Герметизирующий компаунд

Классификация по МПК: C08K

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2329280
Дата публикации: 
Воскресенье, Июль 20, 2008
Начало действия патента: 
Вторник, Октябрь 17, 2006

Изобретение относится к композиции на основе эпоксидной смолы, предназначенной для герметизации полупроводниковых приборов. Компаунд содержит следующее соотношение компонентов, вес.ч.: 100 эпоксидиановой смолы ЭД-22 с содержанием эпоксидных групп 22% для образования более плотной и жесткой полимерной сетки, 50 олигоэфиракрилата МГФ-9, 20 метафенилендиамина, 35 наполнителя, 0,5 нигрозина в качестве черного красителя и катализатора реакции отверждения эпоксидных групп. Наполнитель представляет собой смесь 6,0 вес.ч. нитрида бора, 4,0 вес.ч. талька и 0,8 вес.ч. аэросила. Изобретение позволяет обеспечить герметизацию приборов с развитой поверхностью р-n-переходов и постоянство диэлектрических, механических и теплофизических свойств полимерного материала. 5 табл.


Герметизирующий компаунд относится к области органических высокомолекулярных соединений, в частности к композиции эпоксидных смол, и предназначен для герметизации полупроводниковых приборов.

Известна клеевая композиция для монтажа кристаллов интегральных микросхем (см., например, патент РФ №2076394, кл. H01L 23/29, 1991), содержащая полимерное связующее и наполнитель в виде порошков добавок.

Известная композиция не обеспечивает герметичности.

Наиболее близким по химическому составу к предложенному является заливочный компаунд ЭК-29 (см., например, авт. св. №1558239, кл. C08L 63/10, 1994), предназначенный для пропитки и заливки высоковольтных блоков электрофизических приборов, содержащий эпоксидиановую смолу, олигоэфиракрилат МГФ-9, метафенилендиамин.

Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем компаунд ЭК-29 пришлось существенным образом модифицировать с целью уменьшения диэлектрической проницаемости материала и увеличения его теплопроводности. Также компаунд ЭК-29 не обеспечивает стабильности свойств материала из-за наличия в нем активных групп, которые могут вступать в неконтролируемые химические взаимодействия. В результате таких реакций изменяется химический состав материала, его механические и диэлектрические свойства, накапливаются внутренние напряжения, приводящие к появлению трещин.

Предложенное изобретение направлено на обеспечение постоянства свойств полимерного материала и возможности герметизации приборов с развитой поверхностью р-n-переходов.

Для достижения указанного эффекта герметизирующий компаунд, содержащий эпоксидиановую смолу, олигоэфиракрилат МГФ-9, метафенилендиамин для образования более плотной и жесткой полимерной сетки в качестве эпоксидиановой смолы содержит эпоксидиановую смолу ЭД-22 с содержанием эпоксидных групп 22%, дополнительно наполнитель, представляющий собой смесь 6,0 вес.ч. нитрида бора, 4,0 вес.ч. талька и 0,8 вес.ч. аэросила, нигрозин в качестве черного красителя и катализатора реакции отверждения эпоксидных групп, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:




эпоксидиановая смола ЭД-22 100
олигоэфиракрилат МГФ-9 50
метафенилендиамин 20
вышеуказанный наполнитель 35
нигрозин 0,5

Сравнительные составы компаундов ЭК-29 и ЭК-29М приведены в таблице.





Используемые компоненты ЭК-29, вес.ч. ЭК-29М, вес.ч.
Смола эпоксидиановая ЭД-20 (ГОС 10587-84) 100 -
Смола эпоксидиановая ЭД-22 (ГОС 10587-84) - 100
Олигоэфиракрилат МГФ-9 (ТУ 113-00-0561643-27-92) 50 50
Метафенилендиамин ГОСТ 5826-78 20 20
Смесь наполнителей - 35
Нигрозин ТУ 6-14-376-84 - 0,5

Нигрозин, который одновременно играет роль черного красителя, введен в состав герметизирующего компаунда для отверждения избыточного количества реакционноспособных эпоксидных групп как катализатор реакции отверждения.

