Композиция для защиты бескорпусных высоковольтных полупроводниковых приборов

 

Использование: в микроэлектронике, радиоэлектронике, приборостроении. Сущность изобретения: предлагаемая композиция в качестве отверждающей системы содержит продукт взаимодействия линейного α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония, триэтоксисилан и дополнительно низкомолекулярный полиорганогидридсилоксан, стирол и 1,1'-бис-[диметил(изооктокси)силил]ферроцен при определенном соотношении компонентов. Техническим результатом изобретения является создание состава с повышенной жизнеспособностью, повышение электроизоляционных свойств покрытия, снижение коррозионной активности. 2 табл.

Изобретение относится к кремнийорганическим композициям на основе низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука, наполнителя и отвердителя и может быть использовано в микроэлектронике, радиоэлектронике и приборостроении.

Для защиты и герметизации полупроводниковых приборов, в том числе и высоковольтных, широко применяется компаунд КЛТ-30, ТУ 38.103262-75, на основе низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука СКТН, наполнителя - титановых белил, и катализатора отверждения - метилтриацетоксисилана /Агаларзаде П.С., Петрин А.И., Изидинов С.О. Основы конструирования и технологии обработки поверхности p-n-перехода. - М.: Сов. радио, 1978, с. 191/.

Компаунд КЛТ-30 представляет собой белый однокомпонентный пастообразный материал, упакованный в тубы. Компаунд отверждается под действием влаги воздуха, образуя эластичное покрытие, в слое толщиной не более 3 мм при комнатной температуре в течение 24 ч, имея жизнеспособность 15-40 мин. Диапазон рабочих температур компаунда составляет от -60^oС до +300^oС, покрытие обладает высокими влагозащитными и адгезионными свойствами, грибоустойчиво.

Однако композиция содержит значительное количество примесей ионов щелочных металлов и хлора, а при ее вулканизации из метилтриацетоксисилана выделяется уксусная кислота. Поэтому компаунд является коррозионно-активным по отношению к алюминию и меди и обладает недостаточно высокими электроизоляционными свойствами как при комнатной температуре, так и при воздействии высоких температур /Лабутин А.Л. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков. - Л.: Химия, 1982, с.187-191, 194-197/. Это может приводить к снижению рабочих характеристик полупроводниковых приборов, к коррозии металлических конструкций прибора и невозможности использования компаунда для защиты высоковольтных приборов, работающих при напряжении свыше 1 кВ. Невысокая жизнеспособность компаунда в условиях массового производства приборов часто приводит к технологическим потерям материала.

Целью изобретения является создание однокомпонентного состава с повышенной жизнеспособностью, повышение электроизоляционных свойств покрытия, снижение коррозионной активности.

Поставленная цель достигается тем, что композиция, включающая низкомолекулярный полидиметилсилоксановый каучук, наполнитель и отвердитель, в качестве отверждающей системы содержит продукт взаимодействия линейного α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония, взятых в соотношении в мас. ч. 100:16,8:0,65, и триэтоксисилан, и дополнительно содержит низкомолекулярный полиорганогидридсилоксан, стирол и 1,1'-бис-[диметил(изооктокси)силил]ферроцен при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: Низкомолекулярный полидиметилсилоксановый каучук - 100 Диоксид титана - 7-18 Аэросил - 1,5-3,7 Продукт взаимодействия линейного α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония, взятых в соотношении 100:16,8: 0,65 - 1,0-2,0 Триэтоксисилан - 8-10 Низкомолекулярный полиорганогидридсилоксан - 5-6 Стирол - 2,5-3,5 1,1'-бис-[диметил(изооктокси)силил]ферроцен - 0,1-0,2 Совокупность данных компонентов для достижения указанной цели ранее не применялась.

В качестве низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука используют предварительно очищенный серийно выпускаемый каучук СКТН марки Б, ГОСТ 13835-73, следующего линейного строения:
,
где n=100-1500.

В качестве диоксида титана используют марку "ТС", выпускаемую по ТУ 6-10-1252-86, которая обеспечила наиболее высокие технологические свойства композиции на операции заливки арматур компаундом. Для обеспечения необходимой вязкости и сохранения однородности состава в композицию вводят аэросил марки А-300, ГОСТ 14922-77.

Продукт взаимодействия линейного α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония получают при массовом соотношении компонентов 100: 16,8: 0,65, что соответствует соотношению Si:В:Zr = 1000: 200: 1. Синтез продукта приведен в описании изобретения к авторскому свидетельству 1340495. Продукт вводят в композицию, предварительно растворив его в триэтоксисилане, ТУ 6-02-7-103-85. При введении в композицию продукта менее 1 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука не достигается поставленная цель изобретения, при увеличении его количества выше 2 мас. ч. ухудшаются технологические и физико-механические свойства покрытия. Триэтоксисилан, вводимый в композицию в количестве 8-10 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука, обеспечивает как сшивающий агент отверждаемость композиции на воздухе при комнатной температуре, ее однокомпонентность и длительный срок хранения.

