DD277078A1 - Chipabdeckmaterial - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Chipabdeckmaterials auf der Basis von Epoxid-Amin-Kompositen, die bestehen aus einem Di- oder Polyepoxid, einem Fuellstoff, einem Haerteramin, einem Oligoetherdiamin und einem Einfaerbemittel. Erfindungsgemaesse Chipabdeckmaterialien sind temperatur- und klimabestaendige, auf Metall-, Glas- und Keramikoberflaechen gut haftende Materialien.

Description

und R" = CH₂Ch₂CH₂NHCH₂CH₂CH₂, -

und das Verhältnis von Epoxid/NH-Funktion 1:1 beträgt, unfeine Füllung mit 60 bis 70 Ma.-% eines silanisierten Kieselgutmehls einer Korngröße kleiner 50pm erfolgt, wobei 85-95% zwischen 2 und 50Mm liegen, mit einer durchschnittlichen Korngröße von 7 bis 25μητ).

2. Chipabdeckmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus zwei Komponenten A und B besteht, die vor der Verarbeitung bei 20 bis 60⁰C und Rühren unter vermindertem Druck innig vermischt werden, wobei die Komponente A das Epoxidharz, den Rußanteil und 65 bis 75% des Füllstoffes enthält und die Komponente B das Amingemisch aus Amin 1 und 2 und 25 bis 35% des Füllstoffes enthält.

3. Chipabdeckmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung thermisch bei 20 bis 130% erfolgt, vorzugsweise jedoch stufenweise hei 40 bis 80⁰C und 100 bis 130⁰C.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Chipabdeckmaterial auf Basis von Epoxid-Kompositen, das den speziellen Theologischen Verarbeitungseigenschaften und den klimatisch-mechanischen und ElekUoisolier-Eigenschaftsanforderungen der Mikroelektronikbranche entspricht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Epoxidharzmassen fanden bisher eine breite Anwendung .?'s Einkapselungsmittel für Halbleitereinrichtungen, wie integrierte Schaltkreise, Transistoren, Dioden und andere elektronische Bauteile. Gewöhnlich enthalten derartige Einkapselungsmittel ein Epoxidharz, einen Härter und Beschleuniger, ein Färbemittel und einen Füllstoff in einem Anteil, der häufigüber 50Gew.-% beträgt. Beispiele für Einkapselungsmittel, die Amine oder Carbonsäureanhydride als Härter enthalten, sind in den Patentschriften DE 3137898, DE 3013470, US 4042550 gegeben. Prob.ematisch ist bei Epoxid/Anhydrid-Systemen die Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Anhydrids und die hohen Aushärtetemperaturen (T > 16O⁰C) sowie ihre physiologisch/ toxikologische Belastung. Abdockmaterialien, die aliphatische oder/und cycloaliphatische Amine enthalten, weisen eine erhöhte Wasseraufnahme auf (Jahn, Epoxidharze, Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969). Hinzu kommt bei diesen Systemen noch die CO₂-Aufnahme der Amine (DD 141677), die abgesehen von Äquivalenzabweichungen vor allem ein unerwünschtes Aufschäumen des Komposits bei der thermischen Härtung verursacht. Das führt wiederum zu Poren und Rissen im Abdeckmaterial, womit ein ausreichender Schutz vor klimatischen Einflüssen nicht mehr gegeben ist. Die Wasseraufnahme von Epoxid-Amin-Härtersystemen wurde durch sperrige aromatische Amine stark erniedrigt (E. Morel et al., Polymer 26 [1985] 1719). Da diese Amine jedoch eine erheblich geringere Reaktionsfähigkeit als aliphatische Amine besitzen und schlechtere Elektroisolationseigenschaften aufweisen, ist ihre Verwendung eingeschränkt. Femer ist durch Umsetzung von aromatischen diprimären Diaminen mit Glycidylsilar.-Haftvermittlern eine Lösung angestrebt worden, die die Herstellung eines Kompositmaterials mit goringerWassoraufnahme und innerer Flexibilisierung ι !Stattet (DD-WP 207105, DD-WP 204098). Allerdings wordon dio oben genannten Nachteile, die durch aromatische Amine verursacht werden, nicht beseitigt. Es ist auch vorgeschlagen wordon, die Temperaturwechselbelastung von Abdeckmaterialien durch Zusatz flexibilisierend wirkender Kompononton wie dor bekannten roaktiven Flüssigpolymore (Butadion/Styren/Acrylnitril-Copolymere) zu erhöhten bei gloicluoitigor Absenkung dor Wasseraufnahmo (Firmenschrift BF Goodrich, USA; Polym.-plast. Technol. Eng.7 [1976127). Diese aus dor Patont- und wissenschaftlichen Literatur bekannten Lösungen berühren jedoch nicht das erfindungsgemäße Verfahren.

