DE3027576A1 - Epoxy! resin casting compsn. for embedding electronic components - contg. quartz particles and Gp=IV, GP=V, GP=VI or GP=VIII metal (oxide) particles as catalyst - Google Patents

Abstract

Epoxy resin casting compsn. contains catalyst particles of gp. IV, V, VI or VIII metal (oxides) and quartz particles. The quartz particles are pref. quartz flour treated with an epoxy organosilane. The resin may also contain sub-microscopic SiO2 particles with untreated quartz flour. The ratio of metal (oxide) particles to epoxy resin is 1 : 104 - 1 : 107. The compsn. is prepd. by mixing the resin and quartz and opt. the SiO2 in a mixer made of or contg. a gp. IV, V, VI or VIII metal until metal abrasion incorporates a sufficient amt. of metal into the compsn. Alternatively a metal or oxide powder may be added to the compsn. Suitable metals include Cr, Fe, Ni, Ti, V, Mo, Co and Pt and their oxides. The catalyst does not adversely effect electronic components esp. semiconductor elements embedded in the compsn.

Description

Epoxid-Gießharzmasse und Verfahren zu ihrer HerstellungEpoxy casting resin compound and process for its manufacture

Die Erfindung bezieht sich auf eine Epoxid-Gießharzmasse mit einem Epoxidharz, dem mindestens ein Katalysator beigegeben ist. Solche Gießharzmassen sind beispielsweise in dem Buch "Gießharze in der elektronischen Technikn, 196D, Seite 52 ff. von Ch. A. Harper beschrieben worden. Als Katalysatoren für Epoxidharze werden zum Bei spiel tertiäre Amine oder Bortrifluorid-Amin-Eomplexe verwendet. Diese Katalysatoren bewirken eine Homopolymerisation des Epoxidharzes, die zur Aushärtung der Epoxfd-Gießharzmasse führt.The invention relates to an epoxy casting resin compound with a Epoxy resin to which at least one catalyst is added. Such cast resin compounds are for example in the book "Gießharze in der Electronic Technikn, 196D, Page 52 ff. By Ch. A. Harper. As catalysts for epoxy resins For example, tertiary amines or boron trifluoride-amine complexes are used. These catalysts cause homopolymerization of the epoxy resin, which leads to curing the Epoxfd cast resin compound leads.

Die beschriebenen Katalysatoren können jedoch die elektrischen Eigenschaften zum Beispiel von darin eingebetteten Halbleiterelementen ungünstig beeinflussen. Dies kann sich darin äußern, daß die Sperrkennlinien instabil und/oder die Sperrströme zu hoch sind.However, the catalysts described can improve the electrical properties for example, have an unfavorable influence on the semiconductor elements embedded therein. This can manifest itself in the fact that the blocking characteristics are unstable and / or the blocking currents are too high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Epoxid-Gießharzmasse der oben angegebenen Art so weiterzubilden, daß ungünstige Auswirkungen auf elektronische Bauelemente, insbesondere auf Halbleiterbauelemente ausgeschlossen sind.The invention is based on the object of an epoxy casting resin compound of the type indicated above in such a way that adverse effects on electronic Components, in particular semiconductor components, are excluded.

Außerdem soll ein einfaches Verfahren zum Herstellen einer solchen Gießharzmasse angegeben werden.In addition, a simple method for producing such Cast resin mass are given.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Partikeln eines oder mehrerer Metalle und/oder eines oder mehrerer Metalloxide der 4., 5., 6.The invention is characterized in that the catalyst consists of Particles of one or more metals and / or one or more metal oxides of the 4th, 5th, 6th

oder 8. Gruppe des Periodensystems der Elemente besteht und daß das Epoxidharz Quarzpartikel enthält.or 8th group of the periodic table of the elements and that the Epoxy resin contains quartz particles.

