JP2025023600A - 硬化性シリコーン組成物、接着剤、及び光半導体装置 - Google Patents

硬化性シリコーン組成物、接着剤、及び光半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】熱伝導性フィラーを多量に含有する場合であっても、優れた熱安定性を示す硬化物を形成できる硬化性シリコーン組成物を提供すること。【解決手段】( (A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、(B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、(C)組成物の総質量に対して5質量%以上の、熱伝導性フィラー、(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン、及び(E)硬化用触媒を含む、硬化性シリコーン組成物により、上記課題を解決する。【選択図】なし

Description

本発明は硬化性シリコーン組成物に関し、より具体的には、光半導体用の接着剤に好適に用いられる硬化性シリコーン組成物に関する。また、本発明は、こうした硬化性シリコーン組成物の硬化物からなる接着剤を備える光半導体装置にも関する。
硬化性シリコーン組成物は、硬化して優れた耐熱性、耐寒性、電気絶縁性、耐候性、援水性、透明性を有する硬化物を形成することから、幅広い産業分野で利用されている。特に、その硬化物は、他の有機材料と比較し変色しにくく、また、耐久性等の物理的物性の低下が小さいため、光学材料用、特に発光ダイオード(LED)等の光半導体装置に用いられるシリコーン封止材として広く用いられている。
こうした硬化性シリコーン組成物の硬化物の耐熱性及び/又は耐光性を改善する目的で、セリウム含有オルガノポリシロキサンを添加することは周知である。
例えば、特許文献1には、(A)一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有する、直鎖状のオルガノポリシロキサン、(B)下記平均単位式:(RSiO3/2(R SiO2/2(R SiO1/2(SiO4/2(XO1/2(式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数1~12のアルキル基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、またはこれらの基の水素原子の一部もしくは全部をハロゲン原子で置換した基であり、但し、一分子中の少なくとも2個のRは前記アルケニル基であり、Xは水素原子またはアルキル基であり、aは0~0.3の数であり、bは0または正数であり、cは正数であり、dは正数であり、eは0~0.4の数であり、かつ、a+b+c+d=1であり、c/dは0~10の数であり、b/dは0~0.5の数である。)で表されるオルガノポリシロキサン{(A)成分と(B)成分の質量比が1/99~99/1となる量}、(C)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を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1モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が0.1~10モルとなる量}、(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン{(D)成分中のセリウム原子が、本組成物全質量に対して質量単位で20~2,000ppmとなる量}、および(E)触媒量のヒドロシリル化反応用触媒から少なくともなる硬化性シリコーン組成物が記載されている。
また、特許文献2には、(A)一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、(B)セリウム含有オルガノポリシロキサン、(C)白色顔料、および
(D)硬化用触媒を含む、硬化性白色シリコーン組成物が記載されている。
しかしながら、従来の硬化性シリコーン組成物では、酸化アルミニウム等の熱伝導性フィラーが多量に含まれる場合、熱安定性が低下し、高温でのエージング後の強度が低下してしまうという問題があった。
特表2016-513165号公報 特開2021-88678号公報
本発明の目的は、熱伝導性フィラーを多量に含む場合であっても優れた熱安定性を示す硬化物を形成できる硬化性シリコーン組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、本発明の硬化性シリコーン組成物を含む封止材を提供することにある。また、本発明のさらに別の目的は、本発明の封止材で封止された光半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本件発明者は、鋭意検討した結果、驚くべきことに、熱伝導性フィラーを多量に含有する場合であっても、セリウム含有オルガノポリシロキサンを含む硬化性シリコーン組成物が、優れた熱安定性を示す硬化物を形成できることを見出し、本発明に到達した。
したがって、本発明は、
(A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、
(B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)組成物の総質量に対して5質量%以上の、熱伝導性フィラー、
(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン、及び
(E)硬化用触媒
を含む、硬化性シリコーン組成物に関する。
前記(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンが、MQレジンを含むことが好ましい。
前記(C)熱伝導性フィラーが、金属酸化物であることが好ましい。
前記(C)熱伝導性フィラーが、平均粒径が異なる2種類の熱伝導性フィラーを含むことが好ましい。
前記(D)セリウム含有オルガノポリシロキサンのセリウム原子が、本組成物の全オルガノポリシロキサン成分の総質量に対して1~100ppmとなる量であることが好ましい。
本発明はまた、本発明に係る硬化性シリコーン組成物からなる接着剤にも関する。
本発明はまた、本発明に係る接着剤を備える光半導体装置にも関する。
本発明に係る硬化性シリコーン組成物によれば、所定量の熱伝導性フィラーを含む場合であっても、優れた熱安定性を示すことができる硬化物を形成できる。
[硬化性シリコーン組成物]
本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、
(A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、
(B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)組成物の総質量に対して5質量%以上の、熱伝導性フィラー、
(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン、及び
(E)硬化用触媒
を少なくとも含む。
以下、本発明の硬化性シリコーン組成物の各成分について詳細に説明する。
(A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン
(A)成分は、一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有する硬化性のオルガノポリシロキサンである。本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、1種類の(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含んでもよいし、2種類以上の(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含んでもよい。
(A)成分の分子構造としては、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、分岐鎖状、レジン状、環状、および三次元網状構造が例示される。(A)成分は、これらの分子構造を有する1種のオルガノポリシロキサンであるか、あるいはこれらの分子構造を有する2種以上のオルガノポリシロキサンの混合物であってもよい。本明細書において、レジン状とは、分子構造中に分岐状または三次元網状構造を有することを意味する。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、好ましくは、(A)成分として、レジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含む。また、本発明の硬化性シリコーン組成物は、好ましくは、(A)成分として、直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含む。また、本発明の硬化性シリコーン組成物は、好ましくは、(A)成分として、レジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンと直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンの両方を含む。
(A)成分に含まれるアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等の炭素数が2~12個のアルケニル基が例示され、好ましくは、ビニル基である。
(A)成分に含まれるアルケニル基以外のケイ素原子に結合する基としては、アルケニル基以外のハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基が挙げられ、例えば、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。なお、(A)成分中のケイ素原子には、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の水酸基やメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基を有していてもよい。(A)成分のアルケニル基以外のケイ素原子に結合する基は、好ましくは、炭素原子数1~6のアルキル基、特にメチル基から選択される。
本発明の一実施形態において、(A)成分は、(A-1)成分として、レジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含み得る。(A-1)レジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、好ましくは、
平均単位式(I-a):(R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2(XO1/2
(式(I-a)中、Rは同じかまたは異なるハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、ただし、一分子中、少なくとも2個のRはアルケニル基であり、0≦a<1、0≦b<1、0≦c<0.9、0≦d<0.5、及び0≦e<0.4であり、a+b+c+d=1.0であり、且つ、c+d>0である。eは全ケイ素原子数を1とした場合の(XO)基の数(全ケイ素原子数に対する(XO)基の数の割合)を表す)で表され得る。
上記式(I-a)中のRのハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基としては、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等の炭素数が2~12個のアルケニル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。Rは、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の水酸基やメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基であってもよい。Rは、好ましくは、炭素原子数1~6のアルキル基、特にメチル基、炭素原子数2~6のアルケニル基、特にビニル基から選択される。
上記式(I-a)中のXは水素原子またはアルキル基である。Xのアルキル基としては、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、およびプロピル基が例示される。Xは好ましくは水素原子である。
上記式(I-a)において、aは、好ましくは0.1≦a≦0.8の範囲であり、より好ましくは0.2≦a≦0.7の範囲であり、さらに好ましくは0.3≦a≦0.6の範囲である。上記式(I-a)において、bは、好ましくは0≦b≦0.5の範囲であり、より好ましくは0≦b≦0.3の範囲であり、特に0≦b≦0.1の範囲である。上記式(I-a)において、cは、好ましくは0≦c<05の範囲であり、より好ましくは0≦c≦0.3の範囲であり、特に0≦c≦0.1の範囲である。上記式(I-a)において、dは、好ましくは0.1≦d≦0.8の範囲であり、より好ましくは0.2≦d≦0.7の範囲であり、さらに好ましくは0.3≦d≦0.6の範囲である。上記式(I-a)において、eは、好ましくは0≦e≦0.15の範囲であり、より好ましくは0≦e≦0.1の範囲であり、特に0≦e≦0.05の範囲である。
本発明の好ましい実施形態において、(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、構造中にSiO4/2で表されるシロキサン単位(Q単位)を含む。(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、構造中にSiO2/2で表されるシロキサン単位(D単位)を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。また、(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、構造中にSiO3/2で表されるシロキサン単位(T単位)を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。
本発明の好ましい実施形態において、(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、分子末端にアルケニル基を含有する。(A-1)成分のレジン状オルガノポリシロキサンは、好ましくは、SiO1/2で表されるシロキサン単位(M単位)にアルケニル基を有し、分子鎖側鎖(すなわち、SiO2/2で表されるシロキサン単位(D単位)及びSiO3/2で表されるシロキサン単位(T単位)にアルケニル基を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。
本発明の好ましい実施形態において、(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、MQレジンを含む、またはMQレジンのみからなる。MQレジンは、SiO1/2で表されるシロキサン単位(M単位)及びSiO4/2で表されるシロキサン単位(Q単位)のみからなるオルガノポリシロキサンである。(A-1)成分のMQレジンは、好ましくは以下の平均単位式(I-b)で表され得る。
平均単位式(I-b):(R SiO1/2(SiO4/2(XO1/2
式中、Rは同じかまたは異なるハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、ただし、一分子中、少なくとも2個のRはアルケニル基であり、0<s<1、0<t<1、0≦u<0.4、及びs+t=1.0であり、uは全ケイ素原子数を1とした場合の(XO)基の数(全ケイ素原子数に対する(XO)基の数の割合)を表す。
式(II-b)中のRは、式(II-a)で説明したとおりである。
式(II-b)において、sは、好ましくは0.2≦s≦0.8の範囲であり、より好ましくは0.3≦s≦0.7の範囲であり、さらに好ましくは0.4≦s≦0.6の範囲である。上記式(II-b)において、tは、好ましくは0.2≦t≦0.8の範囲であり、より好ましくは0.3≦t≦0.7の範囲であり、特に0.3≦t≦0.7の範囲である。記式(II-b)において、uは、好ましくは0≦u≦0.3の範囲であり、より好ましくは0≦u≦0.2の範囲であり、特に0≦u≦0.1の範囲である。
