JP2017536465A - 電子部品を封入する方法 - Google Patents

Abstract

電子部品の封入を行うために、本発明は、ジイミド成分及びジアミン成分を含みジイミド成分はジアミン成分に予め溶解されている組成物に対応する熱−重合可能材料により電子部品（７）を覆うこと、及び前記ジアミン成分と前記ジアミン成分との間における付加重合反応によって前記材料の硬化を行うのに適した条件下で得られたアッセンブリを加熱することを提案する。本発明は、特に電力モジュールの分野における応用を見出す。

Description

本発明の領域は、電子部品を封入するために知られているポリマー材料などの条件下で使用されることが意図されたポリマー材料である。

この言い回しは、一般に、個々の電子部品、またはよりやむを得ない理由で電子モジュールに組み入れられた複数の部品のセットに関し、それらの使用条件の下で長期的に満足できる性能を発揮するために、電子部品を適切な材料によって覆うこと、包み込むこと或いはコーティングすることによって、電子部品を守ることを含む技術に関連する。

この意図により、ポリマー材料を用いることはそれらの実施の都合上のために義務的であり、それは保護されるべき製品を覆う予め塗布されたモノマー組成物の成分を重合させることによってその場で硬化されることを必要とする。

米国特許第４，５２６，８３８号

得られた材料の品質が電子部品を封入するのに適しているようにするために、それらは温度および耐久性の点で極端な動作条件に耐える必要がある。航空宇宙分野と同様に、耐えられるべき動作温度は、極低温度領域または２００℃よりも高い高温領域にあり、４００℃まで到達することもできる。

これらの製品のその他の定性的要件は、化学物質に対する耐性、水または水分に対する耐性、および熱的または電気的絶縁能力に関する。

これらの要件を満たすために、ポリイミド分類におけるポリマーの使用が考えられうる。これらのポリマーは、本発明の目的である封入とは非常に異なる用途においてそれらの機械的および物理化学的性質が知られている。ここでは、米国特許第４，５２６，８３８号およびこれに引用されている先行技術を参照することが好都合である。そこに記載されている技術は、複合材料を製造するために繊維状充填剤とともに結合剤として使用されるポリマーに関する。

一般に、ポリイミドの合成は溶液中で行われる。塩基水溶液の存在は、電子部品の導電性要素の存在下で禁止されており、本発明との関連において、有機溶媒中でポリイミドを硬化させることを実行することが提案されている。この主題に関して、既存の技術文献は、酸触媒またはアルカリ触媒としうる触媒の存在下で行われる重合反応のための溶解媒体としての極性非プロトン性溶媒の使用を記載している。

反応媒体としての溶媒は、非水性溶媒でさえも、特に電子部品を封入するための用途の状況を考慮して、既に不利益を示す。実際、同じモジュールおよび封入されたアッセンブリに組み込まれた様々な電子部品は、それらの全てに関して完全に無害である有機溶媒を選択することを困難にする。

ポリイミドを合成する伝統的な方法は、酸二無水物とジアミンを用いた重縮合反応に基づくものであり、そのような反応は水を放出することが付け加えられる。その反応は、室温で少なくとも１日の第１段階および通常数時間続く１００〜３００℃の高温で行われる第２の高温段階を有する温度曲線の２段階増加に沿って非常に緩やかに実現される。しかし、この反応が封入化の適用に関して電子部品の存在下で行われる場合、放出される水蒸気は非常に有害である。全体的に、そのような条件は、自動車機器の世界で特に知られているような大規模に製造される電子モジュールの大量生産の必要性と両立しない。

こういうわけで、本発明は、水蒸気の放出または二次生成物の他の放出を避けるために、縮合反応によってではなく出発構成物質間の付加反応によってポリイミドを合成する方法を提案する。さらに、電子部品封入化の適用に適するように、反応化合物のための外因性溶媒を用いないことを提案する。この理由から、重付加反応の２つの反応物質は、分子内に２つのイミド官能基と他の２つのアミン官能基を有し、それらのうちの少なくとも１つが液体であり、ジイミド（ｄｉｉｍｉｄｅ）化合物がジアミン化合物にそれらの間の重合反応の前に溶けることができるように、選択される。

