可固化有机聚硅氧烷组合物、密封剂和半导体器件的制作方法

本发明涉及可固化有机聚硅氧烷组合物、发光二极管(led)密封剂和半导体器件。更具体而言，本异韧性、柔性、耐光性和耐热性的可固化有机聚硅氧烷组合物、发光二极管(led)密封剂和具有优异可靠性的半导体器件。
背景技术：
：led封装(ledpackage)通常由芯片、粘合剂、密封剂、磷光体、和热辐射材料组成。其中，所述密封剂基本上用于保护led器件，并允许光通过led器件并在器件外部发光。作为led密封剂的基本材料，已经使用了可固化的硅酮组合物和可固化的环氧组合物。特别是，通过氢化硅烷化反应固化的硅酮组合物，其得到光学透明的硅酮产物，已经被主要用于诸如耐热性、耐湿性和耐光的良好性能。最近，随着led领域对高功率输出的要求，led的大功率输出由于led封装材料缺乏耐热性而导致了问题。在封装中缺乏强耐热性可导致光学性能(如颜色)和机械性能如硬度的变化。因此，非常需要机械性能的一致性。此外，空气中的污染物有可渗透led密封剂，其降低了效率并会影响包含在其中的半导体材料的完整性。它有可能降低led的亮度。us7,527,871公开了可固化的有机聚硅氧烷组合物，其包含(a)具有至少两个烯基和至少一个芳基的线性有机聚硅氧烷、(b)具有至少一个烯基和芳基的支化有机聚硅氧烷、(c)带有si-h端基，含有至少一个芳基的线性有机聚硅氧烷、和(d)氢化硅烷化反应催化剂。us8,258,502教导了一种组合物，其包含(i)烯基官能的含苯基的聚有机硅氧烷、(ii)氢二有机硅氧基封端的低聚二苯基硅氧烷、和(iii)氢化硅烷化催化剂。us9,306,133也公开了一种用于光学半导体器件的固化硅树脂组合物，其包含：(a)含有芳基和烯基的有机聚硅氧烷；(b)每个分子具有至少两个氢硅基(sih基团)并在组成单元中具有芳基的有机聚硅氧烷，其中所述组成单元中所含有的组分(b)中的氢硅基相对于组分(a)中的烯基的摩尔比(sih基/烯基)为0.70-1.00；和(c)氢化硅烷化催化剂。不幸的是，仍然存在的问题是这些可固化的有机基聚硅氧烷组合物不具有令人满意的韧性、柔性、和耐光和耐热性。现有技术中所描述的材料经常在固化后在高温储存期间表现出硬度增加。由于硬度和重量损失的变化，材料在正常工作条件下不稳定。因此，需要用于得到在高温下具有更好稳定性(如硬度和重量损失)的材料的配制物。本发明的目标是提供具有优异韧性、柔性、耐光和耐热性的可固化有机聚硅氧烷组合物，led密封剂和具有优异可靠性的半导体器件。技术实现要素：本发明的可固化有机聚硅氧烷植物包括：(a)支化有机聚硅氧烷，其每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基和至少一个与硅键接的芳基，并且具有以下通式的硅氧烷单元：rsio3/2，其中r是取代或未取代的单价烃基；(b)线性有机聚硅氧烷，其分子链的两个端基都用与硅键接的氢原子封端，且每个分子中具有至少一个与硅键接的芳基；(c)氢化硅烷化反应催化剂；和(d)每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基的低分子量硅氧烷，其平均式为(r53sio1/2)f(r52sio2/2)g(r5sio3/2)h(sio4/2)i其中，每个r5可以相同或不同，并独立地选自于取代或未取代的单价烃基，其中每个分子中，至少一个r5是烯基，条件是烯基和硅原子的比例是0.3-1(由29sinmr谱图确定)，f、g、h、和i独立地是0或正数，和所述硅氧烷的重均分子量mw小于1,000g/mol(用sec测定，thf作为溶剂，浓度为5mg/ml，使用ri探测器，用聚苯乙烯作为标准)。此外，本发明的led密封剂包括上述可固化的有机聚硅氧烷组合物。此外，本发明的半导体器件包括用上述可固化有机聚硅氧烷组合物的固化产物涂覆的半导体元件。