Die Quarzpartikel können in Form von Quarzmehl enthalten sein, das außerdem vorzugsweise noch silanisiert sein kann. Ein einfaches Verfahren zum Herstellen einer GieB-harzmasse besteht darin, das Epoxidharz mit dem silanisierten Quarzmehl mit einem aus einem oder mehreren Metallen des 4., 5., 6. oder 8. Periodensystems der Elemente bestehenden Mischer so lange zu mischen, bis ein entsprechender Metallabrieb eingetreten ist.The quartz particles can be contained in the form of quartz powder can also preferably be silanized. A simple method of making A casting resin compound consists of the epoxy resin with the silanized quartz powder with one of one or more metals of the 4th, 5th, 6th or 8th periodic table of the existing mixer elements until a corresponding metal abrasion has occurred.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine einfache Epoxid-Gießharzmasse läßt sich zum Beispiel aus einem cycloaliphatischen Epoxidharz herstellen, das unter der Firmenbezeichnung CY 177 und CY 175 von der Firma Ciba geliefert wird Diesem Epoxidharz wird Quarzmehl im Gewichtsverhältnis 1 : 2 zugegeben.A simple epoxy casting resin compound can be made of one, for example Manufacture cycloaliphatic epoxy resin under the company name CY 177 and CY 175 is supplied by the company Ciba. This epoxy resin is made of quartz powder Weight ratio 1: 2 added.

Weitere Stoffe werden nicht zugesetzt. Das Epoxidharz wird dann zusammen mit dem Quarzmehl, zum Beispiel mit einem Chrom-Nickelstahl-Rührer, zwei Stunden gut durchgerührt. Das Vermischen kann auch mit einer Kugelmühle mit Chrom-Nickelstahl-Eugeln erfolgen. Wenn ein ausreichender Abrieb des Metalls eingetreten ist, was durch eine graue Färbung der Masse erkennbar ist, ist die Epoxid-Gießharzmasse fertig zum Vergießen. Sie wird dann innerhalb einiger Stunden bei einer Temperatur von zum Beispiel 100 0C ausgehärtet. Eine besser reproduzierbare Gießharzmasse, die auch eine bessere Haftung an den gebräuchlichen Polyestergehäusen aufweist, läßt sich dadurch herstellen, daß statt des oben erwähnten einfachen Quarzmehls silanisiertes Quarzmehl verwendet wird. Als Silanisierungsmittel wird, um eine chemische Bindung zum Quarzmehl herzustellen, ein EpoxForganosilan verwendet.No other substances are added. The epoxy is then put together with the quartz powder, for example with a chrome-nickel steel stirrer, two hours well stirred. Mixing can also be done with a ball mill with chrome-nickel steel balls take place. When sufficient wear of the metal has occurred, which is achieved by a If the compound is gray in color, the epoxy casting resin compound is ready to be potted. It is then within a few hours at a temperature of, for example, 100 Cured at 0C. A more reproducible cast resin compound, which is also a better one Has adhesion to the usual polyester housings, can be produced by that instead of the simple quartz powder mentioned above, silanized quartz powder is used will. As a silanizing agent, in order to create a chemical bond to the quartz powder, an EpoxForganosilane is used.

Das Quarzmehl kann nach folgender Rezeptur silanisiert werden: Es werden 500 g Isopropanol, 4,25 g t-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 2,15 g destilliertes Wasser und 940 g Quarzmehl miteinander vermischt. Dieses Gemisch wird bei 50 0C 30 min erwärmt. Anschließend wird das Lösungsmittel in einem Rotationsverdampfer abdestilliert. Das trockene Quarzmehl wird bei 120 0C rund 15 min erwärmt, um die Silanisierung zu beenden und Reaktionsprodukte zu entfernen.The quartz flour can be silanized according to the following recipe: Es 500 g of isopropanol, 4.25 g of t-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 2.15 g of distilled Water and 940 g of quartz flour mixed together. This mixture is at 50 0C Heated for 30 min. Then the solvent is in a rotary evaporator distilled off. The dry quartz flour is heated at 120 ° C. for around 15 minutes in order to achieve the End silanization and remove reaction products.