(A-1)成分のレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンのケイ素原子結合有機基全体に占めるアルケニル基の含有量は、特に限定されないが、例えば、ケイ素原子結合有機基の合計の3モル%以上、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、また、ケイ素原子結合有機基の合計の40モル%以下、好ましくは30モル%、より好ましくは20モル%以下であり得る。なお、アルケニル基の含有量は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)、核磁気共鳴(NMR)等の分析法、または以下の滴定法によって求めることができる。
滴定法により各成分中のアルケニル基量を定量する方法について説明する。オルガノポリシロキサン成分中のアルケニル基含有量は、ウイス法として一般的に知られる滴定方法により精度よく定量することができる。原理を下記に述べる。まずオルガノポリシロキサン原料中のアルケニル基と一塩化ヨウ素とを式(1)に示すように付加反応させる。次に式(2)に示される反応により、過剰の一塩化ヨウ素をヨウ化カリウムと反応させヨウ素として遊離させる。次に遊離したヨウ素をチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定する。
式(1)CH=CH- + 2ICl → CHI-CHCl- + ICl(過剰)
式(2)ICl+KI → I + KCl
滴定に要したチオ硫酸ナトリウムの量と、別途作成したブランク液との滴定量の差から、成分中のアルケニル基量を定量することができる。
(A-1)成分のMQレジンは、常温(25℃)で固体であり得る。
(A)成分が1種類以上の(A-1)レジン状オルガノポリシロキサンを含む場合、その含有量は、特に限定されないが、好ましくは、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、1質量%以上であり、より好ましくは3質量%以上であり、さらに好ましくは5質量%以上である。また、好ましくは、(A-1)成分の含有量は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、70質量%以下であり、より好ましくは60質量%以下であり、さらに好ましくは50質量%以下である。本明細書において、数値範囲の上限及び下限は、任意に組み合わせて数値範囲を設定することができる。
(A)成分は、(A-2)成分として、直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含んでもよい。(A-2)成分の直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、好ましくは、
平均構造式(I-c):R SiO(R SiO2/2SiR
(式(I-c)中、Rは同じかまたは異なるハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、ただし、一分子中、少なくとも2個のRはアルケニル基であり、mは1~500である)で表され得る。
上記式(I-c)において、Rのハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基は、上記式(I-a)と同じものが適用できる。
上記式(I-c)において、mは、好ましくは2~300であり、より好ましくは5~200であり、さらに好ましくは10~100であり、特に好ましくは15~50である。
このような(A-2)成分としては、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジフェニルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジフェニルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、および分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体が例示される。
本発明の好ましい実施形態において、(A-2)成分の直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、分子鎖両末端にアルケニル基を含有する、分子鎖両末端アルケニル基封鎖直鎖状オルガノポリシロキサンであり得る。(A-2)成分の直鎖状オルガノポリシロキサンは、分子鎖側鎖(すなわち、D単位)にアルケニル基を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。
(A-2)成分の直鎖状オルガノポリシロキサン中に含まれるアルケニル基の含有量(直鎖状オルガノポリシロキサンのケイ素原子結合有機基全体に占めるアルケニル基のモル%)は、所望により設計可能であるが、通常1モル%以上、好ましくは2モル%以上、さらに好ましくは3モル%以上であってよく、また、20モル%以下、好ましくは15モル%以下、より好ましくは10モル%以下であり得る。なお、アルケニル基の含有量は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)、核磁気共鳴(NMR)、及び上記滴定法等の分析によって求めることができる。
(A)成分が(A-2)直鎖状オルガノポリシロキサンを含む場合、その含有量は、特に限定されないが、好ましくは、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、1質量%以上であり、より好ましくは2質量%以上であり、さらに好ましくは3質量%以上である。また、好ましくは、(A-2)成分の含有量は、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。
一実施形態において、(A)成分は、ケイ素原子結合有機基にアリール基を少量で含むか、又は含まない。具体的には、ケイ素原子結合有機基全体に占めるアリール基の量が10モル%以下、5モル%以下、3モル%以下、又は1モル%以下であり得る。
(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンの粘度は、特に限定されないが、例えば、25℃で5mPa・s~5,000mPa・sであり得、好ましくは10mPa・s~500mPa・sであり得る。本明細書において、オルガノポリシロキサン成分の粘度は、JISK7117-1に準拠した回転粘度計で測定できる。
(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンの質量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、例えば、1,000~100,000の範囲内であり、好ましくは1,500~15,000の範囲内である。なお、本明細書において、質量平均分子量はGPCで測定することができる。
(A)成分全体の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、3質量%以上、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以で含まれ得る。また、(A)成分は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、90質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下で含まれ得る。
(B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(B)成分は、ヒドロシリル化硬化反応により、硬化性シリコーン組成物の架橋剤として作用するものであり、一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、1種類の(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサンを含んでもよいし、2種類以上の(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサンを含んでもよい。
