中具有至少兩個矽原子鍵合氫原子的有機聚矽氧烷{相對於(A)成分中和(B)成分中的烯基的總量1莫耳,本成分中的矽原子鍵合氫原子為0.1 ~ 5莫耳的量};以及(D)氫化矽烷化反應用催化劑(促進本組成物的固化的量)。
此外,在專利文獻6中記載了一種固化性有機矽組成物,其至少由以下成分構成:(A)一分子中具有至少兩個烯基且含有由式:R
1 2SiO
2/2(式中,R
1為芳基。)表示的矽氧烷單元的二有機聚矽氧烷;(B)由式:SiO
4/2表示的矽氧烷單元、由式:R
2 2R
3SiO
1/2(式中,R
2為不具有脂族不飽和鍵的一價烴基,R
3為烯基。)表示的矽氧烷單元、以及由式:R
2 3SiO
1/2(式中,R
2與上述相同。)表示的矽氧烷單元構成、且基於凝膠滲透層析法的以標準聚苯乙烯換算的質均分子量不同的至少兩種樹脂狀有機聚矽氧烷{相對於100質量份(A)成分為10 ~ 100質量份};(C)一分子中具有至少兩個矽原子鍵合氫原子的有機聚矽氧烷{本成分中的矽原子鍵合氫原子相對於(A)成分中和(B)成分中的烯基的總量1莫耳為0.1 ~ 10莫耳的量};以及(D)催化量的氫化矽烷化反應用催化劑。
然而,使用現有熱固化性有機矽組成物的密封材料需要在高溫下長時間處理進行固化,因此固化時形狀收縮,其結果係,有時會存在如下情況:柔性基板發生翹曲、在半導體元件的安裝工序中圖案化的準確性降低、或者搭載的電子元件等因熱而受到損傷。進而,在現有的能夠常溫/低溫固化的有機矽中,存在如下問題:所形成的固化物的透明性、黏接性低,有脫層等在長期可靠性方面也不適於密封材料的情況。此外,在將現有的包含分子鏈中具有芳基的有機聚矽氧烷的固化性有機矽組成物用於密封材料的情況下,具有芳基的有機聚矽氧烷容易受到溫度的影響,因此存在如下問題:在高溫下黏度大幅降低,在固化時形狀容易變化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特表2012-507582號公報
專利文獻2:日本特開2015-78375號公報
專利文獻3:日本特開2010-84118號公報
專利文獻4:日本特開2010-1336號公報
專利文獻5:日本特表2016-534162號公報
專利文獻6:日本特表2016-529331號公報
[發明要解決的課題]
本發明之目的在於提供一種有機矽組成物,其即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,固化時的形狀變化小、收縮率低,並且能夠在短時間內固化,能夠形成透明且高硬度的固化物。
本發明之另一個目的在於提供一種包含本發明之固化性有機矽組成物的密封材料。此外,本發明之又一個目的在於提供一種使用本發明之密封材料密封的光半導體裝置。
[用於解決課題的手段]
為了解決上述問題,本發明人進行了深入研究,結果出乎意料地發現,藉由包含(A)每一分子含有至少兩個烯基和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷、(B)每一分子含有至少兩個矽原子鍵合氫原子和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀有機氫聚矽氧烷、(C)氫化矽烷化反應用催化劑、以及(D)固化反應抑制劑的固化性有機矽組成物,即使在低溫下也能夠有效地固化,固化時的收縮率低,並且能夠在短時間內固化,進而能夠形成透明性優異、高硬度的固化物,從而實現了本發明。
在本發明之一個實施方式中,(C)氫化矽烷化反應用催化劑為鉑類催化劑,相對於固化性有機矽組成物的總質量,含有鉑原子的量為10 ppm以下。
在本發明之一個實施方式中,(D)固化反應抑制劑的含量相對於固化性有機矽組成物的總質量為200 ppm以上。
在本發明之一個實施方式中,固化性有機矽組成物還可以包含直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷和/或不含有由RSiO
4/2表示的矽氧烷單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷。
在本發明之一個實施方式中,固化性有機矽組成物還可以包含直鏈狀有機氫聚矽氧烷。
本發明還關於一種由本發明所關於的固化性有機矽組成物構成的密封材料。
本發明還關於一種具備本發明所關於的密封材料的光半導體裝置。
[發明效果]
根據本發明所關於的固化性有機矽組成物,其即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,固化時的形狀變化小、收縮率低,並且能夠在短時間內固化,進而能夠提供透明且高硬度的固化物。
此外,根據本發明之密封材料,其由本發明之固化性有機矽組成物形成,因此能夠在低溫下短時間內密封半導體元件。因此,能夠防止因高溫、長時間的加熱而使密封形狀因固化時的黏度降低而變形、或者半導體元件因熱而受到損傷。進一步地,根據本發明之密封材料,能夠利用透明且高硬度的固化物來密封半導體元件。因此,能夠製造可靠性和透明性優異的半導體封裝。
以下,對本發明進行詳細說明。
[固化性有機矽組成物]
本發明關於一種能夠在低溫下實用性地固化的固化性有機矽組成物,其包含:
(A)每一分子含有至少兩個烯基和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷;
(B)每一分子含有至少兩個矽原子鍵合氫原子和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀有機氫聚矽氧烷;
(C)氫化矽烷化反應用催化劑;以及
(D)固化反應抑制劑。
本發明之固化性有機矽組成物即使在低溫下也能夠在實際應用中有效地固化。作為固化溫度,沒有特別限定,例如為120°C以下,較佳的是100°C以下。此外,固化溫度通常可以為常溫以上。作為固化時間,沒有特別限定,為實際應用中沒有問題的時間,例如在60°C下固化的情況下,為60分鐘以內,較佳的是50分鐘以內,此外,例如在100°C下固化的情況下,較佳的是45分鐘以內,更較佳的是30分鐘以內。
本發明所關於的固化性有機矽組成物的黏度沒有特別限定,例如在25°C下為1000 mPa·s以上,更較佳的是2000 mPa·s以上,進一步較佳的是3000 mPa·s以上,首選為3500 mPa·s以上,特別較佳的是4000 mPa·s以上。此外,本發明所關於的固化性有機矽組成物的黏度,例如在25°C下可以為20000 mPa·s以下,較佳的是18000 mPa·s以下,更較佳的是15000 mPa·s以下,進一步較佳的是12000 mPa·s以下。另外,在本說明書中,黏度可以在25°C下藉由依據JIS K7117-1的旋轉黏度計來測定。
本發明所關於的固化性有機矽組成物能夠固化而形成高硬度的固化物。較佳的是,將本發明之固化性有機矽組成物固化而得到的固化物在25°C下的D型硬度計硬度為20以上,或較佳的是30以上。另外,該D型硬度計硬度依據JIS K 6253-1997「硫化橡膠以及熱塑性橡膠的硬度試驗方法」藉由D型硬度計求出。
本發明所關於的固化性有機矽組成物能夠固化而形成具有良好透明性的固化物。具體地,本發明之固化性有機矽組成物的固化物在波長400 nm至波長700 nm下的透光率較佳的是80%以上,更較佳的是90%以上,特別較佳的是95%以上。另外,固化性有機矽組成物的固化物的透光率,例如可以藉由利用分光光度計測定光路長度為1 mm的固化物來求得。
以下,對各成分進行詳細說明。
(A)樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
(A)成分為一分子中含有至少兩個烯基和至少一個(SiO
4/2)單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷。本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種(A)成分,也可以組合使用兩種以上(A)成分。
