專利名稱：一種igbt模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠及其制備方法，屬于灌封材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，中高頻IGBT模塊的密封、灌封防護(hù)用的是高鉛焊料，IGBT所用的含鉛焊料占所用IC含鉛應(yīng)用的90%。含鉛焊料含有對人類有害的元素鉛，歐盟和RoHS明令禁止使用，所以需要選取一些無鉛焊料來取代之。IGBT模塊的封裝材料的品種有很多，常用的主要有三大類環(huán)氧樹脂，有機(jī)硅和
聚氨酯。 環(huán)氧樹脂對硬質(zhì)材料粘接力好，硬度高，絕緣性能和耐溫性能佳，工藝簡單，但是它固化后無法達(dá)到高彈性，且具有一定的內(nèi)應(yīng)力，修復(fù)性比較差，一般都無法實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)。聚氨酯的粘接性介于環(huán)氧與有機(jī)硅之間，耐溫性不高，一般不超過100°C。它的強(qiáng)度好，耐低溫性能好，價(jià)格也相對低。但是其復(fù)雜的制備工藝以及本身的毒性而受到限制。有機(jī)硅凝膠是一種環(huán)保無溶劑型材料，進(jìn)行灌封時(shí)不會(huì)放出低分子，無應(yīng)力收縮，具有一定的彈性，能夠吸收沖擊波，這樣就會(huì)避免芯片受到破壞。它沒有任何腐蝕，可以深層硫化，硫化后呈透明，這樣便于觀察封裝的元器件，進(jìn)行元件的檢測與修復(fù)。它的耐高低溫性能好，成本也相對較低。可以起到防潮，防塵，防腐蝕，防震的作用?，F(xiàn)有的有機(jī)硅凝膠普遍存在的問題是滲油，走油，無法做到透明阻燃的要求，粘接性也較差，和基體材料的附著力較小等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠及其制備方法，本發(fā)明IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠是一種具有良好的光學(xué)性能且能滿足高低溫環(huán)境下長期使用要求的高強(qiáng)度、透明、低滲油、高溫快速固化的阻燃性有機(jī)硅凝膠，主要用于IGBT模塊的密封、灌封防護(hù)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠，由重量配比為I :1的A組分和B組分組成，其中所述A組分由以下重量份的原料組成基料94 99. 89份，硅烷偶聯(lián)劑O. 01 5份，催化劑O. I I份；所述B組分由以下重量份的原料組成基料79 95份，交聯(lián)劑5 15份，阻燃劑O. 01 5份，抑制劑O. I I份;其中，所述基料為含鏈稀基的有機(jī)聚娃氧燒和含乙稀基的液體MQ樹脂的混合物、或所述基料為含鏈稀基的有機(jī)聚娃氧燒和含乙稀基的液體MT樹脂的混合物。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠是一種環(huán)保無溶劑、無氣味、固化后無副產(chǎn)物的室溫或加熱快速固化的加成型的透明灌封硅凝膠，A組分在反應(yīng)中提供乙烯基，B組分提供交聯(lián)劑。本發(fā)明IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠的粘度較低且可控，具有良好的阻燃性，流動(dòng)潤濕性，易于灌注、能深部固化。它非常柔軟，可以隔離水分和其它污染物，減輕機(jī)械、熱沖擊和震動(dòng)引起的機(jī)械應(yīng)力，保護(hù)電路，對IGBT |吳塊灌封構(gòu)件連續(xù)拔插仍保持自動(dòng)修復(fù)性。本發(fā)明IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠具有理想的力學(xué)性能凝膠硬度(g)達(dá)90 140，錐入度35 65，拉伸強(qiáng)度O. 01 O. 3MPa ;150°C下不產(chǎn)生黃變；具有理想的介電絕緣性能介電強(qiáng)度為10 20Kv/mm，體積電阻率為6. 5*1015 9. 5*1015Q/cm，阻燃性能好，耐冷熱沖擊性好，可理想地適合于對光學(xué)性能和力學(xué)性能具有嚴(yán)苛要求的IGBT灌封。本發(fā)明適用于中高頻IGBT模塊、硅整流模塊、可控硅模塊、特殊芯片、空氣過濾器等元器件的密封、灌封，是一款用途廣泛的工業(yè)電子用新型材料，如圖I所示。 