增粘复合材料、制备增粘复合材料的方法、电装置、制造电装置的方法

本发明涉及增粘复合材料。

本发明还涉及制备增粘复合材料的方法。

此外，本发明涉及具有包含这种增粘复合材料的涂层的电装置。

此外，本发明涉及制造这种电装置的方法。

现有技术

电子元件通常用可浇铸的封装物料包封。在此，封装物料在电元件上的粘附有利于元件的寿命或包含该元件的电装置的寿命。在此，通常使用由硅酮材料或环氧树脂材料制成的封装物料。在这些情况下，通常产生封装物料在电元件上的充分粘附。还已知将陶瓷材料用于包封物料。例如，公开文献DE 10 2015 223 466 A1公开了电装置，其具有局部被陶瓷封装物料封装的电元件。然而，当使用陶瓷封装物料时，对电子元件的粘附通常低于由硅酮材料或环氧树脂材料制成的封装物料的情况。

此外，无机-有机杂化聚合物的涂层在现有技术中是已知的。例如，专利文献AU2006 274 207 B2在此方面公开了涂有无机-有机杂化聚合物的塑料瓶。这种无机-有机杂化聚合物也称为杂聚(有机)硅氧烷并且例如以名称“Ormocer”出售。作为杂化聚合物，无机-有机杂化聚合物由多种彼此不同的单体组成或构成。

发明公开

具有权利要求1的特征的根据本发明的增粘复合材料特别适合作为增粘层提高陶瓷封装物料在电元件上的粘附。根据本发明对此设置，增粘复合材料包含至少一种无机-有机杂化聚合物和至少一种环氧-聚氨酯。由于根据本发明的组合物，增粘复合材料特别好地粘附到极性表面，例如玻璃、陶瓷或金属表面上。特别地，甚至实现增粘复合材料与这种表面的反应性结合。因此，实现在陶瓷封装物料和电子元件的金属元件上良好的粘附效果。然而，根据本发明的增粘复合材料也有利地适合作为用于其它应用，即用于将其它元件相互结合的增粘剂。此外，根据本发明的增粘复合材料可用作漆料、涂料或其它涂层。良好的粘附效果或反应性结合尤其通过无机-有机杂化聚合物的硅烷醇基团提供。此外，根据本发明的增粘复合材料在高达250℃的温度下具有基本恒定的粘附效果。增粘复合材料优选包含Sika Primer-3N环氧-聚氨酯作为环氧-聚氨酯。特别地，增粘复合材料除了无机-有机杂化聚合物和环氧-聚氨酯之外还包含至少一种溶剂。例如，增粘复合材料是无机-有机杂化聚合物和环氧-聚氨酯在至少一种溶剂中的溶液。这种溶液可以容易地通过喷涂、印刷法或浸涂来施加。施加后，至少一部分的溶剂挥发或蒸发，从而增加粘附复合材料的粘度。然后，增粘复合材料例如作为凝胶存在，由此它具有凝胶状稠度，或作为固体存在。基于增粘复合材料中固体的总质量计，无机-有机杂化聚合物的质量优选对应于25％至40％的质量比例。无机-有机杂化聚合物的质量优选对应于32％至38％的质量比例，特别优选35％的质量比例。基于增粘复合材料中固体的总质量计，环氧-聚氨酯的质量优选对应于45％至70％的质量比例。环氧-聚氨酯的质量优选对应于52％至62％的质量比例，特别优选57％的质量比例。在此，固体被理解为是在将增粘复合材料加热到例如200℃持续1小时时作为蒸发残余物保留的物质。

根据一个优选的实施方案设置，增粘复合材料包含至少一种基于双酚的环氧树脂。通过基于双酚的环氧树脂，在增粘复合材料的制备中实现环氧-聚氨酯与无机-有机杂化聚合物的有利混合物。特别地，在此，通过基于双酚的环氧树脂形成环氧-聚氨酯与无机-有机杂化聚合物的化学化合物。基于增粘复合材料中固体的总质量计，基于双酚的环氧树脂的质量优选对应于6％至11％的质量比例。优选地，基于双酚的环氧树脂的质量对应于8％至9％的质量比例，特别优选8.5％的质量比例。

优选地，无机-有机杂化聚合物具有金属醇盐单体。因此，无机-有机杂化聚合物由不同的单体制成，其中至少一种是金属醇盐单体。通过构建到无机-有机杂化聚合物中的金属醇盐单体，实现增粘复合材料的高强度。金属醇盐单体是主族或副族金属醇盐单体。优选地，金属醇盐单体的金属是钛、铝或锆。特别优选地，金属醇盐单体是Al(OBu)

优选地，无机-有机杂化聚合物具有环氧硅烷单体。无机-有机杂化聚合物因此由不同的单体制成，其中至少一种是环氧硅烷单体。通过环氧硅烷单体，无机-有机杂化聚合物可以容易地在低温或UV辐射下固化。特别优选地，环氧硅烷单体是3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)。基于用于制备无机-有机杂化聚合物的单体的总摩尔量计，环氧硅烷单体的摩尔量优选对应于40％至50％的摩尔量比例。特别优选地，环氧硅烷单体的摩尔量对应于45％的摩尔量比例。

