DE69700827T2 - Elektrische Komponente und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Elektrische Komponente und Verfahren zur Herstellung

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Komponenten. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein sehr produktives Verfahren zur Herstellung der elektrischen Komponenten, in welchen gehärtetes Silicon, das auf einem elektrischen Element beschichtet ist, vollständig monolithisch mit dem gehärteten Harzversiegelungsmittel, das auf dem Silicon beschichtet ist, verbunden wurde.
  • Elektrische Elemente, z. B. integrierte Schaltkreise, integrierte Hybridschaltkreise, Halbleiterchips, Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerstände usw. sind im allgemeinen mit einem gehärteten Harzversiegelungsmittel beschichtet. Das Versiegelungsmittel schützt das Element vor äußerer Beanspruchung (Biegebeanspruchung, Schlag- usw.), verhindert Wassereintritt und verbessert die Feuchtigkeitsbeständigkeit. Darüber hinaus kann das elektrische Element auch mit gehärtetem Silicon beschichtet werden, um es von interner Beanspruchung, die von der Ausdehnung oder dem Schrumpfen des gehärteten Harzversiegelungsmittel stammen, zu schützen. Das gehärtete Silicon jedoch ist nicht mit dem darüber beschichteten gehärteten Harzversiegelungsmittel verbunden oder haftet daran, was in einer unakzeptablen Verläßlichkeit für die harzversiegelte elektrische Komponente resultiert.
  • Bis heute wurde nach monolithischer Bindung zwischen der gehärteten Siliconbeschichtung des elektrischen Elements und des gehärteten Versiegelungsharzes, das über dem gehärteten Silicon beschichtet ist, gestrebt, indem die Oberfläche des gehärteten Silicons mit UV-Strahlung behandelt wurde und dieses UV-behandelte gehärtete Silicon mit dem Harzversiegelungsmittel versiegelt wurde (US 4,645,551, JP-A 64-27249, JP-A 1-94679, JP-A 2-27756 und JP-A 3-22553).
  • Jedoch sogar elektrische Komponenten dieses Typs leiden an einer inakzeptablen Haftung zwischen dem gehärteten Silicon und dem gehärteten Harzversiegelungsmittel. Als ein Resultat bleibt die Verläßlichkeit dieser harzversiegelten elektrischen Komponenten unzufriedenstellend. Darüber hinaus leiden die Verfahren zur Herstellung dieser elektrischen Komponenten an einer schlechten Produktivität, da sie Bestrahlung mit UU-Licht erfordern.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von in hohem Maße verläßlichen elektrischen Komponenten zur Verfügung zu stellen, bei dem die gehärtete Siliconbeschichtung, die auf dem elektrischen Element beschichtet ist, vollständig in einer monolithischen Masse mit dem gehärteten Harzversiegelungsmittel, das auf dem gehärteten Silicon beschichtet ist, verbunden ist.
  • Verschiedene härtbare Beschichtungszusammensetzungen wurden zuvor beschrieben.
  • Zum Beispiel beschreibt EP 0 718 433 A2 eine Zusammensetzung, die mittels einer Hydrosilylierungsreaktion härtbar ist und ein Siliconharz, einen Haftvermittler, der das Reaktionsprodukt eines Epoxyalkoxysilans und eines Alkenylsilanols enthält, und Aluminiumacetylacetonat umfaßt.
  • EP 0 596 534 beschreibt eine härtbare Organopolysiloxanzusammensetzung, die ein Polyorganosiloxan mit mindestens zwei Alkenylgruppen, ein Organopolysiloxan mit mindestens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen, eine Organosiliciumverbindung mit Organosilsesquioxan-, Diorganosiloxan- und Triorganosiloxyeinheiten, in welcher mindestens eine Epoxygruppe pro Molekül vorliegt, eine Organotitanverbindung und einen Hydrosilylierungsreaktionskatalysator enthält.
  • EP 0 510 608 A1 beschreibt eine einteilige lösungsmittelfreie sich anpassende Siliconbeschichtung, die ein Polydiorganosiloxan mit Diorganovinylendgruppen, ein Organosiloxan mit mindestens drei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül, einen Platinkatalysator, einen Haftzusatz und einen Härtungsinhibitor enthält. Der Haftzusatz ist eine Mischung aus einem Polysiloxan mit Hydroxyl- und Vinylresten und einem epoxygruppenhaltigen Silan mit siliciumgebundenen Alkoxygruppen.
  • GB 208 650 A offenbart auch Haftvermittler in Organopolysiloxanzusammensetzungen, die ein Polyorganosiloxan mit olefinisch ungesättigten organischen Gruppen und eine Organosiliciumverbindung mit siliciumgebundenen Wasserstoffatomen enthalten.
  • EP 0 789 057, das Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ ist, beschreibt härtbare Epoxyharzzusammensetzungen, die ein härtbares Epoxyharz und ein epoxygruppenhaltiges Organopolysiloxan enthalten. Die Zusammensetzung kann verwendet werden, um elektronische Komponenten zu beschichten.
