WO2017028832A1 - Vergussmasse mit füllstoffen - Google Patents

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WO2017028832A1
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fillers
oxide
macroscopic
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potting
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Stephan Matthies
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Stephan Matthies
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002—Inhomogeneous material in general
    • H01B3/006—Other inhomogeneous material

Definitions

  • the invention relates to an electrically insulating Vergussgementsmasse with
  • Potting compounds currently available on the market for encapsulating electrical and electronic components for electrical insulation based on plastics or ceramics usually have thermal conductivities of less than 1 W / (m e K). Since the components to be insulated often give off heat, it is of technical and commercial interest that the potting compounds have a high thermal conductivity. So could eg
  • micro-sized fillers are added to the potting compounds, e.g. Alumina or silicon carbide (e.g., DEOOOO 100571 HCl).
  • potting compounds e.g. Alumina or silicon carbide (e.g., DEOOOO 100571 HCl).
  • these fillers slightly higher thermal conductivities are achieved, but usually even less than 5W / (m »K) fail.
  • the fillers also reduce the cost of the conventional total potting compound consisting of potting compound and microscopic fillers.
  • conventional casting compounds consisting of potting compound and microscopic fillers, which as
  • Fillers have grain sizes of 2mm diameter.
  • the object of the invention is to offer a low-viscosity or good-filling or enclosing and if possible cost-effective total Vergussge lecturmasse if possible, which has a high thermal conductivity.
  • the essential feature of the present potting compound is that electrically insulating fillers with high thermal conductivities are present exclusively as macroscopic fillers or in addition to microscopic fillers and that they protrude from the potting compound.
  • electrically insulating fillers with high thermal conductivities are present exclusively as macroscopic fillers or in addition to microscopic fillers and that they protrude from the potting compound.
  • the orders to bring the filler, the object to be touched with the potting compound, the potting compound, any fillers and any tools, housing, etc. all of which can be used. Three or more components could also be joined together at the same time.
  • the fillers are prior to the bringing together of casting compound and object to be touched as a bed of the object to be touched or are added to the object to be touched after the combination of potting compound.
  • a potting compound with or without fillers having a low room-temperature viscosity can be selected (smaller, for example, according to the invention)
  • Ceramic semifinished products or components from the computer industry are used particularly meaningfully for the macroscopic filling bodies, for example resistance elements made of aluminum oxide with a purity of greater than 80%. It could also crushed or not crushed the waste resulting from film punching ceramic films shredded.
  • the casting compound could be, for example, the potting compound Hysol 9496 from Loctite, which in turn contains microscopic fillers.
  • the materials used for the macroscopic random packings are in particular the materials aluminum oxide, silicate, aluminum silicate, Silicon carbide, aluminum nitride, beryllium oxide, zirconium oxide, titanium oxide,
  • Ceramics may be applied in various grades of purity and manufacturing forms (such as reaction bonded, sintered, pressed, hot isostatically pressed, extruded, injection molded, slip cast, etc.).
  • the packing may have several identical or different shapes: e.g. geometric shapes such as rod, sphere, cube, cylinder, plate or randomly distributed shapes or chain-linked or have the form of two-dimensional or three-dimensional grids or have planned and random shapes simultaneously.
  • the fillers may be randomly distributed in the matrix (e.g., as a bed) or they may be intelligently grouped around the matrix
  • the packing is e.g. as rods, cylinders or plates. They are incorporated into the potting that they stand out from the potting compound and as
  • Heat transfer ribs or pins or general-body serve. Such plates, cylinders or rods could also be used in a tool that is shed or inserted by means of a tool or manually in the potting.
  • the fillers may have different weight proportions in the
  • Fibers could be used in addition.

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Elektrisch isolierende Vergussgesamtmasse mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Erfindungsgemäß sind zusätzlich zu eventuellen mikroskopischen Füllstoffen makroskopische Füllkörper eingebracht, die aus dem Verguss herausragen.

