CN103435971B - 一种igbt绝缘基板用高导热环氧树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及一种IGBT绝缘基板用高导热环氧树脂的制备方法，它包括，采用BN粒子的高导热性，将微米级BN颗粒加入环氧树脂中，经过一系列的混合加工处理工序，形成稳定的复合材料。添加BN颗粒可以在环氧基体内部形成导热通道，从而提高整个复合材料的导热性能，本专利将验证复合材料的导热性能，并对新型复合材料耐放电侵蚀性能进行测试。

Description

一种IGBT绝缘基板用高导热环氧树脂的制备方法
技术领域
本发明涉及微纳米复合材料制备方法领域，尤其涉及新型基于高导热无机颗粒的环氧树脂制备方法。
背景技术
近几年来，电力电子器件的发展日新月异，特别是大功率电子电子的稳定性和使用寿命受到了工业界和学术界的广泛关注。IGBT等大功率电力电子器件的制造工艺和使用环境受到了极大的挑战。然而我国在电力电子器件的绝缘领域里，无论是制造工艺还是绝缘的新生替代产品的研究仍然是跟随着发达国家的脚步。对于IGBT的基板绝缘，采用环氧树脂替代氧化铝陶瓷作为基板绝缘材料，主要的原因在于环氧树脂相对陶瓷材料具有以下几个优点：(1)制备较简单，不需要复杂的工艺就可以在任何模型下固化成型；(2)具有优异的粘结强度，与金属粘连性好，并且它的柔韧性好不易脆裂；(3)环氧树脂的价格相对陶瓷材料要便宜很多。因此环氧树脂作为电力电子器件的基板绝缘材料具有很大的前景。然而，在使用环氧树脂作为大功率电力电子器件绝缘材料的过程中，需要解决以下关键问题：(1)导热性能是大功率电力电子器件绝缘基板要考虑的重大问题。在电力电子器件长期工作的情况下，绝缘上的覆铜板将会产生较高的温度，这使得作为基板绝缘的材料必须具有很好的导热性能；(2)敷铜板边缘电场较集中的位置会发生局部放电或电晕放电现象，这些放电将会长时间的侵蚀绝缘基板，因此绝缘基板必须具备一定的耐电老化侵蚀能力。
按材料制备工艺将导热绝缘高分子大致分为本体型导热绝缘高分子和填充型导热绝缘高分子。本体导热绝缘高分子是在材料合成及成型加工过程中通过改变材料分子和链节结构获得特殊物理结构，从而获得导热性能；填充型是在普通高分子中加入导热绝缘填料，通过一定方式复合而获得导热性能。纯环氧热导率很低，本体高分子材料制备工艺繁琐，难度大，成本高。目前制备导热绝缘聚合物主要采用导热绝缘填料如AlN、SiC、BN、Al2O3等填充聚合物，通过物理共混赋予聚合物以导热性能，此法制得的高分子材料价格低廉，加工容易，成本低，经适当工艺处理可用于某些特殊领域，可进行工业化生产，是目前国内外该类材料主要制备方法。本发明将采用溶液混合和直接共混溶液法来实现高导热环氧树脂的制备。借助于高速搅拌设备或超声波分散设备来均匀分散导热微米填料，复合效果受到微米粉体的粒径大小和表面活性及粒子间的物理作用力、纳米粒子与高聚物分子问作用力、高聚物粒度和复合工艺等因素制约，该法简便、经济、直观，具有较强的实用性。
目的
本发明的目的在于提供一种IGBT绝缘基板用高导热环氧树脂的制备方法。
技术方案
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用BN粒子的高导热性，将微米级BN颗粒加入环氧树脂中，经过一系列的混合加工处理工序，形成稳定的复合材料。添加BN颗粒可以在环氧基体内部形成导热通道，从而提高整个复合材料的导热性能，本专利将验证复合材料的导热性能，并对新型复合材料的耐放电侵蚀性能进行测试。
有益效果
本发明的优点和有益效果：
①显著提高环氧树脂的导热性能，使环氧树脂满足IGBT绝缘基板的散热要求；
②显著提高高导热环氧复合材料的耐放电侵蚀能力，保证新型材料在IGBT上安全可靠使用。
附图说明
图1高导热环氧树脂材料的断面扫描电子显微镜图；
图2不同质量分数试样的热导率；
图3相同的放电情况下，不同试样表面的等温线分布图；
最佳实施方式
基于氮化硼导热颗粒的环氧树脂复合材料的制备方法，其具体包括以下步骤.
(a)首先将乙醇、水按照93ml∶3ml-97ml∶7ml的比例混合，然后加入三乙醇胺溶解制得三乙醇胺水溶液，然后将悬浮液采用冷凝回流的方式在45℃下搅拌3h，是表面活性剂与BN颗粒充分结合。所述的三乙醇胺的用量为氮化硼纳米颗粒质量的0.8-1.2％，所述的氮化硼纳米颗粒的粒径为5um；
(b)用超声波清洗器对温度控制在48-50℃的第一混合液进行分散振动30-60分钟，对所述的分散好的溶液过滤，进行烘干研磨得到改性后的氮化硼导热颗粒；
(c)将不同质量分数改性后的氮化硼导热颗粒加入到球磨机中分散20-25min。
(d)将99％以上的高纯度环氧树脂、质量为1/3环氧树脂溶液的低分子量聚酰胺树脂固化剂加入到球磨机中进行高速离心分散，分散时间为30-35min。
(e)将球磨机中的混合物倒入放有离型纸的模具中成片。
(f)将模具放入到热压成型机中脱气三次，脱气过程中热压成型机保持70-72℃的预干燥2小时。
(g)继续加温145-150℃固化3小时，同时将热压成型机压力维持在30MPa。
(h)取出模具，在室温条件下静止4-6小时后打开模具，即得到成型后的高导热环氧树脂复合材料。

Claims (1)

1.一种基于氮化硼导热颗粒的环氧树脂复合材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
(a)首先将乙醇、水按照93ml∶3ml-97ml∶7ml的比例混合，然后加入三乙醇胺溶解制得三乙醇胺水溶液，将氮化硼颗粒加入到三乙醇胺水溶液中得到悬浮液，然后将悬浮液采用冷凝回流的方式在45℃下搅拌3h，使表面活性剂与氮化硼颗粒充分结合，所述的三乙醇胺的用量为氮化硼颗粒质量的0.8-1.2％，所述的氮化硼颗粒的粒径为5μm；
(b)用超声波清洗器对温度控制在48-50℃的第一混合液进行分散振动30-60分钟，对所述的分散好的溶液过滤，进行烘干研磨得到改性后的氮化硼导热颗粒；
(c)将不同质量分数改性后的氮化硼导热颗粒加入到球磨机中分散20-25min；
(d)将99％以上的高纯度环氧树脂、质量为1/3环氧树脂溶液的低分子量聚酰胺树脂固化剂加入到球磨机中进行高速离心分散，分散时间为30-35min；
(e)将球磨机中的混合物倒入放有离型纸的模具中成片；
(f)将模具放入到热压成型机中脱气三次，脱气过程中热压成型机保持70-72℃的预干燥2小时；
(g)继续加温145-150℃固化3小时，同时将热压成型机的压力维持在30MPa；
(h)取出模具，在室温条件下静置4-6小时后打开模具，即得到成型后的高导热环氧树脂复合材料。
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