ОТВЕРЖДАЕМАЯ ОРГАНОПОЛИСИЛОКСАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ И ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО
CURABLE ORGANOPOLYSILOXANE COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR DEVICE

Область техники
Данное изобретение относится к отверждаемой органополисилоксановой композиции и к полупроводниковому устройству, в котором используют эту композицию.
Уровень техники
Отверждаемые органополисилоксановые композиции, которые можно отвердить посредством реакции гидросилилирования, применяют в качестве защитных или покрывающих агентов в производстве полупроводниковых компонентов оптических полупроводниковых устройств, таких как оптроны, фотодиоды, твердофазные изображающие элементы и т.д. Поскольку свет, принимаемый оптическими элементами или излучаемый этими элементами, проходит через слои вышеупомянутых защитных или покрывающих агентов, необходимо, чтобы они не поглощали и не рассеивали свет.
В качестве примера отверждаемой органополисилоксановой композиции, которая после отверждения посредством реакции гидросилилирования образует отвержденный продукт, обладающий высоким коэффициентом пропускания и показателем преломления, можно привести, например, отверждаемую органополисилоксановую композицию, включающую:  органополисилоксан, который содержит в одной молекуле по меньшей мере две алкенильные группы и по меньшей мере 20% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме арильных групп; органополисилоксан, который содержит связанные с кремнием атомы водорода; органополисилоксан, который содержит в одной молекуле по меньшей мере 5% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме алкенильных групп, по меньшей мере 5% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме арильных групп, по меньшей мере 5% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме алкокси-групп, и по меньшей мере 5% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме эпоксидных органических групп; а также катализатор гидросилилирования (см. японскую патентную заявку 2007-327019, которую упоминают в тексте данного описания как "Kokai"). Другим примером является отверждаемая органополисилоксановая композиция, включающая: органополисилоксан, который содержит в одной молекуле по меньшей мере 0,5% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме алкенильных групп и по меньшей мере 25% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп в форме арильных групп; органополисилоксан, который содержит в одной молекуле в среднем по меньшей мере две связанные с кремнем арильные группы и в среднем по меньшей мере два связанные с кремнием атома водорода, а также катализатор гидросилилирования (см. Kokai 2008-1828).
Однако вышеупомянутые отверждаемые органополисилоксановые композиции дают отвержденные продукты, которые обладают низким оптическим коэффициентом пропускания, и, кроме того, легко отслаиваются от подложек, поскольку они обладают низким сцеплением с поверхностями подложек.
Цель данного изобретения - предложить отверждаемую органополисилоксановую композицию, которая дает отвержденный объем, обладающий высоким показателем преломления, высоким оптическим коэффициентом пропускания и хорошим сцеплением с подложками. В изобретении также предложено полупроводниковое устройство, которое обладает полупроводниковыми компонентами с превосходной надежностью благодаря тому, что на них нанесен отвержденный материал из вышеупомянутой композиции.
Сущность изобретения
Отверждаемая органополисилоксановая композиция по данному изобретению содержит:
(A) органополисилоксан следующей усредненной структурной формулы:
1
a
(4-a)/2
R SiO
1
1
1
(в которой R обозначает незамещенные или замещенные галогеном одновалентные углеводородные группы; однако, в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой алкенильные группы, и по меньшей мере 30% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы, и «а» является числом в диапазоне от 0,6 до 2,1);
(B) органополисилоксан, который содержит в одной молекуле по меньшей мере два связанных с кремнием атома водорода, и по меньшей мере 15% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп находятся в форме арильных групп;
(C) органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
2
2
2
3/2
b
2
2/2
c
3
1/2
d
4/2
e
1/2
f
(RSiO)(R SiO)(R SiO)(SiO)(XO)
2
2
2
2
(в которой каждый R независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу, арильную группу или эпокси-содержащую органическую группу; однако, в одной молекуле по меньшей мере 5% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой алкенильные группы; по меньшей мере 15% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы; и по меньшей мере 10% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой эпокси-содержащие органические группы; X обозначает атом водорода или алкильную группу; и «b» представляет собой положительное число; «с» представляет собой 0 или положительное число; «а» представляет собой 0 или положительное число; «e» представляет собой 0 или положительное число; «f» представляет собой 0 или положительное число; «с/b» представляет собой число в диапазоне от 0 до 10, «d/b» представляет собой число в диапазоне от 0 до 5, «e/(b+c+d+e)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,3 и «f/(b+c+d+e)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,02; и
(D) катализатор гидросилилирования;
при этом компонент (B) применяют в таком количестве, что мольное соотношение связанных с кремнием атомов водорода, содержащихся в компоненте (B), и алкенильных групп, содержащихся в компонентах (A) и (C), находится в диапазоне от 0,1 до 5;
компонент (C) содержится в количестве от 0,1 до 20 массовых частей на 100 массовых частей суммарного содержания компонентов (A) и (B); и
компонент (D) содержится в количестве, достаточном для ускорения отверждения композиции.
