CN114163691A - 高导热高流动性emc用二氧化硅微粉填料组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物及其制备方法。本发明采用圆角、球形、角形、超细和熔融不同形貌的二氧化硅微粉为原料，按比例组成填料组合物，配合表面处理剂，得到具有多峰、堆积密度高、流动性好且导热系数高的填料，具有优异的综合性能，适用于大规模的封装集成度高、结构复杂的能源模组等高端产品。

Description

高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物及其制备 方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料深加工技术领域，涉及一种高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，对电子产品的小型化、便携化等提出了越来越高的要求。芯片集成度的迅速增加，必然导致发热量提高，电路的工作温度不断上升，若散热不良，很容易导致芯片失效。目前，提高EMC热导率的方法主要是在无机填料上进行选择和改性。这主要是由于EMC中常用环氧树脂及固化剂的热导率通常只有0.05-0.5W/m·K。而某些无机填料，如硅微粉(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂0₃)、氮化铝(AlN)、氧化镁(MgO)的热导率往往高达几十甚至上百W/m·K，因此可以显著提高EMC的热导率。

中国专利申请CN102911479A公开了一种适合于全包封器件的环氧树脂组合物，该组合物通过添加导热填充物结晶二氧化硅粉末、氧化铝粉末或者氮化硅粉末，提高导热系数。中国专利CN105440588B公开了一种高导热模塑型环氧底填料及其制备方法，该组合物通过添加球形导热填料，提高导热系数。中国专利申请CN111073217A公开了一种半导体封装用高导热低应力环氧塑封料，通过添加金属氧化物、金属氮化物、氮化硅、氮化硼、石墨烯中的一种或几种作为导热填料，用于提高导热率。

然而，高导热填料三氧化二铝、氮化铝、氧化镁作为填料与硅微粉相比，存在填料含量低、成本高、流动性差、弯曲强度低和存储模量高等问题，尤其是生产成本、流动性和弯曲强度是制约这类高导热填料应用的主要障碍。因此，寻找一种高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物，按重量份数计由以下组分组成：

本发明中，所述的圆角二氧化硅微粉为非球形二氧化硅，通过去除角形硅微粉中的尖角制得。

作为优选，所述的圆角二氧化硅微粉的中位粒径为25-35μm，硅含量≥99.45％，最大颗粒在132μm以下。

作为优选，所述的圆角二氧化硅微粉的重量份数为34-36份。

作为优选，所述的球形二氧化硅微粉的中位粒径为30-35μm，硅含量≥99.8％，最大颗粒在132μm以下。

作为优选，所述的球形二氧化硅微粉的重量份数为12-18份。

作为优选，所述的角形二氧化硅微粉的中位粒径为15-30μm，硅含量≥99.45％。

作为优选，所述的角形二氧化硅微粉的重量份数为24-26份，其主要作用是用于提高导热性以及降低成本。

作为优选，所述的超细二氧化硅微粉的中位粒径为2-4μm，硅含量≥99.2％。

作为优选，所述的超细二氧化硅微粉的重量份数为6-8份，其主要作用是用于拉宽微粉的粒度分布范围，提高微粉的流动性。

作为优选，所述的熔融二氧化硅微粉的中位粒径为5-7μm，硅含量≥99.6％。

作为优选，所述的熔融二氧化硅微粉的重量份数为3份，其主要作用是用于降低热膨胀系数。

本发明中，所述的表面处理剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。

本发明所述的高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物的制备方法，具体步骤如下：

按比例将圆角二氧化硅微粉、球形二氧化硅微粉、角形二氧化硅微粉、超细二氧化硅微粉和熔融二氧化硅微粉在80-100℃下混合，混合均匀后添加表面处理剂，改性温度为100-150℃，改性完成后冷却至室温，筛分得到二氧化硅微粉填料组合物。

作为优选，混合时间≥15min。

作为优选，改性为10±2min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过调控二氧化硅微粉组合物的组成以及各种类型硅微粉的占比，并利用各种类型硅微粉之间的协同作用，在降低导热填料成本的同时，保持填料的流动性和导热性；

(2)本发明的硅微粉组合物的粒径分布具有双峰、三峰或更高的平均粒径尺寸分布，具有更好的粒径分布连续性，实现紧密堆积，提高整个填料的填充性、紧密性和稳定性；

(3)本发明的二氧化硅微粉组合物克服了以氧化铝、氧化镁等作为高导热填料的弯曲强度低、流动性差、成本高等问题，同时该组合物操作性好、可靠性高，可用于大规模的封装集成度高、结构复杂的能源模组等高端产品，具有优异的综合性能。

附图说明

图1为角形二氧化硅微粉的SEM图。

图2为实施例7制得的二氧化硅微粉组合物的粒径分布测量条件以及粒径分布图。

图3为实施例7制得的二氧化硅微粉组合物的SEM图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

下述实施例及对比例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方式中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下述实施例及对比例中，采用的圆角二氧化硅微粉的中位粒径为29.5μm，硅含量≥99.45％，最大颗粒在132μm以下。球形二氧化硅微粉的中位粒径为33μm，硅含量≥99.8％，最大颗粒在132μm以下。角形二氧化硅微粉的中位粒径为20μm，硅含量≥99.4％，最大颗粒在132μm以下。超细二氧化硅微粉的中位粒径为3.2μm，硅含量≥99.2％，最大颗粒在132μm以下。熔融二氧化硅微粉的中位粒径为6.5μm，硅含量≥99.46％，最大颗粒在132μm以下。

实施例及对比例

二氧化硅微粉组合物的制备方法，具体步骤如下：

按表1的重量份数组成，将圆角二氧化硅微粉、球形二氧化硅微粉、角形二氧化硅微粉、超细二氧化硅微粉和熔融二氧化硅微粉投入高速混合机中进行混合，混合时间为15min，混合温度为90℃，混合后添加表面处理剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，改性温度为120℃，改性时间为10min，改性完成后冷却至室温，进行筛分，得到具有一定粒度分布的二氧化硅微粉组合物。

表1各实施例和对比例中二氧化硅微粉组合物的组成

各实施例和对比例中二氧化硅微粉组合物的流动性按专利“CN105004636A”中描述的粉体流动性测试方法，导热系数按SJ/T 11197-1999环氧模塑料的第5.7条导热系数进行导热系数的测定。

表2各类型硅微粉的性能数据

表3各实施例的二氧化硅微粉组合物的性能数据

表4各对比例的二氧化硅微粉组合物的性能数据

表5不同成分构成的填料的成本

	实施例7	实施例19	实施例20
				配比	100％二氧化硅	95％二氧化硅+5％球形氧化铝	98.5％二氧化硅+1.5％氮化硼
成本	低	较高	最高

根据表3和表4，实施例1、7和对比例19对比发现，圆角硅微粉的添加量增加，导热性能增强，流动性变好，但对比实施例2和实施例7，从35份增加到40份时，流动性与导热性均变差，说明圆角粉添加量并不是越大越好。

实施例1和实施例3和对比例12、13对比发现，球形二氧化硅微粉添加量越多，流动性性能越好，导热会变差，但球形二氧化硅微粉增加会导致成本升高。

实施例5、实施例6、实施例7与对比例14、15对比发现，角形二氧化硅微粉使用量减少，导热性能变差，流动性变好，控制添加量主要是控制成本。

实施例4、实施例7、实施例8与对比例16对比发现，超细二氧化硅微粉添加量在5份左右是流动性与导热性的转折点，在这个添加量也是流动性与导热性两个性能最佳的。

实施例7、实施例10、实施例11与对比例17对比发现，熔融二氧化硅微粉添加量在3份左右是流动性与导热性的转折点，在这个添加量也是流动性与导热性两个性能最佳的，但对整体性能影响不大。

实施例7、实施例9与对比例18对比发现，表面处理剂主要影响导热性能，但也不是越多越好，通过实施例对比，添加量控制在0.5份是最合适的。

对比实施例7与表2各个产品单组份的对比发现，本发明二氧化硅微粉组合物其导热系数、流动性等性能相较于单体和目前的现有技术，均表现出显著提升，并且从表5不同成分构成的填料的成本可以看出，完全由本申请的二氧化硅微粉组合物为填料，其性能与添加球形氧化铝或氮化硼相近的情况下，成本是最低的。

Claims (10)

1.高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，按重量份数计由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的圆角二氧化硅微粉的中位粒径为25-35μm，硅含量≥99.45％，最大颗粒在132μm以下。

3.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的圆角二氧化硅微粉的重量份数为34-36份。

4.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的球形二氧化硅微粉的中位粒径为30-35μm，硅含量≥99.8％，最大颗粒在132μm以下；所述的球形二氧化硅微粉的重量份数为12-18份。

5.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的角形二氧化硅微粉的中位粒径为15-30μm，硅含量≥99.8％；所述的角形二氧化硅微粉的重量份数为24-26份。

6.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的超细二氧化硅微粉的中位粒径为2-4μm，硅含量≥99.2％；所述的超细二氧化硅微粉的重量份数为6-8份。

7.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的熔融二氧化硅微粉的中位粒径为5-7μm，硅含量≥99.6％；所述的熔融二氧化硅微粉的重量份数为3份。

8.根据权利要求1所述的二氧化硅微粉填料组合物，其特征在于，所述的表面处理剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

9.根据权利要求1-8任一所述的高导热高流动性EMC用二氧化硅微粉填料组合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

按比例将圆角二氧化硅微粉、球形二氧化硅微粉、角形二氧化硅微粉、超细二氧化硅微粉和熔融二氧化硅微粉在80-100℃下混合，混合均匀后添加表面处理剂，改性温度为100-150℃，改性完成后冷却至室温，筛分得到二氧化硅微粉填料组合物。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，混合时间≥15min，改性为10±2min。

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