Клей Советский патент 1980 года по МПК C09J3/16 

(54) КЛЕЙ

t

Изобретение относится к токопроводящим теплостойким клеям на осно- , ве эпоксиноволачных смол, предназначенных для крепления кристаллов больших интегральных схем (БИС) .в корпус 5 или на подложку.

Основные условия эксплуатации, БИС: диапазон рабочих температур от -60 до , воздействие температуры в течение 10 мин (процесс. 0 разварки выводов).многократное термоциклирование от -60с до , воздействие тропических условий (относительная влажность воздуха 98±2%, температура ) .вибрационные и ли- 15 нейные перегрузки до 20 000 (Jr . В таких условиях эксплуатации клей должен обладать прочностью, обеспечивающей крепление БИС, и главное - иметь удельное объемное электрическое.со- 20 противление ( р ) не более 10 .

В отечественной прс аштенности для различных целей применяют большое количество клеев-контактолов, таких, как К-17, К-8, К-12, К-13, АТК, ЭК, 25 ЭВТ, 52-383, ИР-145а; и ИР-169, но только клей ЭВТ способен выдерживать воздействие температуры (температура разварки выводов). Однако высокая температура отверждения30

С250 С), длительность процесса отверждения и требования по условиям прогрева и охлаждения исключает его применение в поточном производстве изготовления БИС. Наличие в ряде клеев летучих растворителей исключает возможность их применения для монтажа БИС, поскольку растворитель всегда остается в клееврм срединении и разрушает его в процессе воздействия температуры , многократного термоциклирования, в тропических условиях,. Известны токопроводящие клеи 52-383, ИР-145а и др. Однако, они име.ют низкую теплостойкость, что не удовлетворяет условиям эксплуатёщии ВИС l.

Более теплостойкие полимеры на основе эпоксинсволачных смол 23 пригодны к эксплуатации до . Однако из-за их высокой вязкости трудно создать клеи, технологичные в применении при нормальных условиях. Попытки модификсщии композиций на основе эпоксиноволачных смол позволили снизить вязкость композиций, но при этом значительно снизилась теплостойкость полученных полимеров (до 130с), Недостатком композиций на Основе эпоксиноволачных смол является также

лительный и многоступенчатый режим тверждения.

Известные композиции на основе . циклоалифатических эпоксидных смол (ЦАЭС), в частности на основе 3, 4-эпоксициклогексилметил-З, 4-эпоксициклогексанкарбоксилата(смолы УП-632) З, превосходят вышеописанные полимеры /так к-ак обладают высокой деформационной теплостойкостью(до 200С),отличаются высоким сохранением исходных свойств при повышенных (до 200 ,с) температурах, имеют низкую вязкость.

-1

Однако недостатками клеев на ос- , нове ЦАЭС, в том числе смолы УП-632, являются недостаточная прочность бсд.в до 100-120 кг/см ) , высока1Я температура отверждения (до 200 С), многоступенчатость и длительность (до 20 ч) режима отверждения. Это обусловлено тем, что ЦАЭС отверждается лишь ангидридами ди- и поликарбоновых кислот и для предотвращения потерь ангидрида на стадии гелеобраэования необходимо применение умеренных температур (до ). Для дости-: жения оптимальной полноты отверждения полимеров на основе ЦАЭС требуется последующее воздействие высоких температур (до 200С).

дополнительно 3,4-эпоксициклогексилметил-З/4-эпоксициклогексанкарбоксйлат и токопроводящий наполнитель при следукадем соотношении компонентов, вес. ч .

Эпоксиноволачная

смола70-40

3,4-Эпоксициклогексилметил- 3, 4-эпоксициклогексанкарбоксилат63,1-33,1

м-Фенилендиамин11,2-10,2

Диаминодифенил ffiтaн11,2-10,2

Токопроводящий

наполнитель494-248,5

Токопроводящий клей, состоящий

из двух компонентов, совмещенных перед употреблением: компонент 1 представляет собой пастообразный продукт совмещения токопроводящего наполните0 ля со смесью 3,4-эпоксициклогексилметил-З ,4-эпоксициклогексанкарбоксилата (УП-632) и низкомолекулярной эпоксиноволачной смолы (УП-643) общей формулы 1

Известен токопроводящий двухкомпонентный клей Д-753 на эпоксидной основе японской Three Bond с теплостойкостью 300°С, применяемой з рубежом для изготовления БИС. В качёствё тбкопров6дящёго наполнителя клей Д-753 содержит мелкодисперсное серебро. Он отличается хорошей электропроводностью Ру Ю Ю Ом-см) , однако имеет невысокие прочностные характеристики((с,б 40-80 кг/см)при отверждении при в течение 1 ч,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному клею является клей ЭПОН-1031 41, включающий эпрксиноволачную смолу, отверждённую отвердителем аминного типа. Однако клей ЭПОН1031 обладает невысокими прочностны м характеристиками в интервале текшератур от 20 до . и выше,стокостью к влаге.

Целью изобретения является повышение прочности клеевых соединений, стойкости к многократному термоциклиронанию и влаге и придание токопроводящих свойств.

Цель достигается тем, что клей, включаккций эпоксиноволачную смолу и отвердйтель aivHHHoro типа, в качестве отвердителя содержит эвтектическую смесь м-фенилендиамина идиаминодифенилметана, стабилизированную 3,4-эпоксициклогексилметил-З,4 эпоксициклогексанкарбоксилатом, и

где п 1-1,5,

компонент 2 - жидкая эвтектическая смесь м-фенилендиамина и диаминодифенилметана (1:1), стабилизированная эпоксидом УП-632, взятым в количестве 15 вес.ч. на 100 вес.ч. смеси аминов.

