-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft gemäß ihrem ersten Aspekt eine
Polymerzusammensetzung zur Verkapselung eines elektronischen Halbleiterbauteils.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Verkapselung aus
Kunststoffmaterial für
Anwendungen in der Mikroelektronik, die ausgehend von der vorerwähnten Polymerzusammensetzung
hergestellt werden kann, und auf ein elektronisches Halbleiterbauteil,
das diese Verkapselung umfasst.
-
Stand der Technik
-
Bekanntermaßen ist
es bei Anwendungen auf dem Gebiet der Mikroelektronik absolut üblich, elektronische
Halbleiterbauteile wie z.B. MOS(Metalloxidhalbleiter)-Bauteile in
Gehäusen
aus Kunststoffmaterial einzukapseln.
-
Elektronische
MOS-Leistungsbauteile umfassen mehrere Schichten mit verschiedenartiger
chemischer Struktur (Wärmeabführelement,
Auflagerahmen, Mikroplättchen
aus Halbleitermaterial, Verkapselung aus Kunststoffmaterial), deren
Kompatibilität
die Leistungsfähigkeit
und Zuverlässigkeit
des eigentlichen Bauteils bestimmt.
-
Die
Zuverlässigkeit
eines Leistungsbauteils wird durch eine Reihe von Tests bestimmt.
Insbesondere einer von diesen, der sog. Hochtemperatur-Sperrspannungs-Test
(HTRB = High Temperature Reverse Bias), gestattet die Abschätzung der
Zuverlässigkeit,
indem man das Bauteil hohen Temperaturen und gleichzeitig einer
Sperrspannung unterwirft. Das Verhalten des Bauteils bei diesem
Test hängt
von den physikalischchemischen Bedingungen des Mikroplättchens
aus Halbleitermaterial der Schaltung und den Wechselwirkungen mit
dem Verkapselungsmaterial ab. Üblicherweise
wird eine solche Verkapselung aus Kunststoffmaterial erhalten, indem
eine Polymerzusammensetzung ausgehärtet wird, die ein wärmehärtendes
Harz und verschiedene Zusatzstoffe umfasst, wie z.B. auf Quarzglas
oder kristallinem Siliziumdioxid basierende, verstärkende Füllmittel,
und wenigstens ein Steuermittel für das Fließverhalten der Polymerzusammensetzung,
das im Allgemeinen auf Siloxanen basiert.
-
Das
wärmehärtende Harz
umfasst üblicherweise
ein Epoxidharz, das im Allgemeinen erhalten wird aus einem Epoxid,
das mit Phenolharz oder mit Anhydrid vorvernetzt wurde.
-
Gegenwärtig wird
zur Erzeugung eines Halbleiters auf dem Gebiet der Elektronik vorgeschlagen,
mit den Eigenschaften des Grundstoffs der aus Kunststoffmaterial
bestehenden Verkapselung des Bauteils zu arbeiten; so wurde z.B.
vorgeschlagen, den Gehalt an Ionen zu reduzieren, zu denen Na+-Ionen und Br–-Ionen zählen, die
von den Ausgangsstoffen stammen, und einen hohen spezifischen Volumenwiderstand
zu haben, der vorzugsweise über
1 × 1012 Ωcm
liegt. Jedoch ist der Zuverlässigkeitswert,
den man erhält,
wenn man die elektronischen Halbleiterbauteile aus dem Stand der
Technik dem HTRB-Test unterzieht, unzureichend im Vergleich zu dem
beständig
ansteigenden Zuverlässigkeitsgrad,
den man von solchen Bauteilen verlangt, insbesondere von Leistungsbauteilen.
-
In
US 4,376,174 ist eine vernetzbare
Epoxidharzzusammensetzung offenbart, die sich für das Einkapseln in Harz von
verschiedenen elektronischen Bauteilen, wie Transistoren, ICs, LSIs,
und dgl., eignet und eine hohe Feuchtebeständigkeit aufweist, ohne dass
beim Vernetzungsvorgang die elektronischen Bauteile einer übermäßigen Belastung
ausgesetzt werden. Die Harzzusammensetzung umfasst ein Epoxidharz,
ein Aushärtemittel
wie ein Phenol-Novolak-Harz, ein Füllmittel und einen Aushärtekatalysator
wie z.B. eine Imidazolverbindung, sowie ein siliziumorganisches
Polymer.
