一种单组份高导热粘接胶及其制备方法
文献发布时间:2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于电子结构导热胶粘剂领域,具体涉及应用在电子器件模块封装的单组份高导热粘接胶及其制备方法。
背景技术
单组份粘接胶通常具有固化快和操作便捷的功能,常用于金属和铜箔、玻璃和铜箔之间粘接,广泛应用于电子元件粘接、传感器封装和通信模块封装等领域。
电子封装领域对于粘接强度,粘接种类以及导热性能有着较高的要求,高导热粘接胶能保护封装器件不受高温积累、粘接不牢以及其他外部冲击的不良影响,确保电子结构粘接紧密,避免温度在内部积累,提高电子器件工作的稳定性。但本申请人在实现本申请实施例中发明技术方案过程中,发现封装技术存在如下问题:1、常规粘接胶导热率低,电子器件在使用过程中散热差,热量容易积累在电子器件内部;2、粘接强度低,适用于的粘接材料少,局限性大。
我国半导体电子产业处于高速发展阶段,电子结构封装对于封装温度、导热系数、冷热膨胀系数、以及粘度有着较高的要求。而目前对于满足上诉一些要求的导热粘接胶不能同时克服上述问题。如常州烯奇新材料有限公司的专利CN113004830B一种耐候性高导热石墨烯基环氧树脂胶粘剂其导热性能差,最高只有2.8W/(mK);苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司的专利CN112048270B高导热环氧复合材料其导热率虽然可达4.6W/(mK),粘度最高82946mPa·s,但都不及本发明的单组份高导热粘接胶的导热性能和粘接性能。
由此,有必要提供一种高导热强粘接且固化时间短,适用于电子结构粘接的胶水。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于:高导热,采用特殊材料包覆技术将球形铝粉和片状铝粉包覆融入环氧树脂和耐温树脂中,在环氧树脂和耐温树脂中构成导热网络和传热通道,克服封装器件工作时积累热量,无法高效散热问题;强粘接力,对耐温树脂和环氧树脂进行改性,保证其粘接性能;低冷热膨胀系数,克服冷热膨胀系数过大,温度升高易于炸裂,损坏粘接器件问题。
为了解决上述技术问题,本发明提出以下技术方案:
一种单组份高导热粘接胶,包括铝粉、片状铝粉、耐温树脂、环氧树脂、固化剂、稀释剂、偶联剂,其特征在于,所述铝粉、片状铝粉、耐温树脂、环氧树脂、固化剂、稀释剂、偶联剂的重量比为:
优选的,球形铝粉粒径为0.07-0.1微米,片状铝粉的厚度为10-20纳米,长度为0.1-0.5微米。
优选的,偶联剂为硅烷偶联剂。
优选的,耐温树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油型多官能环氧树脂、杂环型环氧树脂、混合型环氧树脂、聚酰亚胺树脂和聚苯醚树脂的一种或几种。
优选的,环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种或几种。
优选的,稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
优选的,固化剂为双氰胺、二氨基二苯砜、苯酐中的一种或几种。
本发明还公开了一种单组份高导热粘接胶的其制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照质量份称取球形铝粉50-60份、片状铝粉20-30份、耐温树脂10-30份、环氧树脂5-15份、固化剂2-4份、稀释剂2-4份、偶联剂1-2份;
步骤二:将球形铝粉和片状铝粉放入行星式球磨机中,球磨的转速为200-300rpm、时间为3-5分钟;
步骤三:将步骤二中球磨好之后的铝粉加入偶联剂进行搅拌,转速为500-600rpm搅拌5分钟;
步骤四:将耐温树脂加入到步骤三搅拌好的混合物中再次进行搅拌,转速为700-900rpm搅拌十分钟;
步骤五:将环氧树脂加入到步骤四中搅拌好之后的混合物中进行搅拌,转速为700-900rpm搅拌十分钟;
步骤六:将步骤五搅拌之后的混合物中加入稀释剂,再放入行星式搅拌机中转速为500-600rpm搅拌5分钟;
步骤七:将步骤六搅拌之后的混合物进行冷却,冷却至5摄氏度加入固化剂,在真空状态下搅拌均匀转速为500-600rpm搅拌5分钟,并且温度控制在25摄氏度;
步骤八:将步骤七中的混合物低温冷冻即可得到一种单组份高导热粘接胶。
本发明具有如下有益效果:
1.本发明所述一种单组份高导热粘接胶采用特殊材料包覆导热粉体并通过在耐温树脂和环氧树脂体系中添加偶联剂和稀释剂,可以实现导热粉体填充量高达90%及以上,有效提高导热性能。
2.本发明所述一种单组份高导热粘接胶通过在体系中添加微米和纳米粒径的铝粉组成高导热粉体,可实现高导热性能。微米和纳米铝粉融入环氧树脂和耐温树脂中可以构建出高效的导热通道以提高导热率,便于将热量传递出去。经过实验测试,本发明的单组份高导热粘接胶的导热系数为5.12W/(m·K),比专利号CN112048270B的导热环氧复合材料的导热率要高。因此本发明的单组份高导热粘接胶具有高效导热能力。
3.本本发明提供一种单组份高导热粘接胶粘度可达120000cps,剪切强度可达32N/cm
具体实施方式
本发明提出一种单组份高导热粘接胶,本发明要解决问题:电子器件工作时积累热量,无法高效散热问题;固化时间长导致生产效率低;冷热膨胀系数过大,温度升高易于炸裂,损坏粘接器件问题。对于以上问题提出以下技术方案:一种单组份高导热粘接胶及其制备方法;本发明能实现的技术效果:一种高导热强粘接且固化时间短适用于电子结构器件封装的粘接胶。
为解决上述技术问题,本发明提出一下技术方案:一种应用在裸片封装的单组份功能性封装粘接胶,总体思路如下:
步骤一:按照质量份称取球形铝粉50-60份、片状铝粉20-30份、耐温树脂10-30份、环氧树脂5-15份、固化剂2-4份、稀释剂2-4份、偶联剂1-2份;
步骤二:将球形铝粉和片状铝粉放入行星式球磨机中,球磨的转速为200-300rpm、时间为3-5分钟;
步骤三:将步骤二中球磨好之后的铝粉加入偶联剂进行搅拌,转速为500-600rpm搅拌5分钟;
步骤四:将耐温树脂加入到步骤三搅拌好的混合物中再次进行搅拌,转速为700-900rpm搅拌十分钟;
步骤五:将环氧树脂加入到步骤四中搅拌好之后的混合物中进行搅拌,转速为700-900rpm搅拌十分钟;
步骤六:将步骤五搅拌之后的混合物中加入稀释剂,再放入行星式搅拌机中转速为500-600rpm搅拌5分钟;
