CN114574154A - 一种低粘度双组份导热灌封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低粘度双组份导热灌封胶及其制备方法，包括100份乙烯基硅油、10~30份交联剂、0.01~0.1份催化剂、0.001~0.06份抑制剂、200~600份导热填料、10~30份增塑剂、0.01~1份硅烷偶联剂。制备方法如下：该灌封胶包含A组份和B组份，包括制备基胶、制备A组份和制备B组份3个步骤。本发明通过不同种类、粒径和形状的填料的搭配以及硅烷偶联剂的处理制得的产品具有较低的粘度和较高的流动性，固化后具有优越的耐高低温性能和极好的耐气候、耐辐射以及优越的介电性能。

Description

一种低粘度双组份导热灌封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低粘度双组份加成型导热灌封胶以及制备方法，属于导热灌封胶技术领域。

背景技术

导热灌封胶主要用于电子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆作用。灌封胶在固化前属于液体状态，具有流动性胶液粘度根据产品的材质、性能和生产工艺的不同而有所区别，固化后可以起到很好的导热、绝缘、防水防潮、防尘、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用。目前市场上常用的电子灌封胶材料主要有聚氨酯、环氧树脂和硅橡胶等材料。聚氨酯材料具有较好的耐低温性能、耐候性、粘度低、流动性好，加工设备和工艺简单，易于实现自动化操作。缺点是聚氨酯材料有毒，对人体健康有害。一般应用在内部结构复杂的电子元件和电子设备的封装。环氧树脂固化时收缩率小，具有优良的耐热性、电绝缘性和介电性能，能满足电气和集成电路的不同要求，广泛用于各种电子元器件。其缺点是脆性大、韧性不足，固化时有一定的内应力，固化后易产生裂纹；硅橡胶固化后不收缩，并且具有优良的电性能和化学稳定性，其对金属不会产生腐蚀，且无毒。特别是加成型硅橡胶固化时，表面和深层同时硫化，硫化后硅橡胶材料强度高，收缩率低，更适合在应力敏感的元器件中应用。

加成型液体硅橡胶因具有交联时无副产物放出、线收缩率小、交联密度和硫化速度易控制等特点而被广泛用于电子电器的灌封。随着电子工业的发展，电子元器件、逻辑电路趋于密集化、小型化，这就要求灌封胶除了具有良好的导热性能、力学性能以及电绝缘性能以外，还要具备优良的流动性能，以确保小空间内也能灌封满导热胶，才能满足小型化电子元器件的散热需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种低粘度双组份加成型导热灌封胶以及制备方法，该灌封胶具有粘度低、导热高以及超高流动性等优异性能。

为实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明提供的低粘度双组份加成型导热灌封胶包含如下重量份的组份：

A组份包括如下质量分数计的原料：

乙烯基硅油 100份；

导热填料 200~600份；

增塑剂 10~50份；

催化剂 0.01~0.1份；

硅烷偶联剂 0.01~1份。

B组份包括如下质量分数计的原料：

乙烯基硅油 100份；

导热填料 200~600份；

增塑剂 10~30份；

交联剂 10~30份；

硅烷偶联剂 0.01~1份

抑制剂 0.001~0.06份。

优选的，所述A组份和B组份中的乙烯基硅油为端乙烯基硅油，其粘度在50~1000mpa.s，乙烯基含量为0.1%~3%。

优选的，所述B组分中的交联剂为低粘度的含氢硅油，粘度为20~200 mpa.s，含氢量为0.05%~0.8%。

优选的，所述A组份中的催化剂为氯铂酸、氯铂酸-异丙醇、卡斯特催化剂的任意一种，其铂金含量为1000ppm~10000ppm。

优选的，所述A组份和B组份中的导热填料为氧化铝、硅微粉、氢氧化铝的一种或者几种混合。导热填料的粒径为0.5-2μm、5-10μm、10-20μm、30-50μm、60-90μm中的两种以上组合而成，形状为球形、类球形、无定形形的两种以上组合。合理粒径和形状的导热填料搭配使用可以有效降低粘度。

优选的，所述A组份和B组份中增塑剂为甲基硅油，粘度为20~200 mpa.s。

优选的，所述B组份中的抑制剂为乙炔基环己醇、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、乙二胺的一种或者几种混合。

优选的，所述A组份和B组份中硅烷偶联剂为硅酸乙酯、KH550、辛基三乙氧基硅氧烷的一种或者几种混合。硅烷偶联剂的搭配使用可以改性填料表面条件，改善了填料的相容性，有效降低硅橡胶的粘度。