В качестве низкомолекулярного полиорганогидридсилоксана используют жидкость гидрофобизирующую 136-41, ГОСТ 10834-76, представляющую полиэтилгидридсилоксан с содержанием активного водорода 1,30-1,42%. Этот продукт, вводимый в количестве 5-6 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука, способствует получению ровной поверхности отвержденного компаунда, а также исключению нитеобразования при его нанесении на приборы.

Стирол, ГОСТ 10003-90, вводимый в композицию в количестве 2,5-3,5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука, в сочетании с полиорганогидридсилоксаном обеспечивает высокие влагозащитные свойства композиции, а в сочетании с триэтоксисиланом - высокую адгезию к различным конструкционным материалам.

Дополнительно для обеспечения стабильных электроизоляционных свойств покрытия при длительной его работе при температуре +250^oС и кратковременно при +350С в композицию вводят 1,1'-бис-[диметил-(изооктокси)силил]ферроцен (продукт ОСФ, ОСТ 6-02-17-78) в количестве 0,1-0,2 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука.

Примеры конкретного выполнения изобретения приведены в табл. 1.

Для получения указанных в табл. 1 композиций очищенный каучук смешивают в эмалированной емкости с предварительно высушенным при температуре (150±5)^oС диоксидом титана и предварительно прокаленным при температуре (400±10)^oС аэросилом, затем смесь пропускают через трехвалковую краскотерочную машину не менее 3 раз (зазор между валками должен составлять не более 40 мкм). Полученную пасту термостатируют и вновь пропускают через валки 2 раза. Однородную массу загружают в эмалированный реактор, снабженный мешалкой и герметичной крышкой, добавляют последовательно полиорганогидридсилоксан, 1,1'-бис-[диметил(изооктокси)силил] ферроцен, стирол и затем раствор продукта взаимодействия линейного α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония в триэтоксисилане и перемешивают в течение 40 мин. Затем расфасовывают в банки или алюминиевые тубы.

Композиция представляет собой белую однородную пастообразную массу со сроком хранения не менее 6 месяцев. Вулканизация композиций происходит при комнатной температуре при выдержке на воздухе в течение 12 ч с дополнительным прогревом при температуре 200^oС в течение 7 ч.

В табл. 2 приведены свойства композиции по изобретению с различным соотношением ингредиентов в сравнении с прототипом в неотвержденном и отвержденном состоянии.

Данные табл. 2 показывают, что композиция по предполагаемому изобретению по сравнению с прототипом обладает более высокой жизнеспособностью, отсутствием корродирующего действия по отношению к алюминию и меди, более высокими электроизоляционными свойствами как при нормальных климатических условиях, так и после воздействия высоких температур и влаги. При этом по влагозащитным и адгезионным свойствам предлагаемая композиция не уступает прототипу.

Предлагаемая композиция была опробована с положительными результатами для защиты бескорпусных импульсных диодов КД 103, бескорпусных высоковольтных диодов 2Д 102"ОС", варикапов KB 131, KB 135, KB 139, KB 142. Проведенные испытания изделий, герметизированных предлагаемой композицией, в сравнении с контрольной партией приборов, герметизированных прототипом, показали:
- повышение качества электрических параметров приборов: уменьшение уровня обратных токов, уменьшение их нестабильности;
- повышение надежности приборов: уменьшение количества отказов на 2 порядка при испытаниях на влагостойкость;
- снижение технологических потерь при сборке и на операциях технологических испытаний;
- повышение общего процента выхода изделий на 1,5-5%;
- улучшение технологичности выполнения операции заливки арматур компаундом за счет повышения жизнеспособности;
- уменьшение в 2 раза общего расхода компаунда, т.к. предлагаемая композиция не полимеризуется при комнатной температуре в течение 7 ч.

Формула изобретения

Композиция для защиты бескорпусных высоковольтных полупроводниковых приборов, содержащая низкомолекулярный полидиметилсилоксановый каучук, наполнитель (диоксид титана и аэросил) и отвердитель, отличающаяся тем, что в качестве отверждающей системы содержит продукт взаимодействия линейного α,ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония, взятых в соотношении в мас.ч. 100:16,8:0,65, и триэтоксисилан и дополнительно содержит низкомолекулярный полиорганогидридсилоксан, стирол и 1,1'-бис[диметил(изооктокси)силил] ферроцен при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Низкомолекулярный полидиметилсилоксановый каучук - 100
Диоксид титана - 7 - 18
Аэросил - 1,5 - 3,7
Продукт взаимодействия линейного α,ω-дигидроксиполидиметилсилоксана с борной кислотой и ацетилацетонатом циркония, взятых в соотношении 100:16,8: 0,65 - 1,0 - 2,0
Триэтоксисилан - 8 - 10
Низкомолекулярный полиорганогидридсилоксан - 5 - 6
Стирол - 2,5 - 3,5
1,1'-бис[Диметил(изооктокси)силил]ферроцен - 0,1 - 0,2,

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3