Сравнительная характеристика предлагаемого клея и Известных приведена в табл. 1.

Как видно из табл. 1, применение предложенной композиции позволяет получать токопроводящие клеи, превосходящие зарубежные образцы по прочности при 20°С и в 3 раза, при 150°Св 2,5 раза. Предложенный клей не усttynaeT клею Д-758 по сохранению электрических характеристик в условиях эксплуатации БИС. Это позволяет предприятиям электронной прокышленности выпускать БИС с применением отечественного токопроводящего клея, которому присвоена марка УП-5-201.

Прилюр изготовления клея.

Приготовление компонента I.

При использовании в качестве токопроводящего наполнителя карбонильного никеля компонент 1 готовят на краскотерке смешением никелевого порошка со смесью смол УП-632 и УП-643, взтяых в .различных соотношениях (см, примеры 2-15).Компонент 1 представляет собой пастообразную массу черного цвета. При использовании в качестве ток проводящего наполнителя мелкодиспёр ного серебра компонент 1 готовят по следующей схеме: смесь смол УП-632 и УП-643 (взятых в различных соотно шениях по примерам 2-15)растворяют в ацетоне (марки ч.д.а.)или смеси |(1:1) ацетона и этилового спирта и н носят мономолекулярным слоем на поверхность мелкодисперсного серебра. При температура 60-80 С и остаточно давлении до 2 мм рт.ст. растворител полностью удаляется из смеси. Компонент 1 представляет собой порошкообразный продукт (слегка влажный порошок)серого цвета. Приготовление компонента 2. Компонент 2 готовят сплавлением м-фенилендиамина и диаминодифенилметана при ВО-ЮО С, взятых в соотношении 1:1. Полученную эвтектическую смесь охлаждают до 40с, вводят смолу УП-6Э2 в количестве 15 вес.ч. на 100 вес.ч. смеси аминов и тщательно перемешивают. Приготовление клея.

Таблица 1 Компонент 1 смешивают при комнатной температуре с компонентом 2 в указанных в примерах соотношениях. С целью равномерного смешения комйОйёнтов рекомендуется смешение компонентов 1 и 2 проводить в ступке. В табл. 2 приведены свойства предложенного токопроводящего клея (примеры 8-14). Свойства клея по примеру 12 после многократ1 ого термоциклирования, воздействия агокамеры приведены в табл. 3. Одним из наиболее важных преимуществ отечественного клея УП-5-201 является то, что клей наполнен карбонильным никелем и при этом достигается низкое удельное объемное сопротивление. Применение этого клея позволяет сэкономить значительное количество драгоценного металла - серебра. Клей УП-5-201, наполненный никелем, применяют дпя крепления БИС, предназначенных для изделий бытовой техники. Наполнение клея серебром используется линь при изготовлении БИС для спеццелей.

Диапазон рабочих температур, С

Температура отверждения, о С

Длительность отверждения, ч

Время гелеобразования при 150с,мин

Жизнеспособность при 20 ± , ч

Предел прочности при сдвиге, ст.З/ст.З, кг/см, при температуре , с

20 150

25, после 1C термоциклов I.-60) -(+150)

25, после 10 суток во влагокамере

(-60) - (+150) (60) -(+150)20-260.

КратковреМен. Кратковремен. Кратковремен. 300300300

170

170

0,5 0,5

5 9-10

132-161

220-280

35-8480-100 (при

176-230 219-229

785336 иредел прочности при сдвиге после воздействия 8течение 10 мин, ст.З, кг/см при 25 после 10 термоциклов при 25 после 10 суток so влагокамере -- Удельное объемное электрическое сопротивление, ОМСМ, при температуре,С 1,22525, после воздействия ЗОСРс в течение 10 мии 2,О 25, после 500 термо1,0циклов25, после вьадержки в тропических условиях (влагокамере) 2,5

Продолжение табл. 154-198 152-187 0 2,8-10 5,2.10 0 0 3,4-10 2,0-10 0-

785336

ii

12 176-236 154-198 219-229 151-187 Формула изобретения. Клей, включающий эпоксиноволачную сзмолу и отвердитель амииного типа, 6 т л и чающийся тем, что, с дедью получения шлсокой прочиости кле ёвых соединений, улучшения электри.ческих свойств, стойкости к миогократ HbiJQ термоциклированию и влаге, в качестве ртвердителя он содержит эвтектическую смесь м-фенилендиамииа и ди минодифёнилметаиа, стабилизированную 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексанкечрбокснлатом, и допол(Нительно 3,4-эпоксициклогексилметил:-3, 4-эпоксициклогексаикарбоксилат и гокопроводящий наполнители при следующем соотношении компоне.нтов, вес. Э по к новол ач н ая смола70-40 3,4-ЭпоксйциклЬгексилметил-З, 4-ЭПОКСИЕ ЙКЛО63,1-33,1 гёксаикарбоксилат

-4

3,4-10

2,0-10 м-Фенилендиамин11,2-10,2 Диаминодифенилметан 11,2-10,2 Токрпроводящий наполнитель494-248,5 Источники и 1формации, принятые во внимание при экспертизе 1.Технологический регламент №52-422 производства электропроводя- щнх клеев 52-383, ИР-1454, ИР-169, МГИММП, М. 2.Справочник по пластмассам.Под ред. Катаева В. М. , т. 2,. Химия, 1975, с. 201-204, 211-212. 3.Петько И. П., Ватог А. Е. Термост ение полимеров на основе циклоалифатических диэпоксидов - Пластмасса, 2, 1976, с. 39-41. 4.Кардашов Д. А. Синтетические клеи. М., Химия, 1976, с. 146, 147, (прототип).