DE69213793T2 - Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers, Mittel zur Oberflächebehandlung, Oberflächebehandelter Körper, Oberlfächebehandelte Teile, und diese enthaltende Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers, Mittel zur Oberflächebehandlung, Oberflächebehandelter Körper, Oberlfächebehandelte Teile, und diese enthaltende Vorrichtung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein zusammengesetztes Teil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 und die Verwendung des zusammengesetzten Teils für eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8.
  • Wasser, Öl und Fett werden in vielen Produkten verwendet. Eine der Aufgaben der Verwendung von Wasser ist Kühlung. Beispiele konkreter Produkte sind der Kühler eines KFZ und wassergekühlte Großrechenanlagen, etc. Es gibt jedoch viele Elemente, die aufgrund des Wassers um den wassergekühlten Abschnitt der vorstehend beschriebenen Produkte Probleme verursachen, und wenn Wasser aus dem wassergekühlten Abschnitt austritt, besteht die Möglichkeit, daß ein ernsthafter Schaden verursacht wird. Die Verwendung von Produkten aus Öl und Fett ist in verschiedenen Bereichen verbreitet, beispielsweise bei der Schmierung, bei der Abdichtung und beim Korrosionsschutz, etc. Konkret können die Schmierung eines Lagers, ein Wärmeleiter zur Kühlung bei in einer Vorrichtung erzeugter Wärme und ein Dichtungsmaterial, wie eine Abdichtung, etc. aufgezählt werden. Öl und Fett sind als Schmiermittel für Lager unentbehrlich. Da andererseits Wasser, Öl und Fett nach einer langen Verwendungsdauer aus dem Lager austreten, werden dem Reibungsabschnitt nicht ausreichend Wasser, Öl und Fett zugeführt, und dementsprechend wird eine Haftung verursacht, und ein stabiler Antrieb wird unmöglich. Dementsprechend erfolgen eine regelmäßige Zufuhr von Schmiermitteln und ein Verhindern des Austretens durch die Verwendung von Dichtungen. Der gegenwärtige Status ist, daß die Zuverlässigkeit von Wasser, Öl und Fetten, die über einen langen Zeitraum als Wärmeleiter zur Kühlung bei in einer Vorrichtung erzeugter Wärme verwendet werden, aufgrund des Austretens noch nicht realisiert wurde.
  • Insbesondere werden derzeit rasch elektronische Vorrichtungen mit verringerter Größe, sinkendem Gewicht, hoher Packungsdichte und steigender Reaktionsgeschwindigkeit entwickelt. Dementsprechend sind eine Miniaturisierung und eine hohe Leistung jedes Elements erforderlich, aus dem eine elektronische Vorrichtung aufgebaut ist. Unter den elektronischen Vorrichtungen gibt es viele, die mit Elementen ausgestattet sind, für die Wasser, Öl und Fett verwendet werden, und die Elemente tragen erheblich zur Zuverlässigkeit der Vorrichtung bei. Andererseits gibt es viele feine Elemente, die eine Unmöglichkeit des Betriebs und eine Fehlfunktion verursachen, wenn sie durch Staub und Isolationsmaterial verunreinigt werden, ein Mangel an Öl an einem rotierenden System und einem Reibungsabschnitt werden verursacht, und es besteht die Möglichkeit, daß ein Austreten und eine Diffusion von Wasser, Öl und Fett einen erheblichen Schaden an den feinen Elementen verursachen. Tatsächlich werden verschiedene Arten von Fehlfunktionen, wie eine mangelhafte Isolation und eine Unmöglichkeit des Betriebs durch das Austreten und Auslaufen von Fett in andere als die gewöhnlich verwendeten Elemente herbeigeführt.
  • Bei einem Großcomputer als Beispiel einer elektronischen Vorrichtung wird ein Wärmefluß in der Vorrichtung für den Großcomputer entsprechend einer höheren Integration gesteigert. Dementsprechend ist ein Kühlsystem mit einer dem Computer mit gesteigerter Wärmeerzeugung entsprechenden hohen Leistung und üblichen Computern entsprechenden geringen Kosten erforderlich.
  • Zur Realisierung der hohen Leistung zu geringen Kosten ist gegenwärtig die Verwendung von Fett zur Wärmeübertragung zwischen Kühlabschnitten der beiden Vorrichtungen unvermeidlich.
  • Dementsprechend wird ein Verfahren zur wirksamen Kühlung eines Chips durch eine zweckmäßige Wärmeübertragung zwischen dem Chip und einem Kühlabschnitt vorgeschlagen.
  • Ein in der JP-B-56-22380 (1981) offenbartes Kühlelement zur Wärmeübertragung von einer integrierten Schaltung oder einem Chip zu einem Kühlabschnitt ist ein aus einem Block auf einem Zylinder mit einer gekrümmten Oberfläche auf einem Halbkreis, einem Gehäuse mit ähnlich geformten Bohrungen und einem elastischen Körper zum Verbinden des Blocks mit dem Gehäuse bestehendes Kühlelement.
  • Ferner wird zur Verbesserung der Wärmeübertragung an den Kontaktgrenzen des Kühlelements die Verwendung von Fett für elektronische Vorrichtungen und integrierte Schaltungen vorgeschlagen.
  • Gemäß der Druckschrift FUJITSU, Band 41, Nr. 1, Seiten 12 - 19 (1990) wurde zum Realisieren einer zweckmäßigen Wärmeübertragung an der Kontaktgrenze Fett zwischen einem Chip und einer Kühlvorrichtung verwendet.
  • Im Hinblick auf die Ziele der Verwendung von Fett sind selbstverständlich nicht nur die überlegene Wärmeleitfähigkeit, sondern auch das Verhindern des Austretens von Öl hinsichtlich der Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum wesentlich.
  • Dies bedeutet, daß zur Verwendung von Wasser, Öl und Fett in einem stabilen Zustand über einen langen Zeitraum eine gewisse Abdichtung zum verwendeten Abschnitt eine besonders wichtige Technologie ist.
  • Dementsprechend werden Verfahren zur Oberflächenmodifikation durch ein hauptsächlich Fluor enthaltendes Material als Technik zum Schutz der Oberfläche einer Basisplatte vor Wasser, Öl und Fett und zur Verbesserung der Entfernung von Öl und Wasser vorgeschlagen. Verfahren zum Verhindern einer Verunreinigung der Oberfläche von Körpern durch Wasser, Öl und Fett durch Aufbringen von Harz der Fluorgruppe sind in der JP-A-63-120789 (1988), der JP-A-l-304936 (1989), der JP-A-60-31535 (1985) und der JP-A-60-259837 (1985) offenbart. Andererseits sind in der JP-A-60-190727 (1985), der JP-A-62-253045 (1987), JP-A-59-30848 (1984) und der JP-A-63-35681 (1988) Verfahren zur Oberflächenmodifikation durch fluoriertes Tensid und Siliciumwasserstoff- Haftvermittler offenbart. Ferner ist in der JP-A-59-126109 (1984) ein Verfahren zum Verhindern eines Austretens von Fett zu den optischen Linsen durch Aufbringen eines fluoriertes Tensid als Hauptbestandteil enthaltenden Mittels zum Verhindern eines Austretens offenbart.
  • Die vorstehend beschriebenen, in der JP-A-63-120789 (1988, der JP-A-1-304936 (1989), der JP-A-60-31535 (1985), der JP-A-60-259837 (1985), der JP-A-60-190727 (1985), der JP-A-62-253045 (1987), JP-A-59-30848 (1984) und der JP-A-63-35681 (1988) offenbarten bekannten Techniken dienen dem Schutz der Oberfläche eines Körpers vor Wasser, Öl und Fett, und die Aufgaben des Schutzes sind das Verhindern einer Verunreinigung, die Schmierung und die Korrosionsbeständigkeit, etc. Beim Verhindern einer Verunreinigung wird, wenn Wasser, Öl und Fett an der Oberfläche haften, die Entfernung des Wassers und des Öls durch die Bildung einer wasserabstoßenden und ölabweisenden Verbindungsschicht auf der Oberfläche vereinfacht, und eine Verunreinigung der Oberfläche wird verhindert. Daneben wird zur Schmierung eine wasser- und ölabweisende Verbindungsschicht auf der Oberfläche gebildet, um ein Haften einer Reibungsoberfläche an einer anderen zu verhindern. Dies bedeutet, daß gemäß den bekannten Techniken Wasser, Öl und Fett als Materialien betrach- tet wurden, die extern einen nachteiligen Einfluß auf die gesarn- te Oberfläche eines Körpers oder den Körper selbst ausüben, und das Verhindern einer Verunreinigung, das Schmieren und die Korrosionsbeständigkeit durch vorheriges Bilden einer wasser- und ölabweisenden Verbindungsschicht auf der gesamten Oberfläche realisiert werden, die mit Wasser, Öl und Fett in Kontakt gelangt.
  • Bei dem in der JP-A-59-126109 (1984) offenbarten Stand der Technik wird das Vorhandensein von Fett als unvermeidlich betrachtet, und das Austreten von Fett zu Linsen in einem optischen System wird verhindert. Die bekannte Technik bestand jedoch lediglich darin, ein einfaches fluoriertes Tensid aufzubringen, und dementsprechend tritt über einen langen Zeitraum ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit des fluorierten Tensids auf, da das auf die flache Oberfläche aufgebrachte fluorierte Tensid durch leichte Reibung leicht zu entfernen ist. Um das Problem zu überwinden, sind an der Stelle, an der das fluorierte Tensid aufgebracht wird, Stufen vorgesehen, um zu veranlassen, daß das fluorierte Tensid auf der Oberfläche verbleibt. Der die Oberfläche durch das fluorierte Tensid verbessernde Stand der Technik kann jedoch bei einer flachen Oberfläche nicht angewendet werden.
  • In der EP-A-0 361 346 wird eine Zusammensetzung zur Modifikation einer festen Oberfläche gezeigt, die ein schichtbildendes Material und eine Fluoralkyletherverbindung enthält. Diese Zusammensetzung schafft Oberflächen mit Verbesserungen wie einer dauerhaften Wasser- und Ölabweisungs- und Schmierfähigkeit sowie einer verringerten Oberflächenenergie. Dieses Dokument zeigt jedoch lediglich das Aufbringen des verbesserten Flimüberzugs auf der gesamten Oberfläche des Substrats. Überdies zeigt dieses Dokument nicht, daß eine Atomgruppe und eine Endgruppe für die fluor-organische Verbindung mit verschiedenen Funktionen vorgesehen sind.
  • In der US-A-3 950 588 ist andererseits die Beschichtung auf Silanol reagierender Oberflächen mit Di-Silyl-Poly (Perfluoroxyalkylene) zur Ausstattung der Oberfläche mit einer haltbaren, öl- und wasserabweisenden, abriebbeständigen Polysiloxan-Beschichtung bzw. einem entsprechenden Film dargestellt. Dieses Dokument zeigt jedoch nicht auf, wie das Substrat mit dem Oberflächenbehandiungsmittel mit den verschiedenen vorstehend genannten Funktionen zu beschichten ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Körpers zu realisieren, der eine Oberfläche aufweist, die Wasser, Öl oder Fett erfordert, und der eine angrenzende Oberfläche aufweist, auf der Wasser, Öl und Fett nicht vorhanden sein dürfen, wobei das Austreten von Wasser, Öl und Fett über einen langen Zeitraum verhindert wird. Überdies werden ein zusammengesetztes Element, für das dieses Verfahren verwendet wird, und eine Verwendung des Elements für eine Halbleitervorrichtung realisiert.
  • Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß werden Wasser, Öl und Fett durch Bilden einer wasserabweisenden und ölabweisenden Verbindungsschicht auf einer Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser, Öl und Fett unzulässig ist, auf einer Oberfläche eingeschlossen, auf der das Vorhandensein von Wasser, Öl und Fett erforderlich ist, und die Leistung des Wassers, des Öls und des Fetts werden über einen langen Zeitraum stabil gehalten. Ferner ist die vorliegende Erfindung zum Einschließen des Wassers, des Öls und des Fetts über einen langen Zeitraum derart ausgelegt, daß eine wasserund ölabweisende Verbindungsschicht verwendet wird, die chemisch mit der Oberfläche eines Körpers verbunden ist. Daneben ist die vorliegende Erfindung aufgrund der Bildung der Schicht mit einer Dicke von einem einzigen Molekül oder wenigen Molekülen durch eine chemische Verbindung mit der Oberfläche für eine beliebig geformte Oberfläche anwendbar.
  • Ein Austreten und eine Diffusion von Wasser, Öl und Fett werden leicht verursacht, wenn die Oberflächenenergie der Basisplatte ansteigt. Dementsprechend ist eine Verringerung der Oberflächenenergie der Basisplatte zum Verhindern des Austretens und der Diffusion von Wasser, Öl und Fett zweckmäßig. Fluor weist aufgrund seiner niedrigen Oberflächenenergie die Merkmale einer geringen Reibung und einer Abweisung von Wasser und Öl auf. Dementsprechend wird angenommen, daß ein Austreten und eine Diffusion von Wasser, Öl und Fett an der modifizierten Oberfläche aufgehalten werden, da die durch eine fluorierte Verbindung modifiziere Oberfläche derart verändert wird, daß sie eine geringe Oberflächenenergie aufweist. Durch eine Modifikation des Umfangs eines Oberflächenbereichs, auf dem Wasser, Öl und Fett vorhanden sind, werden Wasser, Öl und Fett durch eine fluorierte Verbindung auf dem Oberflächenabschnitt eingeschlossen, und die Leistung von Wasser, Öl und Fett kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
  • Technische Anforderungen bei der Oberflächenmodifikation durch eine fluorierte Verbindung sind, daß das Modifikationsverfahren bei verschieden geformten Oberflächen leicht anwendbar sein muß und die Festigkeit der Verbindung der fluorierten Verbindung mit der Oberfläche. Gemäß einem nach dem Stand der Tech nik vorgeschlagenen Verfahren zum Aufbringen von Fluorharz auf die Oberfläche ist es schwierig, das Harz gleichmäßig auf eine Oberfläche mit einer komplexen Form aufzubringen. Ferner weist die Harzschicht, selbst wenn das Aufbringen des Harzes gleichmäßig erfolgt, eine große Dicke auf, und es wird unmöglich, die Charakteristika der Oberfläche, die bei der verwendeten Oberfläche natürlich funktionieren müssen, ausreichend zu nutzen. Ferner besteht, wenn eine fluorierte Verbindung ohne Bindungsfähigkeit einfach auf die Oberfläche der Basispiatte aufgebracht wird, die Möglichkeit eines leichten Abschälens von der Oberflä- che durch Waschen oder Wärmezyklen, etc.
  • Erfindungsgemäß kann die Oberfläche eines Körpers durch eine fluorierte Verbindung modifiziert werden, die auf eine Oberfläche mit einer komplexen Form aufgebracht und fest mit dei Oberfläche verbunden werden kann, ohne daß die Charakteristika des modifizierten Oberflächenabschnitts verloren gehen.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Aufbringen einer organischen Verbindung mit einer Endgruppe, die in Abwesenheit eines flüssiges Wasser und/ oder flüssiges Öl und wasser- und ölabweisenden Atomgruppen enthaltenden Bestandteils chemisch mit der Oberfläche des Körpers reagiert, auf einen anderen Oberflächenbereich des Körpers als den Oberflächenbereich realisiert, der den flüssiges Wasser und/oder flüssiges Öl enthaltenden Bestandteil trägt, um die organische Verbindung durch eine chemische Reaktion mit der Oberfläche des Körpers zu kombinieren und eine Schicht aus der organischen Verbindung an einer Position zu bilden, an der die Atomgruppen und das Wasser und/oder das Öl in dem Bestandteil einander abstoßen können. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist eine Verbindung wirkungsvoll, die eine organische Gruppe mit einer Oxisilangruppe als Endgruppe enthält. Unter verschiedenen organischen Verbindungen ist eine organische Gruppe wirkungsvoll, die zumindest zwei Fluoratome als Atomgruppe enthält. Insbesondere ist die Perfluoroxyalkylgruppe als Atomgruppe zu bevorzugen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Behandlung kann der Bestandteil Fett, Schmieröl oder eine wärmeleitende Verbindung sein.
