ЭПОКСИДНЫЙ КОМПАУНД ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C09K3/10 

Изобретение относится к полимерным композициям на основе синтетических смол, предназначенных для герметизации и изготовления корпусов: фотодиодов, светодиодов и других оптоэлектронных приборов, работающих в ближнем ИК-диапазонов длин волн; варикапов, смесительных диодов, транзисторов и других полупроводниковых приборов подобного типа, а также для изготовления оптических элементов: светофильтров, линз, призм и прочих подобных элементов, не прозрачных до ближней ИК-области длин волн.

Известны полимерные композиции на основе эпоксидиановых смол, которые используются для герметизации и изготовления корпусов приборов: фотодиодов, светодиодов, оптронов и других оптоэлектронных приборов (Филоненко В.И. Безручко В.Т. Шубин Н.Е. Эпоксидные оптические прозрачные смолы и композиции для оптоэлектроники. -Зарубежная электронная техника. М. ЦПИИ "Электроника", 1987, N 6, с.55 (1)).

Известны полимерные композиции на основе эпоксидиановых смол, которые используются для герметизации изготовления корпусов вариантов, транзисторов, смесительных диодов и других полупроводниковых приборов подобного типа (Баюков А.В. Минц В.И. Петухов В.И. Хрулев А.К. Полупроводниковые приборы в пластмассовых корпусах. Зарубежная электронная техника. М. ЦНИИ "Электроника", 1979, N 7, с.3-64 (2)).

Недостатком известных полимерных композиций на основе эпоксидиановых смол является то, что каждая из них применяется для герметизации или изготовлении корпусов вполне определенного типа полупроводниковых приборов.

Так, известные полимерные композиции, используемые для герметизации варикапов, смесительных диодов и других полупроводниковых приборов подобного типа, содержат в своем составе различные минеральные наполнители, например: тальк, окись алюминия, окись кремния, свинцовый сурик, окись железа, технический углерод и другие. Такие композиции не прозрачны в ближней ИК-области излучения и поэтому не могут быть применены для герметизации оптоэлектронных приборов и для изготовления оптических элементов. Также недостатком известных полимерных композиций на основе эпоксидных смол, используемых для герметизации и изготовления корпусов варикапов, транзисторов смесительных диодов и других полупроводниковых приборов подобного типа, является то, что содержащиеся в композиции минеральные наполнители существенно увеличивают диэлектрические потери композиций, что ограничивает возможность их применения в вышеупомянутых приборах, работающих в Мега- и Гиго- Герцевых диапазонах длин волн.

Недостатком известных оптических прозрачных полимерных композиций, используемых при изготовлении оптоэлектронных приборов, является то, что они не пригодны для герметизации и изготовления корпусов варикапов, транзисторов, смесительных диодов и других подобного типа полупроводниковых приборов с активным элементом, чувствительным к электромагнитному излучению видимого диапазона длин волн, вследствие того, что оно генерирует в такого типа приборах токи утечки, превышающие предельно допустимые.

Недостатком известных полимерных композиций, используемых для изготовления фильтров, является то, что технология изготовления их сложна, требует строго выдерживания концентрации используемых компонентов и использования эпоксидных олигомеров со вполне определенным показателем преломления.

Наиболее близкой к предлагаемому герметику, является герметик, предназначенный для сборки и герметизации оптоэлектронных приборов (Оптический компаунд ОП-432, ОП-433. Технические условия ТУ 6-05-241-223-85) [3] включающий эпоксидиановую смолу, отвердитель ангидридного типа, пластифицирующий компонент.

Недостатком этой композиции является то, что она не обеспечивает поглощения электромагнитного излучения видимой части спектра. Композиция в диапазоне длин волн от 400 до 760 нм имеет светопропускание от 45 до 85% отн. При герметизации известной полимерной композицией фотоприемников, работающих в ближнем ИК-диапазоне длин волн, но имеющих активный элемент, чувствительный к излучению видимого и ближнего ИК-диапазона длин волн, не удается достигнуть существенного повышения отношения сигнал/шум, вследствие прозрачности композиции в видимом диапазоне длин волн.

