DE10055247A1 - Device and method for wrapping an electronic component - Google Patents

Device and method for wrapping an electronic component

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Alexander Goelz
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Abstract

The invention relates to a device (1) and to a method for encasing an electronic component (10). According to the invention, the device (1) comprises a sleeve (100) and a casting compound (200), whereby said casting compound (200) is hardened. The casting compound (200) is one that hardens at an accelerated rate when exposed to water molecules, and the sleeve (100) provides the water molecules.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass Einpreßdioden mit heißhärtendem Epoxid umhüllt werden. Es ist weiterhin bekannt, dass zum Vergießen eine thermoplastische Hülse als verlorene Form eingesetzt wird und dass das Epoxid mit Quarzgutmehl gefüllt ist.It is known that press-in diodes with thermosetting epoxy be enveloped. It is also known to shed a thermoplastic sleeve used as a lost form and that the epoxy is filled with quartz flour.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Feuchteempfindlichkeit der mit Kunststoff umhüllten Bauelemente kostengünstig reduziert werden kann.The device according to the invention and the invention Method with the features of the subordinate claims have the advantage that the Sensitivity to moisture of those covered with plastic Components can be reduced inexpensively.

Zur Umhüllung elektronischer Bauelemente (Dioden, Transistoren, integrierte Schaltkreise) werden Kunststoffe wie Epoxide oder Silikone eingesetzt. Es kommen Verfahren wie Vergießen oder Transfermolding zum Einsatz. Der flüssige Stoff wird anschließend ausgehärtet (vernetzt) und formt damit die Umhüllung. Der ausgehärtete Formstoff kann leicht durch Wassermoleküle penetriert werden, was zum Funktionsausfall des elektronischen Bauelements durch hohe Sperrströme oder Korrosion führen kann. Um die Durchdringung durch Wasser zu behindern, werden den flüssigen Ausgangsstoffen der Umhüllung Füllstoffe, wie beispielsweise Quarzgutmehl, beigemischt. Der Füllstoff soll sich möglichst gleichmäßig im ausgehärteten Formstoff verteilen und ist undurchdringlich für Wasser. Er verlängert den Kriechweg der Wassermoleküle so stark, dass in der Praxis eine ausreichende Lebensdauer der elektronischen Bauelemente gewährleistet ist.For wrapping electronic components (diodes, Transistors, integrated circuits) become plastics such as epoxies or silicones. Procedures are coming such as casting or transfer molding. The liquid The fabric is then cured (crosslinked) and shaped so the wrapping. The hardened molding material can easily are penetrated by water molecules, which leads to Functional failure of the electronic component due to high  Reverse currents or corrosion can result. To penetration hindering by water will be the liquid Starting materials of the coating fillers, such as Quartz flour, added. The filler should look as possible Distribute evenly in the hardened molding material and is impenetrable to water. It extends the creepage distance of the Water molecules so strong that in practice one sufficient lifespan of the electronic components is guaranteed.

Für die Hersteller solcher Bauelemente wird die Situation dadurch verschärft, dass außerdem zu garantieren ist, dass sich die elektrischen bzw. elektronischen Parameter der Bauelemente innerhalb einer festgelegten Lagerzeit nicht oder nur innerhalb gewisser Grenzen ändern dürfen. Beispielsweise ist es für Dioden so, dass der Sperrstrom eine Grenze von einigen Nanoampere nicht überschreiten darf. Es genügen jedoch bereits Spuren von Wasser in der Umhüllung solcher Bauelemente, um den Sperrstrom über diese Grenze ansteigen zu lassen. Deshalb werden elektronische Bauelemente meist in Dry Packs gelagert und transportiert. Dry Packs sind Kunststoffbeutel, oft mit Metallschichten belegt, in die kleine Papier- oder Stoffbeutel mit wasserabsorbierenden Materialien und Wasserindikatoren eingelegt werden. Die Bauelemente werden unter Stickstoffatmosphäre in den Kunststoffbeutel eingeschweißt. Damit sind hohe Kosten verbunden.The situation becomes for the manufacturers of such components exacerbated by the fact that it must also be guaranteed that the electrical or electronic parameters of the Components not within a specified storage period or are only allowed to change within certain limits. For diodes, for example, the reverse current may not exceed a limit of a few nanoamps. However, traces of water in the casing are sufficient such devices to the reverse current over this limit to let rise. That is why electronic Components are usually stored and transported in dry packs. Dry packs are plastic bags, often with layers of metal topped with in the small paper or cloth bag water-absorbing materials and water indicators be inserted. The components are under Nitrogen atmosphere welded into the plastic bag. This involves high costs.