  • Überdies kann ein Oberflächenbehandlungsmittel zur Bildung einer Verbindungsschicht auf der Oberfläche eines Körpers mit einem Bereich realisiert werden, der einen flüssiges Wasser und/oder flüssiges Öl enthaltenden Bestandteil trägt, gekenn zeichnet durch das Enthalten einer organischen Verbindung mit einer Endgruppe, die chemisch mit der Oberfläche des behandelten Körpers reagiert, und wasser- und ölabweisende Atomgruppen als wirksamer Bestandteil sowie die Bildung der Verbindungsschicht, in der die Atomgruppe und Wasser und/oder Öl in der Verbindung sich gegenseitig abstoßen.
  • Erfindungsgemäß umfaßt ein zusammengesetztes Element einen metallischen Basiskörper mit einem Bereich, der einen flüssiges Öl enthaltenden Bestandteil trägt, und eine Schicht einer Verbindung mit einer Endgruppe, die chemisch mit der Oberfläche des Grundkörpers und wasser- und ölabweisenden Atomgruppen kombi- niert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der Verbindung an einer Position ausgebildet ist, an der die Atomgruppen und das flüssige Öl einander abstoßen.
  • Ein Beispiel des zusammengesetzten Elements ist ein Lageraufbau, bei dem der Basiskörper aus einem Rotator und einer Lagereinrichtung zum Halten des Rotators zusammengesetzt ist und der flüssiges Wasser und/oder flüssiges Öl enthaltende Bestandteil Schmieröl ist.
  • Ein Beispiel der Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Halbleiterchip, einen den Halbleiterchip tragenden Basiskörper, eine Dichtungseinrichtung zum Isolieren des Halbleiterchips nach außen, eine Wärmeübertragungseinrichtung zum Hinausleiten von in dem Halbleiterchip erzeugter Wärme aus der Dichtungseinrichtung und eine zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung und dem Basiskörper angeordnete wärmeleitende Schmiermittelzusammensetzung umfaßt, und daß eine Verbindungsschicht mit einer Endgruppe, die chemisch mit der Oberfläche des Basiskörpers und/oder der Wärmeübertragungseinrichtung kombiniert wird, und einer wasser- und ölabweisenden Atomgruppe derart um die wärmeleitende Schmiermittelzusammensetzung gebildet wird, daß die Atomgruppe und die wärmeleitende Schmiermittelzusammensetzung einander abstoßen.
  • Fig. 1 ist ein Querschnitt, der ein Element darstellt, dessen Oberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt wurde, wobei die Schicht 3 aus einer wasser- und ölabweisenden Verbindung auf der Oberfläche der metallischen oder keramischen Basis 1 ausgebildet ist. Die Schicht aus der Verbindung wird derart chemisch mit dem Basiskörper kombiniert, daß sie sich nicht leicht abschält und nicht leicht zu übertragen ist. Andererseits wird der Bestandteil 2, wie Fett, Schmieröl und eine Wasser und/oder Öl enthaltende Verbindung, etc., auf die Oberfläche des Basiskörpers aufgebracht, wobei der Bestandteil und die Verbindungsschicht 3 an einer Position ausgebildet sind, an der der Bestandteil und die Verbindungsschicht einander abstoßen. Hierbei können sich Wasser oder Öl in dem Bestandteil 2 aufgrund der Wirkung der wasser- und ölabweisenden Atomgruppe in der Verbindungsschicht nicht aus dem Bereich herausbewegen.
  • Erfindungsgemäß kann eine Bewegung von Wasser und/oder Öl auf der Oberfläche des Körpers durch Bilden der wasser- und ölabweisenden Verbindungsschicht verhindert werden, die chemisch auf der Oberfläche des Körpers befestigt ist.
  • Zum Verhindern einer Bewegung von Wasser und/oder Öl ist eine chemisch auf der Oberfläche des Körpers befestigte fluorierte Verbindungsschicht zweckmäßig.
  • Zum Verhindern einer Bewegung von Wasser und/oder Öl von einer Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl unverzichtbar ist, zu einer Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl unzulässig ist, wird, wenn sich beide Oberflächen zusammen auf dem gleichen Körper befinden, eine chemisch auf der Oberfläche, auf der kein Wasser und/oder Öl vorhanden sein darf, befestigte wasser- und ölabweisende Verbindungsschicht gebildet.
  • Wenn sich eine Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl und/oder Fett unzulässig ist, und eine Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl und/ oder Fett unverzichtbar ist, zusammen auf einem Element befinden, für das Wasser und/oder Öl und/oder Fett verwendet werden, wird zum Verhindern einer Bewegung von Wasser und/oder Öl und/ oder Fett von der Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl und/oder Fett unverzichtbar ist, zu der Oberfläche, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl und/oder Fett unzulässig ist, eine wasser- und ölabweisende Verbindungsschicht gebildet, die chemisch auf der Oberfläche befestigt ist, auf der das Vorhandensein von Wasser und/oder Öl und/oder Fett unzulässig ist.
  • Die fluorierten Verbindungen, die bei der vorliegenden Erfindung als Mittel zur Oberflächenbehandlung verwendbar sind, sind jene, die durch chemische Reaktionen fest auf der Oberfläche des Basiskörpers fixiert werden. Beispiele für fluorierte Verbindungen, die chemisch auf der Oberfläche befestigt werden, sind Verbindungen, bei denen eine reaktive Gruppe mit einer Perflurpolyoxyalkylgruppe oder einer Perfluorpolyoxyalkylengruppe kombiniert wird. Es können beispielsweise die folgenden Gruppen aufgezählt werden:
  • {Rf}x-R&sub1;-Si (OR&sub2;)&sub3; ... (1)
  • {Rf}x-R&sub3;-NCO ... (2)
  • {Rf}x-R&sub4;-
  • {Rf}x--R&sub5;-COOH ... (4)
  • Hierbei ist Rf eine Perfluorpolyoxyalkylgruppe oder eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe, R&sub1;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5; sind zweiwertige Gruppen und R&sub2; ist -CH&sub3;, -C&sub2;H&sub5;, -OH, -OCH&sub3; oder -OC&sub2;H&sub5;.
