專利名稱：一種絕緣導熱薄膜粘結劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種絕緣導熱薄膜粘結劑及其制備方法。
背景技術：
集成電路封裝電子元件、電子模塊、半導體電子元器件和大功率LED的散熱處理直接影響電子元器件的工作效率和使用壽命。傳統(tǒng)處理工藝采用錫膏焊接散熱片，或通過螺栓緊固散熱橡膠片。但錫膏焊接溫度高，助焊劑中含有不環(huán)保的溶劑或低分子化合物，同時焊粉中含有鉛等重金屬，會污染環(huán)境，并對操作工人健康造成傷害。通過螺栓緊固散熱片工序比較復雜，同時占體積，與電子產(chǎn)品集成度越來越高、體積越來越小的發(fā)展趨勢不符。為了適應電子產(chǎn)品微型化、輕薄化發(fā)展的需求，強度高和粘結優(yōu)良的環(huán)氧樹脂被 廣泛應用于制作質(zhì)量輕、粘結性強和可靠性高的導熱膠黏劑，環(huán)氧樹脂本體的導熱性差，需加入大量的導熱填料，為了達到導熱性優(yōu)良和操作粘度合適的環(huán)氧組合物，往往需要加入溶劑和稀釋劑。傳統(tǒng)工藝采用高粘度、固體雙酚A型或酚醛型環(huán)氧樹脂，加入丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺、甲苯等溶劑(如專利 CN200610118158. 4.CN201010142958. 6.CN200910037710.O)或反應型稀釋劑如丁基縮水甘油醚、丁二醇縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚等調(diào)節(jié)粘度，雙氰氨做固化劑制備導熱環(huán)氧膠，在烘烤固化過程中這些溶劑和稀釋劑迅速大量揮發(fā)，雙氰氨在固化過程中釋放單氰氨，對電子器件造成污染，同時危害操作工人的健康。熱致性液晶聚合物是在加熱時能呈現(xiàn)液晶相變化的含有液晶基兀的液晶環(huán)氧樹脂，有關液晶環(huán)氧樹脂合成、液晶相變、以及改性普通環(huán)氧樹脂的報道較多，但將其應用在導熱膠上發(fā)揮其液晶相變吸熱鮮有報道。另外，傳統(tǒng)環(huán)氧導熱膠不容易控制施膠厚度，在界面上散熱不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是要提供一種絕緣導熱薄膜粘結劑及其制備方法，它采用低粘度環(huán)氧樹脂作為樹脂基體、液化酸酐做固化劑，大大降低了樹脂固化劑體系的粘度，使用環(huán)保、低揮發(fā)性的可再生的環(huán)氧大豆油和蓖麻油多元醇縮水甘油醚做稀釋劑調(diào)節(jié)粘度，同時取代高粘度的丁腈橡膠類增韌劑，提高膠的韌性和抗剪切強度，增加填料用量，使導熱膠的導熱性得到很大提高。本發(fā)明采用熱致性液晶環(huán)氧樹脂和普通環(huán)氧樹脂共混，低粘度液化酸酐做固化劑，環(huán)氧化植物油來降低粘度，金屬氧化物和氮化物做填料，并制備成具有厚度均勻一致、高導熱、絕緣性良好的薄膜粘結劑，使散熱均勻。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于具有以下主要成份及用量，按質(zhì)量計如下低粘度環(huán)氧樹脂100份；熱致性液晶聚合物25飛6份；液化酸酐固化劑8(Γ120份；環(huán)保稀釋劑1(Γ40份；陽離子固化促進劑O飛份；導熱填料550 1000份；偶聯(lián)劑0 5份；流變助劑0 3份。本發(fā)明所述的低粘度環(huán)氧樹脂包括3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯、雙酚F環(huán)氧樹脂ΕΡ0Ν862、三羥甲基縮水甘油醚、鄰苯二甲酸縮水甘油醚、環(huán)己二醇縮水甘油醚在內(nèi)的液態(tài)低粘度環(huán)氧樹脂中的一種或多種混合物。本發(fā)明所述的的熱致性液晶聚合物為含有液晶基兀的液晶環(huán)氧樹脂，液晶基兀是一個剛性的核，其具備類似ph-ph、Ph-X-Ph, Ph-X-Ph-X-Ph的結構，X為一 CH=N —，一N=N 一，— N=N(O) 一、一 COO 一結構中的一種，Ph為苯環(huán)結構；該液晶環(huán)氧樹脂在室溫呈現(xiàn)三維有序的固態(tài)晶體結構，升溫到5(T150°C之間轉變成為部分有序的近晶相或相列相結構。