Компаунды на основе эпоксидных смол.

Эпоксидные компаунды представляют собой продукты модификации эпоксидных смол отвердителями, пластификаторами и наполнителями. При введении модифицирующих веществ изменяются свойства эпоксидных смол: снижается их вязкость, изменяется жизнеспособность, претерпевают изменения физико-механические и электрические свойства. Таким образом, эпоксидные компаунды представляют собой двух-, трех- и четырехкомпонентные системы, в которых первая и вторая составляющие (смола и отвердитель) являются постоянными, а третья и четвертая (пластификатор и наполнитель) вводятся для получения определенных свойств пластмассы.

В качестве пластификаторов, уменьшающих хрупкость компаундов, используют полиэфиры, дибутилфталаты, диоктилсебацинаты, трикрезилфосфаты, трифенилфосфаты и др. Количество вводимых пластификаторов обычно колеблется в пределах от 5 до 30% по отношению к массе смолы.

Наполнители (песок, кварц, тальк, слюда и др.) улучшают механические и термические свойства компаундов и вводятся в их состав обычно в больших количествах (до 300% по отношению к массе смолы).

Эпоксидные компаунды обладают хорошей адгезией ко мно­гим материалам и имеют малую усадку, колебания которой от 0,4 до 2,5% зависят от условий отверждения и состава компаун­да. В производстве полупроводниковых приборов и интеграль­ных схем для герметизации кристаллов с р-n-переходами широко применяют следующие эпоксидные компаунды: эпоксидно-полиэфирные (К-115, К-201, К-168, К-176, Д-2, Д-4. Д-19, ЭЗК-11, ЭЗК-12), эпоксидно-тиоколевые (К-153 и др.), эпоксидно-каучковые (К-139 и др.), эпоксидно-кремнийорганические (ЭФП-60, ЭФП-61, ЭФП-62, ЭФП-63, ЭФП-64, ЭФП-65, ЭКБТ-103, БЭТА-1, КЖ-25, ЭКМ, ЭЦД, ЭКП-200).

Компаунды МБК-1 и МБК-3 — высокомолекулярные полимерные соединения с добавкой химически активного компонента – отвердителя, широко применяемые для защиты германиевых p-n-переходов. Перед использованием компаунды вакуумируют – обрабатывают под вакуумом. Плёнка компаунда МБК-1 после полимеризации в течение 10-12 часов при температуре 80-100⁰С твёрдая, а компаунда МБК-3 эластичная, поэтому устойчивость компаунда МБК-3 к термоциклам значительно выше. Термостойкость компаундов невысока — около 150⁰С. Удельное объёмное сопротивление компаунда МБК-3 —10¹²-10¹³ Ом*см. Компаунды обладают хорошей адгезией к германию и удовлетворительной влагостойкостью. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц и температуре 20⁰С равен 6*10^-2 — для МБК-1 и 5*10^-2 — для МБК-3. Диэлектрическая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 3,3 и 4. Электрическая прочность лежит в пределах 15–25 кВ/мм при толщине плёнки 1-1,5 мм температуре 20⁰С.

Компаунды ГК и ГКН — предназначены для пассивации и защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих при температурах от –60 до +220⁰С. По внешнему виду компаунд ГК (Г– гидридсодержащий, К– компаунд) — бесцветная мутная, а компаунд ГКН (Н – с наполнителем) светло-серая жидкость. Плёнка компаундов после полимеризации — выдержке при комнатной температуре 20 ч, а затем при 110⁰С – 2 ч и при 150⁰С не менее 5 ч – эластичная. Удельное объёмное сопротивление при 20⁰С соответственно равно 10¹⁴ и 10¹⁵ Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц равен 3*10^-3, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте –3,5. Электрическая прочность 25 кВ/мм.

Компаунд К-115 — прозрачная жидкость от светло-жёлто­го до коричневого цвета, продукт модификации смолы ЭД-5 поли­эфиром МГФ-9. Содержит 2,5% летучих примесей. Жизнеспособ­ность при 20°С равна 2 ч. Отверждение проводят по одному из режимов: при комнатной температуре—24 ч, при 60° С— 10—12 ч, при 80° С—8—10 ч, при 100° С—6 ч, при 120°С —3 ч. Пре­дел прочности отвержденного компаунда при сжатии равен (1,1—1,4)*10⁸ Н/м², а при изгибе (0,9-1,3)*10⁸ Н/м². За 24 ч поглощает 0,04% влаги и 0,4% ацетона. Удельное объёмное эле­ктрическое сопротивление 10¹⁵ Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц при температуре 20°С равен 0,02, а диэлектрическая про­ницаемость при тех же условиях равна 4. Электрическая проч­ность 25 кВ/мм. Теплостойкость 100° С.