发明效果本发明的可固化有机聚硅氧烷组合物固化为具有优异韧性和柔性的固化产物。此外，本发明的组合物固化为显示在高温下对硫稳定、低重量变化、低硬度变化、和低变色的固化产物。即，根据本发明，提供了对led芯片所产生的光稳定且对运行过程中所产生的热稳定的led硅酮密封剂。此外，与常规硅酮相比，所述产物提供了较低的蒸汽和氧透过率，这对降低因为硫转移而导致的led封装基板的变色是有益的。根据本发明，在高温下的高硬度和柔性可以保持，且因此提高led的可靠性。附图简述图1和2示出了韧性测试结果。图3给出了耐硫测试结果。图4给出了200℃的热稳定性测试结果。图5和6示出了200℃下硬度和重量的变化。本发明的详细说明下文中，将详细说明本发明的示例性实施方案。然而，可以以不同的形式改变本发明的示例性实施方案，本发明的范围不受下述的示例性实施方案限制。本发明提供了可固化的有机聚硅氧烷组合物，其包括：(a)支化有机聚硅氧烷，其每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基和至少一个与硅键接的芳基，并且具有以下通式的硅氧烷单元：rsio3/2，其中r是取代或未取代的单价烃基；(b)线性有机聚硅氧烷，其分子链的两个端基都用与硅键接的氢原子封端，且每个分子中具有至少一个与硅键接的芳基；(c)氢化硅烷化反应催化剂；和(d)每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基的低分子量硅氧烷，其平均式为(r53sio1/2)f(r52sio2/2)g(r5sio3/2)h(sio4/2)i其中，每个r5可以相同或不同，并独立地选自于取代或未取代的单价烃基，其中每个分子中，至少一个r5是烯基，条件是烯基和硅原子的比例是0.3-1，f、g、h、和i独立地是0或正数，和所述硅氧烷的重均分子量mw小于1,000g/mol。组分(a)组分(a)，其是根据本发明的组合物的主要组分，被用来赋予通过固化所述组合物所得固化产物以强度。组分(a)代表了每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基和至少一个与硅键接的芳基的支化有机聚硅氧烷，并且具有以下通式的硅氧烷单元：rsio3/2其中r是取代或未取代的单价烃基。在组分(a)中，所述烯基的实例包括乙烯基、烯丙基、甲基烯丙基、丁烯基、戊烯基、和己烯基，优选乙烯基和烯丙基，特别优选乙烯基。在组分(a)中，所述芳基的实例包括苯基、萘基、蒽基、菲基、茚基、苯并苯基、芴基、氧杂蒽基、亚蒽基(anthronyl)；芳氧基芳基，如邻-或对-苯氧基苯基；烷芳基，如邻-、间-、对-甲苯基，二甲苯基和乙基苯基；芳烷基，如苄基、α-和β-苯基乙基。所述芳基优选为苯基。此外，除所述烯基和芳基之外的组分(a)的与硅键接的有机基团的实例包括取代或未取代的单价烃基，其实例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、和其它的烷基；和卤代的烷基，如氯甲基、3-氯丙基、和3,3,3-三氟丙基，特别优选甲基。在通式rsio3/2所代表的组分(a)的硅氧烷单元中，r是取代或未取代的单价烃基。烃基的取代基可包括上述烷基、上述烯基、上述芳基、上述芳烷基、和上述卤代烷基，特别优选上述烷基和上述芳基。作为组分(a)，优选以下平均单元式代表的有机聚硅氧烷：(r1r1r3sio1/2)a(r12sio2/2)b(r2sio3/2)c(sio4/2)d(xo1/2)e在上述式中，每个r1、r2、和r3可以相同或不同，独立地选自于取代或未取代的单价烃基，其中每个分子中r1、r2、或r3中的至少一个是烯基，且每个分子中r1、r2、或r3中的至少一个是芳基。所述单价烃基可以更具体地举例为上述烷基、上述烯基、上述芳基、上述芳烷基、和上述卤代烷基。