  • EP 0 821 038 A2 und EP 0 818 511 A2, die ebenso Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ darstellen, beschreiben auch härtbare Siliconzusammensetzungen, die in elektrischen oder in elektronischen Teilen angewendet werden können. Die Zusammensetzungen enthalten ein silanolhaltiges Organopolysiloxan und ein epoxygruppenhaltiges Organopolysiloxan, welche als Haftvermittler in einem härtbaren Silicon incorporiert sind.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Komponenten mit einer Oberfläche darauf aus gehärtetem Silicon zur Verfügung, das einen Primer verwendet, der ausgewählt ist aus:
  • (i) einer Mischung aus Komponenten (A) und (B),
  • (ii) einer Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B),
  • (iii) Komponente (C),
  • (iv) Komponente (C) und eine Mischung aus Komponenten (A) und (B) und
  • (v) Komponente (C) und eine Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B), wobei Komponente (A) ein silanolfunktionelles Organopolysiloxan ist, Komponente (B) ein epoxyfunktionelles Organoalkoxysilan ist und Komponente (C) ein Organopolysiloxan mit der durchschnittlichen Einheitsformel:
  • (R¹SiO3/2)a(R²&sub2;SiO2/2)b(R²&sub3;SiO1/2)c(R³O1/2)d
  • ist, worin R¹ eine epoxyfunktionelle monovalente organische Gruppe ist, jedes R² unabhängig voneinander eine einbindige Kohlenwasserstoffgruppe ist, R³ aus Wasserstoff- und Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, a, b und d jeweils positive Zahlen sind und c gleich 0 oder eine positive Zahl ist.
    • Das Herstellungsverfahren umfaßt:
  • (1) Behandeln der Oberfläche aus dem gehärteten Silicon, das auf einem elektrischen Element beschichtet ist, mit dem Primer dieser Erfindung und
  • (2) Versiegeln des behandelten gehärteten Silicons mit einem Harzversiegelungsmittel.
  • Fig. 1 enthält einen Querschnitt eines Halbleiterbauteils, das als eine elektrische Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben ist.
  • Fig. 2 enthält eine Schrägansicht mit Teilausschnitten eines Kondensators, der als eine elektrische Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben ist.
  • Bei den elektrischen Komponenten der vorliegenden Erfindung ist das gehärtete Silicon auf einem elektrischen Element beschichtet und vollstän dig in einem Monolith mit dem gehärteten Harzversiegelungsmittel, das über dem gehärteten Silicon beschichtet ist, verbunden. Das entsprechende gehärtete Silicon ist nicht entscheidend und kann zum Beispiel die Form eines Gels, Kautschuks oder harten Harzes annehmen. Die Zusammensetzungen, die dieses gehärtete Silicon ergeben, können z. B. additionsreaktionshärtende Siliconzusammensetzungen oder kondensationsreaktionshärtende Siliconzusammensetzungen sein. Additionsreaktionshärtende Siliconzusammensetzungen sind bevorzugt, während additionsreaktionshärtende Siliconzusammensetzungen, die Siliconkautschuke erzeugen, besonders bevorzugt sind. Additionsreaktionshärtbare Siliconzusammensetzungen dieses Typs sind durch Zusammensetzungen beispielhaft dargestellt, die ein Organopolysiloxan mit mindestens zwei Alkenylgruppen pro Molekül, ein Organopolysiloxan mit mindestens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül und einen Platinkatalysator enthalten.
  • Gehärtete Harzversiegelungsmittel haften im allgemeinen nur relativ schwach an den gehärteten Produkten. Die Versiegelungsmittel haften besonders schwach an Siliconkautschuken, die durch die Härtung von additionsreaktionshärtbaren Siliconzusammensetzungen, die ein Organopolysiloxan mit mindestens zwei Alkenylgruppen pro Molekül, ein Organopolysiloxan mit mindestens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül und einen Platinkatalysator enthalten, erzeugt wurden. Diese additionsreaktionshärtbaren Silicone jedoch werden immer noch bevorzugt als das gehärtete Silicon verwendet, da sie in einer elektrischen Komponente der vorliegenden Erfindung vollständig in einer monolithischen Masse mit dem gehärteten Harzversiegelungsmittel, das über dem gehärteten Silicon beschichtet ist, verbunden werden.
  • Haftung zwischen der gehärteten Siliconbeschichtung und dem gehärteten Harzversiegelungsmittel wird durch diese Erfindung verbessert, indem die Oberfläche der Beschichtung mit einem Primer behandelt wird. Der Primer, der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ausgewählt aus:
  • (i) einer Mischung aus Komponenten (A) und (B),
  • (ii) einer Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B),
  • (iii) Komponente (C),
  • (iv) Komponente (C) und einer Mischung aus Komponenten (A) und (B) und
  • (v) Komponente (D) und einer Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B), worin Komponente (A) ein silanolfunktionelles Organopolysiloxan, Komponente (B) ein epoxyfunktionelles Organoalkoxysilan und Komponenten (C) ein Organopolysiloxan mit der durchschnittlichen Einheitsformel:
  • (R¹SiO3/2)a(R²&sub2;SiO2/2)b(R²&sub3;SiO1/2)c(R³O1/2)d
  • ist, worin R¹ eine epoxyfunktionelle monovalente organische Gruppe ist, jedes R² unabhängig voneinander eine einbindige Kohlenwasserstoffgruppe ist, R³ aus Wasserstoff- und Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, a, b und d jeweils positive Zahlen sind und c gleich 0 oder eine positive Zahl ist.