-
In
JP-A-59 081328 (Zusammenfassung) ist eine Epoxidharzzusammensetzung
zum Verschließen
eines Halbleiters offenbart, die eine hervorragende Feuchtebeständigkeit
hat und erhalten wird, indem ein Epoxidharz mit bestimmten Eigenschaften,
ein Phenol-Novolak-Harz, Siliziumdioxidpulver und ein Silikonöl gemischt
werden.
-
In
JP-A-62209126 (Zusammenfassung) ist eine Epoxidharzzusammensetzung
offenbart, die der in JP-A-59 081328 offenbarten ähnlich ist und
darüber
hinaus einen oberflächenaktiven
Stoff des Typs mit Fluor und/oder Silikon enthält.
-
In
DE-A-42 16 680 ist eine Epoxidharzzusammensetzung offenbart, die
ein einen Naphthalin-Ring enthaltendes Epoxidharz, ein Biphenyl
enthaltendes Epoxidharz, ein bestimmtes Phenolharz sowie ein anorganisches
Füllmittel
umfasst. Die Zusammensetzung zeigt ein gutes Fließverhalten
und härtet
zu Produkten mit einem geringen Elastizitätsmodul aus, besonders bei
Temperaturen über
Tg, einem niedrigen Expansionskoeffizienten, einer hohen Tg ungeachtet
geringer Belastungen, und mit minimierter Wasseraufnahme. Die mit der
vorliegenden Zusammensetzung verkapselten Halbleiterbauteile bleiben
hochgradig zuverlässig,
selbst wenn sie beim Auflöten
thermischen Schocks unterworfen wurden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Das
der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende technische Problem
besteht darin, eine Polymerzusammensetzung zur Verkapselung eines
elektronischen Halbleiterbauteils bereitzustellen, mit der es möglich ist,
die Zuverlässigkeit
der Halbleiterschaltungen im Hinblick auf die Bauteile aus dem Stand
der Technik zu verbessern.
-
Die
Anmelder haben wahrgenommen, dass es zur Lösung dieses Problems nicht
ausreicht, mit den Eigenschaften des Grundstoffs der Verkapselung
des Mikroplättchens
aus Halbleitermaterial zu arbeiten, um so über einen niedrigen Ionengehalt
und einen hohen spezifischen Volumenwiderstand zu verfügen, sondern dass
es notwendig ist, die Polarität
der Verkapselung aus der Kunststoffmaterialschicht an der Grenzfläche mit dem
Mikroplättchen
selbst so weit wie möglich
zu reduzieren.
-
Und
zwar haben die Anmelder herausgefunden, dass die Polaritätseigenschaften
an der Grenzfläche zwischen
benachbarten Schichten die mechanischen und elektrischen Leistungseigenschaften
des Bauteils zu einem erheblichen Grad bestimmen.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird daher das vorerwähnte technische
Problem gelöst durch
eine Polymerzusammensetzung, die enthält:
- a)
mindestens ein Epoxidharz,
- b) mindestens ein Aushärtemittel
in einer Menge, die zwischen 30 und 110 Gewichtsanteilen auf 100
Gewichtsteile des Epoxidharzes liegt,
- c) mindestens ein verstärkendes
Füllmittel
auf der Basis von Siliziumdioxid in einer Menge, die zwischen 300
und 2300 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes
liegt,
- d) mindestens ein Steuermittel für das Fließverhalten der Polymerzusammensetzung,
die im Wesentlichen frei von polaren Gruppen ist, in einer Menge,
die zwischen 0,1 und 50 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsteile des
Epoxidharzes beträgt.
