DD280971A1 - Verfahren zur herstellung von epoxidformmasse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Epoxidformmasse, bestehend aus heisshaertendem Epoxidharz, Haerter, Haertungsbeschleuniger, Fuellstoff, Elastifizierungsmittel, Entformungsmittel sowie anderen ueblichen Zusatzstoffen, wie Hydrophobiermittel, Pigment, Flammschutzmittel und Verdickungsmittel. Mittels Spritzpressverfahren wird die Epoxidformmasse zu waermegehaerteten Formkoerpern weiterverarbeitet. Anwendung findet die Epoxidformmasse u. a. in der Mikroelektronik als Umhuellungsmaterial fuer elektronische Bauelemente sowie in der Elektroindustrie zur Herstellung von Geraeteteilen. Ziel der Erfindung ist, eine Epoxidformmasse herzustellen, die fuer das ausgehaertete Polymer eine verbesserte Feuchtestabilitaet aufweist. Erfindungsgemaess wird die Epoxidformmasse hergestellt, indem Fuellstoff-Grobgranulat, Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Fuellstoff-Grobgranulat und Elastifizierungsmittel gemeinsam vermahlen und nach der Klassierung mit den anderen Bestandteilen nach bekannter Technologie zur Formmasse verarbeitet werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Epoxidformmasse, die mittels Spritzpreßverfahren zu wärmegehärteten Formkörpern verarbeitet wird. Anwendung findet die Epoxidformmasse in der Mikroelektronik als Umhüllungsmaterial für elektronische Bauelemente sowie in der Elektroindustrie zur Herstellung von Geräteteilen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Epoxidformmassen für die Umhüllung elektronischer Bauelemente und zur Herstellung von Formkörpern enthalten üblicherweise heißhärtendes Epoxidharz, Härter, Härtungsbeschleuniger, Entformungsmittel und Füllstoff sowie übliche Zusatzstoffe, z.B. Pigment, Hydrophobiermittel, Flammschutzmittel, Eiastifizierungsmittel und Viskositätsregulatoren, beispielsweise feinteilige Kieselsäure oder globulines Quarzglas (DD-WP 154824 und DD-WP 242817). Ihre Herstellung erfolgt Suren Vermischen der vorzugsweise pulverförmigen Einsatzstoffe in einem Pulvermischer, weiterer Homogenisierung und Verdichtung im Schmelzzustand, z. B. auf geheizten Walzen, und anschließender Abkühlung und Zerkleinerung zu einem Granulat. Die Gebrauchseigenschaften einer Epoxidformmasse sind abhängig von Qualität und Mengenanteil der Einsatzstoffe sowie der Technologie der Formmasseherstellung.

Als Füllstoff wird durch Mahlen, Sieben und/oder Spiralwindsichten von Füllstoff-Grobgranulat einer Korngröße von 1 - 10 ⁴ bis 2 · 10"'m, vorzugsweise von 1 · 10""³ bis 5 · 10~²m, gewonnenes, feinkörniges Mineral eingesetzt, z.B. Quarz-oder Quarzglaspulver. Die maximale Korngröße des Füllstoffes beträgt 2 · 10"⁴m, vorzugsweise bis zu 1,6 10 ⁴m, und die mittlere Korngröße des Fül'stoffes beträgt bis 4 · 1(T⁵m (JP.61190-55-A). Der Masseanteil des Füllstoffes in der Epoxidformmasse wird mit 5 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 75%, angegeben. Der Füllstoff oder die Formmasse können ein Hydrophobiermittel enthalten. Als Hydrophobiermittel werden vorzugsweise solche Stoffe verwendet, die sowohl eine gute Haftung auf dem Füllstoff als auch eine gute Verträglichkeit mit dem Epoxidharz aufweisen, wie Alkoxysilane, z. B. 3-Glycidoxypropyltri- ethoxy- oder trimethoxysilan, Titanate, z. B. Tetrabutyltitanat, oder langkettige Silane oder Siloxane (JP.61055-114-A, US-PS.3849-187, DE-AS.2304-602). Die Hydrophobiermittel tragen zwar zur Verbesserung der Fouchtestabilität der Formmassen bei, diese reicht aber nicht aus, um z. B. die Umhüllung empfindlicher elektronischer Bauelemente, wie integrierte Schaltkreise oder Mikroprozessoren, zu gewährleisten.

