CN1997683A - 用于电子和/或电气元件的导热材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在壳体内和/或在冷却元件上安装电气和/或电子元件的导热且电绝缘的材料、特别是糊料。所述材料不含硅树脂并且在粘度适中时具有高的填充度。

Description

用于电子和/或电气元件的导热材料及其应用
本发明涉及一种用于在壳体体内和/或冷却元件上安装电气和/或电子元件的导热且电绝缘的材料、特别是糊料。
带有电子元件的板被安装在冷却元件上或在壳体内，其中它们被导热地连接和/或机械地支承。此外，例如在汽车行业中所采用的高达1000V以上的数量级的许多电气元件或电子元件还高度地电绝缘。为此目前优选地使用的材料是填充硅基凝胶或糊料。
但是硅基材料基本上具有两个缺点：首先是随时间而释放的挥发性成分；其次是可迁移的组分，其即使在最小量时也妨碍或影响进一步的表面处理、例如涂布、粘结和/或上漆。此外还必须完全精确地涂敷该材料，因为难以重新完全除去其中的杂质。
此外许多材料具有高的粘附系数，就是说它们容易粘合，使得由此一次性导热地且电绝缘地连接和/或安装的板不能又任意地例如为了修理的目的而被拆开或拆卸。利用此种公知的材料，在修理情况下总是必须替换整个元件，因为修理是不经济的或不可能的。
此外通常需要多种材料，以便满足所有要求、例如化学和热稳定性以及抗机械冲击性等等。此外硅基材料一般缺乏简单的可施加性(Applizierbarkeit)、排气自由(Ausgasfreiheit)和/或迁移自由(Migrationsfreiheit)。
因此本发明的任务是提供一种材料，该材料是导热且电绝缘的，能够以适合于大量生产的方式被加工，就是说具有适中的初始粘度，在固化状态下不粘合，并且不具有硅树脂的缺点。
本发明的主题是一种导热的且电绝缘的材料，该材料不含硅树脂，至少包括下列组分：
a)三或更高官能的多元醇；
b)环氧化物组分；
c)光引发剂***；和
d)65～80重量百分比的导热的、UV可透射的填料。
在石英粉的情况下，有利地给该材料掺以70～80重量百分比的填料，优选地该材料具有72～78重量百分比的填充度，并且特别优选地具有73.5～77重量百分比的填充度。这些重量百分比数据适用于具有石英粉密度的填料。对于专家公知的是，体积填充度是决定性的，对于具有其它密度的填料来说优选的重量比是不同的。
有利地，环氧化物组分是双官能的，以便在共聚物混合物中与高比例的多元醇官能组合时形成分子重量高而交联度低的分子。
有利地，所述多元醇组分包括聚乙烯醇缩丁醛和/或三官能聚酯多元醇。
聚乙烯醇缩丁醛的缩醛度优选地被选择为75％或更高，这对于低交联密度来说是有利的。同样选择也优选地具有高分子重量、优选地具有800g/mol以上的摩尔重量的三官能聚酯多元醇。同时还将摩尔质量选择为足够低，以致还可相应地分配并施加该材料。
在照射之后，随着固化进行进一步的摩尔质量构建(Molmassenaufbau)。
因此至少在材料固化时将材料中的可迁移组分和挥发性成分的危害保持尽可能小。所使用的多元醇在根据本发明的混合物中对于由于不相容性和/或不溶性所引起的分解基本上稳定。
根据一种实施形式，这样来选择所述材料，以致在预聚物的初始组分、也即还未聚合和/或固化的有机(“有机”在此意为“含碳”)物质中，就官能基而言，含有比环氧基更多的羟基。
所述聚合物基质与添加剂和填料组合在一起是在多个月内在室温情况下贮存稳定的1-K***(1-K-System)，该***在良好的固化特性(照射时间部分小于1分钟)的情况下具有50～250Pas的适中的初始粘度并且从而具有良好的可加工性(引发后适用期为1小时和1小时以上)。
根据本发明，力求获得一种低的但明显的湿润和粘合，以便实现可靠导热性和整个元件的可修理性、即元件与导热糊料的可分解性的组合。
因此力求获得完成的糊料的类似树胶或橡胶的最终特性。也可以设想较硬的橡胶或类似玻璃的化合物。
光引发剂优选地是也与敏化剂、也即启动***、例如异丙基噻吨酮组合的例如三芳基锍盐型的释放酸的UV光引发剂。例如也可以通过与热引发剂***组合来改善该光引发剂。
粘合剂的化学基(Basis)形成含有环氧化物的树脂与多元醇的阳离子共聚，其中优选的是，在反应混合物中与环氧树脂相比存在更多的多元醇。
所述填料优选地是兼有导热性和UV透光度的矿物填料。
在粘度适中时如何能够达到高的填充度对于专家是公知的，例如通过组合具有不同粒度分布的填料。
不具有碱性而具有中性至酸性的填料、尤其是碱性副产物少的这种填料是特别有利的。作为填料例举出的是氧化铝、石英粉和/或其它的晶体二氧化硅组分。在此决定性的是这样来选择填料，以致尽管填充度高也发生UV引发的固化，其中不排除，一定的热后固化例如在50℃～100℃之间的温度下1～30分钟补充该固化。