(B)成分の分子構造としては、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、分岐鎖状、レジン状、環状、および三次元網状構造が例示される。(B)成分は、これらの分子構造を有する1種のオルガノハイドロジェンポリシロキサンであるか、あるいはこれらの分子構造を有する2種以上のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの混合物であってもよい。好ましくは、本発明の硬化性シリコーン組成物は、(B)成分として直鎖状のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含む。
(B)成分に含まれるケイ素原子結合水素原子以外のケイ素原子に結合する基としては、アルケニル基以外のハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基が挙げられ、例えば、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。なお、(B)成分中のケイ素原子には、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の水酸基やメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基を有していてもよい。(B)成分のケイ素原子結合水素原子以外のケイ素原子に結合する基は、好ましくは、炭素原子数1~6のアルキル基、特にメチル基から選択される。
本発明の一実施形態において、(B)成分は、(B-1)成分として、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンを含んでもよい。(B-1)成分の直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、好ましくは、
平均構造式(II):R SiO(R SiO2/2SiR
(式(II)中、Rは水素原子または同じか若しくは異なるアルケニル基以外のハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、ただし、一分子中、少なくとも2個のRは水素原子であり、nは1~200である)で表され得る。
上記式(II)において、Rのアルケニル基以外のハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基としては、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。Rは、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の水酸基やメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基であってもよい。Rは、好ましくは、水素原子、炭素原子数1~6のアルキル基、特にメチル基から選択される。
上記式(II)において、nは、好ましくは2~150であり、より好ましくは5~100である。
本発明の好ましい実施形態において、(B-1)成分の直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、分子鎖両末端にケイ素原子結合水素原子を含有する。(B-1)成分の直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、M単位にケイ素原子結合水素原子を有し、D単位にはケイ素原子結合水素原子を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。
一実施形態において、(B)成分は、ケイ素原子結合有機基にアリール基を少量で含むか、又は含まない。具体的には、ケイ素原子結合有機基全体に占めるアリール基の量が10モル%以下、5モル%以下、3モル%以下、又は1モル%以下であり得る。
(B)成分の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、1質量%以上で含まれ、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上で含まれ得る。好適な実施形態において、(B)成分は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、30質量%以下で含まれ、好ましくは20質量%以下で含まれ、より好ましくは15質量%以下で含まれ得る。
また、本発明の一実施形態において、(B)成分は、オルガノポリシロキサン成分中に含まれるケイ素原子結合アルケニル基とケイ素原子結合水素原子の比率(H/Ar)が、硬化性シリコーン組成物中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、ケイ素原子結合水素原子が0.5モル以上、好ましくは0.7モル以上、より好ましくは1モル以上、特に1.2モル以上となる量で含まれ、また、例えば、硬化性シリコーン組成物中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、ケイ素原子結合水素原子が5モル以下、好ましくは3モル以下、より好ましくは2.5モル以下、さらに好ましくは2モル以下となる量で含まれ得る。
(C)熱伝導性フィラー
(C)成分の熱伝導性フィラーは、本発明の硬化性シリコーン組成物に所望の熱伝導性を付与するための成分である。本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、1種類の(C)熱伝導性フィラーを含んでもよいし、2種類以上の(C)熱伝導性フィラーを含んでもよい。
(C)成分の例は、純金属、合金、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイド、炭素、軟磁性合金、及びフェライトからなる群から選択することができる。成分(C)は、好ましくは少なくとも1つの粉末及び/又は繊維であり、金属粉末、金属酸化物粉末、金属窒化物粉末、又は炭素粉末が好適である。
純金属の例としては、ビスマス、鉛、スズ、アンチモン、インジウム、カドミウム、亜鉛、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、及び金属ケイ素が挙げられる。合金の例としては、ビスマス、鉛、スズ、アンチモン、インジウム、カドミウム、亜鉛、銀、アルミニウム、鉄、及び金属ケイ素からなる群から選択される2種以上の金属からなる合金が挙げられる。金属酸化物の例としては、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化亜鉛、シリカ、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化クロム、及び酸化チタンが挙げられる。金属水酸化物の例としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、及び水酸化カルシウムが挙げられる。金属窒化物の例としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素が挙げられる。金属炭化物の例としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、及び炭化チタンが挙げられる。金属シリサイドの例としては、マグネシウムシリサイド、チタンシリサイド、ジルコニウムシリサイド、タンタルシリサイド、ニオブシリサイド、クロムシリサイド、タングステンシリサイド、及びモリブデンシリサイドが挙げられる。炭素の例としては、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、活性炭、及びアモルファスカーボンブラックが挙げられる。軟磁性合金の例としては、Fe-Si合金、Fe-Al合金、Fe-Si-Al合金、Fe-Si-Cr合金、Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni-Mo合金、Fe-Co合金、Fe-Si-Al-Cr合金、Fe-Si-B合金、及びFe-Si-Co-B合金が挙げられる。フェライトの例としては、Mn-Znフェライト、Mn-Mg-Znフェライト、Mg-Cu-Znフェライト、Ni-Znフェライト、Ni-Cu-Znフェライト、及びCu-Znフェライトが挙げられる。