Компаунд К-201 по механическим и электрическим свойст­вам аналогичен К-115, но обладает меньшей теплостойкостью. Применяется с большим количеством (300%) наполнителя.

Компаунд К-168—продукт модификации смолы ЭД-6 полиэфиром МГФ-9 Электрофизические параметры такие же, как у компаунда К-115. Обладает повышенной по сравнению с ним теплостойкостью. Применяется с наполнителем и без него.

Компаунд К-176 — вязкая жидкость от светло-жёлтого до светло-коричневого цвета, которая включает в себя 100 ч. смолы ЭД-5 и 20 ч. диоктилфталата. Содержит 3% летучих соедине­ний. Обладает самой высокой теплостойкостью среди компаундов этой группы.

Компаунды типа Д (Д-2, Д-4, Д-19) — вязкие жидкости. Применяются для заливки и обволакивания конструкций элек­тронной техники. Состоят из 100 ч смолы ЭД-6, от 2 до 10 ч. отвердителя и от 5 до 200 ч. наполнителя. Рабочая температура от 60 до +80°С. Предел прочности при изгибе (0,98—1,6)*10⁸ Н/м², а при сжатии (1,06—1,9)*10⁸ Н/м². Удельная вязкость в пределах (0,6—2,5) *10⁶ Н/м². Тангенс угла диэлектрических потерь на час­тоте 10⁶ Гц при температуре 20°С равен 0,02, а диэлектрическая проницаемость равна 4.

Компаунд ЭЗК-11 состоит из 100 ч смолы ЭД-6, 12 ч. отвердителя, 18 ч касторового масла, 12 ч. бутилметакрилата, 150 ч. кварца, 150 ч. талька. Удельное объёмное электрическое сопро­тивление при 20°С равно 10¹⁴ Ом*см, а при 80°С — 10¹³ Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,001, а при 80°С—0,03. Диэлектрическая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 4,1 и 4,6. Время отверждения при 80°С равно 1 ч, при 100° С—2 ч, а при 140° С—3 ч.

Компаунд ЭЗК-12 состоит из 100 ч эпоксидной смолы ЭД-5, 10 ч. отвердителя, 10 ч. стирола и 100 ч двуокиси титана. Удель­ное объёмное сопротивление при 20°С равно 10¹⁴ Ом-см, а при 100°С—10⁹ Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на час­тоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,02, а при 100° С—0,05. Диэлектри­ческая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 9 и 12. Время отверждения при 60—80°С равно 8—12 ч.

Компаунд К-153 (эпоксидно-тиоколевый) — однородная жидкость от светло - до темно-бурого цвета, обладает повышенной эластичностью и хорошей морозостойкостью. В состав компаунда входят эпоксидная смола ЭД-5, тиокол и полиэфир МГФ-9. Для отверждения рекомендуется выбирать один из следующих режи­мов: 8 ч при 18—20°С и 6—8 ч при 80°С; 8 ч при 18—20°С, 2 ч при 75—80°С и 6 ч при 100°С; 8 ч при 18—20°С и 3 ч при 120°С. В некоторых случаях отверждение проводят при комнатной тем­пературе в течение 3 суток. Отвержденный компаунд имеет предел прочности при изгибе (0,8—1)*10⁸ Н/м², при растяжении - (4—5)*10⁷ Н/м², а при сжатии — (1—1,2)*10⁸ Н/м² Относительное удлинение при разрыве составляет от 3 до 5%. За 24 ч впитывает 0,08% влаги, за 30 суток—0,3%. После пребывания в ацетоне в те­чение 24 ч увеличивает массу на 2%. Удельное объёмное электри­ческое сопротивление равно 10¹⁴ Ом*см. Тангенс угла диэлектри­ческих потерь на частоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,03, а диэлектри­ческая проницаемость равна 4. Электрическая прочность при тол­щине образца 2 мм равна 20 кВ/мм.

