CN102533192A

CN102533192A - 一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶

Info

Publication number: CN102533192A
Application number: CN2011104480748A
Authority: CN
Inventors: 林荣杏; 王建斌; 陈田安
Original assignee: Yantai Darbond Electronic Materials Co Ltd
Current assignee: Yantai Darbond Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶，由A组份和胺类固化剂按100：5～12的重量比混合而成；其中，所述A组份包括以下重量份数的各原料：球形氧化铝粉末50～60份、阻燃填料20～30份、环氧树脂10～20份、活性稀释剂1.5～2.5份、无卤素液体阻燃剂2～3份、增韧剂2～3份、触变剂0.2～0.8份和偶联剂0.1～0.5份。本发明粘接胶中的球形氧化铝填充的粘接胶对比非球形氧化铝填充的粘接胶，固化物导热率高，能迅速驱散发热元器件的热积累。

Description

一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶

技术领域

本发明涉及一种粘接胶，尤其涉及一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶，属于粘接胶技术领域。

背景技术

导热胶粘剂多用于电子电器元器件的电绝缘场合下的粘结和封装。随着电子工业中集成电路和组装技术的发展，电子元器件和逻辑电路的体积趋向小型化，其向多功能化和集成化方向发展，势必造成发热量的大幅增加，这就对粘结和封装材料的导热性能提出很高的要求，因此提高导热性是日益亟待的问题。

提高聚合物导热性能的途径有两种：1、合成具有高导热系数的结构聚合物，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，主要通过电子导热机制实现导热，或具有完整结晶性，通过声子实现导热的聚合物；2、通过添加高导热无机物对聚合物进行填充，制备聚合物/无机物导热复合材料。由于良好导热性能有机高分子价格昂贵，填充导热无机填料是目前广泛采用的方法，现采用比较多的无机导热填料主要有氧化铝、氮化硼、氮化铝等。

氮化硼(BN)有极高的导热性，有极高的击穿强度，但因为BN密度较小(2.25g/cm3)，当BN用量超过树脂体系的30％时，树脂粘度增大、分布不均、混胶非常困难，且制备工艺复杂成本太高。

氮化铝(ALN)作为一种新型填料，国内近几年才开始大批量生产，产品质量和稳定性需要考察，且价格较贵，单独使用会使成本过高。

非球形氧化铝(AL₂O₃)电绝缘性能好，制造工艺成熟，价格便宜，应用最为普遍。但其导热率太低，不仅高填充对于提高导热率有限，而且高填充会导致负面影响，如严重影响机械性能。

所以无机填料的种类、形状及其使用量是制备高导热电子粘接胶的关键所在。因此，通过改变无机填料的种类，发明设计一种导热性能高，制备工艺简单，成本低的粘接胶成为一种必然趋势。

同时和大多数有机高分子材料一样，环氧固化物比较易燃，容易造成火灾，全世界每年因此而造成了巨大的人员伤亡和财产损失。因此人们对应用在电子电气领域的环氧灌封胶进行了阻燃处理，加入了阻燃剂。近几十年来，使用最多的就是卤系阻燃剂。其优点是高效的阻燃性，添加较小量即可达到较高的阻燃级别，对被阻燃基材固有的物理机械性能影响较小。然而卤系阻燃剂在燃烧时释放的大量卤化氢不仅有毒害而且有腐蚀性，同时会产生二噁英等致癌物质，另外还会生成破坏臭氧层的物质，因此危害人类健康和破坏环境的卤素阻燃剂近年来逐渐被世界各国禁用。

所以通过引入具有高效阻燃性且环保的阻燃剂来制备一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶成为一种必然趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导热性能高，阻燃性能好，环保，成本低，制备简单的阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶，

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶，由A组份和胺类固化剂按100∶5～12的重量配比混合而成；

其中，所述A组份包括以下重量份数的各原料：球形氧化铝粉末50～60份、阻燃填料20～30份、环氧树脂10～20份、活性稀释剂1.5～2.5份、无卤素液体阻燃剂2～3份、增韧剂2～3份、触变剂0.2～0.8份和偶联剂0.1～0.5份。

本发明的有益效果是：本发明的球形氧化铝填充的粘接胶对比非球形氧化铝填充的粘接胶，固化物导热率高，能迅速驱散发热元器件的热积累；价格较氮化硼(BN)、氮化铝(ALN)便宜，成本低；引入无卤素阻燃剂在保证高效阻燃的同时不产生危害人类健康和破坏环境的物质，非常环保；采用双组份体系即可室温固化，又可以加热固化，操作方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述A组份中还含有重量份数为0.2份的颜料。

采用上述进一步方案的有益效果是，颜料用以满足制件外观要求。

进一步，所述颜料为炭黑。

进一步，所述胺类固化剂为聚醚胺和/或聚酰胺。

采用上述进一步方案的有益效果是，即可室温固化，又可加热固化，赋予固化物良好的电气性能和力学性能。

进一步，所述球形氧化铝粉末的平均粒径为5～45μm，可以采用一种粒径填充或者两种粒径复配填充。

采用上述进一步方案的有益效果是，该球形氧化铝粉末粒径整齐，球状规则，高填充量，高导热率。

进一步，所述阻燃填料为氢氧化铝。

采用上述进一步方案的有益效果是，氢氧化铝分解时吸收热量1.96KJ/g，可降低燃烧表面的温度，阻燃效果好，可达到UL94-V0级标准；生成的水蒸气能捕捉有害气体，减少烟雾和毒气，具有抑烟作用；分解时不产生有毒气体，也不产生腐蚀性燃烧产物。

进一步，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或任意几种的混合物。

采用上述进一步方案的有益效果是，赋予体系低收缩率、耐候性、耐热性等特点。

进一步，所述活性稀释剂可以为正丁基缩水甘油醚(BGE)、烯丙基缩水甘油醚(AGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、1，4-丁二醇二缩水甘油醚(BDGE)中的一种或任意几种的混合物。

采用上述进一步方案的有益效果是，降低树脂粘度，提高浸润性，增加填料用量。

进一步，所述无卤素液体阻燃剂为磷系阻燃剂，如东莞道尔化工的Doher6200，青岛联美化工的FR-XS704、FR-XS701。

采用上述进一步方案的有益效果是，具有优良的阻燃性，环保，与环氧树脂相容性好，降低树脂粘度，增加填料用量。

进一步，所述增韧剂可以为端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)、端羟基液体丁腈橡胶(HTBN)或奇士增韧剂。

采用上述进一步方案的有益效果是，改善环氧树脂固化物脆性，提高环氧树脂固化物抗开裂性能。

进一步，所述触变剂为气相二氧化硅。

采用上述进一步方案的有益效果是，增加胶液体系的触变性和粘度，使得体系为触变性的胶膏，防流淌，便于施工，赋予良好的物理机械稳定性。

进一步，所述气相二氧化硅为德固赛公司Aerosil R202或Aerosil 200。

进一步，所述偶联剂为牌号KH560的有机硅烷偶联剂。

采用上述进一步方案的有益效果是，有益于填料的分散，可以加大填料的填充；同时保证胶接面更耐介质、耐水、耐老化。

使用时，按100∶5～12的重量比称取A组份和胺类固化剂，于室温搅拌均匀，于25℃固化24～48小时或于80℃固化4小时即可。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

球形氧化铝粉末50份(国产平均粒径为40μm)，氢氧化铝20份，双酚A型环氧树脂15份，双酚F型环氧树脂5份，烯丙基缩水甘油醚2.5份，Doher62003份，端羟基液体丁腈橡胶3份，KH5600.5份，气相二氧化硅AerosilR202 0.8份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺651和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶12混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于25℃固化24小时，测固化物导热系数。

实施例2

球形氧化铝粉末55份(国产平均粒径为40μm)，氢氧化铝22份，双酚A型环氧树脂12份，双酚F型环氧树脂3份，正丁基缩水甘油醚2份，Doher6200 2.5份，端羟基液体丁腈橡胶2.5份，KH560 0.3份，气相二氧化硅Aerosil R202 0.5份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺651和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶8.5混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于25℃固化36小时，测固化物导热系数。

实施例3

球形氧化铝粉末60份(国产平均粒径为40μm)，氢氧化铝24份，双酚A型环氧树脂7份，双酚F型环氧树脂3份，苯基缩水甘油醚1.5份，Doher 62002份，端羟基液体丁腈橡胶2份，KH5600.1份，气相二氧化硅Aerosil R2020.2份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺Versamid 125和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶5混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于25℃固化48小时，测固化物导热系数。

实施例4

球形氧化铝粉末51份(日本平均粒径为25μm)，氢氧化铝30份，双酚A型环氧树脂8份，脂环族环氧树脂2份，缩水甘油胺型环氧树脂2份，1，4-丁二醇二缩水甘油醚1.5份，FR-XS704 2份，端羧基液体丁腈橡胶2份，KH560 0.5份，气相二氧化硅Aerosil 200 0.8份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺300和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶6.6混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于80℃固化4小时，测固化物导热系数。

实施例5

球形氧化铝粉末52份(日本45μm∶5μm＝6∶4(重量比))，氢氧化铝25份，双酚A型环氧树脂12份，酚醛环氧树脂4份，1，4-丁二醇二缩水甘油醚1.5份，FR-XS704 2.5份，端羧基液体丁腈橡胶2份，KH560 0.3份，气相二氧化硅Aerosil 200 0.5份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺651和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶9.6混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于80℃固化4小时，测固化物导热系数。

