герметизирующий компаунд
Классы МПК: | C08K3/10 соединения металлов C08L63/02 простые полиглицидные эфиры бисфенолов H01B3/40 эпоксидные смолы H01L23/28 герметизирующие средства, например герметизирующие слои, покрытия |
Автор(ы): | Ватопедский Александр Николаевич (RU), Баитова Екатерина Андреевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-10-17 публикация патента:
20.07.2008 |
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.
Формула изобретения
Герметизирующий компаунд, содержащий эпоксидиановую смолу, олигоэфиракрилат МГФ-9, метафенилендиамин, отличающийся тем, что 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 |
Описание изобретения к патенту
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 v Ом·м | >1·1111 | 4,4·10 13 | 5,3·1013 | 6,2·1013 |
Предел прочности при сжатии, кПа·10 6 | >24,5 | 80 | 97 | 96 |
Пробивное напряжение Епр, кВ·мм -1,при частоте 50 Гц | >24 | 24,8 | 23,3 | 24 |
tg | 0,04 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
Диэлектрическая проницаемость | >5,3 | 4,0 | 3,7 | 3,3 |
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом | >1·1014 | 8,9·10 14 | 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 |
Класс C08K3/10 соединения металлов
Класс C08L63/02 простые полиглицидные эфиры бисфенолов
Класс H01B3/40 эпоксидные смолы
Класс H01L23/28 герметизирующие средства, например герметизирующие слои, покрытия