步骤七:将步骤六搅拌之后的混合物进行冷却,冷却至5摄氏度加入固化剂,在真空状态下搅拌均匀转速为500-600rpm搅拌5分钟,并且温度控制在25摄氏度;
步骤八:将步骤七中的混合物低温冷冻即可得到一种单组份高导热粘接胶。
为了更好理解上述技术方案,下面将结合说明书表1-1、表1-2、表1-3、表1-4以及具体的实施方案对上述技术方案进行详细说明。
实例一
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉50份、片状铝粉20份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例一的粘接胶。
实例二
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉55份、片状铝粉20份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例二的粘接胶。
实例三
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉55份、片状铝粉25份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例三的粘接胶。
实例四
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉60份、片状铝粉30份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例四的粘接胶。
对比例一
本发明实施例中的粘接胶配方与实例一的区别在于:不添加球形铝粉和片状铝粉。
实施例1-4和对比例1的每组配方和导热性能参数如表1-1所示,导热系数测试方法采用ASTMD5470标准进行测试。
表1-1:
(注:表中各组分的配比为质量份数)
实例五
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉55份、片状铝粉25份、耐温树脂20份、环氧树脂5份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例五的粘接胶。
实例六
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉55份、片状铝粉25份、耐温树脂20份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例六的粘接胶。
实例七
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉55份、片状铝粉25份、耐温树脂20份、环氧树脂15份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例七的粘接胶。
对比例二
本发明对比例中的粘接胶配方与实例六的区别在于:球形铝粉为50份、片状铝粉为20份。
对比例三
本发明对比例中的粘接胶配方与实例四的区别在于:耐温树脂为20份、环氧树脂为15份。
实施例5-7和对比例二、三的每组配方和粘度性能参数如表1-2所示,粘度测试方法:使用美国BrookfieldHBDV-2T粘度计,在25℃标准环境下取200ml测试样品,将探头置于测试样品中,待数据稳定后读数。
表1-2:
(注:表中各组分的配比为质量份数)
实例八
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉60份、片状铝粉30份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂2份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例八的粘接胶。
实例九
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉60份、片状铝粉30份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂3份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例九的粘接胶。
实例十
本发明实施例中的粘接胶配方为球形铝粉60份、片状铝粉30份、耐温树脂15份、环氧树脂10份、固化剂4份、稀释剂2份、偶联剂1份;将球形铝粉和片状铝粉球磨之后加入偶联剂转速为500rpm进行表面改性,之后依次加入耐温树脂,环氧树脂和稀释剂分别进行转速为800rpm、800rpm、550rpm搅拌混合,搅拌好之后的混合溶液进行冷却至5℃,再次加入固化剂在真空中搅拌转速为550rpm,搅拌好之后停止1分钟即可得到本实施例十的粘接胶。
实施例8-10每组配方和固化时间参数如表1-3所示,固化厚度为3mm,剪切强度测试采用ISO4857标准,PET-铝片。
表1-3:
(注:表中各组分的配比为质量份数)
实例十一
本发明实例十一中的粘接胶的配方为:球形铝粉为60份、片状铝粉为30份、耐温树脂为10份、环氧树脂质量份为15份、固化剂为2份、稀释剂为2份、偶联剂为1份;制备步骤与上述实例一一致。
实例十二
本发明实例十二中的粘接胶的配方为:球形铝粉为60份、片状铝粉为30份、耐温树脂为15份、环氧树脂质量份为15份、固化剂为2份、稀释剂为2份、偶联剂为1份;制备步骤与上述实例一一致。
实例十三
本发明实例十三中的粘接胶的配方为:球形铝粉为60份、片状铝粉为30份、耐温树脂为20份、环氧树脂质量份为15份、固化剂为2份、稀释剂为2份、偶联剂为1份;制备步骤与上述实例一一致。
在上述实施例11-13中,我们只改变耐温树脂的比例,采用ASTME831-19标准测试冷热膨胀系数。实验结果如表1-4所示:实例十三中的冷热膨胀系数最高,实例十一最低,可达17.8μm/(m·℃)。
表1-4:
(注:表中各组分的配比为质量份数)
上述本发明实例中的技术方案,具有如下的技术效果:
1、导热粉体采用特殊包覆技术提升导热性能,通过添加偶联剂可使得导热粉体添加量可达90%及以上,有效提升导热性能;
2、导热系数高达5.12W/(mK)可以应用的散热场景丰富,范围广;
3、固化时间短,在150℃下18分钟即可完全固化,有效提高电子器件粘接时的生产效率。
(注:上述数据由实例中的实验数据可得)
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