Электроизоляционная паста

 

Использование: изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электроизоляционным материалам, применяемым для электроизоляции полупроводниковых приборов от теплоотвода. Сущность изобретения: для повышения теплопроводности при сохранении электрической прочности в пасту, содержащую 20 - 30 мас. % порошка нитрида алюминия, вводят 40 - 60 мас.% порошка алюминия оксидированного, а в качестве связующего используют вазелин кремнийорганический. Химическое оксидирование алюминия порошкообразного выполняют в течение 15 - 20 мин в растворе, содержащем хроматы. 2 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электроизоляционным материалам, применяемым для электроизоляции полупроводниковых приборов от теплоотвода.

Известна электроизоляционная паста, содержащая вазелин кремнийорганический и высокодисперсную окись алюминия с размером частиц 2-3 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. окись алюминия 60, вазелин кремнийорганический остальное [1] Недостатком пасты является низкая теплопроводность, обусловленная малым содержанием наполнителя и его невысокой теплопроводностью.

Известна электроизоляционная паста, выбранная в качестве прототипа, содержащая вазелин кремнийорганический, оксид алюминия с размером частиц 2-3 мкм и нитрид алюминия с размером частиц 0,2-0,5 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. оксид алюминия 40-60, нитрид алюминия 20-30, вазелин кремнийорганический остальное [4] Теплопроводность известной пасты хотя и повысилась благодаря использованию в качестве наполнителя высокодисперсного порошка нитрида алюминия, однако остается недостаточно высокой для создания эффективного теплоотвода в мощных полупроводниковых приборах. Дальнейшее повышение теплопроводности известной пасты затруднено из-за наличия в ней низкотеплопроводного оксида алюминия.

Целью изобретения является повышение теплопроводности при сохранении электрической прочности.

Указанная цель достигается тем, что электроизоляционная паста, содержащая вазелин кремнийорганический и нитрид алюминия с размером частиц 0,2-0,5 мкм, согласно изобретению, дополнительно содержит алюминий порошкообразный оксидированный с размером частиц 45-80 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксидированный порошок алюминия 40-60 Нитрид алюминия 20-30 Вазелин кремний- органический остальное Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая электроизоляционная паста отличается введением в ее состав в качестве высокотеплопроводного наполнителя алюминия порошкообразного оксидированного с размером частиц 45-80 мкм. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". При изучении других известных решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения заключается в следующем. Применяемый в качестве наполнителя (по прототипу) высокодисперсный оксид алюминия содержит в объеме частиц не более 1 мас. высокотеплопроводного металлического алюминия. При использовании в предлагаемом техническом решении относительно крупнозернистого алюминия порошкообразного оксидированного, частицы которого покрыты плотной тонкой оксидной пленкой толщиной 2-3 мкм, содержание металлического алюминия в порошке возрастает до 94-98 мас. Это обеспечивает повышение теплопроводности порошка-наполнителя в 4-5 раз, за счет чего в 2,8-3 раза возрастает теплопроводность пасты в целом. При этом сравнительно высокое электрическое сопротивление оксидного слоя на поверхности частиц алюминия (10¹³-10¹⁴ Ом˙см) и наличие в пасте высокодисперсного порошка нитрида алюминия обеспечивают пасте высокую электрическую прочность 6,8-6,9 кВ/мм.

Предлагаемое процентное содержание алюминия порошкообразного оксидированного (40-60 мас.) является оптимальным и определено экспериментальным путем. При содержании алюминия порошкообразного оксидированного более чем 60 мас. теплопроводность пасты повышается, однако одновременно снижается ее электрическая прочность из-за уменьшения толщины диэлектрических прослоек вазелина кремнийорганического, наполненного высокодисперсным нитридом алюминия. При содержании алюминия порошкообразного оксидированного менее 40 мас. толщина диэлектрических прослоек увеличивается, что приводит, ввиду их относительно низкой теплопроводности, к значительному снижению теплопроводности электроизоляционной пасты. Оптимальный размер частиц алюминия оксидированного составляет 45-80 мкм. При размере частиц более 80 мкм снижается равномерность их распределения в объеме пасты, что приводит к образованию в массе пасты локальных высоконаполненных объемов с пониженной электрической прочностью, снижающих электрическую прочность прокладки. При размере частиц менее 45 мкм уменьшается содержание в алюминии порошкообразном оксидированном высокотеплопроводной составляющей металлического алюминия, что приводит к существенному снижению теплопроводности прокладки. Размеры частиц высокодисперсного нитрида алюминия и его процентное содержание в электроизоляционной пасте определены также экспериментально [2] и являются оптимальными в части повышения теплопроводности при сохранении электроизоляционных свойств.

Пример конкретного выполнения. Пасту электроизоляционную готовят следующим образом. Порошок нитрида алюминия по ТУ 6-09-110-75 помещают в планетарную мельницу и размалывают в течение 2 ч. В результате получают высокодисперсный нитрид алюминия с размером частиц 0,2-0,5 мкм.

Порошок алюминия марки АСД-Т (ГОСТ 5.16667-72) сферической формы просеивают через сита N 008К и 0045К для выделения фракции с размером частиц 45-80 мкм. Затем отсеянный порошок алюминия подвергают химическому оксидированию известным методом в растворе, содержащем хроматы [3] в течение 15-20 мин. В результате на частицах алюминия образуется плотная оксидная пленка толщиной 2-3 мкм.

Порошки перед использованием просушивают в сушильном шкафу при температуре 200±20^оС в течение 2 ч. Из полученных порошков готовят расчетные навески порошковых смесей.

Исходную композицию для получения электроизоляционной пасты готовят смешиванием порошковой смеси с кремнийорганическим вазелином марки КВ-3/10Э (по ГОСТ 15975-70) в смесителе типа "Бекен" при 120±10^оС и вакууме 1-5 мм рт. ст. Соотношение компонентов, мас. алюминий порошкообразный оксидированный 50; нитрид алюминия 25; вазелин кремнийорганический остальное. После смешения в течение 2 ч паста готова к использованию.

Аналогичным методом готовят еще несколько рецептов композиций, отличающихся количественным содержанием алюминия порошкообразного оксидированного, а также известную композицию по прототипу. Составы композиций для приготовления электроизоляционных паст представлены в табл. 1. Свойства паст из этих композиций приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что теплопроводность паст, изготовленных по оптимальным рецептурам (примеры 3-5), согласно изобретению, примерно в 2,8-3 раза выше, чем у пасты по прототипу. При этом электрическая прочность сохраняется на том же уровне. За пределами предлагаемых соотношений ухудшаются или теплопроводность (пример 1), или электрическая прочность пасты (пример 2).

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить эффективность теплоотвода, что увеличивает срок службы полупроводниковых приборов и повышает надежность их работы. Кроме того, снижается стоимость пасты за счет использования для ее приготовления более дешевого компонента алюминия порошкообразного оксидированного вместо мелкодисперсной окиси алюминия.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАСТА, содержащая вазелин кремнийорганический, порошок нитрида алюминия с размером частиц 0,2 - 0,5 мкм и порошок, содержащий частицы металлического алюминия, отличающаяся тем, что, с целью повышения теплопроводности, в качестве порошка, содержащего частицы металлического алюминия, она содержит порошок алюминия оксидированного с размером частиц 45 - 80 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Алюминий оксидированный - 40 - 60 Нитрид алюминия - 20 - 30 Вазелин кремнийорганический - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2