Клеящий компаунд

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с Mvp !Ô1 çËÌ

"Fч,Т 1 0; ó;" .,ó .

Союз Советски к

Соцкалмсткческик

Республик

<1и763427 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (s I ) M. Кл.

С 09 J 3/16 (22) Заявлено 01.06.76 (21) 2367331/23 — 05 с присоединением заявки М

Гееударстеенный кемнтет

СССР но делам нзобретеннй н аткрмтнй (23) Приоритет

4; (53) УДK 668395.6, (088.8) Опубликовано 15,09.80. Бюллетень йм 34

Дата опубликования описания 15.09.80 (72) Авторы изобретения

Ю. И. Кольцов и Г. С. Тюрин (71) Заявитель

° (54) КЛЕЯЩИЙ КОМПАУНД

Недостатком известного компаунда является то, что эпоксидная смола при нагреве отверждается, и компаунд не может быть цовторно использован.

Наиболее близким из известных к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является клеящий компаунд, включающий эпоксидную диановую смолу, полифункциональный отвердитель, и теплопро1

Изобретение относится к клеящим материалам специального назначения, обладающим особыми свойствами и применяемым в частности в тепло- и электронной технике при изготовлении пленочных микросхем.

Известны композиции (компаунды) на основе отверждаемых смол с тепло-электропроводным наполнителем. Так, известен теплопроводный герметизируюший компаунд, который содержит эпоксидную смолу отвердитель и наполнитель в количестве 200 — 250 вес.ч. на

100 вес.ч. смолы, причем в качестве теплопроводного наполнителя берут синтетический порошкообразный алмаз (1) .

2 водный наполнитель — мелкодисперсный лорд шок золота 12}.

Недостатками этого компаунда являются, — Однократность применения, поскольку термохимическое отверждение приводит к пространственной трехмерной сшивке цепей эпоксидной смолы с образованием неплавкого (термореактивного) материала. — Нетермопластичность композиции, следствием чего является неремонтноспособность клеевого соединения. При необходимости замены, например распыляемой мишени, приходится заменять весь узел вместе с дорогостоящим теплоотводом, — Дефицитность. н высокая стоимость используемого теплоэлектропроводного напол. нителя (серебра).

Целью изобретения является возможность многократного использования компаунда и повышение его термойластичности.

Поставленная цель достигается тем, что компаунд, включающий эпоксидную диановую .ъюлу и порошкообразный теплопроводный наполиитель, дополнительно содержит канифоль

763427

1S при следующем соотношении компонентов, об. %:

Эпоксидная диановая смесь 20 — 60

Канифоль 13-45

Порошкообразный теплопроводный наполнитель Осталъное

Полученный компаунд, твердый при комнатной температуре, достаточно термопластичный и имеет температуру перехода в пластичное состояние 40 — 70 С в зависимости от содержания смолы и модификатора. Компаунд переходит в жидкотекучее состояние при

60 — 95 С, причем при дальнейшем нагреве расплава вплоть до 200 С не наблюдается необратимого отверждения композиции.

Свойство термопластичности обуславливает ремонтопригодность соединения и дает возможность использовать слой компаунда между соединенными деталями многократно. При необходимости, соединенйые с помощью предлагаемого компаунда детали легко разъединяются при подогреве до температуры, выше температуры размягчения компаунда. Температура размягчения определяет и верхний температурный предел использования слоя.

Приклейка осуществляется расплавленной композицией, текучесть которой обеспечивает заполнение зазора между соединяемыми деталями, а также дефектов соединяемых поверхностей (раковин и т.п.), что позволяет получать совершенный тепловой контакт и надежную фиксацию при застывании компаунда. Особо перспективно использование термопластичного компаунда в условиях принудительного охлаждения одной из соединяемых деталей.

Приготовление компаунда заключается в сплавлении эпоксидной смолы с модификато- 4О ром при температуре до 200 С в течение

3 — 4 ч и последующим введением в полученный гомогенный расплав при перемешивании тон. кого порошка наполнителя. В качестве эпоксидной составляющей пригодны эпоксидные смолы среднего молекулярного веса (600—

6000). Использование твердых эпоксидных смол и увеличение относительного содержания модификатора позволяют получать компаунд с более высокой температурой размягчения.

Установлено, что содержание модификатора в связующем должно быть в пределах 1:2—

1:1 (по весу) по отношению к эпоксидной смоле. При увеличении относительного количества модификатора сверх 1:1 заметно умень. шается, как эластичность, так, и адгезия связующего. Увеличение содержания эпоксидной смолы до более 2:1 приводит к снижению температуры размягчения.

