TWI639165B

TWI639165B - 用於電源轉換器之軟黏凝膠

Info

Publication number: TWI639165B
Application number: TW102121078A
Authority: TW
Inventors: 克里斯漢森; 金弘燮; 肯特拉爾森; 艾福斯薩瑞斯夫; 趙盧
Original assignee: 美商道康寧公司; 大陸商道康寧（中國）投資有限公司
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2018-10-21
Also published as: TW201447925A

Abstract

提供一種包含聚合物(特別是聚矽氧凝膠)的軟黏性組成物，用於作為功率轉換器(特別是微型-反相器)內的封膠，具有低於蕭氏00 70的硬度。亦提供一種填充有該種軟黏性凝膠的功率轉換器以及製造該種轉換器的製程。

Description

用於電源轉換器之軟黏凝膠

本發明係關於一種包含聚合物(特別是聚矽氧凝膠)的軟黏性組成物，一種填充有該種軟黏性凝膠的功率轉換器以及製造該種轉換器的製程。

功率轉換器和反相器在多種功率管理應用中尋得用途。特別是，微型反相器和功率優化器是用於光伏系統中的關鍵組件。功率優化器是為了最適化取自光伏或風力渦輪系統的功率而開發以達最大能量生產量的DC-到-DC轉換器技術。微型反相器基本上是將功率優化器與在單個盒中的小型反相器組合，並用於光伏系統中的每個面板上，而功率優化器將反相器留在單獨的盒中，在整個陣列中只用一個反相器。彼等具有高度的可靠性需求，包括熱管理和環保，以承受曝露於元素的戶外使用。目前領先的微型反相器&功率優化器公司為其產品提供25年的保固期，而且填充這些裝置的導熱封膠(封膠)是實現這種保護的關鍵組件。

封膠係用以填充功率轉換器內的空洞空間，以保護組件免於受環境汙染，並延長裝置的使用壽命。封膠需要黏附於裝置的組件，以盡量避免組件曝露於濕氣和其他元素。另外，因為系統產生一定量的熱，故對於可靠的延長使用必須要有導熱性來散熱，因此，這類的封膠需要具有導熱性。

用於這些裝置的現有封膠技術有各種缺點。一種常用的封膠是聚氨基甲酸酯。然而，這種材料在其目前使用的形式中會產生裂縫，並在熱循環之後由於熱膨脹和收縮對組件帶來的應力而在轉換器內導致變壓器和其他組件裂開。另一個問題是，熱循環後轉換器內的封膠從基板剝離，而允許濕氣侵入並導致組件故障。當封膠為可流動時，即使黏度相當地高也會產生長期耐久性的問題，由於裝置外殼中的任何裂縫或孔洞都會隨著時間使材料漏出。因此，改良在功率轉換器內用作封膠的保護性導熱材料的需求是存在的。

茲提供一種包含聚合物(特別是聚矽氧凝膠)、蕭氏硬度低於00 70的軟黏性組成物，用於作為功率轉換器內的封膠。這種組成物對於小規模反相器或轉換器特別有用。

100‧‧‧功率轉換器

101‧‧‧殼體

102‧‧‧蓋體

103‧‧‧電子組件

104‧‧‧電子基板

105‧‧‧封膠

106‧‧‧孔洞

200‧‧‧質地分析儀

201‧‧‧樣品

202‧‧‧探針

203‧‧‧框架

300‧‧‧熱應力測試儀

301‧‧‧壓力換能器

302‧‧‧平膜

303‧‧‧圓柱形容器

304‧‧‧油浴

305‧‧‧連接纜線

306‧‧‧顯示器

圖1為典型的微型反相器和功率轉換器之示意圖。

圖2為測量表面膠黏性的設備之示意圖。

圖3為測量熱應力的設備之示意圖。

茲提供在功率轉換器/反相器(特別是小規模的功率轉換器和反相器)中用於作為封膠的聚合物組成物、這種封膠在功率轉換器和反相器中的使用以及包含這種封膠的裝置。

聚合物組成物用於作為本發明的封膠的聚合物組成物在固化時是軟性的，亦即其具有以蕭氏A尺度測量為小於50、20、15的硬度，較佳地，在蕭氏00尺度為低於70、50、40或甚至更佳為小於蕭氏00 30的硬度。在一些實施例中，固化的聚合物組成物之硬度係為或低於蕭氏00尺度的下限，並藉由探針穿透法來測量。固化的聚合物不是流體，而且不可流動。固化的組成物也是導熱的，具有不低於0.2W/m．K或者大於0.5、1.0、1.5而且進一步大於2.0W/m．K的導熱率。聚合物組成物可以是非交聯的纏繞長鏈聚合物或材料，其具有足夠的內氫鍵而成為不可流動但仍軟性的。

固化的組成物是不可燃的。所謂「不可燃的」意指其通過UL 94 V-1可燃性測試等級或更佳。固化的組成物較佳在厚度等於或小於4mm(較佳厚度等於或小於2mm)時通過UL 94 V-1。

該聚合物組成物在25℃使用Brookfield DV-II+錐體和具有轉速適合測量該黏度的心軸CP-52的盤黏度計或使用具有適合測量該黏度的選擇心軸的Brookfield HADV或LVDV型黏度計測量時具有小於約10,000mPa．s、較佳為小於5,000mPa．s、更佳為小於3,000mPa．s以及最佳為小於1,500mPa．s的固化前黏度。