本発明に従って選択されるジイミドは、有利にはジマレイミド（ｄｉｍａｌｅｉｍｉｄｅ）であり、すなわち末端に少なくとも２個のマレイミド基を含む化合物である。それらを連結する鎖は、芳香族または他の環式タイプとすることができ、または脂肪族の直鎖状または分枝状のタイプとすることができる。しかしながら、マレイミド基の窒素原子に沿って５個よりも多くの炭素原子が数えられない、ベンゼンおよびそれに相当するものを含むベンゼン核から成る鎖であって場合によっては隣接核を有する鎖または低分子量の脂肪族鎖などの、短鎖およびヒンダード鎖（ｈｉｎｄｅｒｅｄ ｃｈａｉｎ）が好ましい。

これらの種々の化合物の各々の典型的な例において、本発明の実施に特に有利なように、芳香族ジマレイミド（ａｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｍａｌｅｉｍｉｄｅｓ）の中では、化合物１．３−または１．４−ジ−（マレイミド）ベンゼン（１．３−ｏｒ１．４−ｄｉ−（ｍａｌｅｉｍｉｄｏ）ｂｅｎｚｅｎｅ）、或いはナフタレン−１，５−ジマレイミド（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ１．５−ｄｉｍａｌｅｉｍｉｄｅ）、或いはさらにビスマレイミドを挙げるのが好都合であり、脂肪族鎖ジマレイミドの中でも、特に１．４ジ−（マレイミド）ブタン（１．４ｄｉ−（ｍａｌｅｉｍｉｄｏ）ｂｕｔａｎｅ）及びトリス−（２−マレイミドエチル）アミン（ｔｒｉｓ−（２−ｍａｌｅｉｍｉｄｏｅｔｈｙｌ）ａｍｉｎｅ）が挙げられうる。ここで挙げられた全ての化合物は、産業用途のために商業的に入手可能な商品に基づいて容易に入手できるという利点を有する。

マレイミド基のエチレン二重結合に対する付加重合反応に必要な他の化合物は、ジアミンの融点よりも高い温度であるがマレイミドとの付加反応の開始をもたらす温度よりは低い温度での溶解条件下で、ジアミンにおけるマレイミドの可溶化速度に応じて選択されたジアミンタイプの反応性溶媒である。実際には、この反応温度は８０℃〜２００℃の範囲であり、好ましくはこの温度は約２００℃を超えず、典型的には１時間未満の、比較的短時間を必要とするのみであることが分かる。

２つの成分間の比率は、実施される重付加反応の化学量論に応じた、それ自体伝統的な方法で選ばれる。

添付の図１は、自動車オルタネータ−スタータに見られるような、整流器ブリッジまたはインバータを形成するために、例えばＭＯＳＦＥＴタイプの、トランジスタと組み合わされるような電子部品を有する電力モジュールの生成に関連し、本発明に基づく封入化の過程の実施を示す。 添付の図２は、自動車オルタネータ−スタータに見られるような、整流器ブリッジまたはインバータを形成するために、例えばＭＯＳＦＥＴタイプの、トランジスタと組み合わされるような電子部品を有する電力モジュールの生成に関連し、本発明に基づく封入化の過程の実施を示す。 添付の図３は、自動車オルタネータ−スタータに見られるような、整流器ブリッジまたはインバータを形成するために、例えばＭＯＳＦＥＴタイプの、トランジスタと組み合わされるような電子部品を有する電力モジュールの生成に関連し、本発明に基づく封入化の過程の実施を示す。

図１は、封入プラントから出て同じオルタネータ−スタータユニットの他の要素とのその接続において組み立てられる準備が整った際に、ハウジングにおいて囲まれたモジュールを示し、図２は、とりわけ、これらに関連する導電回路と共に、図３の開いたハウジングにおける可視電子部品を封入するために実施されるような、封入それ自体の方法を示すのに役立つ。

構成要素間のプリント接続回路を支持するプレート１上に予め組み立てられた構成要素は、上部で開放されたレシーバハウジング２内に配置される。支持プレートはベース３上に置かれている。接続ワイヤ６は、トランジスタ７およびプリント回路と組み合わされた構成要素間の接続を与えるように、また他の機器が接続されるであろうハウジングの側壁によって支持される接続部４のセットを与えるように、溶接されている。図面はまた、電力端子８と、通常、オルタネータ−スタータのパワーエレクトロニクスのヒートシンクにハウジングを取り付けるボルトを受け入れるウイング９とを示す。

