DE1178481B

DE1178481B - Surface protection for semiconductor bodies

Info

Publication number: DE1178481B
Application number: DEC22516A
Authority: DE
Inventors: Dieter Zoellner
Original assignee: FA C CONRADTY
Current assignee: FA C CONRADTY
Priority date: 1960-10-14
Filing date: 1960-10-14
Publication date: 1964-09-24

Description

Oberflächenschutz für Halbleiterkörper Elektrische Widerstände und Halbleiterkörper sowie andere elektrisch leitende Bauteile für Elektronik und Radiotechnik werden zum Schutz vor atmosphärischen Einflüssen mit Lacken, Kunstharzen oder keramischen Stoffen überzogen. Diese überzöge sollen die elektrischen Bauteile vor Feuchtigkeit und langsamen Reaktionen der Luftbestandteile mit den Stoffen der leitenden Körper schützen und auch die Ausbildung von Oberflächenströmen, besonders bei hohen Spannungen, verhindern. Neben völliger Undurchdringbarkeit muß auch eine ausreichende Kriechstromfestigkeit und Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffes vorhanden sein. Für einen betriebstechnisch brauchbaren und wirtschaftlich herzustellenden überzog kommt noch die Forderung nach schneller Verarbeitungsmöglichkeit bei niedriger Temperatur und Eignung für den Betrieb bei höheren Wärmebeanspruchungen hinzu. Für viele Zwecke, besonders der Halbleitertechnik, können keine hohen Temperaturen ohne nachteilige Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften angewandt werden, so daß Flammspritzen, Wirbelsintern, Einbrennlacke und wärmehärtbare Kunstharze bereits aus technischen Gründen ausscheiden, ganz abgesehen von wirtschaftlichen überlegungen. Für die gebräuchlichsten Anwendungen genügen Lötübergänge zwischen Zuleitungsdraht und elektrischem Bauteil, die Temperaturen bis 150° C standhalten. Daher sind höhere Temperaturen für die Lackierung in diesen Fällen bereits ausgeschlossen. Außer der störend langen Trocknungszeit tritt bei langsam trocknenden ebenso wie bei schnell trocknenden Lacken der Nachteil auf, da13 sie gerade Bauteile mit rauher Oberfläche, wie Varistoren auf der Basis von Siliciumcarbid, nur mangelhaft überziehen, wenn ausgesprochene Tropenfestigkeit verlangt wird.Surface protection for semiconductor bodies Electrical resistors and Semiconductor bodies and other electrically conductive components for electronics and radio technology are used to protect against atmospheric influences with paints, synthetic resins or ceramic Covered with fabrics. These coatings should protect the electrical components from moisture and slow reactions of the air components with the substances of the conductive bodies protect and also the formation of surface currents, especially at high voltages, impede. In addition to complete impenetrability, there must also be adequate resistance to tracking and dielectric strength of the insulating material. For one operationally Usable and economical to manufacture coated still comes the requirement for quick processing at low temperature and suitability for operation at higher heat loads. For many purposes, especially semiconductor technology, high temperatures cannot be achieved without adversely affecting them the electrical properties are applied, so that flame spraying, vortex sintering, Stoving enamels and thermosetting synthetic resins are ruled out for technical reasons, not to mention economic considerations. For the most common applications The soldering transitions between the lead wire and the electrical component are sufficient, the temperatures Withstand up to 150 ° C. Therefore, higher temperatures are required for painting in these Cases already excluded. In addition to the annoyingly long drying time slow-drying as well as fast-drying paints have the disadvantage, that they are components with a rough surface, such as varistors based on Silicon carbide, only inadequately coated if it is extremely resistant to the tropics is required.

Es ist bekannt (Deutsches Patent 9,69 413), Oberflächenungleichmäßigkeiten durch Aufbringen von zwei oder mehreren Schichten des gleichen Lackes zu beseitigen. Die spitzen, vorstehenden Kanten und die glatten Kristallstellflächen von Siliciumcarbidkörnern, die aus der Oberfläche herausstehen, lassen sich mit Lacken oder Kunststofflösungen jedoch nur schlecht bedecken. Betrachtungen im Stereomikroskop. zeigten, daß sich diese Lacke vornehmlich in den tieferen Stellen der Oberfläche angesammelt hatten, während die vorstehenden Siliciumcarbidkristalle und -kristallite mit ihren spiegelglatten Flächen nicht oder nur ungenügend überzogen und somit nicht oder nicht ausreichend geschützt waren, da die aufgebrachten Lacke nicht genügend Haftkraft hatten, diese Kanten und Flächen zu bedecken, noch die erforderliche Elastizität besaßen, diese Unebenheiten zu überspannen. Um diesen Ansprüchen zu genügen, verwendet man ZWeikomponentenlacke mit Haftuntergründen, die aber wiederum deren Nachteil besitzen, daß nach dem Aufbringen auf die elektrischen Körper diese einer mindest einmaligen Ofenbehandlung unterworfen werden müssen. Auch überzöge mit erhitzten Kunststofftauchmassen erfordern erhöhte Temperaturen und bringen den Nachteil mit sich, daß sie stets bei den Temperaturen verarbeitet werden müssen, denen sie später maximal standhalten können.It is known (German Patent 9,69,413 ) to remove surface irregularities by applying two or more layers of the same paint. However, the pointed, protruding edges and the smooth crystal surfaces of silicon carbide grains that protrude from the surface are difficult to cover with paints or plastic solutions. Observations in the stereo microscope. showed that these lacquers had mainly accumulated in the deeper parts of the surface, while the above silicon carbide crystals and crystallites with their mirror-smooth surfaces were not or only insufficiently coated and thus not or insufficiently protected, since the applied lacquers did not have sufficient adhesive force, to cover these edges and surfaces, yet possessed the necessary elasticity to span these unevenness. In order to meet these requirements, two-component lacquers with adhesive substrates are used, which in turn have the disadvantage that after they have been applied to the electrical bodies, they must be subjected to at least one oven treatment. Coatings with heated plastic dipping compounds also require elevated temperatures and have the disadvantage that they always have to be processed at the temperatures that they can later withstand as much as possible.

Von diesen Beobachtungen aus gingen die Versuche durch Kombination handelsüblicher anorganischer und organischer Stoffe in verschiedensten Dispersions- und Lös;ungszuständen, auf elektrisch leitenden Körpern mit rauher Oberfläche einen isolierenden, temperaturbeständigen, hammfesten und lufttrocknenden überzog im zweifachen Tauchverfahren aufzutragen, der im Aussehen und in den elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften Kunststoffüberzügen, die durch Wirbelsintern, Flamrnmspritzen hergestellt sind, sowie Einbrenn lacken gleichkommt und selbst bei rauhester Oberßäche des elektrischen Beutedes einen vollständigen Oberflächenschutz gewährleistet. Diese Forderungen konnten nicht durch mehrmaliges Tauchen in die gleiche Lackfarbe bzw. Kunststoffsuspension und esschließende Lufttrocknung erfüllt werden. Hier traten bei wirtschaftlich noch tragbaren Tauchwiederholungen immer noch die Unebenheiten der Oberfläche reit den SK-Kristallen zutage.From these observations, the experiments went by combination commercial inorganic and organic substances in various dispersion and dissolution states, on electrically conductive bodies with a rough surface insulating, temperature-resistant, hammer-proof and air-drying coated in two times To apply immersion process, the appearance and in the electrical as well as mechanical Properties Plastic coatings produced by whirl sintering, flame spraying are, as well as stoving enamels and even with the roughest surface of the electrical This guarantees complete surface protection. These demands could not by repeatedly dipping in the same paint color or plastic suspension and final air drying can be met. Here stepped with economically still portable dives still ride the unevenness of the surface SK crystals come to light.

Die erfindungsgemäßen Überlegungen führten zu einem Oberflächenschutz für Halbleiterkörper mit rauben Oberflächen, wie z. B. Varistoren, vornehmlich aus SiC, , der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer luftgetrockneten, temperaturbeständigen, in Form eines heterodispersoiden Systems aufgebrachten Schicht, vornehmlich aus beispielsweise Pb304 oder A1,03 (also anorganischen Pigmenten) einerseits und einer luftgetrockneten Deckschicht aus natürlichen und/oder synthetischen Polymeren andererseits besteht.The considerations according to the invention led to surface protection for semiconductor bodies with rough surfaces, such as. B. varistors, mainly from SiC, which is characterized in that it consists of an air-dried, temperature-resistant, applied in the form of a heterodispersoid system Layer, primarily made of, for example, Pb304 or A1,03 (i.e. inorganic pigments) on the one hand and an air-dried cover layer made of natural and / or synthetic polymers on the other hand exists.

Die Poren und Vertiefungen an der Oberfläche werden durch den ersten Überzug gefüllt. Das kann beispielsweise mit einer Lackfarbe oder Kunststoffdispersion von nicht zu geringer Viskosität geschehen. Dabei verwendet man günstigerweise Überzugsstoffe von geringer Kettenlänge, jedoch möglichst hohem Molekulargewicht. Die geringe Kettenlänge begünstigt bei großem Molekulargewicht ein Ansammeln in den Porenvertiefungen. Diesen Effekt unterstützt man zweckmäßigerweise durch die Verwendung eines heterodispersoiden Systems als Grundlack; disperser Anteil und Dispersionsmittel sind also chemisch verschieden. Die flüssige Grundsubstanz des Dispersions- bzw. des Lösungsmittels wird derart gewählt, daß sie bei großer Oberflächenausbreitung des Lackes leicht verdunstet. Es tritt dann die Ausfällung des dispergierten oder gelösten Stoffes ein. Nach der Lufttrocknung wird die so vorbehandelte Oberfläche mit einem organischen, polymeren Stoff, der in Dispersion oder, wenn möglich, in Lösung vorliegt, überzogen. Dabei wird als Lösungs- oder Dispersionsmittel eine schnell verdunstende Flüssigkeit bevorzugt. Für diesen Überzug verwendet man, allein oder im Gemisch, Lösungen oder Dispersionen von Polymeren, die nach dem Entfernen des Lösungsmittels gutes elastisches Verhalten zeigen, so daß die noch aus der bereits ausgeglichenen Oberfläche (der erste Überzug hat die Vertiefungen und Poren weitgehend ausgefüllt) vorstehenden SiC-Kristalle überspannt werden. Hierfür hat sich beispielsweise Chlorkautschuk als geeignet erwiesen. Dieses Naturkautschukderivat zeigte auch eine für den Betrieb - speziell der beschriebenen Varistoren - ausreichende Temperaturbeständigkeit. Im Gegensatz zum deutschen Patent 969 413 befindet sich in der zweiten Deckschicht kein Füllmaterial.The pores and depressions on the surface are covered by the first Filled cover. This can be done, for example, with a paint or plastic dispersion of not too low a viscosity. It is advantageous to use coating materials of short chain length, but the highest possible molecular weight. The short chain length If the molecular weight is large, it favors an accumulation in the pore depressions. This one The effect is expediently supported by the use of a heterodispersoid Systems as a base coat; The disperse fraction and the dispersant are therefore chemical different. The liquid basic substance of the dispersion or solvent is chosen so that it is easy with large surface spreading of the paint evaporates. Precipitation of the dispersed or solute then occurs a. After air drying, the pretreated surface is coated with an organic, polymeric substance that is in dispersion or, if possible, in solution, coated. A rapidly evaporating liquid is used as a solvent or dispersion medium preferred. For this coating one uses, alone or in a mixture, solutions or Dispersions of polymers that after removal of the solvent are good elastic Show behavior, so that the already balanced surface (the first coating has largely filled the depressions and pores) above SiC crystals are spanned. Chlorinated rubber, for example, has proven itself for this purpose proved suitable. This natural rubber derivative also showed one for operation - especially the varistors described - sufficient temperature resistance. In contrast to the German patent 969 413 is in the second cover layer no filler material.

Ein ausgeglichener Untergrund als Vorbedingung für eine dichte Deckschicht konnte durch die Anwendung von Stoffen mit größerem Molekulargewicht bei kleinerem Molekülvolumen erzielt werden. Hier boten sich zahlreiche anorganische, hochtemperaturbeständige Verbindungen an. Durch Grundierung mit einem anorganischen, nicht elektrisch leitenden Piment, wie beispielsweise Pb303 oder A1_,0- das in einem schnell verdunstenden oder trocknenden Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch dispergiert war, konnte ein deckender Haftgrund erzeugt werden, der weitgehend alle Oberfl<ichenvz-rtiefungen ausfüllte, und der nach dem Lufttrccl:nen in kurzer Zeit durch Auftragen einer lufttrocknenden, temperaturbeständigen Kunststoffdispersion oder -Lösung einen Doppelschichtüberzug erzielen ließ, der selbst auf einem äußerst rauhen Körper, wie sie Varistorscheiben aus SiC darstellen, fest und ausgesprochen Luft- und wasserdicht aufliegt. Dabei zeigten die Versuche, daß die erfindungsgemäßen Schutzisolierungen eine besonders große Elastizität aufweisen, wenn beispielsweise eine Chlorkautschukdispersion oder -lösung verwendet wird, um den zweiten Überzug aufzutragen. Der Überzug unterscheidet sich somit von der Kunststoffummantelung nach der deutschen Auslegeschrift 1018 490, die aus verschiedenen Lack- oder Kunststoffschichten mit oder ohne Pigment besteht und somit beide als Aufbauprinzip einen oder mehrere Lacke haben oder beide aus Kunststoffschichten gebildet werden. Im Gegensatz dazu wird im vorliegenden Falle die eine Schicht erfindungsgemäß aus einem Stoff geringen Molekularvolumens und relativ hohen Molekulargewichts aufgebaut, der dispergiert auf die rohe Oberfläche aufgebracht wird, wobei danach das Dispersionsmittel verdunstet oder verdampft. Lacke enthalten dagegen Lackrohstoffe, Lösungsmittel und möglicherweise Zuschlagstoffe, wie Farbpigmente und Trockenmittel. Als Lackrohstoffe dienen Naturharze (Schellack, Kolophonium usw.), Celluloseester und -äther und Kunstharze (Phenolharze, Harnstoffe; Melaminharze, Polyurethane, Polyamine, PVC, Cumaronharze usw.). Diese Stoffe besitzen zwar ein großes Molekulargewicht, jedoch ebenfalls ein großes Molekularvolumen.A balanced subsurface as a prerequisite for a dense top layer could be achieved by using substances with a larger molecular weight and a smaller molecular volume. Numerous inorganic, high-temperature-resistant compounds offered themselves here. By priming with an inorganic, non-electrically conductive allspice, such as Pb303 or A1_, 0- that was dispersed in a rapidly evaporating or drying solvent or solvent mixture, a covering primer could be created that largely filled all surface depressions, and which, after air drying, achieved a double-layer coating in a short time by applying an air-drying, temperature-resistant plastic dispersion or solution, which rests firmly and extremely airtight and waterproof even on an extremely rough body, such as the varistor disks made of SiC. The tests showed that the protective insulation according to the invention has a particularly high elasticity if, for example, a chlorinated rubber dispersion or solution is used to apply the second coating. The coating thus differs from the plastic coating according to German Auslegeschrift 1018 490, which consists of different paint or plastic layers with or without pigment and thus both have one or more paints as a construction principle or both are formed from plastic layers. In contrast to this, in the present case one layer is built up according to the invention from a substance of low molecular volume and relatively high molecular weight, which is applied in a dispersed manner to the raw surface, after which the dispersant evaporates or vaporizes. Paints, on the other hand, contain paint raw materials, solvents and possibly additives such as color pigments and drying agents. Natural resins (shellac, rosin, etc.), cellulose esters and ethers and synthetic resins (phenolic resins, ureas; melamine resins, polyurethanes, polyamines, PVC, coumarone resins, etc.) are used as paint raw materials. Although these substances have a large molecular weight, they also have a large molecular volume.

Es ist bekannt, daß bei thermoplastischen Isolierstoffen der spezifische Widerstand temperaturabhängig ist, und zwar unter Umständen mit Werten, die bereits bei Temperaturen über 100° C zu berücksichtigen sind, während bei Wahl geeigneter anorganischer Stoffe für den Überzug auf niedermolekularen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht (beispielsweise Zr0,, Ti0,) die Erniedrigung des Widerstandes merklich erst bei viel höheren Temperaturen auftritt. Außerdem bleibt bei einer Zerstörung der überzugsschicht aus organischem Material noch immer die untere Schicht aus anorganischem, temperaturbeständigem Material für den Bauteilschutz erhalten, so daß selbst nach einer ungewöhnlichen Überbelastung des elektrischen Bauteilschutzes noch ein gewisser Isolier- und Oberflächenschutz aufrechterhalten wird.It is known that with thermoplastic insulating materials the specific Resistance is temperature-dependent, under certain circumstances with values that are already at temperatures above 100 ° C are to be taken into account, while when choosing more suitable inorganic substances for coating on low molecular weight compounds with high Molecular weight (for example, Zr0 ,, Ti0,) the lowering of the resistance noticeably only occurs at much higher temperatures. It also remains in the event of a destruction the coating layer of organic material still has the lower layer of inorganic, temperature-resistant material for component protection received, so that even after an unusual overload of the electrical component protection even a certain amount Insulation and surface protection is maintained.

Der Überzug gemäß vorliegender, auf systematischen Versuchsreihen beruhender Erfindung bietet somit sowohl wirtschaftlichste Herstellungsmöglichkeit als auch selbst bei ungünstigsten Oberflächenbeschaffenheiten einen sicheren Schutz solcher elektrischer Bauteile gegen Feuchtigkeit und sonstige Atmosphärilien.The coating according to the present, on systematic test series based invention thus offers both the most economical production option as well as reliable protection even with the most unfavorable surface conditions such electrical components against moisture and other atmospheres.

Claims

Claims: 1. Surface protection for semiconductor bodies with rough Surfaces such as B. varistors, primarily made of SiC, characterized in that that it consists of an air-dried, temperature-resistant, in the form of a heterodispersoid System applied layer, primarily made of, for example, Pb 304 or A1., 0.3 (i.e. inorganic pigments) on the one hand and an air-dried top layer on the other hand consists of natural and / or synthetic polymers.

2. Surface protection according to claim 1, characterized in that the cover layer consists of an organic Polymers is made.

3. Surface protection according to claim 1 and 2, characterized in that the base layer consists of a mixture of inorganic substances. Documents considered: German Patent No. 969 413; German interpretative document No. 1018 490.