專利名稱：一種高導熱絕緣灌封復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高導熱絕緣灌封復合材料及其制備方法，該復合材料主要用于大功率電子器件的封裝。
背景技術：
隨著微電子集成技術的高速發展，組裝密度迅速提高，電子元件的工作頻率急劇增加，所產生的熱量也隨之增加。電子元器件溫度每升高2°C，其可靠性下降10% (Macromolecules, 1996，29(10) 3376-3383)。因此，散熱成為影響電子元器件使用壽命的重要因素。高導熱絕緣灌封復合材料不僅能為電子元件提供安全可靠的散熱途徑，而且起到絕緣、減震、防潮和防腐蝕的作用。導熱填料在導熱灌封復合材料中形成的導熱通路在很大程度上影響復合材料的導熱性。Kumlutas等用有限元分析方法研究了顆粒狀、纖維狀填料填充的復合材料的導熱率與填料體積比之間的函數關系(Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2006, 19(4) : 441-455) ;Sanada 等用堆砌模擬和有限元法推測了高聚物有效導熱率與微觀結構之間的關系(Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2009，40 (6—7):724—730)。中國專利CN101418123A申請公開了一種雙組分加成型硅橡膠的液體灌封組合物，該組合物對環境無污染，性能穩定，在低溫下不開裂，并能起到防潮、防塵、防腐蝕、防震等作用，導熱系數達到0. 4ff/m · K，不能滿足大功率電子元件的散熱要求。中國專利 CN101054507A申請公開了一種高導熱有機硅灌封膠，該灌封膠固化物具有良好的力學性能和電學性能、耐高低溫、耐輻射，導熱系數能達到1. 1 W/m*K，仍不能滿足大功率電子元件的散熱要求。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種高導熱絕緣灌封復合材料。本發明以乙烯基硅油作為基膠，含氫硅油作為固化劑，采用球狀、片狀、針狀、柱狀等形貌的導熱填料填充；通過不同形貌導熱填料的合理搭配，使得不同形貌導熱填料緊密堆積，形成大量導熱通路，制備具有高導熱系數的灌封復合材料，固化物具有良好的電學性能和力學性能。本發明是通過以下技術方案實現的，高導熱絕緣灌封復合材料包含A組分和B組分。A組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料5(Γ300 份、針狀導熱填料(Tioo份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，催化劑2 10 份；
B組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料5(Γ300份、針狀導熱填料(Tioo份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，固化劑2 10份。更為優化的A組分和B組分配方分別為
A組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料20(Γ300 份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料10(Γ200份，催化劑4、 份；
B組分按質量份計由以下組分混合而成
乙烯基硅油100份、球狀導熱填料20(Γ300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料 (TlOO份、柱狀導熱填料10(Γ200份，固化劑4、份。使用時，A組分與B組分按質量比1:1混合均勻后，在5(Tl50°C下加熱固化 20 50min。本發明的高導熱絕緣灌封復合材料，其乙烯基硅油為直鏈型，乙烯基含量 0. 5^2. 5%wt ；固化劑含氫硅油的含氫量0. 1 1. 5%wt ；催化劑為氯鉬酸。本發明的高導熱絕緣灌封復合材料，其球狀導熱填料為粒徑廣30 μ m的球狀
Al2O3^AlNo本發明的高導熱絕緣灌封復合材料，其片狀導熱填料為粒徑5 50μπι的A1203、 AlN,BN0本發明的高導熱絕緣灌封復合材料，其針狀導熱填料為長徑比(即長度與直徑之比，以下同)20 100、直徑0. Γι μ m的SiC、ZnO0本發明的高導熱絕緣灌封復合材料，其柱狀導熱填料為長徑比廣30、直徑 0. 5 5μπι 的 Α1Ν、ΒΝ、Ζη0。本發明的另一目的是提供制備導熱絕緣灌封復合材料的方法。該方法是使用雙行星式混合器，將100份乙烯基硅油和2 10份催化劑加入料筒中，開啟攪拌，然后將球狀導熱填料5(Γ300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份， 分批逐次加入料筒中，繼續攪拌2(Tl00min，制得A組分；將100份乙烯基硅油和2 10份固化劑加入料筒中，開啟攪拌，然后將干燥處理的球狀導熱填料5(Γ300份、針狀導熱填料 (Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，分批逐次加入料筒中，繼續攪拌 2(Tl00min，制得B組分。與現有產品相比，本發明的有益效果在于
制備了導熱系數高達3. 5 ff/m -KCASTM D 5470,Hot Disk法)的高導熱絕緣灌封復合材料，為大功率電子元件的散熱，提供了保證。另外，灌封復合材料粘度1000(T50000mPa · s, 不易沉降，操作方便，排泡容易，能夠自動流平。固化后，密度2. (Γ3. 5g/cm3,體積電阻率 1013^1015Ω · cm，介電強度13 18kV/mm，拉伸強度1. 5^5. OMPa，能夠滿足大功率電子元件的灌封要求。
