專利名稱：用于電子和/或電氣元件的導(dǎo)熱材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在殼體體內(nèi)和/或冷卻元件上安裝電氣和/或電子元件的導(dǎo)熱且電絕緣的材料、特別是糊料。
帶有電子元件的板被安裝在冷卻元件上或在殼體內(nèi)，其中它們被導(dǎo)熱地連接和/或機(jī)械地支承。此外，例如在汽車行業(yè)中所采用的高達(dá)1000V以上的數(shù)量級的許多電氣元件或電子元件還高度地電絕緣。為此目前優(yōu)選地使用的材料是填充硅基凝膠或糊料。
但是硅基材料基本上具有兩個缺點首先是隨時間而釋放的揮發(fā)性成分；其次是可遷移的組分，其即使在最小量時也妨礙或影響進(jìn)一步的表面處理、例如涂布、粘結(jié)和/或上漆。此外還必須完全精確地涂敷該材料，因為難以重新完全除去其中的雜質(zhì)。
此外許多材料具有高的粘附系數(shù)，就是說它們?nèi)菀渍澈希沟糜纱艘淮涡詫?dǎo)熱地且電絕緣地連接和/或安裝的板不能又任意地例如為了修理的目的而被拆開或拆卸。利用此種公知的材料，在修理情況下總是必須替換整個元件，因為修理是不經(jīng)濟(jì)的或不可能的。
此外通常需要多種材料，以便滿足所有要求、例如化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及抗機(jī)械沖擊性等等。此外硅基材料一般缺乏簡單的可施加性(Applizierbarkeit)、排氣自由(Ausgasfreiheit)和/或遷移自由(Migrationsfreiheit)。
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種材料，該材料是導(dǎo)熱且電絕緣的，能夠以適合于大量生產(chǎn)的方式被加工，就是說具有適中的初始粘度，在固化狀態(tài)下不粘合，并且不具有硅樹脂的缺點。
本發(fā)明的主題是一種導(dǎo)熱的且電絕緣的材料，該材料不含硅樹脂，至少包括下列組分a)三或更高官能的多元醇；b)環(huán)氧化物組分；c)光引發(fā)劑系統(tǒng)；和
d)65～80重量百分比的導(dǎo)熱的、UV可透射的填料。
在石英粉的情況下，有利地給該材料摻以70～80重量百分比的填料，優(yōu)選地該材料具有72～78重量百分比的填充度，并且特別優(yōu)選地具有73.5～77重量百分比的填充度。這些重量百分比數(shù)據(jù)適用于具有石英粉密度的填料。對于專家公知的是，體積填充度是決定性的，對于具有其它密度的填料來說優(yōu)選的重量比是不同的。
有利地，環(huán)氧化物組分是雙官能的，以便在共聚物混合物中與高比例的多元醇官能組合時形成分子重量高而交聯(lián)度低的分子。
有利地，所述多元醇組分包括聚乙烯醇縮丁醛和/或三官能聚酯多元醇。
聚乙烯醇縮丁醛的縮醛度優(yōu)選地被選擇為75％或更高，這對于低交聯(lián)密度來說是有利的。同樣選擇也優(yōu)選地具有高分子重量、優(yōu)選地具有800g/mol以上的摩爾重量的三官能聚酯多元醇。同時還將摩爾質(zhì)量選擇為足夠低，以致還可相應(yīng)地分配并施加該材料。
在照射之后，隨著固化進(jìn)行進(jìn)一步的摩爾質(zhì)量構(gòu)建(Molmassenaufbau)。
因此至少在材料固化時將材料中的可遷移組分和揮發(fā)性成分的危害保持盡可能小。所使用的多元醇在根據(jù)本發(fā)明的混合物中對于由于不相容性和/或不溶性所引起的分解基本上穩(wěn)定。
根據(jù)一種實施形式，這樣來選擇所述材料，以致在預(yù)聚物的初始組分、也即還未聚合和/或固化的有機(jī)(“有機(jī)”在此意為“含碳”)物質(zhì)中，就官能基而言，含有比環(huán)氧基更多的羥基。