优选每个分子中0.1-40mol％，更优选5-25mol％的r1、r2、和r3是上述烯基。这是因为当所述烯基含量低于上述范围的下限或超过上限时，其与组分(a)的反应性倾向于降低。再者，为了实现固化所得固化产物中低的、因光折射、反射、散射等造成的衰减，优选不小于10mol％的r1、r2、和r3应当是上述芳基，特别是在由通式r2sio3/2所表示的硅氧烷单元中，甚至更优选不少于30mol％的r2应由上述芳基表示，r2除了烯基和芳基外优选为甲基。此外，在上述式中，x是氢原子或烷基，a是0或正数，b是0或正数，c是正数，d是0或正数，e是0或正数，b/c是0-10之间的数值，a/c是0-0.5之间的数值，d/(a+b+c+d)是0-0.3之间的数值，和e/(a+b+c+d)是0-0.4之间的数值。作为组分(a)，特别优选的有机聚硅氧烷的平均单元式为：(r1r1r3sio1/2)a(r12sio2/2)b(r2sio3/2)c在上式中，r1是c1-c12烷基，r2是c6-c20芳基或c7-c20芳烷基，r3是c2-c12烯基，a是0或正数，b是0或正数，和c是正数。虽然对组分(a)的分子量没有限制，但当转变成标准聚苯乙烯时，其重均分子量(mw)应优选为500-10,000g/mol，和特别优选为700-7,000g/mol，更优选1,000-5,000g/mol，特别是1,500-3,000g/mol。基于组分(a)和(b)的用量之和，组分(a)的用量优选等于或大于70％，更优选70-90重量％，特别优选75-85重量％。基于组合物的总重量，优选本发明的组合物包括60-75重量％，更优选70-75重量％的组分(a)。组分(b)组分(b)是本发明组合物的固化剂。组分(b)是分子链的两个端基都用与硅键接的氢原子封端的、每个分子中具有至少一个与硅键接的芳基的线性有机聚硅氧烷。通过使用线性有机聚硅氧烷而不是支化有机聚硅氧烷作为固化剂，可以得到良好的伸长性能。组分(b)的芳基的实例与上述相同。特别优选苯基。此外，除芳基之外的组分(b)的与硅键接的有机基团的实例包括取代或未取代的单价烃基，烯基除外，如上述烷基、上述芳烷基、和上述卤代烷基，特别优选甲基。为了实现固化所得固化产物中低的、因光折射、反射、散射等所造成的衰减，在组分(b)中所有与硅键接的有机基团之中与硅键接的芳基的含量优选应不少于15mol％，特别优选不少于30mol％。尽管对组分(b)在25℃下的粘度没有任何限制，但其优选为1-1,000mpa·s，特别优选2-500mpa·s。这是因为当组分(b)的粘度低于上述范围的下限时，其可能趋于挥发，且所得组合物的组成可能不稳定，另一方面，当其超过上述范围的上限时，所得组合物的处理性变差。优选下面通式的有机聚硅氧烷作为组分(b)：在上式中，每个r4都可以相同或不同，独立地选自于氢原子或取代或未取代的单价烃基，烯基除外。r4的单价烃基的实例包括上述烃基、上述芳基、和上述卤代烷基。这里，每分子中至少一个r4必须是上述芳基之一，优选苯基。此外，式中的n是0或以上的整数，优选是0-20的整数，特别优选0-10的整数。这是因为当n值超过所述范围的上限时，所得组合物的韧性或固化产物的粘结性能趋于恶化。最优选地，n是1-4，特别是1，即组分(b)表示三硅氧烷。通过用m单元而不是q或t单元作为重复单元，可以得到良好的伸长性能。基于组分(a)和(b)的用量之和，组分(b)的量优选为1-30重量％，更优选10-30重量％，特别优选15-25重量％。优选组分(b)中si-h基/组分(a)中烯基(例如乙烯基)的摩尔比为1-1.2，以降低反应性残留有机硅氢化物。优选，本发明组合物包括18-25wt.％，更优选20-22wt.％的组分(b)，基于上述组合物的总重量。组分(c)组分(c)是氢化硅烷化反应催化剂。组分(c)氢化硅烷化反应催化剂被用来促进组分(a)的烯基与组分(b)的与硅键接的氢原子的反应。