Zur Verlängerung des Kriechwegs für die Wassermoleküle ist es bekanntermaßen wesentlich, dass die Quarzkörner gleichmäßig im ausgehärteten Epoxid verteilt sind. Für das Quarzgutmehl ist eine Korngrößenverteilung spezifiziert. Es sind also sowohl kleine als auch größere Quarzkörner enthalten. Speziell die größeren Quarzkörner neigen dazu, sich beim Aushärten des Epoxids im unteren Bereich der Diodenepoxidkapsel abzusetzen (Sedimentation). Die Sedimentation wird gefördert durch die Heißhärtung des Epoxids. Der die Quarzkörner enthaltende, flüssige Ausgangssstoff (Epoxidharz-Säureanhydridhärter-Mischung) wird in die auf dem Metallsockel der Diode festgesteckten Hülse eingegossen und in einem Ofen ausgehärtet. Bevor die Viskosität der flüssigen Harz-Härter-Mischung durch Vernetzung im Ofen zunimmt, durchläuft sie ein temperaturabhängiges Minimum. In dieser dünnflüssigen Phase sedimentieren vor allem die größeren Quarzkörner. Nach dem Aushärten ist der obere Bereich der Diodenepoxidkapsel nahezu quarzkornfrei. Wasser kann ungehindert bis an den Siliziumchip penetrieren. Beim Durchtritt des Wassers durch das Epoxid werden in kleinen Restmengen vorhandene Ionen durch das Wasser mobilisiert. Dadurch entsteht an den Chipseitenkanten ein paralleler Strompfad, der parasitäre Ströme, beispielsweise den Sperrstrom einer Diode, unzulässig erhöht. Die Sedimentationsneigung der Quarzkörner kann, wie bekannt, reduziert werden durch Beimischung oberflächenaktiver Stoffe, sogenannte Sedimenationshemmer. Sie können aber nur in niedriger Konzentration angewendet werden, weil sie das Fließverhalten der flüssigen Harz- Härter-Mischung negativ beeinflussen. Sie verursachen Thixotropie, d. h. die Viskosität nimmt mit zunehmender Scher- oder Schubspannung ab. Im vorliegenden Fall wird die Harz-Härter-Mischung unter Überdruck in die Diode eingefüllt. Ist die Diode befüllt, wird das Befüllventil geschlossen und damit wieder Normaldruck eingestellt. Während also beim Befüllvorgang die Viskosität erniedrigt ist, steigt sie unter Normaldruck wieder an. Die beim Befüllvorgang eingeschlossene Luft kann dann nicht mehr entweichen. Somit fördern Sedimentationshemmer den Einschluß von Luftblasen im Gußkörper. Wegen der niedrigen Konzentration ist ihre Wirkung eingeschränkt. Die Sedimentation lässt sich wesentlich wirksamer unterbinden, wenn die Vernetzungsreaktion beim Aushärten im Ofen beschleunigt wird. Dazu können den flüssigen Ausgangsstoffen bekannte Reaktionsbeschleuniger zugefügt werden. Aber auch diese sind nur in niedrigen Dosen anwendbar, weil sie den Zeitraum für die Verarbeitbarkeit, die sogenannte Topfzeit, stark