CS273406B1 - Method of encased power semiconductor components re-treatment - Google Patents
Method of encased power semiconductor components re-treatment Download PDFInfo
- Publication number
- CS273406B1 CS273406B1 CS776788A CS776788A CS273406B1 CS 273406 B1 CS273406 B1 CS 273406B1 CS 776788 A CS776788 A CS 776788A CS 776788 A CS776788 A CS 776788A CS 273406 B1 CS273406 B1 CS 273406B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- solution
- power semiconductor
- minutes
- epoxy resin
- semiconductor devices
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 9
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000010125 resin casting Methods 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 4
- 238000009419 refurbishment Methods 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- -1 H 2 SO 4 Chemical compound 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007785 strong electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
polovodičových součástek (57) Řešení se týká způsobu repase zapouzdřených polovodičových součástek, kde alespoň část povrchu Si destičky je v přímém styku se zalévací hmotou na bázi licí epoxidové pryskyřice a u kterých dochází ke snížení závěrných elektrických vlastností. Součástka se ponoří do 0,01 až 0,2 M roztoku uhličitanu draselného při teplotě rovné bodu varu roztoku na dobu 5 až 60 minut. Roztok je rozplavován a ochlazován vodou, následuje sušení při teplotě 80 až 16D °C po dobu 20 až 60 minut.(57) The present invention relates to a method of refurbishing encapsulated semiconductor devices wherein at least a portion of the Si plate surface is in direct contact with the casting resin based on the casting epoxy resin and wherein the electrical enclosure properties are reduced. The component is immersed in a 0.01 to 0.2 M potassium carbonate solution at a temperature equal to the boiling point of the solution for 5 to 60 minutes. The solution is washed and cooled with water, followed by drying at 80 to 16 ° C for 20 to 60 minutes.
CS 273406 BlCS 273406 Bl
Vynález se týká způsobu repase zapouzdřených výkonových polovodičových součástek, kde alespoň část povrchu Si destičky je v přímém styku se zalévací hmotou na bázi licí epoxidové pryskyřice.The invention relates to a method for the refurbishment of encapsulated power semiconductor components, wherein at least a portion of the surface of the Si plate is in direct contact with the casting epoxy resin encapsulant.
V současné době se repase výkonových polovodičových součástek pouzdřených zalitím do epoxidové pryskyřice bu3 vůbec neprovádí, nebo se používá mechanické destrukce, která však v žádném případě nezaručuje opětnou použitelnost jednotlivých poměrně drahých součástek. Použití chemických procesů k rozrušení pouzdra výkonových polovodičových součástek z epoxidové pryskyřice je s ohledem na jeho vysokou chemickou odolnost také prakticky nepoužitelné.At present, the refurbishment of epoxy resin encapsulated power semiconductor devices is either not performed at all, or mechanical destruction is used, but in no way does it guarantee the reusability of individual relatively expensive components. The use of chemical processes to disrupt the epoxy resin power semiconductor housing is also virtually unusable due to its high chemical resistance.
Vytvrzování zalévací hmoty je složitý chemický proces se silně exotermickým charakterem. 3eho základem je štěpení epoxidového cyklu s následnou reakcí volných radikálů, což vede k prostorovému zesítění molekul zalévací hmoty. Reakční kinetika vytvrzování je velmi silně závislá na striktním dodržení poměru epoxidové pryskyřice a tvrdidla, kterou je obvykle látka na bázi aromatických aminů a teplotním režimu vytvrzování. Občas však dochází k výrazným změnám elektrických vlastností vytvrzené hmoty, jako permitivity, vodivosti, které následně vedou k nestabilitě závěrných elektrických vlastností, a tím k jejich vyřazování jako neopravitelných zmetků. Pouzdření výkonových polovodičových součástek zalitím epoxidovou pryskyřicí a jejím následným vytvrzením je v současné době používáno zejména při výrobě tzv. bezpotenciálových modulů, tj. kompaktních bloků, obsahujících dvě nebo více polovodičových součástek. Prakticky se jejich pouzdření provádí tak, že po natmelení korpusu do krabičky jsou součástky zality epoxidovou pryskyřicí s příměsí tvrdidla a temperovány v jednom nebo ve dvou krocích po dobu, která je potřebná k přechodu licí pryskyřice z kapalného do tuhého skupenství. Materiál krabičky modulu je obvykle velmi podobného chemického složení jako vytvrzená zalévací hmota.Curing of the encapsulant is a complex chemical process with a strongly exothermic character. It is based on the cleavage of the epoxy cycle followed by the reaction of free radicals, which leads to spatial cross-linking of the encapsulating material molecules. The reaction kinetics of curing are very strongly dependent on strict adherence to the epoxy resin / hardener ratio, which is usually an aromatic amine substance and the curing temperature regime. Occasionally, however, there are significant changes in the electrical properties of the cured material, such as permittivity and conductivity, which in turn lead to instability of the electrical shut-off properties and thus to their disposal as irreparable rejects. The encapsulation of power semiconductor devices by epoxy resin encapsulation and subsequent curing is currently used mainly in the manufacture of so-called potential-free modules, ie compact blocks containing two or more semiconductor devices. In practice, they are enclosed in such a way that, after the corpus has been sealed into the box, the components are embedded with hardener epoxy resin and tempered in one or two steps for the time required to transfer the casting resin from liquid to solid. The material of the module box is usually very similar in chemical composition to the cured potting compound.
