CN103146340B - 低粘度高导热型有机硅电子灌封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低粘度高导热型有机硅电子灌封胶及其制备方法。采用高、低粘度混合而成的乙烯基聚二甲基硅氧烷，添加1-5μm粒径的氧化铝为导热填料，进一步在基料体系中加入铝酸酯、KH570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）和KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）组合而成的复配型偶联剂，以及三聚氰胺氰脲酸盐、氢氧化铝组合而成的复配型阻燃剂，按照合适的配比来制备电子灌封胶。制得的灌封胶不仅具有高热导率，达到2.5～3.0W·m^-1·K^-1，而且粘度较低，为2000～3000mPa·s，流动性很好，阻燃效果佳，生产成本低。

Description

低粘度高导热型有机硅电子灌封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子灌封胶技术领域，尤其涉及一种低粘度高导热型有机硅电子灌封胶及其制备技术。

背景技术

电子元器件、大型集成电路板、LED等高科技领域目前逐渐实现高性能、高可靠性和小型化，因其工作环境较为苛刻，对于电子灌封胶的要求也必然较高，要求其不但具有优良的耐高低温性能、机械力学性能、电绝缘性能，同时还要具备较好的导热性能、阻燃性能和流动性。目前使用的灌封材料以环氧树脂、聚氨酯和硅橡胶等的应用较为广泛。硅橡胶因其可在很宽的温度范围内长期保持弹性，且具有良好的电气性能和化学稳定性能，可作为电子电气组装件灌封的首选材料。但典型未填充的硅橡胶其导热性能差，导热系数只有0.2W·m^-1·K^-1左右，用作灌封胶，往往导致电子设备所产生的热量无法及时散发出去，极大地影响了电子元器件的可靠性和寿命。

目前，在提高导热性能方面，一般是向硅橡胶中填充绝缘性能良好的导热填料，如氧化铝、碳化硅晶须、氮化硼等，但一般导热填料的使用量较大，所用的填料价格昂贵，且导热率一般都难以突破1.5W·m^-1·K^-1，或者虽可制得导热率稍好的电子灌封胶，但粘度却往往会大幅增加，使得灌封胶的流动性差，不仅影响使用，而且在生产中脱泡所需的能耗也很大。

公开号为CN102337033A的中国专利申请公开了一种加成型高导热有机硅电子灌封胶，其采用的导热填料为球形氧化铝、氮化硼、碳化硅晶须混合合成，采用这种导热填料可制备导热率1.0W·m^-1·K^-1的灌封胶，但这种导热填料所用的碳化硅晶须、氮化硼均较昂贵，增加了成本。公开号为CN101402798B的中国专利申请公开了一种电子用导热阻燃液体硅橡胶，虽然具有较高的热导率（导热率1.5～2.5W·m^-1·K^-1），但其粘度达到了10000mPa·s以上，流动性较差，难以施胶。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，提供一种低粘度高导热型有机硅电子灌封胶及其制备方法，其特点是该灌封胶不仅具有高热导率，达到2.5～3.0W·m^-1·K^-1，而且粘度较低，为2000～3000mPa·s，流动性很好，阻燃效果佳，生产成本低。

本发明提供的低粘度高导热型有机硅电子灌封胶的制备方法，包括如下步骤：

1）基料的制备：将乙烯基聚二甲基硅氧烷、粒径1～5μm的氧化铝、阻燃剂加入到真空捏合机中，在110～130℃、真空度0.06～0.1MPa下边搅拌边加入复配型偶联剂，复配型偶联剂加入完毕后，脱水共混2～5h，，冷却后用三辊机研磨1～4次获得基料；原料的重量份数如下：

所述乙烯基聚二甲基硅氧烷为质量比3:2～5的粘度1000mPa·s和200～500mPa·s的乙烯基聚二甲基硅氧烷的组合；

所述阻燃剂为质量比为1:2～5的三聚氰胺氰脲酸盐、氢氧化铝的组合；

所述复配型偶联剂为质量比例0.5～3:2～4:1～3的铝酸酯、KH570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）和KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料，向其中加入含氢量为0.2～1wt%的含氢硅油交联剂和交联抑制剂，搅拌10～60分钟制得A组分，原料的重量份数如下：基料100份；

含氢硅油交联剂0.2～10份；

交联抑制剂0.002～0.01份；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料，向其中加入铂含量为1000～5000ppm的铂催化剂，搅拌10～60分钟制得B组分；所述基料与铂催化剂的重量比为100：0.01～2.0；

4）低粘度高导热型有机硅电子灌封胶的制备：25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡10-25分钟，室温下固化20-30小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。

进一步的，粘度1000mPa·s和200～500mPa·s的乙烯基聚二甲基硅氧烷的乙烯基含量分别为0.5～1.0wt%和0.1～0.5wt%。在基料体系中采用这种乙烯基聚二甲基硅氧烷，更有效的提高灌封胶的力学性能。所述乙烯基聚二甲基硅氧烷为直链型或支链型乙烯基聚二甲基硅氧烷。