在本說明書中,樹脂狀係指分子結構中具有分支狀或三維網狀結構。(A)成分的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷在其分子結構中含有至少一個由RSiO
4/2表示的矽氧烷單元(Q單元),也可以含有或不含有由SiO
3/2表示的矽氧烷單元(T單元),較佳的是不含有。
作為(A)成分中所含的烯基,可以例舉乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基,較佳的是乙烯基。
作為(A)成分中所含的烯基以外的與矽原子鍵合的基團,可以列舉烯基以外的鹵素取代或未取代的一價烴基,例如可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。另外,在不損害本發明目的之範圍內,(A)成分中的矽原子上可以具有少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。(A)成分的烯基以外的與矽原子鍵合的基團較佳的是選自碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基。
在本發明之一個實施方式中,(A)成分可以為
(A-1)由以下平均單元式(I)表示:(R
1 3SiO
1/2)a(R
1 2SiO
2/2)
b(R
1SiO
3/2)
c(SiO
4/2)
d(XO
1/2)
e式(I)中,R
1係相同或不同的鹵素取代或未取代的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
1為烯基,0 ≤ a < 1,0 ≤ b < 1,0 ≤ c < 0.9,0 < d < 0.8,0 ≤ e < 0.4,a + b + c + d = 1.0。
作為上述式(I)中R
1的鹵素取代或未取代的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。在不損害本發明目的之範圍內,R
1也可以為少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R
1較佳的是選自碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基、或者碳原子數2 ~ 6的烯基、特別是乙烯基。
在上述式(I)中,a較佳的是0.1 ≤ a ≤ 0.9的範圍,更較佳的是0.3 ≤ a ≤ 0.6的範圍,進一步較佳的是0.5 ≤ a ≤ 0.7的範圍。在上述式(I)中,b較佳的是0 ≤ b ≤ 0.5的範圍,更較佳的是0 ≤ b ≤ 0.3的範圍,特別是0 ≤ b ≤ 0.1的範圍。在上述式(I)中,c較佳的是0 ≤ c ≤ 0.5的範圍,更較佳的是0 ≤ c ≤ 0.3的範圍,特別是0 ≤ c ≤ 0.1的範圍。在上述式(I)中,d較佳的是0.1 ≤ d ≤ 0.7的範圍,更較佳的是0.2 ≤ d ≤ 0.6的範圍,特別是0.3 ≤ d ≤ 0.5的範圍。在上述式(I)中,e較佳的是0 ≤ e ≤ 0.15的範圍,更較佳的是0 ≤ e ≤ 0.1的範圍,特別是0 ≤ e ≤ 0.05的範圍。
在本發明之較佳的實施方式中,(A)成分的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷在分子末端含有烯基。(A)成分的樹脂狀有機聚矽氧烷較佳的是在由SiO
1/2表示的矽氧烷單元(M單元)上含有烯基,也可以在分子鏈側鏈(即由SiO
2/2表示的矽氧烷單元(D單元)以及由SiO
3/2表示的矽氧烷單元(T單元))上含有或不含有烯基,較佳的是不含有。
在本發明之一個較佳的實施方式中,(A)成分的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷較佳的是由M單元和由SiO
4/2表示的矽氧烷單元(Q單元)構成,不含有D單元和T單元。因此,在本發明之一個較佳的實施方式中,(A)成分可以為
(A-2)由以下平均單元式(II)表示:(R
1 3SiO
1/2)a(SiO
4/2)
d(XO
1/2)
e式中,R
1係相同或不同的鹵素取代或未取代的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
1為烯基,0 ≤ a < 1,0 < d < 0.8,0 ≤ e < 0.4,a + d = 1.0。
關於上述式(II)中的鹵素取代或未取代的一價烴基、a、d和e為關於上述式(I)所說明的那樣,可使用相同的記載。
烯基在(A)成分的全部矽原子鍵合有機基團中所占的含量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的1莫耳%以上,較佳的是2莫耳%以上,更較佳的是5莫耳%以上,另外,為矽原子鍵合有機基團的總量的30莫耳%以下,較佳的是20莫耳%以下,更較佳的是15莫耳%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或以下的滴定法求得。
對藉由滴定法來定量各成分中的烯基量的方法進行說明。有機聚矽氧烷成分中的烯基含量可以藉由通常稱為威傑斯法的滴定方法來精確定量。原理如下所述。首先,如式(1)所示,使有機聚矽氧烷原料中的烯基與一氯化碘進行加成反應。接著,藉由式(2)所示的反應,使過量的一氯化碘與碘化鉀反應而使碘游離。然後用硫代硫酸鈉溶液滴定游離的碘。
式(1)CH
2= CH- + 2ICl → CH
2I-CHCl- + ICl(過量)
式(2)ICl + KI → I
2+ KCl
可以根據滴定所需的硫代硫酸鈉的量與另行製成的空白液之間的滴定量的差來定量成分中的烯基量。
(A)成分的有機聚矽氧烷的黏度沒有特別限定,例如在25°C下為50 mPa至1000 mPa的範圍內。在本說明書中,有機聚矽氧烷成分的黏度可以在25°C下藉由依據JIS K7117-1的旋轉黏度計來測定。
(A)成分的含量沒有特別限定,基於本發明之固化性有機矽組成物中所含的全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是1質量%以上,更較佳的是2質量%以上,進一步較佳的是3質量%以上,特別較佳的是4質量%以上。此外,基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,(A)成分的含量較佳的是40質量%以下,更較佳的是35質量%以下,進一步較佳的是30質量%以下,特別較佳的是25質量%以下。
(B)樹脂狀有機氫聚矽氧烷
(B)成分藉由氫化矽烷化固化反應而作為固化性有機矽組成物的交聯劑發揮作用,係每一分子具有至少兩個矽原子鍵合氫原子、且具有樹脂狀結構的樹脂狀有機氫聚矽氧烷。本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種(B)成分,也可以組合使用兩種以上(B)成分。
(B)成分的樹脂狀有機氫聚矽氧烷在其分子結構中含有至少一個Q單元,也可以含有或不含有T單元,較佳的是不含有。
作為(B)成分的氫原子以外的與矽原子鍵合的基團,可以列舉烯基以外的鹵素取代或未取代的一價烴基,例如可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。另外,在不損害本發明目的之範圍內,(B)成分中的矽原子上可以具有少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。作為(B)成分的氫原子以外的與矽原子鍵合的基團,較佳的是選自碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基。
在本發明之一個實施方式中,(B)成分可以為
(B-1)由以下平均單元式(III)表示的樹脂狀有機氫聚矽氧烷:(R
2 3SiO
1/2)a(R
2 2SiO
2/2)
b(R
2SiO
3/2)
c(SiO
4/2)
d(XO
1/2)
e式中,R
2為氫原子或者相同或不同的鹵素取代或未取代的烯基以外的一價烴基,其中,至少兩個R
2為氫原子,X為氫原子或烷基,a、b、c、d和e為:0 ≤ a < 1.0,0 ≤ b < 1.0,0 ≤ c < 0.9,0 < d < 0.8,0 ≤ e < 0.4,且a + b + c + d = 1.0。
作為上述式(III)中的R
2的鹵素取代或未取代的烯基以外的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。在不損害本發明目的之範圍內,R
2也可以為少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R
2較佳的是選自氫原子、碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基。
在(B)成分的上述式(III)中,X為氫原子或烷基。作為X的烷基,較佳的是碳原子數1 ~ 3的烷基,具體可以例舉甲基、乙基和丙基。
在上述式(III)中,a較佳的是0.2 ≤ a ≤ 0.8的範圍,更較佳的是0.3 ≤ a ≤ 0.7的範圍,進一步較佳的是0.4 ≤ a ≤ 0.6的範圍。在上述式(III)中,b較佳的是0 ≤ b ≤ 0.5的範圍,更較佳的是0 ≤ b ≤ 0.3的範圍,特別是0 ≤ b ≤ 0.1的範圍。在上述式(III)中,c較佳的是0 ≤ c ≤ 0.5的範圍,更較佳的是0 ≤ c ≤ 0.3的範圍,特別是0 ≤ c ≤ 0.1的範圍。在上述式(III)中,d較佳的是0.2 ≤ d ≤ 0.8的範圍,更較佳的是0.3 ≤ d ≤ 0.7的範圍,特別是0.4 ≤ d ≤ 0.6的範圍。在上述式(III)中,e較佳的是0 ≤ e ≤ 0.3的範圍,更較佳的是0 ≤ e ≤ 0.2的範圍,特別是0 ≤ e ≤ 0.1的範圍。
(B)成分較佳的是在分子末端含有矽原子鍵合氫原子,此外,也可以在分子側鏈上含有或者不含有矽原子鍵合氫原子,較佳的是在分子側鏈上不含有矽原子鍵合氫原子。較佳的是,(B)成分僅在分子末端含有矽原子鍵合氫原子。即,在本發明之一個實施方式中,(B)成分在M單元上具有矽原子鍵合氫原子,較佳的是僅在M單元上具有矽原子鍵合氫原子。此外,在另一個實施方式中,(B)成分可以含有或者不含有T單元和D單元,較佳的是不含有。
在本發明之一個較佳的實施方式中,(B)成分包含僅由M單元和Q單元構成的樹脂狀有機氫聚矽氧烷(B-2),該樹脂狀有機氫聚矽氧烷(B-2)可由以下平均單元式(IV)表示。
平均單元式(IV):(R
2 3SiO
1/2)a(SiO
4/2)
d(XO
1/2)
e式中,R
2、X、a、d和e與式(III)所說明的相同。
(B)成分的有機聚矽氧烷的黏度沒有特別限定,例如在25°C下為1 mPa至500 mPa的範圍內。
(B)成分的含量沒有特別限定,基於本發明之固化性有機矽組成物中所含的全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是0.5質量%以上,更較佳的是1質量%以上,進一步較佳的是1.5質量%以上,特別較佳的是2質量%以上。此外,基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,(B)成分的含量較佳的是30質量%以下,更較佳的是20質量%以下,進一步較佳的是15質量%以下。
<其他有機聚矽氧烷成分>
本發明所關於的固化性有機矽組成物,除了上述(A)和(B)成分以外,可以包含以下其他有機聚矽氧烷成分。
(直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷)
本發明所關於的固化性有機矽組成物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷。本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷,也可以組合包含兩種以上直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷。
作為直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷中所含的烯基,可以例舉乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基,較佳的是乙烯基。
在本發明之較佳的實施方式中,直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷具有至少一個芳基。作為芳基,可以是未取代或取代的,較佳的是碳原子數6 ~ 20的芳基,例如可以例舉苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、以及該等芳基的氫原子被甲基、乙基等烷基、甲氧基、乙氧基等烷氧基、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。特別較佳的是,芳基係取代或未取代的苯基,更較佳的是未取代的苯基。
作為直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷中所含的烯基和芳基以外的與矽原子鍵合的基團,可以列舉烯基和芳基以外的鹵素取代或未取代的一價烴基,例如可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。
這樣的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷可以由以下的平均結構式(V)表示:
平均結構式(V):R
3 3SiO(R
3 2SiO)
mSiR
3 3式(V)中,R
3係相同或不同的鹵素取代或未取代的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
3為烯基,m為4至1000的整數。
作為R
3的鹵素取代或未取代的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基;該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。
上述式(V)中的m較佳的是10以上,更較佳的是40以上,特別較佳的是70以上,並且較佳的是500以下,更較佳的是300以下,進一步較佳的是200以下,特別較佳的是120以下。
在本發明之較佳的實施方式中,額外的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷可以為在分子鏈兩末端含有烯基的、分子鏈兩末端被烯基封端的直鏈狀有機聚矽氧烷。額外的直鏈狀有機聚矽氧烷可以在分子鏈側鏈(即由SiO
2/2表示的矽氧烷單元(D單元))上含有或不含有烯基,較佳的是不含有。
在本發明之較佳的實施方式中,額外的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷在分子鏈側鏈上含有矽原子鍵合芳基。額外的直鏈狀有機聚矽氧烷可以在分子鏈末端(即由SiO
1/2表示的矽氧烷單元(M單元))含有或不含有芳基,較佳的是不含有。
烯基在直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷的全部矽原子鍵合有機基團中所占的含量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的0.01莫耳%以上,較佳的是0.1莫耳%以上,更較佳的是0.2莫耳%以上,並且可以為矽原子鍵合有機基團的總量的30莫耳%以下,較佳的是20莫耳%以下,更較佳的是10莫耳%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或上述滴定法求得。
