CN106634812A

CN106634812A - 一种高导热低黏度pcb电路板用有机硅树脂灌封胶

Info

Publication number: CN106634812A
Application number: CN201611205457.1A
Authority: CN
Inventors: 姜莉; 刘常兴; 吴德斌; 董颖辉; 何西东; 王利云; 张小群; 谢建荣; 李涛
Original assignee: Tongling Safe Circuit Board Co Ltd
Current assignee: Tongling Safe Circuit Board Co Ltd
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-05-10

Abstract

本发明公开了一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，由下列原料制备制成：端乙烯基硅油‑1、端乙烯基硅油‑2、12%铂催化剂、乙炔基环己醇、乙烯基硅树脂、硝酸锌、柠檬酸、氧化锌、二氧化硅、1‑烯丙氧基‑2，3‑环氧丙烷1、1，3，5，7‑四甲基环四硅氧烷、硅烷偶联剂A171、硅烷偶联剂KH570、含氢硅油适量、无水乙醇适量、去离子水适量；本发明制备的灌封胶具有优良的透光率、导热性能及拉伸强度，同时提高了灌封胶的硬度，使其适用于更广泛的产品领域。

Description

一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶

技术领域

本发明涉及印制电路板灌封胶技术领域，尤其涉及一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶。

背景技术

随着电子科学技术的快速发展，电子元件、器件、仪器以及仪表在电子工业中得到广泛的应用。由于许多电子设备的工作环境复杂多变，有时甚至会遇到极端恶劣的自然条件，为保护电子元件和集成电路不受工作环境影响，提高电子器件的电气性能和稳定性，尝尝需要对电子设备进行灌封保护。灌封是电子器件组装的重要工序之一，它是将灌封材料用机械或者手工等方法填充到电子器件的空隙中，在一定条件下加工成型，使器件内部的电子元件和线路与环境隔离的操作工艺。目前，电子元件和集成电路正向高性能、密集化、高精度以及大功率的方向快速发展，这必然导致电子器件的发热量大幅提高。同时，电子器件的小型化又使其散热空间急剧减小，散热通道比较拥挤，导致热量大量积聚，如果热量不能及时有效的传导出去，将会使电路的工作温度迅速上升，导致电子器件失效的可能性成倍增加，严重影响电子器件的稳定性和可靠性，甚至会缩短电子设备的使用寿命。因此，用于电子器件的灌封材料不仅要有良好的电绝缘性能还应具有较高的导热能力，为了避免高电压和放电等工作条件下引发灌封材料着火，还要求灌封材料具有良好的阻燃性能，此外，为了防止水分和有害气体通过电子器件之间的缝隙引起电路板的污染和腐蚀，灌封材料海英具有良好的粘结性能。有机硅材料具有优异的电绝缘性能，尤其是加成型有机硅灌封胶固化时催化剂的用量较少，无副产物产生，固化物的尺寸稳定性高，线性收缩率低，化学稳定性好，因而发展前景广泛，但是普通的有机硅灌封胶存在热导率低、阻燃性和粘结性能差等缺点，严重影响了应用范围，虽然通过大量添加导热填料、阻燃剂和粘接剂可以改善灌封胶的性能，但是会对灌封胶的力学性能、加工性能产生不利的影响，所以研究自粘性无卤阻燃导热加成型有机硅灌封胶具有重要的理论意义和应用前景。

黄志彬在《导热透明有机硅灌封胶的制备与性能研究》一文中，通过对乙烯基硅油和含氢硅油的结构特性、与补强填料体系相容性、增粘剂的种类等进行研究，制备了具备良好力学性能、光学性能和粘接性能的有机硅灌封胶，研究了VMQ硅树脂、纳米二氧化硅、增粘剂等对灌封胶性能的影响，在此基础上，添加导热填料纳米氧化铝和纳米氧化锌，制备了具备高强度、高热导率和高透光率的有机硅灌封胶，并且研究了纳米粒子、偶联剂改性等对灌封胶性能的影响。结果表明粘度19mPa•S与3000mPa•S的端乙烯基硅油以质量比8:100复配作为基础聚合物，添加活性氢质量分数为0.8%的含氢硅油，使摩尔比n（Si-H）：n（Si-Vi）为1.2，VMQ硅树脂的用量为30phr时制备最优综合性能的LED灌封胶，利用加成反应合成了不同种类的增粘剂DA、DAVE和DAVM，其中DAVM的灌封胶具备最佳的粘接性能和光学性能，对导热填料进行表面硅烷化处理，灌封胶的热导率和折射率逐渐上升，透光率、热膨胀系数和体积电阻率逐渐降低，耐热性明显提高。但是文章中合成的灌封胶还不能满足市场上PCB线路板对灌封胶的使用要求，并且各方面性能不高，必须进一步改进才能扩大使用范围。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，由下列重量份的原料制备制成：端乙烯基硅油-1 40-50、端乙烯基硅油-2 50-60、12%铂催化剂0.38-0.5、乙炔基环己醇0.02-0.04、乙烯基硅树脂25-30、硝酸锌10.8-12.5、柠檬酸8.3-8.8、氧化锌8-10、二氧化硅40-50、1-烯丙氧基-2，3-环氧丙烷14.8-16.8、1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷23-25、硅烷偶联剂A1712.7-3.6、硅烷偶联剂KH5701.8-3、含氢硅油适量、无水乙醇适量、去离子水适量。