Mikrostruktura vytvrzené hmoty, především koncentrace polarizovatelných radikálů a jejich dipólové momenty, zásadním způsobem ovlivňují závěrné vlastnosti zalitých polovodičových systémů. Vytvrzená hmota je totiž v přímém styku s povrchovou ochranou systémů, kterou je nejčastěji silikonový kaučuk. Terjká vrstvička kaučuku chrání povrch polovodiče v místech vyústění vysokonapěíových přechodů. Podobně jako vytvrzená zalévací hmota obsahuje i kaučuk jako elektret polarizovatelné molekuly. Působením silného elektrického pole při závěrném zatížení součástky dochází k přeorientaci a vzájemnému ovlivňování dipólů ve vytvrzené hmotě i kaučuku. Interakce dipólů ve vrstvě kaučuku přiléhající k polovodiči, například křemíku s oblastí prostorového náboje vyúsťující na povrch Si vede k jeho deformací a zvyšování závěrných proudů při konstantním vloženém napětí a teplotě součástky. Kinetika tohoto děje závisí na časových konstantách polarizace dipólů v pryskyřici a kaučuku; jejich hodnota se obvykle pohybuje v řádu jednotek až desítek minut. Postupné zvyšování závěrného proudu vede velmi často až k úplné destrukci součástky.The microstructure of the cured mass, especially the concentration of polarizable radicals and their dipole moments, fundamentally influence the closing properties of embedded semiconductor systems. The hardened material is in direct contact with the surface protection of the systems, which is most often silicone rubber. A tiny rubber layer protects the semiconductor surface at the high-voltage junction outlets. Like cured potting compound, rubber contains electretizable polarizable molecules. Due to the strong electric field at the final load of the component, the dipoles in the hardened mass and the rubber are reoriented and interacted. The interaction of dipoles in the rubber layer adjacent to the semiconductor, for example silicon, with the space charge region resulting in the Si surface results in its deformation and an increase in the reverse currents at a constant input voltage and component temperature. The kinetics of this process depend on the time constants of polarization of the dipoles in the resin and rubber; their value is usually in the range of units to tens of minutes. Gradually increasing the reverse current leads very often to complete destruction of the component.
Uvedené nevýhody odstraňuje způsob repase výkonových polovodičových součástek, kde alespoň část povrchu Si destičky je v přímém styku se zalévací hmotou na bází licí epoxidové pryskyřice, při kterém se výkonová polovodičová součástka ponoří do 0,01 až 0,2 M roztoku uhličitanu draselného při teplotě rovné bodu varu roztoku na dobu 5 až 60 minut, potom následuje rozplavování a ochlazování roztoku přitékající vodou až na teplotu okolí, potom se výkonové polovodičové součástky vyjmou a suší při teplotě 80 až 160 °C po dobu 20 až 60 minut.These drawbacks are overcome by a method of refurbishing power semiconductor devices wherein at least a portion of the Si plate surface is in direct contact with the casting epoxy resin encapsulant, wherein the power semiconductor device is immersed in a 0.01 to 0.2 M potassium carbonate solution at a temperature equal to the boiling point of the solution for 5 to 60 minutes, followed by leaching and cooling the solution by inflowing water to ambient temperature, then the power semiconductor components are removed and dried at 80 to 160 ° C for 20 to 60 minutes.
Vynález umožňuje použití výkonových polovodičových součástek, které byly vyřazeny jako 'neopravitelné zmetky, a tím znehodnocují vložený materiál a práci.The present invention allows the use of power semiconductor devices that have been discarded as irreparable scrap, thereby degrading the embedded material and labor.
Příkladem způsobu repase výkonových polovodičových součástek podle vynálezu je například repase tyristorového modulu zapouzdřeného zalévací hmotou na bázi licí epoxidové pryskyřice vykazujícího nestabilní elektrické vlastnosti při kterém jsou tyto součástky ponořeny do 0,05 M roztoku KgCOj o teplotě okolí. Tato soustava je zahřáta až k bodu varu a při této teplotě udržována po dobu 20 minut. Po uplynutí této doby je roztok s ponořenými moduly rozplavován tekoucí vodou až do ochlazení modulů na teplotu okolí. V následuIfeAn example of a method for refurbishing power semiconductor devices according to the invention is, for example, the refurbishment of a thyristor module encapsulated in a casting epoxy resin casting material exhibiting unstable electrical properties in which they are immersed in a 0.05 M KgCO 3 solution at ambient temperature. The system is heated to the boiling point and maintained at this temperature for 20 minutes. After this time, the solution with submerged modules is washed with running water until the modules have cooled to ambient temperature. In the followingIfe
CS 273406 Bl jícím kroku jsou součástky sušeny při teplotě 125 °C po dobu 30 minut. Dalším příkladem způsobu repase takovýchto součástek jsou tyristorové moduly s nestabilním chováním, které jsou analogicky jako ve výše uvedeném případě, doba varu roztoku však činí 40 minut. V pří pádě, že po kontrolním měření stability závěrných proudů jsou zjištěny součástky s nestabilními vlastnostmi, opakuje se celý postup s varem modulů v roztoku po dobu 20 minut. Jestliže ani potom není dosaženo stability závěrného proudu, jsou její příčiny způsobeny jinými faktory, než vlastnostmi zalévací hmoty.CS 273406 In the blending step, the parts are dried at 125 ° C for 30 minutes. Another example of a process for the refurbishment of such components is unstable thyristor modules, which are analogous to the above, but the boiling time of the solution is 40 minutes. In the case that components with unstable properties are detected after the check of the stability of the reverse currents, the whole procedure is repeated with boiling of the modules in solution for 20 minutes. If the stability of the back flow is still not achieved, its causes are due to factors other than the properties of the encapsulant.
Vynález využívá tří faktorů:The invention utilizes three factors:
- poruchy ve složení a způsobu vytvrzení zalévací hmoty se projeví nedostatečným prostorovým zesítěním molekul a přítomností nerozštěpených koncových skupin s epoxidovým cyklem- defects in the composition and method of curing of the encapsulating compound result in insufficient spatial cross-linking of molecules and the presence of uncleaved end groups with an epoxy cycle
- CH - CH2 - CH - CH 2
- míra zesítění je detakovatelná prostřednictvím pohyblivosti volných iontů v pryskyřici, přičemž s rostoucím zesítěním pohyblivosti klesá;the cross-linking rate is detectable by the mobility of the free ions in the resin and decreases with increasing mobility of the mobility;
- náboj volných, chemicky nevázaných iontů v pryskyřici je schopen v mikroměřítku orientovat koncové radikály polarizovatelných molekul, obdobně jako u solvatace, a tím částečně řešit vliv vnějšího elektrického pole.- the charge of free, chemically unbound ions in the resin is able to orient the terminal radicals of polarizable molecules in a microscale, similar to solvation, and thus partially solve the influence of the external electric field.
Přítomnost iontů v objemu nedostatečně zesítěné pryskyřice, respektive zvýšení jejich koncentrace, vede tedy ve svých důsledcích ke zlepšení časové stability závěrných vlastností součástek. Prakticky lze tohoto zvýšení dosáhnout následujícím způsobem:The presence of ions in the volume of the insufficiently crosslinked resin, or an increase in their concentration, thus results in an improvement in the temporal stability of the closing properties of the components. In practice, this increase can be achieved as follows:
Zapouzdřená součástka je zahřívána ve zředěném vodném roztoku silného elektrolytu. Protože epoxidová pryskyřice, která je v přímém styku s roztokem elektrolytu, má částečně charakter iontoměniče diky přítomnosti skupin 0H2 v pryskyřici, dochází nejprve k adsorpci a následně k difúzi iontů do nedostatečně zesítěné epoxidové pryskyřice. Tomuto procesu napomáhá souběžné štěpení dříve nezreagovaných epoxidových cyklů molekulami vody podle rovnice z°\The encapsulated component is heated in a dilute aqueous solution of a strong electrolyte. As the epoxy resin, which is in direct contact with the electrolyte solution, the ion exchanger is partly character due to the presence of groups 2 0H in the resin is first adsorption and subsequent diffusion of ions into the insufficiently cross-linked epoxy resin. This process is aided by simultaneous cleavage of previously unreacted epoxide cycles by water molecules according to the equation of °
CH - CH2 + H20CH - CH 2 + H 2 O
OHOH
CHCH
OHOH
CH ’ ’ tj. za vzniku silně polarizovatelných skupin OH. Ohřevem se struktura a složení hmoty postupně stabilizují, inkorporované ionty jsou elektrolyticky fixovány ve svých polohách a jejich náboj vede k orientaci dipólů pryskyřice. Polarizační účinek iontů roste s velikostí jejich náboje, fixace iontů je tím pevnější, čím větší jsou iontové poloměry. Po určité době se ustaví rovnovážný stav a další inkorporace iontů je potlačena.CH ’’, i.e., forming highly polarizable OH groups. By heating, the structure and composition of the mass gradually stabilize, the incorporated ions are electrolytically fixed in their positions, and their charge leads to the orientation of the resin dipoles. The polarization effect of ions increases with their charge, and the fixation of the ions is the stronger the greater the ion radii. After some time, the equilibrium is established and further ion incorporation is suppressed.
Konkrétní elektrolyty odzkoušené a pozitivně působící na stabilitu závěrných vlastností : K2G0.j, Ní(N0j)2, NaCl, HC1, HjSO^, KOH. Podobně bude zřejmě působit celá řada dalších, některé je však třeba vyloučit pro korozivní účinky na kovové díly modulů.Specific electrolytes tested and positively affecting the stability of the closure properties: K 2 G 10, Ni (NO 3) 2 , NaCl, HCl, H 2 SO 4, KOH. A number of others are likely to work similarly, but some have to be avoided for corrosive effects on the module metal parts.
Vynálezu je možno použít všude tam, kde výkonové polovodičové systémy jsou zalévány do .epoxidové pryskyřice a kde vinou kvality této zalévací hmoty nebo nedodržením technologického postupu dojde k nestabilitě elektrických závěrných vlastnosti.The invention can be used wherever power semiconductor systems are embedded in an epoxy resin and where, due to the quality of the embedding material or failure to follow the technological process, the electrical shut-off properties become unstable.
CS 273406 Bl iCS 273406 B1 i
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS776788A CS273406B1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Method of encased power semiconductor components re-treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS776788A CS273406B1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Method of encased power semiconductor components re-treatment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS776788A1 CS776788A1 (en) | 1990-07-12 |
| CS273406B1 true CS273406B1 (en) | 1991-03-12 |
Family
ID=5427368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS776788A CS273406B1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Method of encased power semiconductor components re-treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS273406B1 (en) |
-
1988
- 1988-11-25 CS CS776788A patent/CS273406B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS776788A1 (en) | 1990-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5589129A (en) | Method of manufacturing a molding using a filler or an additive concentrated on an arbitrary portion or distributed at a gradient concentration | |
| Dong et al. | Effect of temperature gradient on space charge behavior in epoxy resin and its nanocomposites | |
| Suzuki et al. | Molecular dynamics study of ionic conduction in epoxy resin | |
| CS273406B1 (en) | Method of encased power semiconductor components re-treatment | |
| KR20180088813A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICAL DEVICE COMPRISING COATING MATER | |
| JP4596875B2 (en) | High voltage semiconductor device coated with resin and method for manufacturing the same | |
| JP2017108139A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
| Iizuka et al. | Measurement of space charge distribution in epoxy resin after water absorption treatment | |
| Vissouvanadin et al. | Dielectric and electrical properties of radiation-cured epoxy | |
| CN111058071A (en) | Method for improving interfacial heat conduction between inorganic metal material and high molecular polymer | |
| CN104319313A (en) | A method to prevent potential potential induced degradation of polycrystalline silicon solar cell modules | |
| Wu et al. | The effect of γ-irradiation on the electrical properties of epoxy resin systems | |
| US3894890A (en) | Method for improving the radiation resistance of silicon transistors | |
| Suzuki et al. | Comparative study on ionic conduction of polar and nonpolar polymers using molecular dynamics simulations | |
| Hayase et al. | Polymerization of epoxide with aluminum complex/silanol catalyst. VII. Thermal and electrical properties of epoxy resin cured with the new catalyst | |
| CN104789113B (en) | Organic silicon modified benzoxazine high-voltage motor impregnating varnish and preparation method thereof | |
| CN113061321B (en) | Composite material and preparation method thereof | |
| JPS5999748A (en) | Resin sealed type semiconductor device | |
| Niemi | Self-priming silicone elastomeric coatings for high voltage insulator bodies | |
| KR20180109795A (en) | Conductor making method for gas-insulated switchgear | |
| Fouracre et al. | The effect of gamma-irradiation on the electrical properties of two typical epoxy resin systems | |
| US5022969A (en) | Process for encasing an electronic component | |
| Kuliev et al. | Electric properties of composites filled with disperse oxides | |
| Wang et al. | Research on Temperature Characteristics of Space Charge Distribution in Epoxy Composites for HVDC GIL | |
| Liang et al. | Electrically induced linear locomotion of polymer gel in air |