Die Silanisierung des Quarzmehls geschieht nach folgendem Reaktionsschema. Dabei wird angenommen, daß im Quarzmehl noch Hydroxyl-Gruppen vorhanden sind: Daraus ergibt sich, daß das Epoxyorganosilan direkt über eine Siloxan-Bindung an die Quarzoberfläche gebunden wird. Das silanisierte Quarzmehl wird dann mit einem Epoxidharz gemischt, wobei zu 500 g Epoxidharz, zum Beispiel das oben erwähnte CY 177, 940 g silanisiertes Quarzmehl gegeben wird. Das Gemisch wird dann zum Beispiel zwei Stunden mit einem Chrom-Nickelstahl-Zannradrührer vermischt. Die notwendige Anzahl von Metallpartikeln im Gemisch ist dann erreicht, wenn die Masse eine graue Färbung angenommen hat.The silanization of the quartz flour takes place according to the following reaction scheme. It is assumed that there are still hydroxyl groups in the quartz powder: It follows that the epoxyorganosilane is bound directly to the quartz surface via a siloxane bond. The silanized quartz flour is then mixed with an epoxy resin, 940 g of silanized quartz flour being added to 500 g of epoxy resin, for example the above-mentioned CY 177. The mixture is then mixed, for example for two hours, with a chrome-nickel steel pinwheel stirrer. The necessary number of metal particles in the mixture is reached when the mass has turned gray.

Das Epoxidharz wird durch die katalytische Wirkung der an der Quarzoberfläche adsorbierten Metallatome (Fe, Ni, Cr) polymerisiert. Diese Katalysatoren wirken als Elektronen-Donatoren und können den an der Quarzoberfläche gebundenen Epoxidring in einer seiner polaren Mesomerie-Formeln stabilisieren: Aus dieser polaren Form erfolgt die Reaktion mit dem Epoxidharz zum Polymer: Das Epoxidharz polymerisiert in Kettenform, wobei die Kette durch Ringschluß abgebrochen werden kann.The epoxy resin is polymerized by the catalytic effect of the metal atoms (Fe, Ni, Cr) adsorbed on the quartz surface. These catalysts act as electron donors and can stabilize the epoxy ring bound to the quartz surface in one of its polar mesomeric formulas: The reaction with the epoxy resin to form the polymer takes place from this polar form: The epoxy resin polymerizes in chain form, whereby the chain can be broken off by ring closure.

Eine etwas billigere, aber für eine Serienfertigung noch besser geeignete, weil bessere reproduzierbare Gießharzmasse erhält man, wenn das Epoxidharz mit unsilanisiertem Quarzmehl und submikroskopisch feinem SiO2, zum Beispiel Aerosil der Firma Degussa, vermengt wird. Aerosil ist reines Siliciumdioxid SiO2 mit einer Korngröße zwischen 5 und 40 nm. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Gießharzmasse enthält 500 g Epoxidharz, 1000 g nicht silanisiertes Quarzmehl und 50 g Aerosil. Diese Bestandteile werden dann miteinander zwei Stunden in einem Chrom-Nickelstahl-Rührer oder in einer Kugelmühle mit Chrom-Nickelstahl-Kugeln vermischt. Die Gießharzmasse härtet bei einer Temperatur von zum Beispiel 100 °C innerhalb von 16 Stunden völlig aus.A slightly cheaper, but even more suitable for series production, because better reproducible cast resin compound is obtained when the epoxy resin is unsilanized Quartz powder and submicroscopic fine SiO2, for example Aerosil from Degussa, is mixed up. Aerosil is pure silicon dioxide SiO2 with a grain size between 5 and 40 nm. An exemplary embodiment for such a cast resin compound contains 500 g Epoxy resin, 1000 g non-silanized quartz powder and 50 g Aerosil. These components are then put together for two hours in a chrome-nickel steel stirrer or in a Ball mill mixed with chrome-nickel steel balls. The cast resin compound hardens a temperature of 100 ° C, for example, completely within 16 hours.

Anstatt der erwahnten cycloaliphatischen Epoxidharze können auch cycloaliphatische Glycidylester wie Lekutherm X 100 der Firma Bayer oder Glycidyläther wie Araldit F der Firma Ciba verwendet werden.Instead of the cycloaliphatic epoxy resins mentioned, cycloaliphatic epoxy resins can also be used Glycidyl esters such as Lekutherm X 100 from Bayer or glycidyl ethers such as Araldit F from Ciba can be used.

