СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ И ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПОНЕНТ Российский патент 2000 года по МПК H01L23/28 

Настоящее изобретение в первую очередь относится к способу герметизации электронного компонента, в частности интегральной схемы, с помощью герметизирующего материала, содержащего технический термопласт и реакционноспособный растворитель; указанный способ включает в себя, по меньшей мере, следующие этапы:
помещение компонента, подлежащего герметизации, в полость формы;
введение герметизирующего материала при повышенной температуре в полость между формой и компонентом, подлежащим герметизации;
отверждение герметизирующего материала;
изъятие герметизированного компонента из полости.

Такой способ является известным и применяется для герметизации различных электронных компонентов.

Термин "технический термопласт" относится к термопластам с относительно высокой температурой размягчения, т.е. температурой стеклования или температурой плавления, которая настолько высока, что герметизация сохраняет стабильность размеров в процессе использования, например, интегральной схемы, когда часто встречаются повышенные температуры, и когда часто выделяется значительное количество тепла. Очевидно, что при изменении температуры герметизирующий материал не должен деформироваться. Очевидно также, что температура стеклования, в частности при герметизации интегральных схем, не может быть слишком высокой, так как иначе может произойти необратимое разрушение схемы в процессе герметизации.

Подобные термопласты, используемые при герметизации, обладают преимуществом в том, что герметизация проявляет свойства вязкой функции и исходный материал для герметизации не подвержен реакциям, которые не позволяют производить обработку этого материала спустя длительные промежутки времени.

Используемые реакционноспособные растворители, чаще всего термореактопласты, обычно разрушаются при малой деформации. Термореактопласты необходимо хранить и транспортировать в охлажденном состоянии, поскольку реакция отверждения происходит уже при комнатной температуре.

Недостаток технических термпластов состоит в том, что благодаря высокой температуре размягчения, соответственно высокой температуре обработки, в процессе этой обработки часто происходит разрушение пластика. Более того, технические термопласты обладают низкой адгезией к полярным поверхностям электронных компонентов, таких как металлические поверхности интегральных схем.

Несмотря на то, что использование герметизирующих материалов по вышеуказанному способу, включающих в себя термопласт и реакционноспособный растворитель, является известным, в известных способах используется ограниченный диапазон весовых соотношений термопласта и реакционноспособного растворителя. Количество термопласта является относительно низким по сравнению с количеством реакционноспособного растворителя. В связи с этим можно сослаться на следующие документы.

Патент EP-A-0 365168 описывает формовочную композицию, включающую термореактопласт и термопласт. Термопласт используется в количестве максимум 35 вес.%, а в качестве оптимального указано количество около 25 вес.%. По этому патенту предпочтительно получить композицию, в которой каждый из компонентов после отверждения присутствует, по меньшей мере частично, в непрерывной фазе, обеспечивая сеть фаз в массе.

Патент EP-A-0 151553 описывает формовочную композицию из эпоксидной смолы/полисульфона. Количество полисульфона составляет 6 - 14 вес.%.

Патент EP-A-0 211147 описывает композицию из эпоксидной смолы, включающую 0,5 - 10 вес. частей полисульфоновой смолы.

Недостаток формовочных композиций с относительно низкими количествами термопласта состоит в том, что в них преобладают свойства термореактопласта. Т. е. такие композиции обладают относительно высокой хрупкостью, они требуют осторожного обращения, т.е. их необходимо хранить при низкой температуре, а герметизированные продукты необходимо подвергать дополнительному отверждению.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы найти возможность устранить вышеуказанные недостатки, для чего используемый для герметизации материал содержит 40 - 65 вес.% технического термопласта и 60 - 35 вес.% реакционноспособного растворителя. Предпочтительно, используемый для герметизации материал должен содержать 50 - 60 вес.% технического термопласта и 50 - 40 вес. % реакционноспособного растворителя, и наиболее предпочтительной является смесь с соотношением термопласт : реакционноспособный растворитель 1 : 1.

В процессе отверждения герметизирующего материала, соответствующего изобретению, происходит фазовое разделение, и получают непрерывную фазу термопласта, содержащую диспергированную фазу реакционноспособного растворителя. Был обнаружен неожиданный факт: в присутствии полярной поверхности, например, металлической поверхности интегральной схемы, разделение фаз происходит преимущественно возле поверхности, причем тонкий слой реакционноспособного растворителя осаждается на поверхности. В результате адгезия герметизирующего материала после отверждения сопоставима с адгезией между обычно применяемым термореактопластом и электронным компонентом.

Если количество термопласта превышает 65 вес.%, то вязкость композиции будет слишком высокой, что создает трудности при обработке, а адгезия к герметизируемому изделию будет недостаточной.

Используемая для герметизации смесь, соответствующая изобретению, обладает превосходными противопожарными свойствами, благодаря чему отпадает необходимость в добавке содержащих галогены антипиренов, которые широко используются в настоящее время.