所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，由下列具体步骤制备制成：

（1）在四口烧瓶中依次加入1-烯丙氧基-2，3-环氧丙烷、1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷和硅烷偶联剂A171，在搅拌条件下滴加1/4的12%铂催化剂，在40-45℃下反应2-3h，再升高温度至68-78℃反应2-3h，反应结束后将混合物减压蒸馏，自然冷却后备用；

（2）将二氧化硅加到球磨机中分别球磨出粒径为20μm和5μm大小的二氧化硅，按照质量比2-3：0.8-1混合，然后加到烘箱中干燥至恒重后冷却至室温，将硝酸锌用5-8倍量的去离子水溶解搅拌均匀，加入柠檬酸搅拌均匀得到前驱体溶胶，再将上述二氧化硅缓慢加入其中，在70-80℃下磁力搅拌分散均匀，继续加热至溶剂蒸发得到氧化锌包覆的二氧化硅凝胶，烘干，然后在750-850℃氮气保护下烧结1.5-3h，自然冷却至室温后备用；

（3）将硅烷偶联剂KH570和去离子水按照摩尔比1：3混合，再加入适量的无水乙醇静置20-40min得到水解液，将步骤（2）制备的产物加到水解液中搅拌均匀，然后置于超声波中在65-70℃下超声分散20-30min，然后将混合物以1500r/min离心4-7min，将固体置于烘箱中于75℃下真空干燥后备用；

（4）在室温下将3/4混合的端乙烯基硅油、含氢硅油、乙烯基树脂、步骤（3）制备的产物和乙炔基环己醇按照比例混合，在真空动力混合机的作用下充分搅拌25min制得A组分；将剩余的混合端乙烯基硅油、乙烯基硅树脂、步骤（1）制备的产物和剩余12%铂催化剂在真空动力混合机中混合充分搅拌35-45min得到B组分，将A组分和B组分按照质量比1；1在高速剪切分散的作用下进行混合，置于真空干燥箱中（真空度为-0.1MPa）脱泡10min，倒入模具中110℃固化2h即得到有机硅灌封胶。

所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，所述端乙烯基硅油-1的粘度为300mPa•s，乙烯基含量为1.92mol%，端乙烯基硅油-2的粘度为1000mPa•s，乙烯基含量为0.8mol%。

所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，所述的含氢硅油中活性氢含量为0.50Wt%，并且含氢硅油的加入量为n(Si-H)：n（Si-Vi）为1.2-1.4。

本发明的优点是：乙烯基硅油是加成型有机硅灌封胶最基本的成分之一，本发明通过选择不同粘度系数和乙烯基含量的乙烯基硅油复配得到拉伸强度和硬度、断裂伸长率和弹性都较高的有机硅灌封胶，含氢硅油作为交联剂，其活性氢含量较高时，与有机硅灌封胶的交联密度就会较大，可以使应力分散在更多的分子链上，表现出更高的拉伸强度、硬度和断裂伸长率，但当活性氢含量太高时，交联速度过快，分子链来不及形成完善的交联网络，并且在卡斯特催化剂下也容易发生副反应，使有机硅灌封胶中形成较多的气泡，造成缺陷，所以本发明选择活性氢含量为0.5Wt%较为适宜，本发明选择乙烯基硅树脂作为补强填料，是因为具有乙烯基含量多、外层被有机团覆盖、分子量小的特点，并且与有机硅灌封胶具有良好的分散和相容性，能够保持较好的流动性和透明性，并且还可以与含氢硅油发生硅氢加成反应，能够提高灌封胶的力学性能，因为有机硅材料普遍的无粘接性，固化后与基材之间有空隙，长时间水汽渗透导致出现电路故障，本发明利用化学反应合成了增粘剂，能够有效的提高有机硅灌封胶的粘结性、拉伸剪切强度，不影响粘度和流动性，本发明还利用填料提高灌封胶的导热性和阻燃性，然而填料与基体在分子结构和物理性能方面存在着极大的差异，并且体系的分散性越差，灌封胶的热导率提升越难，填料的表面修饰可促进填料在基体中的分散，减少热流方向上的界面热阻，从而可有效的提升体系的热导率等性能，本发明利用溶胶凝胶法控制氧化锌晶体的大小和生长取向，并且氧化锌与基体润湿性较好，包覆在二氧化硅表面，提高了二氧化硅的分散性，进一步提高了灌封胶的导热、阻燃、硬度和强度等方面的性能，本发明制备的灌封胶具有优良的透光率、导热性能及拉伸强度，同时提高了灌封胶的硬度，使其适用于更广泛的产品领域。