Применение известной композиции для герметизации и изготовления корпусов варикапов, транзисторов, смесительных диодов и других полупроводниковых приборов подобного типа, имеющих активный элемент чувствительности к электромагнитному излучению видимого диапазона длин волн, приводит к тому, что в них под действием вышеупомянутого излучения возникает ток утечки, имеющий значения, превышающие допустимые для такого типа приборов.

Применение известной полимерной композиции для изготовления оптических элементов возможно, однако изготавливаемые оптические элементы прозрачны как в видимом, так и в ближнем ИК-диапазоне длин волн.

Таким образом, известная полимерная композиция не пригодна для герметизации и изготовления корпусов различных классов полупроводниковых приборов, как оптоэлектронных, работающих в ближней ИК-области длин волн, так и варикапов, транзисторов, смесительных диодов и других типов полупроводниковых приборов, активный элемент которых чувствителен к электромагнитному излучению видимого диапазона длин волн, и не пригодна для изготовления оптических элементов, поглощающих видимое излучение и прозрачных в ближней ИК-области длин волн.

Задача изобретения создание герметика на основе эпоксидиановых смол, пригодную для герметизации различного типа полупроводниковых приборов, как варикапов, транзисторов, смесительных диодов и прочих подобных приборов, так и фотоприемников, светодиодов, оптронов и других оптоэлектронных приборов, работающих в ближнем ИК-диапазоне длин волн, а также пригодного для изготовления оптических элементов: линз, плоскопараллельных пластин, призм и т.п. поглощающих излучение видимого диапазона длин волн и прозрачных в ближней ИК-области длин волн.

Поставленную задачу решают за счет того, что эпоксидный компаунд содержит, мас.ч:
эпоксидная диановая смола 100
отвердитель ангидридного типа 60-100
аминный катализатор 0,05-1,5
пластификатор 0,2-60
смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2-1,2
красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,1-0,4
красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3-2,2
индикатора метилового красного 0,09-5,5
или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2-1,2
красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,1-0,4
красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3-2,2
или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,85
красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,28
или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,28
красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 1,1
или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового или красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж, или красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,28-1,1
индикатора метилового красного 0,28
Содержание каждого из компаундов подобрано с таким расчетом, что изменение их концентрации в указанных пределах обеспечивает получение герметика, не прозрачного в видимом диапазоне длин волн и пригодного для герметизации и формирования корпусов полупроводниковых приборов, как варикапов, транзисторов, смесительных диодов и других подобного типа приборов, так и фотоприемников, светодиодов, оптронов и других оптоэлектронных приборов, работающих в ближней ИК-области длин волн электромагнитного излучения, а также получение полимерной композиции, пригодной для изготовления оптических элементов, поглощающих излучение видимого диапазона длин волн и прозрачных в ближней ИК-области длин волн.

При содержании отвердителя ангидридного типа за приведенными пределами концентраций нарушается стехиометрическое соотношение между эпоксидными и ангидридными группами, взаимодействующими при отверждении, что приводит к нестабильности физико-механических свойств, следствием чего является пониженная устойчивость полупроводниковых приборов, загерметизированных такой композицией, к климатическим воздействиям.

Содержание пластифицируемого компонента меньше нижнего предела приводит к получению "жесткой" отвержденной композиции, с высокими внутренними напряжениями, имеющей склонность к растрескиванию при быстром изменении температуры среды, и по этой причине не пригодной для герметизации и изготовления корпусов полупроводниковых приборов и изготовления оптических элементов.

Содержание пластифицирующего компонента выше верхнего предела приводит к получению "эластичной" композиции, к резкому увеличению коэффициента температур линейного расширения композиции, что приводит к разрушению электрической целостности полупроводникового прибора, загерметизированного такой композицией, при климатических воздействиях.

