CN113121972A - 一种新型易散热耐老化电子元器件塑料外壳材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子元器件壳体材料领域，公开了一种新型易散热耐热老化电子元器件外壳材料及其制备工艺。以100重量份的所述耐老化塑料计，该塑料包括：75‑95.6重量份的基体塑料、2‑10重量份的金属屏蔽剂、0.3‑3重量份的脱模剂、2‑8重量份的有机膨润土、0.1～1重量份的复合抗氧剂和0‑3重量份的颜料。本发明的耐热老化塑料能够有效解决塑料不耐高温、散热差易热老化问题，利用该耐热老化塑料制备的电子元器件外壳具有成本低、散热效果好、耐热老化、抗电磁干扰能力强等优点。

Description

一种新型易散热耐老化电子元器件塑料外壳材料
技术领域
本发明涉及电子产品领域，具体地，涉及一种新型的耐老化电子元器件塑料外壳材料。
背景技术
电子元器件封装外壳是指承载半导体芯片、元件以及两者集成的器件的包封体,主要为半导体芯片等机械支撑和环境保护。按采用材料的不同可分为陶瓷封装外壳、金属封装外壳和金属陶瓷封装外壳等。
陶瓷外壳是以陶瓷材料为主体的外壳,通过多层陶瓷制备工艺技术实现。具有机械强度高、气密性好、封装密度高、高温和化学稳定性好的特点,是一种高可靠封装外壳。按封装形式有陶瓷扁平外壳、陶瓷双列直插外壳、陶瓷小外形外壳、陶瓷四边引线扁平外壳、陶瓷无引线片式载体外壳、陶瓷针栅阵列外壳、陶瓷焊球栅阵列外壳等封装形式。但是陶瓷外壳具有成本高，自身重的原因在较低应用要求领域基本已经淘汰。
金属外壳是由金属材料制成的外壳,主要是采用金属封接工艺制备,具有性能优良、导热好、抗电磁干扰强、应用灵活的特点。金属外壳的类型非常丰富,有腔体直插式外壳、扁平式外壳、腔体式功率外壳、平底式外壳、光纤器件外壳等。金属外壳主要用于晶体管和混合集成电路领域。但是其成本相较于塑料产品仍较高，且易被腐蚀。
塑料因具有极好的耐腐蚀、低成本、韧性好、质量轻等优点已经大规模替代低端金属类外壳，但是因其材料自身的固有特点，其耐高温性、耐降解性、导热性均低于金属、陶瓷类电子元器件外壳，限制了其在部分高端领域的使用。
为重点解决上述的不耐高温、散热性差以及易热降解等问题，公司针对性研发了一种新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，该材料以聚碳酸酯为基体塑料，在基体塑料内混入大量金属粉末以及有机膨润土，赋予该类材料制备的电子元器件外壳较好的散热性、耐热性以及电磁屏蔽性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电子元器件用塑料外壳技术中的上述缺陷：1）、通过加入片状金属粉末，利用其电磁屏蔽效应及导热性，赋予该塑料外壳良好的散热性以及抗电磁干扰能力；2）、利用有机化改性膨润土天然纳米结构，可有效的填充塑料分子链结构中的空穴，限制塑料的热变形，提升塑料的耐热性，同时长链的有机化分子有助于其在塑料中的均匀分散；3）、通过亚磷酸的烷酯和芳酯、顺丁烯二酸酯类等螯合剂类抗氧剂与酚类化合物、含硫化合物类抗氧剂配合使用，一方面解决了金属离子对塑料降解的促进作用，另一方面显著降低塑料的热氧降解。
本发明的技术方案
一种新型耐热老化电子元器件外壳用塑料，其主要由以下组分组成（重量份）：
基体塑料： 75-95.6
金属屏蔽剂： 2-10
脱模剂： 0.3-3
有机膨润土： 2-8
复合抗氧剂： 0.1-1
颜料： 0-3。
本方案是采用先制备母粒，然后在现场熔融挤出模压成型过程中以1:1的比例与基体塑料再次混合挤出使用。
所述的母粒的制备方法为：1）、将2-8份的有机膨润土分散到50份的二甲苯溶液中，再加入0.1-1份的复合抗氧剂、0-3份颜料，0.3-3份的脱模剂等助剂，搅拌均匀后备用；2）、将上述的混合溶液升温至80℃，加入25-45.6份的基体塑料，搅拌1～2h直至完全溶解；3）、将塑料完全溶解后，加入2-10份金属屏蔽剂，再次搅拌1～3h，至完全分散；4）、升温至120℃，减压脱除溶剂，冷却破碎后得到该新型耐老化电子元器件塑料外壳材料母粒。
所述的金属屏蔽剂为：铝粉、铜粉、锌粉等，其微观形貌以片状为主，进一步优选片状铝粉为金属屏蔽散热剂，其较低的密度更有利于在基体塑料中的分散。
所述的有机膨润土为：十八烷基氯（溴）化铵改性膨润土、十六烷基氯（溴）化铵改性膨润土等用长烷基链有机化改性膨润土，优选十八烷基氯化铵改性钠基膨润土，其烷基分子量长且不含溴元素，更环保。
所述的复合抗氧剂主要为亚磷酸的烷酯和芳酯、顺丁烯二酸酯类的螯合剂类抗氧剂与酚类化合物、含硫化合物类抗氧剂等中的一种或两种复配而成，优选采用：亚磷酸三苯酯与2,6-二叔丁基-4-甲酚经1:2混合使用，可有效减少塑料热氧降解和金属离子对塑料降解的促进作用。
本发明专利具有以下优点和积极效果
1、重点解决塑料材料自身散热性差、无抗电磁干扰能力。本发明专利关键在塑料体系内掺入大量的片状金属粉末，利用金属的高导热性以及电磁屏蔽的特点，在塑料体系内形成均匀的分散层，加速内部的热量传递，同时成片的金属层可以有效的提升外壳抗电磁干扰能力；
2、提升塑料的耐热性，通过在塑料体系内将入大量纳米级的长链烷基氯化铵改性膨润土，利用其天然纳米结构填充如塑料分子链中因卷曲而产生的空穴之中，阻碍塑料离子在高温下分子链段的震动，提升塑料的耐热性；
3、大幅提升塑料的耐热降解性，在该型电子元器件塑料外壳材料中加入大量的金属粉，有助于其将内部的热量散出，降低电子元器件的温度，但是加入的金属离子对塑料的降解有催化作用，所以为消除该隐患，在塑料粒子内加入了复合抗氧剂，其中加入适量的螯合剂类抗氧剂可迅速与金属粒子结合，使其失去催化活性，同时加入的普通酚类/含硫类抗氧剂可明显的抑制塑料的热氧化降解。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
基体塑料为聚碳酸酯，牌号为：PCS-3000UPR，采购自日本三菱；
金属屏蔽剂为铝粉，牌号为：ECKART NAT（500），采购自深圳市誉铭杰颜料有限公司；
脱模剂牌号为：IR2500，产自台湾台化出光，采购自东莞市塑宇化工有限公司；
有机膨润土，牌号为NA-95，采购自郑州中润化工；
螯合剂类抗氧剂，亚磷酸三苯酯，采购自上海易势化工；
酚类抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲酚，牌号为：抗氧剂264（BHT），采购自：河北九星化工产品有限公司；
颜料为：钛白粉，牌号为：R950，采购自：南京南南钛白粉。
实施例
新型易散热耐老化电子元器件塑料外壳材料母粒的制备：
1）、将5份的有机膨润土分散到50份的二甲苯溶液中，再加入0.3份的抗氧剂亚磷酸三苯酯，0.6份的抗氧剂264，3份颜料钛白粉，2份的脱模剂搅拌均匀后备用；2）、将上述的混合溶液升温至80℃，加入34.1份的基体塑料，搅拌2h直至完全溶解；3）、将塑料完全溶解后，加入5份金属屏蔽剂，再次搅拌1h，至完全分散；4）、升温至120℃，减压脱除溶剂，冷却破碎后得到该新型耐老化电子元器件塑料外壳材料母粒。
然后在将母粒与塑料按照1:1的比例混合均匀，即为所需的新型易散热耐老化电子元器件塑料外壳材料。
经测试，该材料的热变形温度从之前的130℃提升至148℃，其产品的散热性提升2倍有余。