芳基在直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷中的全部矽原子鍵合有機基團中所占的量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的10莫耳%以上,較佳的是20莫耳%以上,更較佳的是30莫耳%以上,並且可以為矽原子鍵合有機基團的總量的70莫耳%以下,較佳的是60莫耳%以下,更較佳的是50莫耳%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷的含量沒有特別限定,基於本發明之固化性有機矽組成物中所含的全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是1質量%以上,更較佳的是2質量%以上,進一步較佳的是3質量%以上,特別較佳的是4質量%以上。此外,基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷的含量較佳的是30質量%以下,更較佳的是20質量%以下,進一步較佳的是10質量%以下。
(不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷)
本發明所關於的固化性有機矽組成物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷。本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷,也可以組合包含兩種以上不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷。
不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷可以是一分子中含有至少兩個烯基的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷。此外,不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷可以在一分子中含有或者不含有至少一個芳基。在一個較佳的實施方式中,本發明中可包含的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷在一分子中含有至少兩個烯基和至少一個芳基。
不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷在其分子結構中含有至少一個T單元。
作為不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷中所含的烯基,可以例舉與上述直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷中所含的烯基相同的基團。
這樣的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷可以由以下的平均單元式(VI)表示:
平均單元式(VI):(R
4 3SiO
1/2)a(R
4 2SiO
2/2)
b(R
4SiO
3/2)
c(XO
1/2)
e式(VI)中,R
4係相同或不同的鹵素取代或未取代的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
4為烯基,X為氫原子或烷基,0 ≤ a < 1,0 ≤ b < 1,0 < c < 0.9,0 ≤ e < 0.4,a + b + c = 1.0。
作為上述式(VI)中R
4的鹵素取代或未取代的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基;該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。在不損害本發明目的之範圍內,R
4也可以為少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R
4較佳的是選自碳原子數6 ~ 20的芳基、特別是苯基、碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基、或者碳原子數2 ~ 6的烯基、特別是乙烯基。
在上述式(VI)中,X為氫原子或烷基。作為X的烷基,較佳的是碳原子數1 ~ 3的烷基,具體可以例舉甲基、乙基和丙基。
在上述式(VI)中,a較佳的是0.1 ≤ a ≤ 0.8的範圍,更較佳的是0.15 ≤ e ≤ 0.6的範圍,進一步較佳的是0.2 ≤ a ≤ 0.5的範圍。在上述式(VI)中,b較佳的是0 ≤ b ≤ 0.5的範圍,更較佳的是0 ≤ b ≤ 0.3的範圍,特別是0 ≤ b ≤ 0.1的範圍。在上述式(VI)中,c較佳的是0.3 ≤ c ≤ 0.9的範圍,更較佳的是0.45 ≤ c ≤ 0.85的範圍,特別是0.6 ≤ c ≤ 0.8的範圍。在上述式(VI)中,e較佳的是0 ≤ e ≤ 0.15的範圍,更較佳的是0 ≤ e ≤ 0.1的範圍,特別是0 ≤ e ≤ 0.05的範圍。
不含有Q單元的含烯基樹脂狀有機聚矽氧烷較佳的是在分子末端含有烯基。較佳的是,不含有Q單元的含烯基樹脂狀有機聚矽氧烷在M單元上具有烯基,可以在D單元和/或T單元上含有或者不含有烯基,較佳的是不含有。此外,不含有Q單元的含烯基樹脂狀有機聚矽氧烷可以含有或者不含有D單元,較佳的是不含有。
烯基在不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷中所含的全部矽原子鍵合有機基團中所占的含量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的1莫耳%以上,較佳的是2莫耳%以上,更較佳的是3莫耳%以上,並且可以為矽原子鍵合有機基團的總量的50莫耳%以下,較佳的是40莫耳%以下,更較佳的是35莫耳%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或上述滴定法求得。
在本發明之一個實施方式中,在不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷含有芳基的情況下,芳基在全部矽原子鍵合有機基團中所占的含量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的3莫耳%以上,較佳的是7莫耳%以上,更較佳的是10莫耳%以上,並且可以為矽原子鍵合有機基團的總量的60莫耳%以下,較佳的是50莫耳%以下,更較佳的是40莫耳%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
不含有Q單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷的含量沒有特別限定,基於本發明之固化性有機矽組成物的全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是10質量%以上,更較佳的是20質量%以上,進一步較佳的是30質量%以上,並且,例如基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,可以為80質量%以下,較佳的是70質量%以下,更較佳的是60質量%以下的量。
(直鏈狀有機氫聚矽氧烷)