本发明的一种低粘度双组份加成型导热灌封胶的制备方法，包含如下步骤：

（1）制备母胶

在室温条件下，将乙烯基硅油、导热填料、硅烷偶联剂加入到捏合机中，混合1h，加热到100℃，继续抽真空混合4h，制得母胶，冷却到室温备用。

（2）制备A组份

将一半母胶中加入增塑剂和催化剂，抽真空混合均匀，后制得A组份。

（3）制备B组份

将剩余母胶中加入增塑剂、抑制剂和交联剂，抽真空混合均匀，后制得B组份。

（4）低粘度双组份加成型导热灌封胶的固化

将制得的A组份和B组份按照1:1混合均匀，真空脱泡10~20min，室温固化或者加热固化，即可固化低粘度双组份加成型导热灌封胶。

导热填料的种类、粒径、用量、几何形状，混杂填充及表面改性等因素均会对灌封胶的导热性能产生影响。氧化铝的热传导系数为30W/m·k，硅微粉的热传导系数为10W/m·k，相同填料添加量的时，使用氧化铝比使用硅微粉的导热率要高，并且随着填料用量的增加热导率也迅速增加。与单一粒径的填料填充体系相比，不同粒径大小、同种填料的混杂填充更有利于提高热导率。同种填料不同形态的混杂填充比单一形态填料填充更易获得高热导率的胶粘剂。不同种类的填料在适当配比时，混杂填充亦优于单一种类填料填充。大小粒径掺杂比单一粒径的热导率高，这是因为大小粒径掺杂时，小粒径的颗粒更易填充至大粒径颗粒的空隙中（致密度增大），使颗粒之间的接触更加紧密，填料在基体内部的排列密度提高（减小了接触热阻），进而增加了体系的热导率。另无机粒子和硅胶界面间存在极性差异，致使两者相容性较差，无机粒子较大的表面张力使其表面较难被硅胶所润湿，相界面间存在空隙及缺陷，从而增大了界面热阻。因此，对无机填料粒子表面进行修饰，可改善其分散性、减少界面缺陷、增强界面粘接强度、抑制声子在界面处的散射和增大声子的传播自由程，从而有利于提高体系的热导率。

本发明主要从不同种类、不同粒径的填料进行适当的配比，以及对无机填料进行表面修饰，改善其分散性，从而降低产品的粘度。氧化铝导热率比较高，添加量也比较大，可以大量添加。硅微粉性价比高，但导热不如氧化铝高，可以适量添加。填料的形状主要包括无定形和球形两类，球形填料添加量较大，但成本较高，因此需要在无定形和球形填料之间合理搭配，使性价比最优。再通过乙烯基硅油和含氢硅油的搭配控制凝胶固化后的硬度，用催化剂和抑制剂搭配控制反应速度和操作时间。

本发明采用共混法对填料进行改性，其方法是在生产过程中直接将填料、硅油和表面改性剂等一起加入到捏合机中进行共混，一般需要将温度加热到100~150℃，在此温度下共混时间为30min~60min。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种低粘度双组份加成型导热灌封胶，该灌封胶采用合理的硅烷偶联剂处理填料，使改性后的填料添加量增大而粘度增加较小同时配合合理的粒径和形状的导热填料搭配，有效的降低了产品的粘度，与相同导热常规产品相比，粘度降低了30%左右，可以灌封到更加微小的空隙中，因而有着广泛的应用前景。在未来小型化、密集化的电子元器件具有大的需求，开发此产品具有实际的应用需求。

本发明还提供了一种低粘度双组份加成型导热灌封胶的制备方法，该制备方法工艺简单、设备投资小、操作简单，非常适合工业化放大生产。

具体实施方式

下面给出具体实施例子，对本发明进一步阐述。

实施例1：

一种低粘度双组份加成型导热灌封胶包含如下重量份的组份：

A组份包括如下质量分数计的原料：

200粘度乙烯基硅油 100份；

5~10μm无定形硅微粉 60份；

10~20μm无定形氢氧化铝 40份；

30~40μm球形氧化铝 40份；

甲基硅油 20份；

辛基三乙氧基硅氧烷 0.1份；

硅酸乙酯 0.1份；

氯铂酸 0.1份；

B组份包括如下质量分数计的原料：

200粘度乙烯基硅油 100份；

5~10μm无定形硅微粉 60份；

10~20μm无定形氢氧化铝 40份；

30~40μm球形氧化铝 40份；

甲基硅油 10份；

0.8%含氢硅油 10份；

辛基三乙氧基硅氧烷 0.1份；

硅酸乙酯 0.1份；

乙炔基环己醇 0.02份。

所述低粘度双组份加成型导热灌封胶的制备过程如下：

（1）制备母胶

在室温条件下，将100份乙烯基硅油、60份5~10μm无定形硅微粉、40份10~20μm无定形氢氧化铝、40份30~40μm球形氧化铝、0.1份辛基三乙氧基硅氧烷和0.1份硅酸乙酯加入到双行星搅拌机中，混合1h，加热到100℃，继续抽真空混合4h，制得母胶，冷却到室温备用。

