一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠的製作方法

2023-12-04 03:36:46 1

本發明涉及印製電路板灌封膠技術領域，尤其涉及一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠。

背景技術：

隨著電子科學技術的快速發展，電子元件、器件、儀器以及儀表在電子工業中得到廣泛的應用。由於許多電子設備的工作環境複雜多變，有時甚至會遇到極端惡劣的自然條件，為保護電子元件和集成電路不受工作環境影響，提高電子器件的電氣性能和穩定性，嘗嘗需要對電子設備進行灌封保護。灌封是電子器件組裝的重要工序之一，它是將灌封材料用機械或者手工等方法填充到電子器件的空隙中，在一定條件下加工成型，使器件內部的電子元件和線路與環境隔離的操作工藝。目前，電子元件和集成電路正向高性能、密集化、高精度以及大功率的方向快速發展，這必然導致電子器件的發熱量大幅提高。同時，電子器件的小型化又使其散熱空間急劇減小，散熱通道比較擁擠，導致熱量大量積聚，如果熱量不能及時有效的傳導出去，將會使電路的工作溫度迅速上升，導致電子器件失效的可能性成倍增加，嚴重影響電子器件的穩定性和可靠性，甚至會縮短電子設備的使用壽命。因此，用於電子器件的灌封材料不僅要有良好的電絕緣性能還應具有較高的導熱能力，為了避免高電壓和放電等工作條件下引發灌封材料著火，還要求灌封材料具有良好的阻燃性能，此外，為了防止水分和有害氣體通過電子器件之間的縫隙引起電路板的汙染和腐蝕，灌封材料海英具有良好的粘結性能。有機矽材料具有優異的電絕緣性能，尤其是加成型有機矽灌封膠固化時催化劑的用量較少，無副產物產生，固化物的尺寸穩定性高，線性收縮率低，化學穩定性好，因而發展前景廣泛，但是普通的有機矽灌封膠存在熱導率低、阻燃性和粘結性能差等缺點，嚴重影響了應用範圍，雖然通過大量添加導熱填料、阻燃劑和粘接劑可以改善灌封膠的性能，但是會對灌封膠的力學性能、加工性能產生不利的影響，所以研究自粘性無滷阻燃導熱加成型有機矽灌封膠具有重要的理論意義和應用前景。

黃志彬在《導熱透明有機矽灌封膠的製備與性能研究》一文中，通過對乙烯基矽油和含氫矽油的結構特性、與補強填料體系相容性、增粘劑的種類等進行研究，製備了具備良好力學性能、光學性能和粘接性能的有機矽灌封膠，研究了VMQ矽樹脂、納米二氧化矽、增粘劑等對灌封膠性能的影響，在此基礎上，添加導熱填料納米氧化鋁和納米氧化鋅，製備了具備高強度、高熱導率和高透光率的有機矽灌封膠，並且研究了納米粒子、偶聯劑改性等對灌封膠性能的影響。結果表明粘度19mPa•S與3000mPa•S的端乙烯基矽油以質量比8:100復配作為基礎聚合物，添加活性氫質量分數為0.8%的含氫矽油，使摩爾比n（Si-H）：n（Si-Vi）為1.2，VMQ矽樹脂的用量為30phr時製備最優綜合性能的LED灌封膠，利用加成反應合成了不同種類的增粘劑DA、DAVE和DAVM，其中DAVM的灌封膠具備最佳的粘接性能和光學性能，對導熱填料進行表面矽烷化處理，灌封膠的熱導率和折射率逐漸上升，透光率、熱膨脹係數和體積電阻率逐漸降低，耐熱性明顯提高。但是文章中合成的灌封膠還不能滿足市場上PCB線路板對灌封膠的使用要求，並且各方面性能不高，必須進一步改進才能擴大使用範圍。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，由下列重量份的原料製備製成：端乙烯基矽油-1 40-50、端乙烯基矽油-2 50-60、12%鉑催化劑0.38-0.5、乙炔基環己醇0.02-0.04、乙烯基矽樹脂25-30、1-烯丙氧基-2，3-環氧丙烷14.8-16.8、1，3，5，7-四甲基環四矽氧烷23-25、矽烷偶聯劑A1712.7-3.6、含氫矽油適量、碳化矽3-5、乙基纖維素2.3-3、松香3.5-4、矽烷偶聯劑6020.2-0.3、聚乙二醇0.6-0.9。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，由下列具體步驟製備製成：