Для образования более плотной и жесткой полимерной сетки в качестве эпоксидиановой смолы использована эпоксидиановая смола ЭД-22 с содержанием эпоксидных групп 22% и наполнитель, представляющий собой смесь 6,0 вес.ч. нитрида бора, 4,0 вес.ч. талька и 0,8 вес.ч. аэросила,

Олигоэфиракрилат МГФ-9 представляет собой продукт теломеризации (совместной поликонденсации) метакриловой кислоты, триэтиленгликоля и фталевого ангидрида.

Приготовление компаунда ЭК-29М осуществляется следующим образом.

Наполнители предварительно прокаливаются для удаления остатков влаги по режимам, указанным в таблице.





Наименование Режим
Температура, °С Время, ч
Тальк ГОСТ 19729-74 +200±10 3
Нитрид бора ТУ 2-036-707-77 +270±10 4
Аэросил ГОСТ 14922-77 +125±10 3

Далее отсушенные наполнители смешиваются в фарфоровой ступке, в соотношении, указанном выше, и при температуре +60°С тщательно перетираются пестиком (операция повторяется 2-3 раза до получения однородной смеси).

Смола эпоксидиановая с содержанием эпоксидных групп 22% (ЭД-22) для удаления остатков влаги вакуумируется при температуре +80°С в течение 2 часов.

Навеска смолы смешивается в стеклянном стакане с навеской наполнителей и черным красителем нигрозином. Тщательно перемешивается и вакуумируется при температуре +60°С в течение 2 часов.

Растворяется навеска метафенилендиамина в олигоэфиракрилате МГФ-9, смесь вакуумируется при +60°С в течение 30 минут. Затем смесь объединяют с навеской смолы, перемешанной со смесью наполнителей и нигрозином. Полученный компаунд тщательно перетирается в фарфоровой ступке для получения однородной смеси и вакуумируется при +40°С в течение 5-10 минут до схода пены. Жизнеспособность компаунда после приготовления составляет 1 час.

Режим отверждения компаунда ЭК-29М выбирают на основе метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) или метода инфракрасной Фурье-спектроскопии (ИКФС) следующим образом.

В процессе термообработки герметизирующего компаунда отбирают 6 проб, причем первую пробу берут через 4 часа после начала термообработки, последующие пробы отбирают с интервалом 1 час. При этом определяют содержание реакционно-способных эпоксидных групп методом ИФК-спектроскопии и ДСК.

Разработанный режим отверждения заключается в том, что термообработка компаунда ведется ступенчато при условии постоянства кинетических параметров реакции до исчезновения реакционноспособных эпоксидных групп следующим образом:




Время (час) Температура, °С
1 +50
7 +60
2 +80

Предложенный герметизирующий компаунд ЭК-29М, отвержденный по предлагаемому режиму, в отличие от компаунда ЭК-29 обеспечивает надежную герметизацию микросхем и полупроводниковых приборов с развитым р-n-переходом, а также устойчив в течение длительного времени и в течение этого времени сохраняет свои диэлектрические, механические и теплофизические свойства.

Сравнительные характеристики предложенного и известного компаундов приведены в таблице.







Характеристика компаунда ЭК-29 ЭК-29М ЭК-29М после имитации длительного хранения ЭК-29М после дополнительной имитации длительного хранения
Удельное объемное электрическое сопротивление ρv Ом·м >1·1111 4,4·1013 5,3·1013 6,2·1013
Предел прочности при сжатии, кПа·106 >24,5 80 97 96
Пробивное напряжение Епр, кВ·мм-1,при частоте 50 Гц >24 24,8 23,3 24
tgδ 0,04 0,02 0,01 0,01
Диэлектрическая проницаемость ε >5,3 4,0 3,7 3,3
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом >1·1014 8,9·1014 1,1·1015 7,1·1014

Теплофизические свойства компаунда после имитации длительного хранения сохраняются:





Температура стеклования Тст,°C Температура начала разложения Тразл.,°С
До начала 44 207
После окончания 45 209