本發明所關於的固化性有機矽組成物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含直鏈狀有機氫聚矽氧烷。本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種直鏈狀有機氫聚矽氧烷,也可以組合包含兩種以上直鏈狀有機氫聚矽氧烷。
直鏈狀有機氫聚矽氧烷在一分子中含有至少兩個矽原子鍵合氫原子。此外,較佳的是,額外的直鏈狀有機氫聚矽氧烷在一分子中含有至少一個芳基。
作為直鏈狀有機氫聚矽氧烷中可含有的芳基,可以是未取代或取代的,較佳的是碳原子數6 ~ 20的芳基,例如可以例舉苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、以及該等芳基的氫原子被甲基、乙基等烷基、甲氧基、乙氧基等烷氧基、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。特別較佳的是,芳基係取代或未取代的苯基,更較佳的是未取代的苯基。
作為直鏈狀有機氫聚矽氧烷中可含有的其他矽原子鍵合有機基團,可以列舉烯基以外的鹵素取代或未取代的一價烴基,例如可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。另外,在不損害本發明目的之範圍內,也可以具有少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。直鏈狀有機氫聚矽氧烷中所含的與矽原子鍵合的有機基團較佳的是選自碳原子數6 ~ 20的芳基、特別是苯基、碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基。
在本發明之一個實施方式中,在固化性有機矽組成物包含直鏈狀有機氫聚矽氧烷的情況下,該直鏈狀有機氫聚矽氧烷可以由以下平均結構式(VII)表示。
平均結構式(VII):R
5 3SiO(R
5 2SiO)
mSiR
5 3式中,R
5為氫原子或者相同或不同的鹵素取代或未取代的烯基以外的一價烴基,其中,一分子中,至少兩個R
5為氫原子,m為1至100的整數。
作為上述式(VII)中的R
5的鹵素取代或未取代的烯基以外的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;以及該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。在不損害本發明目的之範圍內,R
5也可以為少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R
5較佳的是選自氫原子、碳原子數6 ~ 20的芳基、特別是苯基、碳原子數1 ~ 6的烷基、特別是甲基。
上述式(VII)中的m較佳的是50以下,更較佳的是20以下,進一步較佳的是10以下,特別較佳的是5以下。
在本發明之較佳的實施方式中,直鏈狀有機氫聚矽氧烷在分子鏈兩末端含有矽原子鍵合氫原子。直鏈狀有機氫聚矽氧烷在M單元上具有矽原子鍵合氫原子,可以在D單元上含有或者不含有矽原子鍵合氫原子,較佳的是不含有。
額外的直鏈狀有機氫聚矽氧烷較佳的是在分子鏈側鏈上含有矽原子鍵合芳基。直鏈狀有機聚矽氧烷可以在分子鏈末端含有或者不含有芳基,較佳的是不含有。
在本發明之一個實施方式中,在直鏈狀有機氫聚矽氧烷含有芳基的情況下,芳基在全部矽原子鍵合有機基團中所占的含量沒有特別限定,例如可以為矽原子鍵合有機基團的總量的10莫耳%以上,較佳的是15莫耳%以上,更較佳的是20莫耳%以上,並且可以為矽原子鍵合有機基團的總量的50莫耳%以下,較佳的是40莫耳%以下,更較佳的是30莫耳%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
直鏈狀有機氫聚矽氧烷的含量沒有特別限定,基於本發明之固化性有機矽組成物的全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是3質量%以上,更較佳的是5質量%以上,進一步較佳的是10質量%以上,並且基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,可以為30質量%以下,更較佳的是25質量%以下,進一步較佳的是20質量%以下的量。
(含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷)
在又一個實施方式中,本發明之固化性有機矽組成物也可以包含含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷,該含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷可以由以下平均單元式(VIII)表示:(R
6 3SiO
1/2)a(R
6 2SiO
2/2)
b(R
6SiO
3/2)
c(SiO
4/2)
d(XO
1/2)
e式中,R
6係相同或不同的鹵素取代或未取代的一價烴基或含環氧基有機基團,其中,至少一個R
6為含環氧基有機基團,X為氫原子或烷基,0 ≤ a < 1,0 ≤ b < 1,0 ≤ c < 0.9,0 ≤ d < 0.5,0 ≤ e < 0.4,a + b + c + d = 1.0,並且,c + d > 0。
在上述式(VIII)中,R
6較佳的是選自甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基;該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團、以及含環氧基有機基團。作為含環氧基基團,例如可以例舉:2-環氧丙氧基乙基、3-環氧丙氧基丙基、4-環氧丙氧基丁基等環氧丙氧基烷基;2-(3,4-環氧環己基)-乙基、3-(3,4-環氧環己基)-丙基等環氧環烷基烷基;3,4-環氧丁基、7,8-環氧辛基等環氧烷基,較佳的是環氧丙氧基烷基,特別較佳的是3-環氧丙氧基丙基。
在上述式(VIII)中,a較佳的是0 ≤ a ≤ 0.8的範圍,更較佳的是0.05 ≤ a ≤ 0.6的範圍,特別是0.1 ≤ a ≤ 0.4的範圍。在式(VIII)中,b較佳的是0 ≤ b ≤ 0.9的範圍,更較佳的是0.1 ≤ b ≤ 0.8的範圍,特別是0.2 ≤ b ≤ 0.7的範圍。在式(VIII)中,c較佳的是0 ≤ c ≤ 0.9的範圍,更較佳的是0.1 ≤ c ≤ 0.85的範圍,特別是0.2 ≤ c ≤ 0.8的範圍。在式(VIII)中,d較佳的是0 ≤ d ≤ 0.7的範圍,更較佳的是0 ≤ d ≤ 0.5的範圍,進一步較佳的是0 ≤ d ≤ 0.2的範圍。在式(VIII)中,e較佳的是0 ≤ e ≤ 0.3的範圍,更較佳的是0 ≤ e ≤ 0.2的範圍,特別是0 ≤ e ≤ 0.1的範圍。
在較佳的實施方式中,含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷在R
6上含有烯基。烯基在含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷中的全部矽原子鍵合有機基團中所占的量沒有特別限定,較佳的是1莫耳%以上,更較佳的是2莫耳%以上,進一步較佳的是3莫耳%以上,並且例如為30莫耳%以下,較佳的是25莫耳%以下,更較佳的是20莫耳%以下。
在較佳的實施方式中,含環氧基有機基團在含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷中的全部矽原子鍵合有機基團中所占的量沒有特別限定,較佳的是1莫耳%以上,更較佳的是5莫耳%以上,進一步較佳的是10莫耳%以上,並且例如為50莫耳%以下,較佳的是40莫耳%以下,更較佳的是30莫耳%以下。另外,含環氧基有機基團的量可以利用例如傅裡葉變換紅外分光光度計(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