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述硅烷偶聯(lián)劑為Y- (2，3_環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，Y-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，Y-巰丙基三甲氧基硅烷，Y-巰丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三(β -甲氧基-乙氧基)硅烷中的任意一種；采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是采用硅烷偶聯(lián)劑可以消除內(nèi)應(yīng)力，避免固化后硅凝膠的分層現(xiàn)象，增加硅凝膠的粘性及其與界面的粘接性能，并提高硅凝膠的耐久性。進(jìn)一步，所述催化劑為貴金屬催化劑；進(jìn)一步，所述貴金屬催化劑為銠系、銥系、釕系、鈀系、鉬系催化劑中的一種或任意幾種混合，優(yōu)選為鉬系催化劑；進(jìn)一步，所述鉬系催化劑為氯鉬酸、醇改性的氯鉬酸、四氫呋喃配位的鉬催化劑、鄰苯二甲酸二乙酯配位的鉬催化劑、鉬-烯烴配合物中的任意一種，優(yōu)選為鉬-乙烯基硅氧烷配合物；采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是催化劑加入可以促進(jìn)硅氫的加成反應(yīng)，縮短固化時(shí)間，從而加速固化，提高阻燃性能。進(jìn)一步，所述鉬-乙烯基娃氧燒配合物含量為1000 IOOOOppm ；采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是鉬-乙烯基硅氧烷配合物的加入量僅僅需要足以有效的作為氫化硅烷化反應(yīng)催化劑即可，該量可以根據(jù)所需的固化速率來改變，若該量過大，該反應(yīng)就會(huì)變得不經(jīng)濟(jì)；進(jìn)一步，所述阻燃劑為磷酸酯類物質(zhì)或亞磷酸酯類物質(zhì)；進(jìn)一步，所述磷酸酯類物質(zhì)為磷酸三甲酚酯，三芳基磷酸酯，磷酸三苯酯，磷酸三乙酯，磷酸三(2-乙基己基)酯，三(2-氯乙基)磷酸酯，三(1，3_ 二氯-2-丙基)磷酸酯，異丙基化三苯磷酸酯，雙酚A-雙(二苯基磷酸酯)中的任意一種，所述亞磷酸酯類物質(zhì)為亞磷酸三苯酯，效果較好的為芳基磷酸酯類物質(zhì)或芳基亞磷酸酯類物質(zhì)；采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是阻燃劑無毒、穩(wěn)定，不揮發(fā)，它的加入不僅可以提高硅凝膠的阻燃性能，而且可以保證硅凝膠無色透明的要求，它還具有增韌，耐磨，耐候，抗靜電的功能。
進(jìn)一步，所述抑制劑為炔醇類物質(zhì)、含烯烴基環(huán)狀硅氧烷低聚物、苯并三唑，三苯基膦中的任意一種，優(yōu)選為炔醇類物質(zhì)；進(jìn)一步，所述炔醇類物質(zhì)為3-甲基-I-丁炔-3-醇，I-乙炔基環(huán)己醇，3-丙基-I- 丁炔-3-醇，3-辛基-I- 丁炔-3-醇中的任意一種，優(yōu)選為I-乙炔基環(huán)己醇；采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是抑制劑的加入延長了本發(fā)明硅凝膠的工作時(shí)間，提高了硅凝膠的貯存穩(wěn)定性；進(jìn)一步，所述含乙烯基的液體MQ樹脂為精煉級別的原料，粘度為1000 10000厘泊，乙烯基的含量為O. 01 5wt%,分子式如下(Me3SiO0.5)a(ViMe2SiO0.5)b(SiO2)(分子式 I)其中，a+b=l.3 I. 5, a=0 I. 5, b=0 I. 5 ; 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是含乙烯基的液體MQ樹脂可以調(diào)節(jié)交聯(lián)密度，作為補(bǔ)強(qiáng)材料以提高硅凝膠的機(jī)械性能、阻燃性能；進(jìn)一步，所述含乙烯基的液體MT樹脂為精煉級別的原料，粘度為1000 10000厘泊，乙烯基的含量為O. 01 5wt%,分子式如下(Me3SiO0.5) a (ViMe2SiO0.5) b (MeSiO1.5)(分子式 2)其中，(a+b)/c=l. 3 I. 5，a=0 I. 5，b=0 I. 5。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是含乙烯基的液體MT樹脂的加入可以增加交聯(lián)密度，從而提高了硅凝膠的強(qiáng)度；進(jìn)一步，所述有機(jī)聚硅氧烷為鏈烯基鍵合在硅油分子鏈末端、硅油分子鏈側(cè)鏈或鍵合在硅油分子鏈末端和硅油分子鏈側(cè)鏈。