CN108476604B - 用于低频emi屏蔽的导电组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于低频EMI屏蔽的导电组合物。本发明的EMI屏蔽组合物包含树脂(包含热塑性树脂和/或热固性树脂)、溶剂和/或反应性稀释剂及颗粒，其中所述颗粒包含磁性颗粒与导电颗粒的混合物或经导电材料涂覆的磁性颗粒或经导电材料涂覆的磁性颗粒与导电颗粒的混合物，且其中所述组合物包含占所述组合物的总重量的≥10重量％的磁性颗粒。本发明的EMI屏蔽组合物具有良好电导率及磁导率且适合作为用于在宽频率范围内，且尤其在低频率范围处的EMI屏蔽的直接技术方案。

Description

用于低频EMI屏蔽的导电组合物
技术领域
本发明涉及用于低频EMI屏蔽的导电组合物。本发明的组合物具有良好电导率及磁导率且适合作为用于在宽频率范围内，且尤其在低频率范围处的EMI屏蔽的直接技术方案(drop-in solution)。
背景技术
多种主要用于无线通信的射频(RF)电子组件要求电磁干扰(EMI)屏蔽。
最常见EMI屏蔽技术方案为使用金属盖或罐来覆盖目标区域或组件。然而，该技术方案不能满足持续增加的对电子组件的微型化(越来越薄的封装)、更小占用空间(footprint)及更高封装密度的需求。因此，由于金属罩/盖需要过多空间，因此该技术方案不能用于一些微型装置中。
一种工业技术方案为使用保形屏蔽技术(包括电镀、溅射及导电粘合剂)以模拟上文提及的金属罐。
一种提供金属屏蔽的方法为通过电镀或溅射形成金属屏蔽。在封装上的溅射提供非常低UPH(单位每小时)方法。这是由于该方法在溅射前要求真空且金属是以原子水平沉积(需要数小时以溅射数微米厚的层)，且待溅射装置应彼此间隔开地放置以确保在侧壁上的良好覆盖(每次溅射的装置数量受很大限制)。另一方面，电镀具有在条带水平的侧面覆盖的问题且是复杂的方法。方法要求遵循步骤表面预处理，掩膜(复杂方法，尤其对于金属引线架(L/F)而言)，要求大工作空间且是具有重污染的湿方法。
此外，工业通常在导电粘合剂(以墨水、糊膏或膜形式)中使用导电金属填料(包括银、涂覆银的铜、镍、金等)。使用这些填料提供具有非常低体积电阻率(接近1E-05ohm.cm)的粘合剂，且使粘合剂在高频＞1GHz EMI屏蔽下表现良好且易于获得等于或大于30dB的EMI屏蔽有效性(shielding effectiveness)。然而，现有粘合剂方法的缺陷是其在相对低频率范围处，特别是在5MHz至200MHz的范围内无EMI屏蔽有效性。
在EMI屏蔽中，用于高频(GHz或更高)EMI屏蔽的主要机制为反射，其主要通过屏蔽层的导电率来决定。而用于低频(MHz或更低)EMI屏蔽的主要机制为吸附，其继而主要通过屏蔽层的磁导率来决定。因此，可施加高电导率粘合剂至易受影响的装置或发射源的顶部以阻止EMI在GHz范围内在电气装置之间来回。无线通信封装(如Wi-Fi模块、2G/3G/4G蜂窝模块、蓝牙模块等)上的集成设计及制造商(IDM)、设计公司及转包商已经越来越多地使用该方法。近来，工业正在向MHz频带进展以使新型无线通信技术如近场通讯(NFC)及13.56MHz的射频识别(RFID)成为可能。对于该MHz水平的EMI屏蔽而言，仅高电导率不能提供足够的屏蔽有效性。
因此，需要一种既在低频率范围提供EMI屏蔽，同时保持在高频率范围的良好EMI屏蔽，且与此同时可用于微型装置中的导电组合物。
发明内容
本发明涉及一种EMI屏蔽组合物，其包含树脂(包含热塑性树脂和/或热固性树脂)、溶剂和/或反应性稀释剂及颗粒(包含磁性颗粒与导电颗粒的混合物或经导电材料涂覆的磁性颗粒或导电颗粒与经导电材料涂覆的磁性颗粒的混合物)，其中所述组合物包含占所述组合物的总重量的≥10重量％的磁性颗粒。
此外，本发明涉及本发明的导电组合物作为EMI屏蔽材料的用途。
此外，本发明也涵盖本发明的EMI屏蔽组合物的固化产物。
附图说明
图1显示用于定义术语“体积电阻”的示例性形状。
图2显示本发明的实施例的响应磁力矩M与磁场强度H的关系的图表。
图3示意性地显示本发明的实施例的屏蔽材料的屏蔽效果。
具体实施方式
以下段落更加详细地描述本发明。除非有明确相反指示，否则如此所述的各个方面可与任何其他方面组合。具体地，指示为优选或有利的任何特征可与指示为优选或有利的任何其他特征组合。
在本发明语境中，除非文中另外指示，否则所用术语应根据以下定义来理解。
本文中所用的单数形式“一”、“一个”及“该”包括单数及复数指代物两者，除非另外明确指示。
本文中所用的术语“包含”与“包括”或“含有”同义且指包含性或开放性的且不排除另外未列举的成员、要素或方法步骤。
数值端点的列举包括归属于各范围的所有数值及分数以及所列端值。
当以范围、优选范围或优选上限值及优选下限值的形式表示含量、浓度或其他值或参数时，应理解通过组合任何上限或优选值与任何下限或优选值所得的任何范围明确公开，而无需考虑所得范围是否在上下文中明确提及。