实施例6

球形氧化铝粉末53份(日本45μm∶5μm＝6∶4(重量比))，氢氧化铝20份，双酚A型环氧树脂16份，酚醛环氧树脂3份，正丁基缩水甘油醚2份，FR-XS701 3份，奇士增韧剂2份，KH560 0.3份，气相二氧化硅Aerosil200 0.5份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；D-400的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶10.5混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于80℃固化4小时，测固化物导热系数。

对比实施例1

非球形氧化铝粉末50份(日本A-42-6)，氢氧化铝20份，双酚A型环氧树脂17份，脂环族环氧树脂3份，正丁基缩水甘油醚2.5份，FR-XS7043份，奇士增韧剂3份，KH560 0.5份，气相二氧化硅Aerosil R202 0.8份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺651和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶12混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于25℃固化24小时，测固化物导热系数。

对比实施例2

非球形氧化铝粉末60份(日本A-42-6)，氢氧化铝24份，双酚A型环氧树脂7份，脂环族环氧树脂3份，正丁基缩水甘油醚1.5份，FR-XS701 2份，奇士增韧剂2份，KH560 0.1份，气相二氧化硅Aerosil R202 0.2份，炭黑0.2份，在室温下搅拌均匀，制得A组份；聚酰胺Versamid 125和聚醚胺D-400重量比1∶1的胺类固化剂。A组份和胺类固化剂按重量比100∶5混合，在室温下真空搅拌均匀，混合物于25℃固化48小时，测固化物导热系数。

通过下面的测试实验测试本发明的环氧树脂电子粘接胶的性能。

测试实验1：导热系数测试

使用Hot Disk公司的TPS 2500S型导热系数测定仪，按照ASTM E1530对实施例1～6制得的样品以及对比实施例1～2制得的样品进行导热系数测试。

测试所得结果如表1所示。

表1

从上述结果可以看出，用球形氧化铝填充的环氧树脂导热电子粘接胶，对比非球形氧化铝填充的环氧树脂导热电子粘接胶，固化物导热系数高。高导热系数能满足发热量大的电子元器件的粘接要求，这是非球形氧化铝填充的环氧树脂导热电子灌封胶所不能做到的。

测试实验2：阻燃等级测试

实施方案为在长*宽*厚度＝125*13*13mm的模具中灌入已混合好的环氧树脂电子粘接胶，固化，得到长*宽*厚度＝125*13*13mm的条状样品。按照GB/T 2408-1996标准所规定的垂直法对实施例1～6制得的样品进行阻燃等级的测试。

测试所得结果如表2所示。

表2

第一次余焰时

第二次余焰时

两次余焰时间

	间t1(s)	间t2(s)	之和t1+t2(S)
				实施例1的样品	0	3	3
实施例2的样品	0	3	3
				实施例3的样品	0	2	2
实施例4的样品	0	2	2
				实施例5的样品	0	3	3
实施例6的样品	0	3	3

从上述结果可以看出6个实施例都能达到13mm厚度的UL94-V0阻燃等级，这说明本发明环氧树脂电子粘接胶是一类阻燃性能优良的环氧树脂电子粘接胶。

本发明所述的阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶主要应用于需要导热散热的电子元器件的粘接，其导热系数为1.0～1.1W/m·K，热膨胀系数为＜40ppm/℃，体积收缩率＜0.5％，体积电阻率＞10¹⁵Ω·cm；用其粘接散热片和元器件，可起到粘接固定、导热、耐热、绝缘、耐冷热冲击的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种阻燃的高导热环氧树脂电子粘接胶，其特征在于，由A组份和胺类固化剂按100：5～12的重量配比混合而成；

2.根据权利要求1所述的粘接胶，其特征在于，所述所述A组份还包括重量份数为0.2份的颜料。

3.根据权利要求2所述的粘接胶，其特征在于，所述颜料为炭黑。

4.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于：所述胺类固化剂为聚醚胺和/或聚酰胺。

5.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述球形氧化铝粉末的平均粒径为5～45μm，其填充方式采用一种粒径填充或者任意两种粒径复配填充。

6.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述阻燃填料为氢氧化铝。

7.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或任意几种的混合物。

8.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述活性稀释剂为正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或任意几种的混合物。

9.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述无卤素液体阻燃剂为磷系阻燃剂；所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶或奇士增韧剂中的任意一种。

10.根据权利要求1至3任一项所述的粘接胶，其特征在于，所述触变剂为气相二氧化硅；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。