В композиции по данному изобретению компонент (A) представляет собой органополисилоксан с линейной цепью следующей общей формулы:
1
1
1
3
2
m
4
R SiO(R SiO)SiO
1
1
1
(в которой R независимо обозначает незамещенную или замещенную галогеном одновалентную углеводородную группу; однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой алкенильные группы, и по меньшей мере 30% мольн. всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы; и «m» представляет собой целое число в диапазоне от 5 до 1000); и/или органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
1
1
1
2
3/2
g
2
2/2
h
3
1/2
i
4/2
j
1/2
k
(R SiO)(R SiO)(R SiO)(SiO)(XO)
1
1
1
(в которой R является таким же, как определено выше; однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой алкенильные группы, и по меньшей мере 30% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы; и «g» представляет собой положительное число, «h» представляет собой 0 или положительное число, «i» представляет собой 0 или положительное число, «j» представляет собой 0 или положительное число, «R» представляет собой 0 или положительное число, «h/g» представляет собой число в диапазоне от 0 до 10, «i/g» представляет собой число в диапазоне от 0 до 5, «j/(g+h+i+j)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,3 и «k/(g+h+i+j)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,4).
В вышеупомянутой отверждаемой органополисилоксановой композиции компонент (B) представляет собой органополисилоксан с линейной цепью, представленный следующей общей формулой:
3
3
3
3
2
n
3
R SiO(R SiO)SiR
3
3
3
(в которой R независимо представляет собой атом водорода или незамещенную или замещенную галогеном одновалентную углеводородную группу; однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой атомы водорода, и по меньшей мере 15% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы; и «n» представляет собой целое число в диапазоне от 5 до 1000); и/или органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
3
3
3
3/2
p
2
2/2
q
3
1/2
r
4/2
s
1/2
t
(RSiO)(R SiO)(R SiO)(SiO)(XO)
3
3
3
(в которой R является таким же. как это определено выше; однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой атомы водорода, и по меньшей мере 15% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой арильные группы; и «р» представляет собой положительное число, «q» представляет собой 0 или положительное число, «r» представляет собой 0 или положительное число, «s» представляет собой 0 или положительное число, «t» представляет собой 0 или положительное число; «q/p» представляет собой число в диапазоне от 0 до 10, «r/p» представляет собой число в диапазоне от 0 до 5, «s/(p+q+r+s)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,3, и «t/(p+q+r+s)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,4).
Среднемассовая молекулярная масса компонента (C) может составлять по меньшей мере 2000.
В вышеприведенной отверждаемой органополисилоксановой композиции показатель преломления (при 25°C) для видимого света (589 нм) может быть равен 1,5 или более.
Кроме того, продукт, полученный при отверждении композиции, может иметь коэффициент пропускания (при 25°C) равный 80% или более.
Полупроводниковое устройство по данному изобретению содержит полупроводниковый компонент, включающий отвержденный продукт из вышеупомянутой отверждаемой органополисилоксановой композиции. Полупроводниковый компонент может включать светоиспускающий элемент.
Эффекты изобретения
Отверждаемая органополисилоксановая композиция по данному изобретению дает отвержденный материал, обладающий высоким показателем преломления, высоким оптическим коэффициентом пропускания и хорошим сцеплением с подложками. Полупроводниковое устройство по данному изобретению имеет полупроводниковые компоненты с превосходной надежностью благодаря тому, что они покрыты отвержденным объемом из вышеупомянутой композиции.
Краткое описание графических материалов
Фиг.1 представляет собой вид в сечении светодиода, изготовленного в соответствии с одним из примеров реализации полупроводникового устройства по данному изобретению.
Цифровые сноски, используемые в этом описании:
1 корпус из полифталамидной (ПФА) смолы
2 микросхема светодиода
3 внутренний вывод
4 соединяющие провода
5 отвержденный продукт из отверждаемой органополисилоксановой композиции
Подробное описание изобретения
Последующее представляет собой более подробное описание отверждаемой органополисилоксановой композиции по данному изобретению.
Компонент (A) представляет собой один из основных компонентов композиции. Данный компонент представлен следующей усредненной структурной формулой:
1
a
(4-a)/2
R SiO
1
1
В вышеприведенной формуле R обозначает незамещенные или замещенные галогеном углеводородные группы, примерами которых могут быть метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил или подобная алкильная группа; винил, аллил, бутенил, пентенил, гексенил или подобная алкенильная группа; фенил, толил, ксилил, нафтил или подобная арильная группа; бензил, фенэтил или подобная аралкильная группа; и 3-хлорпропил, 3,3,3-трифторпропил или подобная замещенная галогеном алкильная группа. Однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, представляют собой алкенильные группы. Наиболее предпочтительными из алкенильных групп являются винильные группы. Кроме того, для снижения затухания света при прохождении его через отвержденный продукт, которое может быть вызвано преломлением, отражением, рассеянием и т.д., рекомендуют, чтобы в одной молекуле по меньшей мере 30% мольн., предпочтительно по меньшей мере 40% мольн. групп, представленных R, представляли собой арильную группу, в частности, фенильные группы. В вышеприведенной формуле «а» представляет собой число в диапазоне от 0,6 до 2,1. Компонент (A) может обладать линейной, разветвленной или циклической молекулярной структурой. Молекулярная структура может быть одного типа или комбинацией двух или более типов.