Компаунд К-139—продукт модификации смолы ЭД-5 поли­эфиром МГФ-9 и парбоксилатным каучуком ТКА-26. Применяется для герметизации деталей электронной аппаратуры и приборов Жизнеспособность компаунда после приготовления не превышает 2 ч Скорость полимеризации при температуре 140°С равна 30—50 с Отверждение можно проводить по одному из следующих режимов: 48 ч—при 20°С; 6 ч—при 20°С, 2 ч—при 80°С и 6 ч— при 100°С; 6 ч—при 20°С и 8—10 ч—при 60—80°С Предел проч­ности при изгибе (5—6)*10⁷ Н/м², при растяжении (4—6)*10⁷ Н/м². Относительное удлинение при разрыве 8% Температура стекло­вания 75.°С Удельное электрическое сопротивление при 20° С рав­но 10¹⁴ Ом*см Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,04, а диэлектрическая проницаемость равна 4,5

Пресс-материал ЭКП-200 — эпоксикремнийорганический пресс-порошок черного цвета с дисперсностью 0,5 мм на основе эпоксидной смолы ЭД-6, отвердителей и минерального наполни­теля применяется для герметизации изделий электронной техники, а также для изготовления деталей радиоэлектронной аппа­ратуры, рассчитанных на эксплуатацию в диапазоне температур от — 60 до +200°С в течение 1000 ч Время желатинизации при 160°С равно 1—2 мин Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц равен 0,03, а диэлектрическая проницаемость рав­на 5. Удельное электрическое сопротивление при 20° С равно 10¹⁴ Ом*см, а после пребывания в атмосфере с 98% влажности при температуре 40°С в течение 30 сут — 10¹³ Ом*см Электриче­ская прочность при нормальных условиях и после пребывания во влажной атмосфере 20 кВ/мм. Усадка не превышает 0,5% Плот­ность 1,7—1,9 г/см³. Водопоглощение 0,5% Время отверждения при 160° С равно 4—5 мин на 1 мм толщины образца

Эпоксидные формовочные порошки ЭФП — пресс-порошки на основе эпоксидной смолы ЭД-6, отвердителя и мине­ральных наполнителей, выпускаемые пяти марок ЭФП-60, ЭФП-61, ЭФП-62, ЭФП-64 (черные) и ЭФП-65 (красно оранже­вый) и применяемые для герметизации и изготовления деталей радиоэлектронной аппаратуры. Дисперсность порошков всех ма­рок 0,5 мм Время желирования при температуре 150°С от 40 до 120°С. Жизнеспособность при температуре хранения 25°С равна 1,5 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц равен 0,03. Диэлектрическая проницаемость 6 Удельное объёмное и поверхностное сопротивление 10¹⁴ Ом*см Электрическая проч­ность 20 кВ/мм.. Плотность изменяется от 1,7 г/см³ для ЭФП-60 до 2,2 г/см³ для ЭФП-65 Время отверждения всех порошков при 150° С равно 3—4 мин при толщине образца 1 мм

Компаунд ЭКБТ-103—прозрачная однородная жидкость светло-жёлтого цвета, получаемая смешиванием эпоксидной смо­лы ЭД-5 с отвердителем и ускорителем полимеризации. Приме­няется для защиты источников излучения, работающих в инфракрасной и видимой областях спектра, а также герметизации полу­проводниковых приборов. Не теряет своих свойств при использо­вании в условиях пониженных (—60° С) и повышенных (+120° С) температур. Показатель преломления при 20°С равен 1,55. Жиз­неспособность 10—12 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,05. Диэлектрическая проницае­мость 5. Удельное объёмное сопротивление при 20°С равно 10¹⁴ Ом-см, электрическая прочность 20 кВ/мм. Теплостойкость 90° С. Водопроницаемость за 24 ч не превышает 1%.

Компаунд БЭТА-1—однородная жидкость светло-жёлтого цвета, получаемая смешиванием эпоксидной смолы ЭД-5, отвердителя и ускорителя полимеризации. Применяется для герметиза­ции полупроводниковых источников излучения в инфракрасной и видимой области спектра, а также для изготовления корпусов различных полупроводниковых приборов. Стоек в интервале тем­ператур от —60 до +100° С. Показатель преломления 1,55. Жиз­неспособность 24 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь на час­тоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,05. Диэлектрическая проницаемость 5. Удельное объёмное сопротивление 2-Ю⁹ Ом-см. Водопоглощение в течение суток не превышает 1%.

Компаунд КЖ-25 — вязкая однородная жидкость ярко-красного цвета, получаемая смешиванием эпоксидной смолы ЭД-5, отвердителя, наполнителя и ускорителя полимеризации. Применяется для герметизации германиевых полупроводниковых приборов, работающих в интервале температур от —60 до +70° С. Жизнеспособность 10—12 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁶ Гц при 20°С равен 0,02. Диэлектрическая проницае­мость 4. Удельное объёмное сопротивление при 20° С равно 10¹⁴ Ом*см. Электрическая прочность 20 кВ/мм. Усадка при поли­меризации не превышает 1 %.

Компаунд ЭКМ—вязкая жидкость кирпично-красного цвета. Применяется для герметизации полупроводниковых дио­дов и транзисторов. Диапазон рабочих температур от—60 до +120° С. Усадка после отверждения не превышает 0,9%. Жизне­способность 4 ч. Предел прочности на разрыв 7,410⁷ Н/м². КТР равен 47*10^-6 1/°С. Тангенс угла диэлектрических потерь на час­тоте 10⁶ Гц при 20° С равен 2,5-10^-2. Диэлектрическая проницае­мость 4,5. Удельное объёмное сопротивление при 20° С равно 10¹⁵ Ом-см. Электрическая прочность 35 кВ/мм.

Компаунд ЭЦД—вязкая жидкость черного цвета. Диапа­зон рабочих температур от —60 до +150° С. Усадка после затвер­девания 0,7%. Жизнеспособность 48 ч. Предел прочности на раз­рыв 7,3-Ю⁷ Н/м². Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте Ю⁹ Гц при 20°С равен 1,5-Ю-². Диэлектрическая проницаемость 2,5. Удельное объёмное сопротивление при 20°С равно 10¹⁵ Ом-см. Электрическая прочность 20 кВ/мм.

Компаунд К-18—вязкотекучий материал от белого до тем­но-серого цвета. Применяется для герметизации полупроводнико­вых приборов и интегральных микросхем, работающих в атмосфере с повышенной влажностью в интервале температур от —60 до +250° С. Жизнеспособность 6 ч. Содержание летучих примесей при температуре 150°С не превышает 1,5%. Относительное удли­нение при разрыве 80%. Удельное объёмное сопротивление при 20°С и относительной влажности 65% равно 10¹³ Ом-см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10⁵ Гц равен 0,02, а ди­электрическая проницаемость на той же частоте равна 3. Элек­трическая прочность 15 кВ/мм.

Компаунд К-25 — вязкая жидкость от серого до черного цвета, получаемая смешиванием смолы СК-25,1 наполнителя (стекло—кристаллического цемента марки СЦ-90-1), красителя (нигрозина) и отвердителя (полиамидной смолы Л-20). Применя­ется для защиты и герметизации полупроводниковых приборов, работающих в интервале температур от —60 до +150°С. Жизнеспо­собность при 20°С не более 2 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь при 20°С и частоте Ю⁶ Гц равен 0,015. Диэлектрическая проницаемость   4,5. Удельное объёмное сопротивление 1,5-Ю¹² Ом-см. Для приготовления компаунда берут 100 мас. ч смолы СК-25, 100—200 мас. ч. стеклокристаллического цемента, 2 мас. ч нигрозина и 50—60 мас. ч. смолы Л-20.

Пресс-материал ЭФП-63—порошок темно-серого цвета, композиция на основе эпоксидной смолы, минеральных наполни­телей, отвердителя и красителя. Применяется для герметизации полупроводниковых приборов и гибридных интегральных микро­схем. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте Ю⁶ Гц ра­вен 0,03, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте равна 5 Удельное объёмное сопротивление Ю¹⁴ Ом-см. Электри­ческая прочность 20 кВ/мм.. КТР в интервале температур от 20 до 125° С равен 25-Ю-⁶ 1/°С. Усадка 0,6%.

