CN112757658A - 一种多孔性封装组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多孔性封装组件及其制备方法。本发明的制备方法，包括如下步骤：1)将无机粉末颗粒预处理除水；2)加入高分子量聚合物，加热混合搅拌；3)加入低分子量聚合物，加热混合搅拌，得到均质混合物；4)加压挤出均质混合物并制作成为颗粒或粉末状，得到均质混合物颗粒或粉末；5)将均质混合物颗粒或粉末以模塑造方式成形，形成封闭式的固态包覆体，得到初次模塑造封装件；6)将初次模塑造封装件经成孔后处理，得到具有多孔结构的多孔性封装组件。本发明的多孔性封装组件的制备方法，制备的封装材料为多孔状结构，提供了适当的热量对流路径以增加集成组件的散热效果，并减轻了封装后集成组件的重量。

Description

一种多孔性封装组件及其制备方法
技术领域
本发明属于多孔封装材料制备技术领域，涉及一种多孔性封装组件及其制备方法。
背景技术
以多种不同性质的聚合物和无机材料混合模塑的封装材料，目的在于保护电子或机构组件于使用过程不受潮湿、温度、磁场、外力等外加能量场的干扰和破坏。
传统的封装材料经常以模塑造、模铸造的方式成形在欲封装的电子或机构组件外。近乎全密度的封装材料如采用热塑性或热固性聚合物，由于没有任何孔隙而导致无法形成对流空气，仅能倚靠物质间传导的方式将电子或机构组件因工作而发出的热量传递，限制了电子或机构组件的散热条件，并导致该组件运作效能无法提升，而且高密度的封装也造成组件的重量增加。
CN101040373B公开了一种在模具中封装电子组件的方法，通过加工步骤：放置组件到模腔中，注入封装材料，和固化封装材料，其中通过一种物体屏蔽该电子组件。该发明制得的封装材料也是没有孔隙的材料，限制了电子组件的散热。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔性封装组件及其制备方法，本发明的多孔性封装组件制备方法，制备的封装材料为多孔状结构，提供了适当的热量对流路径以增加集成组件的散热效果，并减轻了封装后集成组件的重量。
本发明的目的之一在于提供一种多孔性封装组件的制备方法，为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔性封装组件的制备方法，包括如下步骤：
1)将无机粉末颗粒预处理除水；
2)在步骤1)得到的物料中加入高分子量聚合物，加热混合搅拌；
3)在步骤2)得到的物料中加入低分子量聚合物，加热混合搅拌，得到均质混合物；
4)加压挤出步骤3)得到的均质混合物并制作成为颗粒或粉末状，得到均质混合物颗粒或粉末；
5)将步骤4)得到的均质混合物颗粒或粉末以模塑造方式成形，包覆于预封装组件的外围形成封闭式的固态包覆体，得到初次模塑造封装件；
6)将步骤5)得到的初次模塑造封装件经成孔后处理，得到具有多孔结构的多孔性封装组件。
本发明的多孔性封装组件制备方法，通过模塑造的方式将封装材料包覆于预封装组件的外侧，通过成孔后处理方式使封装材料成孔得到多孔封装材料，具体的，采用高分子量聚合物和低分子量聚合物与无机粉末颗粒相互混合，在适当温度控制下进行充分搅拌混合形成均质混合物，随后将此混合物以模塑造方式成形，在欲封装的电子或机构所集成之组件外围，形成封闭式的固态包覆体结构，再以适当温度、介质与压力条件移除组成中低温部分低分子量聚合物和高分子量聚合物与无机粉末颗粒，使得均质混合物形成多孔状结构，提供了适当的热量对流路径以增加集成组件的散热效果，并减轻了封装后集成组件的重量，很好地用于保护电子或机构组件于使用过程中不受潮湿、温度、磁场、外力等外加能量场的干扰和破坏。
步骤1)中，所述无机粉末颗粒包含第一无机粉末颗粒和第二无机粉末颗粒；经过成孔后处理后，第一无机粉末颗粒保留，第二无机粉末颗粒被移除。
优选地，所述第一无机粉末颗粒为羰基铁粉(Carbonyl Iron Powder)、水雾化铁粉(Iron Powder)、金属合金粉或陶瓷粉中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述第一无机粉末颗粒的熔点大于300℃。
优选地，所述第二无机粉末颗粒为金属盐。
优选地，所述第二无机粉末颗粒溶于水。
优选地，所述无机粉末颗粒的表面经过改质处理与涂层包覆。
步骤2)中，所述高分子量聚合物的分子量为大于9000。
优选地，所述高分子量聚合物包含第一高分子量聚合物和第二高分子量聚合物；