本發明所關於的固化性有機矽組成物可以包含一種含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷,也可以組合包含兩種以上含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷。
含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷的量沒有特別限定,在本發明之固化性有機矽組成物包含含環氧基樹脂狀有機聚矽氧烷的情況下,基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是0.1質量%以上,更較佳的是0.5質量%以上,進一步較佳的是1質量%以上,並且基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,可以為10質量%以下,更較佳的是8質量%以下,進一步較佳的是5質量%以下的量。
(環狀有機聚矽氧烷成分)
在一個實施方式中,本發明所關於的固化性有機矽組成物也可以包含環狀有機聚矽氧烷,該環狀有機聚矽氧烷可以由以下單元式(IX)表示。
單元式(IX):(R
7 2SiO)
n式中,R
7各自獨立地為鹵素取代或未取代的一價烴基,n為25°C下的黏度為1000 mPa以下的數。另外,黏度可以藉由依據JIS K7117-1的旋轉黏度計來測定。
在上述式(IX)中,作為R
7的鹵素取代或未取代的一價烴基,可以例舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子數1 ~ 12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子數6 ~ 20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子數7 ~ 20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子數2 ~ 12的烯基;該等基團的氫原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等鹵素原子取代的基團。在不損害本發明目的之範圍內,R
7也可以為少量的羥基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。
在一個實施方式中,環狀有機聚矽氧烷可以每一分子含有至少兩個烯基。在環狀有機聚矽氧烷在矽原子鍵合有機基團中含有烯基的情況下,烯基在全部矽原子鍵合有機基團中所佔有的量沒有特別限定,例如為10莫耳%以上,較佳的是20莫耳%以上,更較佳的是30莫耳%以上。此外,烯基在額外的環狀有機聚矽氧烷的矽原子鍵合有機基團中所佔有的量例如為80莫耳%以下,較佳的是70莫耳%以下,進一步較佳的是60莫耳%以下。
環狀有機聚矽氧烷的量沒有特別限定,在本發明之固化性有機矽組成物包含環狀有機聚矽氧烷的情況下,基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,較佳的是1質量%以上,更較佳的是2質量%以上,進一步較佳的是3質量%以上,並且基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量,可以為30質量%以下,更較佳的是20質量%以下,進一步較佳的是10質量%以下的量。
在本發明之固化性有機矽組成物中,有機聚矽氧烷成分中所含的矽原子鍵合烯基和矽原子鍵合氫原子的比率沒有特別限定,例如相對於固化性有機矽組成物中的1莫耳矽原子鍵合烯基,矽原子鍵合氫原子可以為0.3莫耳以上,較佳的是0.5莫耳以上,更較佳的是0.7莫耳以上的量,並且例如相對於固化性有機矽組成物中的1莫耳矽原子鍵合烯基,矽原子鍵合氫原子可以為5莫耳以下,較佳的是4莫耳以下,更較佳的是3莫耳以下,進一步較佳的是2莫耳以下,特別較佳的是1.8莫耳以下的量。
(C)氫化矽烷化反應用催化劑
(C)成分的氫化矽烷化反應用催化劑係用於促進本發明之固化性有機矽組成物的固化的催化劑。作為這樣的(C)成分,例如可以列舉:氯鉑酸、氯鉑酸的醇溶液、鉑與烯烴的錯合物、鉑與1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷的錯合物、負載有鉑的粉體等鉑類催化劑;四(三苯基膦)鈀、鈀黑、與三苯基膦的混合物等鈀類催化劑;以及銠類催化劑,特別較佳的是鉑類催化劑。
(C)成分的配合量係催化量,更具體地,在使用鉑類催化劑作為(C)成分的情況下,相對於本發明之固化性有機矽組成物的總質量,鉑原子的量較佳的是0.01 ppm以上,更較佳的是0.1 ppm以上,進一步較佳的是1 ppm以上,並且相對於本發明之固化性有機矽組成物的總質量,鉑原子的量可以較佳的是20 ppm以下,更較佳的是15 ppm以下,進一步較佳的是10 ppm以下,特別較佳的是5 ppm以下的量。
(D)固化反應抑制劑
(D)成分的固化反應抑制劑係用於抑制固化性有機矽組成物的氫化矽烷化反應的成分。作為這樣的固化反應抑制劑,例如可以例舉:2-甲基-3-丁炔-2-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、1-乙炔基-1-環己醇等炔醇;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔等烯炔化合物;四甲基四乙烯基環四矽氧烷、四甲基四己烯基環四矽氧烷等含烯基低分子量矽氧烷;甲基-三(1,1-二甲基丙炔基氧基)矽烷、乙烯基-三(1,1-二甲基丙炔基氧基)矽烷等炔基氧基矽烷。較佳的是,(D)成分選自炔醇,特別較佳的是1-乙炔基-1-環己醇。
(D)固化反應抑制劑的含量沒有限定,基於本發明之固化性有機矽組成物的總質量,較佳的是100 ppm以上,更較佳的是200 ppm以上,進一步較佳的是300 ppm以上,特別較佳的是400 ppm以上的量,並且相對於本組成物的總質量,較佳的是50000 ppm以下,更較佳的是30000 ppm以下,進一步較佳的是20000 ppm以下的量。
本發明之固化性有機矽組成物可以在不損害本發明目的之範圍內配合任意成分。作為該任意成分,例如可以列舉乙炔化合物、有機磷化合物、含乙烯基矽氧烷化合物、粉碎石英、二氧化矽、氧化鈦、碳酸鎂、氧化鋅、氧化鐵、矽藻土等無機填充劑以及藉由有機矽化合物對這樣的無機填充劑的表面進行疏水處理而獲得的無機填充劑、不含矽原子鍵合氫原子和矽原子鍵合烯基的有機聚矽氧烷、增黏劑、耐熱劑、耐寒劑、導熱性填充劑、阻燃劑、觸變劑、螢光體、炭黑等顏料和染料等著色成分、溶劑等。
無機填充劑中,作為二氧化矽,例如可以列舉氣相二氧化矽、濕式二氧化矽、結晶二氧化矽、沈澱二氧化矽等。此外,二氧化矽也可以用有機烷氧基矽烷化合物、有機氯矽烷化合物、有機矽氮烷化合物和低分子量矽氧烷化合物等有機矽化合物或矽烷偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑等進行表面疏水化處理。
基於本發明之組成物的總質量,無機填充劑可以較佳的是以0.1質量%以上、更較佳的是以1質量%以上、進一步較佳的是以3質量%以上的量包含在本發明之固化性有機矽組成物中,並且可以較佳的是以20質量%以下、更較佳的是以15質量%以下、進一步較佳的是以10質量%以下的量包含在本發明之固化性有機矽組成物中。
本發明之固化性有機矽組成物可以藉由混合各成分來製備。各成分的混合方法可以是以往公知的方法,沒有特別限定,但通常藉由單純的攪拌而成為均勻的混合物。此外,在包含無機填充劑等固體成分作為任意成分的情況下,更較佳的是使用混合裝置進行混合。作為這樣的混合裝置,沒有特別限定,可以例舉單軸或雙軸的連續混合機、三輥軋機、羅斯攪拌機、霍巴特攪拌機、牙科攪拌機、行星攪拌機、捏合攪拌機、亨舍爾攪拌機等。
