CN113604181A - 一种用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用，所述胶片的制备原料按照重量份包括环氧树脂50～150重量份、软磁粉体100～950重量份、导热粉体10～95重量份和固化剂50～200重量份；所述胶片以环氧树脂为基体，通过在所述基体中添加特定份数的软磁粉体搭配导热粉体，使得制备得到的胶片作为电感封装材料应用于灌封式电感器时可以有效增加所述灌封式电感器的感量，具有重要研究价值。

Description

一种用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于灌封胶技术领域，具体涉及一种用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用。
背景技术
环氧树脂作为一类重要的热固性树脂，具有力学性能高、附着力强、固化收缩率低、稳定性好等一系列优势，被广泛应用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天领域。采用环氧树脂制备的灌封胶能有效的强化电子元器件的整体性，防止水分以及有害气体对电子元器件的侵害，提高对外来冲击、震动的抵抗力。
CN107779153A公开了一种高导热阻燃环氧树脂灌封胶，导热系数达到3.0～5.0W/mK，阻燃等级为UL94-V0级；包括A组分和B组分，A组分主要由：环氧树脂、无机填料、分散剂、消泡剂和活性稀释剂制备而成；B组分主要由固化剂和促进剂制备而成；其中，无机填料选自氮化硼纳米管、氮化硼纳米片、氮化铝、氧化铝、硅微粉中的至少两种；A组分与B组分的质量比为(10～15):1。该发明还公开了该环氧树脂灌封胶的制备方法。
CN111040698A公开了一种环氧树脂灌封胶，包括质量比为100:48～71的改性环氧树脂和改性酸酐固化剂；按质量份计，所述改性环氧树脂包括如下组分制得：90～95份环氧树脂、5～10份环氧稀释剂、1.5份偶联剂、0.03份消泡剂、0.5份分散剂、315～355份导热填料；所述改性酸酐固化剂包括如下组分制得：100份酸酐、1～3份固化促进剂、290～330份填料；还提供一种环氧树脂灌封胶的制备方法；还提供一种环氧树脂灌封胶制备的新型电驱动马达。该发明提供的环氧树脂灌封胶具有较为优异的耐热性和导热率。
CN111925770A公开了一种环氧树脂有机硅复合灌封胶的制备方法，包括如下步骤：(1)A组分的制备：将环氧树脂、氧化铝包覆石墨烯、环氧基硅氧烷偶联剂、磷酸二苄酯在高速分散机中常温下抽空搅拌70～90分钟，转速为1000～1200rpm，真空度0.15～0.25MPa，制成A组分；(2)B组分的制备：在室温下，将氨基硅油、氨基硅烷偶联剂、氧化铝包覆石墨烯加入高速分散机中，常温下抽空搅拌抽空搅拌30～50分钟；真空度为0.1～0.2MPa，转速为800～1000rpm，制成B组分。该发明制备得到的环氧树脂有机硅复合灌封胶克服了传统灌封胶的缺点，其力学性能、绝缘、密封、防水、导热性、阻燃性、化学稳定性、粘结性能优异，且灌封操作简单易行。
但是，随着现代工业的高速发展，电子元器件的集成化水平越来越高，对于其高功率化、高密度化、高集成化以及高感量的要求也逐步提高，由于铁壳底座的存在，传统的灌封胶加入到铁壳底座中后会降低电感器的感量，限制了其应用和进步。
因此，开发一种能够提升电感器感量的胶片，是本领域目前急需解决的技术问题。
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用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用，所述胶片的制备原料包括特定份数的环氧树脂、软磁粉体、导热粉体和固化剂的组合，在环氧树脂基体中添加特定份数的软磁粉体搭配特定份数的导热粉体，使得制备得到的胶片可以有效增加电感器的感量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种用于提升电感器感量的胶片，所述胶片的制备原料按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003208395670000031
所述环氧树脂可以为60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、100重量份、110重量份、120重量份、130重量份或140重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述软磁粉体可以为200重量份、300重量份、400重量份、500重量份、600重量份、700重量份、800重量份或900重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述导热粉体可以为20重量份、30重量份、40重量份、50重量份、60重量份、70重量份、80重量份或90重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述固化剂可以为70重量份、90重量份、110重量份、130重量份、150重量份、170重量份或190重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的用于提升电感器感量的胶片的制备原料包括特定份数的环氧树脂、软磁粉体、导热粉体和固化剂的组合；通过在环氧树脂基体中添加特定份数的软磁粉体搭配特定份数的导热粉体，软磁粉体可以约束磁感线分布，使磁感线分布更集中，进而使得制备得到的胶片可减少电感的感量降低，作为电感封装材料时可以有效增加电感器的感量。
