DE3913488C2

DE3913488C2 - Vergußmasse für elektrische und elektronische Bauteile

Info

Publication number: DE3913488C2
Application number: DE19893913488
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Pfander; Irene Jennrich; Hans-Joachim Seidel; Klaus Dipl Ing Dr Heyke; Richard Dipl Phys Spitz; Armin Vohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2009-04-26
Also published as: JPH02300230A; DE3913488A1; JP2957226B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vergußmasse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist allgemein bekannt, elektrische und elektronische Bauteile mit Vergußmassen zu umgießen, um sie vor mechanischen Einwir kungen und thermischen Belastungen zu schützen.

Aus der DE-PS 32 29 558 ist beispielsweise eine Vergußmasse für elektrische Bauteile, z. B. zum Imprägnieren und Vergießen einer Hochspannungs-Zündspule bekannt, die besteht aus (a) einem Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A und einem Cyclo olefin im Verhältnis 70 : 30, (b) einem modifizierten Dicar bonsäureanhydrid, z. B. Phthalsäureanhydrid, als Härter, (c) einem Imidazol als Beschleuniger und (d) Kreide als Füllstoff.

Aus der EP-A-01 82 066 ist ferner eine Vergußmasse für elek trische und elektronische Bauteile, insbesondere für stark thermisch belastete Bauteile bekannt, die aufgebaut ist aus (a) einem cycloaliphatischen Harz bestimmter Struktur, (b) einem flüssigen Diglycidyläther-Bisphenol-A-Epoxidharz, (c) einem Copolymer aus Butadien und Acrylnitril mit endständigen Carboxylgruppen, (d) einem Härter, (e) einem Beschleuniger und (f) einem Füllstoffgemisch aus Edelkorund und Aluminiumteil chen.

Vergußmassen für elektrische und elektronische Bauteile, z. B. für Dioden und Halbleiter sind ferner im Handel erhältlich.

Nachteilig an den bekannten Vergußmassen ist, daß sie sich nicht in idealer Weise verarbeiten lassen, z. B. ein unbe friedigendes Viskositätsverhalten zeigen, physiologisch nicht unbedenklich sind, eine zu niedrige Erweichungstemperatur auf weisen und/oder einen zu großen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten haben.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vergußmasse mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine vergleichsweise niedrige Viskosität hat, d. h. bei Raum temperatur gut fließfähig ist und sich deshalb gut verarbeiten läßt, physiologisch unbedenklich ist und zu Produkten führt, die einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf weisen und durch eine hohe Glasübergangstemperatur (Tg) ge kennzeichnet sind, d. h. eine hohe Erweichungstemperatur auf weisen.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Vergußmassen sind dadurch gekenn zeichnet, daß sie bei 25°C eine Viskosität von 40 000 bis 80 000 mPa · s und eine Dichte bei 25°C von etwa 1,5 bis 1,7 g/m³ aufweisen.

Die Verarbeitung und Härtung der Vergußmassen mit eingebetteten elektrischen oder elektronischen Bauteilen kann in üblicher bekannter Weise erfolgen, d. h. durch mehrstündiges gegebenen falls stufenweises Erhitzen auf Temperaturen von insbesondere 70 bis 220°C.

Nach einer 6stündigen Härtung bei 75°C und einer 6stündigen Härtung bei 210°C wurden beispielsweise folgende Kennwerte gemessen:

Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient
25 bis 35 × 10^-6 1/°C
Glasumwandlungstemperatur Tg	160°C bis 220°C
Wärmeleitfähigkeit	0,55 bis 0,8 W/mK

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Vergußmassen können übliche cycloaliphatische Epoxidharze verwendet werden, die nieder viskose, farblose bis gelbliche Flüssigkeiten bilden, z. B. mit einer Viskosität von 350 mPa · s bei 25°C und 25 mPa · s bei 80°C und im Handel erhältlich sind, z. B. unter der Handelsbezeich nung Araldit, beispielsweise Araldit CY 179.

Typische, erfindungsgemäß verwendbare cycloaliphatische Epoxid harze sind solche auf Basis eines Cycloolefins. Ein besonders vorteilhaftes cycloaliphatisches Epoxidharz ist ein solches auf Basis eines Cycloolefins der Formel:

Bei dem gegebenenfalls in Abmischung mit dem cycloaliphatischen Epoxidharz oder allein verwendeten polyfunktionellen Epoxynovo lakharz handelt es sich vorzugsweise um ein hochviskoses bzw. halbfestes Harz mit einer Viskosität nach DIN 53 015 bei 52°C von 1100 bis 70 000 mPa · s, insbesondere 1100 bis 1700 mPa · s, z. B. mit Struktureinheiten der folgenden Formel:

Von besonderer Bedeutung ist der erfindungsgemäß verwendete Härter, nämlich Methylnadicsäureanhydrid, oftmals auch als Methylendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid bezeichnet. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung dieses Härters im Zusammenwirken mit den eingesetzten Harzen und dem Beschleu niger für die erfindungsgemäß erzielbar hohe Glasübergangs temperatur erforderlich ist, während der erfindungsgemäß erzielbare geringe lineare thermische Ausdehnungskoeffizient insbesondere durch die Verwendung eines Füllstoffs auf Basis von amorphem SiO₂ erreicht wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, ein mit einem Epoxisilan vorbehandeltes amorphes SiO₂ zu verwenden. Die Vorbehandlung des amorphen SiO₂ mit einem Epoxysilan dient dabei der Verbesserung des Haftvermögens, des Feuchtig keitsschutzes und des Fließvermögens. Derartige amorphe SiO₂-Produkte sind bekannt und im Handel erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung Silbond-Quarzgutmehle.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Füll stoffanteil 57 bis 61 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der übrigen Bestandteile der Vergußmasse liegt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich des weiteren erwiesen, wenn der Hauptanteil des amorphen SiO₂ eine Korngröße von 2 bis maximal 100 µm aufweist und der Feinanteil (< 2,5 µm) möglichst klein gehalten wird.