本發明之固化性有機矽組成物即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,固化時的形狀變化小、收縮率低,並且能夠在短時間內固化而形成固化物。因此,本發明之固化性有機矽組成物在固化時不需要在高溫下長時間加熱,因此可以藉由在低溫下短時間內的加熱而防止固化時密封形狀變形。此外,本發明之固化性有機矽組成物能夠形成透明且高硬度的固化物。因此,尤其可用作半導體元件、特別是光半導體元件的密封材料。
[密封材料、薄膜]
本發明還關於一種使用本發明之固化性有機矽組成物的半導體用密封材料。本發明之密封材料的形狀沒有特別限定,較佳的是圓頂狀或片狀。由本發明之密封材料或薄膜密封的半導體沒有特別限定,例如可以列舉SiC、GaN等半導體、特別是功率半導體或發光二極體等光半導體。
根據本發明之密封材料,由於使用了本發明之固化性有機矽組成物,因此即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,因此能夠在低溫下密封半導體元件。因此,能夠防止因高溫加熱而使密封材料變形、或者半導體元件因熱而受到損傷。此外,根據本發明之密封材料,由於使用了本發明之固化性有機矽組成物,因此能夠形成透明且高硬度的固化物。能夠製造可靠性優異的半導體封裝。
[光半導體元件]
本發明還關於一種具備本發明之密封材料的光半導體元件。作為光半導體元件,可以例舉發光二極體(LED)、半導體雷射器、光電二極體、光電電晶體、固態攝像、光耦合器用發光體和感光體,特別較佳的是發光二極體(LED)。
發光二極體(LED)從光半導體元件的上下左右進行發光,因此構成發光二極體(LED)的部件不較佳的是吸收光的材料,而較佳的是透光率高或反射率高的材料。因此,搭載光半導體元件的基板也較佳的是透光率高或反射率高的材料。作為搭載這樣的光半導體元件的基板,例如可以例舉:銀、金和銅等導電性金屬;鋁和鎳等非導電性金屬;PPA和LCP等混合有白色顏料的熱塑性樹脂;環氧樹脂、BT樹脂、聚醯亞胺樹脂和有機矽樹脂等含有白色顏料的熱固化性樹脂;氧化鋁和氮化鋁等陶瓷。
本發明之光半導體元件藉由本發明之密封材料進行密封,因此可靠性優異。
[實例]
藉由以下的實例和對比實例對本發明之固化性有機矽組成物進行詳細說明。
[實例1 ~ 4和對比實例1 ~ 4]
將各成分按表所示的組成(重量份)進行混合,製備固化性有機矽組成物。另外,下文中Me表示甲基,Vi表示乙烯基,Ph表示苯基,Ep表示3-環氧丙氧基丙基。此外,表中簡化示出了有機聚矽氧烷成分的結構,括弧內示出了M、D或T單元中的除Me以外的官能基。此外,H/Vi表示有機聚矽氧烷成分中的矽原子鍵合氫原子(H)與乙烯基(Vi)的莫耳比。
(成分a:含烯基有機聚矽氧烷)
成分a-1:由平均結構式ViMe
2SiO(PhMeSiO)
20SiMe
2Vi表示的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-2:由平均結構式ViMe
2SiO(Me
2SiO)
60(Ph
2SiO)
30SiMe
2Vi表示的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-3:由平均單元式(Me
3SiO
1/2)
5(ViMe
2SiO
1/2)
17(MeSiO
3/2)
39(PhSiO
3/2)
39表示的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-4:由平均單元式(Me
3SiO
1/2)
14(ViMe
2SiO
1/2)
11(MeSiO
3/2)
53(PhSiO
3/2)
22表示的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-5:由平均單元式(Me
3SiO
1/2)
45(ViMe
2SiO
1/2)
15(SiO
4/2)
40表示的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-6:由平均單元式(ViMe
2SiO
1/2)
25(PhSiO
3/2)
75(EpMeSiO
2/2)
40表示的樹脂狀含烯基和環氧基有機聚矽氧烷
成分a-7:由平均單元式(ViMeSiO
2/2)
4表示的環狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-8:由平均單元式(ViMe
2SiO
1/2)
25(PhSiO
3/2)
75表示的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-9:由平均結構式ViMe
2SiO(Me
2SiO)
150SiMe
2Vi表示的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-10:由平均結構式ViMe
2SiO(Me
2SiO)
530SiMe
2Vi表示的直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷
成分a-11:由平均單元式(ViMe
2SiO
1/2)
11(Me
3SiO
1/2)
34(SiO
4/2)
55表示的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷
(成分b:有機氫聚矽氧烷)
成分b-1:由平均單元式(HMe
2SiO
1/2)
60(PhSiO
3/2)
40表示的樹脂狀有機氫聚矽氧烷
成分b-2:由平均單元式(HMe
2SiO
1/2)(SiO
4/2)表示的樹脂狀有機氫聚矽氧烷
成分b-3:由平均結構式HMe
2SiO(Ph
2SiO)SiMe
2H表示的直鏈狀有機氫聚矽氧烷
成分b-4:由平均結構式Me
3SiO(MeHSiO)
50SiMe
3表示的直鏈狀有機氫聚矽氧烷
成分c:鉑濃度為4.0質量%的鉑與1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷的錯合物
成分d:1-乙炔基-2-環己醇
成分e:氣相二氧化矽
[評價]
關於得到的實例和對比實例的固化性有機矽組成物,如下述那樣評價黏度、低溫(60、100°C)下的固化性、固化前後的形狀變化、熱收縮率、固化物的硬度、固化物的透光率和LED器件上的老化(150°C)後的外觀。另外,對比實例4的組成物由於成分不相溶,因此不進行以下的評價。
<黏度>
關於得到的固化性有機矽組成物,在25°C下藉由依據JIS K7117-1的旋轉黏度計來測定黏度。
<低溫下的固化性>
關於得到的固化性有機矽組成物,評價低溫(60°C或100°C)下的固化的行為。具體地,在60°C或100°C的恒溫槽中放置規定時間,測定到組成物固化為止的時間。將在60°C或100°C下在1小時內固化的有機矽作為成形加工性優異的有機矽。
<形狀變化>
關於得到的固化性有機矽組成物,將藉由點膠成型以約1 mm的高度塗布在玻璃基板上的有機矽在恒溫槽中在100°C下固化60分鐘,測量固化物的高度變化,計算出固化前後的形狀變化率。將固化物的高度變化為10%以下的作為形狀穩定的有機矽。
<熱收縮率>
關於得到的固化性有機矽組成物,將1 mm厚的片材藉由60°C或100°C的熱壓成型加熱60分鐘而成型(在100°C下60分鐘無法完全固化的,在150°C下實施),測量固化後片材的尺寸,計算自模具起的收縮率。模具的內部尺寸為120 mm × 120 mm。將1%以下的有機矽作為尺寸穩定性較佳的有機矽。
<固化物的硬度>
藉由將得到的固化性有機矽組成物在60°C或100°C下加壓成型60分鐘,製作片狀固化物。藉由JIS K 6253-1997「硫化橡膠以及熱塑性橡膠的硬度試驗方法」規定的D型硬度計測定該片狀固化物在25°C下的硬度。
<固化物的透光率>
