NL9402233A - Werkwijze voor het omhullen van een elektronische component, een aldus omhulde elektronische component en daarvoor bestemd kunststofmateriaal. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het omhullen van een elektronische component, een aldus omhulde elektronische component en daarvoor bestemd kunststofmateriaal.

De onderhavige uitvinding heeft in de eerste plaats betrekking op een werkwijze voor het omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling, met een kunststofmateriaal, dat tenminste een constructiethermoplast omvat, tenminste omvattende de stappen van: het in een vormholte van een matrijs brengen van de te omhullen component; het bij verhoogde temperatuur in de vormholte brengen van het kunststofmateriaal tussen de matrijs en de te omhullen component; - het laten harden van het kunststofmateriaal; en het uit de vormholte lossen van de omhulde component.

Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend en wordt gebruikt voor het omhullen van velerlei elektronische componenten. Met constructiethermoplasten worden thermoplastische kunststoffen bedoeld, met een betrekkelijk hoge glasovergangstem-peratuur, dat wil zeggen een zodanig hoge glasovergangstempera-tuur, dat de omhulling vormvast blijft, gedurende het gebruik van bijvoorbeeld een geïntegreerde schakeling, waarbij dikwijls hoge temperaturen worden ontmoet, en dat een aanzienlijke hoeveelheid warmte kan worden ontwikkeld. Het zal duidelijk zijn dat bij de ontmoete temperaturen de omhulling niet mag vervormen. Voorts zal het duidelijk zijn dat de glasovergangstem-peratuur in het bijzonder bij geïntegreerde schakelingen niet te hoog kan zijn, om te voorkomen, dat tijdens de omhullingswerk-wijze onherstelbare schade aan de schakeling wordt toegebracht.

Deze thermoplastische omhullingskunststof fen hebben als voordeel, dat de omhulling een taai breukgedrag bezit en het uitgangsomhullingsmateriaal niet onderhevig is aan reacties of dergelijke, die verwerking na langere tijd onmogelijk maken.

Een en ander is wel het geval bij thermoharders. In de onderhavige beschrijving wordt met thermoharder een thermoharder-systeem bedoeld, met andere woorden een thermohardende kunststof met de daarbij behorende geschikte harder. Thermoharders vertonen voorts een bros breukgedrag en dienen onder gekoelde omstandigheden te worden opgeslagen en getransporteerd, omdat de hardings-reactie reeds bij kamertemperatuur plaatsvindt.

Een nadeel van constructiethermoplasten is dat door de hoge verwekingstemperatuur de verwerkingstemperatuur overeenkomstig hoog is, waarbij zeer dikwijls degradatie van de kunststof optreedt. Voorts vertonen constructiethermoplasten een slechte hechting aan polaire oppervlakken van elektronische componenten, zoals metalen oppervlakken van geïntegreerde schakelingen.

De onderhavige uitvinding beoogt voor bovengenoemde nadelen een oplossing te verschaffen, zonder de voordelen van het gebruik van constructiethermoplasten te benadelen, en bezit daartoe als kenmerk, dat als kunststofmateriaal een materiaal wordt toegepast, dat voorts een thermoharder omvat. Een thermoharder is een kunststof, die uithardt bijvoorbeeld onder invloed van warmte en daarbij een verknopingsreaktie aangaat met een harder. Deze reactie vindt dikwijls reeds bij kamertemperatuur plaats, maar wordt sterk versneld door temperatuurverhoging.

Tijdens het harden van het kunststofmateriaal, omvattende de constructiethermoplast en de thermoharder, treedt faseschei-ding op en wordt een continue thermoplastfase met een gedispergeerde thermoharderfase verkregen. Verrassenderwijs is gebleken, dat in aanwezigheid van een polair oppervlak, bijvoorbeeld het metalen oppervlak van een geïntegreerde schakeling, een voorkeursfasescheiding optreedt nabij het oppervlak, waarbij een laagje thermoharder op het oppervlak wordt af gezet. Hierdoor is de hechting van het kunststofmateriaal na uitharden vergelijkbaar met de hechting tussen een gangbare thermoharder en een elektronische component.

Het kunststofmateriaalmengsel volgens de uitvinding bezit uitstekende ontbrandingseigenschappen, zodat het toevoegen van de gangbare halogeenhoudende vlamvertragende middelen niet langer noodzakelijk is. Dit heeft een voordelige invloed op het hergebruiken van het materiaal. Ook kan dit aldus zonder problemen worden verbrand. Bij hergebruik kan de thermoplast van de thermoharder worden gescheiden, en eventueel opnieuw worden gebruikt.

