КОМПАУНД ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ Российский патент 1994 года по МПК H01L21/02 

Изобретение относится к электронной технике, в частности может быть использовано в полупроводниковой микроэлектронике для защиты p-n-переходов приборов от внешних воздействий, работающих в условиях отвода тепла при больших токах.

Известны электроизоляционные кремнийорганические лаки, представляющие собой растворы кремнийорганических полимеров, модифицированных или немодифицированных органическими соединениями, в органических растворителях. Лаки марок КО-916, КО-916А, КО-918, КО-921, КО-922, КО-926, КО-928, КО-945 не имеют механических включений. Массовая доля нелетучих веществ колеблется от 45±2% для одних марок до 70±25 для других, продолжительность желатинизации, например для КО-926 - 5-20 мин, для КО-928 1-10 мин., удельное объемное эл. сопротивление пленки лака не менее 10¹² Ом˙м, электрическая прочность пленки лака не менее 60-70 МВ/м (см. ГОСТ 16508-70. Лаки кремнийорганические электроизоляционные).

Недостаток лаков - низкий коэффициент теплопроводности. Широко распространена эмаль ЭП-91, представляющая собой суспензию пигментов в эпоксидном лаке с добавлением карбомидоформальдегидной смолы (см. эмаль электроизоляционная ЭП-91 ГОСТ 15943-80): массовая доля нелетучих веществ - 36-40%; удельное объемное эл.сопротивление 10¹⁵ Ом ˙ см; tg δ при f = 10⁶ Гц: при T = (20+2)^оС ≅ 0,045; после действия относительной влажности (98±2)%; при T = (40± 2)^оС в течение 48 ч ≅0,055.

Недостатком лака является низкая теплопроводность.

Известен лак ПАИ-М (см. ШКФЛО 020.010 ТУ), который представляет собой однокомпонентную систему с содержанием нелетучих от 20 до 30% и с концентрацией следующих ионных примесей,%: Na⁺ 2 ˙ 10^-4 K⁺ 2 ˙ 10^-4 Cl 5 ˙ 10^-4
Для получения требуемой вязкости лака ПАИ-М разбавляется N,N-диметилацетамидом, диметилформамидом. После сушки лак представляет собой прозрачную пленку зеленоватого цвета. Недостатком лака ПАИ-М является необходимость использования осушенных, либо с минимальным содержанием влаги, растворителей; хрупкость, невозможность таблетирования; отсутствие теплопроводности; большое количество летучих компонентов: 70-80%. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является теплостойкий компаунд роливсан МВ-1 [1], который представляет собой глицериноподобную мономерно-олигомерную композицию в исходном состоянии, состоящую из ненасыщенных эфиров и олигоэфиров: бис(4-винилфениловый) эфир, метакриловый эфир 4-винил-4-(1-оксиэтил) дифенилоксида, диметакриловый эфир бис 4-(1-оксиэтил) фенилового эфира, олигоэфиры общей формулы:
xA_r·CH=CH·Ar·CH=CH)Ar, где X = -CH = CH₂ или
CH₂=OO
Ar = n - Ph OPh; n = 0-3, толуол.

Отверждение компаунда происходит с помощью полимеризационно-полициклоконденсационного метода; когда имеет место трехмерная совместная полимеризация ненасыщенных компонентов системы. Недостатком компаунда является невысокая теплопроводность.

Целью изобретения является повышение удельной теплопроводности компаунда.

Цель достигается тем, что в состав композиции дополнительно введен гексагональный нитрид бора (BN_г) при следующем соотношении ингредиентов, мас.% : Роливсан НВ-1 70
Гексагональный нитрид бора BN_г 25 Толуол 5
Гексагональная структура BN_г состоит из графитоподобных сеток, расположенных одна под другой, с чередованием атомов B и N, построенных из правильных гексагонов с углом между связями 120^оС, с координатами атомов в элементарной ячейке BN_г:
B - 0,0,0; 1/3, 2/3, 1/3;
N - 1/3, 2/3, 0; 0,0,1/2 и плотностью 2,279 г/см³.

BN_г устойчив в нейтральных и восстановительных газовых средах, устойчив против окисления: окисление начинается при T = 750 - 800^оС. Заметное разложение BN_г в парах H₂O наступает при Т = 130^оС. BN_г не разлагается концентрированными и разбавленными HCl, HNO₃, царской водкой, смесью HNO₃ с пероксидом водорода, а также растворами щелочей при температуре кипения.

BN_г не взаимодействует с Br, Cu, Au, Ag, B, Ia, In, Je, Si, Sn, Al, Co, Ni, Fe и их оксидами при T < 1000^оС.

BN_г относится к числу наиболее легких и деформативных веществ из всех модификаций нитрида бора. Его твердость по минералогической шкале Мооса находится между 1 и 2. Малая твердость, высокая дисперсность, легкость скольжения между слоями, хорошая теплопроводность позволяют успешно использовать порошок BN_г в качестве передающей давление и тепло среды в отвержденном компаунде.

Изготовление компаунда продемонстрировано на следующем примере.

1. Компаунд составлен из роливсана МВ-1 70%; гексагонального нитрида бора BN_г 25%; толуола - 5%.

Если увеличение дозировки BN_г приводит к значительному эффекту теплопроводности, но к неравномерному распределению покрытия по толщине наносимого слоя и увеличению вязкости, то уменьшение дозировки не обеспечивает наглядного эффекта отвода тепла.

2. Роливсан МВ-1 помещается в емкость, которая нагревается в воздушном термостате (ТУ 16531409-72) или в жидкостном ультратермостате УТ-15 (ТУ 64-1-26-22-75) при Т = 60-70^оС до получения гомогенной массы при периодическом взбалтывании.

3. Производится отбор необходимого количества роливсана в стеклянную, фарфоровую или из нержавеющей стали емкость и взвешивание на лабораторных равноплечных весах 3 кл. ВЛР-1 кг. (ГОСТ 24ЛО4-80).

4. Соединяются тщательным перемешиванием расчетные количества толуола и BN_г, а следующим этапом - с подогретым роливсаном.

Жизнеспособность подготовленного компаунда составляет не менее 24 ч.

Для проведения испытаний подготовлены макетные образцы в форме "таблеток" диаметром 14±2 мм и высотой 4±1 мм. В качестве материала формы использовалось кварцевое стекло. Отверждение компаунда производилось в термостате. Измерение коэффициента теплопроводности λ производилось на измерителе теплопроводности экспресс-методом ИТЭМ-1М.

Результаты измерений коэффициента теплопроводности λ , состав компаунда, габариты отвержденной "таблетки", режим отверждения сведены в таблицу.

Использование компаунда существенно повышает способность передавать тепло от разогретого объема в окружающее пространство и способно обеспечить значение интенсивности отказов в течение минимальной наработки полупроводниковых приборов λ_э = 3 х 10^-7 1/ч.

Использование: для защиты p-n-переходов приборов, работающих в условиях отвода тепла при больших токах. Сущность изобретения: повышение удельной теплопроводности компаунда достигается тем, что в состав композиции дополнительно введен гексагональный нитрид бора при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: роливсан МВ-1 70; гексагональный нитрид бора 25; толуол 5. 1 табл.

КОМПАУНД ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, включающий роливсан МВ-1 и толуол, отличающийся тем, что в его состав введен гексагональный нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Роливсан МВ-1 70
Толуол 5
Гексагональный нитрид бора 25