Компонент (A) также может включать органополисилоксан с линейной цепью, имеющий следующую общую формулу:
1
1
1
3
2
m
3
R SiO(R SiO)SiR
и/или органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
1
1
1
2
3/2
g
2
2/2
h
3
1/2
i
4/2
j
1/2
k
(R SiO)(R SiO)(R SiO)(SiO)(XO)
1
1
1
В вышеприведенных формулах R независимо обозначает незамещенные или замещенные галогеном одновалентные углеводородные группы, которые являются такими, как это определено выше. Однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные как R, являются алкенильными группами. Наиболее предпочтительными из алкенильных групп являются винильные группы. Для снижения затухания света при прохождении его через отвержденный продукт, которое может быть вызвано преломлением, отражением, рассеянием и т.д., рекомендуют, чтобы в одной молекуле по меньшей мере 30% мольн., предпочтительно по меньшей мере 40% мольн. групп, представленных R, представляли собой арильную группу, в частности, фенильные группы. В вышеприведенной формуле «m» представляет собой число в диапазоне от 5 до 1000; «g» представляет собой положительное число; «h» представляет собой 0 или положительное число; «i» представляет собой 0 или положительное число; «j» представляет собой 0 или положительное число; «k» представляет собой 0 или положительное число; «П/д» представляет собой число в диапазоне от 0 до 10, «i/g» представляет собой число в диапазоне от 0 до 5, «j/(g+h+i+j)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,3, и «k/(g+h+i+j) представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,4.
Компонент (B), который в композиции является сшивающим агентом, включает органополисилоксан, который содержит в одной молекуле по меньшей мере два связанных с кремнием атома водорода. Связанные с кремнием органические группы, которые содержатся в компоненте (В), представлены метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил или подобными алкильными группами; фенил, толил, ксилил, нафтил или подобными арильными группами; бензил, фенэтил или подобными аралкильными группами; и 3-хлорпропил, 3,3,3-трифторпропил или подобными галогенированными алкильными группами. Для снижения затухания света при его прохождении через отвержденный продукт, которое может быть вызвано преломлением, отражением, рассеянием и т.д. рекомендуют, чтобы в одной молекуле этого компонента по меньшей мере 15% мольн., предпочтительно по меньшей мере 25% мольн. от всех связанных с кремнием органических групп, составляла арильная группа. Компонент (B) может иметь линейную, разветвленную или циклическую молекулярную структуру. Молекулярная структура может быть одного типа, или представлять собой комбинацию двух или более типов.
Компонент (B) может также включать органополисилоксан с линейной цепью, представленный следующей общей формулой:
3
3
3
3
2
n
3
R SiO(R SiO)SiR
и/или органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
3
3
3
3/2
p
2
2/2
q
3
1/2
r
4/2
s
1/2
t
(RSiO)(R SiO)(R SO)(SiO)(XO)
3
3
3
3
В этих формулах R независимо обозначает атомы водорода, или незамещенные или замещенные галогеном одновалентные углеводородные группы. В качестве примера одновалентных углеводородных групп, обозначенных R, можно назвать метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил или подобные алкильные группы; фенил, толил, ксилил, нафтил или подобные арильные группы; бензил, фенэтил или подобные аралкильные группы; и 3-хлорпропил, 3,3,3-трифторпропил или подобные галогенированные алкильные группы. Однако в одной молекуле по меньшей мере две группы, обозначенные R, должны быть образованы атомами водорода. Кроме того, для снижения затухания света при прохождении его через отвержденный продукт, которое может быть вызвано преломлением, отражением, рассеянием и т.д., рекомендуют, чтобы в одной молекуле этого компонента по меньшей мере 15% мольн., предпочтительно по меньшей мере 40% мольн. групп, представленных R, были арильными группами. Предпочтительными арильными группами являются фенильные группы. В этих формулах «n» представляет собой целое число в диапазоне от 5 до 1000, «p» представляет собой положительное число, «q» представляет собой 0 или положительное число, «r» представляет собой 0 или положительное число, «s» представляет собой 0 или положительное число, «t» представляет собой 0 или положительное число, «q/p» находится в диапазоне от 0 до 10, «r/p» находится в диапазоне от 0 до 5, «s/(p+q+r+s)» находится в диапазоне от 0 до 3 и «t/(p+q+r+s)» находится в диапазоне от 0 до 0,4.
