CS220839B1

CS220839B1 - Sealing compound for microwave semiconductor devices

Info

Publication number: CS220839B1
Application number: CS484181A
Authority: CS
Inventors: Jana Bartova; Milos Rothbauer; Miloslav Lidarik
Original assignee: Jana Bartova; Milos Rothbauer; Miloslav Lidarik
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká přípravy zalévací látky pro částečné nebo kompletní pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pracujících v GHz kmitočtové oblasti. Pryskyřičným základem je cýkloalifatická epoxidová /pryskyřice, která obsahuje vysoké objemové procento anorganických plniv zba- *· venýoh iontových nečistot. Tvrdidlem jsou anhydridy dikarboxylových .nebo polykarboxylovýcb kyselin s cykloalifaticikou struktuv rou. Zalévací epoxidová látka podle vynálezu má nové specifické vlastnosti, které se při pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pozitivně uplatňují.The invention relates to the preparation of a potting compound for partial or complete encapsulation of microwave semiconductor components operating in the GHz frequency range. The resin base is a cycloaliphatic epoxy resin, which contains a high volume percentage of inorganic fillers free from ionic impurities. The hardener is anhydrides of dicarboxylic or polycarboxylic acids with a cycloaliphatic structure. The potting epoxy compound according to the invention has new specific properties that are positively applied in the encapsulation of microwave semiconductor components.

Description

Vynález se týká přípravy zalévací látky pro částečné nebo kompletní pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pracujících v GHz kmitočtové oblasti. Pryskyřičným základem je cýkloalifatická epoxidová /pryskyřice, která obsahuje vysoké objemové procento anorganických plniv zba*· venýoh iontových nečistot. Tvrdidlem jsou anhydridy dikarboxylových .nebo polykarboxylovýcb kyselin s cykloalifaticikou struktuv rou. Zalévací epoxidová látka podle vynálezu má nové specifické vlastnosti, které se při pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pozitivně uplatňují.The invention relates to the preparation of a potting agent for partially or completely enclosing microwave semiconductor devices operating in the GHz frequency domain. The resin base is a cycloaliphatic epoxy / resin which contains a high volume percent of inorganic fillers containing ionic impurities. The hardener is a dicarboxylic or polycarboxylic acid anhydride having a cycloaliphatic structure. The embedding epoxy according to the invention has new specific properties which are positively applied to the encapsulation of microwave semiconductor devices.

Vynález se týká zalévací látky pro částečné inebo kompletní pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pracujících v GHz kmitočtové oblasti.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a potting agent for partially or completely enclosing microwave semiconductor devices operating in the GHz frequency domain.

Mikrovlnné polovodičové součástky jsou tvořeny čipem zhotoveným z galiuímarsenidu nebo epitaxního křemíku, který je vodivě připojen k nosníku slabými drátky nebo pásky. Průřez drátků je kruhový nebo obdélníkový, průměr event. rozměry jsou v rozsahu 5 až 400 μ, podle charakteru součástky. Nosníky se zhotovují z kovaru nebo pozlacené mědi. Součástky se zpevňují podložkou nebo pouzdrem, které jsou z korundu inebo mědi. Jednotlivé dílce se spojují termokompresí, ultrazvukovým svarem nebo speciálními lepidly. Protože funkční systém (součástky — polovodič a kontaktní propojení — je velmi malý a křehký, není možné použít při technologii pouzdření zvýšených tlaků.Microwave semiconductor devices consist of a chip made of galliumarsenide or epitaxial silicon, which is conductively connected to the beam by weak wires or tapes. The cross-section of wires is circular or rectangular. dimensions range from 5 to 400 μ, depending on the nature of the component. The beams are made of coveted or gold-plated copper. The parts are reinforced with a washer or bushing made of corundum or copper. Individual components are joined by thermocompression, ultrasonic welding or special adhesives. Since the functional system (components - semiconductor and contact interconnection) is very small and brittle, it is not possible to use elevated pressures in the enclosure technology.