优选的，所述氧化铝为球形氧化铝。在灌封胶体系中，采用这种氧化铝对灌封胶的粘度影响小；填料颗粒之间可以堆砌得更紧密，更有利于提高灌封胶的热导率。

所述交联抑制剂为苯基（三甲基丁炔氧基）硅烷、乙烯基（三甲基丁炔氧基）硅烷或苯乙炔中的一种或两种以上的混合物。

所述铂催化剂为氯铂酸的醇溶液或氯铂酸的乙烯基硅氧烷络合物。

步骤4）所制备的低粘度高导热型有机硅电子灌封胶25℃时的粘度为2000～3000mPa·s，热导率为2.5～3.0W·m^-1·K^-1。

本发明还提供一种由上文所述的制备方法制得的低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。

用上述方法制得的低粘度高导热型有机硅电子灌封胶，按GB/T2794-20081995测试粘度，按GB/T528-2009测试拉伸强度及断裂伸长率；按Q/GSSY21-2011测试热导率，按UL94测试阻燃级别。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1）本发明的低粘度高导热有机硅电子灌封胶中，采用高、低粘度混合而成的乙烯基聚二甲基硅氧烷，添加一定粒径的氧化铝为导热填料，进一步在基料体系中加入复配型偶联剂和复配型阻燃剂，按照合适的配比来制备，在确保产品流动性好、力学性能佳的同时，还可使产品的热导率达到2.5～3.0W·m^-1·K^-1。体系中填料之间的距离小，有助于热导率的提高；三种偶联剂发挥协同作用，有效降低导热填料的表面能和表面极性，提高导热填料、阻燃剂及基础硅油之间的相容性，填料颗粒及阻燃剂均可均匀分散、紧密堆砌，体系中形成了非常致密的网络结构，可兼顾高热导率、流动性和力学性能。

2）采用由质量比1:2～5的三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝组成的复配型阻燃剂，二者在基料体系中互相配合，具有协效作用，可以阻燃、消烟；同时在基料体系中可与复配型偶联剂作用，使阻燃填料易于分散，不易出现局部团聚，同时不会增加体系的粘度。所得产品25℃时的粘度为2000～3000mPa·s，该产品具有易脱泡的特点，简化了后续脱泡工艺，易于制备高质量产品，同时施工更方便。

3）本发明采用的一定粒径的氧化铝为导热填料，采用三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝为阻燃剂，具有价廉、毒性低、工艺简单、原料易得的特点，不仅环保、成本低，还能制备出低粘度高导热的产品。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：

1）基料的制备：将100重量份的支链型乙烯基聚二甲基硅氧烷、80重量份的粒径为1.6μm的球形氧化铝、40重量份的阻燃剂加入到真空捏合机中，在110℃、真空度0.06～0.1MPa条件下，边搅拌边向其中滴加0.2重量份的事先用水的乙醇醇溶液稀释的复配型偶联剂，之后脱水共混2小时，冷却后用三辊机研磨3次获得基料；

其中，所述的支链型乙烯基聚二甲基硅氧烷为粘度分别为1000mPa·s（乙烯基含量为0.5wt%）和200mPa·s（乙烯基含量为0.1wt%）的支链型乙烯基聚二甲基硅氧烷按质量比3:2的组合；所述的阻燃剂为质量比为1:2的三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝的组合；所述的复配型偶联剂为质量比0.5:2:1的铝酸酯、KH570和KH550的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入5重量份的含氢量为0.2wt%的含氢硅油交联剂、0.005重量份的交联抑制剂苯乙炔，充分搅拌混合10分钟制得A组分；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入铂含量为1000ppm的氯铂酸的乙烯基硅氧烷络合物0.1重量份，搅拌10分钟制得B组分；

4）25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡20分钟，室温下固化27小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。对其进行性能测试，25℃时的粘度为2000mPa·s，热导率为2.5W·m^-1·K^-1。详细结果见表1所示。

实施例2：

1）基料的制备：将100重量份的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷、200重量份的粒径为5μm的球形氧化铝、100重量份的阻燃剂加入到真空捏合机中，在130℃、真空度0.06～0.1MPa条件下，边搅拌边向其中滴加0.8重量份的事先用水的乙醇醇溶液稀释的复配型偶联剂，之后脱水共混5小时，冷却后用三辊机研磨4次获得基料；

其中，所述的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷为粘度分别为1000mPa·s（乙烯基含量为1.0wt%）和500mPa·s（乙烯基含量为0.5wt%）的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷按质量比3:5的组合；所述的阻燃剂为质量比为1:5的三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝的组合；所述的复配型偶联剂为质量比3:4:3的铝酸酯、KH570和KH550的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入0.2重量份的含氢量为1wt%的含氢硅油交联剂、0.01重量份的交联抑制剂苯基（三甲基丁炔氧基）硅烷，充分搅拌混合60分钟制得A组分；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入铂含量为5000ppm的氯铂酸的乙烯基硅氧烷络合物0.01重量份，搅拌60分钟制得B组分；

4）25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡18分钟，室温下固化26小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。对其进行性能测试，25℃时的粘度为3000mPa·s，热导率为2.7W·m^-1·K^-1。详细结果见表1所示。