Компонент (С) используют для улучшения сцепления композиции с подложками. Этот компонент представляет собой органополисилоксан с разветвленной цепью, имеющий следующую усредненную формулу блока:
2
2
2
3/2
b
2
2/2
c
3
1/2
d
4/2
e
1/2
f
(RSiO)(R SiO)(R SiO)(SiO)(XO)
2
2
2
2
2
2
2
2
В этой формуле R независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу, арильную группу или эпокси-содержащую органическую группу. В качестве алкильной группы, конкретным примером R может быть метильная, этильная, пропильная, бутильная, пентильная, гексильная или гептильная группа; из них предпочтительной является метильная группа. В качестве алкенильной группы, примером R может быть винильная, аллильная, бутенильная, пентенильная или гексенильная группа; из них предпочтительной является винильная группа. В качестве конкретныхпримеров арильных групп, представленных R, можно привести фенильную, толильную, ксилильную и нафтильную группы; из них предпочтительными являются фенильные группы. Конкретными примерами эпокси-содержащих органических групп, обозначенных R, могут быть группы 3-глицидоксипропила, 3,4-эпоксициклогексилэтила, 3,4-эпоксибутила или 5,6-эпоксигексила; из них предпочтительной является группа 3-глицидоксипропила. Однако в одной молекуле по меньшей мере 5% мольн., предпочтительно по меньшей мере 8% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой алкенильные группы. Кроме того, в одной молекуле по меньшей мере 15% мольн., предпочтительно 25% мольн., от всех групп, обозначенных R, являются арильными группами. Кроме того, в одной молекуле по меньшей мере 10% мольн., предпочтительно по меньшей мере 20% мольн. от всех групп, обозначенных R, представляют собой эпокси-содержащие органические группы. В вышеупомянутой формуле X обозначает атом водорода или алкильную группу. Алкильными группами, обозначенными X, могут быть метильные, этильные, пропильные, бутильные, пентильные, гексильные или гептильные группы; из них предпочтительными являются метильные группы. В вышеприведенной формуле «b» представляет собой положительное число, «с» представляет собой 0 или положительное число, «d» представляет собой 0 или положительное число, «е» представляет собой 0 или положительное число, и «f» представляет собой 0 или положительное число; «с/b» представляет собой число в диапазоне от 0 до 10; «d/b» представляет собой число в диапазоне от О до 5; «e/(b+c+d+e)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,3, и «f/(b+c+d+e)» представляет собой число в диапазоне от 0 до 0,02. Компонент (С) должен иметь среднемассовую молекулярную массу не ниже 2000.
Компонент (D) представляет собой катализатор гидросилилирования, который используют для ускорения реакции гидросилилирования между связанными с кремнием атомами водорода компонента (B) и алкенильными группами, которые содержатся в компонентах (A) и (C). Компонент (D) может включать катализатор наоснове платины, катализатор на основе родия или катализатор на основе палладия. Катализатор на основе платины является предпочтительным, поскольку он значительно ускоряет отверждение композиции. Примером катализатора на основе платины может служить алкенилсилоксановый комплекс платины, олефиновый комплекс платины или карбонильный комплекс платины, предпочтительным из которых является алкенилсилоксановый комплекс платины. Примером такого алкенилсилоксана может служить 1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксан, 1,3,5,7-тетраметил-1,3,5,7-тетравинилциклотетрасилоксан, замещенные алкенилсилоксаны, представляющие собой вышеупомянутые алкенилсилоксаны, в которых часть метильных групп замещены этильной, фенильной группами; или замещенные алкенилсилоксаны, представляющие собой вышеупомянутые алкенилсилоксаны, в которых часть винильных групп замещена арильной, гексенильной или подобными группами. С точки зрения повышенной стабильности алкенилсилоксановых комплексов платины, предпочтительным является применение 1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксана. Для дополнительного повышения стабильности вышеупомянутые алкенилсилоксановые комплексы можно комбинировать с 1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксаном, 1,3-диаллил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксаном, 1,3-дивинил-1,1,3,3-тетрафенилдисилоксаном, 1,3,5,7-тетраметил-1,3,5,7-тетравинилциклотетрасилоксаном или с подобными алкенилсилоксанами, олигомерами диметилсилоксана или другими олигомерами органосилоксанов. Наиболее предпочтительными являются алкенилсилоксаны.
Композиция включает вышеупомянутые компоненты (A)-(D), которые применяют в количествах, описанных ниже.
Компонент (B) добавляют в таком количестве, что мольное соотношение атомов водорода, содержащихся в этом компоненте, и алкенильных групп компонентов (A) и (C) находится в диапазоне от 0,1 до 5, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 2. Если компонент (B) добавляют в количестве, меньшем чем рекомендуемый нижний предел, полученную композицию будет невозможно отвердить до достаточной степени. С другой стороны, если добавленное количество компонента (B) превышает рекомендованный верхний предел, это может снизить теплостойкость отвержденного продукта, полученного из композиции.
Компонент (C) добавляют в количестве от 0,1 до 20 массовых частей, предпочтительно от 0,1 до 10 массовых частей, и наиболее предпочтительно от 0,2 до 10 массовых частей на 100 массовых частей суммарного содержания компонентов (A) и (B). Если компонент (C) добавляют в количестве, меньшем чем рекомендуемый нижний предел, это может снизить сцепление полученных отвержденных продуктов с подложкой. Если, с другой стороны, добавленное количество компонента (C) превышает рекомендуемый верхний предел, это может вызвать окрашивание отвержденного продукта.
Компонент (D) добавляют в количестве, достаточном для отверждения композиции. Более конкретно, с точки зрения массовых единиц, этот компонент добавляют в количестве от 0,01 до 500 ppm (частей на миллион), предпочтительно от 0,01 до 100 ppm, и наиболее предпочтительно от 0,01 до 50 ppm атомов металла этого компонента на массу композиции. Если добавленное количество компонента (D) ниже, чем рекомендованный нижний предел, то композиция не будет отверждена до достаточной степени. Если, с другой стороны, добавленное количество превышает рекомендуемый верхний предел, это может привести к окрашиванию отвержденного продукта, полученного из композиции.
Если это необходимо, композиция может включать произвольные компоненты, такие как 2-метил-3-бутин-2-ол, 3,5-диметил-1-гексин-3-ол, 2- фенил-3-бутин-2-ол, или подобные алкиновые спирты; 3-метил-3-пентен-1-ин, 3,5-диметил-3-гексен-1-ин, или подобное соединение на основе енина; 1,3,5,7-тетраметил-1,3|5,7-тетравинилциклотетрасилоксан, 1,3,5,7-тетраметил-1,3,5,7-тетрагексенилциклотетрасилоксан, бензотриазол или подобные им ингибиторы реакции. Хотя не имеется конкретных ограничений по количествам, в которых можно применять вышеупомянутые ингибиторы реакции, эти ингибиторы реакции рекомендуют добавлять в количестве от 0,0001 до 5 массовых частей на 100 массовых частей суммарного содержания компонентов (A)-(C).
В пределах, не противоречащих цели данного изобретения, вышеупомянутые произвольные компоненты могут также включать оксид кремния, стекло, оксид алюминия, оксид цинка или другие неорганические наполнители; порошкообразную полиметакрилатную смолу или другие мелкие порошки органических смол; а также агенты, повышающие теплостойкость; красители, пигменты, огнезащитные составы, растворители и т.д.
Хотя не имеется ограничений в отношении вязкости композиции при 25°C, рекомендуют, чтобы вязкость композиции находилась в диапазоне от 100 до 1000000 мПа·с, предпочтительно от 500 до 50000 мПа·с. Если вязкость композиции ниже рекомендованного нижнего уровня, это может уменьшить механическую прочность отвержденного объема, полученного из данной композиции; если, с другой стороны, вязкость превышает рекомендованный верхний предел, это может снизить возможность транспортировки и обрабатываемость композиции.
В видимом свете (589 нм) данная композиция имеет показатель преломления (при 25°C) равный 1,5 или более. Рекомендуют, чтобы коэффициент светопропускания (при 25°C) через отвержденный продукт, полученный при отверждении композиции, составлял 80% или более. Если показатель преломления композиции ниже 1,5, а коэффициент пропускания света через отвержденный продукт ниже 80%, будет невозможно обеспечить достаточную надежность полупроводникового устройства, имеющего полупроводниковый компонент, покрытый отвержденным объемом из данной композиции. Показатель преломления можно измерить, например, с использованием рефрактометра Аббе. Изменяя длину волны источника света, применяемого в рефрактометре Аббе, можно измерить показатель преломления на любой длине волны. Кроме того, показатель преломления можно также определить с использованием спектрофотометра, путем проведения измерения на отвержденном объеме из данной композиции, имеющем оптический путь 1,0 мм.
Композицию по данному изобретению отверждают при комнатной температуре или при нагревании. Однако для ускорения процесса отверждения рекомендуют нагревание. Температура нагревания находится в диапазоне от 50 до 200°C. Композицию по данному изобретению можно использовать в качестве адгезива, герметика, защитного агента, покрывающего агента или уплотняющего материала для деталей электрических и электронных устройств. В частности, поскольку данная композиция обладает высоким коэффициентом светопропускания, она пригодна для использования в качестве адгезива, герметика, защитного агента или уплотняющего материала для полупроводниковых деталей оптических устройств.
Теперь полупроводниковое устройство по данному изобретению будет описано более подробно.
Устройство включает полупроводниковый компонент, покрытый отвержденным объемом из вышеупомянутой отверждаемой органополисилоксановой композиции. Указанный полупроводниковый компонент может представлять собой диод, транзистор, тиристор, твердофазный изображающий элемент, монолитную интегральную схему или полупроводниковый компонент гибридной интегральной схемы. Само полупроводниковое устройство может представлять собой диод, светодиод (LED), транзистор, тиристор, оптрон, ПЗС (прибор с зарядовой связью), монолитную интегральную схему, гибридную интегральную схему, большую интегральную схему (БИС) или сверхбольшую интегральную схему (СБИС). В частности, ввиду высокого коэффициента светопропускания, устройством, наиболее пригодным для реализации данного изобретения, является светодиод (LED).
Фиг.1 представляет собой вид в сечении единичного, смонтированного на поверхности светодиода, приведенного в качестве примера устройства по данному изобретению. Показанный на Фиг.1 светодиод включает полупроводниковую (светодиодную) микросхему 2, связанную с корпусом по кристаллу, в то время как полупроводниковая (светодиодная) микросхема 2 и выводящая рамка 3 связаны соединительными проводами 4. Полупроводниковая (светодиодная) микросхема 2 покрыта отвержденным объемом 5 из отверждаемой органополисилоксановой композиции по данному изобретению.
Способ получения смонтированного на поверхности светодиода, показанного на Фиг.1, заключается в присоединении полупроводниковой (светодиодной) микросхемы 2 к корпусу по кристаллу, соединении полупроводниковой (светодиодной) микросхемы 2 и выводящей рамки 3 посредством соединительных проводов 4, нанесении отверждаемой органополисилоксановой композиции по данному изобретению на полупроводниковую (светодиодную) микросхему 2, с последующим отверждением этой композиции путем нагревания ее до температуры в диапазоне от 50 до 200°C.