除非另外定义，否则用于公开本发明的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的意义。通过进一步指导，包括术语定义以更好地了解本发明的教导。
本发明提供一种EMI屏蔽组合物，其包含树脂(包含热塑性树脂和/或热固性树脂)、溶剂和/或反应性稀释剂及颗粒(包含磁性颗粒与导电颗粒的混合物或经导电材料涂覆的磁性颗粒或导电颗粒与经导电材料涂覆的磁性颗粒的混合物)，其中所述组合物包含占所述组合物的总重量的≥10重量％的磁性颗粒。
申请人已发现，通过将磁性填料及导电填料两者掺入粘合剂组合物中，提供磁导率及高电导率将导致所需的在高频率及低频率范围处的EMI屏蔽有效性。
下文详细描述本发明的EMI屏蔽组合物的各基本组分。
本发明的EMI屏蔽组合物包含树脂，其包含热塑性树脂或热固性树脂或热塑性树脂与热固性树脂的混合物。
热塑性树脂
本发明的EMI屏蔽组合物包含热塑性树脂。在本发明中可使用多种已知的热塑性树脂。热塑性树脂可为任何热塑性树脂。
适用于本发明的热塑性树脂选自：苯氧基树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚砜树脂、聚乙烯基树脂、聚亚乙烯基树脂、聚苯乙烯树脂、聚苯乙烯共聚物树脂、氟树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、纤维素树脂、聚烯烃树脂、聚碳酸酯树脂及它们的混合物。优选地，所述热塑性树脂选自苯氧基树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂及它们的混合物。
更优选地，所述热塑性树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯树脂、双酚A与环氧氯丙烷的共聚物、饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、饱和聚醚树脂、不饱和聚醚树脂、芳族聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚偏二氟乙烯树脂、聚氯乙烯树脂及它们的混合物。
适用于本发明的热塑性树脂具有大于10000的分子量Mw，优选具有30000-60000的Mw(平均)及10000-20000的Mn(平均)。分子量通过凝胶渗透层析法(GPC)测定。
适用于本发明的市售热塑性树脂为例如购自InChemRez的苯氧基树脂、购自Lubrizol的Estane TPU、购自DIC的Epicon及购自Bostik的Vitel聚酯。
热固性树脂
本发明的EMI屏蔽组合物包含热固性树脂。在本发明中可使用多种已知的热固性树脂。
适用于本发明的示例性热固性树脂包括烯丙基树脂、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、异氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、和含有硅的树脂、氰基丙烯酸酯树脂、乙烯基酯树脂及它们的混合物，优选地，所述热固性树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、含有硅的树脂及它们的混合物。
优选地，所述热固性树脂选自：聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、环氧氯丙烷-苯酚甲醛树脂、液体双马来酰亚胺树脂、N-苯基马来酰亚胺树脂、有机硅树脂(organo-siliconeresin)、聚甲基硅树脂(polymethyl silicone resin)、聚乙基硅树脂、聚芳基硅树脂、聚烷基芳基硅树脂、双酚环氧树脂、联苯环氧树脂、硅氧烷环氧树脂、甲苯二异氰酸酯树脂、亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂及它们的混合物。
合适的热固性树脂可为具有官能团的混合物的多官能树脂，诸如具有选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯及1-乙烯基-3，4-环氧环己烷的其他官能团的环氧化物树脂。
适用于本发明的市售热固性树脂为例如购自DIC的Epiclon N-730、购自Sartomer的UN9200A、购自Henkel的CM1003、购自Evonik的VQM 803。
适用于本发明的热固性树脂具有大于1000的分子量Mw。分子量通过使用凝胶渗透层析法(GPC)测定。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物总重量的2-60重量％，优选4-45重量％，更优选4-30重量％，最优选4-20重量％的树脂。
所述EMI屏蔽组合物中的热塑性树脂与热固性树脂的总量优选不超过所述组合物总重量的60重量％。所述组合物中过高的树脂量将导致不良电导率及磁导率，且因此，导致不良EMI屏蔽性质。另一方面，如果树脂总量少于所述组合物总重量的2重量％，则粘合性质可能受负面影响。
本发明的EMI屏蔽组合物包含颗粒。在一个实施方案中，所述颗粒包含磁性颗粒与导电颗粒的混合物。在另一个实施方案中，所述颗粒包含经导电材料涂覆的磁性颗粒。在又一个实施方案中，所述颗粒包含导电颗粒与经导电材料涂覆的磁性颗粒的混合物。
磁性颗粒
本发明的EMI屏蔽组合物包含磁性颗粒。合适磁性颗粒为例如铁磁颗粒及纳米晶体铁磁颗粒。
更具体而言，适用于本发明的磁性颗粒选自：镍、铁、钴、铁氧体、铁-镍合金、坡莫合金(permalloy)、硅铁(FeSi)、FeSiCr合金、FeSiAl合金、FeCo合金及它们的混合物。
适用于本发明的经导电材料涂覆的磁性颗粒选自：涂覆银的镍、涂覆银的铁、涂覆银的钴、涂覆银的铁-镍合金、涂覆银的坡莫合金、涂覆银的铁氧体、涂覆银的硅铁、涂覆银的FeSiCr合金、涂覆银的FeSiAl合金、涂覆银的FeCo合金及它们的混合物。
优选地，所述磁性颗粒选自：铁氧体、铁-镍合金、铁、镍、FeSiAl合金、FeSiCr合金、涂覆银的镍、涂覆银的铁、涂覆银的铁-镍合金及它们的混合物。
适用于本发明的市售磁性颗粒为例如购自INCO的Nickel型255、购自DOWA的涂覆银的镍AO-QCS-78及购自Carpenter Powder Products的FeNi合金、FeSiAl及购自PPTechnologies的铁氧体。
磁性颗粒可呈粉末形式或呈薄片形式或这两者的混合物。优选地，磁性颗粒为呈粉末形式的颗粒与呈薄片形式的颗粒的混合物。
适用于本发明的磁性颗粒具有优选大于10nm的粒径，且其平均粒径小于75μm，优选小于50μm。
通常，过大粒径将导致EMI屏蔽层的不均匀表面且EMI屏蔽层中也可存在一些小空隙或孔洞，且因此，EMI屏蔽覆盖不完全。而过小粒径将导致低电导率及不良配制物流变性的潜在风险。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物的总重量的≥10重量％的磁性颗粒。需要等于或大于10％的量以提供足以提供在低频率范围处的EMI屏蔽的磁性性质。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物总重量的10-95重量％，优选20-90重量％，更优选30-85重量％，更优选40-85重量％的磁性颗粒。
如果磁性颗粒的量超过95％，则所述组合物将不能提供足够粘合。另一方面，该量低于10％将不能提供足以提供在低频率范围处的EMI屏蔽的磁性性质。
导电颗粒
本发明的EMI屏蔽组合物包含导电颗粒。适用于本发明的导电颗粒选自：银颗粒、铜颗粒、锌颗粒、锡颗粒、铋颗粒、锑颗粒、铟颗粒、铝颗粒；金颗粒、石墨颗粒、碳颗粒、涂覆银的铜颗粒、涂覆银的玻璃颗粒、涂覆银的铝颗粒、涂覆银的锡颗粒、涂覆银的铋颗粒、涂覆银的锑颗粒、涂覆银的铟颗粒、涂覆银的锌颗粒、涂覆银的石墨、由选自锡、银、铋、锑、锌、铜及铟中两种或更多种的混合物制成的合金颗粒；涂覆银的由选自锡、银、铋、锑、锌、铜及铟的两种或更多种金属制成的合金颗粒；及它们的混合物，优选地，所述导电颗粒为银颗粒。
适用于本发明的市售导电颗粒为低振实密度(振实密度在0.1-3.5g/cm3的范围内)银粉末及薄片，购自Metalor或其他银颗粒制造商诸如Ames Goldsmith。
导电颗粒可呈粉末形式或呈薄片形式或这两者的混合物。优选地，导电颗粒为呈粉末形式的颗粒与呈薄片形式的颗粒的混合物。
适用于本发明的导电颗粒具有优选大于10nm的粒径，且其平均粒径小于75μm，优选小于50μm。
通常，过大粒径将导致EMI屏蔽层的不均匀表面且EMI屏蔽层中也可存在一些小空隙或孔洞，且因此，EMI屏蔽覆盖不完全。而过小粒径将导致低电导率及高粘度的潜在风险。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物总重量的5-85重量％，优选10-80重量％，更优选10-73重量％的导电颗粒。
如果导电颗粒的量超过85％，则所述组合物将不能提供足够粘合，且另外很难由所述组合物形成膜。另一方面，如果所述量低于5％，则所述组合物将不具有足够电导率。
本发明的EMI屏蔽组合物包含溶剂或反应性稀释剂或溶剂与反应性稀释剂的混合物。
溶剂
本发明的EMI屏蔽组合物包含溶剂。当使用热塑性树脂时，特别优选溶剂。