具體實施例方式使用雙行星式混合器，制備A組分和B組分。實施例1
按質量份稱取100份乙烯基硅油，6份氯鉬酸催化劑，放于雙行星式混合器混合10min。緩慢分批加入填料200份5 μ m球狀Al203、200份直徑0. 5 μ m柱狀AlN (長徑比為 10)、100份直徑0. Iym針狀SiC晶須(長徑比為50)，混合60 min，制得A組分。稱取100 份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料200份5 μ m球狀Al203、200份直徑0. 5 μ m柱狀AlN (長徑比為10)、100份直徑 0. 1 μ m針狀SiC晶須(長徑比為50)，混合60 min,制得B組分。將A組分與B組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為觀000 mPa · s，放于120°C固化40min。固化樣品導熱率 2. 5ff/m · K (ASTM D 5470，Hot Disk 法)，體積電阻率 IO14 Ω · cm，介電強度 14. 5 kV/m, 拉伸強度2. 6 MPa。
實施例2
按質量份稱取100份乙烯基硅油，6份氯鉬酸催化劑，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入填料200份5 μ m球狀Al203、200份直徑0. 5 μ m柱狀AlN (長徑比為 10)、100份直徑10 μ m片狀BN，混合60 min,制得A組分。稱取100份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料200份5μπι球狀 Al203、200份直徑0. 5μπι柱狀AlN (長徑比為10)、100份直徑10 μ m片狀ΒΝ，混合60 min, 制得B組分。將A組分與B組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為25000 mPa-s, 放于120°C固化40min。固化樣品導熱率2. 8 ff/m ·Κ (ASTM D 5470, Hot Disk法)，體積電阻率IO14 Ω · cm，介電強度13. 8 kV/m，拉伸強度2. 9 MPa。
實施例3
按質量份稱取100份乙烯基硅油，6份氯鉬酸催化劑，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入填料300份5 μ m球狀Al203、200份直徑0. 5 μ m柱狀AlN (長徑比為 10),50份直徑10 μ m片狀BN、50份直徑0. 1 μ m針狀SiC晶須(長徑比為50)，混合60 min, 制得A組分。稱取100份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料300份5 μ m球狀Al203、200份直徑0. 5 μ m柱狀AlN (長徑比為10)、50份直徑10 μ m片狀BN、50份直徑0. 1 μ m針狀SiC晶須(長徑比為50)，混合 60 min，制得B組分。將A組分與B組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為38000 mPa · s，放于 110°C 固化 50min。固化樣品導熱率 3. 3W/m · K (ASTM D 5470, Hot Disk 法)， 體積電阻率IO14 Ω · cm，介電強度16. 3 kV/m，拉伸強度3. 6 MPa。
實施例4
按質量份稱取100份乙烯基硅油，6份氯鉬酸催化劑，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入填料300份IOym球狀A1N、200份直徑0. 5μπι柱狀SiO(長徑比為10)、 50份直徑0. Iym針狀SiC晶須(長徑比為50)、50份直徑10 μ m片狀Al2O3，混合60 min, 制得A組分。稱取100份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料300份10 μ m球狀A1N、200份直徑0. 5 μ m柱狀SiO (長徑比為10)、50份直徑0. 1 μ m針狀SiC晶須(長徑比為50)、50份直徑10 μ m片狀Al2O3，混合 60 min，制得B組分。將A組分與B組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為41000 mPa · s，放于 110°C 固化 50min。固化樣品導熱率 3. lW/m · K (ASTM D 5470, Hot Disk 法)，體積電阻率IO13 Ω · cm，介電強度15. 3 kV/m，拉伸強度3. 9MPa。 實施例5
按質量份稱取100份乙烯基硅油，6份氯鉬酸催化劑，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入填料300份IOym球狀A1N、200份直徑0. 5μπι柱狀SiO (長徑比為 10)、50份直徑0. 1 μ m針狀SiC晶須(長徑比為50)、50份直徑10 μ m片狀BN，混合60 min, 制得A組分。稱取100份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料300份10 μ m球狀A1N、200份直徑0. 5 μ m柱狀SiO (長徑比為10)、50份直徑0. Iym針狀SiC晶須(長徑比為50)、50份直徑1(^111片狀8隊混合 60 min，制得B組分。將A組分與B組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為40000 mPa · s，放于 110°C 固化 50min。固化樣品導熱率 3. 3W/m · K (ASTM D 5470, Hot Disk 法)， 體積電阻率IO13 Ω · cm，介電強度15. 7kV/m，拉伸強度4. 0 MPa。 實施例6