該固化的聚合物組成物也是膠黏的。所謂膠黏的，其意指當以下述方法測量時，固化材料的表面表現出大於或等於2.5克的膠黏性。

表面膠黏性測量。將可向美國紐約州斯卡斯代爾市的質地技術公司(Texture Technologies Corp.,Scarsdale,New York,USA)取得的TA.XT.plus質地分析儀用於該方法以測量材料的表面膠黏性。使用SMS P/0.25S探針(直徑¼吋的球面探針，不銹鋼)。圖2為質地分析儀200的示意圖。將樣品201放在附接於質地分析儀之框架203的探針202下方。以2mm/s的速度將探針202降低進入樣品201直到探針202與樣品201接觸。一旦探針接觸力達到1.0g，其將會觸發30克的接觸力持續5.0秒。之後，探針以10mm/s的速度升起，然後記錄最大膠黏力為表面膠黏性。測量在溫度25±2℃下進行。

本發明之封膠表現出低的熱應力。當在接下來描述的方法中測試熱應力產生時，固化的封膠組成物施加小於1.0×10⁶、較佳小於5.0×10⁵、甚至更佳小於3.0×10⁵帕。

熱應力產生測量使用大致上如圖3的示意圖描述的壓力測量設備。熱應力測試儀300由含有平膜302的壓力換能器301、裝有待測試的封膠的圓柱形容器303、油浴304、連接纜線305以及顯示器306所組成。壓力換能器可向例如Omega Engineering公司在商品名PX309系列之下購得。壓力換能器301被牢固地擰入圓柱形容器303。該壓力換能器經由平膜302連接至圓柱形容器303，平膜302接受任何來自圓柱形容器303內的壓力。在每個部分充分除氣之後混合待測試封膠、倒入圓柱形容器303以完全填滿圓柱形容器303並且關閉圓柱形容器303。封膠在室溫靜置24小時以完全固化。然後將填充封膠的圓柱形容器303浸泡在油浴304中，油浴304已處於穩定的溫度，例如攝氏80度，其中油表面正好在膜302所處位置的上方。使圓柱形容器303的溫度與油浴304的溫度平衡，並且將由測試封膠的熱膨脹施加在平膜302上的壓力由壓力換能器301轉換為電訊號並由顯示器306指示，並記錄之。

聚合物聚合物可以是聚氨基甲酸酯、有機聚矽氧烷、聚異丁烯、聚丁二烯或包含任何前述聚合物的單體或寡聚物之共聚物。較佳的聚合物為有機聚矽氧烷。

本發明之例示性聚氨基甲酸酯為包含異氰酸酯終端預聚物(單體或寡聚物)和多醚多元醇固化劑的可固化組成物之固化材料，其反應一般為 ROH+R'NCO → ROC(O)N(H)R'(R和R'為烷基或芳基基團)

固化聚合物的柔軟度取決於兩個成分的比率，即柔軟度是由NCO和OH莫耳數之間的計量比率所支配。在一些實施例中，NCO和OH的比率得到下表中指示的蕭氏00硬度：

例示性的聚異丁烯組成物包含異丁烯均聚物或異丁烯和異戊二烯的共聚物。也可以使用聚丁二烯。

可以加入一或多個選擇性的塑化劑來實現所需的硬度。在較佳的實施例中，不添加塑化劑。若添加的話，塑化劑為本技術領域中習知的且市購可得的。例示性的塑化劑為各種己二酸酯和酞酸酯，例如丁基苄基酞酸酯和二烷基酞酸酯，包括二異辛基酞酸酯。用於本發明的較佳塑化劑為反應性的，並與該組成物之其他成分形成共價鍵或形成離子鍵，使得彼等可穩定地被併入該組成物而不會流出或放出。如果使用，則應使用最少量塑化劑以實現所需柔軟度。

本發明例示性的有機聚矽氧烷為可固化組成物之固化材料，包含：(A)每個個別的聚合物分子具有平均至少0.5個矽鍵結烯基的有機聚矽氧烷，該聚合物分子可以是單一聚合物或可以包括二個或更多個差異為以下性質中之至少一者的聚合物：結構、黏度、平均分子量、矽氧烷單元以及序列；(B)每個分子具有至少兩個矽鍵結氫原子的有機聚矽氧烷固化劑；(C)矽氫化催化劑；成分(A)為每個個別的聚合物分子具有平均至少0.5個、更典型為2個或更多個矽鍵結烯基的有機聚矽氧烷。該有機聚矽氧烷可以是或可以包括單一(類型的)聚合物、共聚物或兩個或更多個聚合物之組合。該(A)有機聚矽氧烷可以具有線性形式或分支線性形式或樹枝狀形式的分子結構。該(A)有機聚矽氧烷可以是或可以包括均聚物、共聚物或兩個或更多個聚合物之組合。

成分(A)可以被進一步界定為有機烷基聚矽氧烷。該(A)有機聚矽氧烷之該矽鍵結烯基並無特殊限制，並且適當烯基的實例為乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基及己烯基。每個烯基可以是相同或不同的，並且每個可以獨立選自於全部他者。每個烯基可以是端基或側基的，而且兩者皆可在(A)之有機烷基聚矽氧烷中找到。乙烯基是較佳的。

成分(A)也可以包括矽鍵結有機基團，包括但不限於無脂族不飽和的單價有機基團。這些單價有機基團可以具有至少一並且多達2至20個碳原子，其範例為(但不限於)烷基，例如甲基；乙基；以及以下之異構物：丙基、丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基及二十烷基；環烷基，例如環戊基及環己基；及芳香(芳基)基團，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基及2-苯基乙基；以及鹵化烷基，例如3,3,3,-三氟丙基。在某些實施例中，該有機基團為甲基。(A)的有機聚矽氧烷還可以包括可被進一步界定為上述烷基或芳基的端基，及/或烷氧基，及/或羥基，其範例為甲氧基、乙氧基或丙氧基，或羥基。