Оптимальное содержание аминного катализатора составляет 0,05-1,5 вес.частей на 100 вес. частей эпоксидиановой смолы. При меньшем его содержании скорость отверждения недостаточна для обеспечения полноты протекания реакции отверждения за технологически приемлемое время отверждения, равное 8-10 часам. При большем содержании аминного катализатора резко снижается жизнеспособность полимерной композиции, что ухудшает ее технологические свойства, осложняет работу дозирующих устройств. Также высокое содержание аминного катализатора приводит к резкому возрастанию скорости отверждения, следствием чего является отсутствием возможности получения отвержденной композиции со стабильными физико-механическими свойствами.

Содержание в полимерной композиции антрахиноновых красителей или антрахиноновых красителей и индикатора метилового красного в приведенных концентрациях и сочетаниях, обеспечивает получение полимерной композиции, поглощающей электромагнитное излучение видимого диапазона длин волн, но прозрачную в ближней ИК-области длин волн. Верхний предел концентраций красителей жирорастворимого зеленого антрахинонового, жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж, жирорастворимого фиолетового антрахинонового определен их растворимостью в полимерной композиции. Большие количества красителей не растворяются. При содержании красителей меньше нижнего предела не удается получить полимерную композицию, имеющую поглощение более 98-99% в видимой части длин волн электромагнитного излучения.

Оптимальная концентрация индикатора метилового красного в полимерной композиции составляет 0,09-5,5 вес.частей на 100 вес.частей эпоксидиановой смолы. При его концентрациях больше оптимальной действие индикатора метилового красного на поглощение электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн уже не проявляется, однако начинает сказываться каталитически эффект от этого соединения, являющегося вторичным амином, приводящий к снижению жизнеспособности полимерной композиции и у ухудшению ее технологических свойств а, именно, к снижению жизнеспособности до 4-5 часов. С технологических соображений наиболее приемлемой является композиция, сохраняющая жизнеспособность в течение рабочей смены, т.е. 8 часов.

Содержание индикатора метилового красного меньше нижнего уровня не приводит к получению композиции удовлетворяющей цели изобретения. При этом светопропускание отвержденной композиции в видимой части спектра более 1,5-2% т.е. превышает точность измерения используемого спектрофотометра СФ-26.

В качестве эпоксидной смолы используют смолы марок: ЭД-24 или ЭД-24Н или ЭД-22 или ЭД-20 или ЭД-20СП или ЭД-16 или ФОУ-9.

В качестве ангидридного отвердителя используют: изометилтетрагидрофталевый ангидрид или тетрагидрофталевый ангидрид или гексагидрофталевый ангидрид или 4-метилгексагидрофталевый ангидрид или фталевый ангидрид.

В качестве аминного катализатора используют: N,N-диметилбензиламин или 2,4,6-трис/диметиламинометил/-резорцин или 3,3,5,5-тетракис/диметиламинометил/дифинилолпропан или 2,4,6-трис-/диметиламинометил/фенол или α-метилбензилдиметиламин.

В качестве пластифицирующего компонента используют: фталаты, полимеризованные жирные кислоты, алифатические эпоксидные смолы, соединения, имеющие конечные гидроксильные группы, эпоксидные гликоли и кислоты, синтетические каучуки и другие соединения, широко используемые в качестве "пластификаторов" эпоксидных смол.

В качестве антрахиноновых красителей используют: краситель жирорастворимый зеленый антрахиноновый: 1,4-ди4-метилфениламино)-антрахинон, краситель органический жирорастворимый зеленый антрахиноновый 2Ж: 5,8-диокси-1,4-ди-п-толуидинантрахинон, краситель жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый: 1-окси-4(4-метилфениламино)антрахинон.

Индикатор метиловый красный: п-диметиламиноазобензол-о-карбоновая кислота.

Описание примеров осуществления изобретения.

Пример 1. В смеси, содержащей: 100 вес.частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,85 вес.частей красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,28 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 1,10 вес. часть красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 1, приведено в таблице 1, графа 2.