Ziel der Erfindung

Das Ziol dor Erfindung besteht in der Herstellung eines Chipabdockmatorials auf Basis von aromatischen Diglycidylothern (EPILOX)₁ das den klimatisch-mechanischen Anforderungen der Mikroelektronik genügt und durch speziolle rhoologische Eigenschaften oir.s Verarbeitung im vorhandenen technologischen Regime erlaubt und niedrigere Aushärtetemperaturen (T < 130^uC)orfordeitalsEpoxid-Anhydrid-Systome.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Chipabdeckmaterial einer bestimmten Verarbeitungscharakteristik auf Basis aromatischer Diglycidylether und spezieller Härteramine sowie Kieselgutmehl einer ausgewählten Korngrößenverteilung und einem Rußzusatz von 0,1 Ma.-% zu entwickeln. Erfindungsgemäß wirk' die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aminkomponente aus einer Mischung von Aminen 1 und 2 im Molverhältnis 64:36 bis 75:25 besteht, wobei die Amine 1 und 2 die folgende Bedeutung haben und das Verhältnis NH/Epoxid-Gruppen 1:1 beträgt: C₆H₅CH₂NH-R^NHCH₂C₆H₅ H₂N-R"-NH₂

Amini Amin2

mit R' = CH₂CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂Ch₂CH₂, CH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂Ch₂

und R" = CH₂CH₂CH₂NHCH₂Ch₂CH₂, -

und 60 bis 70Ma.-% Kieselgutmehl einer Korngröße kleiner 50|im eingesetzt werden, wobei 85-95% zwischen 2 und 50μπι liegen, mit einer durchschnittlichen Korngröße von 7 bis 25pm.

Zweckmäßig besteht das Chipabdeckmaterial aus zwei getrennt lagerfähigen Komponenten A und B, die unmittelbar vor der Verarbeitung zum gebrauchsfertigen Chipabdeckmaterial innig vermischt werden. Die Epoxidkomponente A enthält das Epoxidharz, 65 bis 75% des Füllstoffes und 0,1 Ma.-% Ruß. Die Aminkomponente B enthält das Amingernisch aus Amin 1 und 2 und den restlichen Füllstoff (25 bis 35%).

Die getrennt eingewogenen Komponenten werden jeweils im Vakuum unter Rühren und Erwärmen auf 40⁰C bis 6O⁰C homogen vermischt. Ein gebrauchsfertiges Kompositmaterial wird nach dem Vermischen äquimolarer Mengen der Epoxid- und der Aminkomponente erhalten. Das Chipabdeckmaterial ist dann etwa 5 Stunden gießfähig, umfließt vollständig Chipkonturen und Bonddrähte und bildet auf dem Chip auch im unreagierten Zustand einen standfesten Tropfen.