适用于本发明的溶剂选自：水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二元酯、乙氧基丙醇(ethyl proxitol ethoxypropanol)、卡必醇乙酸酯、乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯(2-methoxy-1-methyethyl acetate)、卡必醇乙酸酯、乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯、二丙二醇甲醚、乙二醇单丁醚乙酸酯、甲基异丁酮、2-丁氧基乙醇、二乙二醇单丁醚乙酸酯、4-甲基-1，3-二氧戊环-2-酮、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyroridone)、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、苯酚、萜品醇、γ-丁内酯、含丁二酸甲酯和戊二酸甲基(glutaric acidmethyl)及己二酸二甲酯的酯混合物、丁基乙二醇乙酸酯及它们的混合物。优选地，所述溶剂选自乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯、丁基乙二醇乙酸酯、卡必醇乙酸酯、二元酯及它们的混合物。
适用于本发明的市售溶剂为例如购自Sigma Aldrich的乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯及二元酯；及购自EASTMAN的丁基乙二醇乙酸酯及卡必醇乙酸酯。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物总重量的5-70重量％，优选15-50重量％，更优选15-45重量％的溶剂。
根据本发明的所述EMI屏蔽组合物中的溶剂的总量优选不超过所述组合物总重量的70重量％。所述组合物中的高溶剂量将导致不良电导率、不良磁性性质及不良粘合。此外，过高溶剂量将导致低干膜厚度且将引起不良屏蔽性能。另一方面，低溶剂量将导致高粘度及不良电导率及不良磁性性质。
反应性稀释剂
本发明的EMI屏蔽组合物包含反应性稀释剂。当使用热固性树脂作为树脂时，特别优选反应性稀释剂。
适用于本发明的反应性稀释剂选自：3，4-环氧环己烷甲酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯；新癸酸-2，3-环氧丙酯；1，4-丁二醇二缩水甘油醚；选自正丁基缩水甘油醚及2-乙基己基缩水甘油醚的C8至C10烷基缩水甘油醚；选自苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚及对仲丁基苯基缩水甘油醚、四缩水甘油基双-(对氨基苯基)-甲烷的芳族缩水甘油醚；氧化苯乙烯及氧化α-蒎烯；具有选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯及1-乙烯基-3，4-环氧环己烷的其他官能团的单环氧化合物；选自(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚及新戊二醇二缩水甘油醚的二环氧化合物；及选自三羟甲基丙烷三缩水甘油醚及甘油三缩水甘油醚的三环氧化合物；及它们的混合物，优选地，所述反应性稀释剂选自3，4-环氧环己烷甲酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯及它们的混合物。
适用于本发明的市售反应性稀释剂为例如购自DAICEL的RE1825及诸如购自Sartomer的SR506的丙烯酸异冰片酯。
本发明的EMI屏蔽组合物包含占所述组合物总重量的3-30重量％，优选5-20重量％，更优选5-15重量％的反应性稀释剂。
所述EMI屏蔽组合物中的反应性稀释剂的总量优选不超过所述组合物总重量的30重量％。所述组合物中过高的反应性稀释剂量将导致不良电导率、不良磁性性质及不良粘合。另一方面，低反应性稀释剂量将导致高粘度及不良电导率及不良磁性性质。
固化剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含固化剂。当EMI屏蔽组合物包含热固性树脂时，优选固化剂。
适用于本发明的固化剂包括含酸酐化合物；含氮化合物诸如胺化合物、酰胺化合物及咪唑化合物；多官能酚；羧酸；硫醇；多元醇；聚酰胺；过氧化物；氢有机硅(hydrogensilicones)；和铂催化剂类及它们的混合物。
更具体地，所述组合物可使用化学计量比量的固化剂(诸如酸酐、伯胺及仲胺、多官能酚、羧酸、硫醇及多元醇)进行固化；所述组合物可使用非化学计量比量的催化剂(诸如叔胺、咪唑及过氧化物)进行固化；或所述组合物可通过这种固化剂及催化剂的组合进行固化。
优选地，所述固化剂选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、封端胺(blockedamines)、改性咪唑、十二烯基琥珀酸酐、过氧化物及它们的混合物。
适用于本发明的市售固化剂为例如购自Airproducts的Imicure HAPI、购自PCISynthesis的EMI-24-CN、购自Adeka的EH 2021及购自AkzoNobel的DiCup。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.1-20重量％，优选0.2-10重量％，更优选0.5-5重量％，且甚至更优选0.75-2.5重量％的固化剂。