组分(c)的实例包括铂催化剂、铑催化剂和钯催化剂。优选铂催化剂，因为其能够显著地激发本组合物的固化。铂催化剂的实例包括铂微粉、氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、铂/烯基硅氧烷复合物、铂/烯烃复合物、和铂/羰基复合物，优选铂/烯基硅氧烷复合物。烯基硅氧烷的实例包括1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、通过用诸如乙基、苯基等基团取代上述烯基硅氧烷的一些甲基而得到的烯基硅氧烷，以及通过用诸如烯丙基、己烯基等基团取代上述烯基硅氧烷的乙烯基而得到的烯基硅氧烷。特别优选1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，因为铂/烯基硅氧烷复合物具有优异的稳定性。此外，由于其添加可能带来的所述复合物稳定性的改善，需要填加1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二烯丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二乙烯基-1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷、1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四苯基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷和其它烯基硅氧烷和有机硅氧烷低聚物如二甲基硅氧烷低聚物至铂/烯基硅氧烷复合物中，特别优选烯基硅氧烷。对组分(c)的含量没有限制，只要所述的量可以促进本发明组合物的固化。然而，具体而言，在本发明组合物中，组分(c)的量优选导致铂含量基于重量为0.05-100ppm(百万分之一)，更优选为0.1-10ppm重量，特别优选0.1-5ppm重量，相对于100重量份的组分(a)和(b)总和。这是因为当组分(c)的含量低于上述范围的下限时，本发明组合物趋于不会完全固化，而另一方面，当其超过上述范围的上限时，问题是有可能使所得固化产物具有不同的颜色。组分(d)组分(d)是添加剂，其是每个分子中具有至少一个与硅键接的烯基的低分子量硅氧烷，平均式为(r53sio1/2)f(r52sio2/2)g(r5sio3/2)h(sio4/2)i其中，每个r5都可以相同或不同，独立地选自于取代或未取代的单价烃基，其中每个分子中至少一个r5是烯基，条件是烯基和硅原子的比例为0.3-1，f、g、h、和i独立地是0或正数，和所述硅氧烷的重均分子量mw小于1,000g/mol，优选小于800g/mol，更优选小于500g/mol。优选组分(d)选自于由d烯基4、m烯基4q、m烯基6q2、m烯基3t所组成的组中。优选所述烯基是乙烯基。特别优选的组分(d)是环四硅氧烷dvi4和mvi4q，特别是dvi4。假设组分(d)用于与未反应的位点(si-h)反应，从而保护未反应位点因热或光的额外反应。结果，在包括组分(d)的组合物中，可显著降低因高温而产生的颜色变化和机械强度变化。在根据现有技术的无组分(d)的组合物中，材料在高温储存期间经常显示固化后的硬度增加，这可归因于剩余反应性位点的后固化反应和/或显示因没有交联到聚合物网络中的低分子量物质的蒸发而造成的重量损失。由于所述硬度和重量损失的变化，材料在操作条件下不稳定。在本发明中，组分(d)与未反应位点(si-h)的反应导致在高温下更好的稳定性，如更小的硬度变化、低的重量损失、和变色。组分(d)还产生填充作用，这使得可以降低气体和蒸汽的传输。额外包含组分(d)的密封剂提供对硫的稳定性，预期这种效果可以从填充效果中获得。