Die nach Auftrag des Materials auf den ungeschützten Halbleiterchip erforderliche thermische Härtung erfolgt bei Temperaturen zwischen 20 bis 13O⁰C, vorzugsweise jedoch in mehreren Temperaturstufen bsi 40 bis 80⁰C und 100 bis 13O⁰C und erfordert 1 bis 20 Stunden. Die klimatisch-mechanische Prüfung von Chips, die mit den erfindungsgemäßen Chipabdeckmaterialien geschützt wurden, zeigt bei klimatisch-mechanischei Belastung nach TGL 34789 positive Ergebnisse (Tab. 1). Eine wesentliche Rolle für die Funktionsfähigkeit des Chipmaterials spielt der hohe Gehalt an der Aminkomponente 1, weil dadurch eine innere Flexibilisierung, eine verminderte CO₂-Aufnahme und eine relativ niedrige Aushältetemperatur gewährleibtet wird. Schon ein Kompositmaterial, das von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung durch Verminderung des Amin-1-Anteils abweicht und zum Beispiel Amin 1 und 2 im Molverhältnis 62:38 enthält, weist bereits deutliche Ausfälle auf und kann als Chipabdeckmaterial nicht eingesetzt werden (Vergleichsbeispiel 4, Tab. 1). Die Zahl der Ausfälle nimmt mit sinkendem Anteil an Amin 1 noch zu, so daß ein Kompositmaterial mit Amin 1 und 2 im Molverhältnis 15:85Mol-%, wie os für die Metall-Metall-Verklebung in der Etomatologischen Praxis vorgesehen ist (DD-WP 163453) als Chipabdeckmaterial ungeeignet ist.

Wird anderer als der erfindungsgemäße Füllstoff verwendet, können zwar die klimatisch-mechanischen Testungen zum Teil noch bestanden werden, aber die rheologischen figenschafton, die für die Verarbeitung im bestehenden technologischen Regime notwendig sind, können nicht mehr erreicht werden. Entweder tropft das Kompositmaterial gut aus der Dosiervorrichtung ab, läuft aber auf dem Chip ungewollt breit, oder das Material thixotropiert stark, verhindert einen gleichmäßigen Auftrag aus der Dosiervorrichtung, f lieiJi picht genügend und umschließt deshalb nicht fehlerfrei (blasenfrei) den zu schützenden Halbleiterchip einschlisßlich seiner Bonddrähte.

Beispiel 1

Die Herstellung der Epoxidkomponente (A) erfolgt, indem 9,000g (26,44mmol) Bisphenol-A-diglycidylether, 20,00g eines epoxysilanbeschichteten Kieselgutmehls (Korngröße 2 bis 50pm, durchschnittliche Korngröße 10μπι) und 0,03g Ruß unter leichtem Erwärmen und Rühren im Vakuum homogen vermischt werden.

Die Aminkomponente (B) wird aus 1,126g (6,61 mmol) S-Aminomethyl-S.ö.S-trimethylcyclohexylamin, 4,344g (13,23mmol) N,N'-Dibenzyl-3,6-dioxaoctandiamin-1,8 und 10,7g eines epoxysilanbeschichteten Kieselgutmehls (Korngröße 2 bis 50pm) hergestellt, und im Vakuum homogen verrührt.

Die Komponenten A und B werden im Masseverhältnis 1,000:0,658 unmittelbar vor dor Verwendung des Kompositmaterials homogen im Vakuum vormischt. Anschließend erfolgt dor Auftrag auf den ungeschützten Halbleiterchip einschließlich der Bonddrähto. Die thermische Aushärtung erfolgt 2 Stunden bei 60⁰C und 16 Stunden bei 120⁰C. Das Molverhältnis von Amin 1 und 2 beträgt 67:33.

Beispiel 2

Analog Boispiol 1 wird oin Chipabdockmatorial hergestellt aus

A) Epoxidkomponento: 3,000g (8,81 mmol) Bisphenol-A-diglycidylother, 6,000g einos opoxysilanboschichteten Kiosolgutmohls (Korngröße 2 bis 50Mm), 0,01 g Ruß und

B) Aminkomporiento: 0,463g (2,20mmol)4,4'-Diamino-dicyclohexylmothan, 1,450g (4,41 mmol) N,N'-Dibenzyl-3,6-dioxaoctandiamin-1,8 und 4,440g oinos opoxysilanbeschichteton Kiosolgutmohls (Korngröße 2 bis 50pm).