按質量份稱取100份乙烯基硅油，，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入填料300份10 μ m球狀A1N、200份直徑0. 5 μ m柱狀BN (長徑比為10)、50份直徑0. 1 μ m針狀ZnO長徑比為50)、50份直徑IOym片狀Al2O3，混合60 min，制得A組分。稱取100份乙烯基硅油，6份含氫硅油，放于雙行星式混合器混合10 min。緩慢分批加入經干燥處理的填料300份10 μ m球狀A1N、200份直徑0. 5 μ m柱狀BN (長徑比為10)、50份直徑0. 1 μ m針狀ZnO長徑比為50)、50份直徑10 μ m片狀Al2O3，混合60 min,制得B組分。將A組分與B 組分按質量比1 :1混合均勻，所得混合物粘度為44000 mPa · s，放于110°C固化50min。固化樣品導熱率3. 5W/m · K (ASTM D 5470，Hot Disk法)，體積電阻率IO14 Ω · cm，介電強度 17. 8 kV/m,拉伸強度 4. 5 MPa。
權利要求
1.一種高導熱絕緣灌封復合材料，包括A組分和B組分，其特征在于所述A組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料5(Γ300份、針狀導熱填料 (Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料50 200份，催化劑2 10份；所述B組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料 50^300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，固化劑2 10份。
2.根據權利要1所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其特征在于所述A組分和B 組分配方分別為Α組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料20(Γ300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料10(Γ200份， 催化劑4、份；B組分按質量份計由以下組分混合而成乙烯基硅油100份、球狀導熱填料 200^300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料10(Γ200份，固化劑4、份。
3.根據權利要求1或2所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其特征在于使用時A組分與B組分按質量比1:1混合均勻后，在5(Tl50°C下加熱固化2(T50min。
4.根據權利要求1或2所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其中乙烯基硅油為直鏈型，乙烯基含量0. 5^2. 5%wt ；固化劑為含氫硅油，含氫量0. 1 1. 5%wt ；催化劑為氯鉬酸。
5.根據權利要求1或2所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其中球狀導熱填料為粒徑 1 30μπι 的球狀 A1203、A1N。
6.根據權利要求1或2所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其中片狀導熱填料為粒徑 5 50μπι 的 A1203、A1N、BN。
7.根據權利要求1或2所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其中針狀導熱填料為長徑比 20 100、直徑 0. Γι μ m 的 SiC、ZnO。
8.根據權利要求1所述的高導熱絕緣灌封復合材料，其中柱狀導熱填料為長徑比 1 30、直徑 0. 5 5 μ m 的 A1N、BN、ZnO。
9.制備權利要求1所述的高導熱絕緣灌封復合材料的方法，其特征在于使用混合器， 將100份乙烯基硅油和2 10份催化劑加入料筒中，開啟攪拌，然后將球狀導熱填料5(Γ300 份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，分批逐次加入料筒中，繼續攪拌2(Tl00min，制得A組分；將100份乙烯基硅油和2 10份固化劑加入料筒中，開啟攪拌，然后將干燥處理的球狀導熱填料5(Γ300份、針狀導熱填料(Γ100份、片狀導熱填料(Γ100份、柱狀導熱填料5(Γ200份，分批逐次加入料筒中，繼續攪拌2(Tl00min，制得B組分。
全文摘要
本發明公開了一種高導熱絕緣灌封復合材料及其制備方法，包括A組分和B組分，兩種組分按質量比11混合，50~150℃固化20~50min，灌封復合材料的導熱系數達到3.5W/m·K(ASTMD5470，HotDisk法)、電絕緣性能及力學性良好。本發明使用乙烯基硅油作為基膠，含氫硅油作為固化劑，采用球狀、片狀、針狀、柱狀等形貌的導熱填料填充，通過不同形貌導熱填料的合理搭配，使其形成大量導熱通路，制備具有高導熱系數的灌封復合材料，固化物具有良好的電學性能和力學性能。
文檔編號C08K3/34GK102212269SQ20111011978
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者任鳳梅, 周正發, 徐衛兵 申請人:合肥博發新材料科技有限公司