  • Weitere fluorierte Verbindungen sind Verbindungen, in denen eine organische Gruppe wie folgt mit einer Perfluorpolyoxyalkylgruppe oder einer Perfluorpolyoxyalkylengruppe kombiniert wird:
  • {Rf}x-R&sub6;-R&sub7;-Si(OR&sub8;)&sub3; ... (5)
  • Rf: Perfluorpolyoxyalkyl- oder Perfluorpolyoxyalkylengruppe,
  • R&sub6;: Amidverbindung, Esterverbindung, Methyletherverbindung,
  • R&sub7;: Alkylengruppe, aminosubstituierte Alkylengruppe, aromatisch substituierte Alkylengruppe,
  • Si: Silidum
  • R&sub8;: H, CH&sub3; C&sub2;H&sub5;.
  • Dasmittel zur Oberflächenbehandlung enthält zumindest 0,05 Vol.-% (vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 - 10 Vol.-%) der durch die vorstehend beschriebenen allgemeinen Formeln ausgedrückten Fluorgruppenverbindungen. Durch einen Gehalt von mehr als 0,05 Vol.-% der Fluorgruppenverbindungen können eine Trennung und ein Austreten von Öl in Fett verhindert werden. Ein Gehalt von mehr als 10 Vol.-% verursacht keinen Schaden hinsichtlich der Wirkung, sondern lediglich einen wirtschaftlichen Nachteil.
  • Die vorstehend beschriebenen Verbindungen werden in einem Lösungsmittel gelöst und um einen Kontaktabschnitt mit Fett auf der Oberfläche eines strukturellen Körpers und eines Kühlabschnitts aufgebracht, und die reaktive Gruppe wird durch ein Erwärmung über 100ºC mit der Oberfläche kombiniert. Hinsichtlich der Verfahren zum Aufbringen sind ein Verfahren, bei dem das Aufbringen mit einem Pinsel erfolgt, ein Verfahren, bei dem der zu behandelnde Körper in einen mit dem Oberflächenbehandlungsmittel gefüllten Behälter eingetaucht wird, etc. verwendbar. Die Oberfläche und die reaktive Gruppe werden chemisch kombiniert. Bei einem einfachen Aufbringen haftet das Mittel lediglich durch die Oberflächenspannung, etc. auf der Oberfläche, und es besteht die Möglichkeit, daß es durch ein Spülen oder einen Wärmezyklus leicht abblättert. Dementsprechend haftet die fluorierte Verbindung durch eine erfindungsgemäße chemische Kombination fester an der Oberfläche, als bei einem einfachen Aufbringen, und eine zweckmäßige Stabilität kann sicher aufrechterhalten werden. Bei sämtlichen Verfahren zum Aufbringen ist eine extrem dünne Dicke der Verbindungsschicht ausreichend, und maximal 1 µm, insbesondere maximal 0,1 µm sind ausreichend. Wenn lediglich eine gewöhnliche Verbindung aufgebracht wird, ist eine durchschnittliche Dicke von 0,1 bis 100 nm ausreichend.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung des Me- chanismus zum Verhindern einer Diffusion von Öl, etc. durch eine Neubildung der Oberfläche mit einer fluorierten Verbindung;
  • Fig. 2 einen Querschnitt, der den Aufbau des Lagerabschnitts gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
  • Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt;
  • Fig. 4 einen Querschnitt der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 3;
  • Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt, der den Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 darstellt;
  • Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt, der den Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 darstellt;
  • Fig. 7 einen vertikalen Querschnitt, der den Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 darstellt; und
  • Fig. 8 ein Diagramm, das einen Vergleich einer Öldiffusionsstrecke gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
    • Ausführungsform 1
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Radiallagers, bei dem Fett verwendet wird. Das Fett 8 wird zwischen den Lagerabschnitt 7 und die Welle 9 gefüllt. Das Fett wird durch Integration eines festen Anteils und eines flüssigen Anteils erzeugt, wobei der flüssige Anteil durch die Oberflächenspannung auf dem festen Anteil gehalten wird. Durch eine Drehung mit hoher Drehzahl oder eine schwere Last auf der Welle wird der Lagerabschnitt auf eine hohe Temperatur erwärmt und der flüssige Anteil des Fetts verändert sich zu einer niedermolekularen Verbindung und tritt in die Umgebung aus. Dementsprechend wird das Eindringen des Fetts ver- ringert, und es besteht die Möglichkeit, daß der Lagerabschnitt ein Festfressen verursacht, da sich das Fett nicht über die gesamte Oberfläche des Lagers verteilt. Dementsprechend wird die Oberfläche um den Lagerabschnitt, in den das Fett eingebracht wird, und die Welle durch die folgende fluorierte Verbindung 10 umgebildet:
  • wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkylgruppe ist.
  • Die vorstehend beschriebene fluorierte Verbindung wurde mit einer Konzentration von ca. 0,5 Gew.-% in Trichlortrifluorethan (Handelsbezeichnung: Flon Solvent S-3) gelöst und mit einem Pinsel auf den zu beschichtenden Abschnitt aufgebracht, und die Oberflächenbehandlung wurde durch eine zehnminütige Erwärmung mit 120ºC abgeschlossen. Dementsprechend wies die Oberfläche, die neben dem mit dem Fett 8 gefüllten Lagerabschnitt 1 lag und mit der fluorierten Verbindung modifiziert wurde, wasser- und ölabweisende Charakteristika auf, ein Austreten des Fetts trat nicht auf, und das Fett war dicht in den Lagerabschnitt eingeschlossen. Das Lager erhielt über einen langen Zeitraum einen stabilen Betrieb aufrecht.