在各個實施例中，成分(A)可以包含以下分子式：分子式(I)：R¹ ₂R²SiO(R¹ ₂SiO)_d(R¹R²SiO)_eSiR¹ ₂R²,分子式(II)：R¹ ₃SiO(R¹ ₂SiO)_f(R¹R²SiO)_gSiR¹ ₃或上述分子式之組合。

在分子式(I)和(II)，每個R¹係獨立為不含脂族不飽和的單價有機基團並且每個R²係獨立為脂族不飽和的有機基團。R¹包括但不限於具有1至10個碳原子中之任一者的烷基，例如甲基；乙基；以下之異構物：丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基；環烷基，例如環戊基和環己基；以及芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基及2-苯基乙基。每個R²係獨立為脂族不飽和的單價有機基團，其範例為烯基，例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基或庚烯基。R²可以包括鹵素原子或鹵素基團。

下標「d」通常具有至少1的平均值，但可以具有範圍從0.1至2000的值。下標「e」和「f」每個可為0或正數。或者，下標「e」可以具有範圍從0至2000的平均值。下標「g」具有至少1的平均值，而且更典型為至少2。或者，下標「g」可以具有範圍從1至2000的平均值。

在各種實施例中，成分(A)被進一步界定為烯基二烷基矽基端封閉的聚二烷基矽氧烷。特別是，該聚二烷基矽氧烷可以被進一步界定為：聚二甲基矽氧烷(PDMS)；甲基(3,3,3-三氟丙基)聚矽氧烷；甲基乙烯基矽氧烷和二甲基矽氧烷之共聚物；甲基(3,3,3-三氟丙基)矽氧烷和二甲基矽氧烷之共聚物；甲基苯基乙烯基矽氧烷和二甲基矽氧烷之共聚物；或由以下分子式表示的矽氧烷單元組成的有機矽氧烷共聚物：(CH₃)₃SiO_½、(CH₃)₂(CH₂=CH)SiO_½、CH₃SiO_3/2、(CH₃)₂SiO_2/2。這些聚合物中每一個皆為端封閉的，即分子的一端或兩端被二甲基乙烯基矽氧基或甲基苯基乙烯基矽氧基或矽醇基所覆蓋。前述一些量的矽氧烷中可以包括苯基來取代甲基。

該有機聚矽氧烷之結構可以是直鏈的、部分分支直鏈的或分支鏈的。直鏈和部分分支直鏈是較佳的。該有機聚矽氧烷的一些部分可以形成與直鏈結構處於平衡的環狀結構。

成分(B)為每個分子具有平均至少2、3或多於3個矽鍵結氫原子的交聯劑，而且可以包含矽烷或矽氧烷，例如聚有機矽氧烷。矽鍵結氫原子可以是端基或側基。成分(B)還可以含有經取代或未經取代的單價烴基。適當未經取代的單價烴基之實例包括具有介於1和10個碳原子間任一者的烷基，例如甲基；乙基；丙基、丁基、戊基、環己基、庚基、辛基之異構物；環戊基、環己基或類似的環烷基；苯基、甲苯基、二甲苯基或類似的芳基；苄基、苯乙基或類似的芳烷基；或3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基或類似的鹵化烷基。較佳為烷基，特別是甲基。

成分(B)還可以包括矽氧烷單元，包括但不限於HR³ ₂SiO_1/2、R³ ₃SiO_1/2、HR³SiO_2/2、R³ ₂SiO_2/2、R³SiO_3/2及SiO_4/2單元，其中每個R³係獨立選自無先前段落中所述脂族不飽和的單價有機基團。在各個實施例中，該(B)交聯劑包括或為以下分子式的化合物：分子式(III)R³ ₃SiO(R³ ₂SiO)h(R³HSiO)iSiR³ ₃，分子式(IV)R³ ₂HSiO(R³ ₂SiO)j(R³HSiO)kSiR³ ₂H，或上述分子式之組合。

在以上分子式(III)和(IV)，下標「h」「j」和「k」每個具有範圍從0至2000的平均值，並且下標「i」具有範圍從2至2000的平均值。每個R³係獨立為單價有機基團。適當的單價有機基團包括具有1至20、1至15、1至10、5至20、5至15或5至10個碳原子的烷基，例如甲基；乙基；以下之異構物：丙基、丁基、戊基、辛基、癸基、十一烷基、十二烷基及十八烷基；環烷基，例如環戊基和環己基；烯基，例如乙烯基、丙烯基、丁烯基及己烯基；炔基，例如乙炔基、丙炔基及丁炔基；以及芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基及2-苯基乙基。

或者成分(B)可以被進一步界定為：甲基氫聚矽氧烷或甲基氫矽氧烷和二甲基矽氧烷之共聚物，任一者在一或兩個分子端被三甲基矽氧基、二甲基氫矽氧基或上述之組合所覆蓋；環甲基氫聚矽氧烷；及/或由以下表示的矽氧烷單元所組成的有機矽氧烷：(CH₃)₃SiO_½、(CH₃)₂HSiO_½及SiO_4/2；四(二甲基氫矽氧基)矽烷或甲基-三(二甲基氫矽氧基)矽烷，或一或兩個分子端被上述基團(只要這些基團中之至少一者含有矽鍵結氫原子)之任意組合覆蓋的二甲基聚矽氧烷。

