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EP3707113A1 - Zusammensetzung zur herstellung einer wässrigen umhüllungsmasse - Google Patents

Zusammensetzung zur herstellung einer wässrigen umhüllungsmasse

Info

Publication number
EP3707113A1
EP3707113A1 EP18733297.8A EP18733297A EP3707113A1 EP 3707113 A1 EP3707113 A1 EP 3707113A1 EP 18733297 A EP18733297 A EP 18733297A EP 3707113 A1 EP3707113 A1 EP 3707113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
calcium
magnesium
composition according
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18733297.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Scheibel
Tamara DRASKOVIC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Deutschland GmbH and Co KG filed Critical Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Publication of EP3707113A1 publication Critical patent/EP3707113A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/291—Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/34—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders
    • C04B28/342—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders the phosphate binder being present in the starting composition as a mixture of free acid and one or more reactive oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482—Coating or impregnation materials

Definitions

  • the invention relates to a composition which can be converted into an aqueous, hydraulically curable preparation usable as a coating composition.
  • the aqueous encapsulant may be used to prepare a hydraulically-cured enclosure of an electronic component.
  • electronic component includes passive electronic components and, as representatives of electronic components with active electronic components, in particular semiconductor modules and, under the latter, in particular power electronic assemblies.
  • Semiconductor modules are understood herein to mean electronic or power electronic assemblies comprising at least one substrate (as a circuit carrier), at least one semiconductor component (semiconductor) and optionally at least one passive electronic component.
  • the at least one semiconductor component may in this case already be partially or completely pre-enveloped, for example with an epoxy resin-based jacket.
  • substrates examples include IMS substrates (insulated metal substrates), direct copper bonded substrates (DCB), active metal brazing substrates (AM B), ceramic substrates, metal-ceramic substrates, printed circuit boards (PCBs) and leadframes ,
  • semiconductor devices are diodes, light emitting diodes, dies (semiconductor chips), IGBTs (insulated-gate bipolar transistors, insulated gate bipolar transistors), ICs (integrated circuits, integrated circuits) and MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, metal oxide semiconductor field-effect transistors).
  • the semiconductor component (s) is, in particular, heat that develops considerably during normal operation as a result of power loss, ie. without cladding and unscapsulated self-destructive temperatures of, for example, 100 to> 200 ° C reaching semiconductors.
  • Examples of passive electronic components are sensors, bottom plates, heat sinks, resistors, capacitors, transformers, chokes and coils.
  • the term "hydraulic curing” as used herein includes setting in the presence of water or after the addition of water.
  • Powdered compositions and aqueous coating compositions in the form of phosphate cement which can be prepared therefrom are disclosed, for example, in WO 2015/193035 A1.
  • Enclosures of electronic components made from such aqueous phosphate cement cladding compositions are particularly useful for electrical isolation and heat dissipation from the electronic component to the outside during operation.
  • the pot life (processing period, duration of processability) of aqueous phosphate cement coating compositions can be extended in an unexpectedly synergistic manner by addition of a combination of certain hydroxycarboxylic acids, for example by 5 to 120 minutes.
  • a certain total maximum amount of alkali metal and NhU cations in aqueous phosphate cement coating compositions or covers of electronic components produced therewith occurs, the occurrence of leakage currents on active electronic components enveloped in this way respectively the occurrence of dendrite growth on active and / or passive electronic components can be largely suppressed.
  • the invention thus consists in the use of a combination of certain hydroxycarboxylic acids in alkali and low-NH 4 + compositions for the production as a coating mass of usable aqueous hydraulically curable phosphate cement preparations.
  • the invention relates to a composition consisting of the components:
  • (A) 1 to 30 wt .-% (weight%) of a 1 to 90 wt .-% aqueous phosphoric acid (HsP0 4 ) and / or at least one hydrogen phosphate selected from the group consisting of mono- and dihydrogen phosphates of magnesium, calcium , Aluminum, zinc, iron, cobalt and copper,
  • component (e) may comprise one or more alkali metal and / or NhU salts of hydroxycarboxylic acids in a total amount of up to ⁇ 0.5% by weight, based on the total composition.
  • alkali as used herein means sodium and / or potassium
  • Each of components (a) to (e) may comprise one or more different ingredients, hereinafter also referred to as sub-components.
  • the constituent (a) comprising 1 to 30% by weight, preferably 2 to 15% by weight, of the composition according to the invention is at least one substance selected from the group consisting of 1 to 90% by weight aqueous phosphoric acid ( aqueous solution consisting of 1 to 90% by weight of phosphoric acid and 100% by weight of water), magnesium monohydrogenphosphate, calciummonohydrogenphosphate, aluminummonohydrogenphosphate, zincmonohydrogenphosphate, ironmonohydrogenphosphate, cobaltmonohydrogenphosphate, coppermonohydrogenphosphate, magnesiumdihydrogenphosphate, calciumdihydrogenphosphate, aluminumdihydrogenphosphate, Zinc dihydrogen phosphate, egg dihydrogen phosphate, cobalt dihydrogen phosphate and copper dihydrogen phosphate.
  • aqueous phosphoric acid aqueous solution consisting of 1 to 90% by weight of phosphoric acid and 100% by weight of water
  • magnesium monohydrogenphosphate magnesium monohydrogenphosphate, calciummonohydrogenphosphate, aluminummon
  • it is 1 to 90 wt .-% aqueous phosphoric acid and / or at least one hydrogen phosphate selected from the group consisting of mono- and dihydrogenates of magnesium, calcium, aluminum, zinc, iron, cobalt and Copper.
  • it is at least one hydrogen phosphate selected from the group consisting of mono- and dihydrogen phosphates of magnesium and aluminum.
  • the constituent (a) or its subcomponents are preferably solid particles, for example having particle sizes in the range of up to 1 mm.
  • the constituent (b) constituting from 1 to 40% by weight, preferably from 2 to 15% by weight, of the composition according to the invention is at least one compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides and hydrated oxides of magnesium, calcium, iron , Zinc and copper, in particular at least one compound selected from the group consisting of magnesium oxide, iron oxide and calcium oxide.
  • Magnesium oxide is particularly preferred.
  • Component (b) or its subcomponents are preferably solid particles, for example having particle sizes in the range of up to 0.3 mm.
  • the constituent (c) constituting from 40 to 95% by weight, preferably from 65 to 90% by weight of the composition according to the invention, is at least one particulate filler selected from the group consisting of glass; Mono-, oligo- and polyphosphates of magnesium, calcium, barium and aluminum; Calcium sulfate; barium sulfate; simple and complex silicates comprising calcium, aluminum, magnesium, iron and / or zirconium; simple and complex aluminates comprising calcium, magnesium and / or zirconium; simple and complex titanates comprising calcium, aluminum, magnesium, barium and / or zirconium; simple and complex zirconates comprising calcium, aluminum and / or magnesium; zirconia; titanium dioxide; alumina; Silica, in particular in the form of silica and quartz; silicon carbide; aluminum; Boron nitride and silicon nitride. Zirconium silicate, silica and quartz are preferred.
  • the preceding paragraph distinguishes between simple and complex silicates, aluminates, titanates and zirconates.
  • the complex representatives are not complex compounds, but rather silicates, aluminates, titanates and zirconates, with more than one type of cations, such as calcium aluminosilicate, lead zirconium titanate, etc.
  • the particle sizes of component (c) or its subcomponents are, for example, in the range from 20 nm to 0.3 mm or even from 20 nm to 1 mm.