交联剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含交联剂。当所述EMI屏蔽组合物包含基于有机硅的树脂时，特别优选交联剂。适用于本发明的交联剂包括有机硅、含氢的有机硅(hydrogen-containing silicones)、硅烷偶联剂(saline coupling agents)、硅酸、铂催化剂及它们的混合物。
适用于本发明的市售交联剂为例如购自Momentive的Silopren U交联剂430。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.01-10重量％，优选0.5-5重量％，更优选1.5-3重量％，最优选1.75-2.75重量％的交联剂。
光引发剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含光引发剂。当所述EMI屏蔽组合物包含硅树脂时，特别优选光引发剂。
适用于本发明的光引发剂为例如羟基酮、氨基酮、单酰基膦氧化物、双酰基膦氧化物、锑酸盐、有机过氧化物、偶氮引发剂及它们的混合物。更具体地，光引发剂可为双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物。
适用于本发明的市售光引发剂为例如购自BASF的Irgacure 819。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.01-2.5重量％，优选0.1-2重量％，更优选0.2-2重量％的光引发剂。
粘合促进剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含粘合促进剂。适用于本发明的粘合促进剂包括硅烷。
优选地，粘合促进剂选自(3-缩水甘油基氧基丙基)-三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰基氧基丙基三甲氧基硅烷、双[3-(三乙氧基甲硅烷基)-丙基]-四硫化物及它们的混合物。
适用于本发明的市售粘合促进剂为例如购自Dow Corning的Z6040及Z6030；及购自UCT United chemical Technologies的TS4。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.05-2重量％，优选0.1-1重量％的粘合促进剂。
流变改性剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含流变改性剂。适用于本发明的流变改性剂包括有机硅及硅氧烷，诸如具有二氧化硅及气相二氧化硅(fumed silica)的聚二甲基硅氧烷。
适用于本发明的市售流变改性剂为例如购自Cabot Corporation的Cab-O-SilTS-720。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.01-10重量％，优选0.5-5重量％，更优选1.5-3重量％，最优选1.75-2.75重量％的流变改性剂。
润湿和分散剂
本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含润湿和分散剂。润湿和分散剂用于减小所述组合物的粘度并提高填料分散度。
适用于本发明的润湿和分散剂为例如酸性聚酯及酸性共聚物的羟基官能烷基铵盐。
适用于本发明的市售润湿和分散剂为例如购自Altana的BYK-W985及BYK W-969。
本发明的EMI屏蔽组合物可包含占所述组合物总重量的0.01-5重量％，优选0.1-3重量％，更优选0.2-2重量％的润湿和分散剂。
此外，本发明的EMI屏蔽组合物可进一步包含任选存在的成分，诸如表面光泽促进剂、电导率促进剂、抗渗出剂及腐蚀抑制剂。
本发明的EMI屏蔽组合物可呈糊膏、液体或膜形式。
本发明的EMI屏蔽组合物适合作为用于在1MHz至5GHz的宽频率范围内的EMI屏蔽的直接技术方案，其提供在5MHz至200MHz的相对低频率范围内的尤其有效的EMI屏蔽。
本发明的EMI屏蔽组合物可用作电气装置中的EMI屏蔽材料。本发明的EMI屏蔽组合物可用于例如半导体封装(如SIP)、射频装置、嵌入式多媒体装置或板级封装的EMI屏蔽，其可取代现有金属罩/盖。这些封装可用于例如移动装置、可穿戴设备(wearables)、计算机、汽车及医疗仪器。
本发明在封装的顶部和/或内部使用所述EMI屏蔽组合物。本发明的EMI屏蔽组合物可例如通过喷涂、分配(dispensing)或喷射或印刷进行施加。喷涂可为空气喷涂和静电喷涂。本发明的EMI屏蔽组合物根据施加方法具有略微不同的物理性质。
本发明的喷涂型EMI屏蔽组合物具有在5rpm下100-30000cps，优选300-5000cps，更优选500-3250cps的粘度，其中粘度根据下述方法测量。