亦構思的是成分(B)可以是或包括以下性質中之至少一者不同的兩個或更多個有機氫聚矽氧烷之組合：結構、平均分子量、黏度、矽氧烷單元及序列。成分(B)還可以包括矽烷。一般將具有相對低聚合度(DP)(例如DP範圍從3到100)的二甲基氫矽氧基-端基的聚二甲基矽氧烷稱為鏈伸長劑，而且一部份的成分(B)可以為或包括鏈伸長劑。在一個實施例中，成分(B)無鹵素原子。在另一個實施例中，成分(B)中每個分子包括一或多個鹵素原子。構思的是，凝膠整體可以無鹵素原子。

(B)的交聯劑可以具有線性、分支或部分分支線性的、環狀的、或樹枝狀或樹脂的分子結構。

成分(A)中的矽鍵結烯基與成分(B)中的矽鍵結氫之莫耳比(本文中表示為SiH：Vi比)會影響成分(A)和成分(B)之固化材料的物理性質。在本發明中，SiH：Vi比為0.1至小於1.5。當SiH：Vi比小於0.1時，該組成物難以完全固化。另一方面，當SiH：Vi比為1.5或更大時，該固化聚合物施加在功率轉換器裝置之組件上降低的柔軟度或增加的壓力是不良的。較佳的，SiH：Vi比為0.1至1.2，尤其是0.1至1.0，而且尤其是0.3至0.7。

成分(C)為催化劑，並且沒有特別的限制，而且可以是本技術領域中任何習知的催化劑。在一個實施例中，成分(C)包括選自鉑、銠、釕、鈀、鋨或銥、上述金屬之有機金屬化合物或上述金屬之組合的鉑基金屬。在另一個實施例中，成分(C)被進一步界定為細鉑金屬粉末、鉑黑、二氯化鉑、四氯化鉑；氯鉑酸、醇修飾的氯鉑酸、氯鉑酸六水合物；以及該些化合物之複合物，例如烯烴之鉑複合物、羰基之鉑複合物、烯基矽氧烷之鉑複合物(例如1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷)、低分子量有機聚矽氧烷之鉑複合物(例如1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷)、氯鉑酸與β-二酮之複合物、氯鉑酸與烯烴之複合物及氯鉑酸與1,3-二乙烯基四甲基二矽氧烷之複合物。

典型地，成分(C)係以基於(A)和(B)之總重量從0.01至1,000ppm或者0.1至500ppm或者1至500ppm或者2至200ppm或者5至150ppm的量存在/利用。

在本發明之實施例中，可以使用任何上述聚合物並與(D)一或多個填充劑組合。

成分(D)為填充劑或填充劑之組合。這些填充劑可以是導熱的及/或非導熱的、強化的及/或非強化的、阻燃的及/或非阻燃的。填充劑可以是乾燥的及/或化學預處理的或是非乾燥的及/或非化學預處理的。典型填充劑之實例包括但不限於以下之任一者或任意組合：研磨石英(矽石粉末)、沉澱矽石、白煙矽石、鋁三水合物(研磨或沉澱的)、鎂二水合物(研磨或沉澱的)或氧化鋁。

導熱填充劑為本技術領域中習知的，例如參見美國專利第6,169,142號(第4欄，第7-33行)。成分(D)可以包含無機填充劑、可熔填充劑或上述填充劑之組合。無機填充劑之範例為縞瑪瑙；鋁三水合物，金屬氧化物，例如氧化鋁、氧化鈹、氧化鎂及氧化鋅；氮化物，例如氮化鋁和氮化硼；碳化物，例如碳化矽和碳化鎢；鈦酸鋇、碳纖維、鑽石、石墨、氫氧化鎂及上述物質之混合物。

成分(D)可以是單一種導熱性填充劑或以下性質中之至少一者不同的兩種或更多種導熱性填充劑之組合：例如顆粒形狀、平均粒徑、粒徑分佈及填充劑類型。在某些實施例中，將平均粒徑較大的第一導熱性填充劑和平均粒徑較小的第二導熱性填充劑組合可以是理想的，該第二導熱性填充劑的材料可以與第一填充劑相同或不同，並且該第二導熱性填充劑之比例符合最密堆積理論分佈曲線。使用平均粒徑較大的第一填充劑和平均粒徑較該第一填充劑小的第二填充劑可以改善堆積效率、可以降低黏度、而且可以增進熱傳遞。

導熱性填充劑顆粒的形狀並無特別限制；然而，在組成物中填充大量導熱性填充劑時，圓形或球形顆粒可以防止黏度增加到不理想的程度。導熱性填充劑之平均粒徑將取決於各種因素，包括選擇用於成分(D)的導熱性填充劑類型和加入可固化組成物中確切的量，以及使用該組成物之固化產物的裝置之黏合厚度。在一些特定案例中，該導熱性填充劑可以具有範圍從0.1微米至80微米、或者是0.1微米至50微米以及或者是0.1微米至10微米的平均粒徑。