  • Silanolfunktionelles Organopolysiloxan (A) enthält die Silanolgruppe, d. h. die siliciumgebundene Hydroxylgruppe. Besonders bevorzugt ist ein Organopolysiloxan, das mindestens zwei Silanolgruppen pro Molekül enthält. Die Struktur der Molekülkette von Komponente (A) kann z. B. geradkettig, teilweise verzweigt geradkettig, verzweigt, cyclisch oder netzwerkartig sein. Geradkettige Molekülstrukturen sind bevorzugt.
  • Die siliciumgebundenen organischen Gruppen in Komponente (A) werden beispielhaft dargestellt durch substituierte und unsubstituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppen, z. B. Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und Heptyl; Alkenylgruppen wie Vinyl, Allyl, Butenyl, Pentenyl, Hexenyl und Heptenyl; Arylgruppen wie Phenyl, Tolyl, Xylyl und Naphthyl; Aralkylgruppen wie Benzyl und Phenethyl und haloge nierte Alkylgruppen wie Chlormethyl, 3-Chlorpropyl und 3,3,3- Trifluorpropyl. Methyl, Vinyl und Phenyl sind insbesondere bevorzugt. Komponente (A) wird insbesondere beispielhaft dargestellt durch Dimethylpolysiloxane mit Silanolendgruppen, Dimethylsiloxan-Methylvinylsiloxan-Copolymere mit Silanolendgruppen und Dimethylsiloxan-Methylphenylsiloxan-Copolymere mit Silanolendgruppen. Die Viskosität von Komponente (A) bei 25ºC beträgt vorzugsweise z. B. 1 bis 500 mPa·s, bevorzugter 1 bis 200 mPa·s und besonders bevorzugt 1 bis 100 mPa·s, da solche Werte wesentliche Effekte von der Primerbehandlung gewähren.
  • Das epoxyfunktionelle Organoalkoxysilan (B) enthält die Epoxygruppe und wird durch Organoalkoxysilane mit der allgemeinen Formel R¹Si(OR&sup4;)&sub3; beispielhaft dargestellt. R¹ stellt eine epoxyfunktionelle monovalente organische Gruppe dar, z. B. Glycidoxyalkylgruppen wie 3-Glycidoxypropyl und 4-Glycidoxybutyl; Epoxycyclohexylalkylgruppen wie 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl und 3-(3,4-Epoxycyclohexyl)propyl und Oxiranylalkylgruppen wie 4-Oxiranylbutyl und 8-Oxiranyloctyl. Glycidoxyalkylgruppen wie 3- Glycidoxypropyl sind hier speziell bevorzugt. R&sup4; stellt Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dar, z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl, wobei Methyl speziell bevorzugt ist.
  • Komponente (B) wird speziell veranschaulicht durch 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan,
  • 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan,
  • 4-Oxiranylbutyltrimethoxysilan und
  • 8-Oxiranyloctyltrimethoxysilan,
  • wobei 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan besonders bevorzugt ist.
  • Komponenten (A) und (B) können einfach gemischt werden oder können Kondensations- und Equilibrierungsreaktionen ausgesetzt werden. Das Mischungs- oder Reaktionsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) beträgt vorzugsweise 1 : 99 bis 99 : 1, bezogen auf Gewicht.
  • Organopolysiloxan (C) wird durch die folgende durchschnittliche Einheitsformel dargestellt:
  • (R¹SiO3/2)a(R²&sub2;SiO2/2)b(R²&sub3;SiO1/2)c(R³O1/2)a
  • worin R¹, R², R³ a, b, c und d wie oben definiert sind. Glycidoxyalkylgruppen wie 3-Glycidoxypropyl sind speziell für R¹ bevorzugt.
  • R² wird beispielhaft durch substituierte und unsubstituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppen dargestellt, z. B. Alkyl wie Methyl, Ethyl, Propy. und Butyl; Alkenyl wie Vinyl, Allyl, Butenyl, Pentenyl und Hexenyl; Aryl wie Phenyl, Tolyl, Xylyl und so weiter; Aralkyl wie Benzyl und Phenethyl und halogenierte Alkylgruppen wie 3,3,3-Trifluorpropyl. Methyl, Vinyl und Phenyl sind speziell für R² bevorzugt.
  • R³ wird beispielhaft durch Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl dargestellt. Die Viskosität von Komponente (C) bei 25ºC ist z. B. vorzugsweise 1 bis 500 mPa·s, bevorzugter 1 bis 200 mPa·s und besonders bevorzugt 1 bis 100 mPas, da solche Werte wesentliche Effekte von der Primerbehandlung gewähren.