根据一个优选的实施方案设置，无机-有机杂化聚合物具有烷基硅烷单体。无机-有机杂化聚合物因此由不同的单体制成，其中至少一种是烷基硅烷单体。通过该烷基硅烷单体，可以提供增粘复合材料在所需化学结合和所需粘附效果方面的所需性能。特别优选地，烷基硅烷单体是丙基三甲氧基硅烷(PTMO)。基于用于制备无机-有机杂化聚合物的单体的总摩尔量计，烷基硅烷单体的摩尔量优选对应于25％至35％的摩尔量比例。特别优选地，烷基硅烷单体的摩尔量对应于30％的摩尔量比例。

根据一个优选的实施方案设置，无机-有机杂化聚合物具有氨基烷基硅烷单体。无机-有机杂化聚合物因此由不同的单体制成，其中至少一种是氨基烷基硅烷单体。通过氨基烷基硅烷单体，也可以提供增粘复合材料在所需化学结合和所需粘附效果方面的所需性能。特别优选地，氨基烷基单体是3-氨基丙基三乙氧基硅烷(AMEO)。基于用于制备无机-有机杂化聚合物的单体的总摩尔量计，氨基烷基单体的摩尔量优选对应于3％至8％的摩尔量比例。特别优选地，氨基烷基单体的摩尔量对应于5％的摩尔量比例。

通过权利要求7的特征，根据本发明的制备增粘复合材料的方法的特征在于，提供无机-有机杂化聚合物和环氧-聚氨酯，并且将环氧-聚氨酯与无机-有机杂化聚合物混合。由此也产生已经提到的优点。进一步优选的特征和特征组合从上面已经描述的和从权利要求中得出。

根据一个优选的实施方案设置，无机-有机杂化聚合物通过由不同单体的溶胶-凝胶合成提供。因此，首先将不同单体溶解或分散在溶剂，优选水中。然后，通过溶胶-凝胶合成，获得作为凝胶或作为具有凝胶状稠度的物质的无机-有机杂化聚合物。

优选地，将无机-有机杂化聚合物与基于双酚的环氧树脂混合，然后将无机-有机杂化聚合物在步骤c)中与环氧-聚氨酯混合。如已经提到，通过基于双酚的环氧树脂，改进环氧-聚氨酯与无机-有机杂化聚合物的混合。

根据一个优选的实施方案设置，将无机-有机杂化聚合物在与基于双酚的环氧树脂混合之前与质子有机溶剂混合。通过将无机-有机杂化聚合物与溶剂混合，简化了随后与基于双酚的环氧树脂的混合。当无机-有机杂化聚合物为例如凝胶时，则通过与溶剂混合会降低无机-有机杂化聚合物的粘度。优选使用醇，特别优选2-丁氧基乙醇作为质子有机溶剂。

优选地，提供环氧-聚氨酯在有机溶剂中的溶液作为环氧-聚氨酯。环氧-聚氨酯溶液可以特别容易且均匀地与无机-有机杂化聚合物混合。此外，增粘复合材料此时至少最初作为溶液获得，因此可以容易地施加增粘复合材料。有机溶剂特别优选是乙酸乙酯。

根据本发明的电装置包括电元件，并且通过权利要求12的特征，特征在于涂层，该涂层覆盖电元件的至少一个区段并且包含根据本发明的增粘复合材料。通过该涂层，被覆盖的区段被保护，由此增加了元件或装置的寿命。进一步优选的特征和特征组合从上面已经描述的和从权利要求中得出。电元件例如是有源电元件或无源电元件，例如变压器。

优选地，该装置包含封装物料，特别是陶瓷的封装物料，其至少局部地封装电元件，以使得涂层布置在元件和封装物料之间。由于涂层的增粘复合材料的有利粘附效果，实现了封装物料在元件上的强烈粘附。在这方面，涂层形成增粘层。

通过权利要求14的特征，根据本发明的制造电装置的方法的特征在于，提供电元件，并且将根据本发明的增粘复合材料施加到元件上，以使得增粘复合材料作为涂层覆盖该元件的至少一个区段。由此也产生已经提到的优点。进一步优选的特征和特征组合从上面已经描述的和从权利要求中得出。优选地，该元件至少局部地被封装物料封装，以使得涂层布置在元件和封装物料之间。增粘复合材料优选首先以溶液的形式提供并且施加到电元件上。然后优选在增粘复合材料部分干燥或干燥之后用封装物料封装电元件。

根据一个优选的实施方案设置，增粘复合材料通过喷涂、印刷法或浸涂施加到元件上。如果增粘复合材料至少最初作为溶液存在，则由于其低粘度，这是有利地可能的。通过喷涂、印刷法或浸涂，可以实现以低的层厚度均匀地施加增粘复合材料。