Während die Silanisierung oder Epoxidierung des Füllstoffs das Haftvermögen auf den anderen Konstruktionskomponenten ver bessert, bewirkt die Korngrößenverteilung des Füllstoffs vor der Gelier- und Härtungsphase eine Verdichtung des Füllstoffs im unteren Erzeugnisbereich und damit eine weitere Anpassung (Reduzierung bedingt durch den niedrigen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des amorphen SiO₂ von ≦ 0,1×10^-6 1/°C) des linearen thermischen Ausdehnungs koeffizienten an den der hier liegenden Bauteile, z. B. an den der Halbleiter. Die Wärmeleitfähigkeit wird ebenfalls verbessert.

Durch den Zusatz von Glashohlkugeln kann der Sedimentations neigung des Füllstoffs in den Vormischungen, insbesondere der der Harzkomponente, während der Lagerung entgegengewirkt werden. Ihr "Aufschwimmen" vor der Gelier- und Härtungsphase wirkt der durch Sedimentation füllstoffärmeren Oberschicht im Erzeugnis entgegen. Dadurch wird insbesondere die Riß anfälligkeit bei thermisch mechanischer Beanspruchung z. B. Temperaturwechsel - minimiert.

Als Farbstoffe haben sich insbesondere solche auf Eisen oxidbasis bewährt, beispielsweise schwarzes Eisenoxid mit der Color-Index Nr. Pigment Black 11.

Der Beschleuniger kann aus einem der üblichen Beschleuniger auf Imidazolbasis bestehen, z. B. methylisiertem Benzimidazol.

Die erfindungsgemäße Vergußmasse eignet sich bei einem physiologisch unkritischen Verhalten zum Umgießen der ver schiedensten elektrischen und elektronischen Bauteile und Konstruktionselemente aus Kunststoff, Metall, Keramik, Silicium und dgl. und somit zur Herstellung der verschiedensten Bauteile, die hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, beispielsweise Dioden und Halb leitern, Hochspannungszündspulen usw., beispielsweise für den Kraftfahrzeugbau, z. B. für Lichtmaschinen.

Beispiel

Es wurde eine Vergußmasse durch Vermischen der folgenden Stoffe hergestellt:

a) niedrigviskoses cycloaliphatisches Epoxidharz auf Basis eines Cycloolefins der Formel:
b) Methylnadicsäureanhydrid (Methylendomethylentetrahydro phthalsäureanhydrid) als Härter;
c) ein Imidazol als Beschleuniger;
d) amorphes SiO₂ als Füllstoff;
e) Eisenoxid als Farbstoff.

Die Stoffe (a), (b) und (c) wurden im Verhältnis von 100 : 120 : 2 eingesetzt. Der Füllstoffanteil betrug 60,3 Gew.-% und der Eisenoxidanteil lag bei 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmischung.

Die Viskosität der Vergußmasse lag bei ca. 40 000 mPa · s, gemessen bei 25°C. Die so hergestellte Vergußmasse wurde zum Verguß von Dioden verwendet.

Der Verguß der Dioden erfolgte bei Raumtemperatur über eine 4- oder 8fache Düse, wobei der Vorratsbehälter mit der Ver gußmasse unter Druck stand.

Es konnten sehr kurze Taktzeiten (ca. 5 s) bei schnellem Fadenabriß und gutem Verlauf eingehalten werden. Bei Maschinen stillstand erfolgte kein Nachtropfen aus den Düsen.

Die Härtung erfolgte über einen Zeitraum von 12 Stunden, und zwar 6 Stunden bei 75°C und 6 Stunden bei 210°C.

Die gehärtete Vergußmasse besaß folgende Kenndaten:

Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient α
bis 210°C	27 bis 30 × 10^-6 1/°C
<210°C	90 bis 100 × 10^-6 1/°C
Glasumwandlungstemperatur Tg	210°C
Wärmeleitfähigkeit λ	0,59 W/m K

Die so vergossenen Dioden waren bis <200°C elektrisch funktionsfähig.

Claims

1. Vergußmasse für elektrische und elektronische Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf jeweils

a) 100 Gewichtsteile niederviskoses cycloaliphatisches Epoxidharz auf Basis der Formel oder
polyfunktionelles Epoxynovolakharz beziehungsweise deren Gemisch, wobei das polyfunktionelle Epoxynovolakharz allein oder in Abmischung eine Viskosität nach DIN 53 015 bei 52°C von 1100 bis 70 000 mPa · s aufweist.
b) 90 bis 120 Gewichtsteile Methylendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid als Härter,
c) 0,2 bis 2 Gewichtsteile eines Härtungsbeschleunigers auf Imidazolbasis,
d) 55 bis 70 Gewichtsprozent an amorphem, gegebenenfalls mit Epoxysilan vorbehandeltem, Siliciumdioxid als Füllstoff, wobei der Hauptanteil des amorphen Siliciumdioxids eine Korngröße von 2 bis 100 µm aufweist, sowie gegebenenfalls
e) bis 2 Gewichtsteile Farbstoff und/oder
f) bis 0,5 Gewichtsprozent an Glashohlkugeln als Füllstoff.

2. Vergußmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in a) ein polyfunktionelles Epoxynovolakharz allein oder in Abmischung mit einer Viskosität nach DIN 53 015 bei 52°C von 1100 bis 1700 mPa · s enthält.

3. Vergußmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in e) einen Farbstoff auf Eisenoxidbasis enthält.

4. Vergußmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in d) 57 bis 61 Gewichtsprozent Füllstoff enthält.