  • Komponente (C) kann z. B. durch eine Equilibrierungspolymerisation in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators, z. B. Kaliumhydroxid, zwischen epoxyfunktionellem Alkoxysilan und geradkettigem bis cyclischem Diorganosiloxan synthetisiert werden.
  • Das mit dem Primer behandelte gehärtete Silicon wird mit einem gehärteten Harzversiegelungsmittel versiegelt. Das Harzversiegelungsmittel ist nicht entscheidend und kann z. B. das gehärtete Produkt von härtbaren Epoxy-, Phenol-, Polyphenylensulfid-, Polyetheramid- und Polyimidharzen sein. Härtbare Epoxyharze sind besonders bevorzugt.
  • Die härtbaren Epoxyharze werden beispielhaft durch Glycidyletherepoxyharze, z. B. Bisphenol A-Typ, Bisphenyl F-Typ, Biphenyl, Phenolnovolac, ortho-Cresolnovolac, bromiert; alicyclische Epoxyharze; Glycidylesterepoxyharze; Glycidylaminepoxyharze und heterocyclische Epoxyharze dargestellt. Die Härtungsmechanismen in diesen härtbaren Epoxyharzen können z. B. Wärmehärtung, UV-Härtung oder Feuchtigkeitshärtung sein, wobei Wärmehärtungsmechanismen speziell bevorzugt sind. Darüber hinaus sind, während das härtbare Epoxyharz eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur oder ein Feststoff, der einen Erweichungspunkt von mindestens Raumtemperatur aufweist, sein kann, härtbare Epoxyharze, die bei Raumtemperatur flüssig sind, wegen ihrer guten Handhabungseigenschaften bevorzugt.
  • Die elektrische Komponente der vorliegenden Erfindung kann z. B. ein Transistor, eine Diode, ein Kondensator oder Widerstand oder ein Halbleiterbauteil sein, das ein elektrisches Element wie ein Halbleiterelement (z. B. integrierter Schaltkreis, integrierter Hybridschaltkreis und Computerchip), ein Transistor, eine Diode, ein Kondensator und ein Widerstand sein. Halbleiterteile und Kondensatoren sind speziell als elektrische Komponenten bevorzugt. Ein Beispiel eines Halbleiterbauteils ist in Fig. 1 gegeben, während Fig. 2 ein Beispiel eines Kondensators enthält.
  • Das Halbleiterbauteil in Fig. 1 wird hierin detailliert beschrieben. Ein Halbleiterelement 3 ist auf diesem Halbleiterbauteil auf dem Substrat 1 der Leiterplatte durch einen dazwischen gelagerten Klebstoff 2 angebracht. Die oberen Kanten dieses Halbleiterelements 3 sind mit Kontaktierungsflecken 4 ausgestattet, während äußere Leitungen 5 an den Kanten des Substrats 1 des Schaltkreises gegeben sind. Die Kontaktie rungsflecken 4 sind elektrisch mit dem Substrat 1 des Schaltkreises durch Verbindungsdrähte 6 verbunden. Das Halbleiterelement 3 wird mit dem gehärteten Silicon 7 beschichtet, und eine primerbehandelte Schicht 8 der oben beschriebenen Zusammensetzung wurde auf der Oberfläche dieses gehärteten Silicons 7 gebildet. Gehärtetes Harzversiegelungsmittel 9 wird über das gehärtete Silicon beschichtet. Um den Ausfluß des Versiegelungsharzes zu verhindern, ist ein Rahmen oder eine Absperrung 10 um die Peripherie des Halbleiterelements 3 herum vorhanden. Das gehärtete Silicon 7 ist vollständig in einem Monolith mit dem darüber beschichteten gehärteten Harzversiegelungsmittel 9 durch die dazwischen angeordnete primerbehandelte Schicht 8 verbunden, die auf der Oberfläche des gehärteten Silicons 7 gebildet wurde.
  • Der Kondensator, Fig. 2, enthält Al-dampfabgeschiedenen (metallisierten) Polyesterfilm 11 in entweder einer gerollten oder geschichteten Anordnung, und Elektroden 12 werden durch Beschichtung beider Enden mit flammenbeschichtetem Metall zur Verfügung gestellt. Diese Elektroden 12 sind elektrisch mit den äußeren Leitungen 13 verbunden. Der Kondensator wird mit gehärtetem Silicon 14 beschichtet, während eine primerbehandelte Schicht 15 aus der oben beschriebenen Zusammensetzung auf der Oberfläche dieses gehärteten Silicons 14 gebildet wurde. Gehärtetes Harzversiegelungsmittel 16 wird über das gehärtete Silicon beschichtet. Das gehärtete Silicon 14 ist vollständig in einen Monolith mit dem darüber beschichteten Harzversiegelungsmittel 16 durch die dazwischen liegende primerbehandelte Schicht 15 verbunden, die auf der Oberfläche des gehärteten Silicons 14 gebildet wurde.