Description

Vergussmasse mit Füllstoffen Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrisch isolierende Vergussgesamtmasse mit
Vergussmasse mit oder ohne mikroskopische Füllstoffe und mit zusätzlich
makroskopischen Füllstoffen.
Stand der Technik
Derzeit auf dem Markt verfügbare Vergussmassen zum Verguss von elektrischen und elektronischen Bauteilen zur elektrischen Isolation auf Kunststoff- oder Keramikbasis haben meistens Wärmeleitfähigkeiten kleiner 1 W/(meK). Da die zu isolierenden Bauteile oft Wärme abgeben, ist es von technischem und gewerblichem Interesse, dass die Vergussmassen eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. So könnten z.B.
elektronische Bauteile bei niedrigeren Spitzentemperaturen länger halten oder die Kühlung kann an die Umgebungsluft anstatt an ein Kühlwasser etc. erfolgen, wenn nur die Wärmeleitfähigkeit der einhüllenden Massen gesteigert werden kann. Kleinere Bauelemente mit höheren Leistungen könnten realisiert werden. Um die
Wärmeleitfähigkeiten dieser Massen zu steigern, werden Füllstoffe in Mikrogröße zu den Vergussmassen hinzugefügt z.B. Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid (z.B. DEOOOO 100571 HCl). Durch diese Füllstoffe werden etwas höhere Wärmeleitfähigkeiten erreicht, die aber meist noch kleiner 5W/(m»K) ausfallen. Die Füllstoffe verringern teils auch die Kosten der herkömmlichen Vergussgesamtmasse bestehend aus Vergussmasse und mikroskopischen Füllstoffen. Insbesondere herkömmliche Vergussgesamtmassen bestehend aus Vergussmasse und mikroskopischen Füllstoffen, die als
Vergussgesamtmasse Wärmeleitfähigkeiten größer 2W/(m»K) aufweisen, haben hohe Füllstoffanteile, die die Viskosität der Vergussgesamtmasse bei Raumtemperatur in die Höhe schnellen lässt. Eine geringe Viskosität ist von technischem Interesse um auch komplizierte Geometrien zuverlässig bei geringen Drücken und Temperaturen zu vergießen. Um die Viskosität zu senken, kann man viele Vergussmassen etwas erhitzen. Dadurch sinkt allerdings meistens die verfügbare Verarbeitungszeit und die Erwärmung ist auch oft dadurch begrenzt, dass berührte Bauteile oder auch die Masse selbst durch zu hohe Temperaturen unerwünschte Eigenschaften erhalten. Als Stand der Technik für große Füllstoffe wurde EP 2 198 433 Bl ermittelt. Die größten hier erwähnten
Füllstoffe haben Korngrößen von 2mm Durchmesser.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine nach Möglichkeit niedrigviskose bzw. gut füllende bzw. umschließende und nach Möglichkeit kostengünstige Vergussgesamtmasse anzubieten, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Das erfindungswesentliche an der vorliegenden Vergussgesamtmasse ist nach Anspruch 1 , dass elektrisch isolierende Füllstoffe mit hohen Wärmeleitfähigkeiten ausschließlich - oder zusätzlich zu mikroskopischen Füllstoffen - als makroskopische Füllkörper vorliegen und dass sie aus der Vergussmasse herausragen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die Reihenfolgen um die Füllkörper, das mit der Vergussmasse zu berührende Objekt, die Vergussmasse, eventuelle Füllstoffe und eventuelle Werkzeuge, Gehäuse etc. zueinander zu bringen, die alle angewandt sein können. Drei oder mehr Komponenten könnten auch gleichzeitig zueinander gefügt sein. In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung liegen die Füllkörper vor dem Zusammenbringen von Vergussmasse und zu berührenden Objekt als Schüttung am zu berührenden Objekt vor oder sind nach dem Zusammenbringen von Vergussmasse mit dem zu berührenden Objekt hinzugefügt.
Auf diese Weise kann eine Vergussmasse mit oder ohne Füllstoffe mit geringer Raumtemperaturviskosität gewählt werden (erfindungsgemäß z.B. kleiner
lO.OOOmPa-sek), die die Kavitäten in den Objekten unter geringer Temperatur- und Druckaufwendung leicht füllt. Es kann natürlich auch eine Vergussmasse mit oder ohne Füllstoffe mit hoher Raumtemperaturviskosität (erfindungsgemäß größer