    • Ausführungsform 2
  • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlmoduls für einen Großcomputer. Der gesamte Körper besteht aus dem Wasserkühlmantel 11 und dem Modul 13. Mit dem Wasserkühlmantel 11 sind das Einlaßrohr 16 und das Auslaßrohr 17 für die Kühlwasserzirkulation verbunden, und das Kühlwasser strömt durch einen Wasserkanal, der in dem Wasserkühlmantel 11 ausgebildet ist. Der Wasserkühlmantel 11 besteht aufgrund einer überlegenen Wärmeleitfähigkeit und einer stabilen Korrosionsbeständigkeit hinsichtlich des zirkulierenden Wassers vorzugsweise aus Kupfer, etc. Daneben ist im Hinblick auf die Verringerung des Gewichts des gesamten Körpers Aluminium verwendbar. Der Wasserkühlmantel 11 gelangt mit dem Modul 13 in Kontakt, wobei Fett 12 zwischen ihnen vorhanden ist, und wird mit einer Befestigungsschraube 18 befestigt. Die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung 19 erfolgt mit einer Verbindung der Fluorgruppe an den Seitenwänden des Wasserkühlmantels 11 und des Moduls 13. Das Modul 13 ist durch die Stifte 14 mit dem gedruckten Substrat 5 verbunden. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des in Fig. 3 dargestellten Kühlmoduls. Die Oberflächenbehandlung 19 erfolgt mit einer fluorierten Verbindung an der Seitenwand des Moduls 13. Die für die Oberflächenbehandlung verwendete fluorierte Verbindung war wie folgt:
  • Rf-CONH-C&sub3;H&sub6;-Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; ... (7),
  • wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkyl- oder eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist.
  • Eine Lösung wurde bereitet, in der die durch die vorstehend aufgeführte allgemeine Formel ausgedrückte fluorierte Verbindung mit einer Konzentration von mindestens 0,05 Gew.-% (vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 - 10 Gew.-%) in Trichlortrifluorethan (Handeisbezeichnung: Flon Solvent S-3) gelöst wurde. Hinsichtlich der Verfahren zum Aufbringen sind das Verfahren der Beschichtung mit einem Pinsel und das Verfahren verwendbar, bei dem der zu behandelnde Körper in einen mit dem Mittel zur Oberflächenbehandlung gefüllten Behälter eingetaucht wird. Nach dem Aufbringen wurde die fluorierte Verbindung durch eine Erwärmung über 100ºC mit er Oberfläche kombiniert. Wenn die Konzentration der fluorierten Verbindung weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, kann die Funktion des Verhinderns einer Trennung oder eines Austretens von Öl nicht erwartet werden. Wenn die Konzentration andererseits mehr als 10 Gew.-% beträgt, kann keine noch vorteilhaftere Wirkung erwartet werden, und ein wirtschaftlicher Nachteil entsteht. Die fluorierte Verbindung, die auf die vorstehend beschriebene Weise aufgebracht und erwärmt wird, reagiert chemisch mit der Hydroxylgruppe auf der Oberfläche und wird auf der Oberfläche befestigt. Dementsprechend wird ein Austreten von Öl aus dem zwischen den Wasserkühlmantel 11 und das Modul 13 eingebrachten Fett vollständig verhindert. Die fluorierte Verbindung, die die vorliegende Erfindung betrifft, kann fester fixiert werden und eine zweckmäßigere Stabilität aufrecht erhalten, als es bei einem einfachen Aufbringen einer fluorierten Verbindung der Fall ist, die keine bindungsfähige Gruppe am Ende der Moleküle aufweist.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise erläutert. Am Modul 13 erzeugte Wärme wird durch das Fett 12 mit geringer Wärmebeständigkeit zu dem Wasserkühlmantel 11 geleitet und anschließend durch Kühlwasser mit einer Temperatur von 0 - 90ºC entfernt. Durch einen Anstieg der Temperatur des Moduls 13 verursachen das gesamte Modul 13 und der Wasserkühlmantel 11 eine geringe Wärmeverformung. Die Verformung wird auf das Fett 12 aufgebracht, das am Kontaktabschnitt zwischen dem Modul 13 und dem Wasserkühlmantel 11 vorhanden ist. Durch die Flexibilität des Fetts kann die Verformung aufgenommen werden, und die Wärmeleitfähigkeit zwschen dem Wasserkühlmantel 11 und dem Modul 13 bleibt erhalten. Unter der vorstehend beschriebenen Bedingung werden die Verformung und die Belastung auf das Fett 12 aufgebracht, und eine Verringerung der Molekülgröße des flüssigen Anteils breitet sich zusätzlich zu der Verformung und der Belastung aus, wobei dadurch eine Bedingung hergestellt wird, die die Trennung von Öl erleichtert. Nichtsdestotrotz konnte das getrennte Öl nicht an den Seitenwänden des Wasserkühlmantels 11 und des Moduls 13 diffundieren, da die Oberflächenbehandlung 19 mit der fluorierten Verbindung an den Seitenwänden des Wasserkühlmantels 11 und des Moduls 13 ausgeführt wurde, und war zwischen dem Wasserkühlmantel 11 und dem Modul 13 eingeschlossen, und dementsprechend wurden eine stabile Wärmeleitfähigkeit und eine zweckmäßige Aufnahme der Wärmeverformung des Moduls 13 aufrecht erhalten.
    • Ausführungsform 3
  • In Fig. 5 ist ein Kühlabschnitt eines Großcomputers schematisch dargestellt. Im Kühlabschnitt des Großcomputers ist der Federbalg 21 an dem Kühlwasserkopf 22 befestigt, und der Kühlwasserkopf 22 steht durch den Druck in dem Federbalg 21 in einem festen Kontakt mit der Oberfläche des durch die Stifte 14 mit dem Substrat 15 verbundenen Chips 20. Auf die Kontaktfläche ist das Fett 12 aufgebracht. Die Oberflächenbehandlung 19 mit der fluorierten Verbindung erfolgt an den Seitenwänden des Federbalgs 21 und des Chips 20. Die bei der Oberflächenbehandlung verwendete fluorierte Verbindung war wie folgt:
  • Rf-COOC&sub2;H&sub4;-Si(OCH)&sub3; ... (8)
  • wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkyl- oder eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist.
  • Eine Lösung der durch die vorstehend aufgeführte allgemeine Formel ausgedrückten fluorierten Verbindung wurde durch Lösen der Verbindung mit einer Konzentration von mindestens 0,05 Gew.- % (vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 - 10 Gew.-%) in Trichlortrifluorethan (Handelsbezeichnung: Flon Solvent S-3) vorbe reitet und auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 2 aufgebracht. Die Oberflächenbehandlung wurde durch eine Erwärmung vervollständigt.
  • Erfindungsgemäß erfolgt aufgrund der an den Seitenwänden des Federbalgs 21 und des Chips 20 ausgeführten Oberflächenbehandlung 19 mit der fluorierten Verbindung kein Austreten von Öl aus dem Fett 12 mit einer starken Belastung an der Kontaktfläche, und das Fett 12 ist zwischen dem Federbalg 21 und dem Chip 20 eingeschlossen. Dementsprechend wird eine durch das Austreten des Öls verursachte Verringerung des Eindringens des Fetts 12 verhindert, und die Flexibilität wird aufrecht erhalten. Da die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Federbaig 21 und dem Chip 20 auf zweckmäßige Weise aufrechterhalten wird, wird über einen langen Zeitraum ein stabiler geringer Wärmewiderstand aufrecht erhalten.
    • Ausführungsform 4
  • In Fig. 6 ist ein Kühlabschnitt eines Großcomputers schematisch dargestellt. Der Kolben 26 ist in dem Kühlgehäuse 24 angeordnet und steht mit der oberen Oberfläche des Chips 20 in Kontakt. Die Oberflächenbehandlung 19 mit der fluorierten Verbindung erfolgt an den Seitenwänden des Kolbens 26 und des Chips 20. Der Kolben 26 steht durch den Druck der Feder 25 in einem festen Kontakt mit der Oberfläche des durch die Stifte 14 mit dem Substrat 15 verbundenen Chips 20. Auf die Kontaktfläche wird das Fett 12 aufgebracht. Die für die Oberflächenbehandlung 19 verwendete fluorierte Verbindung war wie folgt:
  • (C&sub2;H&sub5;O)&sub3;Si-C&sub3;H&sub6;-HNOC-Rf-CONH-C&sub3;H&sub6;-Si (OC&sub2;H&sub5;)&sub3; ... (9)
  • wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist.
  • Das Verfahren zur Behandlung entspricht dem der Ausführungsformen 2 und 3.
  • Erfindungsgemäß war das Fett 12, ebenso wie bei den Ausführungsformen 2 und 3, in einem Kontaktabschnitt des Kolbens 26 mit dem Chip 20 eingeschlossen, die Flexibilität wurde aufrecht erhalten und die Wärme wirksam geleitet.
    • Ausführungsform 5
  • In Fig. 7 ist der Querschnitt eines Kühlabschnitts eines Großcomputers dargestellt. Mehrere Chips 20 sind auf dem Modul 13 mit einer extrem flachen Ebene zur Montage der Chips 20 montiert. Aufgrund der Flachheit der Oberfläche des Moduls 13 sind die Abstände zwischen den oberen Oberflächen der Chips 20 und der unteren Ebene des Wasserkühlmantels 11 annähernd konstant. Eine geeignete Menge des Fetts 12 wird in den Zwischenraum eingebracht. Das Fett 12 enthält einen flüssigen Anteil mit dem Merkmal, daß er mit Siliciumöl oder einem ähnlichen Oxid in einem gelförmigen oder festen Zustand versetzt wird. Die Oberflächenbehandlung 19 mit einer fluorierten Verbindung erfolgt an den Seitenebenen des Wasserkühlrnantels 11 und der Chips 20. Die bei der Behandlung verwendete fluorierte Verbindung war wie folgt:
  • Rf-COO-Si(OCH&sub3;)&sub3; ... (10)
  • wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkyl- oder Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist.
  • Das Verfahren der Behandlung entspricht dem der Ausführungsformen 2 und 3.
  • Erfindungsgemäß wurden das Fett 12 auf die gleiche Weise wie bei den Ausführungsformen 2 und 3 an einem Kontaktabschnitt des Wasserkühlmantels 11 und der Chipoberfläche 27 eingeschlossen, die Flexibilität aufrecht erhalten und die Wärme wirksam geleitet.
  • Aufgrund der Oberflächenbehandlung 19 mit einer fluorierten Verbindung an den Seitenwänden der Chips 20 konnte insbesondere die Diffusion von getrenntem Öl zur Oberfläche des Moduls 13 mit mehteren angeschlossenen Drähten eingeschränkt werden.
    • Vergleichsbeispiel
  • In Fig. 8 ist ein Vergleich der aus dem Öl 12 austretenden Öldiffusionsstrecke dargestellt. Die Öldiffusionsstrecke bezeichnet eine horizontale Strecke, um die das Öl von einer Ebene, auf die das Fett ursprünglich aufgebracht wird, aus dem Fett 12 austritt. Die Oberflächenbehandlung mit einer fluorierten Verbindung, die die vorliegende Erfindung betrifft, hat die Funktion, eine Trennung von Öl und die Austrittsdiffusion von Öl zu verhindern. Wenn keine Oberflächenbehandlung erfolgt, breitet sich in einem zehn Jahren entsprechenden Zeitraum Öl über den gesamten Körper der Kühlstruktur aus. Andererseits wird bei den Körpern der Kühlstrukturen gemäß den Ausführungsformen 2, 3, 4 und 5, an denen die Oberflächenbehandlung mit einer fluorierten Verbindung ausgeführt wurde, überhaupt keine Öldiffusion beobachtet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Körpers (1) mit einer fluorarganischen Verbindung (3), die öl- und/oder wasserabstoßende Eigenschaften und eine Endgruppe an einem Ende des Moleküls aufweist, die mit dem Körper (1) chemisch reaktiv ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (3) durch zumindest eine der folgenden Formeln dargestellt ist:
{Rf}x-R&sub1;-Si(OR&sub2;)&sub3;
{Rf}x-R&sub3;-NCO
{Rf}X-R&sub4;-
{Rf}x-R&sub5;-COOH und
{Rf}x-R&sub6;-R&sub7;-Si(OR&sub8;)&sub3; ,
wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkyl- oder eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist, R&sub1;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5; zweiwertige Gruppen sind, R&sub2; -CH&sub3; oder -C&sub2;H&sub5; ist R&sub6; eine Amid-, Ester- oder Methyletherverbindung ist, R&sub7; eine Alkylen-, amino-substituierte Alkylen- oder aromatisch-substituierte Alkylengruppe ist und R&sub8; H, CH&sub3; oder C&sub2;H&sub5; ist, und wobei die Verbindung (3) teilweise auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht wird, so daß sich eine Öl und/oder Wasser enthaltende Verbindung (2), die in einem Oberflächenbereich angeordnet ist, der von dem Bereich, in dem die Verbindung (3) aufgebracht ist, unterschiedlich ist, nicht außerhalb dieses Bereichs bewegen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (2) Schmiermittel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (2) Schmieröl ist.
4. Zusammengesetztes Teil mit einem Körper (1), der eine fluororganische Verbindung (3) aufweist, die ölund/oder wasserabweisende Eigenschaften besitzt und eine Endgruppe an einem Ende des Moleküls aufweist, die chemisch reaktiv mit dem Körper (1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (3) durch zumindest eine der folgenden Formeln dargestellt wird:
{Rf}x-R&sub1;-Si(OR&sub2;)&sub3;
{Rf}x-R&sub3;-NCO
{Rf}X-R&sub4;
{Rf}x-R&sub5;-COOH und
{Rf}x-R&sub6;-R&sub7;-Si(OR&sub8;)&sub3; ,
wobei Rf eine Perfluorpolyoxyalkyl- oder eine Perfluorpolyoxyalkylengruppe ist, R&sub1;&sub1; R&sub3;, R&sub4; zweiwertige Gruppen sind, R&sub2; -CH&sub3; oder -C&sub2;H&sub5; ist, R&sub6; eine Amid-, Ester- oder Methyletherverbindung ist, R&sub7; eine Alkylen-, amino-substituierte Alkylen- oder aromatisch-substituierte Alkylengruppe ist und R&sub8; H, CH&sub3; oder C&sub2;H&sub5; ist, und wobei die Verbindung (3) teilweise auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht wird, so daß sich eine Öl und/oder Wasser enthaltende Verbindung (2), die in einem Oberflächenbereich angeordnet ist, der von dem Bereich, in dem die Verbindung (3) aufgebracht ist, unterschiedlich ist, nicht außerhalb dieses Bereichs bewegen kann.
5. Zusammengesetztes Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (2) Schmiermittel enthaltendes Öl und verdickungsmittel ist.
6. Zusammengesetztes Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus einem Drehkörper (9) und Lagermitteln (7) zum Tragen des Drehkörpers (9) zusammengesetzt ist und die Verbindung (2) Schmieröl ist.
7. Zusammengesetztes Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus einem metallischen Material gebildet ist.
8. Verwendung des zusammengesetzten Teils nach Anspruch 4 für eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterchip (20), einem Basiskörper (1), der den Halbleiterchip (20) trägt, Umhüllungsmitteln zum Isolieren des Halbleiterchips (20) nach außen, Wärmeübertragungsmitteln (11, 1) zum Herausnehmen von beim Halbleiterchip (20) erzeugter Wärme nach außerhalb der Umhüllungsmittel und einer wärmeleitenden Schmierverbindung (12, 20), die zwischen den Wärmeübertragungs mitteln (11, 1) und dem Basiskörper (1) vorgesehen ist, wobei eine Verbindungsschicht (27) eine Endgruppe aufweist, die sich chemisch mit der Oberfläche des Basiskörpers und/oder den Wärmeübertragungsmitteln (11, 1) verbindet und wobei die Verbindung (19, 3) um die wärmeleitende Schmierverbindung (12, 2) derart gebildet ist, daß die atomare Anordnung und die wärmeleitfähige Schmierverbindung (12, 2) zueinander abstoßend sind.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitfähige Schmierverbindung (12, 2) eine Verbindung ist, die Öl, Verdickungsmittel und einen anorganischen Füllstoff enthält.
10. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragenden Mittel (11, 1) und die Umhüllungsmittel aus Keramik aufgebaut sind.
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