优选地，所述胶片的厚度不大于10mm，例如9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm或1mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述环氧树脂包括双份A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂或液体酚醛型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述固化剂包括脂肪胺类固化剂、脂环胺类固化剂、醚胺类固化剂、咪唑固化剂或酸酐固化剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述软磁粉体包括Fe-Si粉体、Fe-Si-Al粉体或Fe-Si-Cr粉体中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述导热粉体包括氧化铝粉体、硅微粉、炭黑、碳化硅粉体或氮化铝粉体中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述导热粉体和软磁粉体的质量比为1:(9～20)，例如1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17或1:19等。
作为本发明的优选技术方案，本发明提供的胶片中导热粉体和软磁粉体的质量比为1:(9～20)，在这个比例范围内使得胶片可以最有效地降低电感器的感量，如果导热粉体的添加量相过多，则会导致胶片的磁导率降低，进而使得制备得到的器件的感量下降；另一方面，如果软磁粉体的添加量过多，则会导致胶片的热导率降低，影响器件的耐热性能。
优选地，所述导热粉体和软磁粉体的粒径各自独立地为10～150μm，例如20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm或145μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为优选技术方案，选择的导热粉体和软磁粉体的粒径各自独立地为10～150μm，如果粒径过大，则会导致电磁损耗增加；另一方面，如果粒径过小，则需要增加胶水的添加量，使导热粉体和软磁粉体的体积比降低，进而导致胶片热导率和磁导率降低。
优选地，所述胶片的制备原料中还包括稀释剂、消泡剂、流平剂或偶联剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶片的制备原料中稀释剂的含量为0～150重量份且不等于0，例如10重量份、20重量份、30重量份、40重量份、50重量份、60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、110重量份或130重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述稀释剂包括己二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚烷基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚或C12-C14(例如C13)脂肪缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶片的制备原料中消泡剂的含量为0.1～0.5重量份，例如0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述消泡剂包括聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂或磷酸酯类消泡剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶片的制备原料中偶联剂的含量为5～20重量份，例如7重量份、9重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份或19重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶片的制备原料中流平剂的含量为0.5～5重量份，例如1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述流平剂包括有机硅类流平剂、聚丙烯酸类流平剂或改性纤维素类流平剂中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的胶片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将环氧树脂、软磁粉体、导热粉体、任选地稀释剂、任选地消泡剂、任选地流平剂和任选地偶联剂混合、真空脱泡，得到胶体；
(2)将步骤(1)得到的胶体和固化剂混合、压制成型、固化，得到所述胶片。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为10～30min，例如12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min或28min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(1)所述混合的温度为20～50℃，例如23℃、26℃、29℃、30℃、33℃、36℃、39℃、40℃、43℃、46℃或49℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述混合的时间为5～10min，例如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为0.5～2kgf/cm2，例如0.7kgf/cm2、0.9kgf/cm2、1.1kgf/cm2、1.3kgf/cm2、1.5kgf/cm2、1.7kgf/cm2或1.9kgf/cm2，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述压制成型的保压时间为5～30s，例如