Примеры
Теперь отверждаемая органополисилоксановая композиция и полупроводниковое устройство по данному изобретению будут подробно описаны с помощью практических и сравнительных примеров. Все величины в этих примерах были получены при 25°C. В формулах Me, Ph, Vi и Ep соответствуют метильным, фенильным, винильным и 3-глицидоксипропильным группам, соответственно.
Характеристики отверждаемой органополисилоксановой композиции и полученного из нее отвержденного продукта были измерены описанными далее способами.
[Показатель преломления отверждаемой органополисилоксановой композиции]
Показатель преломления отверждаемой органополисилоксановой композиции измеряли при 25°C с помощью рефрактометра Аббе. Источник света применял видимый свет с длиной волны 589 нм.
[Коэффициент светопропускания через отвержденный продукт]
Отверждаемую органополисилоксановую композицию помещали между двух стеклянных пластинок и отверждали в течение 1 часа при 150°C, и затем определяли коэффициент светопропускания через полученный отвержденный объем (оптический путь 0,2 мм) при 25°C с помощью автоматического спектрофотометра, позволяющего проводить измерения в области видимого света при произвольной длине волны, в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм, Измеряли коэффициент светопропускания через сборку и только через стеклянную пластинку; разница между первым и вторым измерениями соответствовала коэффициентупропускания через отвержденный объем из композиции. Коэффициенты светопропускания при длине волны 450 нм приведены в Таблице 1.
[Твердость отвержденного продукта]
Из отверждаемой органополисилоксановой композиции посредством прессования в течение 1 часа при 150°C был сформирован отвержденный продукт в виде листа. Твердость полученного отвержденного продукта в виде листа была измерена в соответствии с JIS К 6253 с помощью твердомера типа A или типа D.
[Сила сцепления с пластиной из полифталамидной (ПФИ) смолы]
Между двумя пластинами из полифталамидной (ПФА) смолы (ширина: 25 мм; длина: 50 мм; толщина: 1 мм) зажимали два расширителя из политетрафторэтиленовой смолы (ширина: 10 мм; длина: 20 мм; толщина: 1 мм); остальное пространство между пластинами было заполнено отверждаемой органополисилоксановой композицией; сборку фиксировали с помощью зажимов и помещали в печь с циркуляцией горячего воздуха для отверждения композиции в течение 1 часа при 150°C. Отвержденный продукт охлаждали до комнатной температуры, зажимы и расширители удаляли, и вышеупомянутые пластины из полифталамидной смолы растягивали в противоположных горизонтальных направлениях на разрывной машине для измерения усилия при разрыве.
[Сила сцепления с алюминиевой пластиной]
Между двумя алюминиевыми пластинами (ширина: 25 мм; длина; 75 мм; толщина: 1 мм) зажимали два расширителя из политетрафторэтиленовой смолы (ширина: 10 мм; длина: 20 мм; толщина: 1 мм); остальное пространство между пластинами было заполнено отверждаемой органополисилоксановой композицией; сборку фиксировали с помощью зажимов и помещали в печь с циркуляцией горячего воздуха для отверждения композиции в течение 1 часа при 150°C. Отвержденный продукт охлаждали до комнатной температуры, зажимы и расширители удаляли, и вышеупомянутые алюминиевые пластины растягивали в противоположных горизонтальных направлениях на разрывной машине для измерения усилия при разрыве.
[Изготовление смонтированного на поверхности типа светодиода (LED)]
После этого с использованием отверждаемой органополисилоксановой композиции был изготовлен смонтированный на поверхности тип светодиода (LED).
Внутренние выводы были помещены на дно шестнадцати цилиндрических корпусов из полифталамидной (ПФА) смолы (внутренний диаметр: 2,0 мм; глубина: 1,0 мм) и выведены из корпусов наружу через их боковые стенки. Микросхемы светодиодов были помещены на центральную часть дна корпусов, поверх внутренних выводов, и микросхемы светодиодов были электрически соединены с внутренними выводами соединительными проводами; в результате были получены полуфабрикаты устройств. Внутреннюю часть корпусов из полифталамидной смолы с помощью дозатора заполнили предварительно деаэрированными отверждаемыми органополисилоксановыми композициями, описанными в соответствующих практических и сравнительных примерах, и композиции были отверждены в нагревательной печи в течение 30 минут при 100°C, а затем в течение 1 часа при 150°C, в результате чего были получены шестнадцать светодиодов (LED) смонтированного на поверхности типа, изображенные на Фиг.1.
Полученные смонтированные на поверхности светодиоды были оценены на процент отслаивания отвержденного объемаспособом, описанным ниже.
[Процент отслаивания на начальной стадии]
Условия отслаивания отвержденного при нагревании объема из композиции от внутренних стенок полифталамидного (ПФА) корпуса наблюдали под оптическим микроскопом на всех шестнадцати смонтированных на поверхности светодиодах (LED), и процент отслоившихся был определен как отношение количества отслоившихся образцов к 16.
[Процент отслаивания после выдержки в условиях с постоянной температурой и влажностью]
Все шестнадцать смонтированных на поверхности светодиодов (LED) были выдержаны в течение 72 часов на воздухе при температуре 30°C и относительной влажности 70%, и, после охлаждения до комнатной температуры (25°C), условия отслаивания отвержденного объема из композиции от внутренних стенок корпусов из полифталамида (ПФА) наблюдали под оптическим микроскопом; процент отслаивания был определен как отношение количества отслоившихся образцов к 16.
