高耐热性热可塑导电性复合材料
发明领域
本发明涉及一种高耐热性热可塑导电性复合材料,其为具有高耐热性、成形加工性及机械物性良好之热可塑性导电性材料组成。
背景技术
为了配合电子产品高度封装化之需求而进一步提高密度,在基板实施IC芯片之封装,但借助焊料回焊IC芯片于基板上时,因IC芯片本身会吸附湿气,故回焊时的高热会使IC芯片内产生水蒸气,引起膨胀或龟裂之情形,而造成IC芯片的损坏,所以为了避免此损坏之情形的发生,在回焊IC芯片前必须先以100℃以上之温度,将IC芯片上的水分去除,使IC芯片保持干燥;而在此干燥过程中,运送承载此IC芯片的薄盘亦需能承受100℃以上的温度且需具备良好的导电性来防止IC芯片受到破损,若薄盘耐热性不佳可能会因瞬间的高温而造成薄盘的翘曲,使承载于上的IC芯片难以被定位,另外此薄盘的表面电阻系数须控制于102-109Ω/□之范围内,其原因是IC芯片的引出线直接与薄盘接触,若表面电阻系数<102Ω/□会发生IC芯片的引出线间的短路而造成IC损坏,表面电阻系数>109Ω/□则会产生静电,亦会造成IC损坏,故由此得知选择薄盘的材质显然十分重要。
近几年来,由于为了提高电子产品的生产效率,干燥IC芯片的时间被要求缩短,如此需提高干燥的温度,所以寻找一种具150℃以上之耐热性且表面电阻系数为103-106Ω/□的复合材料来制成承载IC芯片之薄盘是迫切需要的,故本发明的发明人根据以上问题,潜心研究加以创新改良,主要掺合聚次苯醚(PPE)、高耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)、氢化苯乙烯 丁二烯嵌段共聚合物(SEBS)及和导电性碳黑(Carbon Black)组成此复合材料,该复合材料具有高导电性、高耐热性并有良好之加工性、机械物性及成型性且成型后之产品(IC用薄盘)外观良好,实为一具功效增进且具实用性之发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特别应用于具150℃以上之耐热性、103-106Ω/□之导电性、翘曲性小及成型性佳的IC tray射出成型产品的高耐热性热可塑导电性复合材料。
本发明在于提供一种高耐热性热可塑导电性复合材料,其主要成分包含有聚次苯醚(PPE)、高耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)、氢化苯乙烯 丁二烯嵌段共聚合物(SEBS)及使其具有导电性之导电性碳黑(CarbonBlack);其另可掺入聚苯乙烯(PS),该聚苯乙烯(PS)与氢化苯乙烯 丁二烯嵌段共聚合物(SEBS)可达到与高耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)相同之功效进而取代高耐冲击性聚苯乙烯(HIPS);或可依各组份之添加比例,进一步掺入乙烯共聚物(Ethylene copolymer),该乙烯共聚物(Ethylenecopolymer)包含有乙烯丙烯酸甲酯共聚合物(EMA)、乙烯醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)、乙烯甲基压克力酸酯共聚合物(EMAA)、乙烯丙烯酸甲基甲酯共聚合物(EMMA)、乙烯丙烯酸乙酯共聚合物(EEA)、乙烯压克力酸酯共聚合物(EAA)、乙烯丙烯酸丁酯共聚合物(EBA),或可再进一步将此乙烯共聚物接枝羧基(-COOH)、酸酐(-MAH)、环氧基(-GMA)等极性基,形成如:EEA-MAH、EVA-MAH、EBA-GMA、EEA-GMA等接枝聚合物;而氢化苯乙烯丁二烯嵌段共聚合物(SEBS)则可以苯乙烯-丁二烯共聚合物(SBS)来替代或共同掺合亦可;或另进一步掺入苯乙烯-马来酸酐共聚合物(SMA)亦可。
请参阅表1.,为本发明人经多次测试而归纳各组份的规格及使用量范围,其聚次苯醚(PPE)之本质粘度(I.V.)值范围为0.25-0.6dl/g(且0.3-0.5dl/g为较佳),而使用量的范围为65-90重量%(且70-85重量%为较佳),其使用的型号可为GE P803、GE 640、Sumitomo E-200;高耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)使用量的范围为5-20重量%(且8-15重量%为较佳),其使用的型号可为奇美PH-88H、PH-88S;聚苯乙烯(PS)之熔融指数(MI)值550g/10min,而使用量的范围为5-15重量%(且8-12重量%为较佳),其使用的型号为奇美PG-33;氢化苯乙烯 丁二烯嵌段共聚合物(SEBS)其中EB含量范围占20-40重量%,而使用量的范围为5-15重量%(且510重量%为较佳),其使用的型号可为KRATON G-1651、G-1654、G-1050;苯乙烯-丁二烯共聚合物(SBS)其中B含量范围占20-40重量%,而使用量的范围为2-10重量%(且3-8重量%为较佳),其使用的型号可为KRATON D-1155JS、D-1155JP、ASAHI 125A;苯乙烯-马来酸酐共聚合物(SMA)使用量的范围为1-10重量%,其使用的型号为ATO-CHEM SMA-3000;乙烯共聚物(Ethylene copolymer)的熔融指数(MI)值1-50g/10min(且3-30g/10nin为较佳),其共聚单体(comonomer)量占5-50重量%(且10-30重量%为较佳),而使用量的范围为1-10重量%(且3-8重量%为较佳),另于前述乙烯共聚合物接枝的极性基含量为0.1-5重量%(且0.2-2重量%为较佳);碳黑(Carbon Black)的粒径范围为30-90nm,吸油量需>100ml/100g以上(且>150ml/100g为较佳),表面积>40cm2/g为较佳,而使用量的范围为10-35phr(且15-25phr为较佳),其使用的型号可为Cabot XC-72、Cabot BP-3700、Cabot BP-2000、ENSACO 250G、PrintexXE2、Ketjen Black EC300、Ketjen Black EC600JD。
表1.
组份 |
规格 |
使用量范围 |
PPE:polyphenylene Ether |
I.V.值:0.25~0.6dl/g |
65~90wt% |
HIPS:High Impact polystyrene |
- |
5~20wt% |
PS:polystyrene |
MI值:5~50g/10min |
5~15wt% |
SEBS:styrene-Ethyl Butadiene-styrene |
EB含量:20~40wt% |
5~15wt% |
SBS:styrene-Butadiene block copolymer |
B含量:20~40wt% |
2~10wt% |
SMA:styrene-Maleic-anhydride-copolymer |
- |
1~10wt% |
Ethylene copolymer |
EMA:Ethylene Methyl-acrylateEVA:Ethylene vinyl AcetateEMAA:Ethylene Methacrylic acidEMMA:Ethylene Methyl-methacrylateEEA:Ethylene Ethyl-acrylateEAA:Ethylene Acrylic acidEBA:Ethylene Butyl-acrylate | MI值:1~50g/10min共聚单体量:5~50wt% | 1~10wt% |
Ethylene copolymer极性基接枝(羧基、酸酐、环氧基)(-COOH)(-MAH)(-GMA) | 极性基含量:0.1~5wt% | - |
Carbon Black |
粒径:30~90nm吸油量DBP>100ml/100g以上表面积>40cm2/g(较佳) | 10~35phr |
为了能够更加了解该复合材料之成分比例及其所得之性质,请参阅并对照表2.(实施例)及表3.(比较例),其利用L/D=36,直径=72mm之双螺杆压出机混练导电性材料,料温控制在220℃-300℃,螺杆转速200rpm,吐出量则为100kg/hr。除了碳黑(Carbon Black)由中段入料之外,其余成份由前段入料,导电粒子并经过真空烘干后,使用射出成型机,其料温控制在250℃-300℃作试片之射出成型;而其试验所得之数据系用塑料测试技术上熟知之标准方法(ASTM)测得,其测试方法采用如下:性 质 方 法热变形温度 ASTM D-648测试(荷重18.6kg)表面电阻系数 ASTM D-257测试拉伸强度 ASTM D-638测试弯曲强度 ASTM 790测试弯曲模数 ASTM 790测试
表2.实施例
组份 |
配方(A) |
配方(B) |
配方(C) |
配方(D) |
配方(E) |
配方(F) |
PPE (wt%)(GE P803)HIPS (wt%)(奇美PH-88H)PS (wt%)(奇美PG-33)SEBS (wt%)(KRATON G-1651)SBS (wt%)(KRATON D-1155JS)EMA (wt%)(DuPont OE 5625)SMA (wt%)(ATO-CHEM SMA3000)EVA (wt%)(台聚629)Carbon Black(phr)(Cabot XC-72) | 781208011-20 | 781205311-20 | 8001010000-20 | 780107311-20 | 781205050020 | 801205000320 |
性质 | |
热变形温度(℃)表面电阻系数(Ω/□)拉伸强度(kg/cm2)弯曲强度(kg/cm2)弯曲模数(kg/cm2)收缩率(×10-3)光泽表面白化脱层流动加工性 |
1613.0×104705925260009.885可可 |
1577.0×1046909452450010.388可可 |
1634.0×1047301020280009.790良好良好 |
1622.0×104715990270009.695良好良好 |
1596.0×1047009552500010.090良好良好 |
1601.5×104710965275009.688良好良好 |
而表2.为依据表1.提供的各组份之规格及使用量范围下,列举出六组可以具体实行的配方,由整体来看,热变形温度可达150℃以上之高耐热性,且表面电阻系数控制于103-106Ω/□之适当范围内,表面白化脱层现象及流动加工性皆十分良好,显示充分具有实用性,其非常适用于需具150℃以上之耐热性、103-106Ω/□之导电性、翘曲性小、成型性佳之IC tray射出成型产品上。
请参阅表3.其为部分组份未于表1.之使用范围内,其中比较例之配方(1)及(3)皆未添加聚苯乙烯(PS)、乙烯丙烯酸甲酯共聚合物(EMA)及苯乙烯-马来酸酐共聚合物(SMA),其表面白化脱层现象严重且流动加工性不佳,而配方(2)仅添加60重量%之聚次苯醚(PPE),热变形温度虽可达140℃但拉伸强度及弯曲强度皆不强,配方(4)则添加40phr之碳黑(Carbon Black),其表面白化脱层现象严重且流动加工性不佳,而配方(5)则添加92重量%之聚次苯醚(PPE),其表面白化脱层现象严重且流动加工性亦不佳,故由表2.及表3.比较得知该复合材料之各组份间之添加比例对于其表现的性质有绝对的相互关系(其整理于表4)。
表3.比较例
组份 |
配方(1) |
配方(2) |
配方(3) |
配方(4) |
配方(5) |
PPE (wt%)(GE P803)HIPS (wt%)(奇美PH-88H)PS (wt%)(奇美PG-33)SEBS (wt%)(KRATON G-1651)SBS (wt%)(KRATON D-1155JS)EMA (wt%)(DuPont OE 5625)SMA (wt%)(ATO-CHEM SMA3000)Carbon Black(phr)(Cabot XC-72) | 80120800020 | 602012800020 | 80120530020 | 780101001140 | 9280000020 |
性质 | |
热变形温度(℃)表面电阻系数(Ω/□)拉伸强度(kg/cm2)弯曲强度(kg/cm2)弯曲模数(kg/cm2)收缩率(×10-3)光泽表面白化脱层流动加工性 |
1625×104720960270009.557严重不佳 |
1407×1055207801800010.390可良好 |
1616×104715952270009.558严重不佳 |
1602×101710950265009.230可极差 |
1857×1079301280400009.775严重不佳 |
表4.
组份 |
添加量太多 |
添加量太少 |
PPE |
加工性不佳 |
耐热性、机械物性不佳 |
HIPS |
耐热性、表面不佳 |
冲击性、流动性不佳 |
PS |
耐热性、冲击性不佳 |
流动性、加工性表面不佳 |
SEBS |
流动性、耐热性、表面不佳 |
冲击性不佳 |
E-copolymer |
耐热性、机械物性差 |
表面、分散性、外观不佳 |
CarbonBlack |
加工性、流动性、表面、冲击性不佳 |
导电性不佳 |
综上所述,本发明所提供之一种高耐热性热可塑导电性复合材料,在过去未曾见到有相同之组份组成及掺合比例,并具有高导电性、高耐热性、良好之成形加工性及机械物性,且成型后之成品(IC用薄盘)外观良好又不会产生局部剥离分层现象等优点。
只是以上所述内容,仅仅是本发明之较佳可行之实施例,凡是利用本发明上述实施例之组份、配方、规格等所做出的变化,皆应包含于本发明之权利范围内。