通过使用针对电子间隙设定模型的具有CPE-51的Brookfield HBDV-III ULTRA的标准测试方法来测量粘度，因此，粘度是通过使用针对电子间隙设定模型的具有CPE-51的Brookfield HBDV-III ULTRA进行测量。测试温度设定为25℃±0.1℃且维持恒定。测试数据分别在0.5rpm及5rpm下测量。
触变指数(TI)值以0.5rpm下与5rpm下的数据比(0.5rpm下的粘度/5rpm下的粘度)来计算。
本发明的喷涂型EMI屏蔽组合物具有大于1，优选2至8的触变指数。
本发明的喷涂型EMI屏蔽组合物具有大于1，优选2.5至8的屈服应力，其中屈服应力根据下文所公开的测试方法测量。
通过使用流变仪AR2000的标准测试方法来测量屈服应力，因此，屈服应力是通过使用购自TA Instruments的流变仪AR 2000进行测量。使用Casson模式来计算屈服应力。
本发明的分配/喷射涂覆型EMI屏蔽在5rpm下的粘度为100-300000cps，优选1000-30000cps，更优选3000-15000cps，其中粘度根据上述测试方法测量。
本发明的分配/喷射涂覆型EMI屏蔽组合物的触变指数大于0，但小于5，优选小于2.5(0.5rpm下的粘度/5rpm下的粘度)。
本发明的分配/喷射涂覆型EMI屏蔽组合物的屈服应力大于0，但小于30，优选小于10，其中屈服应力根据上述方法测量。
本发明也涉及本发明的EMI屏蔽组合物的固化产物。
本发明的EMI屏蔽组合物在完全固化后提供相当大的电导率及磁导率。优选地，本发明的固化EMI屏蔽组合物的体积电阻率＜5E-02ohm.cm。优选地，本发明的固化EMI屏蔽组合物的相对磁导率大于1.1。体积电阻率及相对磁导率的测试方法详细描述于下文实施例部分。
本发明的EMI屏蔽组合物提供等于或大于20dB，优选等于或大于30dB，更优选等于或大于40dB的屏蔽有效性，其中屏蔽有效性根据下文实验部分中所述的测试方法测量。
实施例
体积电阻
图1显示用于定义术语“体积电阻”的示例性形状。
R＝ρL/S[Ω，ohm]
ρ：在25℃下，长为1m且横截面积为1mm2的导体的(体积)电阻率。
体积电阻：ρ＝RS/L[μΩ·m，μohm.m，10E-4ohm.em]
在测量中使用Agilent 34401A数字万用表、Gen Rad 1689Precision RLCDigibridge。
特殊四点探针测试装置(fixture)由具有四个弹簧负载接触点的丙烯酸材料制得。将所述接触点设置入丙烯酸树脂中以使电流接触点相距两英寸(5.08em)，电压接触点位于两个电流接触点之间，且电压接触点距离各电流接触点0.5英寸(1.27cm)。
样品制备：
将两卷3M Magic Scotch Tape相距0.1″(0.254cm)装载至夹具(jig)中。
使具有相距0.1″(0.254cm)的两条平行Scotch胶带的经清洁的玻璃载片在夹具的平坦棒上滑动。胶带中无皱褶或气泡陷入。注：用乙醇(alcohol)或丙酮清洁玻璃板并在使用前风干。
将具有胶带的玻璃板(taped glass plate)放置于实验室纸巾的片上(胶带面朝上)并将一点粘合剂滴至两胶带条之间的玻璃板上。
使用另一玻璃板的直边(或单边剃须刀片)将两条胶带之间的粘合剂从玻璃载片的一端挤压至另一端(玻璃板保持玻璃板表面与直边呈约30°角度)。牢牢挤压粘合剂，但不过度用力。施加的条的长度为至少2.5英寸(6.35cm)。
将两条胶带从所述玻璃载片移除并根据指定固化时间表在经预热的烘箱中固化样品。
从烘箱(或热板)中取出样品并冷却至室温并进行测量。
相对磁导率
样品制备：
使用一些脱模剂喷射加压模具(2mm*2mm*0.3mm厚)。通过将粘合剂糊膏挤压或浇注入模具中来制备平坦、圆柱形样本。根据指定固化时间表在经预热的烘箱中固化样本(在压力下以排除空隙)。注：固化所述样本可能需要延长1小时。额外的1小时将允许所述模具有足够的时间以加热至指定温度。这将确保样本完全固化。
测试设备：购自Quantum Design的PPMS(物理性质测量系统)。样品尺寸：2.5mm*2.5mm*0.3mm。输入：磁场强度H、响应磁力矩M。输出：在线性拟合后(饱和前)，斜率为磁导率。
图2显示本发明的实施例的响应磁力矩M与磁场强度H的关系的图表。以100Oe/s的速率从0Oe至30000Oe施加磁场H，但对大多数样品而言M在10000Oe后达到饱和值，这表明线性部分为从0Oe至10000Oe。
屏蔽有效性
由本发明的组合物制备厚度为3-150μm的膜。膜的厚度随应用而改变，但模拟目标应用中的实际厚度。
图3示意性地显示本发明的实施例的屏蔽材料的屏蔽效果。通过将屏蔽材料放置在EMI波源与EMI检波器之间来检测屏蔽效果。将屏蔽有效性定义为透射EM波与入射EM波的比率的log值。
由以下方程式计算屏蔽有效性：SE(dB)＝10×log(Ei/Et)，其中Ei表示入射能且Et表示透射能。所述方程式的因子可为10或20，依据如果所述比率为能量或电压，如果测量EM波的能量，则使用20作为因子，另一方面，如果测量用于产生EM波的电压，则因子为10。
