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
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(gè)缺點(diǎn)首先是隨時(shí)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(shí)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?yàn)殡y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(gè)元件，因?yàn)樾蘩硎遣唤?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(diǎn)。
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)和1小時(shí)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(shí)現(xiàn)可靠導(dǎo)熱性和整個(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(jì)或錐形粘度計(jì)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(gè)小時(shí)或更長一些的時(shí)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(shí)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(diǎn)-該材料易于涂敷，因?yàn)槠渚哂羞m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?yàn)樵摬牧蟽H顯示出低的附著力(adhsion)；-小的接觸熱阻，因?yàn)榭梢栽谒性洗竺娣e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(shí)具有高的熱導(dǎo)率。在UV活化之后在必要時(shí)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。
專利摘要
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(shí)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
發(fā)明者D·海恩爾, M·德克, H·拜耶 申請人:西門子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan