DE19817193B4 - Strahlungs- und/oder wärmehärtbarer Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit und seine Verwendung - Google Patents
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Abstract
Strahlungs-
und/oder wärmehärtbarer Klebstoff
mit hoher Wärmeleit-
fähigkeit,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Rezeptur des Klebstoffs
19 bis 40 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans,
9 bis 25 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat,
1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren,
35 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller,
0,5 bis 3 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und
0,5 bis 2 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
19 bis 40 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans,
9 bis 25 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat,
1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren,
35 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller,
0,5 bis 3 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und
0,5 bis 2 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen strahlungs- und/oder wärmehärtbaren Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit und seine Verwendung.
- Klebstoffe der genannten Gattung sind im Handel erhältlich. Die Kombination ihrer Eigenschaften kann jedoch nicht befriedigen. Ebenso wird die Dauereinsatztemperatur von unter 160° Celsius als zu gering angesehen. Ferner weisen die im Stand der Technik bekannten strahlungshärtenden Klebstoffe den Nachteil auf, daß sie nach der Härtung eine nasse Oberfläche zeigen. Durch den Luftsauerstoff kommt es an der Oberfläche des Klebstoffs zu keiner Polymerisation, im Gegensatz zur übrigen Masse des Klebstoffs, so daß die Monomere dort verbleiben und nicht abreagieren, was zu der Nässe an der Oberfläche führt.
- Zum Schutz elektrischer Schaltungen werden auf diese regelmäßig Silikongele aufgebracht. Diese Gele enthalten meist herstellungsbedingt einen Platinkomplex als Katalysator. Bei der Gelierung des Gels in Kontakt mit dem Klebstoff kann es hierdurch zur Inhibierung des Silikongels an der Grenzschicht kommen.
- Die Wärmeleitfähigkeit eines strahlungs- und/oder wärmehärtbaren Klebstoffs hängt insbesondere von dem Füllungsgrad des Klebstoffs mit mineralischen Füllstoffen ab, wobei ein steigender Füllungsgrad zu einer ansteigenden Wärmeleitfähigkeit führt. Andererseits behindert ein zu hoher Füllungsgrad des Klebstoffs die Strahlungshärtung des Harzes.
- Die
EP 0 504 569 A2 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung oder Verklebung von elektronischen Bauelementen und Baugruppen, wobei Reaktionsharzmischungen auf Epoxidharzbasis zum Einsatz kommen. Diese Reaktionsharzmischungen werden durch UV-Bestrahlung und thermisch gehärtet. - G. HABENICHT, Kleben – Grundlagen, Technologie, Anwendung, Springer-Verlag, 1986 sowie RÖMPP CHEMIE LEXIKON, 9. Auflage, 1992, Seiten 1701-1702 und Seite 4898 beschreiben allgemeines Fachwissen zu den Themen Kleben, Vernetzung und Härtung.
- In Patents Abstracts of Japan, C 1104 August 31, 1993, Vol. 17, No. 478 zu JP 5-117593 (a) werden Mischungen von Alkyl(meth)acrylaten und Comonomeren beschrieben, die mittels Strahlung und Wärme gehärtet werden können. In dieser Veröffentlichung wird ein Klebstoff beschrieben, der aus einer Vielzahl von notwendigen Komponenten besteht und diese zusätzlich in zwingend vorgeschriebenen Gewichtsverhältnissen vorliegen müssen.