Gangbare omhullingen uit thermohardende kunststof dienen na de vormingswerkwijze en het uit de vormholte lossen van de omhulde component nog aanvullend te worden uitgehard, dikwijls in een oven gedurende 4-5 h bij verhoogde temperatuur. Door de aanwezigheid van de thermoplast is deze nahardingsbewerking niet noodzakelijk, daar het produkt na het uit de vormholte lossen reeds een voldoende inherente sterkte bezit. De uitharding van de thermoharder kan in de tijd plaatsvinden.

Zonder dat aanvraagster zich tot enig mechanisme wenst te beperken, blijkt het mengsel van thermoplast en thermoharder zich bij de werkwijze volgens de uitvinding als volgt te gedragen. Tijdens de verwerking wordt een oplossing van de thermoplast en de thermoharder verkregen. De thermoplast smelt dus niet, doch wordt door de thermohardende kunststof als het ware gesmeerd, en kan daardoor een homogeen mengsel met de thermoharder vormen. Bij harding van de thermoharder treedt fasescheiding op, waarbij de thermoplast de continue fase vormt en de thermoharder de gedispergeerde fase. Gebleken is dat het mengsel thermoplast/thermoharder bij een lagere temperatuur kan worden verwerkt dan de glasovergangstemperatuur van de thermoplast.

Het kunststofmateriaal volgens de uitvinding kan worden vervaardigd, door een thermoharder met een thermoplast te mengen, waarbij de eerste dikwijls een vloeibaar produkt is en de laatste veelal een poeder, waarna aan genoemd homogeen thermoplast/ther-mohardermengsel de harder voor de thermoharder wordt toegevoegd. Door tijdens het mengen de thermoplast te verweken, kan na koelen van het mengsel een homogene oplossing van thermoharder en thermoplast worden verkregen, waarbij door de aanwezigheid van de verglaasde thermoplast de thermoharder zodanig is ingekapseld, dat de uithardingsreactie van de thermoharder wordt onderdrukt, en opslag en transport bij kamertemperatuur kunnen plaatsvinden. De temperatuur waarbij de thermoplast met thermoharder wordt gemengd ligt bij voorkeur tussen 130 en 225 °C.

Bij de onderhavige uitvinding bruikbare thermoplasten zijn niet bijzonder beperkt, afgezien van het feit dat deze vanzelfsprekend bestand dienen te zijn tegen de temperaturen die optreden tijdens werking van elektronische componenten, zoals geïntegreerde schakelingen. Voorbeelden van constructie-thermoplasten zijn thermoplasten van polyethersulfon, polyetherketon, polyetherimide, polyfenyleenether, zoals poly-(2,6-dimethyl-l,4-fenyleen)ether. De gebruikte thermoharder is niet bijzonder beperkt en als voorbeeld kunnen de epoxyharsen worden genoemd, bijvoorbeeld een epoxyhars op basis van een diglycidylether van bisfenol-A worden genoemd.

Bij gebruikelijke omhullingswerkwijzen, waarbij thermo-harders worden toegepast, heeft het gezien de produktiesnelheid de voorkeur om snelle harders te gebruiken, harders die binnen zeer korte tijd de thermohardende kunststof kunnen laten harden, doch dergelijke harders blijken in de praktijk een zodanige spanning in het thermohardende materiaal te brengen, dat het eindprodukt bros wordt. Bij de onderhavige uitvinding treedt dit probleem niet op, en kunnen de snelle harders worden gebruikt. Bij voorkeur worden harders gebruikt met een geleertijd korter dan 30 min, met meer voorkeur korter dan 15 min en met de meeste voorkeur korter dan 5 min. Geleren vindt doorgaans plaats bij ongeveer 170 °C.

Het kunststofmateriaal volgens de uitvinding kan voorts gangbare toevoegsels bevatten, zoals lossingsmiddelen, kunststofverwerkingsbevorderende toevoegsels etc.

Bij voorkeur ligt de volumeverhouding tussen de thermo-plast en de thermoharder (thermohardende kunststof + harder) in het kunststofmateriaal tussen 30:70 en 95:5, met meer voorkeur tussen 40:60 en 80:20 en met de meeste voorkeur tussen 45:55 en 60:40. De omhulling volgens de uitvinding bezit het taaie breukgedrag van een constructiethermoplast. Dit heeft tot gevolg, dat de laagdikte vergeleken met een thermoharder kan worden teruggebracht.