本發(fā)明所述的液化酸酐固化劑包括甲基四氫苯酐、甲基六氫苯酐、甲基那迪克酸酐、癸二酸二酸酐的一種或多種液化酸酐的混合物。本發(fā)明所述的陽離子固化促進劑為氨封閉的路易斯酸鹽類潛伏性陽離子固化促進劑。該促進劑的基本成分為氨封閉的路易斯酸鹽，為深圳深圳市凱基應用材料有限公司的vicbase TC3632。該陽離子固化促進劑的反應活性依靠熱激發(fā)，反應活化溫度大于或等于 80°C。本發(fā)明所述的環(huán)保稀釋劑為環(huán)氧大豆油和蓖麻油多元醇縮水甘油醚中的一種或兩種混合物。其作用是為了降低體系的粘度，這兩種稀釋劑的環(huán)氧基團可以與酸酐固化劑反應，和環(huán)氧樹脂結合在一起，降低了揮發(fā)性，另外對環(huán)氧樹脂具有增韌作用，可以提高環(huán)氧導熱薄膜粘結劑的剝離強度。本發(fā)明所述的導熱填料包括氧化鋁、鋁粉、氮化鋁、氮化硼、石英、金剛石、石墨中的一種或幾種混合物，其含量可根據(jù)導熱性要求具體添加。導熱填料的形貌為球形、片狀或針狀，粉末尺寸為O. 01-150微米，可將片狀、球狀、以及不同形態(tài)、不同粒徑的填料搭配使用。本發(fā)明所述的偶聯(lián)劑包括KH560、KH550在內(nèi)的硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑以及鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種混合物。添加偶聯(lián)劑的作用是增加填料與環(huán)氧樹脂基體的復合，另外增加對基材的粘結性。本發(fā)明所述的流變助劑包括氣相二氧化硅、聚酰胺蠟、有機膨潤土中的一種或幾種混合物。本發(fā)明所述的一種絕緣導熱薄膜粘結劑的制備方法，其特征在于將熱致性液晶聚合物在真空捏合機中熔融并分散到低粘度環(huán)氧樹脂中，冷卻到室溫、然后加入液化酸酐固化劑、陽離子固化促進劑、環(huán)保稀釋劑、偶聯(lián)劑、流變助劑混合均勻以80轉/分攪拌10分鐘，逐量加入導熱填料，先45轉/分攪拌5分鐘，再60轉/分攪拌10分鐘得到混合均勻的導熱膠糊狀物，再通過雙輥壓延系統(tǒng)壓延制得厚度為12(Γ300微米絕緣導熱薄膜粘結劑，并在100 °C/5分鐘內(nèi)預固化保持這種厚度。使用時將該薄膜粘結劑貼附在電子元件表面，然后在100—150 0C固化，即可得到粘著牢固的薄膜散熱粘結材料。本發(fā)明的有益效果是使用低粘度環(huán)氧樹脂、液化酸酐大大降低了樹脂固化劑體系的粘度；同時使用環(huán)保、可再生的環(huán)氧大豆油和蓖麻油多元醇縮水甘油醚做稀釋劑進一步降低粘度；增大導熱填料用量，得到導熱性好、剝離強度和粘結強度高的導熱膠；通過控制壓延間隙使導熱薄膜粘結劑的厚度得到嚴格控制，使導熱薄膜粘結劑散熱均勻，同時該粘結劑在室溫適用期長達3— 5個月，不會污染電子元器件，不會對操作工人健康造成傷害，做到低碳環(huán)保。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種絕緣導熱薄膜粘結劑及其制備方法，由下列三個實施例以及傳統(tǒng)的技術做進一步闡述。實施例1 (沒加熱致性液晶聚 合物PHQEP)
低粘度雙酚F環(huán)氧樹脂EP0N862 100份，固化劑甲基四氫苯酐80份，環(huán)氧大豆油10份，陽離子固化促進劑vicbase TC3632 O. 5份，硅烷偶聯(lián)劑KH560 I份，流變助劑氣相二氧化硅I份加入真空捏合拌機中80轉/分鐘攪拌10分鐘，再逐量加入球形氧化鋁(4(Γ50微米)550份、氮化硼(5飛微米)100份以45轉/分鐘攪拌5分鐘，最后再以60轉/分鐘攪拌10分鐘得到導熱膠糊狀物，再將該導熱膠糊狀物通過雙輥壓延系統(tǒng)在離型膜上形成120^300微米的絕緣導熱薄膜粘結劑，然后在100 °C/5分鐘內(nèi)烘烤使之能保持成型厚度然后冷卻到室溫，該絕緣導熱薄膜粘結劑厚度均勻，在室溫的儲存壽命大于3個月，使用時可在130°C 60分鐘固化，或在150°C 30分鐘固化。實施例2