將得到的固化性有機矽組成物放入兩片透明玻璃板之間,並在60°C或100°C下加熱1小時進行固化,製成光路長度1 mm的試驗體。使用能夠在可見光(波長400 nm至700 nm)的範圍內以任意波長測定的自動記錄分光光度計,在25°C下測定該試驗體的透光率。另外,表1中記載了波長450 nm下的透光率的值。
<固化物老化後的外觀觀察>
將得到的固化性有機矽組成物塗布在LED基板上,並在60°C或100°C的恒溫槽中加熱60分鐘進行成型。觀察將得到的片材在150°C下老化1000小時後的外觀,觀察有無開裂或脫層。
以上的評價結果如下表所示。
[表1]
[表1]
| 成分 | 實例1 | 實例2 | 實例3 | 實例4 | 對比實例1 | 對比實例2 | 對比實例3 | 對比實例4 |
| a-1 M(Vi)-D(Ph) 20-M(Vi) | - | - | - | - | - | 17.5 | - | - |
| a-2 M(Vi)-D 60-D(Ph 2) 30-M(Vi) | 4.8 | 4.8 | 4.8 | 4.8 | - | - | 9.1 | 4.8 |
| a-3 M 5-M(Vi) 17-T 39-T(Ph) 39 | 43.4 | 42.6 | - | - | - | - | 59.5 | 43.4 |
| a-4 M 14-M(Vi) 11-T 53-T(Ph) 22 | - | - | 58 | 55.6 | - | - | - | - |
| a-5 M 45-M(Vi) 15-Q 40 | 20 | 20 | 10 | 5.0 | - | - | - | 20 |
| a-6 M(Vi) 25-T(Ph) 75-D(Ep) 40 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | - | 2.3 | 3.0 | 2.5 |
| a-7 D(Vi) 4 | - | - | - | 4.5 | - | 0.2 | 1.0 | - |
| a-8 M(Vi) 25-T(Ph) 75 | - | - | - | - | - | 54.7 | - | - |
| a-9 M(Vi)-D 150-M(Vi) | - | - | - | - | 48.4 | - | - | - |
| a-10 M(Vi)-D 530-M(Vi) | - | - | - | - | 22.2 | - | - | - |
| a-11 M(Vi) 11-M 34-Q 55 | - | - | - | - | 22.8 | - | - | - |
| b-1 M(H) 60-T(Ph) 40 | - | - | - | - | - | 2.4 | 10.0 | - |
| b-2 M(H)-Q | 13 | 10 | 6.5 | 3.0 | - | - | - | - |
| b-3 M(H)-D(Ph 2)-M(H) | 11.3 | 15.1 | 13.2 | 19.6 | - | 19.4 | 13.9 | 11.3 |
| b-4 M-D(H) 50-M | - | - | - | - | 3.1 | - | - | 13 |
| c | 0.008 | 0.008 | 0.008 | 0.008 | 0.02 | 0.007 | 0.01 | 0.008 |
| d | 0.1 | 0.1 | 0.5 | 0.3 | 0.02 | - | 0.05 | 0.05 |
| e | 5 | 5 | 5 | 5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 5 |
| a、b和e成分的總量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| H/Vi | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.0 | 1.5 | 1.0 | 1.1 | 1.7 |
| 鉑含量(ppm) | 3 | 3 | 3 | 3 | 10 | 2.5 | 5 | 3 |
| 評價 | ||||||||
| 黏度(mPa·s) | 6000 | 4000 | 12000 | 7000 | 7000 | 13000 | 15000 | Mixture不相溶 |
| 硬度 | D50 | D35 | D50 | D50 | A30 | D30 | D65 | |
| 形狀變化% | 5 | 6 | 8 | 9 | 3 | 15 | 15 | |
| 在60°C下完全固化需要的時間(分) | 30 | 45 | 40 | > 120 | 120 | > 120 | > 120 | |
| 在100°C下完全固化的時間(分) | < 2 | 5 | 4 | 30 | 60 | > 60 | > 60 | |
| 熱收縮率% | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.9 | 0.7 | 3.0 | 3.0 | |
| 透光率%(450 nm) | 98 | 98 | 98 | 95 | 65 | 30 | 60 | |
| 在150°C下老化時的開裂、剝離的發生 | 無 | 無 | 無 | 無 | 有 | 無 | 有 |
由以上結果可知,本發明之固化性有機矽組成物在低溫下在60分鐘以內固化,因此即使在低溫下也能夠顯示出實際應用中有效的固化性。此外,得到的固化物在固化時的形狀變化小、收縮率低,並且能夠顯示出高硬度和透明性。
[產業上的可利用性]
本發明之固化性有機矽組成物即使在低溫下也顯示出實際應用中有效的固化性,固化時的收縮率低,並且能夠在短時間內固化,能夠提供高硬度且透明的固化物,因此在製造半導體封裝時的圓頂狀或片狀密封材料用途中非常有用。
無
無
無
Claims (8)
- 一種固化性有機矽組成物,其包含:(A)每一分子含有至少兩個烯基和至少一個(SiO 4/2)單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷,其中該樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷之黏度在25°C下為50 mPa至1000 mPa的範圍內,且其成分含量基於全部有機聚矽氧烷成分的總質量為1質量%或以上至40質量%或以下; (B)每一分子含有至少兩個矽原子鍵合氫原子和至少一個(SiO 4/2)單元的樹脂狀有機氫聚矽氧烷,其中該樹脂狀有機氫聚矽氧烷之黏度在25°C下為1 mPa至500 mPa的範圍內; (C)氫化矽烷化反應用催化劑; (D)固化反應抑制劑;以及 (E)不含有由(SiO 4/2)表示的矽氧烷單元的樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷,該樹脂狀含烯基有機聚矽氧烷在一分子中含有至少一個芳基。
- 如請求項1所述之固化性有機矽組成物,其中,(C)氫化矽烷化反應用催化劑為鉑類催化劑,相對於固化性有機矽組成物的總質量,含有鉑原子的量為10 ppm以下。
- 如請求項1或2所述之固化性有機矽組成物,其中,(D)固化反應抑制劑的含量相對於固化性有機矽組成物的總質量為200 ppm以上。
- 如請求項1或2所述之固化性有機矽組成物,其中,還包含直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷,該直鏈狀含烯基有機聚矽氧烷在一分子中含有至少一個芳基。
- 如請求項1或2所述之固化性有機矽組成物,其中,還包含直鏈狀有機氫聚矽氧烷,該直鏈狀有機氫聚矽氧烷在一分子中含有至少一個芳基。
- 如請求項1或2所述之固化性有機矽組成物,其中,還包含二氧化矽作為無機填充劑。
- 一種密封材料,其包含如請求項1或2所述之固化性有機矽組成物。
- 一種光半導體裝置,其具備如請求項7所述之密封材料。
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