-
Aus
den von den Anmeldern durchgeführten
Tests ging hervor, dass das elektrische Verhalten der Grenzfläche von
Verkapselung aus Kunststoffmaterial zu Mikroplättchen aus Halbleitermaterial
im Wesentlichen mit der Menge an polaren Gruppen in Korrelation
gesetzt werden konnte, die an der Grenzfläche vorhanden war. Insbesondere
stellte sich heraus, dass eine Reduzierung der Menge an polaren
Gruppen an der Grenzfläche,
insbesondere derjenigen, die aus dem Steuermittel für das Fließverhalten
stammten, die Zuverlässigkeit
des Halbleiterbauteils merklich verbessern konnte.
-
Für die Zwecke
der Erfindung ist das mindestens eine Epoxidharz aus der Gruppe
gewählt,
die folgendes umfasst: ein Epoxidharz vom Typ Bisphenol A; ein Epoxidharz
vom Typ Phenol-Novolak; ein Epoxidharz vom Typ Cresol-Novolak; ein
Epoxidharz vom Typ Glycidylester; ein Epoxidharz vom Typ Biphenyl;
ein polyfunktionales Epoxidharz; ein Epoxidharz vom Typ Glycidylamin;
ein lineares aliphatisches Epoxidharz; ein alizyklisches Epoxidharz;
ein heterozyklisches Epoxidharz; ein halogeniertes Epoxidharz und
deren Gemische. Die 1A bis 1N zeigen
die chemischen Strukturen dieser Harze.
-
Das
verwendete Epoxidharz umfasst vorzugsweise eine Menge an Chlor-Ionen,
die unter 10 ppm liegt und eine Menge an Chlor in hydrolysierter
Form, die unter 0,1 Gew.-% liegt, weil derlei Ionen elektronische Fehlfunktionen
hervorbringen.
-
Für die Zwecke
der Erfindung ist das Epoxidharz bevorzugter Verwendung ein Epoxidharz
vom Typ Glycidylester und vom Typ Novolak, wobei der Typ Novolak
170 bis 300 Epoxid-Äquivalente
enthält.
Sie eignen sich deswegen, weil sie eine gute Verarbeitbarkeit während des
Formvorgangs zeigen sowie eine elektronische Zuverlässigkeit.
-
Das
mindestens eine Aushärtemittel
ist vorzugsweise ein Phenolharz, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die folgendes umfasst: ein Phenol-Novolak-Harz, ein Cresol-Novolak-Harz,
ein Bisphenol-A-Harz, ein Phenol-Aralkyl-Harz, ein Dicyclopentadien-Phenolharz,
ein Phenolharz vom Typ Bisphenyl, ein polyfunktionales Phenolharz,
weitere denaturierte Phenolharze und deren Gemische. Die 2A bis 2E zeigen
die chemischen Strukturen dieser Harze.
-
Vorteilhafterweise
sind das Epoxidharz und das Phenolharz so gemischt, dass das Verhältnis zwischen
der Anzahl an Epoxid-Äquivalenten
des Epoxidharzes und der Anzahl an Äquivalenten der Hydroxylgruppen
des Phenolharzes zwischen 0,5 und 1,5 liegt. Es stellte sich in
der Tat heraus, dass sich eine Verschlechterung der mechanischen
Festigkeit des ausgehärteten
Epoxidharzes ergibt, wenn dieses Verhältnis über den oben definierten Bereich
hinausgeht.
-
Gemäß der Erfindung
umfasst das zuvor erwähnte
verstärkende
Füllmittel
auf der Basis von Siliziumdioxid Pulver aus Quarzglas oder kristallines
Siliziumdioxid; das Siliziumdioxidpulver kann grundsätzlich in
kugeliger, klumpiger oder faserartiger Form vorliegen. Kugeliges
Siliziumdioxid wird im Allgemeinen in Kombination mit anderen Füllmitteln
verwendet, die ein gröberes
Korn aufweisen.
-
Dieses
oben erwähnte,
verstärkende
Füllmittel
auf der Basis von Siliziumdioxid wird in die Polymerzusammensetzung
eingebracht, um das Halbleiterbauteil in ausreichendem Maße zu schützen und
um der verkapselnden Polymerzusammensetzung beim Formen eine verbesserte
Verarbeitbarkeit zu verleihen, womit das Einbringen von Spannungen
in das Bauteil selbst reduziert ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst das verstärkende
Füllmittel
auf der Basis von Siliziumdioxid kugeliges Siliziumdioxid in einer
Menge, die zwischen 0,05 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
des verstärkenden
Füllmittels
auf der Basis von Siliziumdioxid, enthält.