优选地，所述第一高分子量聚合物的熔点高于所述第二高分子量聚合物的熔点。
优选地，所述第一高分子量聚合物的熔点大于250℃，可以为聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、液晶聚合物LCP、聚砜PSF/PSU等。
优选地，所述第二高分子量聚合物熔点小于220℃，为聚碳酸酯PC、尼龙PA、聚甲醛POM中的任意一种或至少两种的混合物，可经过加热融化或酸气氛下催化分解。
步骤3)中，所述低分子量聚合物的重均分子量为小于1000。
优选地，所述低分子量聚合物的小于70℃熔解或溶解于石油基底溶剂；经成孔后处理后，低分子量聚合物被移除。
优选地，所述低分子量聚合物为硬脂酸SA、石蜡PW、乙撑双硬脂酸酰胺EBS、季戊四醇硬脂酸酯PETS、蜂蜡BW、聚乙烯蜡PEW中的任意一种或至少两种的混合物。
所述低分子量聚合物、所述第一高分子量聚合物和所述第二高分子量聚合物的质量之和与所述无机粉末颗粒的质量比为(1:1)-(1:9)，例如质量比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9等。
步骤6)中，所述低分子量聚合物移除成孔为将低分子量聚合物于真空环境下加热或浸泡溶剂移除成孔。
优选地，所述真空环境下加热移除成孔的温度为30～80℃，同时伴随抽真空其压力为-0.3～-0.9大气压，例如压力为-0.3大气压、-0.4大气压、-0.5大气压、-0.6大气压、-0.7大气压、-0.8大气压或-0.9大气压等。
优选地，所述加溶剂移除成孔为使用溶剂介质对初次模塑造封装件进行萃取溶解移除低分子量聚合物，然后去除溶剂干燥。
优选地，所述溶剂为石油基底溶剂，所述萃取溶解的温度为30～80℃，例如温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃等；压力为大于1大气压。
所述第二高分子量聚合物的移除成孔为使用加热合并使用酸性介质对第二高分子量聚合物进行催化分解。
优选地，所述加热的温度为酸性介质的气化分解温度。
优选地，所述酸性介质为硝酸或草酸。
优选地，所述酸性介质为硝酸时，所述加热的温度大于90℃。
优选地，所述酸性介质为草酸时，所述加热的温度大于130℃。
优选地，所述催化分解的压力为1～2大气压，例如压力为1大气压、1.5大气压或2大气压等。
再将第一高分子量聚合物再次升温加热使其进一步结合，同时保留第二高分子量聚合物移除后形成的孔隙，第一高分子量聚合物产生烧结效果后获得坚固的结构体支撑模塑造封装件。
优选地，所述加热移除的温度为大于第二高分子量聚合物之融解温度但低于第一高分子量融解温度；
优选地，所述加热温度为180～300℃，，例如温度为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等；压力为1～2大气压力。
再将第二无机粉末颗粒的移除增加模塑造封装件的孔隙数量。
优选地，所述无机粉末颗粒移除为将第二无机粉末颗粒浸泡于水中使之溶解移除；
优选地，所述已经具有孔洞的模塑造封装件浸泡于加热水为70～80℃，例如温度为70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃等。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的制备方法制备得到的多孔性封装组件。
其中，所述多孔性封装组件的孔洞体积占所述均质混合物体积的3-45％，例如孔洞体积占所述均质混合物体积的3％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的多孔性封装组件的制备方法，制得的封装材料具有多孔状结构，孔洞体积占均质混合物体积的3-45％，为预封装集成组件提供了适当的热量对流路径，增加了集成组件的散热效果，并减轻了封装后集成组件的重量。
附图说明
图1为本发明未经多孔化处理的集成封装组件示意图；
图2为图1的未经多孔化处理的封装材料的放大图；
图3为实施例1的成孔后处理示意图；
图4为实施例2的成孔后处理示意图；
图5为实施例3的成孔后处理示意图；
图6为实施例4的成孔后处理示意图；
附图标记如下：
1-中心支撑；2-导线回路；3-回路涂层；4-封装材料；5-电子组件。
具体实施方式
下面结合附图1-6，并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