[Процент отслаивания после выдержки в течение 30 секунд при 280°C]
Все шестнадцать смонтированных на поверхности светодиодов (LED) были выдержаны в течение 30 секунд в печи при 280°C. После охлаждения до комнатной температуры (25°C) условия отслаивания отвержденного объема из композиции от внутренних стенок корпусов из полифталамида (ПФА) наблюдали под оптическим микроскопом, и процент отслаивания определяли как отношение отслоившихся образцов к 16.
[Процент отслаивания после циклического теплового удара]
После выдержки в течение 30 секунд при 280°C шестнадцать смонтированных на поверхности светодиодов (LED) выдерживали в течение 30 минут при -40°C, затем в течение 30 минут при +100°C, и вышеупомянутый цикл "-40°C↔+100°C" повторяли четыре раза. После этого светодиоды охлаждали до комнатной температуры (25°C), и условия отслаивания отвержденного при нагревании объема от внутренних стенок корпуса из полифталамида (ПФА) наблюдали под оптическим микроскопом, и процент отслаивания определяли как отношение отслоившихся образцов к 16.
[Практический Пример 1]
Отверждаемая органополисилоксановая композиция, имеющая вязкость 3400 мПа·с, была получена путем однородного смешивания следующих компонентов:
60 массовых частей метилфенилполисилоксана, имеющего на обоих концах молекулы концевые диметилвинилсилокси-группы (вязкость = 3500 мПа·с; содержание винильных групп = 1,5% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 49% мольн.);
20 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, который является твердым веществом при 25°C и представлен следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,75
2
1/2
0,25
(PhSiO)(ViMeSiO)
(содержание винильных групп = 5,6% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 50% мольн.)
(указанные полисилоксаны образуют компонент А, в котором среднее количество углеводородных групп на один атом кремния (число «а») = 1,94);
10 массовых частей дифенилполисилоксана, представленного следующей формулой:
2
2
2
2
HMeSiO(PhSiO)SiMeH
(вязкость = 115 мПа·с; содержание связанных с кремнием атомов водорода = 0,32% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 50% мольн.);
10 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, представленного следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,5
2
1/2
0,5
(PhSiO)(HMeSiO)
(вязкость = 1400 мПа·с; содержание связанных с кремнием атомов водорода = 0,51% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 33% мольн.);
4 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, представленного следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,50
3/2
0,25
2
1/2
0,25
(PhSiO)(EpSiO)(ViMeSiO)
(вязкость = 12000 мПа·с; содержание винильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 16,7% мольн.; содержание 3-глицидоксипропильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 16,7% мольн.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 33,3% мольн.; среднемассовая молекулярная масса = 4500).
1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксанового комплекса платины (применяемого в композиции в таком количестве, что в массовых единицах содержание металлической платины из этого комплекса составляло 2,5 ppm); и
0,05 массовых частей 2-фенил-3-бутин-2-ола.
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был изготовлен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод, применяющий полученную отверждаемую органополисилоксановую композицию. Результаты приведены в Таблице 1.
[Практический Пример 2]
Отверждаемая органополисилоксановая композиция, имеющая вязкость 2100 мПа·с, была получена путем однородного смешивания следующих компонентов:
70 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, который является твердым веществом при 25°С и представлен следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,75
2
1/2
0,25
(PhSiO)(ViMeSiO)
(содержание винильных групп = 5,6% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 50% мольн.; среднее количество углеводородных групп на один атом кремния (число «а») = 1,5);
30 массовых частей дифенилполисилоксана, представленного следующей формулой:
2
2
2
HMeSiO(PhSiO)SiMeH
(вязкость = 115 мПа·с; содержание связанных с кремнием атомов водорода = 0,60% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 33% мольн.);
2 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, представленного следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,60
2/2
0,20
2
1/2
0,20
(PhSiO)(EpMeSiO)(ViMeSiO)
(вязкость = 37000 мПа·с; содержание винильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 12,5% мольн.; содержание 3-глицидоксипропильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 12,5% мольн.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 37,5% мольн.; среднемассовая молекулярная масса = 3800);
1.3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксанового комплекса платины (применяемого в композиции в таком количестве, что в массовых единицах содержание металлической платины из этого комплекса составляло 2,5 ppm); и
0,05 массовых частей 2-фенил-3-бутин-2-ола.
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был изготовлен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод, использующий полученную отверждаемую органополисилоксановую композицию. Результаты приведены в Таблице 1.