（2）制备A组份

将一半母胶中加入0.1份氯铂酸和20份甲基硅油，抽真空混合均匀，后制得A组份。

（3）制备B组份

将剩余母胶中加入0.02份乙炔基环己醇、10份甲基硅油和10份含氢硅油，抽真空混合均匀，后制得B组份。

（4）低粘度双组份加成型导热灌封胶的固化

将制得的A组份和B组份按照1:1混合均匀，真空脱泡10~20min，室温固化或者加热固化，即可得固化后的低粘度双组份加成型导热灌封胶。

实施例2：

一种低粘度双组份加成型导热灌封胶包含如下重量份的组份：

A组份包括如下质量分数计的原料：

50粘度乙烯基硅油 100份；

0.5~2μm无定形氧化铝 80份；

5~10μm球形氧化铝 150份；

10~20μm无定形氢氧化铝 50份；

30~40μm球形氧化铝 140份；

甲基硅油 30份；

辛基三乙氧基硅氧烷 0.2份

硅酸乙酯 0.2份

氯铂酸 0.1份；

B组份包括如下质量分数计的原料：

50粘度乙烯基硅油 100份；

0.5~2μm无定形氧化铝 50份；

5~10μm球形氧化铝 150份

10~20μm无定形氢氧化铝 50份；

30~40μm球形氧化铝 140份；

甲基硅油 10份；

0.15%含氢硅油 20份；

辛基三乙氧基硅氧烷 0.2份

硅酸乙酯 0.2份

乙炔基环己醇 0.02份。

所述低粘度双组份加成型导热灌封胶的制备过程如下：

（1）制备母胶

在室温条件下，将100份乙烯基硅油、80份0.5~2μm无定形氧化铝、150份5~10μm球形氧化铝、50份10~20μm无定形氢氧化铝、140份30~40μm球形氧化铝、0.2份辛基三乙氧基硅氧烷和硅酸乙酯加入到双行星搅拌机中，混合1h，加热到100℃，继续抽真空混合4h，制得母胶，冷却到室温备用。

（2）制备A组份

将一半母胶中加入0.1份氯铂酸和30份甲基硅油，抽真空混合均匀，后制得A组份。

（3）制备B组份

将剩余母胶中加入0.02份乙炔基环己醇、10份甲基硅油和20份含氢硅油，抽真空混合均匀，后制得B组份。

（4）低粘度双组份加成型导热灌封胶的固化

将制得的A组份和B组份按照1:1混合均匀，真空脱泡10~20min，室温固化或者加热固化，即可得固化后的低粘度双组份加成型导热灌封胶。

产品性能指标如下：

实施例	密度（g/cm<sup>3</sup>）	硬度（shore A）	导热系数[W.(m.K)]	粘度（mpa.s）
					实施例1	1.45	65	0.7	1500
实施例2	2.2	45	1.24	2100

从表中可以看出本发明产品具有较低的粘度，并且适合非常小的空隙的灌封要求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，包括A组份和B组份，

A组份包括如下质量分数计的原料：

乙烯基硅油 100份；

导热填料 200~600份；

增塑剂 10~50份；

催化剂 0.01~0.1份；

硅烷偶联剂 0.01~1份

B组份包括如下质量分数计的原料：

乙烯基硅油 100份；

导热填料 200~600份；

增塑剂 10~30份；

交联剂 10~30份；

硅烷偶联剂 0.01~1份

抑制剂 0.001~0.06份。

2.如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述A组份和B组份中的乙烯基硅油为端乙烯基硅油，其粘度在50~1000mpa.s，乙烯基含量为0.1%~3%。

3. 如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述B组分中的交联剂为低粘度的含氢硅油，粘度为20~200 mpa.s，含氢量为0.05%~0.8%。

4.如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述A组份中的催化剂为氯铂酸、氯铂酸-异丙醇、卡斯特催化剂中的任意一种，其铂金含量为1000ppm~10000ppm。

5.如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述A组份和B组份中的导热填料为氧化铝、硅微粉、氢氧化铝的一种或者几种的混合；粒径为0.5-2μm、5-10μm、10-20μm、30-50μm、60-90μm中的两种以上组合而成，形状为球形、类球形、无定形的两种以上组合。

6. 如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述A组份和B组份中增塑剂为甲基硅油，粘度为20~200 mpa.s。

7.如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述B组份中的抑制剂为乙炔基环己醇、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、四甲基乙二胺的一种或者几种混合。

8.如权利要求1所述的低粘度双组份导热灌封胶，其特征在于，所述A组份和B组份中硅烷偶联剂为硅酸乙酯、KH550、辛基三乙氧基硅氧烷的一种或者几种混合。

9.权利要求1~8任一项所述的低粘度双组份导热灌封胶的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

（1）制备母胶

在室温条件下，将乙烯基硅油、导热填料和硅烷偶联剂加入到捏合机中，混合1h，加热到100℃，继续抽真空混合4h，制得母胶，冷却到室温备用；

（2）制备A组份

将一半母胶中加入增塑剂和催化剂，抽真空混合均匀后制得A组份；

（3）制备B组份

将剩余母胶中加入增塑剂、抑制剂和交联剂，抽真空混合均匀后制得B组份；

（4）低粘度双组份加成型导热灌封胶的固化

将制得的A组份和B组份按照1:1混合均匀，真空脱泡10~20min，室温固化或者加热固化，即可固化低粘度双组份加成型导热灌封胶。