-
Vorteilhafterweise
ermöglicht
kugeliges Siliziumdioxid die Verbesserung der Fließfähigkeit
der Polymerzusammensetzung. Insbesondere wird durch kugeliges Siliziumdioxid
das sog. Harz-Gratbildungs-Phänomen
abgeschwächt,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass aus den zwischen den einzelnen
Abschnitten der Gießform
gebildeten Hohlräumen
ein Teil der die Verkapselung bildenden Polymerzusammensetzung austritt.
-
Das
kugelige Siliziumdioxid hat vorzugsweise einen durchschnittlichen
Teilchendurchmesser, der zwischen 0,3 und 1,5 μm liegt, sowie eine Oberflächengröße, die
zwischen 3 und 10 m2g–1 liegt.
-
Insbesondere
fand man heraus, dass, wenn der Wert der Oberflächengröße unter 2 m2g–1 absinkt,
das sog. Harz-Gratbildungs-Phänomen
nicht in ausreichendem Maße
abgeschwächt
werden konnte; wenn dagegen der Wert der Oberflächengröße 10 m2g–1 übersteigt,
kann eine unerwünschte
Feuchtigkeitsaufnahme durch die Polymerzusammensetzung stattfinden.
-
Die
Polymerzusammensetzung der Erfindung umfasst vorzugsweise darüber hinaus
mindestens ein Mittel zur Ankopplung des Siliziumdioxids, das zur
Reaktion mit den an der Oberfläche
befindlichen Hydroxylgruppen des Siliziumdioxids geeignet ist.
-
Vorzugsweise
kommt dem vorerwähnten
Ankopplungsmittel die Funktion zu, das oben erwähnte, verstärkende Füllmittel auf der Basis von
Siliziumdioxid in die Polymermatrix einzubinden, und zwar auf die
zuvor erfolgende Reaktion mit den polaren Gruppen des Epoxids hin,
die in dieser enthalten sind.
-
Da
diese Bindung entsprechend den polaren Gruppen stattfindet, die
per se in der Polymermatrix vorliegen, geht auf diese Weise die
Anzahl von freien Epoxidgruppen zurück, womit sich eine weitere
Verringerung der Polarität
der Polymerzusammensetzung an der Grenzfläche mit dem Mikroplättchen aus
Halbleitermaterial ergibt. Dies führt zu einem weiteren, vorteilhaften
Anstieg bei der Zuverlässigkeit
des Bauteils.
-
Das
Mittel zur Ankopplung des Siliziumdioxids ist vorzugsweise ein Amino-Silan-Mittel,
welches sekundäre
Aminogruppen mit der folgenden Strukturformel enthält: R-NHR'Si'(OR'')3 (I)bei welcher
R, R', R'' die folgende Bedeutung haben:
R
= Ph-, CnH2n+1,
n = 1, 2, ...
R' =
(CH2)m-, m = 1,
2, ...
R'' = CkH2k+1, k = 1, 2,
...
-
Vorteilhafterweise
steigt durch die sekundären
Aminogruppen des Amino-Silan-Mittels die Polarität der die Verkapselung ergebenden
Polymerzusammensetzung an der Grenzfläche zum Mikroplättchen aus
Halbleitermaterial nicht nennenswert an, was der Zuverlässigkeit
des Bauteils voll zum Vorteil gereicht.
-
Für die Zwecke
der Erfindung ist das bevorzugte Amino-Silan-Mittel aus der Gruppe
ausgewählt,
die folgendes umfasst: γ-N-Methyl-aminopropyl-triethoxysilan, γ-N-Ethylaminopropyl-triethoxysilan, γ-N-Phenylaminopropyl-triethoxysilan, γ-N-Phenylaminopropyl-trimethoxysilan,
N,N-bis[(Methyldimethoxysilyl)propyl]amin,
N,N-bis[γ-(Trimethoxysilyl)propyl]amin
und deren Gemische.