(C)成分は、好ましくは金属酸化物から選択され、特に、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化亜鉛、シリカ、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化クロム、及び酸化チタンから選択され得る。
(C)成分の形状は、特に限定されず、例えば、球状、針状、円板状、棒状、及び不定形状が挙げられ、球状であることが好ましい。
(C)成分の1次粒子の平均粒径は、特に限定されないが、0.01~50μmの範囲が好ましく、0.01~20μmの範囲がより好ましく、0.1~5μmの範囲がさらに好ましい。本明細書において、平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(D50)を意味する。
本発明の好ましい実施形態において、(C)成分は、平均粒径が異なる2種類の熱伝導性フィラーを含む。この実施形態において、好ましくは(C)成分は、平均粒径が2μm以下の(C-1)成分と、平均粒径が2μm超の(C-2)成分を組み合わせて含む。平均粒径が小さい方の(C-1)成分の平均粒径の範囲は、好ましくは0.01~1.5μmであり、より好ましくは0.1~1μmである。また、平均粒径が大きい方の(C-2)成分の平均粒径の範囲は、好ましくは2.5~20μmであり、より好ましくは3~5μmである。
(C)成分の熱伝導性フィラーの含有量は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、5質量%以上で含まれる。(C)成分の熱伝導性フィラーは、好ましくは、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、7質量%以上で含まれ、より好ましくは10質量%以上で含まれ得る。また、好適な実施形態において、(C)成分は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、90質量%以下で含まれ、好ましくは80質量%以下で含まれ得る。
別の実施形態において、(C)成分の熱伝導性フィラーの含有量は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、20質量%以上、30質量%以上40質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、又は70質量%以上で含まれ得る。(C)成分は、硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、90質量%以下で含まれ、好ましくは80質量%以下で含まれ得る。
また、(C)成分が粒径の異なる(C-1)成分と(C-2)成分を含む場合が、その成分の含有量の比は、特に限定されないが、通常、(C-2)成分:(C-1)成分の質量比は1:10~10:1の範囲内であり、好ましくは1:5~5:1の範囲内であり、より好ましくは1:3~3:1の範囲内である。また、好ましい実施形態において、(C-2)成分は、(C-1)成分よりも多い量で含まれ、例えば、(C-2)成分:(C-1)成分の質量比は、1~10:1の範囲内であり、好ましくは1.25~5:1の範囲内であり、より好ましくは1.5~3:1の範囲内である。
(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン
本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、(D)成分としてセリウム含有オルガノポリシロキサンを含む。(D)セリウム含有オルガノポリシロキサンは、例えば、塩化セリウムまたはカルボン酸のセリウム塩と、シラノール基含有オルガノポリシロキサンのアルカリ金属塩との反応により調製され得る。そのため、本明細書において、用語「セリウム含有オルガノポリシロキサン」とは、シラノール基含有オルガノポリシロキサンとセリウム塩とを反応することにより得られるものであり、オルガノポリシロキサンのシラノール基とセリウム原子とが化学的に結合したものを意味し得る。
上記のカルボン酸のセリウム塩としては、2-エチルヘキサン酸セリウム、ナフテン酸セリウム、オレイン酸セリウム、ラウリン酸セリウム、およびステアリン酸セリウムが例示される。塩化セリウムとしては、三塩化セリウムが例示される。
また、上記のシラノール基含有オルガノポリシロキサンのアルカリ金属塩としては、分子鎖両末端がシラノール基で封鎖されたジオルガノポリシロキサンのカリウム塩、分子鎖両末端がシラノール基で封鎖されたジオルガノポリシロキサンのナトリウム塩、分子鎖片末端がシラノール基で封鎖され、一方の分子鎖片末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖されたジオルガノポリシロキサンのカリウム塩、および分子鎖片末端がシラノール基で封鎖され、一方の分子鎖片末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖されたジオルガノポリシロキサンのナトリウム塩が例示される。なお、このオルガノポリシロキサン中のケイ素原子に結合する基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、およびドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、およびナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、およびフェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;ならびにこれらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示される。
上記の反応は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、およびブタノール等のアルコール;トルエン、およびキシレン等の芳香族炭化水素;ヘキサン、およびヘプタン等の脂肪族炭化水素;ミネラルスプリット、リグロイン、および石油エーテル等の有機溶媒中で、室温もしくは加熱することにより行われる。また、得られる反応生成物は、必要に応じて有機溶媒や低沸点成分を留去したり、沈析物をろ過することが好ましい。また、この反応を促進するために、ジアルキルホルムアミド、ヘキサアルキルホスホアミド等を添加してもよい。このようにして調製されるセリウム含有オルガノポリシロキサン中のセリウム原子の含有量は、0.1~15質量%の範囲内であるものが好ましい。
(D)成分の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、本組成物の全オルガノポリシロキサン成分の総質量に対して、(D)セリウム含有オルガノポリシロキサンのセリウム原子の含有量が1~100ppmの範囲内となる量であり、より好ましくは、2~50ppmの範囲内となる量である。
(E)硬化用触媒
(E)成分の硬化用触媒は、ヒドロシリル化反応用硬化触媒であり、本発明の硬化性シリコーン組成物の硬化を促進するための触媒である。このような(E)成分としては、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金とオレフィンの錯体、白金と1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンの錯体、白金を担持した粉体等の白金系触媒;テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム、パラジウム黒、トリフェニルフォスフィンとの混合物等のパラジウム系触媒;さらに、ロジウム系触媒が挙げられ、特に、白金系触媒であることが好ましい。
(E)成分の配合量は、触媒量であり、より具体的には、(E)成分として白金系触媒を用いた場合、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に対して、白金原子の量が好ましくは0.01ppm以上であり、より好ましくは0.1ppm以上であり、さらに好ましくは1ppm以上であり、また、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に対して、白金原子の量が好ましくは20ppm以下であり、より好ましくは15ppm以下であり、さらに好ましくは10ppm以下あり、特に好ましくは5ppm以下での量であり得る。