進(jìn)一步,所述鏈稀基為乙稀基、稀丙基、丁稀基、戍稀基、己稀基、庚稀基中的一種或任意幾種。進(jìn)一步，所述鏈烯基為乙烯基時(shí)，乙烯基硅油為至少含有兩個(gè)乙烯基的有機(jī)聚硅氧烷或其混合物。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是含乙烯基的有機(jī)聚硅氧烷可以具有直鏈，部份支化的直鏈，支鏈，環(huán)狀或網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，或是這些結(jié)構(gòu)的混合物，調(diào)節(jié)乙烯基的含量來有效的調(diào)節(jié)硅凝膠的凝膠硬度，強(qiáng)度和錐入度等；進(jìn)一步，所述乙烯基硅油為在硅油分子鏈兩端為乙烯基的有機(jī)聚硅氧烷，為精煉級別的原料，粘度為100 10000厘泊，乙烯基的含量為O. I 5wt%，結(jié)構(gòu)式如下
MeMe
r I j IVi--Si—O--Si——Vi(結(jié)構(gòu)式 I)
lIH
MeMe采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是通過對基體硅油粘度、用量的調(diào)整，可以調(diào)整體系的粘度，從而實(shí)現(xiàn)對粘度的方便可控。進(jìn)一步，所述乙烯基硅油為在硅油分子鏈兩端、側(cè)基上均含有乙烯基，為精煉級別的原料，粘度為100 2000厘泊，乙烯基的含量為O. I 10wt%，結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，由重量配比為I :1的A組分和B組分組成，其中 所述A組分由以下重量份的原料組成基料94 99. 89份，硅烷偶聯(lián)劑0. Ol 5份，催化劑0. I I份； 所述B組分由以下重量份的原料組成基料79 95份，交聯(lián)劑5 15份，阻燃劑0.01 5份，抑制劑0. I I份; 其中，所述基料為含鏈稀基的有機(jī)聚娃氧燒和含乙稀基的液體MQ樹脂的混合物、或所述基料為含鏈稀基的有機(jī)聚娃氧燒和含乙稀基的液體MT樹脂的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為Y-(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，Y-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，Y-巰丙基三甲氧基硅烷，Y -巰丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三(^ -甲氧基-乙氧基)硅烷中的任意一種； 所述催化劑為銠系、銥系、釕系、鈀系、鉬系催化劑中的一種或任意幾種混合； 所述阻燃劑為磷酸酯類物質(zhì)或亞磷酸酯類物質(zhì)； 所述抑制劑為炔醇類物質(zhì)、含烯烴基環(huán)狀硅氧烷低聚物、苯并三唑，三苯基膦中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述鉬系催化劑為氯鉬酸、醇改性的氯鉬酸、四氫呋喃配位的鉬催化劑、鄰苯二甲酸二乙酯配位的鉬催化劑、鉬-烯烴配合物中的任意一種； 所述磷酸酯類物質(zhì)為磷酸三甲酚酯，三芳基磷酸酯，磷酸三苯酯，磷酸三乙酯，磷酸三(2-乙基己基)酯,二(2-氯乙基)憐酸酯，二(1，3- 二氯-2-丙基)憐酸酯，異丙基化二苯磷酸酯，雙酚A-雙(二苯基磷酸酯)中的任意一種，所述亞磷酸酯類物質(zhì)為亞磷酸三苯酯； 所述炔醇類物質(zhì)為3-甲基-I- 丁炔-3-醇，I-乙炔基環(huán)己醇，3-丙基-I- 丁炔-3-醇，3-辛基-I- 丁炔-3-醇中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述含乙烯基的液體MQ樹脂為精煉級別的原料，粘度為1000 10000厘泊，乙烯基的含量為0. 01 5wt%，分子式如下(Me3SiO0.5) a (ViMe2SiO0.5) b (SiO2) (分子式 I)其中，a+b=l. 3 I. 5, a=0 I. 5, b=0 I. 5 ; 所述含乙烯基的液體MT樹脂為精煉級別的原料，粘度為1000 10000厘泊，乙烯基的含量為0. 01 5wt%,分子式如下(Me3SiO0.5) a (ViMe2SiO0.5) b (MeSiO1.5) (分子式 2)其中，(a+b)/c=l. 3 I. 5，a=0 I. 5，b=0 I. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述有機(jī)聚硅氧烷為鏈烯基鍵合在硅油分子鏈末端、硅油分子鏈側(cè)鏈或鍵合在硅油分子鏈末端和硅油分子鏈側(cè)鏈，所述鏈稀基為乙稀基時(shí)，乙稀基娃油為至少含有兩個(gè)乙稀基的有機(jī)聚娃氧燒或其混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述乙烯基硅油為在硅油分子鏈兩端為乙稀基的有機(jī)聚娃氧燒，為精煉級別的原料，粘度為100 10000厘泊，乙稀基的含量為0. I 5wt%，結(jié)構(gòu)式如下結(jié)構(gòu)式 I) 或者 所述乙烯基硅油為在硅油分子鏈兩端、側(cè)基上均含有乙烯基，為精煉級別的原料，粘度為100 2000厘泊，乙烯基的含量為0. I 10wt%，結(jié)構(gòu)式如下 (結(jié)構(gòu)式 2) 或者 所述乙烯基硅油為乙烯基環(huán)體，粘度為10 100厘泊，乙烯基的含量為25 35wt%，結(jié)構(gòu)式如下 (結(jié)構(gòu)式3) (結(jié)構(gòu)式4) (結(jié)構(gòu)式5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)劑為含有3個(gè)或3個(gè)以上鍵合到含氫娃油分子中娃原子上的氫原子的有機(jī)氫聚娃氧燒，且Si-H鍵的含量為0. 05% 5%wt， 其中，所述含氫硅油為精煉級別的原料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)硅凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)劑為含有側(cè)基氫的有機(jī)氫聚硅氧烷,結(jié)構(gòu)式如下 或者 所述交聯(lián)劑為含有端基氫的有機(jī)氫聚硅氧烷，結(jié)構(gòu)式如下 (結(jié)構(gòu)式 7) 或者所述交聯(lián)劑為含有端基氫、側(cè)基氫的有機(jī)氫聚硅氧烷，結(jié)構(gòu)式如下
9.一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)娃凝膠的制備方法,其特征在于,包括 A組分的制備在常溫下，將重量份數(shù)為94 99. 89份的基料，0. 01 5份的硅烷偶聯(lián)劑，0. I I份的催化劑，依次加入攪拌機(jī)內(nèi)，混合均勻，即得所述A組分； B組分的制備在常溫下，將重量份數(shù)為79 95份的基料，5 15份的交聯(lián)劑，0. 01 5的阻燃劑，0. I I份的抑制劑，依次加入攪拌機(jī)內(nèi)，混合均勻，即得所述B組分； 在常溫下，所述A組分和B組分按I :1的重量配比混合，將混合均勻的膠料置于真空下脫泡，把脫完泡的膠料灌到零部件中完成灌封操作，將灌封完的零件室溫靜置固化或加熱固化，即可。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有機(jī)硅凝膠的制備方法，其特征在于，所述真空的條件為.0.06 -0. IMPa，脫泡時(shí)間為10 30分鐘；所述加熱固化的條件為在70 110°C加熱.0.5 4小時(shí)；或者在90 130°C加熱0. 5 2小時(shí)；或者130 200°C加熱0. 5 I. 5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠及其制備方法，由重量配比為11的A組分和B組分組成，其中，所述A組分由以下重量份的原料組成基料94～99.89份，硅烷偶聯(lián)劑0.01～5份，催化劑0.1～1份；所述B組分由以下重量份的原料組成基料79～95份，交聯(lián)劑5～15份，阻燃劑0.01～5份，抑制劑0.1～1份；本發(fā)明IGBT模塊封裝用的有機(jī)硅凝膠是一種具有良好的光學(xué)性能且能滿足高低溫環(huán)境下長期使用要求的高強(qiáng)度、透明、低滲油、高溫快速固化的阻燃性有機(jī)硅凝膠，主要用于IGBT模塊的密封、灌封防護(hù)。
文檔編號(hào)C08K5/521GK102807757SQ20121026936
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者陳維, 張麗婭, 王建斌, 陳田安 申請人:煙臺(tái)德邦先進(jìn)硅材料有限公司