ジイミドをジアミンに溶解することによって多かれ少なかれ粘性を有する液体状態に予め用意された混合物は、その後、そこに全ての構成要素が浸漬されるように十分な量でハウジングに注入される。場合によっては、接続部４のセットを妨害することなくアッセンブリを封止して保護するカバープレート５が、その後、構成要素で完全に満たされたハウジング上に固定される。そして、材料の硬化が、以下の実施例で詳述される条件下で、出発混合物の成分の熱重合および架橋によって行われる。

実施例１：
好ましくは２５℃未満の温度で、３グラムの２−メチル−１，５−ジアミノペンタン（２−ｍｅｔｈｙｌ１．５−ｄｉａｍｉｎｏ ｐｅｎｔａｎｅ）および７グラムの１．４−ジ（マレイミド）ベンゼン（１．４−ｄｉ（ｍａｌｅｉｍｉｄｏ）ｂｅｎｚｅｎｅ）が、均質な混合物が得られるまで、穏やかに混合される。

基材上に堆積されたペーストは、１７５℃のオーブン中に少なくとも１５分間置かれる。

最終的に得られた材料は、約９０％の凍結部分（ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｆｒａｃｔｉｏｎ）、５％の温度および圧力の標準状態下での浸入質量水分、ほぼ３００℃の５％質量損失での分解温度、２０℃での２．７ＧＰａの貯蔵率、及び約１３０℃の機械的緩和温度を有する。

硬化した表面上に載せられた水滴は約９８度の角度を形成し、それはその疎水性を証明する。

実施例２：
透明な黄色溶液が得られるまで１．８４グラムの４−アミノフェニルスルホン酸（４−ａｍｉｎｏｐｈｅｎｙｌ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）を２．１６グラムの２−メチル−１，５−ジアミノペンタン（２−ｍｅｔｈｙｌ−１．５−ｄｉａｍｉｎｏｐｅｎｔａｎｅ）と熱混合（ｈｏｔ−ｍｉｘｉｎｇ）することにより溶媒を調製することによって開始する。次いで、その溶液を冷却してもよい。

３．５グラムの上記混合物および６グラムの１．４−ジ（マレイミド）ベンゼン（１．４−ｄｉ（ｍａｌｅｉｍｉｄｏ）ｂｅｎｚｅｎｅ）は、好ましくは２０℃未満の温度で、均質なペーストが得られるまで穏やかに混合される。

このペーストは、図に示されるようにハウジングに注入するために使用されるのではなく、支持プレート上の構成要素のセットに対して固体ゲルとして塗布され、それらが完全に覆われることが必須である。

基材上に堆積されたペーストは、１７５℃のオーブン中に少なくとも１５分間置かれる。

最終的に得られた材料は、約７５％の凍結部分、５％の温度および圧力の標準状態下での質量水分浸入、３１０℃の５％質量損失での分解温度、２０℃で２．３ＧＰａの貯蔵率、及び約１８０℃の機械的緩和温度を有する。

硬化した表面上に堆積された水滴は約１０５度の角度を形成し、それはその疎水性を証明する。

芳香族ジアミンを導入することにより、熱分解温度を上昇させることができる。機械的緩和温度もまた上昇し、それはより広い温度範囲にわたって安定したヤング率に達することを可能にする。

実施例３：
８．３０グラムのα、ω−アミノプロピルポリジメチルシロキサン（α，ω−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）および３．７５グラムの１．４−ジ（マレイミド）ベンゼン（１．４−ｄｉ（ｍａｌｅｉｍｉｄｏ）ｂｅｎｚｅｎｅ）が積極的に混合され、均一な混合物が得られるまで、高真空下で働かせる。

その混合物は、図に示されるようにハウジングに注入するために使用されることができ、実施例１のように基板上に堆積され、その後１２５℃のオーブン中に少なくとも１５分間置かれる。

得られた材料は、約６０％の凍結部分、温度および圧力の標準状態下でゼロ水分浸入、３４０℃の５％質量ロスでの分解温度、２０℃での０．０２５ＧＰａの貯蔵率、および約−１０５℃及び５０℃の検出された機械的緩和温度を有する。