Это способствует утилизации материала. Это свойство материала, соответствующего изобретению, позволяет также без проблем сжигать его. В случае переработки материала, термопласт можно отделять от реакционноспособного растворителя и использовать вторично.

Используемые в настоящее время герметики, содержащие относительно высокие количества термореактопластов, после формования и изъятия герметизированного компонента из формы необходимо подвергать дополнительному отверждению, часто такое отверждение осуществляют в течение 4 - 5 часов в печи при повышенной температуре. Материал по изобретению, благодаря наличию определенного количества термореактопласта, не требует такого дополнительного отверждения поскольку полученный продукт после того, как его вынимают из формы уже обладает достаточной прочностью. Полное отверждение термореактопласта происходит со временем.

Выбор реакционноспособного растворителя для материала по изобретению не ограничен строгими рамками, но предпочтительно использовать растворитель, содержащий такой реакционноспособный компонент, который может вызывать полимеризацию или сшивание полимеров, или и то, и другое.

Желательно выбрать указанный растворитель из ненасыщенных олефинов (например, гексадиен), ненасыщенных ароматических олефинов (например, стирол, дивинилбензол), циклоэфиров (например, пропиленоксид), циклоамидов (например, капролактам), акрилатов (например, метилметакрилат), актилонитрила, термореактивных смол (например, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные смолы и органические изоцианаты с соответствующими отвердителями), полиамидов, алифатических и алициклических аминов, ароматических аминов (например, диаминодифенилсульфон), карбоновых кислот, ангидридов карбоновых кислот (например, ангидрид фталиевой кислоты), фенопластов, многоатомных спиртов и их смесей. Выбор способа полимеризации и/или сшивания реакционноспособного растворителя зависит от выбора реакционноспособного растворителя; такие способы известны специалистам.

Без каких-либо ограничений конкретным механизмом взаимодействия, было обнаружено, что смесь термопласта и реакционноспособного растворителя в способе, соответствующем изобретению, ведет себя следующим образом. В ходе обработки получают раствор термопласта и реакционноспособного растворителя. Термопласт не плавится, но смазывается реакционноспособным растворителем и в результате способен образовывать однородную смесь с указанным растворителем. После отвердевания фазы растворителя происходит разделение, причем термопласт образует непрерывную фазу, а реакционноспособный растворитель - диспергированную фазу. Было обнаружено, что смесь термопласт/реакционноспособный растворитель можно обрабатывать при более низких температурах, чем температура стеклования или температура плавления термопласта.

Герметизирующий материал в соответствии с изобретением можно получить путем смешивания реакционноспособного растворителя с термопластом, причем первый часто представляет собой жидкость, а последний - порошок. В результате того, что термопласт в процессе смешивания мягчеет, после охлаждения смеси можно получить однородный раствор реакционноспособного растворителя и термопласта, причем благодаря присутствию термопласта в стекловидном состоянии растворитель герметизирован таким образом, что реакция полного отверждения растворителя ингибирована, и хранение и транспортировку материала можно производить при комнатной температуре. Такое поведение материала играет важную роль в тех случаях, когда в качестве реакционноспособного растворителя используют термореактопласт.

Настоящее изобретение не устанавливает каких-либо конкретных ограничений в отношение выбора термопластов за исключением того, что термопласты, конечно, должны выдерживать температуры, возникающие при нормальном использовании электронных компонентов, таких, как интегральные схемы. В качестве примеров технических термопластов можно перечислить следующие: полиэтиленэфирфталат, полибутиленэфирфталат, поликарбонат, полиамид, поликетон, полиэфиркетон-эфиркетон-кетон, полиэфиркетонкетон, полифениленсульфид, полифениленэфир, полифениленсульфидсульфон, полисульфон, полиэфирсульфон, полиимид, полиэфиримид, полиамидимид и полиимидсульфон, а также смеси указанных соединений.

В обычных способах герметизации с применением термореактопластов для повышения производительности желательно применять агенты, вызывающие быстрое отверждение, т. е. отвердители, способные вызвать отверждение термореактопласта в течение короткого периода времени, однако практика показала, что такие агенты оказывают настолько сильное действие на термореактопласт, что конечный продукт становится хрупким. В настоящем изобретении эта проблема не возникает, и можно применять агенты, вызывающие быстрое отверждение.

Кроме того, герметизирующий материал согласно изобретению может включать в себя обычные добавки, такие как растворители, наполнители и добавки, помогающие обрабатывать пластик, и т.п., при условии, что такие материалы не изменяют фазовую структуру герметизирующего материала, соответствующего изобретению, когда такой материал используют для герметизации электронных компонентов, (т.е. термопласт должен образовывать непрерывную фазу, а реакционноспособный растворитель - диспергированную фазу).

