CN104762057A - 一种有机硅电子封装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机硅电子封装材料及其制备方法，所述有机硅电子封装材料包括：甲基封端聚二甲基硅氧烷、增塑剂、无机填料、有机填料、阻燃助剂、功能助剂、交联剂、催化剂和豁免型挥发性有机溶剂，将聚二甲基硅氧烷与有机填料在高速搅拌混合分散均匀；无机填料预先进行高温烘烤后加入，搅拌分散，然后添加增塑剂再次进行高速搅拌分散均匀；加入阻燃助剂、粘接助剂速搅拌分散，加入交联剂分散，然后加入催化剂在低速搅拌分散，加入溶剂调整粘度，继续分散，抽真空出料即得产品。本发明有机硅电子封装材料对PC、PTFE、不锈钢和铝材粘接性能好，使用豁免型挥发性有机溶剂制备，绿色安全，并具备良好的贮存稳定性、耐温性和优异的电性能。

Description

一种有机硅电子封装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子密封材料技术领域，尤其涉及一种有机硅电子封装材料及其制备方法。

背景技术

溶剂型单组分有机硅电子封装材料，可超薄涂覆，用于产品的防潮、防霉变、防盐雾（三防）等绝缘和保护。可用浸渍、涂刷、喷涂的方式形成表面保护膜，固化后具有离子不纯物极少，与器件和引线框架的粘接强度高，吸水性和透湿率低，内部应力和成形收缩率小，热膨胀系数小，成形时间短和脱模性好，阻燃性能良好等性能，主要用于微电子封装领域的集成电路涂覆保护。

目前，现有技术溶剂型单组分有机硅电子封装材料一般是使用甲苯或者二甲苯之类的溶剂，在生产和使用的过程中容易造成污染，对人体和环境产生危害。另外，为了实现阻燃效果，单组分有机硅电子封装材料一般采用在胶料配方中添加极少量能够抑制聚有机硅氧烷分解气化的铂化合物，或者添加受热能产生使火焰自熄气体的无机填料如碳酸锌、碳酸镁和氢氧化铝等或者添加一些有机卤素及磷化合物等，以实现阻燃效果。然而，铂化合物的使用会对胶料中其他添加组分造成限制，无机填料由于使组分分解产生气体，从而影响胶料的存储稳定性，且与有机硅涂敷液基料的相容性较差、分散困难，容易造成局部粘接失效，部分有机卤素化合物因为环保的要求而受到限制，有机磷化合物容易对集成电路板的某些金属裸露元件造成腐蚀失效，因此现有技术溶剂型单组分有机硅电子封装材料的环保、阻燃及使用效果并不理想。尤其是，近年来快速发展的高精密微电子封装行业，不仅对单组分有机硅电子封装材料的环保性能和阻燃体系提出了更高的要求，而且需要具有透明性对某些难粘接材料也能够实现粘接稳定。因此，迄今为止，如何使用环保型溶剂配制单组分有机硅电子封装材料，并实现优异透明阻燃性和普遍粘接性一直是有机硅行业难以突破、却又迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用豁免型挥发性有机溶剂配制，且能够满足多种基材粘接效果的阻燃透明有机硅电子封装材料。本发明的另一目的在于提供上述有机硅电子封装材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种有机硅电子封装材料，由以下组分及重量份配比组成：

甲基封端聚二甲基硅氧烷········40～60

增塑剂·························5～10

无机填料······················15～25

有机填料······················10～20

阻燃助剂·······················1～5

粘接助剂 ·······················2～5

交联剂························1.0～1.8

催化剂······················· 0.8～2.0

豁免型挥发性有机溶剂 ··········30～40。

进一步的，本发明所述聚二甲基硅氧烷的粘度为1000～10000cps。

进一步的，本发明所述增塑剂为二甲基硅油、八甲基三硅氧烷中的一种或其组合。优选地，所述增塑剂为二甲基硅油，所述二甲基硅油的粘度为100～500cps。

进一步的，本发明所述无机填料为气相二氧化硅。

进一步的，所述有机填料为甲基MQ硅树脂。

进一步的，本发明所述阻燃助剂为聚硼硅烷和环氮化合物的复配物，聚硼硅氧烷和环氮化合物的重量份配比为1~2:3；优选的，聚硼硅氧烷和环氮化合物的重量份配比为2:3。

进一步的，本发明所述粘接助剂为有机金属螯合物或/和硼酸酯化合物与异丙氧基硅烷偶联剂的复配物，优选的，异丙氧基硅烷偶联剂和有机金属螯合物的重量份配比为1~2: 0.5~1；异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物的重量份配比为1~2: 0.5~2。进一步优选的，异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物的重量份配比为2:2。所述有机金属螯合物为有机金属（Al、Fe、Cu、Zr、Ti）螯合物。

进一步的，本发明所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种或其组合。

进一步的，本发明所述催化剂为二烷基锡双（β-二酮酯）、多烷氧基型钛酸酯中的一种或其组合。

进一步的，本发明所述豁免型挥发性有机溶剂为六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷中的一种或其组合。

本发明采用聚硼硅烷和环氮化合物组成的复配阻燃剂，其中聚硼硅烷中的反应性基团通过交联、接枝、缩合等方式而结合入聚二甲基硅氧烷基体中，与基料的相容性较好，利于分散而具有高透明性，能够防止其迁移至被阻燃材料的表面，而且还能够改善材料表面的光滑性。阻燃剂中环氮化合物的氮元素通过含氮链段脱氢而形成的氮硅硼杂环促成了釉质炭层的形成，可抑制已生成的炭层的热氧化降解反应，阻止了焦化炭的质量损失，从而增加了炭层的热稳定性，燃烧时生烟量少，腐蚀性气体少。

本发明采用异丙氧基硅烷偶联剂、有机金属螯合物和硼酸酯化合物复配的增粘功能助剂，其中有机金属螯合物、硼酸酯化合物能够促进异丙氧基硅烷偶联剂水解，使得羟基的活性增大，加速与涂覆基材的化学浸润及化学反应，从而实现较好的粘接性。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述有机硅电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：

a. 将聚二甲基硅氧烷与有机填料在100～140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 无机填料预先在120～150℃下烘烤1h后分3～5次加入，搅拌分散20～35min，然后添加增塑剂，在100～140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入阻燃助剂、粘接助剂，在70～100r/min下中速搅拌分散20～30min，加入交联剂分散10～15min；

d. 然后加入催化剂在30～45r/min下低速搅拌分散15～20min，加入豁免型挥发性有机溶剂调整粘度，继续分散10～15min，抽真空出料即得产品。

本发明制备方法中，各助剂主要在加工生产的后期加入，为的是保证各种助剂的有效成分不会挥发失效，并能够让主料分散均匀，从而保证本发明有机硅电子封装材料的力学性能和粘接效果。

本发明具有以下有益效果：

(1) 本发明为单组份脱醇型有机硅电子封装材料，对聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚四氟乙烯（PTFE）、不锈钢和铝材粘接性能好，固化后具有良好的贮存稳定性、耐温性和优异的电性能。采用聚硼硅烷和环氮化合物复配阻燃剂，阻燃性能可以达到UL-94 V-0级别。本发明复配阻燃剂不会对胶料中其他添加组分造成限制，也不会影响胶料的存储稳定性，阻燃效果好，对环境友好，燃烧时不会释放有毒气体和烟尘。

(2) 与现有技术相比，本发明使用的硅-氮复配体系，与有机硅基料相容性好，固化后不会影响电子封装材料的透明性，透光率≥92%。

(3) 与现有技术相比，本发明使用的豁免性挥发性有机溶剂是环保的，它们在空气中的有效期为10~30天之间，最终的氧化分解物是二氧化碳、硅酸和水。由于它们在空气中只有极短的半生期，因此不会产生烟雾或造成臭氧损耗，也不会对全球变暖造成大的影响。