通过以下方法制备以下实施例：
将除了颗粒以外的所有材料添加至一个容器中。用手且接着用3个辊研磨机来混合混合物以使所述颗粒很好地混合入树脂体系中。将磁性颗粒及导电颗粒添加至混合物中并用手混合且接着通过Thinky混合器(具有回转及旋转混合)在除气下以1000rpm混合1分钟。
表1比较实施例
Figure BDA0001638370640000151
Figure BDA0001638370640000161
Figure BDA0001638370640000171
本发明的实施例举例说明磁性颗粒类型及负载对相对磁导率的影响，而树脂体系对相对磁导率的影响不大。Ni-Fe合金提供最高的相对磁导率，其后为铁和镍。较高银颗粒负载提供电导率。此外，磁性负载越高，磁导率越高。优选磁性填料负载在60-70％之间以达到大于或等于4的磁导率。

Claims (32)

1.EMI屏蔽组合物，其包含
a)树脂，其包含占所述组合物总重量的2-60重量％的热塑性树脂和/或热固性树脂；
b)占所述组合物总重量的3-30重量％的反应性稀释剂，和任选存在的溶剂；及
c)颗粒，其包含磁性颗粒与导电颗粒的混合物，或
导电颗粒与经导电材料涂覆的磁性颗粒的混合物，
其中，所述组合物包含占所述组合物的总重量的≥10重量％的磁性颗粒，并且
其中所述反应性稀释剂选自：3,4-环氧环己烷甲酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、新癸酸-2,3-环氧丙酯、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、对仲丁基苯基缩水甘油醚、四缩水甘油基双-(对-氨基苯基)-甲烷、氧化苯乙烯、氧化α-蒎烯、具有选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯及1-乙烯基-3,4-环氧环己烷的其他官能团的单环氧化合物、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚，及它们的混合物。
2.根据权利要求1所述的EMI屏蔽组合物，其中所述磁性颗粒选自：镍、铁、钴、铁氧体、坡莫合金、铁-镍合金、硅铁(FeSi)、FeSiCr合金、FeSiAl合金、FeCo合金、涂覆银的镍、涂覆银的铁、涂覆银的钴、涂覆银的铁-镍合金、涂覆银的坡莫合金、涂覆银的铁氧体、涂覆银的硅铁、涂覆银的FeSiCr合金、涂覆银的FeSiAl合金、涂覆银的FeCo合金及它们的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述导电颗粒选自：银颗粒、铜颗粒、锌颗粒、锡颗粒、铋颗粒、锑颗粒、铟颗粒、铝颗粒、金颗粒、石墨颗粒、碳颗粒、涂覆银的铜颗粒、涂覆银的玻璃颗粒、涂覆银的铝颗粒、涂覆银的锡颗粒、涂覆银的铋颗粒、涂覆银的锑颗粒、涂覆银的铟颗粒、涂覆银的锌颗粒、涂覆银的石墨、由选自锡、银、铋、锑、锌、铜及铟中两种或更多种的混合物制成的合金颗粒、涂覆银的由选自锡、银、铋、锑、锌、铜及铟的两种或更多种金属制成的合金颗粒，及它们的混合物。
4.根据权利要求3所述的EMI屏蔽组合物，其中所述导电颗粒为银颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的10-95重量％的磁性颗粒。
6.根据权利要求5所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的20-90重量％的磁性颗粒。
7.根据权利要求5所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的30-85重量％的磁性颗粒。
8.根据权利要求5所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的40-85重量％的磁性颗粒。
9.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的5-85重量％的导电颗粒。
10.根据权利要求9所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的10-80重量％的导电颗粒。
11.根据权利要求9所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的10-73重量％的导电颗粒。
12.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述热塑性树脂选自：苯氧基树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚砜树脂、聚乙烯基树脂、聚亚乙烯基树脂、聚苯乙烯树脂、聚苯乙烯共聚物树脂、氟树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、纤维素树脂、聚烯烃树脂、聚碳酸酯树脂及它们的混合物。