reduzieren. Die Vernetzungsreaktion setzt dann nämlich bereits unter Raumtemperatur ein.To extend the crawl path for the water molecules It is known that the quartz grains are essential are evenly distributed in the hardened epoxy. For the Quartz flour is a grain size distribution specified. It are both small and larger quartz grains contain. Especially the larger quartz grains tend to when the epoxy hardens in the lower area of the  Discontinue the diode epoxy capsule (sedimentation). The Sedimentation is promoted by the hot curing of the Epoxide. The liquid containing the quartz grains Starting material (epoxy resin-acid anhydride hardener mixture) is stuck in the on the metal base of the diode Poured sleeve and hardened in an oven. Before that Viscosity of the liquid resin-hardener mixture Crosslinking in the oven increases, it runs through temperature-dependent minimum. In this thin phase especially the larger quartz grains sediment. After this Hardening is the upper area of the diode epoxy capsule almost free of quartz grains. Water can flow freely to the Penetrate silicon chip. When the water passes through the epoxy becomes ions present in small residual amounts mobilized by the water. This creates the Chip side edges a parallel current path, the parasitic Currents, for example the reverse current of a diode, increased inadmissibly. The tendency of the quartz grains to sediment can, as is known, be reduced by admixture surface-active substances, so-called sedimentation inhibitors. However, they can only be applied in low concentrations because the flow behavior of the liquid resin Negatively influence hardener mixture. They cause Thixotropy, d. H. the viscosity increases with increasing Shear or shear stress. In the present case, the Resin-hardener mixture under pressure in the diode filled. When the diode is filled, the filling valve closed and thus normal pressure set again. So while the viscosity decreases during the filling process it rises again under normal pressure. The at Air trapped in the filling process can then no longer escape. Thus sedimentation inhibitors promote inclusion of air bubbles in the cast body. Because of the low Concentration is limited in its effectiveness. The Sedimentation can be prevented much more effectively,  if the crosslinking reaction when curing in the oven is accelerated. This can be done using the liquid raw materials known reaction accelerators are added. But also these can only be used in low doses because they Period of workability, the so-called pot life, greatly reduce. The crosslinking reaction then takes place already below room temperature.