  • the constituent (d) comprising from 0.5 to 12% by weight, preferably from 1 to 6% by weight, of the composition according to the invention is at least two solid hydroxycarboxylic acids, ie a combination of at least two different hydroxycarboxylic acids, for example citric acid in combination with tartaric acid or citric acid in combination with malic acid or tartaric acid in combination with malic acid or citric acid in combination with tartaric acid and malic acid.
  • solid hydroxycarboxylic acids exist as stereoisomers
  • any of these stereoisomers may be used alone or in any combination.
  • solid hydroxycarboxylic acid used herein as a per se solid hydroxycarboxylic acid in contrast to non-solid or liquid hydroxycarboxylic acids.
  • each of the solid hydroxycarboxylic acids of component (d) comprises at least 20% by weight of component (d).
  • Component (d) or its subcomponents are preferably solid particles, for example having particle sizes in the range of up to 1 mm.
  • the component (e) constituting 0 to 15% by weight, preferably 0 to 8% by weight or 2 to 8% by weight of the composition of the present invention is one or more of the components (a) to (a) (d) different components.
  • examples include in particular additives such as flow improvers, defoamers, wetting agents and adhesion promoters.
  • Component (s) may contain one or more alkali metal and / or NH 4 salts of hydroxycarboxylic acids in a proportion of up to ⁇ 0.5% by weight, in each case based on the total, of constituents (a) to (e) existing composition according to the invention.
  • Component (s) or the composition according to the invention preferably does not comprise any alkali and / or NH 4 salts of hydroxycarboxylic acids.
  • the component (s) or its subcomponents are preferably solid particles, for example having particle sizes in the range of up to 0.3 mm or even up to 1 mm. It is possible that constituent (e) is not solid, but is, for example, liquid or comprises non-solid, for example liquid, subcomponents.
  • the proportion of alkali plus NhU cations based on the total composition of the invention is ⁇ 1 wt .-%, in particular ⁇ 0.5 wt .-%.
  • the composition according to the invention is preferably free of such cations.
  • the term "free of alkali plus NhU cations" means avoiding the deliberate use or addition of such cations of broad-spectrum substances to the composition of the invention; the presence of such cations in terms of technically unavoidable impurities, for example, in trace amounts;
  • the presence of alkali metal and / or NhU salts of hydroxycarboxylic acids or of alkali metal and / or NhU cations in the abovementioned only small proportion or the absence of such substances in the composition according to the invention and aqueous produced therefrom is unavoidable Enveloping masses or sheaths of electronic components allows a substantial suppression of leakage currents to active electronic components or the occurrence of dendrite growth on active and / or passive electronic components.
  • Tartaric acid and citric acid for example in a 1: 1 weight ratio
  • composition according to the invention consists of components (a) to (e), ie the percentages by weight of components (a) to (e) add up to 100% by weight of the composition according to the invention. If no constituent (s) is present, the wt .-% - proportions of components (a) to (d) add up to 100 wt .-% of the composition according to the invention.
  • composition of the invention comprising ingredients (a) to (d) and (a) to (e), respectively, may be used as a one-component mixture, i. be prepared as a ready prepared composition.
  • constituent (a) comprises phosphoric acid
  • a one-component composition according to the invention can only be stored for a short time, for example only up to 2 hours.
  • one-component compositions according to the invention are preferably provided in particulate form, for example in powder form.
  • the constituents (a) to (d) or (a) to (e) are intimately mixed with one another in the one-component particulate composition according to the invention, in particular as a stochastically homogeneous mixture.
  • the one-component particulate composition preferably shows no lump formation and is free-flowing.
  • composition according to the invention as a one-component system
  • the components of the two-component or multi-component system are preferably present in a provision quantity corresponding to the abovementioned quantity ratio of constituents (a) to (d) or (a) to (e), in other words, ready portioned and thus immediately without weighing or measuring can be mixed together to form the composition according to the invention.
  • constituent (a) comprises phosphoric acid
  • such a one-component composition according to the invention, as mentioned above, can only be stored for a short time.
  • the separate two or more components to be mixed with one another and optionally with separately provided water to prepare the final composition according to the invention are preferably provided in particulate form, for example in powder form.
  • particulate form for example in powder form.
  • more than one, so two or more different constituents and / or subcomponents comprehensive particulate or powdery components of the two- or multi-component system are present as an intimate mixture, in particular as a stochastic homogeneous mixture; such particulate components preferably show no lump formation and are free-flowing.
  • Both the particulate one-component composition according to the invention and also particulate components of the two-component or multi-component composition according to the invention can be prepared by customary processes known to the person skilled in the art for producing free-flowing particulate compositions.
  • tumble mixing, intensive mixing, dry grinding and air blending are mentioned as the production process.
  • an aqueous hydraulic curable composition which can be used as a coating composition.
  • an aqueous hydraulically curable composition of the type in question does not contain an excess of acid; in other words, in general, the basic constituent (b) may be of the type and amount so as to completely neutralize, preferably over-neutralize, the acid equivalents provided by component (a) and any further acid equivalents from components (c) and (e) can.
  • the composition according to the invention may in itself be or form an aqueous, hydraulically curable preparation in the aforementioned sense, ie it is then a composition according to the invention which is not or no longer required for mixing with separately provided water.
  • compositions of the present invention having a component (a) comprising a correspondingly large amount of a low concentration aqueous phosphoric acid.
  • a relevant composition prepared by mixing the two or more components of the invention may optionally already be an aqueous hydraulically curable preparation in the aforementioned sense or represent such, without requiring mixing with separately provided water. In other embodiments, however, the addition of or mixing with separately provided water is required.
  • compositions according to the invention with a constituent (a) which comprises phosphoric acid but at the same time only a small amount of water.
  • the composition of the present invention may be mixed with separately provided water to form an aqueous hydraulically curable composition.
  • the speech It is necessary to mix them with separately provided water, in particular if the entirety of the constituents of the composition according to the invention comprises no or too little water in order to produce a mixture of all constituents without addition of separately provided water to an aqueous hydraulically curable preparation which can be used as an aqueous coating mass with an initial viscosity, for example in the range of 2 to 25 Pa-s.
  • an initial viscosity for example in the range of 2 to 25 Pa-s.
  • 100 parts by weight of the inventive one-component and preferably particulate composition can be mixed with 5 to 30 parts by weight, preferably 6 to 15 parts by weight of water.
  • its individual components and the separately prepared water can be mixed together in any order, optionally also in portions. If separately added water is added, of course, a desired ratio of composition according to the invention and water must be observed, for example the abovementioned amount ratio of 100 parts by weight of the composition according to the invention: 5 to 30, preferably 6 to 15 parts by weight of water.
  • aqueous premixes may be aqueous solutions, for example aqueous solutions of components (a), (d) or (e) or any sub-components thereof. It may be expedient to prepare aqueous premixes with constituent (b) and at least one acid constituent (in the presence of water H30 + ions) or subcomponent selected from constituents (a), (c), (d), and (e) respectively, to produce subcomponents thereof no longer than, for example, up to 24 hours prior to final mixing into the aqueous hydraulically curable composition.
  • constituent (b) or subcomponents of constituent (b) but comprising aqueous premixtures which are free from acidic constituents or subcomponents; It is expedient here to prepare such premixes no longer than, for example, up to 48 hours before the final mixing into the aqueous, hydraulically curable preparation.
  • Examples of mixing methods which can be used in the final mixing to form the aqueous, hydraulically curable preparation using the two-component or multicomponent composition according to the invention are stirring and intensive mixing, for example intensive mixing using planetary mixers.
  • aqueous hydraulically curable composition obtainable by mixing the one-component or multicomponent composition according to the invention with or, if required, without the use of separately provided water is characterized by a synergistically extended pot life, for example in the range from 10 to 120 minutes.