(他のオルガノポリシロキサン成分)
本発明に係る硬化性シリコ-ン組成物成分は、(A)成分及び(B)成分以外のオルガノポリシロキサン成分として、エポキシ基含有オルガノポリシロキサンを含んでもよい。好ましくは、エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、一分子あたり少なくとも1個のエポキシ基と、少なくとも2個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。エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、接着性付与剤として作用し得る。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサンの分子構造としては、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、分岐鎖状、レジン状、環状、および三次元網状構造が例示され、好ましくはレジン状エポキシ基含有オルガノポリシロキサンである。本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、1種類のエポキシ基含有オルガノポリシロキサンを含んでもよいし、2種以上のエポキシ基オルガノポリシロキサンを組み合わせて含んでもよい。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、好ましくは、アルケニル基として、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等の炭素数が2~12個のアルケニル基、好ましくは、ビニル基を含み、また、エポキシ基含有有機基として、例えば、2-グリシドキシエチル基、3-グリシドキシプロピル基、4-グリシドキシブチル基等のグリシドキシアルキル基;2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-エチル基、3-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-プロピル基等のエポキシシクロアルキルアルキル基;3,4-エポキシブチル基、7,8-エポキシオクチル基等のエポキシアルキル基が例示され、好ましくは、グリシドキシアルキル基であり、特に好ましくは、3-グリシドキシプロピル基を含み得る。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサンのアルケニル基及びエポキシ基含有有機基以外のケイ素原子に結合する基としては、アルケニル基及びエポキシ基含有有機基以外のハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基が挙げられ、例えば、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等の炭素数が7~20個のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基が例示され、好ましくは、1~12個のアルキル基、特にメチル基である。
レジン状エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、好ましくは、以下の平均単位式(III):(R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2(XO1/2
{式(III)中、Rは各々独立に、ハロゲン置換または非置換の一価の炭化水素基であり、ただし、少なくとも2個のRはアルケニル基であり、また、少なくとも1個のRはエポキシ基含有有機基であり、Xは水素原子またはアルキル基であり、0≦f<1、0<g<1、0≦h<0.9、0≦i<0.5、及び0≦j<0.4であり、f+g+h+i=1.0、h+i>0である。jは全ケイ素原子数を1とした場合の(XO)基の数(全ケイ素原子数に対する(XO)基の数の割合)を表す}。
上記式(III)において、Rのハロゲン置換または非置換の一価の炭化水素基としては、上述したアルケニル基、エポキシ基含有有機基、及びこれら以外の一価炭化水素基が挙げられる。また、記式(III)中のXは水素原子またはアルキル基である。Xのアルキル基としては、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、およびプロピル基が例示される。
上記式(III)において、fは、好ましくは0≦f≦0.5の範囲であり、より好ましくは0≦f≦0.3の範囲であり、さらに好ましくは0≦f≦0.1の範囲である。上記式(III)において、gは、好ましくは0.1≦g≦0.7の範囲であり、より好ましくは0.2≦g≦0.6の範囲であり、特に0.3≦g≦0.5の範囲である。上記式(III)において、hは、好ましくは0.2≦h≦0.8の範囲であり、より好ましくは0.3≦h≦0.7の範囲であり、特に0.4≦h≦0.65の範囲である。上記式(III)において、iは、好ましくは0≦i≦0.4の範囲であり、より好ましくは0≦i≦0.25の範囲であり、特に0≦i≦0.1の範囲である。上記式(III)において、jは、好ましくは0≦j≦0.3の範囲であり、より好ましくは0≦j≦0.2の範囲であり、特に0≦j≦0.1の範囲である。
本発明の好ましい実施形態において、レジン状エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、上記式(III)において、hは0よりも大きく、すなわち、SiO3/2で表されるシロキサン単位(T単位)を含む。エポキシ基含有レジン状オルガノポリシロキサンは、SiO4/2で表されるシロキサン単位(Q単位)を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。また、エポキシ基含有レジン状オルガノポリシロキサンは、SiO1/2で表されるシロキサン単位(M単位)を含んでも含まなくてもよいが、好ましくは含まない。
本発明の好ましい実施形態において、エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、分子側鎖のペンダント基としてエポキシ基含有有機基を有する。エポキシ基含有オルガノポリシロキサンは、好ましくは、SiO3/2で表されるシロキサン単位(T単位))にエポキシ基含有有機基を有する。
好ましい実施形態において、エポキシ基含有オルガノポリシロキサン中のケイ素原子結合有機基全体に占めるアルケニル基の量は、特に限定されないが、1モル%以上が好ましく、より好ましくは3モル%以上であり、さらに好ましくは5モル%以上であり、また、例えば30モル%以下であり、好ましくは20モル%以下であり、より好ましくは15モル%以下であり得る。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサン中のケイ素原子結合有機基全体に占めるエポキシ基含有有機基の量は、特に限定されないが、5モル%以上が好ましく、より好ましくは10モル%以上であり、さらに好ましくは20モル%以上であり、また、例えば60モル%以下であり、好ましくは50モル%以下である。なお、エポキシ基含有有機基の量は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)、核磁気共鳴(NMR)等の分析によって求めることができる。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサンの質量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1,000~10,000の範囲内であり得る。なお、本明細書において、質量平均分子量はGPCで測定することができる。
エポキシ基含有オルガノポリシロキサンの含有量は、特に限定されないが、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上で含まれ、また、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下で含まれ得る。