[Практический Пример 3]
Отверждаемая органополисилоксановая композиция, имеющая вязкость 2400 мПа·с, была получена путем однородного смешивания следующих компонентов:
40 массовых частей метилфенилполисилоксана, имеющего на обоих концах молекулы концевые диметилвинилсилокси-группы (вязкость = 3500 мПа·с; содержание винильных групп = 1,5% масс; содержание фенильных групп во всех органических группах, связанных с кремнием, = 49% мольн.);
40 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, который является твердым при 25°С и представлен следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,75
2
1/2
0,25
(PhSiO)(ViMeSiO)
(содержание винильных групп = 5,6% масс.; содержание фенильных групп во всех органических группах, связанных с кремнием, = 50% мольн.);
(указанные полисилоксаны образуют компонент А, в котором среднее количество углеводородных групп на один атом кремния (число «а») = 1,79);
20 массовых частей дифенилполисилоксана, представленного следующей формулой:
2
2
2
HMeSiO(PhSiO)SiMeH
(вязкость = 5 мПа·с; содержание связанных с кремнием атомов водорода = 0,60% масс.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 33% мольн.);
4 массовых частей органополисилоксана с разветвленной цепью, представленного следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,4
2
2/2
0,40
2/2
0,20
(EpSiO)(PhSiO)(ViMeSiO)
(вязкость = 13000 мПа·с; содержание винильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 12,5% мольн.; содержание 3-глицидоксипропильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 25% мольн.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 50% мольн.; среднемассовая молекулярная масса = 3200);
1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксанового комплекса платины (применяемого в композиции в таком количестве, что в массовых единицах содержание металлической платины из этого комплекса составляло 2,5 ppm); и
0,05 массовых частей 2-фенил-3-бутин-2-ола.
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был изготовлен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод, использующий полученную отверждаемую органополисилоксановую композицию. Результаты приведены в Таблице 1.
[Сравнительный Пример 1]
Отверждаемая органополисилоксановая композиция, имеющая вязкость 3200 мПа·с, была получена таким же способом, как и в Практическом Примере 1, за исключением того, что вместо органополисилоксана с разветвленной цепью со следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,50
3/2
0,25
2
1/2
0,25
(PhSiO)(EpSiO)(ViMeSiO)
применяемого в Практическом Примере 1, использовали такое же количество органополисилоксана с разветвленной цепью со следующей формулой:
3/2
0,50
3/2
0,25
2
1/2
0,25
1/2
0,10
(PhSiO)(EpSiO)(ViMeSiO)(MeO)
(вязкость = 4100 мПа·с; содержание метокси-групп во всех силоксановых блоках = 10% мольн.; среднемассовая молекулярная масса = 2400).
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был получен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод с применением полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции. Результаты приведены в Таблице 1.
[Сравнительный Пример 2]
Отверждаемый органополисилоксан, имеющий вязкость 2000 мПа·с, был получен таким же способом, как и в Практическом Примере 2, за исключением того, что разветвленный органополисилоксан со следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,60
2/2
0,20
2
1/2
0,20
(PhSiO)(EpMeSiO)(ViMeSiO)
не применяли.
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был изготовлен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод, применяющий полученную отверждаемую органополисилоксановую композицию. Результаты приведены в Таблице 1.
[Сравнительный Пример 3]
Отверждаемая органополисилоксановая композиция, имеющая вязкость 2400 мПа·с, была получена таким же способом, как и в Практическом Примере 3, за исключением того, что вместо органополисилоксана с разветвленной цепью со следующей усредненной формулой блока:
3/2
0,4
2
2/2
0,40
2/2
0,20
(EpSiO)(PhSiO)(ViMeSiO)
применяемого в Практическом Примере 3, использовали такое же количество органополисилоксана с разветвленной цепью со следующей формулой:
3/2
0,4
2
2/2
0,40
2
2/2
0,20
(EpSiO)(PhSiO)(MeSiO)
(вязкость = 13000 мПа·с; содержание 3-глицидоксипропильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 25% мольн.; содержание фенильных групп во всех связанных с кремнием органических группах = 50% мольн.; среднемассовая молекулярная масса = 3200).
Были измерены характеристики полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции и отвержденного объема из этой композиции. Был получен и испытан в отношении надежности смонтированный на поверхности светодиод с применением полученной отверждаемой органополисилоксановой композиции. Результаты приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Примеры
Практические примеры
Сравнительные примеры
Характеристики
1
2
3
1
2
3
Показатель преломления
1,543
1,533
1,539
1,543
1,534
1,539
Характеристики отвержденного продукта
Коэффициент светопропускания (%)
99,5
99,6
99,7
99,3
99,8
99,6
Твердость
Тип A
60
72
58
70
Тип D
68
67
Сила сцепления (МПа)
Пластина из полифталамидной смолы
10
4
8
7
0
3
Пластина из алюминия
12
5
9
8
1
4
Процент отслаивания (%)
Начальный
0
0
0
0
25
0
После выдержки при постоянной температуре и влажности
0
0
0
18,8
100
43,8
После выдержки в течение 30 с при 280°C
0
0
0
25
100
68,8
После цикла тепловых ударов
1,3
0
0
56,3
100
100
Возможность промышленного применения
Отверждаемую органополисилоксановую композицию по данному изобретению можноприменять в качестве адгезива, герметика, защитного агента, покрывающего агента или в качестве уплотняющего материала для деталей электрических и электронных устройств. В частности, поскольку эта композиция обладает высоким коэффициентом светопропускания, ее можно применять в качестве адгезива, герметика, защитного агента, покрывающего агента или в качестве уплотняющего материала для полупроводниковых компонентов оптических устройств. Полупроводниковое устройство по данному изобретению можно ввести в диоды, светодиоды (LED), транзисторы, тиристоры, оптроны, ПЗС, монолитные интегральные схемы (ИС), гибридные ИС, большие и сверхбольшие ИС.