(4) 与现有技术相比，本发明使用有机金属螯合物、硼酸酯化合物与含异丙氧基硅烷偶联剂复配使用，能够实现电子工业中各类高分子材料和金属材料的粘接强度要求，完全可以满足各类需要在户外或者水下等恶劣条件中使用的电路板涂覆保护和对各类特殊材质进行三防保护的要求。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例一：

本实施例有机硅电子封装材料，由以下组分及重量份配比组成：

甲基封端聚二甲基硅氧烷（1000cps）············40

二甲基硅油（100cps）························ 10

气相二氧化硅································15

甲基MQ硅树脂······························20

聚硼硅烷·····································1

环氮化合物··································· 3

异丙氧基硅烷偶联剂··························· 2

有机金属（Al）螯合物·························0.5

甲基三甲氧基硅烷·····························1

二烷基锡双（ß-二酮酯）························0.8

六甲基二硅氧烷·······························30

本实施例有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在100r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在120℃下烘烤1h后分3次加入，搅拌分散20min，然后添加二甲基硅油，在140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和有机金属螯合物复配物，在70r/min下中速搅拌分散20min，加入甲基三甲氧基硅烷分散10min；

d. 然后加入二烷基锡双（ß-二酮酯）在30r/min下低速搅拌分散15min，加入六甲基二硅氧烷调整粘度，继续分散10min，抽真空出料即得产品。

实施例二：

本实施例有机硅电子封装材料，由以下组分及重量份配比组成：

甲基封端聚二甲基硅氧烷 (10000cps) ············60

二甲基硅油 (200cps) ························10

气相二氧化硅······························25

甲基MQ硅树脂····························15

聚硼硅烷··································1.5

环氮化合物·································3

异丙氧基硅烷偶联剂·························1

硼酸酯化合物·······························2

甲基三乙氧基硅烷··························1.8

多烷氧基型钛酸酯··························2.0

八甲基三硅氧烷····························40

本实施例溶剂型有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在150℃下烘烤1h后分4次加入，搅拌分散35min，然后添加二甲基硅油，在140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物复配物，在100r/min下中速搅拌分散30min，加入甲基三乙氧基硅烷分散15min；

d. 然后加入多烷氧基型钛酸酯在45r/min下低速搅拌分散20min，加入八甲基三硅氧烷调整粘度，继续分散15min，抽真空出料即得产品。

实施例三：

本实施例有机硅电子封装材料，其组成与实施例一不同之处在于：

聚硼硅烷·············1.5

环氮化合物···········3

异丙氧基硅烷偶联剂······2

有机金属（Fe）螯合物····1

本实施例溶剂型有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在140℃下烘烤1h后分5次加入，搅拌分散35min，然后添加二甲基硅油，在100r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和有机金属螯合物复配物，在70r/min下中速搅拌分散20min，加入甲基三甲氧基硅烷分散10min；

d. 然后加入二烷基锡双（ß-二酮酯）在45r/min下低速搅拌分散20min，加入六甲基二硅氧烷调整粘度，继续分散10min，抽真空出料即得产品。

实施例四：

本实施例有机硅电子封装材料，其组成与实施例一不同之处在于：

聚硼硅烷····················2

环氮化合物 ··················3

含异丙氧基硅烷偶联剂·········2

有机金属螯合物（Cu）··········1

本实施例溶剂型有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在150℃下烘烤1h后分4次加入，搅拌分散35min，然后添加二甲基硅油，在140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物复配物，在100r/min下中速搅拌分散30min，加入甲基三乙氧基硅烷分散15min；