Die wesentlichen Punkte zur Minimierung der Feuchteaufnahme durch die Vergußmasse, die das Bauelement umhüllt, sind zum einen die Lagerung und der Transport in Dry Packs und zum anderen die möglichst gleichmäßige Verteilung der Quarzkörner in der ausgehärteten Vergußmasse. Dies wird erfindunsgemäß auf einfache Weise gewährleistet.The essential points for minimizing moisture absorption by the potting compound that envelops the component are to storage and transport in dry packs and to others the most even distribution possible Quartz grains in the hardened casting compound. this will Guaranteed according to the invention in a simple manner.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Hülse einen Stoff mit hohem Wasseraufnahmevermögen umfasst, wobei das Wasseraufnahmevermögen des Stoffs größer als 0,2 Gew.-% insbesondere größer als 0,8 Gew.-% ist. Dadurch können Wassermoleküle in größerer Anzahl zur Beschleunigung des Härtungsprozesses der Vergußmasse bereitgestellt werden.Another advantage is that the sleeve with a fabric high water absorption capacity, the Water absorption capacity of the substance greater than 0.2% by weight is in particular greater than 0.8% by weight. This allows Large number of water molecules to accelerate the Curing process of the potting compound can be provided.

Weiterhin ist von Vorteil, dass der Stoff aus Polyamid, insbesondere aus teilaromatischem Polyamid besteht. Hierdurch wird ein großes Wasseraufnahmevermögen realisiert.Another advantage is that the polyamide fabric, consists in particular of partially aromatic polyamide. As a result, a large water absorption capacity is realized.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Hülse thermoplastisch und als verlorene Vergießform vorgesehen ist. Dadurch ist eine einfache Anwendung und niedrigen Kosten erreichbar. Weiterhin lässt sich durch Einfärben des Hülsenstoffs eine einfache und kostengünstige Unterscheidung verschiedener Diodentypen erreichen. Weiterhin kann durch die verlorene Form auf eine Wiederholform verzichtet werden, was fertigungstechnisch erhebliche Vorteile hat und ebenfalls geringere Kosten verursacht. Another advantage is that the sleeve is thermoplastic and is intended as a lost mold. This is easy application and low cost achievable. Furthermore, one can by coloring the sleeve material simple and inexpensive differentiation of different Reach diode types. Furthermore, through the lost Repetitive form, what has significant advantages in terms of production technology and also causes lower costs.  

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Vergußmasse Epoxidharz und Säureanhydridhärter umfasst. Dadurch wird der Härtungsprozeß bei Anwesenheit von Wassermolekülen beschleunigt.Another advantage is that the potting compound epoxy resin and acid anhydride hardeners. This will make the Hardening process in the presence of water molecules accelerated.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Vergußmasse Quarzkörner umfasst. Dadurch wird die Penetrierbarkeit der Vergußmasse durch Wassermoleküle erschwert.Another advantage is that the potting compound quartz grains includes. This makes the potting compound more penetrable complicated by water molecules.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umhüllung eines elektronischen Bauelements.An embodiment of the invention is in the only one Figure shown and in the description below explained in more detail. The only figure. 1 shows one Device according to the invention for wrapping a electronic component.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Umhüllung eines elektronischen Bauelements 10 dargestellt. Als Beispiel eines elektronischen Bauelements 10 ist hierbei eine Diode genommen worden. Die Vorrichtung 1 umfasst
In Fig. 1, an apparatus 1 according to the invention is shown for encapsulating an electronic component 10. A diode has been taken here as an example of an electronic component 10 . The device 1 comprises

  • - einen Metallsockel 20 als einen Anschlußkontakt des Bauelements 10,a metal base 20 as a connection contact of the component 10 ,
  • - das Bauelement. 10,- the component. 10
  • - einen Anschlußkopfdraht 30, der einen anderen Anschluß des Bauelements 10 zur elektrischen Kontaktierung bildet,a connection head wire 30 , which forms another connection of the component 10 for electrical contacting,
  • - Lötstellen 12 zwischen dem elektronischen Bauelement 10 und dem Metallsockel 20 einerseits bzw. dem Metallkopfdraht 30 andererseits,Solder joints 12 between the electronic component 10 and the metal base 20 on the one hand and the metal head wire 30 on the other hand,
  • - eine erfindungsgemäße Hülse 100 und- A sleeve 100 and
  • - eine Vergußmasse 200.a casting compound 200 .

Erfindungswesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung die Hülse 100 und die Vergußmasse 200. Die Hülse 100 bildet zusammen mit dem Metallsockel 20 ein in der Fig. 1 nicht durch ein eigenes Bezugszeichen bezeichnetes Vergußvolumen für die Vergußmasse 200. Die Umhüllung des elektronischen Bauelements 10 wird erfindungsgemäß derart durchgeführt, dass bei dem fertig montierten und kontaktierten Bauelement 10 auf den Metallsockel 20 die Hülse 100 aufgesetzt wird, wobei die Hülse 100 mit Wassermolekülen konditioniert ist. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Hülse 100 vor dem Aufsetzen auf den Metallsockel 20 in einer Atmosphäre hoher Feuchte vorkonditioniert ist. Dadurch nimmt die Hülse 100 eine relativ große Menge an Wassermolekülen auf. Nach dem Aufsetzen der Hülse 100 auf den Metallsockel 20 wird durch die Hülse 100 und den Metallsockel 20 das Vergußvolumen definiert. In dieses Vergußvolumen wird die Vergußmasse 200 eingegossen. Die Vergußmasse umfasst Epoxidharz und Säureanhydridhärter in einer Mischung. Weiterhin umfasst die Vergußmasse Quarzkörner, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind. In einem weiteren Herstellungsschritt wird die Vergußmasse 200 gehärtet, indem sie beispielsweise eine Stunde lang oder länger auf Temperaturen von 200°C und darüber erhitzt wird. Hierbei ist es so, dass das in der Hülse 100 befindliche Wasser, d. h. die in der Hülse 100 befindlichen Wassermoleküle, an den Säureanhydridhärter in der Vergußmasse 200 abgegeben werden. Dadurch entsteht eine freie Säure, die die Reaktion zwischen dem Epoxidharz und dem Säureanhydridhärter initiiert, also wie ein hochwirksamer Reaktionsbeschleuniger agiert, ohne dessen Nachteil der Topfzeitverkürzung aufzuweisen. Dadurch wird eine gleichmäßige Quarzkornverteilung im ausgehärteten Formstoff, d. h. in der ausgehärteten Vergußmasse 200 sichergestellt. Durch die Temperaturbehandlung wird während des Aushärtvorgangs die in der Hülse 100 befindliche Feuchtigkeit vollständig aus der Hülse 100 ausgetrieben. Bei der Lagerung und dem Transport der Diode wirkt die ausgetrocknete Hülse darüber hinaus wie ein wasserabsorbierender Stoff in einem Dry Pack. Die Wirkung der Hülse 100 ist in dieser Hinsicht sogar noch wirksamer als ein Dry Pack, da jede Diode individuell von einer wasserabsorbierenden Hülse 100 ummantelt ist.Essential to the invention in the present invention is the sleeve 100 and the sealing compound 200 . The sleeve 100 , together with the metal base 20, forms a potting volume for the potting compound 200, which is not denoted in FIG. 1 by its own reference number. The encapsulation of the electronic component 10 is carried out according to the invention in such a way that the sleeve 100 is placed on the metal base 20 in the fully assembled and contacted component 10 , the sleeve 100 being conditioned with water molecules. This takes place, for example, in that the sleeve 100 is preconditioned in an atmosphere of high humidity before being placed on the metal base 20 . As a result, the sleeve 100 receives a relatively large amount of water molecules. After the sleeve 100 has been placed on the metal base 20 , the encapsulation volume is defined by the sleeve 100 and the metal base 20 . The potting compound 200 is poured into this potting volume. The sealing compound comprises epoxy resin and acid anhydride hardener in one mixture. The potting compound further comprises quartz grains, which are not shown in FIG. 1. In a further production step, the casting compound 200 is hardened, for example by heating it to temperatures of 200 ° C. and above for one hour or more. It is the case here that the water located in the sleeve 100 , ie the water molecules located in the sleeve 100 , are released to the acid anhydride hardener in the sealing compound 200 . This creates a free acid that initiates the reaction between the epoxy resin and the acid anhydride hardener, i.e. acts like a highly effective reaction accelerator without having the disadvantage of shortening the pot life. This ensures a uniform distribution of quartz grains in the hardened molding material, ie in the hardened casting compound 200 . The heat treatment completely expels the moisture in the sleeve 100 from the sleeve 100 during the curing process. When storing and transporting the diode, the dried sleeve also acts like a water-absorbing substance in a dry pack. The effect of the sleeve 100 is even more effective than a dry pack in this regard, since each diode is individually encased in a water-absorbing sleeve 100 .

Erfindungsgemäß sollte der Hülsenstoff insbesondere ein Wasseraufnahmevermögen von 0,2 Gew.-% oder größer aufweisen, vorteilhafterweise sogar ein Wasseraufnahmevermögen von 0,8 Gew.-% und größer. Geeignete Stoffe hierfür sind z. B. Polyamide, insbesondere teilaromatische Polyamide.According to the invention, the sleeve material should in particular be a Have water absorption capacity of 0.2% by weight or greater, advantageously even a water absorption capacity of 0.8 % By weight and larger. Suitable substances for this are e.g. B. Polyamides, especially partially aromatic polyamides.