因此，可以得到具有优异可靠性的led封装。组分(d)是反应性的，而且足够小，以便与残留的有机硅氢化物反应。同时，组分(d)交联近硅氧烷网络中，并因此不会增加固化产物中挥发性组分的比例。组分(d)的优选用量为至多10重量份，更优选至多7重量份，甚至更优选至少5重量份，相对于组分(a)和(b)的100总重量份。如果组分(d)的含量更高，与其它组分的相容性会较低，因此透过率会较低。优选组分(d)的用量至少为1重量份，相对于组分(a)和(b)的100总重量份。组分(d)的量可根据具体的配制剂和特性而选择。优选，本发明组合物包括1-5wt.％，更优选2-4wt.％的组分(d)，基于所述组合物的总重量。本发明的可固化硅酮组合物可以不包括作为柔化单元的每个分子中具有至少两个与硅键接的烯基和至少一个与硅键接的芳基的线性有机聚硅氧烷。假设因为使用诸如组分(a)的体积大的支化有机聚硅氧烷而不是线性的聚有机硅氧烷作为树脂，本发明的可固化硅酮组合物提供了优异的硬度和韧性。即，体积大的支化的有机聚硅氧烷被直接连接到未反应的si-h位点上。本发明的可固化有机聚硅氧烷可进一步包括一般用于此领域的交联剂。本发明的可固化有机聚硅氧烷可进一步包括一般用于此领域的固化抑制剂、催化剂、磷光体。本发明的组合物还可以含有二氧化硅、玻璃、石英、方英石、氧化铝、氧化锌和其他无机填料；有机树脂如聚甲基丙烯酸酯树脂的微粉；热稳定剂，染料，颜料，阻燃剂，溶剂等作为任选组分，只要不损害本发明的目的即可。上述组合物可通过混合一般用于此领域的组分而制备，例如，在室温下混合所有组分。本发明的led密封剂包含如上所述的可固化有机聚硅氧烷组合物。本发明中的发光器件的封装是本领域公知的，可用于本发明。例如，可以使用浇铸、分配、成型。在本发明的半导体器件中，用如上所述可固化的有机聚硅氧烷组合物的固化产物涂覆半导体元件。这样的半导体元件可举例为用于二极管、晶体管、晶闸管、固态图像拾取元件、单片ic和氢化物ic中的半导体元件。特别地，优选半导体元件为发光元件。这种半导体器件的实例包括二极管、发光二极管、晶体管、晶闸管、光电耦合器、ccd、单片iic、混合ic、lsi、和vlsi。实施例分析方法29si-nmr测量说明：溶剂：c6d699,8％d/ccl41:1v/v，带有1％w/wcr(acac)3作为松弛剂。样品浓度：约2g/1.5ml溶剂，在10mmnmr管中光谱仪：brukeravance300样品头：10mm1h/13c/15n/29si无玻璃qnp-头(bruker)测量参数：pulprog＝zgig60,td＝64k,ns＝1024,sw＝200ppm,aq＝2.75s,d1＝4s,sfo1＝300.13mhz,o1＝-50ppm处理参数：si＝64k,wdw＝em,lb＝0.3hz粘度：粘度数据是用antonpaar,d-ostfildern公司制造的型号mcr302的流变仪根据dineniso3219使用锥板测量体系以旋转模式测定的。在样品的牛顿行为范围内实施测量。给出了25℃温度和1013mbar环境压力下的粘度数据。分子量：分子量是通过尺寸排除色谱sec测定的重均分子量mw和数均分子量mn。使用聚苯乙烯作为标准。探测器为ri探测器。thf作为溶剂。样品浓度为5mg/ml。合成实施例1在2l的圆底烧瓶中混合700g(2.91摩尔)苯基三乙氧基硅烷、61.6g(0.415摩尔)二乙氧基二甲基硅烷和77.6g(0.416摩尔)1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。将600g蒸馏水和3.00g20％盐酸加入到该溶液中。将该反应混合物回流2小时。冷却后，加入4.50g25％氢氧化钠溶液，将反应混合物回流1小时。所得均质混合物用2.00g20％盐酸中和。在40℃真空下蒸馏乙醇，加入1l乙酸乙酯和50g氯化钠。