- Die
DE 37 09 920 A1 beschreibt einen strahlungshärtbaren Haftkleber. Dieser wird zur Herstellung von Etiketten, Klebebändern, Dekorfolien und ähnlichen selbstklebenden flächigen Gebilden eingesetzt. Ein Anwendungsbereich dieses speziellen Klebers zur Ankoppelung von elektronischen Bauelementen und Schaltungen an Kühlkörper wird nicht genannt. - In der
DE 38 17 400 A1 wird ein wärmeleitender, elektrisch isolierender Kleber beschrieben, der feste Zusatzstoffe enthält. - In der
EP 0 474 194 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung von maskierten elektronischen Vorrichtungen unter Verwendung eines speziellen Maskierungsmaterials beschrieben. Es handelt sich hierbei nicht um einen strahlungs- und/oder thermisch härtenden Klebstoff. - Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht daher darin, einen strahlungs- und/oder thermisch härtenden Klebstoff bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet und ein insgesamt deutlich überlegenes Eigenschaftsprofil zeigt.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen strahlungs- und/oder wärmehärtbaren Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rezeptur des Klebstoffs 19 bis 40 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethane, 9 bis 25 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 35 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller, 0,5 bis 3 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 0,5 bis 2 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform stellt der Photoinitiator 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-ethyl-1-propan-1-on, Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid oder 2-Methyl-1-[4(-methylthio)phenyl]-2-morpholino-propanon-1 dar.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Mineralfüller Al2O3, AIN, BeO, BN, SiC, Si3N4, TiO2, SiO2, Diamant, Graphit, BaSO4, GaAs oder eine Mischung daraus. Bei den eingesetzten Mineralfüllern handelt es sich um wärme- jedoch nicht elektrischleitende Mineralfüller.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Peroxid tert.-Butylperoxybenzoat, Methyl-isobutyl-ketonperoxid oder Dibenzoylperoxid eingesetzt.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Rezeptur des erfindungsgemäßen Klebstoffs 21 bis 28 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans, 11 bis 18 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 1 bis 4 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 50 bis 65 Gew.-% eines oder meherer Mineralfüller, 1 bis 2,5 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 1 bis 1,5 Gew.-% eines organischen Peroxids.
- Insbesondere bevorzugt ist ein strahlungs- und/oder wärmehärtbarer Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der dadurch gekennzeichnet ist, daß seine Rezeptur die folgenden Bestandteile umfaßt:
23 bis 26 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans, 13 bis 16 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 2 bis 3 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 52 bis 60 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller, 1 bis 2 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 1 bis 1,5 Gew.-% eines organischen Peroxids. - Als difunktionelles acrylisiertes aromatisches Polyurethan kann beispielsweise Actilane® 170 von Akcros Chemicals eingesetzt werden. Das hierbei eingesetzte Polyurethan ist relativ niedermolekular.
- Bekannte und erfindungsgemäß eingesetzte SiO2-haltige Thixotropiermittel sind beispielsweise die bekannten Aerosile® der Firma Degussa.
- Durch den erfindungsgemäßen Einkomponentenklebstoff kann in besonders vorteilhafter Weise eine Ankoppelung von elektronischen Bauelementen oder Schaltungen an Kühlkörper erfolgen. Beispiele für elektronische Bauelemente sind Transistoren oder integrierte Schaltungen. Beispiele für Kühlkörper sind Metallkörper.
- Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Klebstoffs besteht in einer Kombination meherer vorteilhafter Eigenschaften. So ist er für eine Dauereinsatztemperatur bis zu 180° Celsius geeignet. Darüberhinaus beträgt seine Wärmeleitfähigkeit 0,7 bis 1,2 W/mK. Seine Klebefestigkeit ist gößer als 10 N/mm2 nach DIN EN 1465. Bei der Strahlungshärtung beträgt sein Schrumpf weniger als 6 Gew.-%.
- Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, daß es zu keiner Inhibierung von Silikongelen mit Platinkatalysatoren bei Kontakt mit dem Klebstoff kommt. Weiterhin erfährt der Klebstoff bei Strahlungs- und/oder Warmaushärtung keine Sauerstoffinhibierung an der Oberfläche, was zu einer trockenen Oberfläche führt. Im Gegensatz zu den bekannten Klebstoffen des Standes der Technik kann davon ausgegangen werden, daß die eingesetzten Monomere vollständig umgesetzt werden.
- Der erfindungsgemäße Klebstoff zeichnet sich auch dadurch aus, daß er besonders variabel in der Anwendung ist, da er sowohl strahlungshärtend, als auch wärmehärtend als auch strahlungs- und wärmehärtend ist. Der neue Klebstoff zeichnet sich darüberhinaus durch besonders günstige Verarbeitungseigenschaften aus. So ist er stempelbar und durch Siebdruck leicht aufzubringen. Ferner ist er dispensbar, d.h. er kann beispielsweise in einfacherer Weise über eine Nadeldüse abgegeben werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klebstoff dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich kugelförmige Abstandshalter umfaßt. Diese können aus Metall, Kunststoff, Glas, Keramik oder einer Kombination dieser Materialien bestehen. Ihr Durchmesser liegt zwischen 10 und 100 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 40 μm. Durch diese Abstandshalter in dem Klebstoff ist es in einfacher Weise möglich einen definierten Abstand der zu klebenden Teile zu erreichen.
- Die Korngröße des Mineralfüllers liegt unter 100 μm. Sie liegt vorzugsweise zwischen 1 bis 20 μm. Die Korngröße des Mineralfüllers kann die Schichtdicke des Klebstoffs bestimmen.
- Die Erfindung wird anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert.
- Es wird in bekannter Weise ein Klebstoff mit folgender Rezeptur hergestellt:
23,39 Gew.-% Actilane® 170 (difunktionelles aromatisches Urethanacrylat),
15,60 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-methacrylat,
1,17 Gew.-% Irgacure® 651 (2,2-Dimethoxy-1,2-diphenyl-ethan-1-on),
0,78 Gew.-% Trigonox® CM50 (Teritärbutylperbenzoat, phlegmatisiert mit Dibutylphthalat),
57,33 Gew.-% Nabolox® No 115-25 (Al2O3),
1,48 Gew.-% Aerosil® R202 (SiO2) und
0,25 Gew.-% eines Abstandshalters - Der neue Klebstoff zeichnet sich gegenüber Klebstoffen mit Acrylatsystemen des Standes der Technik insbesondere durch eine stark verbesserte Wärmeleitfähigkeit, eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit und eine verbesserte chemische Beständigkeit aus.
- Beispiel 2
- Es wird in bekannter Weise ein Klebstoff mit folgender Rezeptur hergestellt:
35,92 Gew.-% Actilane® 170 (difunktionelles aromatisches Urethanacrylat),
23,95 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-methacrylat,
35,93 Gew.-% Bariumsulfat,
1,80 Gew.-% Irgacure® 651 (2,2-Dimethoxy-1,2-diphenyl-ethan-1-on),
1,20 Gew.-% Trigonox® CM50 (Teritärbutylperbenzoat, phlegmatisert mit Dibutylphthalat) und
1,20 Gew.-% Aerosil® TS100 (SiO2). - Der neue Klebstoff zeichnet sich insbesondere durch eine sehr gute chemische Beständigkeit aus.
Claims (11)
- Strahlungs- und/oder wärmehärtbarer Klebstoff mit hoher Wärmeleit- fähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezeptur des Klebstoffs 19 bis 40 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans, 9 bis 25 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 35 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller, 0,5 bis 3 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 0,5 bis 2 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
- Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Photoinitiator 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-ethyl-1-propan-1-on, Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid oder 2-Methyl-1-[4-(methylthio)pheny]-2-morpholino-propanon-1 ist.
- Klebstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralfüller Al2O3, AIN, BeO, BN, SiC, Si3N4, TiO2, SiO2, Diamant, Graphit, BaSO4, GaAs oder eine Mischung daraus ist.
- Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Peroxid tert.-Butylperoxybenzoat, Methyl-isobutylketonperoxid oder Dibenzoylperoxid ist.
- Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezeptur des Klebstoffs 21 bis 28 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans, 11 bis 18 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 1 bis_4 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 50 bis 65 Gew.-% eines oder meherer Mineralfüller, 1 bis 2,5 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 1 bis 1,5 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
- Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezeptur des Klebstoffs 23 bis 26 Gew.-% eines difunktionellen acrylierten aromatischen Polyurethans, 13 bis 16 Gew.-% (2-Hydroxypropyl)-acrylat oder -methacrylat, 2 bis 3 Gew.-% eines oder mehrerer Photoinitiatoren, 52 bis 60 Gew.-% eines oder mehrerer Mineralfüller, 1 bis 2 Gew.-% eines SiO2-haltigen Thixotropiermittels und 1 bis 1,5 Gew.-% eines organischen Peroxids umfaßt.
- Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er kugelförmige Abstandshalter umfaßt.
- Klebstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter Metall; Kunststoff, Glas, Keramik oder eine Mischung daraus umfassen.
- Klebstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Abstandshalter 10 bis 100 μm, vorzugsweise 20 bis 40 μm beträgt.
- Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Mineralfüllers unter 100 μm, vorzugsweise 1 bis 20 μm beträgt.
- Verwendung eines Klebstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ankoppelung von elektronischen Bauelementen oder Schaltungen an Kühlkörper.
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