  • Das Verfahren zur Herstellung der elektrischen Komponenten der vorliegenden Erfindung wird im Detail wie folgt beschrieben. Bevor das Halbleiterbauteil aus Fig. 1 hergestellt wird, muß zuerst das Halbleiterbauteil 3 auf dem Substrat 1 des Schaltkreises unter Verwendung eines dazwischen angeordneten Klebstoffs 2 montiert werden, und die Verbin dungsflecken 4 an den oberen Kanten dieses Halbleiterbauteils 3 müssen elektrisch mit dem Substrat 1 des Schaltkreises durch Verbindungsdrähte 6 verbunden werden. Darüber hinaus ist, wenn das Harzversiegelungsmittel eine Flüssigkeit ist, vorzugsweise eine Abgrenzung oder ein Rahmen 10 um die Peripherie des Halbleiterelements 3 vorhanden, um den Ausfluß des Harzversiegelungsmittels zu verhindern.
  • Bevor der Kondensator aus Fig. 2 als die elektrische Komponente hergestellt wird, muß zuerst der Al-dampfabgeschiedene (metallisierte) Polyesterfilm 11 aufgerollt oder laminiert werden, die Elektroden 12 müssen durch Beschichtung beider Enden mit flammenbeschichteten Metall gebildet werden, und die äußeren Leitungen 13 müssen elektrisch mit den Elektroden 12 verbunden werden.
  • Das Verfahren zur Beschichtung des gehärteten Silicons auf elektrische Elemente wie einen Transistor, eine Diode, einen Kondensator, einen Widerstand, ein Halbleiterelement (z. B. integrierte Schaltkreise, integrierte Hybridschaltkreise und Computerchips) ist nicht entscheidend. Die Beschichtung kann mit den zuvor beschriebenen Siliconzusammensetzungen bewirkt werden.
  • Die Herstellungsmethode der vorliegenden Erfindung beginnt mit der Primerbehandlung der Oberfläche des gehärteten Silicons, das auf einem elektrischen Element wie den oben beschriebenen beschichtet ist. Primerbehandlung kann die Auftragung des oben beschriebenen Primers durch Sprühen, Bürstenauftragung oder Tauchen sein. Der Primer wird bei diesem Vorgang vorzugsweise verdünnt mit organischem Lösungsmittel oder mit Organopolysiloxan oder Alkoxysilan mit einer Viskosität bei 25ºC von nicht größer als 50 mPa·s verwendet. Das organische Lösungsmittel wird beispielhaft dargestellt durch Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Toluol, Xylol, Hexan und Heptan; Ketonlösungsmittel wie Aceton und Methylethylketon; Alkohollösungsmittel wie Methylalkohol, Ethylalkohol und Isopro pylalkohol und auch chlorierte Kohlenwasserstofflösungsmittel und fluorierte Kohlenwasserstofflösungsmittel.
  • Verdünnung mit Alkoxysilan oder Organopolysiloxan ist besonders bevorzugt. Das Alkoxysilan wird beispielhaft dargestellt durch Methyltrimethoxysilan und Vinyltrimethoxysilan, während das Organopolysiloxan beispielhaft durch geradkettige Siloxane wie Hexamethyldisiloxan und Dimethylpolysiloxane mit Trimethylsilylendgruppen und durch cyclische Siloxane wie Octamethylcyclotetrasiloxan und Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan dargestellt wird.
  • Der Primer kann dann z. B. durch Lufttrocknung bei Umgebungstemperatur oder durch Erwärmen auf nicht mehr als 200ºC als eine Funktion der speziellen Erfordernisse getrocknet werden.
  • Das primerbehandelte gehärtete Silicon wird nachfolgend mit dem zuvor beschriebenen Harzversiegelungsmittel beschichtet. Das behandelte gehärtete Silicon kann mit dem Harzversiegelungsmittel, z. B. durch Transferpressen, Spritzgießen, Vergießen, Gießen, Auftragen mittels Eintauchen, Auftragen mittels Auftropfen aus einem Dispenser, Spraybeschichten oder Bürstenbeschichten beschichtet werden. Um das Harz zu härten, können die wärmehärtbaren Harze auf 50ºC bis 250ºC erhitzt werden, UV-härtende Harze können UV-Strahlung aus einer Lichtquelle ausgesetzt werden und feuchtigkeitshärtbare Harze können bei Raumtemperatur gehalten werden. Das Harz kann z. B. unter Verwendung eines Ofens, einer Heizplatte, einer Wärmelampe und ähnlichem erhitzt werden.
  • Elektrische Komponenten, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt werden, haben exzellente Zuverlässigkeit, da die gehärtete Siliconbeschichtung des elektrischen Elements gut in eine monolithische Masse mit dem gehärteten Harzversiegelungsmittel, das über dem gehärteten Silicon beschichtet ist, eingebunden ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung dieser elektrischen Komponenten ist sehr produktiv und gut durchführbar.