Было обнаружено, что вязкость смеси термопласт/термореактопласт при температуре обработки ниже, чем вязкость самого термопласта, и поэтому герметизирующий материал из аморфного термопласта удобно обрабатывать при температуре, не превышающей температуру стеклования термопласта. При использовании полукристаллических термопластов температура обработки, предпочтительно, должна быть ниже температуры кристаллизации таких термопластов.

Далее, настоящее изобретение относится к герметизирующему материалу, в частности материалу, предназначенному для герметизации электронных компонентов, который содержит не менее 40 - 65 вес.% технического термопласта и 60 - 35 вес. % реакционноспособного растворителя. Предпочтительно, указанный материал содержит не менее 50 - 60 вес.% технического термопласта и 50 - 40 вес.% реакционноспособного растворителя.

И наконец, изобретение относится к электронным компонентам, в частности к интегральным схемам, при условии, что герметизация таких компонентов произведена с использованием герметизирующего материала по изобретению.

Сущность изобретения поясняется приведенным ниже примером.

Пример
Термопласт в различных пропорциях смешивали с термореактопластом. В качестве термопласта использовали полисульфоновый термопласт Ultrason S 101 компании BASF, а в качестве термореактопласта использовали эпоксидную смолу, конкретно - диглицидиловый эфир дифенилпропана Epikote 828 EL компании Shell, а в качестве отвердителя применяли динаминовый отвердитель LONZA M-DEA (период гелеобразования +/-20 минут при температуре 170 ^oC).

Полисульфон измельчали. Затем отвешивали такие количества полисульфона и эпоксидной смолы, чтобы конечные весовые соотношения (т.е. после добавки требуемого количества M-DEA) составляли полисульфон: (эпоксидная смола + отвердитель) 60 : 40 и 50 : 50, соответственно. Отвешенные количества полисульфона и эпоксидной смолы смешивали до получения пасты в пластикаторе Brabender (60 см³) при начальной температуре 130^oC. В процессе смешивания измеряли вращающий момент пластикатора и при его возрастании температуру постепенно повышали до 200^oC в течение 40 минут. После получения однородной смеси температуру снижали до 140^oC. И наконец, в течение 5 минут производили добавку отвердителя M-DEA соответственно, 8,56 г и 10,7 г, после чего смесь извлекали из пластикатора и как можно быстрее охлаждали до комнатной температуры. В приведенной ниже таблице указаны температура стеклования и вязкость материала при 170^oC при различных весовых соотношениях компонентов. Как ясно видно из этой таблицы, температура стеклования и вязкость снижаются при пропорциональном увеличении термореактопласта.

Вязкость измеряли методами реометрии в динамических условиях при эффективной скорости сдвига в 10 с^-1. Температура в 170^oC обычно используется в качестве температуры формования при герметизации интегральных схем. Смесь 50 : 50 позволила получить хорошую герметизацию интегральных схем.

Сущность изобретения: предложен способ герметизации электронных компонентов, в частности интегральных схем, с помощью герметизирующего материала, включающий, по меньшей мере, следующие этапы: компонент, подлежащий герметизации, помещают в полость формы; герметизирующий материал при повышенной температуре вводят в полость между формой и компонентом, подлежащим герметизации; герметизирующий материал отверждают; герметизированный компонент извлекают из полости, причем используемый герметизирующий материал содержит 50-60 вес.% технического термопласта и 50-40 вес.% реакционноспособного растворителя. Предложен также электронный компонент, герметизированный данным способом. Техническим результатом изобретения является снижение хрупкости формовочных композиций, исключение необходимости их хранения при низкой температуре, исключение необходимости их дополнительного отверждения. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ герметизации электронного компонента, в частности интегральной схемы, герметизирующим материалом, содержащим технический термопласт и реакционноспособный растворитель, который включает по меньшей мере следующие этапы: размещение компонента, подлежащего герметизации в полости формы; введение герметизирующего материала при повышенной температуре в полость между формой и компонентом, подлежащим герметизации; отверждение герметизирующего материала и извлечение герметизированного компонента из полости, отличающийся тем, что используемый герметизирующий материал содержит 50 - 60 вес.% технического термопласта и 50 - 40 вес.% реакционноспособного растворителя, причем термопласт образует однородную фазу при отверждении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакционноспособный растворитель содержит реакционноспособный компонент, способный полимеризоваться, или осуществлять сшивание, или и то, и другое. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что реакционноспособный растворитель выбирают из ненасыщенных олефинов, ненасыщенных ароматических олефинов, циклических простых эфиров, циклических амидов, акрилатов, акрилонитрила, термореактивных смол, полиамидов, алифатических и алициклических аминов, ароматических аминов, карбоновых кислот, ангидридов карбоновых кислот, фенолов, многоатомных спиртов и их смесей. 4. Электронный компонент, в частности интегральная схема, в герметичном исполнении, полученный способом по одному или нескольким пп.1 - 3.