如附图1所示，本发明的未经多孔化处理的集成封装组件的结构示意图，包括由内到外依次设置的中心支撑1、导线回路2、回路涂层3、封装材料4，中心支撑1的上端连接有电子组件5。
图2为未经多孔化处理的封装材料的结构示意图，封装材料由第一无机粉末颗粒、第二无机粉末颗粒、低分子量聚合物、第一高分子量聚合物和第二高分子量聚合物混合而成。
实施例1
本实施例的多孔性封装组件的制备方法，包括如下步骤：
1)将无机粉末颗粒110℃预处理除水；其中，无机粉末颗粒包含第一无机粉末颗粒和第二无机粉末颗粒，第一无机粉末颗粒为羰基铁粉，第二无机粉末颗粒为食盐(氯化钠)；
2)在步骤1)得到的物料中加入高分子量聚合物，加热混合搅拌，其中，高分子量聚合物包含第一高分子量聚合物和第二高分子量聚合物，第一高分子量聚合物为聚苯硫醚PPS，第二高分子量聚合物为聚甲醛POM；
3)在步骤2)得到的物料中加入低分子量聚合物，加热混合搅拌，其中，低分子量聚合物为石蜡PW；得到的均质混合物中，低分子量聚合物和高分子量聚合物的质量之和与无机粉末颗粒的质量比为1:9；
4)加压挤出步骤3)得到的均质混合物并制作成为颗粒或粉末状，得到均质混合物颗粒或粉末；
5)将步骤4)得到的均质混合物颗粒或粉末以模塑造方式成形，包覆于预封装组件的外围形成封闭式的固态包覆体，得到初次模塑造封装件；
6)将步骤5)得到的初次模塑造封装件经成孔后处理，得到具有多孔结构的多孔性封装组件；
其中，步骤6)中，低分子量聚合物石蜡PW通过加热移除实施：在保持加热升温至70℃分解的条件下同时真空抽除低分子量聚合物分解气体进行移除；第二高分子量聚合物聚甲醛POM通过加热移除实施：以加热法升温至200℃第二高分子量聚合物熔化分解温度进行移除，经过两步移除处理将低分子量聚合物和第二高分子量聚合物移除，最终得到多孔性封装组件，如图3所示。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处在于，步骤6)中，低分子量聚合物石蜡PW通过溶剂移除实施：第一步以溶剂乙醚或二甲苯溶解萃取低分子量聚合物后移除，然后取出去除溶剂使集成组件干燥，如图4所示；第二高分子量聚合物加热移除实施：第二步再升温加热至200℃分解第二高分子量聚合物聚甲醛POM并移除，如图5所示，经两步移除，得到多孔封装材料。
实施例3
本实施例与实施例1的区别之处在于，步骤6)中，低分子量聚合物石蜡PW加热合并使用酸性介质还原性草酸在65℃中快速逐层剥离分解移除，第二高分子量聚合物聚甲醛POM通过再升温加热合至185℃并酸催化汽化移除，最终得到多孔封装材料。
实施例4
本实施例与实施例1的区别之处在于，步骤6)中，还包括第三步第二无机粉末颗粒的移除：将组件产品浸泡于80℃热水中移除颗粒状的第二无机粉末颗粒食盐(氯化钠)，最终得到多孔封装材料，如图6所示。
对比例1
本对比例与实施例1的区别之处在于，未经步骤6)成孔后处理。
将实施例3制得的多孔性封装组件进行散热效果性能测试，散热效果与对比例1未经多孔化处理的封装材料进行对比，测量使用红外线测温枪对样品中心区测量，距离样品约10cm处。
其中，散热效果的测试方法为同时将两样品放置于烤箱加热至150℃并保持时间在1小时以确保整个样品地均匀吸收热量，然后取出放至于环境温度为25℃下，以非接触红外线测温枪每隔2分钟侦测两种样品相同位置(内侧顶部)的温度，所得到的数据如表1所描示。
表1
Figure BDA0002861650170000081
本发明的多孔性封装组件制备方法，制备的封装材料为多孔状结构，提供了适当的热量对流路径以增加集成组件的散热效果，并减轻了封装后集成组件的重量。
由表1可以看出，相对于未经成孔处理的封装组件，本发明经成孔处理后的多孔性封装材料，散热效果明显提高。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种多孔性封装组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)将无机粉末颗粒预处理去除水分；
2)在步骤1)得到的物料中加入高分子量聚合物，加热混合搅拌；
3)在步骤2)得到的物料中加入低分子量聚合物，加热混合搅拌，得到均质混合物；
4)加压挤出步骤3)得到的均质混合物并制作成为颗粒或粉末状，得到均质混合物颗粒或粉末；
5)将步骤4)得到的均质混合物颗粒或粉末以模塑造方式成形，包覆于预封装组件的外围形成封闭式的固态包覆体，得到初次模塑造封装件；