13.根据权利要求12所述的EMI屏蔽组合物，其中所述热塑性树脂选自苯氧基树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂及它们的混合物。
14.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述热固性树脂选自：烯丙基树脂、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、异氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、和含有硅的树脂、氰基丙烯酸酯树脂、乙烯基酯树脂及它们的混合物。
15.根据权利要求14所述的EMI屏蔽组合物，其中所述热固性树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、含有硅的树脂及它们的混合物。
16.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的4-45重量％的树脂。
17.根据权利要求16所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的4-30重量％的树脂。
18.根据权利要求16所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的4-20重量％的树脂。
19.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述溶剂选自：水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二元酯、乙氧基丙醇、卡必醇乙酸酯、乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯、卡必醇乙酸酯、乙酸2-甲氧基-1-甲基乙酯、二丙二醇甲醚、乙二醇单丁醚乙酸酯、甲基异丁酮、2-丁氧基乙醇、二乙二醇单丁醚乙酸酯、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、苯酚、萜品醇、γ-丁内酯、含丁二酸甲酯和戊二酸甲基及己二酸二甲酯的酯混合物、丁基乙二醇乙酸酯及它们的混合物。
20.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的5-70重量％的溶剂。
21.根据权利要求20所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的15-50重量％的溶剂。
22.根据权利要求20所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的15-45重量％的溶剂。
23.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述反应性稀释剂选自3,4-环氧环己烷甲酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯及它们的混合物。
24.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的5-20重量％的反应性稀释剂。
25.根据权利要求24所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的5-15重量％的反应性稀释剂。
26.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含选自以下的固化剂：酸酐、胺化合物、酰胺化合物、咪唑化合物、多官能酚、羧酸、硫醇、多元醇、聚酰胺、过氧化物、氢有机硅和铂催化剂及它们的混合物。
27.根据权利要求1或2所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的0.1-10重量％的固化剂。
28.根据权利要求27所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的0.5-5重量％的固化剂。
29.根据权利要求27所述的EMI屏蔽组合物，其中所述组合物包含占所述组合物总重量的0.75-2.5重量％的固化剂。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的EMI屏蔽组合物的固化产物。
31.根据权利要求30所述的固化产物，其中所述固化产物具有低于5E-02ohm.cm的体积电阻及大于1.1的相对磁导率。
32.根据权利要求1至29中任一项所述的EMI屏蔽组合物作为电气装置中的EMI屏蔽材料的用途。
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