下面参考附图更详细地解释本发明。其中

图1显示了电装置，

图2显示了另一电装置，

图3显示了制造所述电装置或所述另一电装置的方法，

图4显示了无机-有机杂化聚合物的不同单体和

图5显示了无机-有机杂化聚合物的结构的局部。

图1以示意图显示了电装置1。电装置1包括电元件2，该电元件是有源电元件2。电元件2包括衬底3，该衬底是例如DBC衬底3或AMB衬底3。芯片4布置在衬底3上，该芯片是例如Si芯片4、SiC芯片4或GaN芯片4。衬底3的未示出的电导体带通过电元件2的接合线5与芯片4的未示出的导体带电连接。

电装置1还包含陶瓷封装物料6，该封装物料封装电元件2的一个区段。为了提高陶瓷封装物料6在电元件2上的粘附，电装置1包含涂层7或增粘层7，其布置在电元件2与封装物料6之间。在本情况中，形成增粘层7，以使得封装物料6通过增粘层7与电元件2分开。因此，电元件2和封装物料6之间没有直接的物理接触。

图2以示意图显示了另一电装置11。该另一电装置11包括电元件12，该电元件是无源电元件12，在本情况中为变压器12。电元件12包括具有容纳部的铜罐13。在该容纳部中布置变压器芯14，变压器芯被电导体15缠绕。所述另一电装置11还包含陶瓷封装物料16，该封装物料封装电元件12的一个区段。为了提高封装物料16在电元件12上的粘附，在图2所示的另一电装置11的情况下还设置涂层17或增粘层17，其布置在电元件12与封装物料16之间。

下面，参考图3描述了制造所述电装置1或所述另一电装置11的有利方法。图3使用流程图显示了该方法。在此，方法步骤S1至S5描述了制备用于增粘层7或17的增粘复合材料的方法。

在第一步骤S1中，通过溶胶一凝胶合成，提供无机-有机杂化聚合物。为此，将多种单体，即金属醇盐单体、环氧硅烷单体、烷基硅烷单体和氨基烷基硅烷单体溶解或分散在蒸馏水中，搅拌该溶液或分散体，以获得作为凝胶的无机-有机杂化聚合物。在本情况中，图4所示的单体3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)、丙基三甲氧基硅烷(PTMO)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(AMEO)和Al(OBu)

在第二步骤S2中，将步骤S1中获得的无机-有机杂化聚合物与质子有机溶剂混合。例如，2-丁氧基-乙醇用作溶剂。在本情况中，将292.46g在步骤S1中获得的凝胶与48.74g的2-丁氧基乙醇混合。

在第三步骤S3中，将无机-有机杂化聚合物与基于双酚的环氧树脂混合。例如使用下面显示的基于双酚的环氧树脂Araldit GY 260。特别地，通过基于双酚的环氧树脂，实现无机-有机杂化聚合物的交联。

在本情况中，将200g在步骤S2中获得的混合物与34.29g的Araldit GY 260混合。

由此获得的无机-有机杂化聚合物的结构如图5所示。在此，字母M表示金属醇盐单体的金属离子。字母R表示烷基硅烷单体或氨基烷基硅烷单体的烷基或氨基烷基。从图5可以看出，无机-有机杂化聚合物具有由不同单体之间的缩合反应获得的Si-O网络。波浪线W表示通过环氧硅烷单体的反应性基团与基于双酚的环氧树脂的反应性基团的反应获得的Si原子之间的化学键。

在第四步骤S4中，将在步骤S3中获得的混合物与有机溶剂混合。例如使用正丙醇。优选地，通过加入有机溶剂，将混合物稀释，以使得混合物中固体的质量比例为30％。在本情况中，为此将17.54g在步骤S3中获得的混合物与12.46g正丙醇混合。

在第五步骤S5中，将在步骤S4中获得的混合物与环氧-聚氨酯在有机溶剂中的溶液混合。优选地，使用Sika 3N环氧-聚氨酯在乙酸乙酯中的40％溶液。在本情况中，将30g在步骤S4中获得的混合物与30g的40％的Sika 3N环氧-聚氨酯溶液混合。通过将步骤S4中获得的混合物与环氧-聚氨酯溶液混合，制备或提供作为溶液的增粘复合材料。

在第六步骤S6中，提供电元件。如果应通过该方法制造所述电装置1，则提供元件2。然而，如果应制造所述另一电装置11，则提供元件12。

在第七步骤S7中，将作为溶液存在的增粘复合材料施加到电元件的至少一个区段上。例如，通过喷涂、印刷法或浸涂进行施加。

在第八步骤S8中，将施加的增粘复合材料干燥或部分干燥。由此增加了增粘复合材料的粘度。特别地，增粘复合材料在干燥或部分干燥后作为凝胶存在。特别地，在步骤S8中，为了进行干燥或部分干燥，将增粘复合材料加热到例如100-140℃持续1-10分钟。作为对此的替代方案，取消加热，以使得增粘复合材料通过溶剂的蒸发而干燥或部分干燥。然后，增粘复合材料形成涂层7或17，其覆盖元件2或12的至少一个区段。

在第九步骤S9中，提供可浇铸的陶瓷封装物料。

在第十步骤S10中，使用铸造法用陶瓷封装物料6或16封装电元件2或12，以使得增粘复合材料作为增粘层7或17布置在元件2或12与封装物料6或16之间。由此，最终获得图1所示的装置1或图2所示的装置11。