導熱性填充劑是市購可得的。舉例來說，可熔填充劑可向美國紐約州由提卡市的銦泰公司(Indium Corporation of America,Utica,N.Y.,U.S.A.)；美國羅德島州普羅維登斯的Arconium(Arconium,Providence,R.I.,U.S.A.)；以及美國羅德島州克蘭斯頓的AIM Solder(AIM Solder,Cranston,R.I.,U.S.A.)取得。鋁填充劑是市購可得的，例如可向美國伊利諾州內珀維爾的Toyal美國公司(Toyal America,Inc.of Naperville,Illinois,U.S.A.)和美國加州斯托克頓的Valimet公司(Valimet Inc.,of Stockton,California,U.S.A.)取得。銀填充劑可向美國麻薩諸塞州阿特波羅的Metalor科技美國公司(Metalor Technologies U.S.A.Corp.of Attleboro,Massachusetts,U.S.A.)市購取得。鋅氧化物，例如商標KADOX®和XX®的鋅氧化物可向美國賓西法尼亞州莫納卡的鋅美國公司(Zinc Corporation of America of Monaca,Pennsylvania,U.S.A.)市購取得。另外，CB-A20S和Al-43-Me是粒徑不同的氧化鋁填充劑，可向Showa-Denko市購取得，而且AA-04、AA-2及AA 18為可向Sumitomo化學公司市購取得的氧化鋁填充劑。氮化硼填充劑可向美國俄亥俄州克里夫蘭的Momentive公司(Momentive Corporation,Cleveland,Ohio,U.S.A.)市購取得。

填充劑可以是或可以作為阻燃劑。阻燃劑為本技術領域中習知的。習知阻燃劑的實例為碳黑、融合或白煙矽石、矽膠、磷酸酯、膦酸酯、聚磷酸酯或共聚磷酸酯、三聚氰胺、金屬鹽、氫氧化物和氧化物、氧化鋁水合物、金屬硼酸酯等以及上述物質之組合。某些聚矽氧、矽烷及矽倍半氧烷也可以使用來作為阻燃劑。當使用矽氫化固化的聚有機矽氧烷作為本發明的軟黏性凝膠時，通常會避免使用含有磷、硫或氮原子的阻燃劑，以最小化干擾固化的機會。參見例如Kashiwagi and Gilman,the Fire Retardancy of Polymeric Materials,pp 353-389(2000)，以引用方式併入本文中。

(D)填充劑係分散在成分(A)中而且可以分散在(B)至(F)。分散可以是熱處理的、乾燥的或化學處理的。下述選擇性的成分(E)和(F)可以或可以不與填充劑交互作用或反應。以(A)和(B)的總重量為基礎，(D)填充劑的整體濃度將是實現所需功能所需的最少量，而且可以是5、10、20、30、40或50wt%以上。

混合可固化預聚物，即單體或寡聚物；在聚矽氧組成物的情況中，成分(A)、(B)和(C)；以及成分(D)。該組成物固化成為軟黏性的導熱固化聚矽氧產物，其可以是無色且透明或無色且半透明的，或有顏色的。

該組成物可以進一步包含選擇性的成分。

可以添加成分(E)，一種聚矽氧流體。可以另外將成分(E)描述為功能性聚矽氧流體及/或非功能性聚矽氧流體之僅其中一者或混合物。在一個實施例中，進一步將(E)界定為聚二甲基矽氧烷，其為不具功能性的。在另一個實施例中，進一步將(E)界定為乙烯基功能性聚二甲基矽氧烷。術語「功能性聚矽氧流體」通常描述流體被官能化而在矽氫化反應中反應，即包括不飽和基團及/或Si-H基團。然而，構思的是除了或不存在一或多個不飽和及/或Si-H基團之外，該流體還可以包括一或多個額外的官能基。在各種非限制性的實施例中，(E)係描述於以下之一或多者中：美國專利第6,020,409號；第4,374,967號；及/或第6,001,918號，以引用方式將每篇上述專利明確併入本文中。(E)並未特別限制於任何結構或黏度。

在一個實施例中，(E)為功能性聚矽氧流體並在(C)和(D)存在下與(A)及/或(B)反應。換句話說，可以進一步將矽氫化反應產物界定為(A)、(B)及(E)功能性聚矽氧流體之矽氫化反應產物，其中(A)、(B)及(E)在(C)和(D) 存在下經由矽氫化反應。在另一個實施例中，(A)和(B)在(C)、(D)及(E)非功能性聚矽氧流體存在下經由矽氫化反應。

可以將(A)-(E)中之一或多者組合在一起以形成混合物，而且該混合物可以進一步和(A)-(E)中剩餘的成分反應，以形成凝膠，並且(E)在該混合物或剩餘成分中皆是選擇性的成分。換句話說，(A)-(E)中一或多者之任意組合可以和(A)-(E)中其餘一或多者之任意組合反應，只要形成凝膠即可。

封膠組成物可以包含其他選擇性的成分。該混合物或(A)-(E)中之任意一或多者可以獨立地與一或多個添加劑組合、與一或多個添加劑反應或以一或多個添加劑處理。該額外的成分可以選自於由(F)填充劑處理劑、(G)黏附促進劑、(H)溶劑或稀釋劑、(I)界面活性劑、(J)酸受體、(K)矽氫化安定劑以及上述成分之組合所組成的群組。

成分(F)為填充劑處理劑。可以選擇性地使用成分(F)處理劑對用於成分(D)的填充劑進行表面處理。處理劑和處理方法為本技術領域中習知的，參見例如美國專利第6,169,142號(第4欄、第42行至第5欄第2行)。

成分(F)的量可以視各種因素而改變，包括選擇用於成分(D)的填充劑類型和量以及是否使用成分(F)原位處理填充劑或在填充劑與該組成物之其他成分組合之前處理填充劑。然而，該組成物可以包含範圍從0.1%至2%的成分(F)。

成分(F)可以包含具有以下分子式的烷氧矽烷：R⁶ _mSi(OR⁷)_(4-m)，其中在特定成分(F)內的任何比例中，下標m為1、2或3。或者，在特定成分(F)中，對於所有的分子下標m可以是1、2或3。每個R⁶為獨立的單價有機基團，例如1至50個碳原子的烴基，或者6至18個碳原子的烴基。R⁶之範例為烷基，例如己基、鋅基、十二烷基、十四烷基、十六烷基及十八烷基；以及芳香基，例如苄基、苯基及苯基乙基。R⁶可以是飽和或不飽和的、分支或未分支的以及未經取代的。R⁶可以是飽和的、未分支的以及未經取代的。

每個R⁷可以是未經取代的、1至4個碳原子或者1至2個碳原子的飽和烴基。用於成分(H)的烷氧矽烷之範例為己基三甲氧矽烷、辛基三乙氧矽烷、癸基三甲氧矽烷、十二烷基三甲氧矽烷、十四烷基三甲氧矽烷、苯基三甲氧矽烷、苯基乙基三甲氧矽烷、十八烷基三甲氧矽烷、十八烷基三乙氧矽烷及上述烷氧矽烷之組合。

也可以使用烷氧-官能基寡聚矽氧烷作為處理劑。烷氧-官能基寡聚矽氧烷及其製備方法為本技術領域中習知的，參見例如EP 1101167 A2。舉例來說，適當的烷氧-官能基寡聚矽氧烷包括分子式為(R⁸O)_nSi(OSiR⁹ ₂R¹⁰)_(4-n)者。在此分子式中，下標n為1、2或3，或者n為3。每個R⁸可以為烷基。每個R⁹可以獨立選自1至10個碳原子的飽和與不飽和單價烴基。每個R¹⁰可以為具有至少11個碳原子的飽和或不飽和單價烴基。

可以使用烷基硫醇及脂肪酸處理金屬填充劑，該烷基硫醇例如十八烷基硫醇和他者，該脂肪酸例如油酸、硬脂酸、鈦酸酯、鈦酸酯偶合劑、鋯酸酯耦合劑及上述脂肪酸之組合。

用於氧化鋁或鈍化氮化鋁的處理劑可以包括烷氧矽基官能基烷基甲基聚矽氧烷(例如R¹¹ _OR¹² _pSi(OR¹³)_(4-o-p)之部分水解縮合物或共水解縮合物或混合物)或其中的可水解基團可包含矽氮烷、醯氧基或肟基的類似材料。在所有這些當中，在以上分子式中與Si連接的基團，例如R¹¹為長鏈不飽和單價烴或單價芳香官能基烴。每個R¹²為獨立的單價烴基，並且每個R¹³為獨立的、1至4個碳原子的單價烴基。在以上分子式中，下標o為1、2或3，並且下標p為0、1或2，附帶條件為「o+p」(即「o」和「p」之和)為1、2或3。處理劑也可以是聚有機矽氧烷，而且可以包括這些分子式：R¹⁶ ₃Si(OSiR¹⁷)_rOSi(OR¹⁸)₃，其中R¹⁶、R¹⁷及R¹⁸每個為獨立的單價烷基，例如甲基，並且下標「r」為1至200。本技術領域中具有通常知識者可以最適化具體的處理來幫助填充劑分散而無需過度的實驗。

成分(G)為黏附促進劑。適當的黏附促進劑可以包含以下分子式的烷氧矽烷：R¹⁴ _qSi(OR¹⁵)_(4-q)，其中下標q為1、2或3，或者q為3。每個R¹⁴為獨立的單價有機官能基。R¹⁴可以是環氧官能基，例如乙二醇氧丙基或(環氧環己基)乙基，一種胺基官能基，例如胺基乙基胺基丙基或胺基丙基，一種甲基丙烯醯氧丙基或不飽和有機基團。每個R¹⁵為獨立的、未經取代的、至少1個碳原子的飽和烴基。R¹⁵可以具有1至4個碳原子或者1至2個碳原子。R¹⁵之範例為甲基、乙基、正丙基及異丙基。

適當的黏附促進劑之實例包括乙二醇氧丙基三甲氧矽烷和乙二醇氧丙基三甲氧矽烷與鋁螯合物或鋯螯合物之組合。用於矽氫化可固化組成物的黏附促進劑之實例可在美國專利第4,087,585號和美國專利第5,194,649號中找到。該可固化組成物可以包含以該組成物之重量為基礎0.5%至5%的黏附促進劑。

可以在製備該組成物的過程中加入成分(H)溶劑或稀釋劑，例如幫助混合和輸送。在製備該組成物之後可以選擇性地去除全部或部分的成分(H)。

成分(I)為界面活性劑。適當的界面活性劑包括聚矽氧聚醚、乙烯氧化物聚合物、丙烯氧化物聚合物、乙烯氧化物和丙烯氧化物之共聚物、其他非離子性界面活性劑以及上述物質之組合。該組成物可以包含以該組成物之重量為基礎多達0.05%的界面活性劑。

成分(J)為酸受體。適當的酸受體包括氧化鎂、氧化鈣及其組合。該組成物可以包含以該組成物之重量為基礎多達2%的成分(J)。

成分(K)為矽氫化安定劑，以防止可固化組成物過早固化。為了調整固化的速度並改善該組成物在工業條件下的處理，可以進一步將該組成物與炔醇、烯炔化合物、苯并三唑、胺類例如四甲基乙烯二胺、二烷基反丁烯二酸、二烯基反丁烯二酸、二烷氧烷基反丁烯二酸、順丁烯二酸例如二丙烯基順丁烯二酸及其組合組合。或者，該安定劑可以包含炔屬醇。以下為這種化合物之具體實例：例如2-甲基-3-丁炔-2-醇、3-甲基-1-丁炔-3-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、1-乙炔-1-環己醇、1,1-二甲基-2-丙炔)氧)三甲基矽烷、甲基(三(1,1-二甲基-2-丙炔氧))矽烷或類似的乙炔型化合物；3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔或類似的烯炔化合物；其他的添加劑可以包含胼基化合物、膦基化合物、硫醇基化合物、環烯基矽氧烷例如甲基乙烯基環矽氧烷例如1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基環四矽氧烷、苯并三唑或類似的三唑。在矽氫化-可固化導熱聚矽氧彈性體組成物中，這種抑制劑的含量可以在每100重量份的成分(A)中0.0001至5重量份的範圍內。適當的矽氫化固化抑制劑係揭露於例如美國專利第3,445,420號；第3,989,667號；第4,584,361號；以及第5,036,117號。

本技術領域中具有通常知識者將認可的是，當選擇用於上述組成物的成分時，成分類型之間可以有所重疊，因為本文中描述的某些成分可以具有一種以上的功能。舉例來說，某些烷氧矽烷可以用於作為填充劑處理劑並作為黏附促進劑，而且某些塑化劑例如脂肪酸酯還可以用於作為填充劑處理劑。本技術領域中具有通常知識者將能夠依據各種因素(包括該組成物之意向用途及是否將該組成物製備為一個部分或多個部分的組成物)來辨別並選擇適合的成分及量。

可以使用包含藉由任何便利工具組合所有成分的方法(例如在環境或升高的溫度下混合)來製備該組成物。當在升高的溫度下製備該組成物時，製備過程中的溫度低於該組成物的固化溫度。

該方法可以包括提供成分(A)-(D)(和選擇性的(E))的步驟以及將(A)-(E)中之一或多者組合在一起的步驟。可以組合成分(A)至(D)及選擇性的(E)並且提供為一個即可使用的部分(一部分)或分成在應用之前需要組合的兩個部(二部分)。在二部分系統的情況中，混合比率並無限制，而且混合比率可以為一對一或不均等的。該方法還可以包括在(C)和(D)以及選擇性的(E)存在下經由矽氫化反應固化或部分固化(A)和(B)的步驟。此固化可以未使用熱或者經由加熱而發生。亦構思的是，(A)和(B)可以與前述添加劑或其他單體或前述聚合物中之一或多者反應或固化，或在前述添加劑或其他單體或前述聚合物中之一或多者存在下反應或固化。

當存在成分(F)時，可以藉由使用成分(G)來表面處理成分(D) (和成分(F)，若存在)以及之後將其產物與該組成物的其他成分混合，而選擇性地製備該組成物。或者，可以將該組成物製備成為多部分的組成物，例如當成分(K)不存在或當該組成物將被儲存一段長時間才使用時。在該多部分組成物中，將該交聯劑和催化劑儲存在分開的部分中，並且在使用該組成物之前不久才組合該等部分。舉例來說，可以藉由任何便利的工具(例如混合)將包含基礎聚合物、催化劑、導熱性填充劑和塑化劑等成分以及一或多個額外成分組合於基礎部分來製備二部分的可固化聚矽氧組成物。可以藉由任何便利的工具(例如混合)組合包含交聯劑、基礎聚合物、導熱性填充劑和塑化劑等成分以及一或多個額外成分來製備固化劑部分。可以在環境或升高的溫度下組合該等成分，視選擇的固化機制而定。當使用二部分的可固化聚矽氧組成物時，基礎對固化劑的重量比範圍可以從1：1到50：1；基於便利性，此範圍內的任何比率可選擇為適當的。本技術領域中具有通常知識者將能夠製備可固化組成物而不需過度的實驗。

功率轉換器裝置：本發明之功率轉換器、功率優化器或反相器包含一或多個半導體模組，用於轉換(1)直流(DC)到更強的DC，即功率優化器，(2)DC到交流(AC)，即反相器，或(3)AC到DC，例如LED模組。特別是，本發明係針對小規模的功率優化器或微型反相器，未受限於但通常是與光伏面板一起使用，通常是直接組裝於光伏面板後方，以隔離每個面板並因此提高轉換效率。本發明亦針對LED模組及接面盒。

轉換器或反相器一般是本技術領域中習知的。功率轉換器裝置之示意圖係圖示於圖1。簡言之，功率轉換器100包含殼體101和蓋體102，殼體101和蓋體102通常是由金屬和其他耐用的材料所製成，在殼體 101和蓋體102內操作性地放置承載電子組件103的電子基板104。該電子組件包括一或多個電容來穩定輸入的電力、一或多個包含變壓器的轉換器模組用於提高輸入電力的電壓、操作性地被矽控制的整流器連接至包含一或多個電感器和其他部件的反相器模組，以致穩定的功率轉換和反轉。微型-反相器還包含一或多個散熱器，用於管理產生的熱。將具有電子組件的基板整個封裝於封膠105中，通常是經由孔洞106將封膠105配入殼體101中，以保護電子組件免於受環境元素污染。

本發明最佳針對的微型-反相器係直接鄰接光伏面板，並且往往會被併入光伏面板的結構中。每個微型-反相器藉由為其連接的面板執行最大功率點追蹤來獲得最適當的功率。微型-反相器與傳統的反相器相比是小的，通常具有小於300(寬度)×200(高度)×100(深度)mm的尺寸，並且較佳為寬度小於250、200、150或甚至100m，高度小於150、100、70或甚至50mm，以及深度小於80、70、50、30或甚至15mm。容置微型-反相器組件的殼體之容積通常小於3升、2升、1升、0.75升、0.5升或甚至小於0.25升。微型-反相器與傳統反相器不同之處在於由於其能夠在較低的電壓處理較少量電力的適合性，故產生的熱較少。同時，由於其通常與光伏面板共置，故彼等需要較強的保護來對抗環境元素，該環境元素例如水、濕氣、變化的溫度及紫外線和其他輻射。微型-反相器係描述於例如美國專利第7796412號，以引用方式將該專利全部併入本文中。

功率優化器是較簡單的結構，只包含電容和轉換器模組，而沒有反相器模組。本發明針對的功率優化器與傳統優化器相比是小的，通常具有小於300(寬度)×200(高度)×100(深度)mm的尺寸，並且較佳為寬度小於250、200、150或甚至100m，高度小於150、100、70或甚至50mm，以及深度小於70、50、30或甚至15mm。容置微型-反相器組件的殼體之容積通常小於3升、2升、1升、0.75升、0.5升或甚至小於0.25升。

本發明之一個態樣為包含本文上述軟黏性凝膠的微型-反相器。軟黏性凝膠在微型-反相器中係用於作為保護性封膠，以提供優異的處理和保護。

本公開亦提供形成電子物件的方法。該方法包含提供本文所述可固化軟黏性凝膠，包括前述形成該凝膠的步驟，提供電子基板，其中用於反轉或轉換的電子組件係於該基板上襙作性地連接，將該電子基板放置於殼體內，將該可固化封膠流體配入該殼體中，以充分覆蓋該基板和該電子組件，以及固化該凝膠。在配入該殼體之前，將未固化的封膠組成物充分除氣，以從未固化的流體去除空氣，並且混合所有的部分。除氣和混合可以藉由市購可得的混合器-分注器來進行。

實例包括以下實例來說明本發明較佳的實施例。本技術領域中具有通常知識者將理解的是，以下實例中公開的技術表示發明人發明的技術可在實施本發明時發揮良好的功能，因此可被視為構成其較佳實施模式。然而，鑒於本公開，本技術領域中具有通常知識者應理解的是，在未偏離本發明之精神和範圍下，可以在公開的具體實施例中進行許多變化，而且仍獲得相同或類似的結果。所有的百分比都是重量百分比(wt.%)。

封膠之製備包含有機聚矽氧烷的軟黏性凝膠係藉由混合下表1的成分來製備。

依據上述測量表面膠黏性的方法測量實例之組成物的表面膠黏性。

封膠之性質。測定以上實例中製備的本發明封膠之物理性質。全部的封膠皆在室溫下固化1天。

封膠產生的熱應力。藉由在控制條件下的加熱中測量膨脹壓力來測試封膠產生的熱應力。藉由上述使用圖3所繪熱應力測試器的方法測量壓力。將油浴的溫度設定於80℃。

剝離藉由使用未固化封膠實例1-4和比較實例1-2並且如上固化封膠來填充鋁殼體而製備模型轉換器。然後使鋁殼體在腔室中曝露於熱循環，其條件為-45至125℃，500個循環，1小時/循環。熱循環之後，肉眼檢視封膠是否從鋁殼體剝離。

Claims

一種可固化聚合物組成物，用於作為一功率轉換器之一封膠，其中該組成物當固化時具有一以蕭氏00尺度測量小於50的硬度、不小於0.2W/m．K的導熱率以及具有一膠黏表面，其中該膠黏表面具有一大於2.5克的膠黏性值，其中該組成物之黏度係小於3000厘泊，其中該組成物包含一導熱性填充劑且該導熱性填充劑具有一小於5微米的平均粒徑，其中該填充劑的量以該組成物的總重計為等於或小於47.2wt%。
如請求項1所述之組成物，其中該導熱性填充劑為研磨石英。
如請求項1或2所述之組成物，其中該組成物當固化時為不可燃的。
如請求項1所述之組成物，其中該聚合物包含聚氨基甲酸酯、一有機聚矽氧烷、聚異丁烯或上述之共聚物。
如請求項1所述之組成物，其中該組成物包含：(A)每個個別的聚合物分子具有平均至少0.5個矽鍵結烯基的一有機聚矽氧烷；(B)每個分子具有至少二個矽鍵結氫原子的一有機聚矽氧烷固化劑；(C)一矽氫化催化劑；(D)一導熱性填充劑；選擇性地進一步包含以下之任一或多者：(E)一聚矽氧流體；(F)填充劑處理劑、(G)一黏附促進劑、(H)一溶劑或稀釋劑、(I)一界面活性劑、(J)一酸受體以及(K)一矽氫化安定劑。
一種經固化聚合物組成物，其係來自如請求項1至5中任一項所述之可固化聚合物組成物。
一種包含如請求項4或6所述之組成物的功率轉換器裝置。
如請求項7所述之裝置，其中該裝置為一接面盒、一微型-反相器、一功率優化器或一發光二極體轉換器。
如請求項8所述之裝置，其中該裝置係用於一光伏應用。
一種製造一功率轉換器裝置的方法，包含以下步驟：(a)操作性地組裝包含該功率轉換器裝置的電子組件於一殼體中；(b)將如請求項1-5中任一項所述之組成物配入該殼體以覆蓋該電子組件；以及(c)固化該組成物。