Es ist auch möglich, die Metalle der 4., 5., 6., 8. Nebengruppe in Form von Metallpulver oder Oxidpulver oder einem Gemisch von beiden zuzugeben. Als Mischungsverhältnis kommt ein Bereich von 1 : 104 bis 1 : 107 in Frage. Als Katalysatoren sind neben ßen genannten Metallen Eisen, Nickel und Chrom auch andere Metalle der genannten Gruppen, zum Beispiel Titan, Vanadium, Molybdän, Kobalt oder Platin geeignet. Statt der genannten Metalle können auch deren Oxide oder Gemische der Metalle und Oxide als Katalysatoren eingesetzt werden.It is also possible to use the metals of the 4th, 5th, 6th, 8th subgroup in Add the form of metal powder or oxide powder or a mixture of both. as Mixing ratio is a range from 1: 104 to 1: 107. As catalysts In addition to the metals mentioned, iron, nickel and chromium are also other metals of the mentioned groups, for example titanium, vanadium, molybdenum, cobalt or platinum are suitable. Instead of the metals mentioned, their oxides or mixtures of the metals and Oxides are used as catalysts.

8 Patentansprüche8 claims

Claims (8)

Patentans rtiche p 0 Epoxid-Gießharzmasse mit einem Epoxidharz, dem mindestens ein Katalysator beigegeben ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Katalysator aus Partikeln eines oder mehrerer Metalle und/oder eines oder mehrerer Metalloxide der 4., 5., 6. oder 8. Gruppe des Periodensystems der Elemente besteht und daß das Epoxidharz Quarzpartikel enthält.Patentans rtiche p 0 epoxy casting resin compound with an epoxy resin, the at least one catalytic converter is added, that is to say e t that the catalyst consists of particles of one or more metals and / or one or more metal oxides of the 4th, 5th, 6th or 8th group of the periodic table of Elements consists and that the epoxy resin contains quartz particles. 2. Gießharzmasse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Quarzpartikel in Form von Quarzmehl enthalten sind.2. Cast resin composition according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the quartz particles are contained in the form of quartz powder. 3. -Gießharzmasse nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e -i c h n e t , daß das Quarzmehl silanisiert ist.3. casting resin composition according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e -i c h n e t that the quartz powder is silanized. 4. Gießharzmasse nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Quarzmehl durch ein Epoxjtorganosilan silanisiert ist.4. Cast resin composition according to claim 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i It is not clear that the quartz powder is silanized by an epoxy organosilane. 5. Gießharzmasse nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Epoxidharz neben dem Quarzmehl noch submikroskopisch feines SiO2 enthält.5. Cast resin composition according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the epoxy resin is submicroscopically fine in addition to the quartz powder Contains SiO2. 6. Gießharzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallpartikel und/oder die Metalloxidpartikel dem Epoxidharz im Verhältnis von 1 : 104 bis 1 : 107 beigegeben sind.6. Cast resin composition according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g It is not noted that the metal particles and / or the metal oxide particles added to the epoxy resin in a ratio of 1:104 to 1:107. 7. Verfahren zum Herstellen einer Gießharzmasse nach Anspruch 3 oder 4 und nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Epoxidharz mit dem silanisierten Quarzmehl mit einem aus einem oder mehreren Metallen der 4., 5., 6. oder 8. Gruppe des Periodensystems der Elemente bestehenden Mischer so lange gemischt wird, bis ein entsprechender Metallabrieb eingetreten ist.7. A method for producing a casting resin composition according to claim 3 or 4 and according to claim 5, that the epoxy resin with the silanized quartz flour with one of one or several Metals of the 4th, 5th, 6th or 8th group of the periodic table of the elements Mixer is mixed until a corresponding metal abrasion has occurred is. 8. Verfahren zum Herstellen einer Gießharzmasse nach Anspruch 3 oder 4 und nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Epoxidharz mit dem Quarzmehl und dem Aerosil mit einem aus einem oder mehreren Metallen der 4., 5., 6. oder 8. Gruppe des Periodensystems der Elemente bestehenden Mischer so lang gemischt wird, bis ein entsprechender Metallabrieb eingetreten ist.8. A method for producing a casting resin composition according to claim 3 or 4 and according to claim 6, that the epoxy resin with the quartz powder and the aerosil with one of one or more metals 4th, 5th, 6th or 8th group of the Periodic Table of the Elements existing mixer so is mixed for a long time until a corresponding metal abrasion has occurred.