7s、9s、11s、13s、15s、19s、23s、25s或29s，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述固化的时间为20～120min，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min或110min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述固化的温度为80～150℃，例如85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃或145℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述用于提升电感器感量的胶片在灌封式电感中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种用于提升电感器感量的胶片的制备原料包括特定份数的环氧树脂、软磁粉体、导热粉体和固化剂的组合，所述胶片通过选择环氧树脂作为基体，利用其优异的力学性能和附着力；并在所述环氧树脂基体中添加特定份数的软磁粉体搭配特定份数的导热粉体，同时加入固化剂，使得制备得到的胶片可以直接作为电感封装材料应用于灌封式电感中，可以有效增加所述灌封式电感的感量和导热性能，具体而言，采用本发明提供的胶片得到的灌封式电感器件在10A下的感量为306～317μH；热导率为1.60～1.81W/(m·K)，具有重要研究价值。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种用于提升电感器感量的胶片，厚度为5mm，所述胶片的制备原料按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003208395670000081
Figure BDA0003208395670000091
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将E42双酚A型环氧树脂、氧化铝粉体、Fe-Si-Al粉体、己二醇二缩水甘油醚、消泡剂(毕克化学、BYK-052)、流平剂(毕克化学、BYK-310)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷在30℃下混合20min、真空脱泡，得到胶体；
(2)将步骤(1)得到的胶体和醚胺类固化剂(亨斯曼、D200)混合8min、压力为1kgf/cm2下压制成型，保压时间为20s，在100℃下固化60min，得到所述胶片。
实施例2
一种用于提升电感器感量的胶片，厚度为5mm，所述胶片的制备原料按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003208395670000092
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将双酚F型环氧树脂(陶氏双酚F液体环氧树脂、DER356)、Fe-Si-Al粉体、硅微粉、丁二醇二缩水甘油醚、消泡剂(毕克化学、BYK-052)、流平剂(毕克化学、BYK-310)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷烷在20℃下混合30min、真空脱泡，得到胶体；
(2)将步骤(1)得到的胶体和脂肪胺类固化剂(环氧树脂593固化剂)混合5min、压力为0.5kgf/cm2下压制成型，保压时间为30s，在80℃下固化120min，得到所述胶片。
实施例3
一种用于提升电感器感量的胶片，厚度为5mm，所述胶片的制备原料按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003208395670000101
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将双酚F型环氧树脂(陶氏双酚F液体环氧树脂、DER356)、Fe-Si-Al粉体、硅微粉、丁二醇二缩水甘油醚、消泡剂(毕克化学、BYK-052)、流平剂(毕克化学、BYK-310)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷烷在50℃下混合10min、真空脱泡，得到胶体；
(2)将步骤(1)得到的胶体和脂肪胺类固化剂(环氧树脂593固化剂)混合10min、压力为2kgf/cm2下压制成型，保压时间为5s，在150℃下固化20min，得到所述胶片。
实施例4
一种用于提升电感器感量的胶片，其与实施例1的区别在于，Fe-Si-Al粉体的添加量为700重量份，氧化铝粉体的用量为158重量份，其他组分、用量和步骤均与实施例1相同。
实施例5
一种用于提升电感器感量的胶片，其与实施例1的区别在于，Fe-Si-Al粉体的添加量为818重量份，氧化铝粉体的用量为40重量份，其他组分、用量和步骤均与实施例1相同。
对比例1
一种用于提升电感器感量的胶片，其与实施例1的区别在于，Fe-Si-Al粉体的添加量为880重量份，不添加氧化铝粉体，其他组分、用量和步骤均与实施例1相同。
对比例2
一种用于提升电感器感量的胶片，其与实施例1的区别在于，不添加Fe-Si-Al粉体，氧化铝粉体的添加量为880重量份，其他组分、用量和步骤均与实施例1相同。
对比例3
一种用于提升电感器感量的胶片，其与实施例1的区别在于，不添加Fe-Si-Al粉体，也不添加氧化铝粉体，其他组分、用量和步骤均与实施例1相同。
应用例1～5
一种灌封式电感器件，其制备工艺包括：将电感放入铁壳底座中，分别加入实施例1～5得到的胶片，得到所述灌封式电感器件。
对比应用例1
一种电感器件，其制备工艺包括：电感放入铁壳底座中，得到所述电感器件。
对比应用例2～4
一种灌封式电感器件，其制备工艺包括：将电感放入铁壳底座中，分别加入对比例1～3得到的胶片，得到所述灌封式电感器件。