    • Beispiele
  • So daß der Fachmann die hierin gelehrte Erfindung verstehen und schätzen kann, werden die folgenden Beispiele dargestellt, wobei zu verstehen ist, daß diese Beispiele nicht verwendet werden sollen, um den Umfang der Erfindung, der in den Ansprüchen zu finden ist, zu beschränken. Die Viskositätswerte, die in den Beispielen wiedergegeben sind, wurden bei 25ºC gemessen. Die folgenden Vorgehensweisen wurden verwendet, um die Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittel an dem gehärteten Silicon zu bestimmen und die Verläßlichkeit der elektrischen Komponenten (Halbleiterbauteil, Kondensator) zu untersuchen.
    • Synthese der härtbaren Siliconzusammensetzung
  • Die folgenden wurden bis zur Homogenität gemischt, um eine additionsreaktionshärtbare Siliconzusammensetzung zu ergeben: 97,9 Gew.-Teile Dimethylpolysiloxan mit Dimethylvinylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 400 mPa·s, 2,0 Gew.-Teile Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan- Copolymer mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 5 mPa·s, 0,1 Gew.-Teile einer 1 Gew.-%igen Isopropylalkohollösung von Chloroplatinsäure und 0,01 Gew.-Teile 3-Phenyl-1-butin-3-ol. Diese härtbare Siliconzusammensetzung wurde in den Untersuchungen verwendet. Diese Zusammensetzung ergab einen Siliconkautschuk mit einem JIS A Durometer von 8, wenn die Zusammensetzung durch 5-minütiges Erwärmen bei 100ºC in einem Umluftofen gehärtet wurde.
    • Herstellung des Harzversiegelungsmittels
  • Die folgenden wurden bis zur Homogenität gemischt, um eine härtbare Epoxyharzzusammensetzung zu ergeben: 100 Gew.-Teile Epoxyharz mit einem Epoxyäquivalenzgewicht von 165, dessen Hauptbestandteil ein Epoxyharz des Bisphenyl F-Typs war, 120 Gew.-Teile Tetraalkyltetrahydrophthalsäureanhydrid-Härtungsmittel mit einem Molekulargewicht von 234 und 1 Gew.- Teil 1-Isobutyl-2-methylimidazol-Härtungsbeschleuniger. Dieses Harzversiegelungsmittel wurde bei den Untersuchungen verwendet.
    • Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittel an dem gehärteten Silicon
  • Die oben beschriebene gehärtete Siliconzusammensetzung wurde auf eine Aluminiumplatte beschichtet und durch 5-minütiges Erhitzen bei 100ºC in einem Umluftofen gehärtet. Die Oberfläche des resultierenden gehärteten Silicons wurde dann mit dem Primer durch Sprühen beschichtet, gefolgt von 3-minütigem Trocknen bei 100ºC in dem Umluftofen. Das oben beschriebene Harzversiegelungsmittel wurde auf das resultierende gehärtete Produkt beschichtet und wurde selbst durch 4-stündiges Erhitzen bei 120ºC in dem Umluftofen gehärtet. Die Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon wurde untersucht und auf der folgenden Skala eingestuft.
  • + = starke Haftung
  • Δ = partielle Ablösung
  • x = vollständige Ablösung
    • Verläßlichkeit der elektronischen Komponente (Halbleiterbauteil)
  • Das in Fig. 1 gezeigte Halbleiterbauteil wurde wie folgt hergestellt: Ein Halbleiterelement 3, das ein Aluminiumverdrahtungsmaske auf seiner Oberfläche trug, wurde auf einem keramischen Aluminiumoxidsubstrat 1 für einen Schaltkreis unter Verwendung eines Klebstoffs 2 angebracht. Die Kontaktierungsflecken 4 an den oberen Kanten dieses Halbleiterelements 3 wurden dann elektrisch mit dem Substrat 1 des Schaltkreises unter Verwendung von Goldverbindungsdrähten 6 verbunden. Die oben hergestellte härtbare Siliconzusammensetzung wurde aus einem Dispenser auf die Oberfläche des Halbleiterelements 3 aufgetragen, und das gehärtete Siliconprodukt 7 wurde dann durch 5-minütiges Erwärmen bei 100ºC in einem Umluftofen erzeugt. Die Oberfläche des gehärteten Produkts 7 wurde danach mit dem Primer durch Aufsprühen behandelt, und dann durch 3-minütiges Erhitzen bei 100ºC in einem Umluftofen getrocknet. Das oben spezifizierte Harzversiegelungsmittel wurde dann aus einem Dispenser auf das gehärtete Produkt 7 aufgetragen. Wegen der Fluidität dieses Harzversiegelungsmittels war bereits ein Kautschukrahmen 10 (Höhe = 1 mm) um die Peripherie des Halbleiterelements 3 angeordnet. Auftragung des Harzversiegelungsmittels wurde von 4-stündigem Erwärmen bei 120ºC in einem Umluftofen gefolgt, um ein Halbleiterbauteil herzustellen, in dem gehärtetes Harzversiegelungsmittel 9 auf gehärtetem Silicon 7 gebildet wurde. Zwanzig Halbleiterbauteile wurden unter Verwendung dieser Vorgehensweise hergestellt.