实施例3：

1）基料的制备：将100重量份的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷、160份的粒径为3μm的球形氧化铝、70重量份的阻燃剂加入到真空捏合机中，在120℃、真空度0.06～0.1MPa条件下，边搅拌边向其中滴加0.5重量份的事先用水的乙醇醇溶液稀释的复配型偶联剂，之后脱水共混4小时，冷却后用三辊机研磨3次获得基料；

其中，所述的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷为粘度分别为1000mPa·s（乙烯基含量为0.8%）和400mPa·s（乙烯基含量为0.3%）的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷按质量比3:4的组合；所述的阻燃剂为质量比为1:3的三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝的组合；所述的复配型偶联剂为质量比2:3:2的铝酸酯、KH570和KH550的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入6重量份的含氢量为0.3%的含氢硅油交联剂、0.006重量份的交联抑制剂乙烯基（三甲基丁炔氧基）硅烷，充分搅拌混合40分钟制得A组分；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入铂含量为3000ppm的氯铂酸的醇溶液2重量份，搅拌50分钟制得B组分；

4）25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡15分钟，室温下固化25小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。对其进行性能测试，25℃时的粘度为2400mPa·s，热导率为3.0W·m^-1·K^-1。详细结果见表1所示。

实施例4：

1）基料的制备：将100重量份的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷、100份的粒径为1μm的球形氧化铝、80重量份的阻燃剂加入到真空捏合机中，在120℃、真空度0.06～0.1MPa条件下，边搅拌边向其中滴加0.7重量份的事先用水的乙醇醇溶液稀释的复配型偶联剂，之后脱水共混4小时，冷却后用三辊机研磨3次获得基料；

其中，所述的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷为粘度分别为1000mPa·s（乙烯基含量为0.8%）和400mPa·s（乙烯基含量为0.3%）的直链型乙烯基聚二甲基硅氧烷按质量比3:5的组合；所述的阻燃剂为质量比为1:3的三聚氰胺氰脲酸盐和氢氧化铝的组合；所述的复配型偶联剂为质量比2:3:2的铝酸酯、KH570和KH550的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入5重量份的含氢量为0.6%的含氢硅油交联剂、0.006重量份的交联抑制剂乙烯基（三甲基丁炔氧基）硅烷，充分搅拌混合60分钟制得A组分；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料100重量份，向其中加入铂含量为3000ppm的氯铂酸的醇溶液2重量份，搅拌50分钟制得B组分；

4）25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡18分钟，室温下固化23小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。对其进行性能测试，25℃时的粘度为2700mPa·s，热导率为2.8W·m^-1·K^-1。详细结果见表1所示。

表1

从上文可知，采用本发明的制备方法，导热填料用量不大，且仅采用价格低廉的氧化铝为导热填料，就可制得低粘度、高导热的电子灌封胶，且力学性能优良，阻燃效果好。

Claims (7)

1.一种低粘度高导热型有机硅电子灌封胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）基料的制备：将乙烯基聚二甲基硅氧烷、粒径1～5μm的氧化铝、阻燃剂加入到真空捏合机中，在110～130℃、真空度0.06～0.1MPa下边搅拌边加入复配型偶联剂，复配型偶联剂加入完毕后，脱水共混2～5h，冷却后用三辊机研磨1～4次获得基料；原料的重量份数如下：

所述乙烯基聚二甲基硅氧烷为质量比3:2～5的粘度1000mPa·s和200～500mPa·s的乙烯基聚二甲基硅氧烷的组合；

所述阻燃剂为质量比为1:2～5的三聚氰胺氰脲酸盐、氢氧化铝的组合；

所述复配型偶联剂为质量比例0.5～3:2～4:1～3的铝酸酯、KH570和KH550的组合；

2）A组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料，向其中加入含氢量为0.2～1wt%的含氢硅油交联剂和交联抑制剂，搅拌10～60分钟制得A组分，原料的重量份数如下：

基料100份；

含氢硅油交联剂0.2～10份；

交联抑制剂0.002～0.01份；

3）B组分的制备：25℃下，取步骤1）制得的基料，向其中加入铂含量为1000～5000ppm的铂催化剂，搅拌10～60分钟制得B组分；所述基料与铂催化剂的重量比为100：0.01～2.0；

4）有机硅电子灌封胶的制备：25℃下，取等重量的步骤2）制得的A组分和步骤3）制得的B组分混合均匀，真空脱泡10-25分钟，室温下固化20-30小时，即制得低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，粘度1000mPa·s和200～500mPa·s的乙烯基聚二甲基硅氧烷的乙烯基含量分别为0.5～1.0wt%和0.1～0.5wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝为球形氧化铝。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联抑制剂为苯基（三甲基丁炔氧基）硅烷、乙烯基（三甲基丁炔氧基）硅烷或苯乙炔中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂催化剂为氯铂酸的醇溶液或氯铂酸的乙烯基硅氧烷络合物。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4）所制备的有机硅电子灌封胶25℃时的粘度为2000～3000mPa·s，热导率为2.5～3.0W·m^-1·K^-1。

7.一种由权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的低粘度高导热型有机硅电子灌封胶。