所述聚合物基質(zhì)與添加劑和填料組合在一起是在多個月內(nèi)在室溫情況下貯存穩(wěn)定的1-K系統(tǒng)(1-K-System)，該系統(tǒng)在良好的固化特性(照射時間部分小于1分鐘)的情況下具有50～250Pas的適中的初始粘度并且從而具有良好的可加工性(引發(fā)后適用期為1小時和1小時以上)。
根據(jù)本發(fā)明，力求獲得一種低的但明顯的濕潤和粘合，以便實現(xiàn)可靠導(dǎo)熱性和整個元件的可修理性、即元件與導(dǎo)熱糊料的可分解性的組合。
因此力求獲得完成的糊料的類似樹膠或橡膠的最終特性。也可以設(shè)想較硬的橡膠或類似玻璃的化合物。
光引發(fā)劑優(yōu)選地是也與敏化劑、也即啟動系統(tǒng)、例如異丙基噻噸酮組合的例如三芳基锍鹽型的釋放酸的UV光引發(fā)劑。例如也可以通過與熱引發(fā)劑系統(tǒng)組合來改善該光引發(fā)劑。
粘合劑的化學(xué)基(Basis)形成含有環(huán)氧化物的樹脂與多元醇的陽離子共聚，其中優(yōu)選的是，在反應(yīng)混合物中與環(huán)氧樹脂相比存在更多的多元醇。
所述填料優(yōu)選地是兼有導(dǎo)熱性和UV透光度的礦物填料。
在粘度適中時如何能夠達(dá)到高的填充度對于專家是公知的，例如通過組合具有不同粒度分布的填料。
不具有堿性而具有中性至酸性的填料、尤其是堿性副產(chǎn)物少的這種填料是特別有利的。作為填料例舉出的是氧化鋁、石英粉和/或其它的晶體二氧化硅組分。在此決定性的是這樣來選擇填料，以致盡管填充度高也發(fā)生UV引發(fā)的固化，其中不排除，一定的熱后固化例如在50℃～100℃之間的溫度下1～30分鐘補(bǔ)充該固化。
該系統(tǒng)還可以含有通常的添加劑、例如顏料(只要它們不妨礙UV固化)、消泡劑和/或濕潤助劑。
當(dāng)將該材料用于導(dǎo)熱接觸時，將準(zhǔn)備好的未固化的由環(huán)氧化物組分和多元醇組分與填料、光引發(fā)劑和(一種或多種)添加劑組成的混合物施加到冷卻元件、電子或電氣元件(集成電路)、印刷電路板和/或板上。通過UV照射引發(fā)固化，然后安裝部件板、元件和殼體或冷阱(Kühlfalle)，例如用螺紋連接、通過彈簧連接等等。在進(jìn)行了固化之后產(chǎn)生類似橡膠的材料，所述材料在裝配有元件的板、冷卻元件和/或殼體之間建立接觸。有時進(jìn)行附加的用于完善固化的退火步驟。
完成的材料是包括多-β-羥基醚結(jié)構(gòu)的聚合物，該結(jié)構(gòu)是環(huán)氧化物組分與羥基組分反應(yīng)的結(jié)果。初始組分產(chǎn)生聚酯單元(聚己內(nèi)酰胺三元醇)(Polycaprolactontriol)和較長的(聚丁縮醛的)C-C鏈。所有的環(huán)氧化物官能一旦已反應(yīng)完，該材料就足夠穩(wěn)定，以便通過例如汽車工程的要求和測試情形(Testszenarien)。
該材料鑒于其在電子和/或電氣工程中的應(yīng)用、特別是用于板上和/或殼體中的電子元件的散熱、導(dǎo)熱接觸和/或例如相對于振動的機(jī)械穩(wěn)定而被開發(fā)。
下面還將借助于實例更詳細(xì)地描述本發(fā)明將下表中所列物質(zhì)組合在一起、利用相應(yīng)的設(shè)備混合并且在真空中脫氣
聚乙烯醇縮丁醛產(chǎn)物不僅可以在摩爾質(zhì)量方面、而且可以在它們的縮醛度方面并且最后在它們的羥基含量方面變化。
導(dǎo)熱材料的初始粘度應(yīng)盡可能低，例如在50～250Pas之間(用板粘度計或錐形粘度計來測量)。
在照射數(shù)秒之后，粘度上升到80至500Pas以上，以致可以在下一個小時或更長一些的時間期間進(jìn)行安裝，而不發(fā)生完全固化。