Das gobrauchsfortigo Chipabdockmatorial wird durch Vormischen von Epoxid- und Aminkomponente im Masseverhältnis 1,000:0,705 erhalten. Das Molvorhältnis von Amin 1 und zu Härtoramin 2 beträgt 67:33. Nach dem Auftragen von etwa 1 cm broiton standfesten Tropfon dos roaktivon Kompositmatorials aus oinor Dosiervorrichtung erfolgt dio Härtung in 2 Stufen: 2 Stundon boi 60⁰C und 16 Stunden boi 120⁰C.

Beispiel 3

Analog Beispiel 1 wird ein Chipabdeckmaterial hergestellt aus

A) Epoxidkomponente: 12,000g (35,25mmol) Bisphenol-A-diglycidylether, 26,000g eines epoxysilanbeschichteten Kieselgutmehls (Korngröße 2 bis 50Mm) und 0,09g Kuß und

B) Aminkomponente: 0,920g (7,01 mmol) Ν,Ν-Dipropyleritriamin,6,000g (17,62mmol) N,N'-Dibenzyl-5-oxanonandiar.iin-1,9 und 12,700g eines epoxysilanbeschichteten Kieselgutmehls (Korngröße 2 bis 50pm).

Das thermisch bei 80°C/2 Stunden und 120°C/16 Stunden aushärtbare Abdeckmaterial wird durch Vermischen von Epoxid- und Aminkomponente im Masseverhältnis 1,000:0,515 hergestellt. Das Molverhältnis Oligoethordiamin zu Härteramin beträgt 72:28.

Vergleichsbeispiel 4

Es wird ein Kompositmaterial hergestellt aus

A) Epoxidkomponente: 9,000g (26,44mmol) Bisphenol-A-diglycidylether, 3g einer dispersen Kieselsäure und 0,02g Ruß und

B) Aminkomponente: 1,358g (6,47 mmolJS-Amino-me^yl-S.ö.ö-trimethylcyclohexylamin, 3,473g (10,58 mmol)N,N'-Dibenzyl-3,6-dioxaoctandiamin-1,8 und 3,916g einer dispersen Kieselsäure Das Molverhältnis von Oligoetherdiamin zur Härteramin beträgt 62:38. Die Härtung erfolgt wie bei Beispiel 1. Die klimatisch-mechanische Prüfung zeigt unakzeptabel hohe Ausfälle.

Tabelle 1: Ergebnisse der klimatisch-mechanischen Testung von nach Beispiel 1 und 3 hergestellten Einkapselungsmitteln, sowie Vergleichsmuster 4; + keine oder geringe Anzahl an Ausfällen, - Ausfälle, Material ungeeignet.

	Temperaturwechsel	Patentbeispiele	Vergleichsmuster
	-4O0C bis 85 0C	1 3	4
1.	Feuchtelagerung
	Db 40,21 Tage	+ +	+
2.	Temperaturwechsel
	-550C bis 1250C	+ +	-
3.
	+ + +

Claims (1)

1. Chipabdeckmaterial einer bestimmten Verarbeitungscharakteristik auf Basis aromatischer Diglycidyiether und spezieller Härteramine sowie Kieselgutmehl einer ausgewählten Korngrößenverteilung und einem Rußzusatz von 0,1 Ma.-%, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminkomponente aus einer Mischung der Amine 1 und 2 im Molvernältnis 64:36 bis 75:25 besteht, wobei die Amine 1 und 2 die folgende Bedeutung haben:
C₆H₅CH₂NH~R'-NHCH₂C₆H₅ H₂N-R"-NH₂

Amini Amin2

mit R' = CH₂CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₂₁CH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂Ch₂