また、他のオルガノポリシロキサン成分として硬化性シリコーン組成物は、シリコーン反応性希釈剤として、一分子当たり少なくとも2つのアルケニル基を有する環状オルガノポリシロキサンを含んでもよい。こうした環状オルガノポリシロキサンは、好ましくは、
平均構造式(IV):(R SiO)
(式(IV)中、Rは同じかまたは異なるハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、ただし、一分子中、少なくとも2個のRはアルケニル基であり、nは4~15であり、好ましくは4~10であり、さらに好ましくは4~8である。)で表され得る。
上記式(IV)において、Rのハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基は、好ましくは、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等の炭素数が1~12個のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数が6~20個のアリール基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等の炭素数が2~12個のアルケニル基;これらの基の水素原子の一部または全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換した基から選択される。Rは、好ましくは、炭素原子数1~6のアルキル基、特にメチル基、炭素原子数2~6のアルケニル基、特にビニル基から選択される。
環状オルガノポリシロキサンの含有量は、特に限定されないが、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上で含まれ、また、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下で含まれ得る。
(他の成分)
本発明の硬化性シリコーン組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で任意成分を配合することができる。この任意成分としては、例えば、アセチレン化合物、有機リン化合物、ビニル基含有シロキサン化合物、(C)成分以外の無機充填材、例えば、粉砕石英、シリカ、炭酸マグネシウム、ケイ藻土等の無機充填材、こうした無機充填材の表面を有機ケイ素化合物により疎水処理してなる無機充填材、表面処理剤、ヒドロシリル化反応抑制剤、粘着性付与剤、耐熱性付与剤、耐寒性付与剤、難燃性付与剤、チクソ性付与剤、蛍光体、溶剤等が挙げられる。こうした任意成分の添加量は、通常、本組成物全体の0.001~20質量%である。
無機充填材のうち、シリカとしては、例えば、フュームドシリカ、乾式シリカ、湿式シリカ、結晶性シリカ、沈降性シリカ等が挙げられる。また、シリカは、オルガノアルコキシシラン化合物、オルガノクロロシラン化合物、オルガノシラザン化合物、低分子量シロキサン化合物等の有機ケイ素化合物若しくはシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等で表面疎水化処理されていてもよい。
ヒドロシリル化反応抑制剤は、硬化性シリコーン組成物のヒドロシリル化反応を抑制するための成分である。こうした硬化反応抑制剤としては、例えば、2-メチル-3-ブチン-2-オール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、2-フェニル-3-ブチン-2-オール、1-エチニル-1-シクロヘキサノール、1-エチニル-2-シクロヘキサノール等のアルキンアルコール;3-メチル-3-ペンテン-1-イン、3,5-ジメチル-3-ヘキセン-1-イン等のエンイン化合物;テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン、テトラメチルテトラヘキセニルシクロテトラシロキサン等のアルケニル基含有低分子量シロキサン;メチル-トリス(1,1-ジメチルプロピニルオキシ)シラン、ビニル-トリス(1,1-ジメチルプロピニルオキシ)シラン、メチル-トリス-(3-メチル-1-ブチン-3-オキシ)シラン等のアルキニルオキシシランが例示される。好ましくは、ヒドロシリル化反応抑制剤は、アルキンアルコール時から選択され、特に好ましくは1-エチニル-1-シクロヘキサノールである。反応抑制剤の添加量は、通常、本組成物全体の0.001~5質量%である。
本発明の一実施形態において、硬化性シリコーン組成物は異なる2種類以上の硬化反応抑制剤を含む。好適な実施形態において、硬化性シリコーン組成物は、硬化反応抑制剤として、少なくとも1種のアルキンアルコールと少なくとも1種のアルキニルオキシシランを組み合わせて含む。
表面処理剤は、フィラー、特に(C)成分の熱伝導性フィラーのための表面処理剤であり、その種類は特に限定されないが、例えば、オルガノシラザン類、オルガノシクロシロキサン類、オルガノクロロシラン類、オルガノアルコキシシラン類、アルコキシシリルアルキル基含有オルガノポリシロキサン、低分子量の直鎖状シロキサン類、有機化合物などが挙げられ、ここで、有機化合物としては、例えば、多価アルコール、アルカノールアミン又はその誘導体、有機シロキサン等の有機ケイ素化合物、高級脂肪酸又はその金属塩、有機金属化合物、有機金属錯体、フッ素系有機化合物、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、及び非イオン性界面活性剤等が挙げられる。
表面処理剤としてのアルコキシシリルアルキル基含有オルガノポリシロキサンは、例えば、以下の式で:(RO)Si-(CH-(R SiO)-R
(式中、R及びRは、それぞれ独立に、C1~4のアルキル基、特にメチル基であり、Rは、C1~10アルキル基、好ましくはC2~6アルキル基であり、pは、3~12、好ましくは4~10であり、qは、50~150、好ましくは75~95である)で表され得る。
表面処理剤の含有量は、特に限定されないが、通常、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上で含まれ、また、本発明の硬化性シリコーン組成物の総質量に基づいて、10質量%以下、より好ましくは5質量%以下で含まれ得る。
本発明の好適な一実施形態において、硬化性シリコーン組成物は、硬化して優れた熱伝導率を有する硬化物を形成できる。例えば、好ましい実施形態において、硬化性シリコーン組成物の硬化物の熱伝導率は、0.5(W/(m・K))以上であり、より好ましくは1.0(W/(m・K))以上である。熱伝導率の上限は特に限定されないが、通常、3.0(W/(m・K))未満である。熱伝導率は、例えば、ホットディスクを用いて測定できる。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、各成分を混合することにより調製できる。各成分の混合方法は、従来公知の方法でよく特に限定されないが、例えば、混合装置を用いた混合により調製できる。こうした混合装置としては特に限定がなく、一軸または二軸の連続混合機、二本ロール、ロスミキサー、ホバートミキサー、デンタルミキサー、プラネタリミキサー、ニーダーミキサー、ヘンシェルミキサー等が例示される。
[接着剤]
本発明は、本発明の硬化性シリコーン組成物からなる接着剤にも関する。好ましくは、本発明に係る接着剤は、熱伝導性接着剤として用いられ得る。好ましくは、本発明に係る接着剤は、光半導体素子等のダイボンディング用性接着剤として用いられ得る。発明の接着剤の形状は、特に限定されないが、好ましくはシート状である。本発明の接着剤により接着される半導体は特に限定されず、例えば、SiC、GaN等の半導体、特にパワー半導体または発光ダイオードなどの光半導体が挙げられる。
[光半導体装置]
本発明はまた、本発明の接着剤を備える光半導体装置にも関する。光半導体装置に含まれる光半導体素子としては、発光ダイオード(LED)、半導体レーザ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、固体撮像、フォトカプラー用発光体と受光体が例示され、特に、発光ダイオード(LED)であることが好ましい。