-
Das
Amino-Silan-Mittel ist vorzugsweise in einer Menge zugesetzt, die
zwischen 0,05 und 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkenden
Füllmittels
auf der Basis von Siliziumdioxid, liegt.
-
Es
wurde in der Tat beobachtet, dass, wenn der Gehalt des Amino-Silan-Ankopplungsmittels
auf einen Wert unterhalb 0,05 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge
des verstärkenden
Füllmittels
auf der Basis von Siliziumdioxid abfiel, das Siliziumdioxid nicht
in ausreichendem Maße
in die Polymermatrix eingebunden wurde, und von daher zeigte die
Verkapselung eine schlechte Homogenität und war brüchig; daneben
kann zusammen mit dem Harz-Gratbildungs-Phänomen auch das sog. Ausbluten
von Harz auftreten, also das Austreten von Harz und verstärkendem
Füllmittel
auf Basis von Siliziumdioxid aus den Hohlräumen der Gießform, einhergehend
mit einem sich daraus ergebenden, unerwünschten Produktaus schuss. Unter
diesen Umständen
kann Siliziumdioxid eventuell sogar eine bestimmte Feuchtepermeabilität an den
Tag legen.
-
Wenn
dagegen der Gehalt des Amino-Sllan-Ankopplungsmittels 3 Gew.-% der
Gesamtmenge des verstärkenden
Füllmittels
auf der Basis von Siliziumdioxid übersteigt, dann scheidet sich
der Teil davon, der nicht zur Reaktion gekommen ist, an der Grenzfläche ab und
kann dann einerseits eine entsprechende Zunahme der polaren Gruppen
an der Grenzfläche
selbst verursachen und andererseits eine Verschmutzung der Oberflächen der
Gießform.
-
Für die Zwecke
der Erfindung ist das Steuermittel für das Fließverhalten der Polymerzusammensetzung
im Wesentlichen frei von polaren Gruppen. Vorzugsweise umfasst das
Steuermittel für
das Fließverhalten der
Polymerzusammensetzung Polydimethylsiloxan, das im Wesentlichen
frei von Polyoxy-Alkylenether-Gruppen ist und die folgende Strukturformel
aufweist: [Si(CH3)2-O]n (II)dessen
Viskosität
bei 25°C
zwischen 5 und 106 mm2/s
liegt.
-
Vorteilhafterweise
gestattet Polydimethylsiloxan eine wirksame Einflussnahme auf das
Fließverhalten der
Polymerzusammensetzung und kann auch die Verarbeitbarkeit der Polymerzusammensetzung
verbessern.
-
Vorzugsweise
wird das Steuermittel für
das Fließverhalten
der Polymerzusammensetzung in einer Menge zugesetzt, die zwischen
1 und 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Amino-Silan-Ankopplungsmittels,
liegt.
-
Für die Zwecke
der Erfindung umfasst die Polymerzusammensetzung darüber hinaus
Einsatzstoffe, die per se bekannt sind, und die Katalysatoren sind
wie z.B. Imidazol und deren Derivate, Derivate von tertiären Aminen,
Phosphine oder deren Derivate; Trennmittel wie z.B. natürliche Wachse,
synthetische Wachse, Metallsalze von linearen aliphatischen Säuren, Ester
oder Säureamine
und Paraffine; flammhemmende Mittel wie z.B. Bromtoluol, Hexabrombenzol
und Antimonoxid, Farbstoffe wie z.B. Rußschwarz; schlagzäh machende Hilfsstoffe
wie z.B. Silikongummi und Butadiengummi; und andere, übliche Zusatzstoffe.
-
Die
Polymerzusammensetzung der Erfindung wird entsprechend herkömmlicher
Mischvorgänge
unter Verwendung von Mischvorrichtungen hergestellt, die per se
bekannt sind. Am Ende der herkömmlichen
Mischvorgänge
wird die Polymerzusammensetzung zuerst gekühlt, dann zu Pulver vermahlen
und schließlich
zu Pellets verpresst.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Verkapselung
aus Kunststoffmaterial für
Anwendungen in der Mikroelektronik bereit, die durch Formen und
Aushärten
der oben beschriebenen Polymerzusammensetzung herstellbar ist.