（1）在四口燒瓶中依次加入1-烯丙氧基-2，3-環氧丙烷、1，3，5，7-四甲基環四矽氧烷和矽烷偶聯劑A171，在攪拌條件下滴加1/4的12%鉑催化劑，在40-45℃下反應2-3h，再升高溫度至68-78℃反應2-3h，反應結束後將混合物減壓蒸餾，自然冷卻後備用；

（2）將乙基纖維素、松香混合加熱至溶解，加入碳化矽在1000-1200r/min的轉速下攪拌30-40min，然後自然冷卻至室溫後備用；將矽烷偶聯劑602用無水乙醇溶解製成質量濃度為20-25%的矽烷偶聯劑乙醇溶液，將聚乙二醇用去離子水溶解製成質量濃度為10-15%的聚乙二醇溶液，再將矽烷偶聯劑乙醇溶液、聚乙二醇溶液交替噴塗到上述碳化矽表面，在110-130℃下乾燥1-1.5h；

（3）在室溫下將3/4混合的端乙烯基矽油、含氫矽油、乙烯基樹脂、步驟（2）製備的產物和乙炔基環己醇按照比例混合，在真空動力混合機的作用下充分攪拌25min製得A組分；將剩餘的混合端乙烯基矽油、乙烯基矽樹脂、步驟（1）製備的產物和剩餘12%鉑催化劑在真空動力混合機中混合充分攪拌35-45min得到B組分，將A組分和B組分按照質量比1；1在高速剪切分散的作用下進行混合，置於真空乾燥箱中（真空度為-0.1MPa）脫泡10min，倒入模具中110℃固化2h即得到有機矽灌封膠。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，所述端乙烯基矽油-1的粘度為300mPa•s，乙烯基含量為1.92mol%，端乙烯基矽油-2的粘度為1000mPa•s，乙烯基含量為0.8mol%。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，所述的含氫矽油中活性氫含量為0.50Wt%，並且含氫矽油的加入量為n(Si-H)：n（Si-Vi）為1.2-1.4。

本發明的優點是：乙烯基矽油是加成型有機矽灌封膠最基本的成分之一，本發明通過選擇不同粘度係數和乙烯基含量的乙烯基矽油復配得到拉伸強度和硬度、斷裂伸長率和彈性都較高的有機矽灌封膠，含氫矽油作為交聯劑，其活性氫含量較高時，與有機矽灌封膠的交聯密度就會較大，可以使應力分散在更多的分子鏈上，表現出更高的拉伸強度、硬度和斷裂伸長率，但當活性氫含量太高時，交聯速度過快，分子鏈來不及形成完善的交聯網絡，並且在卡斯特催化劑下也容易發生副反應，使有機矽灌封膠中形成較多的氣泡，造成缺陷，所以本發明選擇活性氫含量為0.5Wt%較為適宜，本發明選擇乙烯基矽樹脂作為補強填料，是因為具有乙烯基含量多、外層被有機團覆蓋、分子量小的特點，並且與有機矽灌封膠具有良好的分散和相容性，能夠保持較好的流動性和透明性，並且還可以與含氫矽油發生矽氫加成反應，能夠提高灌封膠的力學性能，因為有機矽材料普遍的無粘接性，固化後與基材之間有空隙，長時間水汽滲透導致出現電路故障，本發明利用化學反應合成了增粘劑，能夠有效的提高有機矽灌封膠的粘結性、拉伸剪切強度，不影響粘度和流動性，本發明還利用填料提高灌封膠的導熱性和阻燃性，然而填料與基體在分子結構和物理性能方面存在著極大的差異，並且體系的分散性越差，灌封膠的熱導率提升越難，填料的表面修飾可促進填料在基體中的分散，減少熱流方向上的界面熱阻，從而可有效的提升體系的熱導率等性能，利用乙基纖維素和松香良好的粘結、成膜和填充的作用，對碳化矽改性，使其具備良好的填充作用，並且進一步採用矽烷偶聯劑、聚乙二醇對其二次改性，提高了分散性，有效的提高了漆膜的高硬、導熱、抗腐蝕的性能，本發明製備的灌封膠具有良好的耐候、高強、導熱、抗腐蝕、流動性好等優點，產品穩定高，值得推廣。