発光ダイオード(LED)は、光半導体素子の上下左右から発光が起きるので、発光ダイオード(LED)を構成する部品は、光を吸収するものは好ましくなく、光透過率が高いか、反射率の高い材料が好ましい。そのため、光半導体素子が搭載される基板も、光透過率が高いか、反射率の高い材料が好ましい。こうした光半導体素子が搭載される基板としては、例えば、銀、金、及び銅等の導電性金属;アルミニウム、及びニッケル等の非導電性の金属;PPA、及びLCP等の白色顔料を混合した熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、BT樹脂、ポリイミド樹脂、及びシリコーン樹脂等の白色顔料を含有する熱硬化性樹脂;アルミナ、及び窒化アルミナ等のセラミックスが例示される。
以下に本発明の具体的な実施態様を示す。
態様1:(A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、
(B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)組成物の総質量に対して5質量%以上の、熱伝導性フィラー、
(D)セリウム含有オルガノポリシロキサン、及び
(E)硬化用触媒
を含む、硬化性シリコーン組成物。
態様2:前記(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンが、MQレジンを含む、態様1に記載の硬化性シリコーン組成物。
態様3:前記(C)熱伝導性フィラーが、金属酸化物である、態様1又は2に記載の硬化性シリコーン組成物。
態様4:前記(C)熱伝導性フィラーが、平均粒径が異なる2種類の熱伝導性フィラーを含む、請求項1~3のいずれかに記載の硬化性シリコーン組成物。
態様5:前記(D)セリウム含有オルガノポリシロキサンのセリウム原子が、本組成物の全オルガノポリシロキサン成分の総質量に対して1~100ppmとなる量である、請求項1~4のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物。
態様6:態様1~5のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物を含む、接着剤。
態様7:態様6に記載の接着剤を備える、光半導体装置。
本発明の硬化性シリコーン組成物を以下の実施例および比較例により詳細に説明する。
各成分を表に示す組成(質量部)で混合し、硬化性シリコーン組成物を調製した。なお、以下でMeはメチル基を表し、Viはビニル基を表し、Epは3-グリシドキシプロピル基を表す。また、表中にはオルガノポリシロキサン成分の構造を簡略化して示しており、括弧内はM、D、又はT単位中のMe以外の有機基を示している。また、H/Viは、オルガノポリシロキサン成分中のケイ素原子結合水素原子(H)とビニル基(Vi)とのモル比を示している。また、本願明細書において、(SiOx/2)で表されるシロキサン単位(xは1~4の整数である)を含む化学式を「単位式」と示しており、「構造式」は、こうしたシロキサン単位を含まない化学式を示している。また、表中の成分dの含有量は、全オルガノポリシロキサン成分に占める、d成分のセリウム原子の含有量(ppm)を示している。
成分a-1:平均単位式 (MeSiO1/240.9(ViMeSiO1/27.1(SiO4/252(OH)4.9で表されるレジン状アルケニル基含有オルガノポリシロキサン(25℃で固体、質量平均分子量(Mw):5,100)
成分a-2:平均構造式 ViMeSiO(MSiO)46SiMeViで表される、直鎖状アルケニル基含有オルガノポリシロキサン
成分b:平均構造式 MeSiO(MeHSiO)50SiMeで表される、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン
成分c-1:酸化アルミニウム(平均粒子径:3.4μm)
成分c-2:酸化アルミニウム(平均粒子径:0.5μm)
成分d:セリウムの含有率が1.4質量%であるセリウム含有ジメチルポリシロキサン
成分e:白金濃度が3.0質量%である白金とジビニルテトラメチルジシロキサンの錯体
成分f-1:1‐エチニル‐2‐シクロヘキサノール
成分f-2:メチル-トリス-(3-メチル-1-ブチン-3-オキシ)シラン
成分g:平均構造式 (ViMeSiO)で表される、環状アルケニル基含有オルガノポリシロキサン
成分h:分子両末端シラノール基封鎖メチルビニルシロキサンオリゴマーと3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの縮合反応生成物(質量平均分子量(Mw):1280、25℃での粘度:22.5mm/s)
成分i:ヒュームドシリカ(ヘキサメチルジシラザン及びトリメチルシランによる表面処理)
成分j:アルコキシシリルアルキル基含有オルガノポリシロキサンである表面処理剤
[ダイシェア強度]
25mm×75mmのアルミナ板を基板として用い、5枚の5mm×5mm×1mmのアルミナチップをボンディングチップとして用いた。各チップに対して、0.0080g±0.0005gの硬化性シリコーン組成物を塗布し、ここにチップを載置させた後、150℃で2時間硬化させて、各チップを基板に接着させた。ボンドテスター(型番:SS-30WD、テストモード:PH50プッシュ、速度:0.120mm/秒)を用いてダイシェア強度を測定した。また、試験サンプルを200℃で1000時間エージングさせ、同様にダイシェア強度を測定した。エージング前後のダイシェア強度の結果を以下に示す。
[熱伝導率]
硬化性シリコーン組成物を150℃の温度で、20MPaの圧力下で15分間、大気圧化で105分間保持して硬化させ、高さ1cm、直径2.1cmの円柱形の硬化物のサンプルを得た。このサンプルをホットディスク(京都電子社製、型番:TPS 500s)を用いて熱伝導率(W/(m・K))を測定した。結果を以下の表に示す。
[重量減量]
硬化性シリコーン組成物を150℃の温度で、20MPaの圧力下で15分間、大気圧化で105分間保持して硬化させ、1cm×5cm×2mmの板状の硬化物サンプルを得た。このサンプルを200℃でエージングし、500時間及び1000時間後の重量を測定し、以下の計算式により重量減量(%)を計算した。
(初期重量‐エージング後の重量)/初期重量×100
表1の結果から分かるとおり、本発明の熱伝導性フィラーを含有する硬化性シリコーン組成物は、高温でのエージング後であっても、優れた強度を維持でき、優れた熱安定性を示した。また、表2の結果から分かるとおり、熱伝導性フィラーを高含有量で含む本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、高い熱伝導率を示すことができた。さらに、表3の結果から分かるとおり、本発明に係る硬化性シリコーン組成物は、高温での1000時間のエージング後であっても重量減量が約1%と少なく、エージング後であってもその化学構造を維持できることが分かった。

Claims (7)

  1. (A)一分子当たり少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、
    (B)一分子当たり少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
    (C)組成物の総質量に対して5質量%以上の、熱伝導性フィラー、
    (D)セリウム含有オルガノポリシロキサン、及び
    (E)硬化用触媒
    を含む、硬化性シリコーン組成物。
  2. 前記(A)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンが、MQレジンを含む、請求項1に記載の硬化性シリコーン組成物。
  3. 前記(C)熱伝導性フィラーが、金属酸化物である、請求項1又は2に記載の硬化性シリコーン組成物。
  4. 前記(C)熱伝導性フィラーが、平均粒径が異なる2種類の熱伝導性フィラーを含む、請求項1に記載の硬化性シリコーン組成物。
  5. 前記(D)セリウム含有オルガノポリシロキサンのセリウム原子の含有量が、本組成物の全オルガノポリシロキサン成分の総質量に対して1~100ppmとなる量である、請求項1に記載の硬化性シリコーン組成物。
  6. 請求項1~5のいずれか一項に記載の硬化性シリコーン組成物を含む、接着剤。
  7. 請求項6に記載の接着剤を備える、光半導体装置。
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