-
Der
Vorgang des Verkapselns des Halbleiterbauteils kann durchgeführt werden,
indem man die Polymerzusammensetzung Formvorgängen unterzieht, die per se
herkömmlich
sind, wie z.B. Kompressionsformen, Spritzpressen oder Spritzgießen.
-
Vorzugsweise
geht der Formvorgang mittels dem am weitesten verbreiteten Spritzpressverfahren
bei niedrigem Druck vonstatten.
-
Der
Formvorgang läuft
in folgenden Schritten ab: der erste besteht im Einspritzen der
Formmasse in das Innere der Form, und zwar zwei Minuten lang, wobei
während
dieser Zeit der größte Teil
des Polymers aushärtet;
der zweite besteht in einem nach dem Formen erfolgenden Aushärten im
Ofen bei 150 bis 190°C unter
Stickstoff, wobei in der Formmasse der Aushärtevorgang vollendet wird.
-
Gemäß einem
dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein elektronisches
Halbleiterbauteil von der Art bereit, welche mindestens eine elektronische
Halbleiterschaltung aufweist, die auf einem Rahmen aufgebaut ist,
sowie eine Verkapselung aus Kunststoffmaterial, das auf die Schaltung
aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselung durch
Formen und Aushärten
der oben beschriebenen Polymerzusammensetzung herstellbar ist.
-
Die
elektronischen Bauteile gemäß der Erfindung
umfassen Leistungsbauteile oder Netzteile, integrierte Schaltungen
(IC), Schaltungen mit hohem Integrationsgrad (LSI), bipolare Bauteile
und MOS-Bauteile, Thyristorbauteile, Dioden und Speicherbauteile,
sind aber nicht darauf beschränkt.
-
Die
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher
aus der nun folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, nur mittels nicht
einschränkender
Angabe und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
In
diesen zeigen:
-
die 1A bis 1N und 2A bis 2E chemische
Strukturen von bekannten Harzen;
-
3 eine
vergrößerte, schematische
Ansicht im Längsschnitt
einer Halbleiterverkapselung gemäß der Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung einer
Ausführungsform
der Erfindung
-
Mit
Bezug auf 3 ist mit 1 ein Gehäuse für ein Leistungsbauteil
schematisch angegeben, welches gemäß der Erfindung realisiert
ist.
-
Das
Gehäuse 1 beinhaltet
in einer Verkapselung aus Kunststoffmaterial 2 mindestens
eine integrierte elektronische Halbleiterschaltung, die auf einem
Auflagerahmen 4 aus Metall aufgebaut ist, sowie ein Wärmeabführelement 5,
das die Schaltung kontaktiert. Das Wärmeabführelement 5 steht über die
Verkapselung aus Kunststoffmaterial 2 vor.
-
Der
Rahmen 4 ist mittels einer dünnen Metallfolie realisiert.
-
Die
Schaltung ist auf einem Mikroplättchen 7 aus
Halbleitermaterial aufgebaut, das am Wärmeabführelement 5 über eine
Weichlotlegierung 6 befestigt ist.
-
Es
sind mehrere Anschlüsse
am Rahmen 4 ausgebildet, die im Wesentlichen durch Kontaktstifte
(nicht gezeigt) gebildet sind, die es nach Abschluss des Herstellungsprozesses
ermöglichen,
die Halbleiterschaltung auf einer vorgedruckten Leiterplatte zusammenzusetzen
und anzuschließen.
-
Mit
Bezug auf das Mikroplättchen 7 sind
an dessen Umfang vorbestimmte Kontaktpunkte 3 vorgesehen,
zu denen die Anschlüsse
der Schaltungsstruktur hinführen;
dünne Metalldrähte 8 werden
zwischen den Kon taktpunkten 3 und den innenliegenden Enden
der entsprechenden Kontaktstifte angeschlossen.
-
Mit
Bezug auf die bisher erfolgte Beschreibung werden im Folgenden mittels
nicht einschränkender Angabe
einige bevorzugte Beispiele für
Polymerzusammensetzungen gemäß der Erfindung
angeführt,
die sich besonders für
die Herstellung der Polymerverkapselungsschicht an einem MOS-Leistungsbauteil
eignen.