d. 然后加入二烷基锡双（ß-二酮酯）在45r/min下低速搅拌分散20min，加入六甲基二硅氧烷调整粘度，继续分散15min，抽真空出料即得产品。

实施例五：

本实施例有机硅电子封装材料，其组成与实施例二不同之处在于：

聚硼硅烷················1

环氮化合物··············3

异丙氧基硅烷偶联剂········ 2

硼酸酯化合物 ·············0.5

本实施例有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在130℃下烘烤1h后分3次加入，搅拌分散35min，然后添加二甲基硅油，在140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物复配物，在80r/min下中速搅拌分散30min，加入甲基三乙氧基硅烷分散15min；

d. 然后加入多烷氧基型钛酸酯在40r/min下低速搅拌分散20min，加入八甲基三硅氧烷调整粘度，继续分散10min，抽真空出料即得产品。

实施例六：

本实施例有机硅电子封装材料，其组成与实施例二不同之处在于：

聚硼硅烷··············2

环氮化合物 ············3

异丙氧基硅烷偶联剂 ·······2

硼酸酯化合物············2

本实施例粘接性有机硅电子封装材料的制备方法如下：

a. 将甲基封端聚二甲基硅氧烷与甲基MQ硅树脂在100r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 气相二氧化硅预先在130℃下烘烤1h后分5次加入，搅拌分散35min，然后添加二甲基硅油，在130r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入聚硼硅烷和环氮化合物复配物、异丙氧基硅烷偶联剂和硼酸酯化合物复配物，在90r/min下中速搅拌分散30min，加入甲基三乙氧基硅烷分散15min；

d. 然后加入多烷氧基型钛酸酯在40r/min下低速搅拌分散20min，加入八甲基三硅氧烷调整粘度，继续分散12min，抽真空出料即得产品。

对本发明实施例的有机硅电子封装材料的进行性能检测，结果如下表1所示。

表1 本发明实施例有机硅电子封装材料的性能指标

由表1可得，本发明有机硅电子封装材料透光率≥92%，粘度≥780mPa.s，对聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚四氟乙烯（PTFE）、不锈钢和铝材粘接性能好，固化后具有良好的贮存稳定性、耐温性和优异的电性能，其阻燃性能均达到UL-94 V-0级别，其中尤其以实施例六机硅电子封装材料的性能最佳，各性能指标最优。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机硅电子封装材料，其特征在于，由以下组分及重量份配比组成：

聚二甲基硅氧烷··········40～60

增塑剂···················5～10

无机填料················15～25

有机填料················10～20

阻燃助剂·················1～5

粘接助剂·················2～5

交联剂··················1.0～1.8

催化剂··················0.8～2.0

豁免型挥发性有机溶剂·····30～40。

2.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述增塑剂为二甲基硅油、八甲基三硅氧烷中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述无机填料为气相白炭黑。

4.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述有机填料为甲基MQ硅树脂。

5.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述阻燃助剂为聚硼硅氧烷和环氮化合物的复配物，聚硼硅氧烷和环氮化合物的重量份配比为1~2:3。

6.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述粘接助剂为有机金属螯合物或/和硼酸酯化合物与异丙氧基硅烷偶联剂的复配物。

7.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述催化剂为二烷基锡双（β-二酮酯）、多烷氧基型钛酸酯中的一种或其组合。

9.根据权利要求1所述的有机硅电子封装材料，其特征在于，所述豁免型挥发性有机溶剂为六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷中的一种或其组合。

10.如权利要求1-9任一所述有机硅电子封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 将聚二甲基硅氧烷与有机填料在100～140r/min下高速搅拌混合分散均匀；

b. 无机填料预先在120～150℃下烘烤1h后分3～5次加入，搅拌分散20～35min，然后添加增塑剂，在100～140r/min下高速搅拌分散均匀；

c. 加入阻燃助剂、粘接助剂，在70～100r/min下中速搅拌分散20～30min，加入交联剂分散10～15min；

d. 然后加入催化剂在30～45r/min下低速搅拌分散15～20min，加入豁免型挥发性有机溶剂调整粘度，继续分散10～15min，抽真空出料即得产品。