Пример 2. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,85 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,28 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 2, приведено в таблице 1, графа 3.

Пример 3. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,28 вес.частей красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 1,10 вес. частей красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 3, приведено в табл. 1, графа 4.

Пример 4. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,20 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,10 вес. часть красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 0,30 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 4, приведено в таблице 1, графа 5.

Пример 5. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 0,2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 1,20 вес. части красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,40 вес. части красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 2,20 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 5, приведено в таблице 1, графа 6.

Пример 6. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,85 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,28 вес. частей красителя жирорастворимого зеленного 2Ж, 1,10 вес. частей красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, 0,28 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметильензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 6 приведено в табл. 1, графа 7.

Пример 7. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 60 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,85 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,28 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,05 вес. частей аминного катализатора, N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 7, приведено в таблице 1, графе 8.

Пример 8. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,28 вес. частей красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 0,28 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 8, приведено в таблице 1, графа 9.

Пример 9. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 1,10 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, 0,28 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,80 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 9, приведено в табл.1, графа 10.

Пример 10. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 0,20 вес. части красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,10 вес. часть красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 0,30 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, 0,09 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,8 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 10, приведено в таблице 10 графа 11.

Пример 11. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 2 вес. части каучука СКН-30 КТР, 86 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 1,20 вес. части красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,40 вес. части красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 2,20 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, 5,50 вес. частей индикатора метилового красного, вводят 0,80 вес. части аминного катализаторная: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 11, приведено в таблице 1, графа 12.

Пример 12. В смеси, содержащей: 100 вес. частей эпоксидиановой смолы ЭД-20, 60 вес. частей диглицидилового эфира диэтиленгликоля, 100 вес. частей изометилтетрагидрофталевого ангидрида растворяют: 1,20 вес. части красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, 0,40 вес. части красителя жирорастворимого зеленого 2Ж, 2,20 вес. части красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового, вводят 1,5 вес. частей аминного катализатора: N,N-диметилбензиламина. Светопропускание плоскопараллельных пластин толщиной 1±0,1 мм, изготовленных из полимерной композиции, приготовленной по примеру 12, приведено в табл. 1, графе 13.

Использование: для изготовления оптоэлектронных приборов. Сущность изобретения: компаунд содержит мас. ч. : эпоксидная диановая смола - 100, отвердитель ангидридного типа 60-100, аминный катализатор - 0,2-60, смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2-1,2, красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,1-0,4, красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3-2,2 и индикатора метилового красного 0,09-5,5 или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2-1,2, красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,1-0,4 и красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3-2,2 или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,85 и красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,28 или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,28 и красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 1,1 или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового или красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж или красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,28-1,1 и индикатора метилового красного 0,28. 1 табл.

Эпоксидный компаунд для изготовления оптоэлектронных приборов, содержащий эпоксидную диановую смолу, отвердитель ангидридного типа, аминный катализатор и пластификатор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит красители из группы, смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж, жирорастворимого фиолетового антрахинонового и индикатора метилового красного или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового, жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж и жирорастворимого фиолетового антрахинонового, или смесь красителей жирорастворимых зеленого антрахинонового и фиолетового антрахинонового, или смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового или красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж или жирорастворимого фиолетового антрахинонового и индикатора метилового красного при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Эпоксидная диановая смола 100
Отвердитель ангидридного типа 60 100
Аминный катализатор 0,05 1,5
Пластификатор 0,2 60
Смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2 1,2
Красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,1 0,4
Красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3 2,2
Индикатора метилового красного 0,09 5,5
или
Смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,2 1,2
Красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,1 0,4
Красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 0,3 2,2
или
Смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,85
Красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,28
или
Смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж 0,28
Красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового 1,1
или
Смесь красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 0,28 1,1
или
Красителя жирорастворимого зеленого антрахинонового 2Ж, или красителя жирорастворимого фиолетового антрахинонового индикатора метилового красного
0,28