去除水相，有机相用饱和的氯化钠水溶液洗涤三次。用硫酸镁干燥有机相并用压滤设备过滤。在真空下去除溶剂后，得到470g无色高度粘稠的产物。重均分子量mw是2,546g/mol。29sinmr结果为vime2sio1/2：16.6％，me2sio2/2：9.7％，ph(or)sio2/2：12.8％和phsio3/2：60.9％。实施例1制备了75重量％的合成实施例1的化合物作为组分a、25重量％的1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷作为组分b。此外，相对于组分a和b的总100重量份，制备了0.0002重量份(相对于铂)的铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷复合物作为组分c，和4.99重量份的dvi4作为组分d。然后，由上述组分制备了根据实施例1的可固化有机聚硅氧烷组合物。比较实施例1使用了由dowcorning购得的oe-7651n作为比较实施例1。实施例2-4以与实施例1同样的方式制备了根据实施例2-4的可固化有机聚硅氧烷组合物，除了组分a和b的用量如下表1所示。[表1]组分a组分b实施例28020实施例38515实施例49010*单位：重量份，相对于组分a和组分b的总100重量份实施例5-10以与实施例1同样的方式制备了根据实施例5-10的可固化有机聚硅氧烷组合物，除了组分d的用量如下表2所示。比较实施例2以与实施例1同样的方式制备了根据比较实施例2的可固化有机聚硅氧烷组合物，除了如下表2所示未使用组分d。[表2]组分d实施例51实施例61.5实施例72实施例82.5实施例93实施例104比较实施例20*单位：重量份(相对于组分a和组分b的总100重量份)[韧性测试]实验实施例1对于根据实施例1和比较实施例1的组合物，进行了韧性测试。结构示于图1中。如图1所示，与根据比较实施例1的组合物相比，根据实施例1的组合物显示了高的伸长和良好的拉伸强度。其揭示了根据实施例1的组合物比根据比较实施例1的组合物更加有韧性和更加柔性。实验实施例2随后，如在实施例2-4中改变组分a和b的用量比，进行了韧性测试。结果示于下表3和图2中。[表3]伸长率(％)拉伸强度(mpa)实施例1809实施例2908实施例31106实施例41501.5[耐硫性测试]实验实施例3对于根据实施例1和比较实施例1的组合物，进行了耐硫性测试，k2s暴露测试。该测试显示了硫对led效率的影响。将水导入到一个容器中，并将k2s放置在漂浮在水上的铝盘中。测量了led封装的起始亮度。将该led封装连接到所述容器的盖的内侧。然后关闭所述盖，将水温提高至85℃。在几个小时后，打开盖，再次测量led封装的亮度。结果示于图3中。如图3所示，与根据比较实施例1的组合物相比，根据实施例1的组合物显示了良好的耐硫性。实验实施例4对于根据实施例9和10及比较实施例2的组合物，也用与实验实施例3相同的方式进行了耐硫性测试。结果示于下表4中。[表4][热稳定性测试]实验实施例5对于根据实施例1和比较实施例1的组合物，进行了热稳定性测试。制备了固化的有机硅试样并储存在200℃下。在暴露在高温之前和之后测量了该试样的透过和变黄指数。结果示于图4中。如图4所示，根据实施例1的组合物在200℃下没有显示颜色变化，而根据比较实施例1的组合物显示了颜色变化。实验实施例6对于根据实施例5-8和比较实施例2的组合物，也用与实验实施例5相同的方式进行了热稳定性测试。结果示于图5中。[硬度和重量变化测试]实验实施例7对于根据实施例1和比较实施例1的组合物，测定了在200℃存储后的硬度和重量变化。制备了固化的硅酮试样并在200℃下存储。结果示于图6中。如图6所示，根据实施例1的组合物在200℃下基本上没有表现出硬度和重量的变化，而根据比较实施例1的组合物显示了硬度和重量的增加。当前第1页12