  • Die Halbleiterbauteile wurden dann zyklischen thermischen Tests (100 Zyklen, 1 Zyklus = 30 min bei -30ºC und 30 min bei +100ºC) unterworfen. Der Prozentsatz von Defekten beim Betrieb wurde an den Halbleiterbauteilen nach zyklischen thermischen Tests bestimmt.
    • Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Kondensator)
  • Der in Fig. 2 gezeigte Kondensator wurde wie folgt hergestellt: Aldampfabgeschiedener (metallisierter) Polyesterfilm 11 wurde aufgerollt, Elektroden 12 wurden zur Verfügung gestellt, indem beide Enden mit flammbeschichtetem Metall beschichtet wurde, und äußere Leitungen 13 wurden elektrisch mit den Elektroden 12 verbunden. Diese Anordnung wurde in die oben spezifizierte härtbare Siliconzusammensetzung getaucht und dann 5 min bei 100ºC in einem Umluftofen erhitzt, um das gehärtete Silicon 14 zu ergeben. Die Oberfläche dieses gehärteten Produkts 14 wurde mit Primer durch Aufsprühen behandelt und dann 3 min bei 100ºC in einem Umluftofen getrocknet. Das gehärtete Produkt 14 wurde dann in das oben spezifizierte Harzversiegelungsmittel getaucht, gefolgt von 4-stündigem Erhitzen bei 120ºC in einem Umluftofen, um einen Kondensator mit gehärteten Harzversiegelungsmittel 16 zu bilden, das auf dem gehärteten Silicon 14 gebildet wurde. Zwanzig Kondensatoren wurden unter Verwendung dieser Vorgehensweise hergestellt.
  • Diese Kondensatoren wurden einem Feuchtigkeitsbeständigkeitstest ausgesetzt, der aus Stehenlassen für 1.000 h in einer 40ºC/95%-RH-Umgebung bestand. Der Prozentsatz von Defekten beim Betrieb wurde an den Kondensatoren nach Feuchtigkeitsbeständigkeitstest bestimmt.
    • Bezugsbeispiel 1
  • 116 g 1,3,5,7-Tetramethyl-1,3,5,7-tetravinylcyclotetrasiloxan, 100 g 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 0,05 g Kaliumhydroxid wurden in einen 4-Halskolben, der mit einem Rührer, Thermometer und Rückflußkühler ausgestattet war, eingeführt. Eine Equilibrierungspolymerisation wurde dann über 3 h unter Erwärmung und Rühren bei 120ºC durchgeführt. Die Reaktion wurde dann mit Dimethyldichlorsilan gestoppt. Die Substanzen mit niedrigem Siedepunkt wurden aus dem Reaktionsgemisch durch Vakuumdestillation bei 100ºC/667 Pa entfernt, um eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 20 mPa·s zu ergeben. Fourier-Transform-NMR-Analyse dieser Flüssigkeit bestätigte, daß es ein Organopolysiloxan mit der folgenden durchschnittlichen Einheitsformel war:
    • Beispiel 1
  • Ein Primer wurde hergestellt, indem 5 Gew.-% des in Bezugsbeispiels 1 synthetisierten Organopolysiloxans in 95 Gew.-Teilen Dimethylpolysiloxan mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 0,6 mPa·s verdünnt wurden. Der Primer wurde zur Bestimmung der Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon und Bewertung der Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) benutzt. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 2
  • Ein Primer wurde hergestellt, indem 2,5 Gew.-Teile Dimethylpolysiloxan mit Silanolendgruppen (Viskosität = 25 mPa·s) und 2,5 Gew.-Teile 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan in 95 Gew.-Teilen Dimethylpolysiloxan mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 0,6 mPa·s verdünnt wurden. Dieser Primer wurde zur Bestimmung der Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon und Bewertung der Verläßlichkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) benutzt. Die Ergebnisse aus diesen Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittel an dem gehärteten Silicon und die Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) wurde wie in Beispiel 1 bestimmt, aber in diesem Fall wurde die Primerbehandlung, die in Beispiel 1 durchgeführt wurde, weggelassen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Verdünnung aus 5 Gew.-Teilen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan in 95 Gew.-Teilen Dimethylpolysiloxan mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 0,6 mPa·s wurde hergestellt. Diese Verdünnung wurde der Bestimmung der Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon und der Bewertung der Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) unterworfen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine Verdünnung aus 5 Gew.-Teilen Dimethylpolysiloxan mit Silanolendgruppen (Viskosität = 25 mPa·s) in 95 Gew.-Teilen Dimethylpolysiloxan mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 0,6 mPa·s wurde hergestellt. Diese Verdünnung wurde der Bestimmung der Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon und der Bewertung der Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) unterworfen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Vergleichsbeispiel 4