-
BEISPIEL 1
-
(Erfindung)
-
In
einen Mischer der HenschelTM-Bauart wurden
in einem ersten Schritt pulverförmiges
Quarzglas, pulverförmiges
Antimontrioxid und pulverförmiges
Rußschwarz
gegeben. Danach wurden der so erhaltenen Polymerzusammensetzung
ein Silan-Ankopplungsmittel, ein schlagzäh machender Hilfsstoff wie
Silikongummi oder Butadiengummi, ein Steuermittel für das Fließverhalten
und die Polymerzusammensetzung, wie z.B. Polysiloxan und andere,
per se herkömmliche
Zusatzstoffe wie natürliche
und synthetische Wachse, Elastomere und flammhemmende Stoffe zugesetzt.
-
In
einem zweiten Schritt wurde die Polymerzusammensetzung intensiv
bei Raumtemperatur vermischt, um so das Siliziumdioxid homogen zu
verteilen.
-
Später wurden
der Polymerzusammensetzung das Epoxidharz und das Phenolharz zugesetzt.
Die so erhaltene Polymerzusammensetzung wurde dann in einer biaxialen
Heizwalze homogenisiert, dann gekühlt, zu Pulver vermahlen und
zu Pellets verpresst.
-
Auf
diese Weise wurde eine Polymerzusammensetzung mit der in unten stehender
Tabelle I gezeigten Zusammensetzung erhalten.
-
BEISPIELE 2–5
-
(Erfindung):
-
In
derselben Art und Weise wie bei dem vorhergehenden Beispiel 1 wurden
vier weitere Polymerzusammensetzungen gemäß der Erfindung zubereitet,
deren Zusammensetzungen in der vorerwähnten Tabelle I gezeigt sind.
-
BEISPIELE 6–7
-
(Vergleich)
-
Um
die gemäß der vorliegenden
Erfindung erhaltenen Polymerzusammensetzungen mit denjenigen aus
dem Stand der Technik zu vergleichen, wurden zwei Polymervergleichszusammensetzungen
in derselben Art und Weise wie beim vorhergehenden Beispiel 1 zubereitet,
deren Zusammensetzung auch in Tabelle I gezeigt ist.
-
BEISPIEL 8
-
(Verarbeitbarkeit)
-
Die
Polymerzusammensetzungen der Erfindung (Beispiele 1–5) und
diejenigen der Vergleichsbeispiele (Beispiele 6–7) wurden einer Reihe von
Tests unterzogen, um die Eigenschaften hinsichtlich der Verarbeitbarkeit
zu bestimmen.
-
Insbesondere
wurden einige Proben der Polymerzusammensetzungen einem Test zur
Bestimmung der Fließfähigkeit
des Harzes während
des Formvorgangs unterzogen – der
sog. „Spiraltest" – der in Übereinstimmung mit Standardnormen
basierend auf dem internen Verfahren TM-C7703 von Toshiba durchgeführt wurde.
-
Der
Test sieht vor, dass man eine vorbestimmte Menge an Harz, die 20
g beträgt,
bei einer Temperatur zwischen 170 und 175°C durch einen spiralförmigen Kanal
strömen
lässt,
und zwar unter dem Schub eines angelegten Drucks mit dem Wert 100
kg/cm2; danach wird die in 5 ± 2 Sekunden
zurückgelegte
Strecke (in cm) gemessen.
-
Gleichzeitig
wurden andere Proben der vorerwähnten
Polymerzusammensetzungen einem Test unterzogen, um die Menge an
Polymerzusammensetzung zu bestimmen, die aus den Hohlräumen der
Gießform ausgetreten
war – die
sog. Harzgratbildung – und
der in Übereinstimmung
mit Standardnormen basierend auf dem internen Verfahren TM-C7706 von Toshiba
durchgeführt
wurde.
-
Die
durch die beiden vorgenannten Tests erhaltenen Ergebnisse sind in
der nachstehenden Tabelle II gezeigt.