Claims (8)

1.一种新型易散热耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于：以100重量份的所述耐老化电子元器塑料外壳材料包括：75-95.6重量份的基体塑料、2-10重量份的金属屏蔽剂、0.3-3重量份的脱模剂、2-8重量份的有机膨润土、0.1～1重量份的复合抗氧剂和0-3重量份的颜料。
2.根据权利要求1所述的新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于，该材料采用先制备浓缩母粒方法，生产时再将母粒与基体塑料按照1:1混合均匀后，再经熔融挤出模压成型。
3.根据权利要求2所述的新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于：1）、将2-8份的有机膨润土分散到50份的二甲苯溶液中，再加入0.1-1份的复合抗氧剂、0-3份颜料，0.3-3份的脱模剂等助剂，搅拌均匀后备用；2）、将上述的混合溶液升温至80℃，加入25-45.6份的基体塑料，搅拌1～2h直至完全溶解；3）、将塑料完全溶解后，加入2-10份金属屏蔽剂，再次搅拌1～3h，至完全分散；4）、升温至120℃，减压脱除溶剂，冷却破碎后得到该新型耐老化电子元器件塑料外壳材料母粒。
4.根据权利要求1所述的新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于：所述的金属屏蔽剂为：铝粉、铜粉、锌粉等，其微观形貌以片状为主。
5.根据权利要求1所述的新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于：所述的有机膨润土为：十八烷基氯（溴）化铵改性膨润土、十六烷基氯（溴）化铵改性膨润土等用长烷基链有机化改性膨润土中的一种。
6.根据权利要求4所述的膨润土，其特征在于：采用的是高提纯钠基、钾基纳米级膨润土中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的新型耐老化电子元器件塑料外壳材料，其特征在于：所述的复合抗氧剂主要为亚磷酸的烷酯和芳酯、顺丁烯二酸酯类的螯合剂类抗氧剂与酚类化合物、含硫化合物类抗氧剂等中的一种或两种复配而成。
8.根据权利要求6所述的复合抗氧剂，其特征在于螯合剂类抗氧剂与酚类/含硫类抗氧剂的比例为：1:1～3。
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