  • the pot life is defined as the time to doubling the initial viscosity of the aqueous hydraulically curable composition.
  • the viscosity ie the initial viscosity and the increasing viscosity over time, can be measured, for example, by means of rotational viscometry (continuous measurement of the viscosity with the following measurement conditions: plate-plate measuring principle, plate diameter 25 mm, measuring gap 1 mm, sample temperature 20 ° C., constant shear rate 36 min "1).
  • the initial viscosity after 5 minutes counted from the first contacting of the invention Composition or water is measured or, if mixing with separately provided water is not required, from the finished position of the composition according to the invention, which in itself is already the aqueous, hydraulically curable preparation, the initial viscosities li For example, in the range of 1 - 50 Pa-s.
  • aqueous, flowable and hydraulically curable composition can be used as an aqueous encapsulant for electronic components.
  • aqueous coating composition will be used in the following.
  • the aqueous encapsulant may be used to make a hydraulically-cured enclosure of electronic components.
  • the manufacturing process comprises the steps:
  • step (3) wrapping the electronic component provided in step (1) with the aqueous enveloping mass provided in step (2), and
  • step (3) hydraulically curing the aqueous encapsulant enveloping the electronic component after completion of step (3).
  • an electronic component to be enveloped is provided, for example a passive electronic component or a semiconductor module, the latter in particular in the form of a power electronic module.
  • step (2) With respect to step (2), reference is made to the aforementioned.
  • step (3) is carried out immediately, for example within 60 minutes, preferably within 10 minutes after completion of step (2).
  • the encapsulation of the electronic component provided in step (1) is performed with the aqueous encapsulant provided in step (2).
  • Preferred application methods are casting, dipping and injection molding. Potting can be carried out by means of customary methods known to the person skilled in the art, for example by gravity, pressure-assisted or pressure-reduced potting. It may be appropriate to enclose the electronic component to be wrapped with Haibschalenformen and then fill with the pourable coating mass. The wrapping can be done as a partial or complete wrapping.
  • the cladding material partially or completely envelopes electrical contacting elements connected to the semiconductor component, such as, for example, bonding wires, ribbons and / or a substrate.
  • partial cladding means that one or more of the contacting elements is incomplete and / or one or more of the contacting elements are not enveloped, while full cladding means that all contacting elements are completely enveloped.
  • the potting may, however, also take place, for example, such that the coating mass is formed as a "glob-top" known to the person skilled in the art.
  • step (4) following step (3), the aqueous encapsulating compound surrounding the electronic component is hydraulically hardened. More specifically, the substantial part of the hydraulic hardening takes place up to the setting in step (4); Of course, the hydraulic hardening has already begun from the moment in which the components (a) and (b) have come into contact with each other in the presence of water, i. already in the course of step (2). During and after the actual setting, drying may take place in the sense of removing water or water. Setting and drying can take place, for example, for 30 to 300 minutes in a temperature range of, for example, 20 to 300 ° C.
  • the coated electronic component may be removed after the hydraulic hardening according to step (4) and opening the half shells.
  • the invention also relates to an electronic component enveloped by the method comprising steps (1) to (4).
  • Examples 1 -7 are also relates to an electronic component enveloped by the method comprising steps (1) to (4). Examples 1 -7
  • the powdery solid compositions described in the following tables were weighed into a cup with a screw cap. After closing the beaker, the respective composition was homogenized manually by shaking and then added to water introduced in a second beaker and homogenized within 5 minutes by intensive stirring. The mixing ratio was in each case 100 parts by weight of solid composition: 10 parts by weight of water.
  • aqueous preparations of all Examples 1 -7 were in each case as aqueous coating composition for casting with aluminum bonding wires (400 ⁇ AI-H14CR Soft from Heraeus) contacted semiconductor diodes (SKCD 81 C 170 I HD from Semikron) on a DCB substrate in the form of a square glob -tops (19 x 18 x 3 mm 3 ) used. After casting, the parts were stored for 1 hour in a closed container at 60 ° C and then cured for 3 hours at 160 ° C in a drying oven.
  • aluminum bonding wires 400 ⁇ AI-H14CR Soft from Heraeus
  • semiconductor diodes SKCD 81 C 170 I HD from Semikron
  • the occurrence of leakage currents or their strength was measured by applying a voltage applied to both diode poles blocking voltage of 500 V with an ESD test multimeter (Hochohmmeter Metriso 2000 from the company Warm beer) from the corresponding resistors.
  • the corresponding non-cast diode with a blocking current of 5 ⁇ served as a reference.

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Abstract

Zusammensetzung bestehend aus: (a) 1 bis 30 Gew.-% einer 1 bis 90 gew.-%igen wässrigen Phosphorsäure und/oder mindestens eines Hydrogenphosphats ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono-und Dihydrogen- phosphaten von Magnesium, Calcium, Aluminium, Zink, Eisen, Kobalt und Kupfer, (b) 1 bis 40 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Hydroxiden und Oxidhydraten von Magnesium, Calcium, Eisen, Zink und Kupfer, (c) 40 bis 95 Gew.-% mindestens eines partikelförmigen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas; Mono-, Oligo-und Polyphosphaten von Magnesium, Calcium, Barium und Aluminium; Calciumsulfat; Bariumsulfat; einfachen und komplexen Silikaten umfassend Calci- um, Aluminium, Magnesium, Eisen und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Aluminaten umfassend Calcium, Magnesium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Titanaten um- fassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Barium und/oder Zirkonium; einfachen und komple- xen Zirkonaten umfassend Calcium, Aluminium und/oder Magnesium; Zirkoniumdioxid; Titandi- oxid; Aluminiumoxid; Siliziumdioxid; Siliziumcarbid; Aluminiumnitrid; Bornitrid und Siliziumnitrid, (d) 0,5 bis 12 Gew.-% mindestens zweier fester Hydroxycarbonsäuren, und (e) 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines von den Bestandteilen (a) bis (d) verschiedenen Be- standteils, wobei Bestandteil (e) ein oder mehrere Alkali-und/oder NH4-Salze von Hydroxycarbonsäuren in einem Gesamtmengenanteil von bis zu <0,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammenset- zung, umfassen kann.

Description

ZUSAMMENSETZUNG ZUR HERSTELLUNG EINER WÄSSRIGEN UMHÜLLUNGSMASSE
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die in eine wässrige hydraulisch härtbare als Umhüllungsmasse verwendbare Zubereitung überführt werden kann. Die wässrige Umhül- lungsmasse kann zur Herstellung einer hydraulisch gehärteten Umhüllung einer elektronischen Komponente verwendet werden.
Der hierin verwendete Begriff„elektronische Komponente" umfasst neben passiven elektronischen Bauteilen und, als Vertreter elektronischer Komponenten mit aktiven elektronischen Bau- teilen, insbesondere Halbleitermodule und unter letzteren insbesondere leistungselektronische Baugruppen.
Unter Halbleitermodulen werden hierin elektronische oder leistungselektronische Baugruppen umfassend mindestens ein Substrat (als Schaltungsträger), mindestens einen Halbleiterbau- stein (Halbleiter) sowie gegebenenfalls mindestens ein passives elektronisches Bauteil verstanden. Der mindestens eine Halbleiterbaustein kann dabei selber schon teilweise oder vollständig vorumhüllt sein, beispielsweise mit einer Ummantelung auf Epoxidharzbasis.
Beispiele für Substrate sind IMS-Substrate (insulated metal-Substrate), DCB-Substrate (direct copper bonded-Substrate), AM B-Substrate (active metal brazing-Substrate), keramische Substrate, Metallkeramiksubstrate, PCBs (printed circuit boards) und Leadframes.
Beispiele für Halbleiterbausteine sind Dioden, LEDs (light emitting diodes), Dies (Halbleiterchips), IGBTs (insulated-gate bipolar transistors, Bipolartransistoren mit isolierter Gate- Elektrode), ICs (integrated circuits, integrierte Schaltungen) und MOSFETs (metal-oxide- semiconductor field-effect transistors, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Bei dem oder den Halbleiterbausteinen handelt es sich insbesondere um während des bestimmungsgemäßen Betriebs infolge Verlustleistung beträchtliche Wärme entwickelnde, d.h. ohne Umhüllung und unverkapselt selbstzerstörerische Temperaturen von beispielsweise 100 bis > 200°C errei- chende Halbleiter.
Beispiele für passive elektronische Bauteile sind Sensoren, Bodenplatten, Kühlkörper, Widerstände, Kondensatoren, Transformatoren, Drosseln und Spulen. Der hierin verwendete Begriff„hydraulisches Härten" umfasst ein Abbinden in Gegenwart von Wasser respektive nach Zusatz von Wasser.
Pulverförmige Zusammensetzungen und daraus herstellbare wässrige Umhüllungsmassen in Form von Phosphatzement sind beispielsweise in WO 2015/193035 A1 offenbart.
Aus solchen wässrigen Phosphatzement-Umhüllungsmassen hergestellte Umhüllungen von elektronischen Komponenten dienen insbesondere der elektrischen Isolierung und der Wärmeabführung aus der elektronischen Komponente nach außen während des Betriebs.
Wie sich überraschend gezeigt hat und der folgenden Offenbarung der Erfindung zu entnehmen ist, lässt sich die Topfzeit (Verarbeitungszeitraum, Zeitdauer der Verarbeitungsfähigkeit) wäss- riger Phosphatzement-Umhüllungsmassen durch Zusatz einer Kombination aus bestimmten Hydroxycarbonsäuren in unerwartet synergistischer Weise verlängern, beispielsweise um 5 bis 120 Minuten. Ferner hat sich gezeigt, dass bei Unterschreitung einer bestimmten Gesamthöchstmenge an Alkali- und NhU-Kationen in wässrigen Phosphatzement-Umhüllungsmassen bzw. damit hergestellten Umhüllungen elektronischer Komponenten das Auftreten von Leckströmen an dergestalt umhüllten aktiven elektronischen Bauteilen respektive das Auftreten von Dendritenwachstum an aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen weitgehend unter- bunden werden kann.
Die Erfindung besteht somit in der Verwendung einer Kombination aus bestimmten Hydroxycarbonsäuren in Alkali- und NH4 +-armen Zusammensetzungen zur Herstellung als Umhüllungsmasse verwendbarer wässriger hydraulisch härtbarer Phosphatzement-Zubereitungen.
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung bestehend aus den Bestandteilen:
(a) 1 bis 30 Gew.-% (Gewichts-%) einer 1 bis 90 gew.-%igen wässrigen Phosphorsäure (HsP04) und/oder mindestens eines Hydrogenphosphats ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono- und Dihydrogenphosphaten von Magnesium, Calcium, Aluminium, Zink, Eisen, Kobalt und Kupfer,
(b) 1 bis 40 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Hydroxiden und Oxidhydraten von Magnesium, Calcium, Eisen, Zink und Kupfer,
(c) 40 bis 95 Gew.-% mindestens eines partikelförmigen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas; Mono-, Oligo- und Polyphosphaten von Magnesium, Calcium, Barium und Aluminium; Calciumsulfat; Bariumsulfat; einfachen und komplexen Silikaten umfassend Calci- um, Aluminium, Magnesium, Eisen und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Aluminaten umfassend Calcium, Magnesium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Titanaten umfassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Barium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Zirkonaten umfassend Calcium, Aluminium und/oder Magnesium; Zirkoniumdioxid; Titandi- oxid; Aluminiumoxid; Siliziumdioxid; Siliziumcarbid; Aluminiumnitrid; Bornitrid und Siliziumnitrid,
(d) 0,5 bis 12 Gew.-% mindestens zweier fester Hydroxycarbonsäuren, und
(e) 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines von den Bestandteilen (a) bis (d) verschiedenen Bestandteils,
wobei Bestandteil (e) ein oder mehrere Alkali- und/oder NhU-Salze von Hydroxycarbonsäuren in einem Gesamtmengenanteil von bis zu <0,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, umfassen kann.
Der hierin verwendete Begriff„Alkali" bedeutet insbesondere Natrium und/oder Kalium. Jeder der Bestandteile (a) bis (e) kann einen oder mehrere verschiedene Inhaltsstoffe, in der weiteren Folge auch als Subbestandteile bezeichnet, umfassen.
Bei dem 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausmachenden Bestandteil (a) handelt es sich um mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 bis 90 gew.-%iger wässriger Phosphorsäure (wässrige Lösung bestehend aus 1 bis 90 Gew.-% Phosphorsäure und dem zu 100 Gew.-% fehlenden Anteil an Wasser), Magnesiummonohydrogenphosphat, Calciummonohydrogenphosphat, Alumini- ummonohydrogenphosphat, Zinkmonohydrogenphosphat, Eisenmonohydrogenphosphat, Ko- baltmonohydrogenphosphat, Kupfermonohydrogenphosphat, Magnesiumdihydrogenphosphat, Calciumdihydrogenphosphat, Aluminiumdihydrogenphosphat, Zinkdihydrogenphosphat, Ei- sendihydrogenphosphat, Kobaltdihydrogenphosphat und Kupferdihydrogenphosphat. Mit anderen Worten, es handelt sich um 1 bis 90 gew.-%ige wässrige Phosphorsäure und/oder um mindestens ein Hydrogenphosphat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono- und Dihyd- rogenphosphaten von Magnesium, Calcium, Aluminium, Zink, Eisen, Kobalt und Kupfer. Insbe- sondere handelt es sich um mindestens ein Hydrogenphosphat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono- und Dihydrogenphosphaten von Magnesium und Aluminium.
Im Falle der Abwesenheit von Phosphorsäure handelt es sich bei dem Bestandteil (a) respektive dessen Subbestandteilen bevorzugt um Feststoffpartikel, beispielsweise mit Teilchengrößen im Bereich von bis zu 1 mm. Bei dem 1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausmachenden Bestandteil (b) handelt es sich um mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Hydroxiden und Oxidhydraten von Magnesium, Calcium, Eisen, Zink und Kupfer, insbesondere um mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid, Eisenoxid und Calciumoxid. Magnesiumoxid ist besonders bevorzugt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Bestandteil (b) respektive dessen Subbestandteilen um Feststoffpartikel, beispielsweise mit Teilchengrößen im Bereich von bis zu 0,3 mm.
Bei dem 40 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 65 bis 90 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausmachenden Bestandteil (c) handelt es sich um mindestens einen partikelförmigen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas; Mono-, Oligo- und Polyphosphaten von Magnesium, Calcium, Barium und Aluminium; Calciumsulfat; Bariumsulfat; einfachen und komplexen Silikaten umfassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Eisen und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Aluminaten umfassend Calcium, Magnesium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Titanaten umfassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Barium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Zirkonaten umfassend Calcium, Aluminium und/oder Magnesium; Zirkoniumdioxid; Titandioxid; Aluminiumoxid; Siliziumdioxid, insbesondere in Form von Kieselsäure und Quarz; Siliziumcarbid; Aluminiumnitrid; Bornitrid und Siliziumnitrid. Zirkoniumsilikat, Kieselsäure und Quarz sind bevorzugt.
Im vorstehenden Absatz werden Mono-, Oligo- und Polyphosphate erwähnt; zur Vermeidung von Missverständnissen, dabei handelt es sich im Gegensatz zu den Hydrogenphosphaten des Bestandteils (a) um von Wasserstoff freie Phosphate.
Im vorstehenden Absatz wird jeweils zwischen einfachen und komplexen Silikaten, Aluminaten, Titanaten und Zirkonaten unterschieden. Bei den komplexen Vertretern handelt es sich nicht etwa um Komplexverbindungen, vielmehr sind damit Silikate, Aluminate, Titanate und Zirkonate gemeint mit mehr als einer Art von Kationen, wie beispielsweise, Calciumaluminiumsilikat, Blei- zirkontitanat usw.
Die Teilchengrößen von Bestandteil (c) respektive dessen Subbestandteilen liegen beispiels- weise im Bereich von 20 nm bis 0,3 mm oder sogar von 20 nm bis 1 mm. Bei dem 0,5 bis 12 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 6 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausmachenden Bestandteil (d) handelt es sich um mindestens zwei feste Hydroxycarbon- säuren, d.h. um eine Kombination mindestens zweier verschiedener Hydroxycarbonsäuren, beispielsweise Zitronensäure in Kombination mit Weinsäure oder Zitronensäure in Kombination mit Äpfelsäure oder Weinsäure in Kombination mit Äpfelsäure oder Zitronensäure in Kombination mit Weinsäure und Äpfelsäure. Soweit die festen Hydroxycarbonsäuren als Stereoisomere existieren, kann jedes dieser Stereoisomere alleine oder in beliebiger Kombination verwendet werden. Zur Vermeidung jeglichen Missverständnisses, der Fachmann versteht den hierin ver- wendeten Begriff„feste Hydroxycarbonsäure" als an sich feste Hydroxycarbonsäure in Abgrenzung gegenüber nichtfesten respektive flüssigen Hydroxycarbonsäuren.
Zweckmäßigerweise macht jede der festen Hydroxycarbonsäuren des Bestandteils (d) mindestens 20 Gew.-% des Bestandteils (d) aus.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Bestandteil (d) respektive dessen Subbestandteilen um Feststoffpartikel, beispielsweise mit Teilchengrößen im Bereich von bis zu 1 mm.
Bei dem 0 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 8 Gew.-% oder 2 bis 8 Gew.-% der erfindungsgemä- ßen Zusammensetzung ausmachenden Bestandteil (e) handelt es sich um ein oder mehrere von den Bestandteilen (a) bis (d) verschiedene Bestandteile. Beispiele umfassen insbesondere Additive wie Fließverbesserer, Entschäumer, Benetzungsmittel und Haftvermittler.
Bestandteil (e) kann ein oder mehrere Alkali- und/oder NH4-Salze von Hydroxycarbonsäuren in einem Mengenanteil von bis zu <0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte, aus den Bestandteilen (a) bis (e) bestehende, erfindungsgemäße Zusammensetzung, umfassen. Bevorzugt umfasst Bestandteil (e) respektive die erfindungsgemäße Zusammensetzung keine Alkali- und/oder NH4-Salze von Hydroxycarbonsäuren. Bei dem Bestandteil (e) respektive dessen Subbestandteilen handelt es sich bevorzugt um Feststoffpartikel, beispielsweise mit Teilchengrößen im Bereich von bis zu 0,3 mm oder sogar bis zu 1 mm. Es ist möglich, dass der Bestandteil (e) nicht fest, sondern beispielsweise flüssig ist oder nicht feste, beispielsweise flüssige Subbestandteile umfasst. Zweckmäßigerweise liegt der Mengenanteil an Alkali- plus NhU-Kationen bezogen auf die gesamte erfindungsgemäße Zusammensetzung bei <1 Gew.-%, insbesondere <0,5 Gew.-%. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung frei von solchen Kationen. Um Missverständnisse zu vermeiden, der Ausdruck„frei von Alkali- plus NhU-Kationen" bedeutet, dass die bewusste Verwendung oder Zugabe solche Kationen umfassender Substanzen in die erfindungsgemäße Zusammensetzung vermieden wird; die Anwesenheit solcher Kationen im Sinne technisch unvermeidbarer Verunreinigungen, beispielsweise in Spurenanteilen, in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist jedoch unvermeidlich. Die Anwesenheit von Alkali- und/oder NhU-Salzen von Hydroxycarbonsäuren respektive von Alkali- und/oder NhU-Kationen im jeweils vorerwähnten nur geringen Mengenanteil respektive das Fehlen solcher Substanzen in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und daraus hergestellter wässriger Umhüllungsmassen bzw. Umhüllungen elektronischer Komponenten erlaubt eine weitgehende Unterbindung von Leckströmen an aktiven elektronischen Bauteilen respektive des Auftretens von Dendritenwachstum an aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen.
Folgende Tabelle illustriert einige Beispiele bevorzugter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zusammensetzungen.
Bestandteil Ausführungsform 1 Ausführungsform 2 Ausführungsform 3
(a), insbesondere 3 - 10 Gew.-% 5 - 12 Gew.-% 12 - 23 Gew.-%
Magnesium- und/oder
Aluminiumdihydrogen- phosphat
(b), insbesondere 3 - 9 Gew.-% 4 - 14 Gew.-% 8 - 19 Gew.-%
Magnesiumoxid
(c), insbesondere Zir70 - 90 Gew.-% 55 - 80 Gew.-% 45 - 65 Gew.-% koniumsilikat
(d), insbesondere 0,5 - 4 Gew.-% 4 - 12 Gew.-% 2 - 7 Gew.-%
Weinsäure und Zitronensäure, beispielsweise im 1 :1 - Gewichtsverhältnis
(e) 0 - 7 Gew.-% 3 - 10 Gew.-% 4 - 8 Gew.-% Die erfindungsgemäße Zusammensetzung besteht aus den Bestandteilen (a) bis (e), d.h. die Gew.-%-Anteile der Bestandteile (a) bis (e) addieren sich zu 100 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Falls kein Bestandteil (e) enthalten ist, addieren sich die Gew.-%- Anteile der Bestandteile (a) bis (d) zu 100 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
Die die Bestandteile (a) bis (d) respektive (a) bis (e) umfassende erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als einkomponentige Mischung, d.h. als fertig bereitete Zusammensetzung bereitgestellt werden. Falls Bestandteil (a) dabei Phosphorsäure umfasst, ist eine solche ein- komponentige erfindungsgemäße Zusammensetzung nur kurzzeitig lagerfähig, beispielsweise nur bis zu 2 Stunden. Mit Ausnahme einkomponentiger erfindungsgemäßer Zusammensetzungen mit einem Bestandteil (a), der Phosphorsäure umfasst, werden einkomponentige erfindungsgemäße Zusammensetzungen bevorzugt in partikulärer Form, beispielsweise in Pulverform bereitgestellt.
Die Bestandteile (a) bis (d) respektive (a) bis (e) liegen in der einkomponentigen partikulären erfindungsgemäßen Zusammensetzung innig miteinander vermischt, insbesondere als stochas- tisch homogene Mischung vor. Die einkomponentige partikuläre Zusammensetzung zeigt bevorzugt keine Klumpenbildung und ist rieselfähig.
Alternativ zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als Einkomponentensystem kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Zwei- oder Mehrkomponenten-System bereitzustellen, beispielsweise im Falle einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einem Bestandteil (a), der Phosphorsäure umfasst.
Um Verwechslungen vorzubeugen, hierin wird zwischen Bestandteilen (a) bis (e), Subbestand- teilen dieser Bestandteile und Komponenten des Zwei- oder Mehrkomponenten-Systems unterschieden. Falls Bestandteil (a) Phosphorsäure umfasst, können die Bestandteile (a) bis (e) respektive Subbestandteile davon beliebig auf die Komponenten der zwei- oder mehrkomponentig bereitgestellten erfindungsgemäßen Zusammensetzung verteilt werden bzw. sein, vorausgesetzt die Bestandteile (a) und (b) liegen separat voneinander vor. Falls Bestandteil (a) keine Phosphorsäure umfasst, können die Bestandteile (a) bis (e) respektive Subbestandteile davon beliebig auf die Komponenten der zwei- oder mehrkomponentig bereitgestellten erfindungsgemäßen Zusammensetzung verteilt werden bzw. sein. Bevorzugt liegen auch hier die Bestandteile (a) und (b) separat voneinander vor.
Bevorzugt liegen die Komponenten des Zwei- oder Mehrkomponenten-Systems in einer dem vorerwähnten Mengenverhältnis der Bestandteile (a) bis (d) respektive (a) bis (e) entsprechenden Bereitstellungsmenge vor, mit anderen Worten, fertig portioniert und somit unmittelbar ohne Abwiegen oder Abmessen miteinander zur erfindungsgemäßen Zusammensetzung vermisch- bar. Falls Bestandteil (a) dabei Phosphorsäure umfasst, ist eine solche einkomponentige erfindungsgemäße Zusammensetzung, wie vorerwähnt, nur kurzzeitig lagerfähig.
Mit Ausnahme von Phosphorsäure umfassenden Komponenten werden die separaten, zwecks Zubereitung der fertigen erfindungsgemäßen Zusammensetzung miteinander und erforderli- chenfalls mit separat bereitgestelltem Wasser zu vermischenden zwei oder mehr Komponenten bevorzugt in partikulärer Form bereitgestellt, beispielsweise in Pulverform. Dabei liegen mehr als einen, also zwei oder mehrere verschiedene Bestandteile und/oder Subbestandteile umfassende partikuläre oder pulverförmige Komponenten des Zwei- oder Mehrkomponentensystems als innige Mischung vor, insbesondere als stochastisch homogene Mischung; solche partikulä- ren Komponenten zeigen bevorzugt keine Klumpenbildung und sind rieselfähig.
Sowohl die partikuläre einkomponentige erfindungsgemäße Zusammensetzung als auch partikuläre Komponenten der zwei- oder mehrkomponentig bereitgestellten erfindungsgemäßen Zusammensetzung können nach üblichen dem Fachmann bekannten Verfahren zur Herstellung rieselfähiger partikulärer Zusammensetzungen hergestellt werden. Beispielhaft seien Taumelmischen, Intensivmischen, Trockenvermahlung und Luftblending als Herstellungsverfahren erwähnt.
Wie vorerwähnt betrifft die Erfindung auch eine als Umhüllungsmasse verwendbare wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung. Im Allgemeinen enthält eine wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung der in Rede stehenden Art keinen Säureüberschuss; mit anderen Worten, im Allgemeinen kann der basische Bestandteil (b) nach Art und Menge so bemessen sein, dass die von Bestandteil (a) bereitgestellten Säureäquivalente sowie eventuelle weitere Säureäquivalente aus den Bestandteilen (c) und (e) vollständig neutralisiert, bevorzugt überneutralisiert werden können. In manchen Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung an sich schon eine wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung im vorerwähnten Sinne sein bzw. eine solche darstellen, d.h. es handelt sich dann um eine einer Vermischung mit separat bereitgestelltem Wasser nicht oder nicht mehr bedürfende erfindungsgemäße Zusammensetzung. Beispiele sind solche Ausführungsformen einkomponentig bereitgestellter erfindungsgemäßer Zusammensetzungen mit einem Bestandteil (a), der eine entsprechend große Menge einer niedrig konzentrierten wässrigen Phosphorsäure umfasst. Entsprechendes gilt im Falle zwei- oder mehr- komponentig bereitgestellter erfindungsgemäßer Zusammensetzungen mit einem derartigen Bestandteil (a), d.h. eine betreffende durch Vermischen der zwei oder mehr Komponenten hergestellte erfindungsgemäße Zusammensetzung kann gegebenenfalls an sich schon eine wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung im vorerwähnten Sinne sein bzw. eine solche darstellen, ohne einer Vermischung mit separat bereitgestelltem Wasser zu bedürfen. In anderen Ausführungsformen hingegen ist der Zusatz von bzw. das Vermischen mit separat bereitgestelltem Wasser erforderlich. Beispiele sind insbesondere erfindungsgemäße Zusammensetzungen mit einem phosphorsäurefreien Bestandteil (a). Weitere Beispiele sind erfindungsgemäße Zusammensetzungen mit einem Bestandteil (a), der zwar Phosphorsäure, zugleich jedoch nur wenig Wasser umfasst. Hier kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit separat bereitgestelltem Wasser zu einer wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung vermischt werden.
Hierin ist mehrfach vom erforderlichen oder nicht erforderlichen Vermischen mit separat bereitgestelltem Wasser die Rede. Erforderlich ist das Vermischen mit separat bereitgestelltem Wasser insbesondere dann, wenn die Gesamtheit der Bestandteile der erfindungsgemäßen Zu- sammensetzung kein oder zu wenig Wasser umfasst, um als Produkt des Vermischens aller Bestandteile ohne Zusatz separat bereitgestellten Wassers zu einer als wässrige Umhüllungsmasse verwendbaren wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung mit einer Anfangsviskosität beispielsweise im Bereich von 2 bis 25 Pa-s zu gelangen. Der Begriff der Anfangsviskosität sowie deren Bestimmung wird nachstehend noch erläutert.
Beispielsweise können 100 Gewichtsteile der erfindungsgemäßen beispielsweise einkompo- nentigen und bevorzugt partikulären Zusammensetzung mit 5 bis 30 Gewichtsteilen, bevorzugt 6 bis 15 Gewichtsteilen Wasser vermischt werden. Bei der Herstellung der wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung unter Verwendung der zwei- oder mehrkomponentig bereitgestellten erfindungsgemäßen Zusammensetzung können deren einzelne Komponenten und das erforderlichenfalls separat bereitgestellte Wasser in beliebiger Reihenfolge, gegebenenfalls auch portionsweise, miteinander vermischt werden. Falls separat bereitgestelltes Wasser zugesetzt wird, ist selbstverständlich insgesamt ein gewünschtes Mengenverhältnis von erfindungsgemäßer Zusammensetzung und Wasser einzuhalten, beispielsweise das vorerwähnte Mengenverhältnis von 100 Gewichtsteilen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung: 5 bis 30, bevorzugt 6 bis 15 Gewichtsteilen Wasser. Es ist dabei möglich, zunächst Zwischenprodukte in Form von Vormischungen aus zwei oder mehreren Komponenten ohne Wasser und/oder aus einer oder mehreren Komponenten mit Wasser herzustellen. Bei wässrigen Vormischungen kann es sich gegebenenfalls um wässrige Lösungen handeln, beispielsweise wässrige Lösungen der Bestandteile (a), (d) oder (e) oder eventueller Subbestandteile davon. Es kann zweckmäßig sein, wässrige Vormischungen mit dem Bestandteil (b) und mindestens einem sauren (in Gegenwart von Wasser H30+-lonen bildenden) Be- standteil respektive Subbestandteil ausgewählt unter den Bestandteilen (a), (c), (d), und (e) respektive Subbestandteile davon nicht länger als beispielsweise bis zu 24 Stunden vor dem finalen Vermischen zur wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung herzustellen. Ähnliches gilt für Bestandteil (b) oder Subbestandteile des Bestandteils (b) umfassende, von sauren Bestandteilen oder Subbestandteilen jedoch freie wässrige Vormischungen; hier ist es zweckmä- ßig, solche Vormischungen nicht länger als beispielsweise bis zu 48 Stunden vor dem finalen Vermischen zur wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung herzustellen.
Beispiele für beim finalen Vermischen zur wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung unter Verwendung der zwei- oder mehrkomponentigen erfindungsgemäßen Zusammensetzung ein- setzbare Mischverfahren sind Verrühren und Intensivmischen, beispielsweise Intensivmischen unter Verwendung von Planetenmischern.
Die beim Vermischen der erfindungsgemäßen ein- oder mehrkomponentigen Zusammensetzung mit oder, falls nicht erforderlich, ohne Verwendung von separat bereitgestelltem Wasser erhältliche wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung zeichnet sich durch eine synergistisch verlängerte Topfzeit beispielsweise im Bereich von 10 bis 120 min aus.
Für die Zwecke der vorliegenden Patentanmeldung ist die Topfzeit definiert als der Zeitraum bis zur Verdoppelung der Anfangsviskosität der wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung. Die Viskosität, d.h. die Anfangsviskosität sowie die im zeitlichen Verlauf ansteigende Viskosität, kann beispielsweise gemessen werden mittels Rotationsviskosimetrie (kontinuierliche Messung der Viskosität mit folgenden Messbedingungen: Platte-Platte-Messprinzip, Plattendurchmesser 25 mm, Messspalt 1 mm, Probentemperatur 20°C, konstante Scherrate 36 min"1). Da es regel- mäßig möglich ist, die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit dem Wasser innerhalb von 5 Minuten zu einer homogenen wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung zu vermischen und zur Viskositätsmessung vorzubereiten, wird die Anfangsviskosität nach 5 Minuten gerechnet ab erstem Inkontaktbringen von erfindungsgemäßer Zusammensetzung und Wasser gemessen oder, falls ein Vermischen mit separat bereitgestelltem Wasser nicht erforderlich ist, ab Fertig- Stellung der an sich schon die wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung darstellenden erfindungsgemäßen Zusammensetzung. So gemessene Anfangsviskositäten liegen beispielweise im Bereich von 1 - 50 Pa-s.
Die wässrige, fließfähige und hydraulisch härtbare Zubereitung kann als wässrige Umhüllungs- masse für elektronische Komponenten verwendet werden. Der Kürze halber wird in der weiteren Folge der Begriff„wässrige Umhüllungsmasse" verwendet.
Die wässrige Umhüllungsmasse kann zur Herstellung einer hydraulisch gehärteten Umhüllung von elektronischen Komponenten verwendet werden. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte:
(1 ) Bereitstellen einer zu umhüllenden elektronischen Komponente,
(2) Bereitstellen einer wie vorerwähnt hergestellten wässrigen Umhüllungsmasse,
(3) Umhüllen der in Schritt (1 ) bereitgestellten elektronischen Komponente mit der in Schritt (2) bereitgestellten wässrigen Umhüllungsmasse, und
(4) hydraulisches Härten der wässrigen die elektronische Komponente nach Beendigung von Schritt (3) umhüllenden Umhüllungsmasse.
In Schritt (1 ) wird eine zu umhüllende elektronische Komponente bereitgestellt, beispielsweise ein passives elektronisches Bauteil oder ein Halbleitermodul, letzteres insbesondere in Form einer leistungselektronischen Baugruppe.
Bezüglich Schritt (2) wird auf das Vorerwähnte verwiesen.
Bevorzugt wird Schritt (3) unverzüglich, beispielsweise innerhalb von 60 Minuten, bevorzugt innerhalb von 10 Minuten nach Beendigung von Schritt (2) durchgeführt. In Schritt (3) erfolgt das Umhüllen der in Schritt (1 ) bereitgestellten elektronischen Komponente mit der gemäß Schritt (2) bereitgestellten wässrigen Umhüllungsmasse. Bevorzugte Applikationsmethoden sind Vergießen, Tauchen und Spritzgießen. Das Vergießen kann mittels üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise durch Schwerkraft-, druckunterstützten oder druckverminderten Verguss. Dabei kann es zweckmäßig sein, die zu umhüllende elektronische Komponente mit Haibschalenformen zu umschließen und dann mit der gießfähigen Umhüllungsmasse zu füllen. Das Umhüllen kann als teilweises oder vollständiges Umhüllen erfolgen. Beispielsweise kann bei der Umhüllung eines Halbleitermoduls so gearbeitet werden, dass die Umhüllungsmasse mit dem Halbleiterbaustein verbundene elektrische Kontaktierungs- elemente wie beispielsweise Bonddrähte, Bändchen und/oder ein Substrat teilweise oder vollständig umhüllt. Teilweise Umhüllung bedeutet dabei, dass ein oder mehrere der Kontaktie- rungselemente unvollständig und/oder ein oder mehrere der Kontaktierungselemente nicht umhüllt sind, während vollständige Umhüllung bedeutet, dass alle Kontaktierungselemente voll- ständig umhüllt sind. Das Vergießen kann aber beispielsweise auch so erfolgen, dass die Umhüllungsmasse als dem Fachmann bekanntes„glob-top" ausgebildet wird.
Im auf Schritt (3) folgenden Schritt (4) wird die wässrige die elektronische Komponente umhüllende Umhüllungsmasse hydraulisch gehärtet. Genauer gesagt, findet der wesentliche Teil des hydraulischen Härtens bis hin zum Abbinden in Schritt (4) statt; selbstverständlich hat das hydraulische Härten schon ab dem Moment begonnen, in dem die Bestandteile (a) und (b) in Gegenwart von Wasser miteinander in Kontakt gekommen sind, d.h. schon im Zuge von Schritt (2). Während und nach dem eigentlichen Abbinden kann ein Trocknen im Sinne einer Entfernung von Wasser bzw. des Wassers erfolgen. Abbinden und Trocknen können während bei- spielsweise 30 bis 300 Minuten in einem Temperaturbereich von beispielsweise 20 bis 300 °C erfolgen.
Im Falle des Arbeitens mit Haibschalenformen in Schritt (3) kann die umhüllte elektronische Komponente nach der hydraulischen Härtung gemäß Schritt (4) und Öffnen der Halbschalen letzteren entnommen werden.
Die Erfindung betrifft auch eine nach dem die Schritte (1 ) bis (4) umfassenden Verfahren umhüllte elektronische Komponente. Beispiele 1 -7
Allgemeine Durchführung:
Die in nachfolgenden Tabellen beschriebenen pulverförmigen Feststoffzusammensetzungen wurden in einen Becher mit Schraubdeckel eingewogen. Nach Verschließen des Bechers wurde die jeweilige Zusammensetzung manuell mittels Schütteln homogenisiert und dann zu in einem zweiten Becher vorgelegtem Wasser gegeben und innerhalb 5 Minuten durch intensives Rühren homogenisiert. Das Mischungsverhältnis betrug jeweils 100 Gew.-Teile Feststoffzu- sammensetzung: 10 Gew.-Teile Wasser.
Die so erhaltenen wässrigen Zubereitungen der Beispiele 1 -7 wurden in die Messzelle eines Rheometers gegeben und es wurde die jeweilige Topfzeit über die Viskositätsentwicklung entsprechend den Ausführungen in der vorhergehenden Beschreibung bestimmt.
Die wässrigen Zubereitungen aller Beispiele 1 -7 wurden jeweils als wässrige Umhüllungsmasse zum Vergießen von mit Aluminium Bonddrähten (400μηι AI-H14CR Soft von Heraeus) kontaktierten Halbleiterdioden (SKCD 81 C 170 I HD der Firma Semikron) auf einem DCB Substrat in Form eines quadratischen Glob-tops (19 x 18 x 3 mm3) verwendet. Nach dem Verguss wurden die Teile für 1 Stunde im geschlossenen Behälter bei 60 °C gelagert und anschließend für 3 Stunden bei 160 °C im Trockenschrank ausgehärtet. Das Auftreten von Leckströmen bzw. deren Stärke wurde durch Anlegen einer an beiden Diodenpolen angelegten Sperrspannung von 500 V mit einem ESD Prüfmultimeter (Hochohmmeter Metriso 2000 der Firma Warmbier) aus den entsprechenden Widerständen gemessen. Als Referenz diente die entsprechende unver- gossene Diode mit einem Sperrstrom von 5 μΑ.
Beispiel 1 2 3 4
Bestandteile: Gewichtsteile in g
(a) Magnesium- 4,6 4,6 4,6 4,6
dihydrogenphosphat
(b) Magnesiumoxid D5o = 18 3,8 3,8 3,8 3,8
μηη
(c) Zirkoniumsilikat D5o = 10 μηη 48,8 48,8 48,8 48,8
(d1 ) L-Weinsäure 0 0,7 1 ,4 2,1
(d2) Zitronensäure 0 0,7 1 ,4 2,1
Topfzeit [min] 7 16 20 24
Leckstrom [μΑ] 0,29 0,26 0,36 0,37
D5o = mittlerer Partikeldurchmesser
Beispiel 5 6 7 8
(a) Magnesium- 4,6 4,6 4,6 4,6
dihydrogenphosphat
(b) Magnesiumoxid D5o = 18 μηη 3,8 3,8 3,8 3,8
(c) Zirkoniumsilikat D5o = 10 μηη 48,8 48,8 48,8 48,8
(d1 ) L-Weinsäure 1 ,4 1 ,4 1 ,4 2,8
(d2) Zitronensäure 1 ,4 1 ,4 1 ,4
(e) Trinatriumcitrat-trihydrat 0,1 0,4 1 ,8 1 ,8
Topfzeit [min] 20 25 28 22
Leckstrom [μΑ] 0,38 0,43 3,08 3,20
mittlerer Partikeldurchmesser
Aus den für die Beispiele 1 bis 8 (erfindungsgemäße Beispiele 2 bis 6, Vergleichsbeispiele 1 , 7 und 8) bestimmten Topfzeiten und Leckstromstärken lässt sich der synergistisch topfzeitverlän- gernde Effekt des Zusatzes einer Kombination zweier fester Hydroxycarbonsäuren und der das unerwünschte Auftreten von Leckströmen begünstigende Effekt der Anwesenheit von >0,5 Gew.-%, bezogen auf die pulverförmige Feststoffzusammensetzung, eines Alkalisalzes einer Hydroxycarbonsäure unmittelbar erkennen.

Claims

Patentansprüche
1 . Zusammensetzung bestehend aus den Bestandteilen:
(a) 1 bis 30 Gew.-% einer 1 bis 90 gew.-%igen wässrigen Phosphorsäure und/oder mindestens eines Hydrogenphosphats ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono- und Dihydrogen- phosphaten von Magnesium, Calcium, Aluminium, Zink, Eisen, Kobalt und Kupfer,
(b) 1 bis 40 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Hydroxiden und Oxidhydraten von Magnesium, Calcium, Eisen, Zink und Kupfer,
(c) 40 bis 95 Gew.-% mindestens eines partikelförmigen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas; Mono-, Oligo- und Polyphosphaten von Magnesium, Calcium, Barium und
Aluminium; Calciumsulfat; Bariumsulfat; einfachen und komplexen Silikaten umfassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Eisen und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Aluminaten umfassend Calcium, Magnesium und/oder Zirkonium; einfachen und komplexen Titanaten umfassend Calcium, Aluminium, Magnesium, Barium und/oder Zirkonium; einfachen und komple- xen Zirkonaten umfassend Calcium, Aluminium und/oder Magnesium; Zirkoniumdioxid; Titandioxid; Aluminiumoxid; Siliziumdioxid; Siliziumcarbid; Aluminiumnitrid; Bornitrid und Siliziumnitrid,
(d) 0,5 bis 12 Gew.-% mindestens zweier fester Hydroxycarbonsäuren, und
(e) 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines von den Bestandteilen (a) bis (d) verschiedenen Bestandteils,
wobei Bestandteil (e) ein oder mehrere Alkali- und/oder NhU-Salze von Hydroxycarbonsäuren in einem Gesamtmengenanteil von bis zu <0,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, umfassen kann.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , wobei es sich bei Bestandteil (a) um mindestens ein Hydrogenphosphat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono- und Dihydrogen- phosphaten von Magnesium und Aluminium handelt.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei Bestandteil (b) um mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid, Eisen- oxid und Calciumoxid handelt.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei es sich bei Bestandteil (c) um mindestens einen partikelförmigen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumsilikat, Kieselsäure und Quarz handelt.
5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei Bestandteil (d) um mindestens zwei verschiedene feste Hydroxycarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zitronensäure, Weinsäure und Äpfelsäure handelt.
6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der festen Hydroxycarbonsäuren des Bestandteils (d) mindestens 20 Gew.-% des Bestandteils (d) ausmacht.
7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bestandteil (e) keine Alkali- und/oder NhU-Salze von Hydroxycarbonsäuren umfasst.
8. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Mengenanteil an Alkali- plus NH4-Kationen von <1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung.
9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form einer einkom- ponentigen Mischung oder eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Systems.
10. Wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung herstellbar durch Vermischen einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Wasser.
1 1 . Wässrige hydraulisch härtbare Zubereitung nach Anspruch 10, wobei das Mischungsverhältnis 100 Gewichtsteile der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 5 bis 30 Gewichtsteile Wasser beträgt.
12. Verwendung einer wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung nach Anspruch 10 oder 1 1 oder einer keiner Vermischung mit separat bereitgestelltem Wasser bedürfenden Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als wässrige Umhüllungsmasse für elektronische Komponenten.
13. Verfahren zur Herstellung einer hydraulisch gehärteten Umhüllung einer elektronischen Komponente, umfassend die Schritte:
(1 ) Bereitstellen einer zu umhüllenden elektronischen Komponente,
(2) Bereitstellen einer wässrigen Umhüllungsmasse in Form einer wässrigen hydraulisch härtbaren Zubereitung nach Anspruch 10 oder 1 1 oder in Form einer keiner Vermischung mit separat bereitgestelltem Wasser bedürfenden Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, (3) Umhüllen der in Schritt (1 ) bereitgestellten elektronischen Komponente mit der in Schritt (2) bereitgestellten wässrigen Umhüllungsmasse, und
(4) hydraulisches Härten der wassrigen die elektronische Komponente nach Beendigung von Schritt (3) umhüllenden Umhüllungsmasse.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zu umhüllende elektronische Komponente ein passives elektronisches Bauteil oder ein Halbleitermodul ist.
15. Nach einem Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14 umhüllte elektronische Komponen- te.
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