表面に堆積した水滴は約１００度の角度を形成し、それはその疎水性を証明する。

この実施例におけるシリコーン含有ジアミンの使用は、熱分解温度を上昇させることができ、水分浸入を減少させること（より疎水性の材料）を可能にする。また、得られた材料は１００倍低い貯蔵率を有し、それは電子部品に対する応力を減少させる。さらに、機械的緩和温度も低下する。

上記の実施例から、本発明による電子部品を封入するために使用されるポリマー組成物は、特にジアミンに溶解されたジイミド（ｄｉｉｍｉｄｅ）混合物の粘度に応じて変わる、各々の適用ケースに関していくつかの異なる方法で、実施されることが明らかである。この粘度は、実際には、型として作用するハウジング内に注入することによって適用される液体の粘度であってもよく、または型を必要とせずにペーストとして適用されるゲルの粘度であってもよい。配線を含む電子部品は、それらが出発組成物の熱硬化後に得られる固体塊に覆われるように、流体材料中に完全に浸漬され、それによりその成分は架橋結合によって重合される。

同実施例から、全ての場合において、初期組成物の硬化後に最終的に得られる材料の機械的および物理化学的特性は、電源モジュールの動作および使用の条件に応じて通常必要とされる仕様に対応することも明らかである。その材料は均質であり、自由表面は平滑で疎水性であり、自動車用途で遭遇する環境攻撃に反応しにくい。

さらに、２−メチル１．５−ジアミノペンタン（２−ｍｅｔｈｙｌ１．５−ｄｉａｍｉｎｏ ｐｅｎｔａｎｅ）などの単純な脂肪族ジアミンをジイミドに関して適切な反応性溶媒として完全に使用することができれば、これによりも、実施例３のシリコーンジアミン以外の官能基に加えて実施例２におけるような芳香族ジアミン化合物によってまたはジアミン化合物担体（ｄｉａｍｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃａｒｒｉｅｒ）によって補われる脂肪族ジアミンを含むジアミン成分を選ぶ方が、より有利かもしれないということが、これらの実施例から分かる。各々の場合において、ジイミドは常温でジアミンに溶解され、８０℃〜２００℃の範囲で使用される硬化温度がそのままである。この温度で約１５〜３０分の反応時間で十分であるように思われ、それは概して１時間未満の実行可能性を裏付ける。

ジイミド成分がジマレイミド（ｄｉｍａｌｅｉｍｉｄｅ）である場合の詳細を記載するが、本発明は、マレイミド、ナジイミド（ｎａｄｉｍｉｄｅ）およびアリル−ナジイミド（ａｌｌｙｌ−ｎａｄｉｍｉｄｅ）などの他の構造への一般化も含むことにも留意されたい。

Claims (8)

1. 電子部品を封止する方法であって、
   ジイミド成分及びジアミン成分を含む組成物に対応する熱−重合可能な材料中に前記電子部品を封入する工程であって、前記ジイミド成分は前記ジアミン成分中に予め溶解されており、前記ジアミンにおけるジイミドの上記の溶解は常温で行われ、前記部品は関連する接続回路とともに液体状態の前記材料によって充填されるハウジング内に予め配置される工程と、
   前記ジイミド成分と前記ジアミン成分との間の付加重合反応によって前記材料の硬化を行うのに適した条件下で得られたアッセンブリを加熱する工程と、を含む方法。
2. 前記材料の硬化は８０℃〜２００℃の範囲における温度で行われる、請求項１に記載の方法。
3. 硬化時間が１時間未満である、請求項２に記載の方法。
4. 前記ジイミド成分は、ジマレイミド、マレイミド、ナジイミドまたはアリル−ナジイミドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ジイミドは、芳香族鎖の末端において少なくとも２つのマレイミド基、特に１．３または１．４ジ（マレイミド）ベンゼンなどのベンゼン鎖、またはナフタレン１．５−ジマレイミド、または（ビス）−マレイミド（（ｂｉｓ）−ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）を含む組成物である、請求項４に記載の方法。
6. 前記ジイミドは、低分子量の脂肪族鎖の末端において少なくとも２つのマレイミド基、特に１．４ジ（マレイミド）ブタンまたはトリス（２−マレイミド−エチル）アミンなど、を含む組成物である、請求項４に記載の方法。
7. ジアミン成分は脂肪族ジアミンをベースとし、有利には芳香族ジアミンまたはシリコーンジアミンによって補われている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 電力モジュールハウジング内に電子部品を封入するために適用される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

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