將低粘度環(huán)氧樹脂3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯100份，熱致性液晶聚合物PHQEP 25份投入真空捏合攪拌機中并加熱將PHQEP熔融分散到3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯中，冷卻后投入固化劑甲基六氫苯酐120份，蓖麻油多元醇縮水甘油醚20份，陽離子固化促進劑vicbase TC3632 O. 8份，硅烷偶聯(lián)劑KH560 I份，流變助劑氣相二氧化硅I份加入雙行星攪拌機中80轉/分鐘攪拌10分鐘，再加入球形氧化鋁(5(Γ60微米)580份，氮化鋁(20 30微米)200份，氮化硼(5 6微米)200份，以45轉/分鐘攪拌5分鐘，再以60轉/分鐘攪拌10分鐘即得到導熱膠糊狀物，再將該導熱膠糊狀物通過雙輥壓延系統(tǒng)在離型膜上形成12(Γ300微米的絕緣導熱薄膜粘結劑，然后在100 °C/5分鐘內(nèi)烘烤使之能保持成型厚度，再冷卻到室溫，該絕緣導熱薄膜粘結劑厚度均勻，在室溫的儲存壽命大于3個月，使用時可在130°C 40分鐘固化，或在150°C 20分鐘固化。實施例3
將低粘度雙酚F環(huán)氧樹脂EP0N862 80份，3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯20份，熱致性液晶聚合物PHQEP 40份投入到真空捏合攪拌機中加熱使PHQEP溶解分散到EP0N862和3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯中，然后冷卻到室溫投入固化劑甲基六氫苯酐105份，環(huán)氧大豆油15份，蓖麻油多元醇縮水甘油醚15份，陽離子固化促進劑vicbase TC3632 I份，硅烷偶聯(lián)劑KH560 I份，流變助劑聚酰胺蠟I份，以80轉/分鐘攪拌10分鐘，再加入球形氧化鋁(50 60微米)550份，氮化鋁(20 30微米)150份以及氮化硼(5飛微米)150份以45轉/分鐘攪拌5分鐘，再以60r/分鐘攪拌10分鐘得到導熱膠糊狀物，再將該導熱膠糊狀物通過雙輥壓延系統(tǒng)在離型膜上壓制成12(Γ300微米的絕緣導熱薄膜粘結劑，然后在100 °C/5分鐘內(nèi)烘烤使之能保持成型厚度再冷卻到室溫，該絕緣導熱薄膜粘結劑厚度均勻，在室溫的儲存壽命大于于3個月，使用時可在130°C 30分鐘固化，或在150°C 20分鐘固化。傳統(tǒng)導熱絕緣薄膜粘結劑工藝實例如下
將酚醛環(huán)氧樹脂100份，溶劑二甲基甲酰胺20份(固化揮發(fā))、稀釋劑丁基縮水甘油醚20份(固化部分揮發(fā))，固化劑雙氰胺8份，固化促進劑二甲基咪唑3份，端環(huán)氧基丁腈橡膠40份，硅烷偶聯(lián)劑KH560 I份，觸變劑聚酰胺蠟I份投入真空捏合攪拌機中加熱到50度混合均勻，再加入球形氧化鋁(50 60微米)450份以及氮化硼(5 6微米)150份以45轉/分鐘攪拌5分鐘，再以60r/分鐘攪拌10分鐘得到環(huán)氧導熱膠糊狀物，再將該組合物通過雙輥壓延系統(tǒng)在離型膜上壓制成12(Γ300微米的絕緣導熱薄膜粘結劑，然后在100 °C/5分鐘內(nèi)預固化，使之能保持一定厚度，再冷卻到室溫，該絕緣導熱薄膜粘結劑厚度均勻，在室溫的儲存壽命為I個月，使用時在130°C 30分鐘固化，或在150°C 20分鐘固化。測試方法如下
根據(jù)ASTM D5470導熱電絕緣材料熱傳輸性能的標準測試方法測試導熱系數(shù)，根據(jù)GJB1709-1993膠粘劑低溫拉伸剪切強度試驗方法測試Al-Al的單搭接的剪切強度，根據(jù)ASTMD149固體電絕緣材料在通用頻率下?lián)舸╇妷汉徒殡姀姸鹊臉藴蕼y試方法測試擊穿電壓。上述三個實施例的性能比較
表I傳統(tǒng)工藝與實施例的比較
權利要求
1.一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于具有以下主要成份及用量，按質(zhì)量計如下低粘度環(huán)氧樹脂100份；熱致性液晶聚合物25 66份；液化酸酐固化劑8(Γ120份；環(huán)保稀釋劑1(Γ40份；陽離子固化促進劑O飛份；導熱填料55(Γ1000份；偶聯(lián)劑O飛份；流變助劑(Γ3份。