        Компаунд ЭКБТ-103—прозрачная однородная жидкость светло-жёлтого цвета, композиция на основе эпоксидной смолы ЭД-22 с отвердителем и ускорителем. Применяется для защиты и герметизации полупроводниковых источников света в инфра­красной и видимой областях спектра и обеспечивает работу при­боров в диапазоне температур от —60 до +120°С. Показатель преломления при 20°С равен 1,55 Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10⁶ Гц равен 0,05, а диэлектрическая прони­цаемость на той же частоте равна 5. Удельное объёмное сопро­тивление 10¹⁴ Ом-см. Электрическая прочность 20 кВ/мм. Про­зрачность в исходном состоянии не менее 88%, а после обработки при температуре 120°С в течение 30 сут -85%. Водопоглощение не более 1%. Для приготовления компаунда берут 100 мае. ч. смолы ЭД-22, 10 мае. ч. отвердителя (трибутилбората) и 1 мае ч. ускорителя (марки 606/2).

Компаунд ОП-429/2 — вязкая жидкость белого цвета. При­меняется для герметизации и защиты полупроводниковых прибо­ров. Отличается от компаунда ОП-429/1 меньшим водопоглощением.

При выборе полимерного герметизирующего материала помимо требований степени чистоты необходимо обращать внимание на природу функциональных групп и структуру используемого связующего состава, поскольку это может явиться причиной больших плотностей электрического заряда и его нестабильности на поверхности p-n перехода.

К недостаткам органических полимерных материалов относятся их электрические и механические свойства, которые ухудшаются при длительном воздействии повышенных температур и их резком изменении. Кроме того, они способны создавать, особенно эпоксидные смолы, в поверхностном слое герметизируемого изделия значительные механические напряжения вследствие различия КТР материалов оболочки и изделия.

В настоящее время применяются комбинированные пассивационно-защитные покрытия из тонкой пленки неорганического диэлектрика и органического полимерного покрытия. Назначение тонкой пленки диэлектрика, например, слоя SiO₂, - нейтрализовать активные центры и в определенной мере стабилизировать свойства поверхности. Относительно толстый слой полимерного покрытия предотвращает механическое повреждение пленки неорганического диэлектрика, защищает его поверхность от воздействия внешней атмосферы. Одновременно плёнка неорганического диэлектрика в определенной степени выполняет роль буферной прослойки между поверхностью кремния и толстым слоем органического покрытия и тем самым несколько снижает механическое воздействие этого покрытия. Следует, однако, подчеркнуть, что даже наличие пассивирующей неорганической пленки с высокими пассивирующими и стабилизирующими свойствами не снимает требования химической чистоты и электрической нейтральности герметизирующего покрытия из полимерного материала.

Бескорпусная герметизация полимерными материалами чаще всего осуществляется пропиткой и нанесением покрытий различными способами.

Покрытия. Этот способ герметизации предусматривает создание на поверхности изделий сверхтонких или тонких слоев и широко применяется для герметизации практически всех компонентов и узлов МЭУ вплоть до собранных монтажных плат и крупных блоков.

Сверхтонкие (не более 0,5…1,5 мкм) пленки выполняют главным образом защитно-пассивирующие функции и не несут механических нагрузок. Такие покрытия получают путем полимеризации или поликонденсации мономеров из газовой фазы, действием тлеющего разряда, фотохимическим способом, гидрофобизацией кремнийорганическими соединениями.

Как правило, после таких покрытий наносится слой другого материала, выполняющего функции механического крепления элементов конструкции. Способы нанесения этих материалов могут быть самыми разнообразными (лакировка, заливка, опрессовка и др.).

Более толстые покрытия (30…100 мкм) получают нанесением на поверхности изделий пленок лака или эмали. Этот способ широко применяется индивидуально и в сочетании с другими. Для покрытия лаком или эмалью изделия погружают в них, обрабатывают пульверизатором или кистью. Известен процесс нанесения этих материалов в электростатическом поле. В последнее время все шире применяется твердое органическое эмалирование – нанесение на изделие порошкообразной композиции (твердой органической эмали или сухой краски). Эти композиции наносятся различными способами напыления: вихревым, струйным, электростатическим и др. (рис. 10).

Рис. 10. Нанесение герметизирующего покрытия в псевдоожиженном слое: