CN102079958A - 一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料制备技术领域，特别涉及一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂及其制备方法。本发明将环氧树脂、环氧韧性改性剂混合，混合的方式是机械搅拌，搅拌速率为1500转/分，时间为20分钟，然后在搅拌状态下向其中加入金刚石导热填料、填料表面改性剂、稀释剂，添加结束后继续搅拌15分钟，待混合均匀后向混合物中加入固化剂及固化促进剂，机械搅拌5分钟后将混合物转入高速剪切混合机中进行混合，混合速率为2000转/分，时间为30s，重复在高速剪切混合机中的混合过程3次得到混合均匀的胶状物即为导热胶粘剂。本发明制备的导热胶粘剂导热率更高，为10-16w/(m.k)，并能提高的胶的剪切强度。<u/>
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，特别涉及一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂及其制备方法。
背景技术
随着大规模集成电路和封装技术的发展，热散逸和热应力在许多微电子和光电封装应用中是关键的问题，如果热量来不及散除将导致元器件工作温度升高，严重时还会使电子元器件失效，直接影响到使用它们的各种高精密度设备的寿命和可靠性；传统的散热材料如金属、陶瓷等，具有比重大、难加工、电绝缘性差、难于加工成型、无法适应不同形状导热界面的缺点，限制了其在特定领域的应用，由于胶黏剂自身的热导热率低、导热性能不好，所以如何提高胶黏剂的高导热率性能越来越受到重视。
电子和光电热控材料的关键要求：（1）高导热性；（2）尽可能减小影响对可靠性和CTE（与广泛用于电绝缘器的陶瓷、半导体硅等相近）的热应力，陶瓷和半导体的CTE范围是2-7ppm/K，铜有较高的导电系数（400W/m.K），但它的CTE为17ppm/K，会引起热应力相关的问题，如焊接接头破坏和变形，铝合金有铜的一半导热性，其CTE更高，传统低CTE材料可追溯至20世纪中期，具有较高的密度和导热性，但不高于铝，金刚石具有较低的CTE，其导热性高于铜和钨，而且密度更低。
金刚石是一种独特的晶体,是地球上最硬的结构材料，同时具有优异的光、电、热性能，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点，金刚石具有很高的热导率，高达126W/(cm.K)，是铜的热导率的五倍，金刚石的比热很高，在室温下可达到515J/(kg.K)，德拜温度为2000K，具有快速的热扩散性，是非常好的导热填料，同时金刚石的优良抗蚀性能大大的提高了导热胶的最高使用温度，因此可以采用金刚石作为导热填料制备胶黏剂，吕勇，罗世勇等. 金刚石粉/环氧树脂胶粘剂的制备和导热性能[J].化工新型材料，2009，37（10）：66-67中公开了一种采用金刚石作为导热填料制备的胶黏剂，当金刚石粉末体积分数为44.7%时，其导热系数为5 W/ m.K，采用的金刚石粉末粒径为5～20μm，并指出大粒径金刚石粉末更有利于胶黏剂热导率提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂及其制备方法，其导热率更高10-16w/(m.k)，采用的金刚石粉末粒径恰恰相反，为1~5μm，并能提高的胶的剪切强度。
本发明的导热胶胶粘剂，组分按照重量份数计算，组成如下：
环氧树脂 100
环氧树脂韧性改性剂 50～80
固化剂 7~15
固化促进剂 2～3
导热填料 100～180
稀释剂 160～200
填料表面改性剂 10～15
上述试剂均没有经过纯化处理。
本发明中使用的较好环氧树脂是从双酚F和表氯醇衍生的一种固体或液体环氧树脂，该环氧树脂每个分子平均有1~11个羟基加上末端环氧基，该导热胶中可以采用的一种树脂实例是一种环氧树脂例如HEXION公司销售的EPIKOTE RESIN862。
该导热胶中可以采用各种固化促进剂，包括4,4’亚甲基双（苯基-二甲脲），苯基-二甲脲，二乙基四甲基咪唑，甲基咪唑，端叔胺超支化聚合物或上述物质的混合物，考虑到胶的室温存放期以及固化速度等因素，使用效果较好的是4,4’亚甲基双（苯基-二甲脲） U－405M（深圳佳迪达化工有限公司）。
该导热胶中采用的固化剂为甲基四氢苯酐和甲基六氢苯酐中的一种或其混合物。
稀释剂实质上用来溶解该树脂体系和调整该胶粘剂的粘度，以期制作最适合于在基材上进行丝网印刷的导热胶，可以采用的稀释剂包括二丙二醇甲醚、乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮、环己酮、二甘醇一乙醚乙酸酯、二甘醇一丁醚乙酸酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，新戊二醇二缩水甘油醚、1，4丁二醇二缩水甘油醚或上述物质的混合物。
填料表面改性剂包括磷酸酯、钛酸盐、氢醌、十六烷基三甲氧基溴化胺和十二烷基苯磺酸钠的其中一种或两种以上的混合物，效果最明显的是十六烷基三甲氧基溴化胺。
环氧树脂韧性改性剂的作用是用来对较脆的环氧树脂体系进行增韧，提高导热胶的耐冲击及碰撞性能，可以采用的环氧树脂韧性改性剂包括：以甲基丙烯酸甲酯为壳，聚丁二烯为核的核壳结构橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、聚酰亚胺醚或上述物质的混合物，效果最好的核壳结构橡胶增韧剂，采用核壳结构橡胶增韧后的环氧胶粘剂玻璃化转变温度没有显著下降，对导热胶的耐热性能没有任何损坏，比较典型的产品是MX125（日本KANEKA化学公司）。
本发明的积极进步效果在于：
（1）所述的电子封装导热胶具有导热率高、粘结强度高、成本低等优点；
（2）采用新型的金刚石粉末作为填料，解决了传统导热胶中填料含量过高，粘结强度差等缺点；
（3）本发明的制备方法简单，原材料易得，制备条件不苛刻。
具体实施方式
本发明可以进一步通过如下的实施例进行描述。
实施例1~11
按表1中给出的质量配制胶体，具体制备过程为：将环氧树脂、环氧韧性改性剂混合，混合的方式是机械搅拌，搅拌速率为1500转/分，时间为20分钟，然后在搅拌状态下向其中加入金刚石导热填料、填料表面改性剂、稀释剂，添加结束后继续搅拌15分钟，待混合均匀后向混合物中加入固化剂及固化促进剂，机械搅拌5分钟后将混合物转入高速剪切混合机中进行混合，混合速率为2000转/分，时间为30s，重复在高速剪切混合机中的混合过程3次得到混合均匀的胶状物即为导热胶粘剂。
粘结强度按照JISK6580(日本工业标准)制备，以铝板为基板，样品采用单面搭接试片，L=12.5mm 
0.5mm，B=25mm
0.5mm，施加载荷的速度规定在4.9KN/min以下，粘结强度
以破坏负荷
计算得到，
=，粘结强度的测试在微机控制电子万能试验机（深圳市瑞格尔仪器有限公司，规格10kN，准确等级0.5级）上进行。
导热胶热导率的测试样品的制备如：在一块厚度为2mm的聚四氟乙烯板材上钻5个直径为15mm的孔，将四氟乙烯板放置在垫有一层油面纸的金属板上，然后将制备好的胶体浇注在这些孔里面，将浇注好的板移至抽真空装置中进行真空脱泡处理，然后在聚四氟乙烯板上盖上一层油面纸，再加上一块金属，烘箱中加热到150℃固化，固化时间1h，固化过程结束后取出小圆片。导热率的测试按照标准ASTM D5470-2006在DRL－III型导热仪上进行，导热胶的导热率为5个测试样品的平均值。
表一：
* 实施例1，5，8中采用的金刚石粒径为3μm，实施例2，7，11中采用金刚石粒径为1μm，实施例3，4，9，10中采用金刚石粒径为5μm，实施例6中采用金刚石粒径为4μm。
表二：
Claims (10)
1.一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，组分按照重量份数计算，组成如下：
环氧树脂 100
环氧树脂韧性改性剂 50～80
固化剂 7~15
固化促进剂 2～3
导热填料 100～180
稀释剂 160～200
填料表面改性剂 10～15。
2.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述环氧树脂是从双酚F和表氯醇衍生的一种固体或液体环氧树脂，该环氧树脂每个分子平均有1~11个羟基加上末端环氧基。
3.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述固化促进剂为4,4’亚甲基双（苯基-二甲脲），苯基-二甲脲，二乙基四甲基咪唑，甲基咪唑，端叔胺超支化聚合物或上述物质的混合物。
4.如权利要求3所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述固化促进剂为是4,4’亚甲基双（苯基-二甲脲）。
5.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述固化剂为甲基四氢苯酐和甲基六氢苯酐中的一种或其混合物。
6.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述稀释剂为二丙二醇甲醚、乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮、环己酮、二甘醇一乙醚乙酸酯、二甘醇一丁醚乙酸酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，新戊二醇二缩水甘油醚、1，4丁二醇二缩水甘油醚或上述物质的混合物。
7.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述填料表面改性剂为磷酸酯、钛酸盐、氢醌、十六烷基三甲氧基溴化胺和十二烷基苯磺酸钠的其中一种或两种以上的混合物。
8.如权利要求7所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述填料表面改性剂为十六烷基三甲氧基溴化胺。
9.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂，其特征在于：所述环氧树脂韧性改性剂为以甲基丙烯酸甲酯为壳，聚丁二烯为核的核壳结构橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、聚酰亚胺醚或上述物质的混合物。
10.如权利要求1所述的一种填充金刚石各向同性高性能导热胶黏剂的制备方法，其特征在于：将环氧树脂、环氧韧性改性剂混合，混合的方式是机械搅拌，搅拌速率为1500转/分，时间为20分钟，然后在搅拌状态下向其中加入金刚石导热填料、填料表面改性剂、稀释剂，添加结束后继续搅拌15分钟，待混合均匀后向混合物中加入固化剂及固化促进剂，机械搅拌5分钟后将混合物转入高速剪切混合机中进行混合，混合速率为2000转/分，时间为30s，重复在高速剪切混合机中的混合过程3次得到混合均匀的胶状物即为导热胶粘剂。
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