该***还可以含有通常的添加剂、例如颜料(只要它们不妨碍UV固化)、消泡剂和/或湿润助剂。
当将该材料用于导热接触时，将准备好的未固化的由环氧化物组分和多元醇组分与填料、光引发剂和(一种或多种)添加剂组成的混合物施加到冷却元件、电子或电气元件(集成电路)、印刷电路板和/或板上。通过UV照射引发固化，然后安装部件板、元件和壳体或冷阱(Kühlfalle)，例如用螺纹连接、通过弹簧连接等等。在进行了固化之后产生类似橡胶的材料，所述材料在装配有元件的板、冷却元件和/或壳体之间建立接触。有时进行附加的用于完善固化的退火步骤。
完成的材料是包括多-β-羟基醚结构的聚合物，该结构是环氧化物组分与羟基组分反应的结果。初始组分产生聚酯单元(聚己内酰胺三元醇)(Polycaprolactontriol)和较长的(聚丁缩醛的)C-C链。所有的环氧化物官能一旦已反应完，该材料就足够稳定，以便通过例如汽车工程的要求和测试情形(Testszenarien)。
该材料鉴于其在电子和/或电气工程中的应用、特别是用于板上和/或壳体中的电子元件的散热、导热接触和/或例如相对于振动的机械稳定而被开发。
下面还将借助于实例更详细地描述本发明：
将下表中所列物质组合在一起、利用相应的设备混合并且在真空中脱气：
    量     化合物
    32.0g     环脂族环氧树脂
    14.4g     环氧化的大豆油
    3.20g     聚乙烯醇缩丁醛
    97.4g     三官能聚酯多元醇
    2.35g     三芳基锍六氟锑酸盐(Triarylsulfoniumhexafluoroantimonate)(光引发剂)
    0.095     异丙基噻吨酮
    0.30g     消泡剂
    340.97     石英
    85.24     石英
    1.5     钠钙玻璃
聚乙烯醇缩丁醛产物不仅可以在摩尔质量方面、而且可以在它们的缩醛度方面并且最后在它们的羟基含量方面变化。
导热材料的初始粘度应尽可能低，例如在50～250Pas之间(用板粘度计或锥形粘度计来测量)。
在照射数秒之后，粘度上升到80至500Pas以上，以致可以在下一个小时或更长一些的时间期间进行安装，而不发生完全固化。
该材料的热导率大大依赖于填充度和填料，例如当填充度为75重量百分比(石英粉)时可得到至少0.7W/mK的热导率。较高的填充度和较强的导热填料导致材料的较高的热导率。
通过本发明的材料首次获得下列优点：
-该材料易于涂敷，因为其具有适合于此的适中的初始粘度；
-能够容易地重新除去多余的材料；
-弄平机械不平整和填充空隙；
-不含硅树脂，因此无不受欢迎的副产物；
-容易拆卸用于修理目的，因为该材料仅显示出低的附着力(adhsion)；
-小的接触热阻，因为可以在所有元件上大面积地涂敷该导热材料并因此保证最佳散热；
-仅需要一种材料，该材料既覆盖印刷电路板或板又覆盖位于其上的元件；
-固化条件成本不太高(用UV光照射)；
-在完全固化的状态下材料是交联的(vernetzt)，因此嵌入到该材料中的元件和板能够经受住高的振动负荷；
-可以在没有附加壳体的情况下进行双面SMD装配。
本发明涉及一种用于在壳体内和/或在冷却元件上安装电子和/或电气元件的导热且电绝缘的材料、特别是糊料。这种首次提出的材料不含硅树脂，在填充度高且粘度适中时具有高的热导率。在UV活化之后在必要时进行热后固化的情况下达到最终状态。

Claims (8)

1.一种导热且电绝缘的材料，该材料至少包括下列组分：
a)三或更高官能的多元醇；
b)环氧化物组分；
c)光引发剂***；和
d)65～80重量百分比的导热填料。
2.根据权利要求1的材料，其中所述环氧化物组分是双官能的。
3.根据权利要求1或2之一的材料，其中在预聚物的初始组分中，就官能基而言，与环氧基相比，含有更多的羟基。
4.根据前述权利要求之一的材料，其中所述多元醇是聚乙烯醇缩丁醛和/或三官能聚酯多元醇。
5.根据前述权利要求之一的材料，其中所述多元醇是聚乙烯醇缩丁醛，且聚乙烯醇缩丁醛的缩醛度大于75％，和/或三官能聚酯多元醇组分的摩尔质量大于800g/mol。
6.根据前述权利之一的材料，其中所述光引发剂是三芳基锍盐型的。
7.根据前述权利之一的材料，其中所述填料不具有碱性而具有中性至酸性。
8.根据前述权利要求之一的材料在电子学和/或电工学中的应用，特别是用于在板上的和/或在壳体中的电子元件的导热接触和/或机械稳定。
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