該材料的熱導(dǎo)率大大依賴于填充度和填料，例如當(dāng)填充度為75重量百分比(石英粉)時可得到至少0.7W/mK的熱導(dǎo)率。較高的填充度和較強(qiáng)的導(dǎo)熱填料導(dǎo)致材料的較高的熱導(dǎo)率。
通過本發(fā)明的材料首次獲得下列優(yōu)點-該材料易于涂敷，因為其具有適合于此的適中的初始粘度；-能夠容易地重新除去多余的材料；-弄平機(jī)械不平整和填充空隙；-不含硅樹脂，因此無不受歡迎的副產(chǎn)物；-容易拆卸用于修理目的，因為該材料僅顯示出低的附著力(adhsion)；-小的接觸熱阻，因為可以在所有元件上大面積地涂敷該導(dǎo)熱材料并因此保證最佳散熱；-僅需要一種材料，該材料既覆蓋印刷電路板或板又覆蓋位于其上的元件；-固化條件成本不太高(用UV光照射)；-在完全固化的狀態(tài)下材料是交聯(lián)的(vernetzt)，因此嵌入到該材料中的元件和板能夠經(jīng)受住高的振動負(fù)荷；-可以在沒有附加殼體的情況下進(jìn)行雙面SMD裝配。
本發(fā)明涉及一種用于在殼體內(nèi)和/或在冷卻元件上安裝電子和/或電氣元件的導(dǎo)熱且電絕緣的材料、特別是糊料。這種首次提出的材料不含硅樹脂，在填充度高且粘度適中時具有高的熱導(dǎo)率。在UV活化之后在必要時進(jìn)行熱后固化的情況下達(dá)到最終狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱且電絕緣的材料，該材料至少包括下列組分a)三或更高官能的多元醇；b)環(huán)氧化物組分；c)光引發(fā)劑系統(tǒng)；和d)65～80重量百分比的導(dǎo)熱填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中所述環(huán)氧化物組分是雙官能的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的材料，其中在預(yù)聚物的初始組分中，就官能基而言，與環(huán)氧基相比，含有更多的羥基。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的材料，其中所述多元醇是聚乙烯醇縮丁醛和/或三官能聚酯多元醇。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的材料，其中所述多元醇是聚乙烯醇縮丁醛，且聚乙烯醇縮丁醛的縮醛度大于75％，和/或三官能聚酯多元醇組分的摩爾質(zhì)量大于800g/mol。
6.根據(jù)前述權(quán)利之一的材料，其中所述光引發(fā)劑是三芳基锍鹽型的。
7.根據(jù)前述權(quán)利之一的材料，其中所述填料不具有堿性而具有中性至酸性。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的材料在電子學(xué)和/或電工學(xué)中的應(yīng)用，特別是用于在板上的和/或在殼體中的電子元件的導(dǎo)熱接觸和/或機(jī)械穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在殼體內(nèi)和/或在冷卻元件上安裝電氣和/或電子元件的導(dǎo)熱且電絕緣的材料、特別是糊料。所述材料不含硅樹脂并且在粘度適中時具有高的填充度。
文檔編號C08K3/00GK1997683SQ200580008260
公開日2007年7月11日 申請日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者D·海恩爾, M·德克, H·拜耶 申請人:西門子公司