具體實施方式

一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，由下列重量份（公斤）的原料製備製成：端乙烯基矽油-1 40、端乙烯基矽油-2 50、12%鉑催化劑0.38、乙炔基環己醇0.02、乙烯基矽樹脂25、1-烯丙氧基-2，3-環氧丙烷14.8、1，3，5，7-四甲基環四矽氧烷23、矽烷偶聯劑A171 2.7、含氫矽油適量、碳化矽3、乙基纖維素2.3、松香3.5、矽烷偶聯劑6020.2、聚乙二醇0.6。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，由下列具體步驟製備製成：

（1）在四口燒瓶中依次加入1-烯丙氧基-2，3-環氧丙烷、1，3，5，7-四甲基環四矽氧烷和矽烷偶聯劑A171，在攪拌條件下滴加1/4的12%鉑催化劑，在40℃下反應2h，再升高溫度至68℃反應2h，反應結束後將混合物減壓蒸餾，自然冷卻後備用；

（2）將乙基纖維素、松香混合加熱至溶解，加入碳化矽在1000r/min的轉速下攪拌30min，然後自然冷卻至室溫後備用；將矽烷偶聯劑602用無水乙醇溶解製成質量濃度為20%的矽烷偶聯劑乙醇溶液，將聚乙二醇用去離子水溶解製成質量濃度為10%的聚乙二醇溶液，再將矽烷偶聯劑乙醇溶液、聚乙二醇溶液交替噴塗到上述碳化矽表面，在110℃下乾燥1h；

（3）在室溫下將3/4混合的端乙烯基矽油、含氫矽油、乙烯基樹脂、步驟（2）製備的產物和乙炔基環己醇按照比例混合，在真空動力混合機的作用下充分攪拌25min製得A組分；將剩餘的混合端乙烯基矽油、乙烯基矽樹脂、步驟（1）製備的產物和剩餘12%鉑催化劑在真空動力混合機中混合充分攪拌35min得到B組分，將A組分和B組分按照質量比1；1在高速剪切分散的作用下進行混合，置於真空乾燥箱中（真空度為MPa）脫泡10min，倒入模具中110℃固化2h即得到有機矽灌封膠。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，所述端乙烯基矽油-1的粘度為300mPa•s，乙烯基含量為1.92mol%，端乙烯基矽油-2的粘度為1000mPa•s，乙烯基含量為0.8mol%。

所述一種PCB電路板用碳化矽晶須增強型導熱有機矽電子灌封膠，所述的含氫矽油中活性氫含量為0.50Wt%，並且含氫矽油的加入量為n(SiH)：n（SiVi）為1.2。

按照實施例製備的灌封膠，對其進行性能測試，結果如下：

熱導率（W/m•K）：0.65；拉伸強度（MPa）：3.5；剪切強度（MPa）：1.3；體積電阻率（Ω•cm）：2.3×1015；阻燃性(UL94；V 0)：通過；介電常數（50HZ）：3.5；伸長率（%）：270。