具体实施方式

一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，由下列重量份（公斤）的原料制备制成：端乙烯基硅油-1 40、端乙烯基硅油-2 50、12%铂催化剂0.38、乙炔基环己醇0.02、乙烯基硅树脂25、硝酸锌10.8、柠檬酸8.3、氧化锌8、二氧化硅40、1-烯丙氧基-2，3-环氧丙烷14.8、1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷23、硅烷偶联剂A171 2.7、硅烷偶联剂KH570 1.8、含氢硅油适量、无水乙醇适量、去离子水适量。

（1）在四口烧瓶中依次加入1-烯丙氧基-2，3-环氧丙烷、1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷和硅烷偶联剂A171，在搅拌条件下滴加1/4的12%铂催化剂，在40℃下反应2h，再升高温度至68℃反应2h，反应结束后将混合物减压蒸馏，自然冷却后备用；

（2）将二氧化硅加到球磨机中分别球磨出粒径为20μm和5μm大小的二氧化硅，按照质量比2：0.8混合，然后加到烘箱中干燥至恒重后冷却至室温，将硝酸锌用5倍量的去离子水溶解搅拌均匀，加入柠檬酸搅拌均匀得到前驱体溶胶，再将上述二氧化硅缓慢加入其中，在70℃下磁力搅拌分散均匀，继续加热至溶剂蒸发得到氧化锌包覆的二氧化硅凝胶，烘干，然后在750℃氮气保护下烧结1.5h，自然冷却至室温后备用；

（3）将硅烷偶联剂KH570和去离子水按照摩尔比1：3混合，再加入适量的无水乙醇静置20min得到水解液，将步骤（2）制备的产物加到水解液中搅拌均匀，然后置于超声波中在65℃下超声分散20min，然后将混合物以1500r/min离心4min，将固体置于烘箱中于75℃下真空干燥后备用；

（4）在室温下将3/4混合的端乙烯基硅油、含氢硅油、乙烯基树脂、步骤（3）制备的产物和乙炔基环己醇按照比例混合，在真空动力混合机的作用下充分搅拌25min制得A组分；将剩余的混合端乙烯基硅油、乙烯基硅树脂、步骤（1）制备的产物和剩余12%铂催化剂在真空动力混合机中混合充分搅拌35min得到B组分，将A组分和B组分按照质量比1；1在高速剪切分散的作用下进行混合，置于真空干燥箱中（真空度为MPa）脱泡10min，倒入模具中110℃固化2h即得到有机硅灌封胶。

所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，所述的含氢硅油中活性氢含量为0.50Wt%，并且含氢硅油的加入量为n(SiH)：n（SiVi）为1.2。

按照实施例制备的灌封胶，对其进行性能测试，结果如下：

热导率（W/m•K）：0.65；拉伸强度（MPa）：3.2；剪切强度（MPa）：1.5；体积电阻率（Ω•cm）：2.8×10¹⁵；阻燃性(UL94；V 0)：通过；介电常数（50HZ）：3.3；伸长率（%）：210。

Claims

1.一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：端乙烯基硅油-1 40-50、端乙烯基硅油-2 50-60、12%铂催化剂0.38-0.5、乙炔基环己醇0.02-0.04、乙烯基硅树脂25-30、硝酸锌10.8-12.5、柠檬酸8.3-8.8、氧化锌8-10、二氧化硅40-50、1-烯丙氧基-2，3-环氧丙烷14.8-16.8、1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷23-25、硅烷偶联剂A1712.7-3.6、硅烷偶联剂KH5701.8-3、含氢硅油适量、无水乙醇适量、去离子水适量。

2.根据权利要求1所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，其特征在于，由下列具体步骤制备制成：

3.根据权利要求1-2所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，其特征在于，所述端乙烯基硅油-1的粘度为300mPa•s，乙烯基含量为1.92mol%，端乙烯基硅油-2的粘度为1000mPa•s，乙烯基含量为0.8mol%。

4.根据权利要求1-2所述一种高导热低黏度PCB电路板用有机硅树脂灌封胶，其特征在于，所述的含氢硅油中活性氢含量为0.50Wt%，并且含氢硅油的加入量为n(Si-H)：n（Si-Vi）为1.2-1.4。