Gebleken is dat de viscositeit van het mengsel thermo-plast/thermoharder bij de verwerkingstemperatuur lager is dan die van de thermoplast afzonderlijk, derhalve wordt het kunststofmateriaal met voordeel bij een temperatuur beneden de glasovergangstemperatuur van de thermoplast verwerkt. Deze glasovergangstemperatuur bedraagt bij voorkeur tenminste 130 °C.

Voorts verschaft de uitvinding een elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling, voorzien van een omhulling uit kunststofmateriaal, welk kunststofmateriaal tenminste een constructiethermoplast omvat, welke component wordt gekenmerkt, doordat het kunststofmateriaal de constructiethermoplast als een continue fase en voorts een thermoharder als een gedispergeerde fase omvat.

Tenslotte verschaft de uitvinding een kunststofmateriaal, tenminste omvattende een mengsel van een constructiethermoplast en een thermoharder, kennelijk bestemd om te worden toegepast voor het omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling.

In het navolgende zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld.

VOORBEELD

Verschillende verhoudingen van een thermoplast werden gemengd met een thermoharder. Als thermoplast werd een polysulfon-thermoplast toegepast; BASF Ultrason S1010 en als thermoharder een epoxyhars, te weten de diglycidylether van Bisfenol-A; Shell, Epikote 828EL, met als harder de diamineharder LONZA M-DEA (geleertijd ± 20 min bij een temperatuur van 170 °C) .

De polysulfon (PSU) werd verpoederd. Vervolgens werden dusdanige hoeveelheden PSU en epoxyhars afgewogen dat de uiteindelijke volumeverhoudingen, dat wil zeggen na toevoegen van de benodigde hoeveelheid M-DEA, PSU: (Epoxyhars + Harder) gelijk waren aan 60:40 respectievelijk 50:50. De afgewogen hoeveelheden PSU en epoxyhars werden tot een pasta gemengd in een Brabender-kneder (60 cm3) met een aanvangstemperatuur van 130 ®C. Tijdens het mengen werd het koppel van de kneder gemeten en op het moment waarop dit toenam werd de temperatuur geleidelijk verhoogd op 200 °C in 40 min. Nadat een homogeen mengsel was verkregen, werd de temperatuur verlaagd op 140 °C. Tenslotte werd 8,56 g respectievelijk 10,7 g van de M-DEA harder gedurende 5 min bijgemengd, waarna het mengsel uit de kneder werd verwijderd en zo snel mogelijk werd afgekoeld op kamertemperatuur. In de volgende tabel is van de verschillende volumeverhoudingen de glasovergangstemperatuur en de viscositeit bij 170 °C gegeven. Het is duidelijk dat bij toenemende thermoharderfraktie de glasovergangstemperatuur en de viscositeit afnemen.

De viscositeit werd gemeten met een Rheometrics bij dynamische omstandigheden met een effektieve afschuifsnelheid van 10 s'1. De temperatuur van 170 °C is een gangbare vormingstem-peratuur bij het omhullen van geïntegreerde schakelingen.

Een 50:50 mengsel leverde een goede omhulling voor de geïntegreerde schakelingen.

Claims (8)

1. Werkwijze voor het omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling, met een kunststof materiaal, dat tenminste een constructiethermoplast omvat, tenminste omvattende de stappen van: - het in een vormholte van een matrijs brengen van de te omhullen component; - het bij verhoogde temperatuur in de vormholte brengen van het kunststofmateriaal tussen de matrijs en de te omhullen component; het laten harden van het kunststofmateriaal; en het uit de vormholte lossen van de omhulde component, met het kenmerk, dat als kunststofmateriaal een materiaal wordt toegepast, dat voorts een thermoharder omvat.

2. werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de volumeverhouding tussen de thermoplast en de thermoharder in het kunststofmateriaal ligt tussen 30:70 en 95:5.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de volumeverhouding tussen de thermoplast en de thermoharder in het kunststofmateriaal ligt tussen 40:60 en 80:20.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de volumeverhouding tussen de thermoplast en de thermoharder in het kunststofmateriaal ligt tussen 45:55 en 60:40.

5. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de glasovergangstemperatuur van de thermoplast tenminste 130 °C bedraagt.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuur van het kunststofmateriaal tijdens de werkwijze beneden de glasovergangstemperatuur van de thermoplast wordt gehouden.

7. Elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling, voorzien van een omhulling uit kunststofmate-riaal, met het kenmerk, dat het kunststofmateriaal een construct iethermoplast als een continue fase en een thermoharder als een gedispergeerde fase omvat.

8. Kunststofmateriaal tenminste omvattende een mengsel van een constructiethermoplast en een thermoharder, kennelijk bestemd om te worden toegepast voor het omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een geïntegreerde schakeling.