Pouzdro ochraňuje mikrovlnné polovodičové součástky před mechanickým poškozením, nepříznivými klimatickými vlivy a zabezpečuje tak bezporuchovou funkci. Způsob provedení je podobný pouzdření jiných elektronických součástek, odlišnost v provedení ochrany v případě mikrovlnných polovodičových součástek souvisí s jejich specifickými, materiálovými, konstrukčními a funkčními znaky.The casing protects microwave semiconductor components from mechanical damage, adverse climatic influences and ensures trouble-free operation. The embodiment is similar to the housing of other electronic components, the difference in the embodiment of protection in the case of microwave semiconductor components is related to their specific, material, constructional and functional features.

Společnými znaky pouzdřících látek jsou teplotní odolnost v rozmezí teplot —50 až +150°, krátkodobá tepelná odolnost 200° (pro pájení do mikrovlnných integrovaných obvodů], neprůsvitnost hmoty, hermetičnost zapouzdření, potřebná míra flexibility pro vyrovnání pnutí a dilatací různých materiálů, vhodné technologické vlastnosti.The common features of the packaging materials are temperature resistance in the temperature range of –50 to + 150 °, short-term temperature resistance 200 ° (for soldering into microwave integrated circuits), opacity of the material, hermetic encapsulation, necessary flexibility for stress compensation Properties.

Specifické vlastnosti pouzdřících látek jsou nízké dielektrické ztráty v GHz kmitočtové oblasti a lepivost ke kovům a keramice.The specific properties of the encapsulants are low dielectric losses in the GHz frequency domain and adhesion to metals and ceramics.

Uvedeným požadavkům vyhovují takové látky, které jsou za normálních podmínek 'tekuté a vytvrzovací reakcí přecházejí v látky pevné.Substances that are liquid under normal conditions and become solid by curing reaction meet these requirements.

Tyto nároky splňují epoxidové pryskyřice, které se v elektronice významně uplatňují. Licí kompozice odvozené od epoxidových pryskyřic dianovéiho typu mají pro pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek Ipracujícíóh v GHz oblasti řadu nedostatků. Jsou to především tvrdost a křehkolst vytvrzeného produktu, což se nepříznivě projevuje zejména při minusových hodnotách teplot, ale i při vyšších teplotách, kdy dochází v zapouzdřené součástce k tlakům a pnutím vyvolaných dilatacemi různorodých materiálů; poměrně vysoká viskozita, která nezaručuje technologií zaléváním dokonalé vyplnění všech prostor určených k zapouzdření; nízká odolnost proti plazivým proudům, v některých případech nevyhovující dielektrické vlastnosti a jejich tepelná závislost.These requirements are met by epoxy resins, which are widely used in electronics. Casting compositions derived from Diana-type epoxy resins have a number of drawbacks for encapsulating microwave semiconductor devices operating in the GHz region. These are primarily the hardness and brittleness of the cured product, which is particularly unfavorable at minus temperature values, but also at higher temperatures when the encapsulated component experiences stresses and stresses caused by dilatations of various materials; Relatively high viscosity, which does not guarantee perfect filling of all encapsulation spaces by watering technology; low resistance to creeping currents, in some cases unsatisfactory dielectric properties and their thermal dependence.

Výše uvedené nedostatky se odstraňují zalévací hmotou podle vynálezu.The above-mentioned drawbacks are overcome by the embedding compound according to the invention.

Podstata zalévací hmoty pro pouzdření mikrovlnných polovodičových 'součástek, podle vynálezu spočívá v tom, že pryskyřičným základem je cýkloalifatická epoxidová pryskyřice, která obsahuje 70 až 150 dílů na 100 dílů pryskyřice anorganických plniv zbavených iontových nečistot, přičemž tvrdidlem jsou anhydridy dikarboxylových nebo polykarboxylovýoh kyselin s cykloalifatickou strukturou.According to the invention, the resin base is a cloaliphatic epoxy resin containing from 70 to 150 parts per 100 parts of resin free of ionic impurities, the hardener being dicarboxylic anhydrides or cycloaliphatic polycarboxylic acids. structure.