Als Härtungsbeschleuniger werden tertiäre Amine, vorzugsweise Imidazol oder -Derivate, z. B. 2-Methyl-lmidazol, Benzimidazol, Phenylimidazol (JP.62260-820-A), oder Organophosphorverbindungen, z.B. Triphenylphosphin (JP.88025-010-B), sowie Boroder Aluminiumverbindungen (US-PS.4454-201 -A, JP.84023-728-B) verwendet.

Elastifizierungsmittel haben die Aufgabe, Spannungsrisse, die bei thermischer Wechselbelastung an elektronischen Bauelementen auftreten und durch die Wasser in die Plastumhüllung eindringt, zu vermeiden. Durch eingedrungenes Wasser wird im Zusammenwirken mit ionischen Verunreinigungen in der Formmasse Korrosion an den Aluminium-Leitbahnen der elektronischen Bauelemente verursacht, was zu Leitbahnunterbrechungen und damit Ausfall der Bauelemente führen kann. Gemessen wird die Feuchtestabilität im Pressure-Cooker-Test an besonderen Prüf-Bauelementen. Als Elastifizierungsmittel werden polymere Verbindungen, wie z. B. Diorganopolysiloxane, vorzugsweise SiH-gruppenhal'.iges Siliconöl (JP.61000-219-A, JP.62212-417-A),Methylpolysilazan(JP.61000-219-A),Dimethylpolysiloxan-Kautschuk(EP.146-803-A,JP.60188-418-A, JP.61285-247-A), polyfunktionelle Silane oder Siloxane (JP.61183-314-A), Phenol-Siloxan-Kopoiymere (87 253381/36!, Fluorharz-Siloxan-Kopolymere (JP.62199-612-A), Fluorkautschuk (JP.62041-218-A), thermoplastische Harze (JP.61138-618-A, JP.62201925-A), Polybutadienharze mit OH- oder COOH-Gruppen (JP.60206824-A, JP.62020-521-A, JP.62209-125-A), Acrylnitril-Butadien-Styren-Kopolymer (JP.62209-127-A) neben zahlreichen anderen Produkten eingesetzt. Infolge der erschwerten Homogenisiorbarkeit der meist gel- oder gummiartigen Elastifizierungsmittel mit den anderen, vorzugsweise pulverförmigen Bestandteilen der Epoxidformmasse, läßt sich in der Praxis der geforderte kritische Homogenisierungsgrad schwer realisieren. Damit wird die gewünsci.tc !n.ne Feuchtestabilität mit solchen Massen umhüllter elektronischer Bauelemente nicht erreicht. Durch Lösen des Elastifizierungsmittels in einem organischen Lösungsmittel und Aufsprühen auf den Füllstoff wurde versucht, die Homogenität des Elastifizierungsmittels in der Formmasso zu verbessern (JP.61000-219-A). Dies hat den Nachteil, daß das Lösungsmittel wieder entfernt werden muß, z. B. durch Erhitzen der Mischung auf 393 K über mehrere Stunden, was einen aufwendigen Prozeß bedeutet. Anderenfalls führt das während der Verarbeitung der

Formmasse im Spritzpreßverfahren entweichende Lösungsmittel zu porigen Formkörpern, die eine schlechte mechanische Festigkeit und eine geringe Feuchtestabilität aufweisen.