  • Die folgenden wurden bis zur Homogenität gemischt, um eine additionsreaktionshärtende Siliconzusammensetzung herzustellen, um die härtbare Siliconzusammensetzung, die in den Untersuchungen verwendet wurde, zu ersetzen: 97,9 Gew.-Teile Dimethylpolysiloxan mit Dimethylvinylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 400 mPa·s, 3,3 Gew.-Teile Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan-Copolymer mit Trimethylsiloxyendgruppen und einer Viskosität von 5 mPa·s, 0,1 Gew.-Teile einer 1%igen Lösung von Chloroplatinsäure in Isopropylalkohol, 2 Gew.-Teile des Organopolysiloxans, welches in Bezugsbeispiel 1 hergestellt wurde, und 0,01 Gew.-Teile 3-Phenyl-1-butin-3-ol. Diese Ersatzzusammensetzung ergab Siliconkautschuk mit einem JIS A Durometer von 10, wenn sie 5 min bei 100ºC in einem Umluftofen erhitzt wurde. Die Haftung des gehärteten Harzversiegelungsmittels an dem gehärteten Silicon und die Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente (Halbleiterbauteil, Kondensator) wurden dann wie in Beispiel 1 bestimmt, aber in diesem Fall unter Verwendung der Ersatzzusammensetzung und unter Weglassung der Primerbehandlung, die in Beispiel 1 durchgeführt wurde. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauteils mit einer Oberfläche aus gehärtetem Silicon, umfassend:
(1) Behandeln der Oberfläche aus dem gehärteten Silicon mit einem Primer, ausgewählt aus:
(i) einer Mischung aus Komponenten (A) und (B),
(ii) einer Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B),
(iii) Komponente (C),
(iv) Komponente (C) und einer Mischung aus Komponenten (A) und (B),
(v) Komponente (C) und einer Reaktionsmischung aus Komponenten (A) und (B),
wobei Komponente (A) ein silanolfunktionelles Organopolysiloxan ist, Komponente (B) ein epoxyfunktionelles Organopolysiloxan ist und Komponente (C) ein Organopolysiloxan mit der durchschnittlichen Einheitsformel
(R¹SiO3/2)a(R²&sub2;SiO2/2)b(R²&sub3;SiO1/2)c(R³O1/2)d,
ist, worin R¹ eine epoxyfunktionelle monovalente organische Gruppe ist, jedes R² unabhängig voneinander eine einbindige Kohlenwasserstoffgruppe ist, R³ aus Wasserstoff- und Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, a, b und d jeweils positive Zahlen sind und c gleich 0 oder eine positive Zahl ist, und
(2) Versiegeln des behandelten gehärteten Silicons mit einem gehärteten Harzversiegelungsmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Primerkomponente (A) ein Organopolysiloxan mit endständigen Silanolgruppen, ausgewählt aus Dimethylpolysiloxanen, Dimethylsiloxan/Methylvinylsiloxan-Copolymeren und Dimethylsiloxan/Methylphenylsiloxan-Copolymeren, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Primerkomponente (B) die allgemeine Formel
R¹Si(OR&sup4;)&sub3;
hat, worin R¹ eine epoxyfunktionelle einbindige organische Gruppe darstellt und R&sup4; eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Reaktionsmischung der Primerkomponenten (A) und (B) aus der Gruppe, bestehend aus Kondensations- und Gleichgewichtsreaktionen, ausgewählt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Gewichtsverhältnis von Primerkomponente (A) zu Primerkomponente (B) von 1 : 99 bis 99 : 1 reicht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin R² in der Primerkomponente (C) bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt ist aus Methyl, Vinyl und Phenyl.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Primerkomponente (B) ausgewählt ist aus 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, 4-Oxiranylbutyltrimethoxysilan und 8-Oxiranyloctyltrimethoxysilan.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Viskosität der Primerkomponente (A) bei 25ºC im Bereich von 1 bis 500 mPa·s liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Viskosität der Primerkomponente (C) bei 25ºC im Bereich von 1 bis 500 mPa·s liegt.
10. Elektrisches Bauteil, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das elektrische Bauteil ausgewählt ist aus Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerständen und Halbleiterbauteilen, die ein elektrisches Element oder eine elektrische Schaltung enthalten.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gehärtete Silicon das gehärtete Produkt einer Siliconzusammensetzung, die mittels Additionsreaktion gehärtet wurde, ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, worin das gehärtete Harzversiegelungsmittel das gehärtete Produkt, ausgewählt aus härtbaren Epoxy-, Phenol-, Polyphenylensulfid-, Polyetheramid- und Polyimidharzen, ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin die Verdünnung des Primers aus Schritt (A) mit einem Verdünnungsmittel umfassend, das ausgewählt ist aus organischen Lösungsmitteln, Organopolysiloxanen und Alkoxysilanen mit einer Viskosität bei 25ºC von nicht größer als 50 mPa·s.
14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das Verdünnungsmittel ein Alkoxysilan, ausgewählt aus Methyltrimethoxysilan und Vinyltrimethoxysilan, ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, worin das Verdünnungsmittel Polydimethylsiloxan mit endständigen Trimethylsiloxygruppen ist.
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