-
Es
ist festzuhalten, dass die den optimalen Bereich bildenden Werte
von der Art der Verkapselung, der Formgebungsmaschine etc. abhängen.
-
Angesichts
des bisher Gesagten zeigen die Ergebnisse der Tabelle II, dass die
Polymerzusammensetzung der Erfindung von Beispiel 1 diejenige ist,
die vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit her bevorzugt wird.
-
Die
gute Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung von Beispiel 1 liegt in
der Wirkung des sekundären Amino-Silans
begründet,
zumal sie weder Polysiloxan noch kugeliges Siliziumdioxid enthält.
-
Außerdem wirkt
sich das Silan der Zusammensetzung von Beispiel 1 mehr aus als das
Siliziumdioxid der Zusammensetzung von Beispiel 2; dies ist die
Erklärung
für die
schlechten Ergebnisse hinsichtlich der Harzgratbildung. Ohne kugeliges
Siliziumdioxid in der Zusammensetzung von Beispiel 2 sollte die
Gratbildung aber noch schlechter ausfallen.
-
Im
Hinblick auf Zusammensetzung 1 umfasst Zusammensetzung 3 Polysiloxan,
welches die Verarbeitbarkeit während
des Pelletierungsprozesses verbessert. Wie jedoch hinlänglich bekannt
ist, weist Polydimethylsiloxan allgemein eine schlechte Fließfähigkeit
auf.
-
Die
Zusammensetzung von Beispiel 2 weist im Hinblick auf Zusammensetzung
von Beispiel 5 keine Polyether auf, während sie kugeliges Siliziumdioxid
umfasst. Aufgrund der Wirkung von Amino-Silan und Polyethern liegt
der Wert der Harzgratbildung unter dem Optimalbereich: Idealerweise
sollte er bei Null liegen.
-
BEISPIELE 9
-
(Zuverlässigkeit
des Bauteils)
-
Um
die Zuverlässigkeit
eines elektronischen Halbleiterbauteils zu beurteilen, wurden mehrere,
eine Halbleiterschaltung aufweisende Leistungsbauteile mit den Zusammensetzungen
der Erfindung (Beispiele 1–5)
und den Vergleichszusammensetzungen (Beispiele 6–7) erzeugt. Diese Bauteile
wurden dem HTRB-Test unterzogen.
-
Dieser
Test wird gemäß der Norm
MIL-STD-750D, Verfahren Nr. 1048 durchgeführt. Der Test sieht vor, dass
an das Bauteil eine Sperrspannung in Höhe von 80% der Durchbruchspannung
angelegt wird, wobei Gate und Source kurzgeschlossen sind, und zwar
bei einer Temperatur von 150°C
und für
eine vorbestimmte Zeit. Insbesondere wurden drei Testdauern ausgewählt, und
zwar 168, 500 bzw. 1000 Stunden.
-
Die
nachstehende Tabelle III zeigt die Anzahl von schadhaften Bauteilen,
wobei für
die drei oben erwähnten
Testdauern jeweils insgesamt 10 Bauteile untersucht wurden.
-
Die
Ergebnisse von Tabelle III zeigen deutlich, dass sich mit den Zusammensetzungen
der Erfindung die Zuverlässigkeit
der Bauteile im Vergleich zu den bekannten Zusammensetzungen verbessern
lässt.
-
Insbesondere
ließen
sich für
die Zusammensetzungen der Beispiele 1, 3 und 5 selbst nach 1000
Teststunden keine Ausfälle
bei den getesteten Bauteilen feststellen.
-
Zusätzlich wurde
der Test an einer zweiten Losgröße mit 10
Bauteilen wiederholt, die mit der Polymervergleichszusammensetzung
von Beispiel 6 verkapselt waren, wobei sich dabei jedoch herausstellte,
dass die Ergebnisse nicht reproduzierbar waren. Insbesondere erbrachte
der Test, während
im ersten Fall die in Tabelle III gezeigten Ergebnisse erhalten
wurden, dass sich im zweiten Fall ein Versagen aller getesteten
Bauteile für alle
drei Testdauern ergab.
-
-
-
-