6)将步骤5)得到的初次模塑造封装件经成孔后处理，得到具有多孔结构的多孔性封装组件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述无机粉末颗粒包含第一无机粉末颗粒和第二无机粉末颗粒；
优选地，所述第一无机粉末颗粒为羰基铁粉、水雾化铁粉、金属合金粉或陶瓷粉中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述第一无机粉末颗粒的熔点大于300℃；
优选地，所述第二无机粉末颗粒为金属盐；
优选地，所述第二无机粉末颗粒溶于水；
优选地，所述无机粉末颗粒的表面经过改质处理与涂层包覆。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述高分子量聚合物的分子量为大于9000；
优选地，所述高分子量聚合物包含第一高分子量聚合物和第二高分子量聚合物；
优选地，所述第一高分子量聚合物的熔点高于所述第二高分子量聚合物的熔点；
优选地，所述第一高分子量聚合物的熔点大于250℃；
优选地，所述第一高分子量聚合物为聚苯硫醚、聚醚醚酮、液晶聚合物、聚芳砜或聚醚砜中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述第二高分子量聚合物熔点小于220℃，为聚碳酸酯、尼龙、聚甲醛中的任意一种或至少两种的混合物，可经过加热融化或酸气氛下催化分解。
4.根据权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述低分子量聚合物的分子量为1000以下；
优选地，所述低分子量聚合物的小于70℃熔解或溶解于石油基底溶剂；
优选地，所述低分子量聚合物为硬脂酸、石蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、蜂蜡、聚乙烯蜡中的任意一种或至少两种的混合物。
5.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚合物、所述第一高分子量聚合物和所述第二高分子量聚合物的质量之和与所述无机粉末颗粒的质量比为(1:1)-(1:9)。
6.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述成孔后处理包括低分子量聚合物移除成孔、高分子量聚合物移除成孔和无机粉末颗粒移除成孔。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚合物移除成孔为将低分子量聚合物于真空环境下加热或浸泡溶剂移除成孔；
优选地，所述真空环境下加热移除成孔的温度为30～80℃，同时伴随抽真空其压力为-0.3～-0.9大气压；
优选地，所述加溶剂移除成孔为使用溶剂介质对初次模塑造封装件进行萃取溶解移除低分子量聚合物，然后去除溶剂干燥；
优选地，所述溶剂为石油基底溶剂，所述萃取溶解的温度为30～80℃，压力为大于1大气压。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二高分子量聚合物的移除形成透气孔，可使用加热或合并使用酸性介质催化分解；
优选地，所述加热的温度为酸性介质的气化分解温度；
优选地，所述酸性介质为硝酸或草酸；
优选地，所述酸性介质为硝酸时，所述加热的温度大于90℃；
优选地，所述酸性介质为草酸时，所述加热的温度大于130℃；
优选地，所述催化分解的压力为1～2大气压。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将第一高分子量聚合物再次升温加热使其进一步结合，同时保留第二高分子量聚合物移除后形成的孔隙，第一高分子量聚合物产生烧结效果后获得坚固的结构体支撑模塑造封装件；
优选地，所述加热移除的温度为大于所述第二高分子量聚合物的融解温度且低于所述第一高分子量聚合物的融解温度；
优选地，所述加热温度为180～300℃，压力为1～2大气压力。
10.据权利要求9所述的制备方法后，其特征在于，将第二无机粉末颗粒的移除增加模塑造封装件的孔隙数量；
优选地，所述无机粉末颗粒移除为将第二无机粉末颗粒浸泡于水中使之溶解移除；
优选地，所述无机粉末颗粒移除的具体过程为，将已经具有孔洞的模塑造封装件浸泡于70～80℃的水中。
11.一种如权利要求1-10任一项所述的制备方法得到的多孔性封装组件；
优选地，所述多孔性封装组件的孔洞体积占所述均质混合物体积的3-45％。
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