2.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的低粘度環(huán)氧樹脂包括3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯、雙酚F環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸縮水甘油醚、環(huán)己二醇縮水甘油醚在內(nèi)的液態(tài)低粘度環(huán)氧樹脂中的一種或多種混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的熱致性液晶聚合物為含有液晶基元的液晶環(huán)氧樹脂，液晶基元是一個剛性的核，其具備類似ph-ph、Ph-X-Ph, Ph-X-Ph-X-Ph 的結構，X 為一CH=N —，一 N=N —，一 N=N (O) —、一 COO —結構中的一種，Ph為苯環(huán)結構；該液晶環(huán)氧樹脂在室溫呈現(xiàn)三維有序的固態(tài)晶體結構，升溫到5(Tl50°C之間轉變成為部分有序的近晶相或相列相結構。
4.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的液化酸酐固化劑包括甲基四氫苯酐、甲基六氫苯酐、甲基那迪克酸酐、癸二酸二酸酐、桐油酸酐的一種或多種液化酸酐的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的陽離子固化促進劑為氨封閉的路易斯酸鹽類潛伏性陽離子固化促進劑。
6.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的環(huán)保稀釋劑為可生物降解的環(huán)氧化植物油，包括環(huán)氧大豆油、蓖麻油多元醇縮水甘油醚、環(huán)氧化菜籽油、環(huán)氧化棕櫚油、環(huán)氧化腰果殼油中的一種或兩種混合物。
7.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的導熱填料包括O.Of 150微米的氧化鋁粉、氫氧化鋁粉、氮化鋁粉、氮化硼粉、碳化硅粉、石英粉的一種或幾種粉體混合物，導熱填料的形狀為球形、片狀或針狀。
8.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑以及鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種混合物。
9.根據(jù)權利要求1所述一種絕緣導熱薄膜粘結劑，其特征在于所述的流變助劑包括氣相二氧化硅、聚酰胺蠟、有機膨潤土中的一種或幾種混合物。
10.權利要求1所述的一種絕緣導熱薄膜粘結劑的制備方法，其特征在于將熱致性液晶聚合物在真空捏合機中熔融并分散到低粘度環(huán)氧樹脂中，冷卻到室溫、然后加入液化酸酐固化劑、陽離子固化促進劑、環(huán)保稀釋劑、偶聯(lián)劑、流變助劑混合均勻以80轉/分攪拌10分鐘，逐量加入導熱填料，先45轉/分攪拌5分鐘，再60轉/分攪拌10分鐘得到混合均勻的導熱膠糊狀物，再通過雙輥壓延系統(tǒng)壓延制得厚度為12(Γ300微米絕緣導熱薄膜粘結齊U，并在100 °C/5分鐘內(nèi)預固化保持這種厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣導熱薄膜粘結劑及其制備方法，具有以下主要成份及用量，按質(zhì)量計如下低粘度環(huán)氧樹脂100份；熱致性液晶聚合物25~66份；液化酸酐固化劑80~120份；環(huán)保稀釋劑10~40份；陽離子固化促進劑0~5份；導熱填料550~1000份；偶聯(lián)劑0~5份；流變助劑0~3份。其制備方法按上述所列質(zhì)量份額將低粘度的環(huán)氧樹脂、熱致性液晶聚合物液化酸酐、陽離子固化促進劑、環(huán)保稀釋劑、偶聯(lián)劑、流變助劑在攪拌機中混合均勻，并開啟真空脫泡，逐量加入導熱填料，先低速混合，再高速混合得到混合均勻的導熱膠組合物,再通過壓延制得厚度為120—300微米絕緣導熱薄膜粘結劑。本發(fā)明應用在功率型電子元器件的散熱粘結上，具有環(huán)保、粘結強度高、絕緣性和導熱性好、散熱均勻等優(yōu)點。
文檔編號C09J163/00GK103013411SQ20121057313
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者楊小王, 韓惠琴, 柳智 申請人:賽倫(廈門)新材料科技有限公司