Výhodou zalévací hmoty pro pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pracujících v GHz kmitočtové oblasti podle vynálezu je:The advantage of the encapsulant for enclosing microwave semiconductor devices operating in the GHz frequency domain according to the invention is:

— nízká viskozita zalévací látky (2000 až 2500 m Pa . s při 20 °Cj zaručují dokonalé zapouzdření miniaturní součástky zaléváním nebo zakapáváním.- low viscosity of the encapsulating material (2000 to 2500 m Pa. S at 20 ° Cj) ensures perfect encapsulation of the miniature component by watering or dripping.

— mechanické vlastnosti vytvrzené pryskyřice, zejména houževnatost a flexabillta v rozmezí teplot —50 +150 °C, kteréžto vlastnosti jsou nutné ipro rušení tlaků a pnutí vznikajících rozdílnými tepelnými dilatacemi přítomných materiálů, — spojením cykloalifatické pryskyřice s iontově čistými plnivy vzniká elektricky kvalitní zalévací látka s nízkými hodnotami dielektriokých parametrů v kmitočtové oblasti 10⁹ Hz ε = 3,0, tgi = 0,017], odolnější účinkům ultrafialového záření, plazivým proudům a elektrickému oblouku, — stálost mechanických, imechanicko-fyzlkálně a elektrických vlastností v závislosti na čase a teplotě.- mechanical properties of the cured resin, in particular toughness and flexabillta in the temperature range of -50 + 150 ° C, which properties are also necessary to eliminate the stresses and stresses resulting from the different thermal dilatations of the materials present; low dielectric parameter values in the 10 ⁹ Hz frequency range ε = 3.0, tgi = 0.017]; more resistant to ultraviolet radiation, creeping currents and electric arc; - stability of mechanical, imechanical-physical and electrical properties in relation to time and temperature.

Typickým příkladem pouzdřicí látky Is nízkými hodnotami poměrné permitivity a ztrátového činitele tgi při f = 10⁹ Hz, teplotní odolností, vhodnými technologickými a mechanickými vlastnostmi je dici kompozice následujícího složení:A typical example of an encapsulating substance as well as low values of relative permittivity and dissipation factor TGI at f = 10 ^9Hz, heat resistance, good technological and mechanical properties of the composition diC following composition:

a) cýkloalifatická epoxydová pryskyřice(a) Cycloaliphatic epoxy resin

GE 16 GE 16 100 100 ALIGN! him. him. d. d. mletý tavený křemen ground fused quartz 30 30 hm. hm. d. d. kysličník hlinitý — trihydrát aluminum oxide trihydrate 60 60 hm. hm. d. d. nitrosinová čerň nitrosine black 0,5 0.5 hm. hm. d. d. urychlovač benzyldimethylamin benzyldimethylamine accelerator 1 1 hm. hm. d. d. tvrdidlo imetyl-himicanhydrid imethyl-himicic anhydride hardener 90 90 hm. hm. d. d. mletý tavený křemen ground fused quartz 30 30 hm. hm. d. d. kysličník hlinitý — trihydrát aluminum oxide trihydrate 50 50 hm. hm. d. d.

Obě části se smíchají a při zvýšené teplotě (asi 60 °C) se dokonale promísí. Připravenou kompozicí se předem vysušené součástky zakapávají. Doporučené vytvrzovací podmínky: 3 hod. při 120 °C nebo 2 bod. při 140 °C.Both parts are mixed and mixed at elevated temperature (about 60 ° C). The prepared composition drips the pre-dried components. Recommended curing conditions: 3 hours at 120 ° C or 2 points. at 140 ° C.

'Zalévací epoxidová látka (podle uvedené8 ho postppu imá nové specifické vlastnosti, které se při pouzdření mikrovlnných polovodičových součástek pozitivně uplatňují.The encapsulating epoxy (according to said postpip has certain specific properties which are positively used in the packaging of microwave semiconductor devices).

Claims

Encapsulating compound for microwave semiconductor components, characterized in that the resin base is a cycloaliphatic epoxy resin containing 70 to 150 parts per 100 parts of resin and an inventive organic filler free of ionic impurities, wherein the curing agent is a cycloaliphatic or polyyl carboxylic acid dicarboxylic acid anhydride structure.