10.000mPa»sek) gewählt werden. Für die makroskopischen Füllkörper werden besonders sinnvoll keramische Halbzeuge oder Bauelemente aus der Computerindustrie verwendet z.B. Widerstandselemente aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von größer 80%. Es könnten auch die beim Folienstanzen keramischer Folien anfallenden Abfälle zerkleinert oder nicht zerkleinert verwendet werden. Die Vergussmasse könnte z.B. die Vergussmasse Hysol 9496 der Firma Loctite sein, die in sich wiederum mikroskopische Füllstoffe enthält. Als Materialien für die makroskopischen Füllkörper seien erfindungsgemäß besonders die Materialien Aluminiumoxid, Silikat, Aluminiumsilikat, Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid,
Magnesiumoxid, Siliziumnitrid, Borcarbid oder Verbundstoffe oder Mischungen davon genannt. Keramiken können in verschiedenen Reinheitsgraden und Herstellungsformen (wie z.B. reaktionsgebunden, gesintert, gepresst, heißisostatisch gepresst, extrudiert, spritzgegossen, schlickergegossen etc.) angewendet sein. Die Füllkörper können verschiedene gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen: Z.B. geometrische Formen wie Stab, Kugel, Würfel, Zylinder, Platte oder statistisch verteilte Formen oder kettenförmig miteinander verknüpft sein oder die Form von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Gittern aufweisen oder geplante und zufällige Formen gleichzeitig aufweisen. Die Füllkörper können statistisch in der Matrix verteilt sein (z.B. als Schüttung) oder sie können intelligent im Verguss geordnet sein um eine
Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung der Wärmeleiter zu erreichen bzw. die Wärmeübertragung zu lenken bzw. zu verbessern. In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung liegen die Füllkörper z.B. als Stäbe, Zylinder oder Platten vor. Sie sind so in den Verguss eingebracht, dass sie aus der Vergussmasse herausragen und als
Wärmeübertragungsrippen oder -stifte oder allgemein -körper dienen. Solche Platten, Zylinder oder Stäbe könnten auch in ein Werkzeug eingesetzt sein, in das vergossen wird oder mit Hilfe eines Werkzeugs oder manuell in den Verguss eingesteckt sein. Die Füllkörper können verschiedene gewichtsmäßige Mengenanteile in der
Vergussgesamtmasse besitzen.
Erfindungsgemäß sind keine Fasern verwendet. Fasern könnten aber zusätzlich verwendet sein.
Mit dieser Vergussgesamtmasse können z.B. Statoren von Elektromotoren und elektrische und elektronische Bauteile vergossen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vergussgesamtmasse mit elektrisch isolierender, mindestens während dem
Zusammenbringen von Vergussmasse und zu berührendem Objekt oder Objekten fließfähiger ein- oder mehrkomponentiger Vergussmasse mit oder ohne mikroskopische Füllstoffe, wobei der Vergussgesamtmasse zusätzlich makroskopische, d.h. sie fallen nicht mehr durch ein Sieb mit einer quadratischen Öffnungs weite von 0,1mm und haben Volumen von mindestens 0,0005mm3, elektrisch isolierende Füllkörper mit
Wärmeleitfähigkeiten von größer als 2W/(m-K) beigefügt sind und die Füllkörper zusätzlich zu anderen Füllkörpern oder ausschließlich als Platten und/oder Zylinder und/oder Stäbe und/oder Formen, die diesen Formen ähnlich sind, ausgeführt sind, die aus der Vergussmasse mit oder ohne Füllstoffe herausragen, wobei die Füllkörper wahllos oder geordnet in den Verguss eingebracht sind.
2. Vergussgesamtmasse nach Anspruch 1,
wobei die zusätzlichen makroskopischen Füllkörper nicht mehr durch ein Sieb mit einer quadratischen Öffnungsweite von 0,4mm fallen und Volumen von mindestens
0,034mm3 haben.
3. Vergussgesamtmasse nach Anspruch 1,
wobei die zusätzlichen makroskopischen Füllkörper nicht mehr durch ein Sieb mit einer quadratischen Öffnungsweite von 0,7mm fallen und Volumen von mindestens 0,18mm3 haben.
4. Vergussgesamtmasse nach Anspruch 1,
wobei die zusätzlichen makroskopischen Füllkörper nicht mehr durch ein Sieb mit einer quadratischen Öffnungsweite von 1mm fallen und Volumen von mindestens 0,52mm3 haben.
5. Vergussgesamtmasse nach einem der vorangegangen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die makroskopischen elektrisch isolierenden Füllkörper aus Aluminiumoxid, Silikat, Aluminiumsilikat, Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Borcarbid oder Verbundstoffe oder Mischungen davon, jeweils in verschiedenen Reinheitsgraden bestehen.
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