Теплопроводный адгезив

 

Использование: при монтаже в электронике. Сущность изобретения: теплопроводный адгезив содержит адгезивную смолу и наполнитель. В качестве наполнителя адгезив содержит углеродные волокна трехмерной структуры из каменноугольного мезофазного пека при предпочтительном отношении длины волокна к ширине более 10 и при распределении ширины волокна от 1 до 10 мкм, взятые в количестве 29 - 56 мас.%. Адгезив может быть выполнен в форме пасты или в форме пленки. Адгезивная смола выбрана из группы, содержащей термопластичную, термореактивную и эластомерную смолу или их комбинации. 3 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к теплопроводным адгезивам. Оно касается адгезивной матрицы, наполненной углеродными волокнами на базе мезофазного пека с трехмерной структурой. Теплопроводные с допустимым СТЕ (коэффициентом теплового расширения) адгезивы на базе органических соединений (в виде паст или пленок) играют важную роль в тепловом управлении в электронных компоновках.

Ближайшим техническим решением по технической сущности и достигаемому результату являются адгезивы, наполненные металлическими наполнителями, такими как серебро, или неорганическими наполнителями, такими как глинозем или нитрид бора [1] Глиноземные наполнители, которые электрически изолирующие, увеличивают теплопроводность примерно в 3-5 раз, в зависимости от типа наполнителя, его геометрии и размера. Серебряные хлопья используются в случае, когда требуются максимальные теплопроводность и электропроводность, так как это увеличивает теплопроводность основного (базового) полимера примерно в 3-5 раза в зависимости от наполнения.

Все эти наполнители имеют ряд недостатков. Требуются высокие проценты серебра (например, в некоторых адгезивов используется 79 мас.) для достижения требуемых эксплуатационных характеристик), и стоимость этих наполнителей становится значительной. Требуются высокие проценты неорганических наполнителей, которые также относительно дороги. Серебро подвержено явлению, именуемому металлической электромиграцией.

Цель изобретения снижение стоимости и повышение теплопроводности.

Поставленная цель достигается тем, что теплопроводный адгезив, содержащий адгезивную смолу и наполнитель, в качестве наполнителя содержит углеродные волокна трехмерной структуры из каменноугольного мезофазного пека при предпочтительном отношении длины к ширине >10 и при распределении ширины волокна от 1 до 10 мкм, взятые в количестве 29-56 мас. Адгезив выполнен в форме пасты или пленки. Адгезивная смола выбрана из группы, содержащей термопластичную, термореактивную и эластомерную смолу или их комбинации.

Адгезив имеет теплопроводность 7,44-14,88 (кал˙см)/(см² ˙ ^оС ˙ ч). Адгезивный материал разработан для содействия тепловому управлению в электронном монтаже. Адгезив показывает ценную эффективную комбинацию необходимых свойств, включая высокие теплопроводности, равномерные в плоскости СТЕ, низкую плотность и высокую жесткость. Этот материал содержит адгезив, наполненный 29-56 мас. углеродных волокон на базе мезофазного пека трехмерной структуры. Углеродные волокна имеют переменные длину и ширину. Предпочтительно волокна имеют отношение длины к ширине больше 10 и ширину примерно 1-10 мкм [2] Соответствующими адгезивными смолами являются синтетические адгезивы, такие как термореактивные, термопластичные, эластомерные или комбинации этих типов. Основные типы адгезивов: жидкостные, пастообразные, лентообразные и пленкообразные, и порошкообразные или гранулированные. Наиболее общими типами адгезивов для структурных и электронных применений являются пасты и пленки. Чтобы сделать пасту, наполненную углеродными волокнами на основе мезофазного пека с трехмерной структурой, волокна добавляются в пасту по возможности и компоненты перемешиваются до образования однородной смеси. Реология пасты с наполнителем будет четко управляться путем изменения химии пасты и количества волокна, которое добавляется в качестве наполнителя (пасты обычно имеют высокие вязкости).

Чтобы сделать адгезивную пленку с наполнителем из углеродных волокон на основе мезофазного пека с трехмерной структурой, имеется два способа. Если адгезивная смола была в жидкой форме, волокна добавляются по возможности равномерно, и компоненты будут перемешиваться до получения однородной смеси. Этот способ способствует капсулированию волокон и содействует равномерности и однородности пленки. Реология паст четко управляется путем изменения химии смолы и количества добавляемых волокон. Для образования адгезивной пленки однородная смесь должна формоваться способом литья с использованием оборудования для литья пленок.

П р и м е р 1. 87,5 г отвердителя НТ9679 фирмы "Сиба-Гейги" и 12,5 г отвердителя НТ939 "Сиба-Гейги" добавляют в смесь 60 г смолы "Катрекс" 1010 фирмы "Дау кемикал", 160 г "Катрекс" 2010 "Дау кемикал" и 280 г смолы ЕРL-4206 фирмы "Юрион карбайд". Результирующую смесь перемешивают до полной однородности. 40 г углеродного волокна трехмерной структуры из мезофазного пека добавляют к 60 г результирующей смеси для образования эпоксидной смолы, армированной волокном в количестве 40 мас. Эту содержащую наполнитель смесь пропускают через трехвалковую мельницу пять раз, разливают по полиэфирной пленке, покрытой силиконом, толщиной 5 мм, используя шпатель. После отверждения при 160^оС в течение 1 ч адгезивную пленку с наполнителем изымают из полиэфирной пленки и полируют, используя наждачную бумагу 500 и 1200.