性能测试：
(1)电感感量：采用德国ED-K综合电抗测试仪Power Choke Tester DPG10设备测试电感感量；选择合适的测试范围，按照测试方法链接电感器件与测试设备，按照操作规程测试电感感量；
(2)热导率：采用湘潭湘仪仪器有限公司DRL-Ⅲ导热系数测试仪测试热导率；选择合适的测试温度，将样品切割成所需大小，两面涂上导热硅脂，按照操作规程上样测试，计算样品热导率。
按照上述测试方法对应用例1～5和对比应用例1～4得到的灌封式电感器件进行测试，测试结果如表1和表2所示：
表1
Figure BDA0003208395670000121
表2
Figure BDA0003208395670000131
根据表1和表2数据可以看出：本发明提供的灌封式电感器件具有较高的感量和较为优异的导热性能；具体而言，应用例1～5得到的灌封式电感器件在10A下的感量为306～317μH；热导率为1.60～1.81W/(m·K)。
比较应用例1和对比应用例1可以发现，在140A下电感相近的条件下，没有设置胶片的电感器在10A下的感量较低；比较应用例1和对比应用例2～4可以发现，对比应用例2的热导率很低；对比应用例3的在10A下的感量较低；而对比应用例4得到的电感器在10A下的感量以及热导率均较低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种用于提升电感器感量的胶片及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。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。

Claims (10)

1.一种用于提升电感器感量的胶片，其特征在于，所述胶片的制备原料按照重量份包括如下组分：
Figure FDA0003208395660000011
2.根据权利要求1所述的胶片，其特征在于，所述胶片的厚度不大于10mm。
3.根据权利要求1或2所述的胶片，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂或液体酚醛型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1～3任一项所述的胶片，其特征在于，所述固化剂包括脂肪胺类固化剂、脂环胺类固化剂、醚胺类固化剂、咪唑固化剂或酸酐固化剂中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1～4任一项所述的胶片，其特征在于，所述软磁粉体包括Fe-Si粉体、Fe-Si-Al粉体或Fe-Si-Cr粉体中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述导热粉体包括氧化铝粉体、硅微粉、炭黑、碳化硅粉体或氮化铝粉体中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述导热粉体和软磁粉体的粒径各自独立地为10～150μm；
优选地，所述导热粉体和软磁粉体的质量比为1:(5～20)。
6.根据权利要求1～5任一项所述的胶片，其特征在于，所述胶片的制备原料中还包括稀释剂、消泡剂、流平剂或偶联剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述胶片的制备原料中稀释剂的含量为0～150重量份且不等于0；
优选地，所述稀释剂包括己二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚烷基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚或C12-C14脂肪缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述胶片的制备原料中消泡剂的含量为0.1～0.5重量份；
优选地，所述消泡剂包括聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂或磷酸酯类消泡剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述胶片的制备原料中偶联剂的含量为5～20重量份；
优选地，所述偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述胶片的制备原料中流平剂的含量为0.5～5重量份；
优选地，所述流平剂包括有机硅类流平剂、聚丙烯酸类流平剂或改性纤维素类流平剂中的任意一种或至少两种的组合。
7.一种如权利要求1～6任一项所述胶片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将环氧树脂、软磁粉体、导热粉体、任选地稀释剂、任选地消泡剂、任选地流平剂和任选地偶联剂混合、真空脱泡，得到胶体；
(2)将步骤(1)得到的胶体和固化剂混合、压制成型、固化，得到所述胶片。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的时间为10～30min；
优选地，步骤(1)所述混合的温度为20～50℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的时间为5～10min；
优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为0.5～2kgf/cm2；
优选地，步骤(2)所述压制成型的保压时间为5～30s；
优选地，步骤(2)所述固化的时间为20～120min；
优选地，步骤(2)所述固化的温度为80～150℃。
10.一种如权利1～6任一项所述的用于提升电感器感量的胶片在灌封式电感中的应用。
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