Die bisher bekannten Verfahren gestatten nicht, das Elastifizierungsmittel in hinreichend feiner Verteilung und in technologisch einfacher Weiss in die Formmasse einzuarbeiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein technologisch einfaches Verfahren zur Herstellung von Epoxidformmasse mit verbesserter Feuchtestabilität der gehärteten Formmasse, insbesondere der damit umhüllten elektronischen Bauelemente.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung war, ein Verfahren zur Herstellung von Epoxidformmasse. bestehend aus heißhärtendem Epoxidharz, Härter, Härtungsbeschleuniger, Elastifizierungsmittel, Füllstoff, Entformungsmittel sowie anderen üblichen Zusatzstoffen, wie Pigment, Hydrophobiermittel. Flammschutzmittel und Verdickungsmittel, zu entwickeln, mit dem eine gleichmäßige und feindisperse Verteilung des Elastifizierungsmittels über die gesamte Formmasse erreicht wird.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe gelöst, indem Füllstoff-Grobgranulat, Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Füllstoff-Grobgranulat und Elastifizierungsmittel gemeinsam vermählen werden, z.B. in einer Kugelmühle. Das Füllstoff-Grobgranulat weist eine Korngröße von 1 · 10~⁴bis2· 10"', vorzugsweise von 1 · 10~³bis5· 10~²mauf.Das Elastifizierungsmittel wird z. B. gelöst in einem niedrig siedenden organischen Lösungsmittel, vorzugsweise Aceton und/oder Methylenchlorid, zugesetzt. Im Verlaufe des Herstellungsprozesses entweicht das Lösungsmittel. Nach der Klassierung, z. B. durch Sieben oder Windsichten, hat der Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Elastifizierungsmittel enthaltende Füllstoff eine maximale Korngröße von kleiner als 2 10~⁴m, vorzugsweise kleiner als 1,6.10 "⁴m, und eine mittlere Korngröße von kleiner als 4.10~⁵m vorzugsweise 5 · 10 "⁶ bis 2 · 10~⁵m. Der Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Elastifizierungsmittel enthaltende Füllstoff wird in Masseanteilen von 5 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 75%, bezogen auf die gesamte Formmasse, mit den anderen Bestandteilen nach bekannter Technologie zur Formmasse verarbeitet. Als Bestandteile der Formmasse, wie heißhärtendes Epoxidharz, Härter, Härtungsbeschleuniger, Füllstoff, Entformungsmittel, Elastifizierungsmittel, Hydrophobiermittel und weitere Zusätze, werden dafür bekannte Stoffe in üblichen Konzentrationen verwendet. Die Formmasse kann beispielsweise enthalten an Füllstoff 5 bis 80 Masseanteile in %, vorzugsweise 30 bis 75 Masseanteile in %, an Elastifizierungsmittel 0,1 bis 15 Masseanteile in %, vorzugsweise 0,2 bis 7 Masscanteil in %. Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist die ultrafeine Verteilung des Elastifizierungsmittels in der Epoxidformmasse. Durch diese Technologie entfallen zusätzliche Verfahrensschritte für getrennte Mahlprozesse von Füllstoff und Elastifizierungsmittel sowie zur Entfernung von Lösungsmittel. Außerdem wird eine hohe Regelmäßigkeit in der Vernetzung des gehärteten Polymeren erreicht. Dies führt zu einer Verbesserung der Feuchtestabilität von damit umhüllten elektronischen Bauelementen.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Eine Epoxidformmasse 1 wurun hergstellt, indem 160g Kresolnovolakepoxidharz mit einem Erweichungspunkt von 363K, 100g Phenolnovolak mit einem Erweichungspunkt von 563K, 2g Carnaubawachs, 20g Antimontrioxid, 27g Bromepoxidharz mit einem Masseanteil von 40% Brom, 2g Kanalruß und 687g Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel enthaltender Füllstoff, der durch Vermählen von 998g Kieselgut-Grobgranulat einer Korngröße von 1 10 ³ bis etwa 1 10"²m mit 3g Methyl-Phenyl-Polysiloxan mit einem Erweichungspunkt von 325K, einem Phenyl/Methyl-Verhältnis von 1,2 und einem Masseanteil von 12% kettenförmiger Me₂SiO-Blöcke mit PhSi(OH)OEndgruppen (als Elastifizierungsmittol), und 2g 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan in einer Kugelmühle und Absieben des Mahlgutes über ein Sieb von 1,6 · 10 ⁴m Maschenweite erhalten wurde und eine miniere Körnung von 1.5 · 10"⁵m aufwies, in einem Schnellmischer vermischt, auf einem beheizten Zwei walzenstuhl homogenisiert und nach Abkühlen des Walzenfolles in einer Schlagnasenmühle zerkleinert wurde. Die Epoxid/ormmasse 1 wies die in Tab. 1 dargestellten Eigenschaften auf. Die geringe Ausfallquote elektronischer Prüfbauelemente, die mit der Epoxidformmasse 1 umhüllt und im Pressure-Cootor-Test geprüft wur'Jen, zeigt eine sehr gute Feuchtestabilität an.

Zum Vergleich wurde dio Epoxidformmasse 2 (Vergloichsmasse) hergestellt, indem 160g Kresolnovolakepoxidharz, 100g Pheno'novolak, 2g Carnaubawachs, 20g Antimontrioxid, 27g Bromepoxidharz, 2g Kanalruß, 2g Elastifizierungsmittel (alles gleiche Qualitäten wie bei Masse 1) und 685g Hydrophobiermittel enthaltender Füllstoff, der durch Vermählen von 998g Kieselgut-Grobgranulat (Körnung anaiog Masse 11 mit 2g 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan und Absieben über ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,6 · 10"*m erhalten wurde und eine miniere Körnung von 1,7 10"⁵m aufwies, wie Masse 1 gemischt und zur Formmasse verarbeite! wurden. Die Prüfung (s. Tab. 1) ergab eine wesentlich ungünstigere Feuchtestabilität damit umhüllter Prüf-Bauelemente. Die Vergleichsmasse enthielt die gleiche Art und Menge an Elastifizierungsmittel wie Masse 1, dieses war aoer nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Formmasse eingebracht worden.

Beispiel 2

Die Epoxidformmasse 3 wurde in gleicher Zusammensetzung und nach gleichem Verfahren hergestellt wie Masse 1, mit dem Unterschied, daß das Elastifizierungsmittei im Masse'/erhältnis 1:3 in Methylennhlorid gelöst zum Kieselgut-Grobgranulat gegeben wurde. Während dos Mahlens wurde für Druckausgleich in der Mühle gesorgt, damit Lösungsmittel entweichen konnte. Nach dem Sieben war der Füllstoff riese'fähig und geruchsfrei. Die gepreßten Formkörper waren ohne Glasen und die Biegefestigkeit wies im Vergleich zu Mass61 keinen Abfall aus, woraus folgt, daß störendes Lösungsmittel nicht mehr enthalten war. Die Feuchtestabilität damit umhüllter Bauelemente zeigte gute Ergebnisse (s. Tab. 1).

Beispiel 3

Die Epoxidformmasse 4 wurde hergestellt, indem 143g Phenoinovoiakopoxidharz mit einem Erweichungspunkt von 341K, 90g Phenolnovolak mit einem Erweichungspunkt von 373K, 2g Stearyistearinsäureamid, 20g Antimontrioxid, 27g Bromepoxidharz mit einem Masseanteil von 40% Brom, 2g Kanalruß, 2g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 30g globulines, aus der Plasmaflamme gewonnenes Quarzpulver einer Körnung von 3 10 ⁵ bis 4 10"⁵m und 685g Elastifizierungsmittel enthaltender Füllstoff, der durch Vermählen von Kieselgut-Grobgranulat (Körnung analog Masse 1) und 10g Acryl-nitril-Butadien-Styren-Kopolymer mit einer Molmasse von etwa 20000 hergestellt wurde, miteinander vermischt und auf dem Zweiwalzenstuhl homogenisiert wurden und die M< sse nach Abkühlen zerkleinert wurde. Die Masse 4 hatte ausgezeichnete Feuchtestabilität, wie die in Tab. 1 aufgeführten Kennwerte ausweisen.

Tabelle 1	Masse 1	Beispiel 1	Masse 2	Beisp. 2	Beisp. 3
Prüfergebnisse				Masse 3	Masse 4
	0,86	(Vergleich)	0,85
Kennwert				0,88	0,80
	146		140
Fließlänge, m"				138	140
Biegefestigkeit	0		9
MPa2'	9		33	0	0
Ausfallquote, %3)				3	3
nach 100 h
nach 200 h

1) Nach Prüfvorschrift EMMI 66-1; 180s, 448K, Spiralwerkzeug.

2) nach TGL 14067.

."·, Pressure Cooker Test; 416K, gesättigte Wasserdampfatmosphäre im Autoklaven, je 33 Stück mit der jeweiligen Formmasse umhüllter Prüf-Bauelemente vor und nach der Prüfdauer auf elektronische Funktionsfähigkeit geprüft.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Epoxidformmasse, bestehend aus heißhärtendem Epoxidharz, Härter, Härtungsbeschleuniger, Füllstoff, Elastifizierungsmittel, Entformungsmittel sowie anderen üblichen Zusatzstoffen, wie Hydrophobiermittel, Pigment, Flammschutzmittel und Verdickungsmittel, nach bekannter Technologie.dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoff-Grobgranulat, Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Füllstoff-Grobgranulat und Elastifizierungsmittel gemeinsam vermählen und nach der Klassierung mit einer maximalen Korngröße von kleiner als 2 · 10"^{4mundeinef mittlerenκ}°'"<ΐ'^όββv°"^kleinerals4· '°-⁵ _m mit den anderen Bestandteilen zur Formmasse verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastifizierungsmittel in einem niedrigsiedenden organischen Lösungsmittel gelöst eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel Aceton und/oder Methylenchlorid eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoff-Grobgranulat, Elastifizierungsmittel und Hydrophobiermittel oder Füllstoff-Grobgranulat und Elastifizierungsmittel gemeinsam vermählen und nach der Klassierung mit einer maximalen Korngröße von 1,6 10~⁴ mund einer mittleren Korngröße von 5 · 1CT⁶ bis 2 · 10"^5m mit den anderen Bestandteilen zur Formmasse verarbeitet werden.