Полированная пленка испытывалась в отношении теплопроводности через толщину с использованием способа защищенного теплового потока для тонкого материала. Теплопроводность этого адгезива, приведенная в табл. 1, была эквивалентна теплопроводности адгезивов "Дитак КЛ Риббон", наполненных серебряными хлопьями, промышленно выпускаемых "Дюпоном". Волокна составляли только 29% П р и м е р 2. 27,5 ч феноксисмолы "UCAR" РКН фирмы "Юнион карбайд" и 1,7 ч. резольной смолы "UCAR" BRL-2741 фирмы "Юнион карбайд" растворяют в 53,2 ч. метилэтилкетона и 17,6 ч. толуола. 22,7 г этого раствора смешивают с 5 г углеродного волокна трехмерной структуры на базе мезофазного пека для получения однородной дисперсии. Раствор, наполненный наполнителем адгезивной смолы, разливают по пленке Милара 2 мм толщины, используют докторский нож и сушат в печи при 120^оС в течение 5 мин. Пленка Милара устраняется, и остается адгезивная пленка, армированная волокном в количестве 45 мас. толщиной 4 мм. Пленки толщиной 4 мм наслаивались вместе при 150^оС и 1378815 н/м² в течение 15 мин для образования адгезивной пленки толщиной 6-8 мм. Ненаполненный наполнителем образец феноксифенолформальдегидной смолы и пленка, армированная волокном в количестве 56 мас. были получены аналогичным способом.

Три образца испытывались в отношении теплопроводности через толщину с использованием защищенного теплового потока для тонких материалов. Результаты испытаний приведены в табл. 1 и показывают, что теплопроводность наполненных наполнителем адгезивов в два раза больше теплопроводности адгезивов "Дитак КЛ Риббон", наполненных серебряными хлопьями в размере 79 мас. Наполнение волокон составляло только 56 мас. или меньше.

П р и м е р 3. Пленки, наполненные углеродными волокнами трехмерной структуры на базе мезофазного пека, содержащие 29 и 39 мас. (20 и 28 об. соответственно), готовят следующим образом. Три отдельных смеси волокон и порошкового сополиимида К (представляющие три волоконных загрузки) приготавливают путем помещения требуемых навесок волокон и порошка в полиэтиленовые мешки, завязывания мешков и затем встряхивания и перемешивания смесей, чтобы сделать результирующую смесь однородной насколько это возможно. Порошковый сополиимид К основан на пиромеллитовом диангидриде и смеси 70/30 по весу 1,3-бис(3-аминофенокси)бензола и 2-фенил-1,4-бис-(4-аминофенокси)бензола. Готовят примерно 600 г каждой смеси.

Примерно 150-200 г смеси было распылено между двумя листами полиамидной пленки Каптон на ремне, и слоеная конструкция (сандвич) пропускалась через пресс для конвейерных лент с нагретыми плитами (345^оС). Покрывающие листы снимались, и пленка, наполненная волокном, оставалась. Когда одна смесь была приготовлена и несколько кусков пленки было изготовлено, операция повторялась в отношении остальных двух смесей.

После этого начального пропускания через пресс (при скорости ремня 15,24 м/мин), куски пленки пропускались через пресс еще два раза (с покрывающими листами Каптон, которые были тогда сняты), но при скорости 0,304 м/мин для дальнейшего снижения толщины пленки. Результирующие пленки были примерно длиной 0,9-0,12 м, шириной 15,2-20,3 см и толщиной 10-19 мм.

Не наполненные наполнителем пленки изготавливались аналогичным способом. Результирующие пленки были примерно 13,6 м длины, 25,4 см ширины и 8-14 мм толщины.

Куски пленок испытывались в отношении свойств растяжения в плоскости и коэффициентов теплового расширения, а также теплопроводности через толщину. Так как измерения теплопроводности проводились с использованием разнообразных способов и устройств, теплопроводность измерялась посредством четырех разных способов.

В табл. 2 приведены результаты, которые показывают, что свойства пленки зависят от наполнения волокон. Когда наполнение волокон увеличивается, оба модуля теплопроводности вне плоскости (через толщину) и прочности на разрыв увеличиваются, тогда как СТЕ в плоскости снижается. Самая высоконаполненная пленка имела равномерный СТЕ (10 ч. на 1 млн. ^оС), близкий к показателю глинозема (6-8 ч. на 1 млн. ^оС), типичный материал для электронного монтажа, имеющий целевой СТЕ. По сравнению с данными об адгезиве "Дитак КЛ Риббон" теплопроводность и модули самой высоконаполненной пленки являются по крайней мере эквивалентными, и СТЕ в 4 раза ниже, чем у адгезивов, наполненных серебром. Наполнение волокон составляло только 39%

Формула изобретения

1. ТЕПЛОПРОВОДНЫЙ АДГЕЗИВ, содержащий адгезивную смолу и накопитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит углеродные волокна трехмерной структуры из каменноугольного мезофазного пека при предпочтительном отношении длины волокна к ширине > 10 и при распределении ширины волокна от 1 до 10 мкм, взятые в количестве 29-56% мас.

2. Адгезив по п.1, отличающийся тем, что адгезив выполнен в форме пасты.

3. Адгезив по п.1, отличающийся тем, что адгезив выполнен в форме пленки.

4. Адгезив по п. 1, отличающийся тем, что адгезивная смола выбрана их группы, содержащей термопластичную, термореактивную и эластомерную смолу или их комбинации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2