Claims (8)

1. Vorrichtung (1) zur Umhüllung eines elektronischen Bauelements (10), mit einer Hülse (100) und mit einer Vergußmasse (300), wobei die Hülse (100) ein Vergußvolumen definiert, das von der Vergußmasse (200) zumindest teilweise ausgefüllt wird, wobei die Vergußmasse (200) das elektronische Bauelement (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergußmasse (200) gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergußmasse (200) Verwendung findet, die durch die Anwesenheit von Wassermolekülen beschleunigt härtet, wobei die Wassermoleküle von der Hülse (100) bereitstellbar sind.1. Device ( 1 ) for encasing an electronic component ( 10 ), with a sleeve ( 100 ) and with a potting compound ( 300 ), the sleeve ( 100 ) defining a potting volume that is at least partially filled by the potting compound ( 200 ) , wherein the potting compound ( 200 ) at least partially envelops the electronic component ( 10 ), wherein the potting compound ( 200 ) is hardened, characterized in that a potting compound ( 200 ) is used which accelerates through the presence of water molecules, the water molecules can be provided by the sleeve ( 100 ). 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (100) einen Stoff mit hohem Wasseraufnahmevermögen umfaßt, wobei das Wasseraufnahmevermögen des Stoffs größer als 0,2 Gew.-%, insbesondere größer als 0,8 Gew.-%, ist.2. Device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the sleeve ( 100 ) comprises a substance with a high water absorption capacity, the water absorption capacity of the substance being greater than 0.2% by weight, in particular greater than 0.8% by weight. %, is. 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff aus Polyamid, insbesondere aus teilaromatischem Polyamid besteht.3. Device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the substance consists of polyamide, in particular of partially aromatic polyamide. 4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (100) thermoplastisch und als verlorene Vergießform vorgesehen ist. 4. Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 100 ) is provided thermoplastic and as a lost casting mold. 5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergußmasse (200) Epoxidharz und Säureanhydridhärter umfaßt.5. Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing compound ( 200 ) comprises epoxy resin and acid anhydride hardener. 6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergußmasse (200) Quarzkörner umfaßt.6. Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the casting compound ( 200 ) comprises quartz grains. 7. Verfahren zur Umhüllung eines elektronischen Bauelements (10) wobei eine Hülse (100) und eine Vergußmasse (200) derart vorgesehen sind, dass die Hülse (100) ein Vergußvolumen definiert, das von der Vergußmasse (200) zumindest teilweise ausgefüllt wird, wobei die Vergußmasse (200) das elektronische Bauelement zumindest teilweise umhüllt, mit folgenden Schritten:
  • - die Hülse (100) wird mit Wassermolekülen konditioniert;
  • - das Vergußvolumen wird zumindest teilweise mit der Vergußmasse (200) ausgefüllt;
  • - die Vergußmasse (200) wird gehärtet, wobei die Wassermoleküle die Härtung beschleunigen;
  • - die Wassermoleküle werden aus der Hülse (100) weitgehend entfernt.
7. A method for encasing an electronic component ( 10 ) wherein a sleeve ( 100 ) and a potting compound ( 200 ) are provided such that the sleeve ( 100 ) defines a potting volume that is at least partially filled by the potting compound ( 200 ), wherein the potting compound ( 200 ) at least partially envelops the electronic component, with the following steps:
  • - The sleeve ( 100 ) is conditioned with water molecules;
  • - The potting volume is at least partially filled with the potting compound ( 200 );
  • - The potting compound ( 200 ) is hardened, the water molecules accelerating the hardening;
  • - The water molecules are largely removed from the sleeve ( 100 ).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (100) und eine Vergußmasse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet werden.8. The method according to claim 7, characterized in that a sleeve ( 100 ) and a sealing compound ( 200 ) according to one of claims 1 to 6 are used.
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