Для каждого наполнитсля наилучшая теплопроводность клеящсго слоя дос гигается при контактировании частиц наполнителя между собой. При этом связующее занимает пустоты между частицами. Таким образом, количество связующего в об.% должно соответствовать пористости (порозности) исходного порошкообразного наполнителя. В предельном случае она не должна превышать общего объема пор исходного порошкообразного наполнителя более, чем на 10%.

Избыточное количество связующего в компаунде приводит к снижению теплопроводности компаунда.

При количестве связующего, меньшем (или равном) объему пор наполнителя, композиция практически теряет свойства жидкотекучести.

Пористость порошков, в том числе и содержащих частицы микронных размеров, колеблется в пределах 50 — 85%. Она зависит от формы частиц и гранулометрического состава порошка и определяется по формуле =(1- ъ d) ос

1 где и д (Г/см ) — насыпной вес порошка и плотность компактного материала наполнителя. В качестве теплопроводного наполнйтеля пригодны порошки металлов (алюминий, медь, вольфрам), полупроводников (кремний) и некоторых диэлектриков (окись бериллия, окись алюминия и др.). Оптимальное превышение объемного количества связующего над порозностью наполнителя находится в пределах

2 — 7 об.%., при этом .достигается высокая тецлопроводность и сохраняется достаточная жидкотекучесть композиции, Для достижения максимальной теплопроводности в качестве налолнителя целесообразно использовать материал с высоким коэффициентом теплопроводнасти (например медь,. вольфрам) в виде порошка с возможно меньшей порозностью (35 — 55%). Последнее достижимо при условии использовании полидисперсных порошков определенного гранулометрического состава.

При этом применение порошков с преимущественно сферическими частицами обеспечивает требуемую жидкотекучесть.

Пример 1. Для приготовления компаунда используют следующие материалы: — смола эпоксидно-диановая марки ЭД-14, ЭД-16 или ЭД-20, ГОСТ 10587 — 72 (плотность 1,17 г/ем, молекулярная масса 390—

620); — канифоль сосновая, марки А высшей категории качества, ГОСТ 19113 — 73 (плотность

1,15, температура размягчения 69 С); — медный порошок марки ПМС вЂ” 2

ГОСТ 4960 — 68 (HRcbIBHQH вес 2,4 г/см, крупность 0,045 мм, форма частиц дендритная).

763427

6 ляет 73 об.%. Количество связующего в компаунде, выбранное нз условия заполнения всех пор порошкообразного наполнителя и некоторого избытка для придания компаунду достаточной жидкотекучести 79%. Состав компаун ФУ да приведен в табл. 1.

Таблица 1

Состав

Эпоксидная смола

20,0

47,0

32,0

l3,0

Канифоль

67,0

21,0

Медный порошок

В качестве термопластичного связуюшего этого компаунда использована композиция, в которой соотношение между эпоксидной смолой и канифолью равно 1,5:1.

Порядок приготовления компаунда следуюший..

В эпоксидную смолу, нагретую до 100—

120 С, вводят порциями при непрерывном перемешивании навеску порошкообразной канифоли. После сплавления, доводят температуру расплава до 150 — 170 С и производят гомогенизирующую выдержку при этой температуре и периодическом перемешивании в течение ли 4 ч, 3S

В готовое связующее вводят навеску медного порошка и перемешивают, тщательно растирая полученную массу, до достижения полной однородности.

После остывания до комнатной температуры готовый компаунд представляет собой твердую однородную массу красно-коричневого цвета, по внешнему виду напоминающему сургуч.

Он переходит в жидкое состояние при 60—

80 С, обладает хорошей жидкотекучестью, 4 необходимой для заполнения всех неровностей и углублений (раковнн) на соединяемых поверхностях, имеет высокую адгезию к металлическим поверхностям. При затвердевании компаунд практически не изменяет свой объем (не дает усадки).

Коэффициент теплопроводности компаунда данного состава равен (6 — 8) 10 4:кал/ с см град.

Теплопроводный компаунд; полученный в соответствии с данным примером, испытывают

И в условиях передачи тепла в вакууме от сильно нагреваемой детали (распыляемой мишени) к интенсивио охлаждаемому теплоотводу (в установке ионного распыления).

Порозность медного порошка ПМС вЂ” 2, подсчитанная по формуле ii=(1-ô/d) coo, где 2,4 г/см, а сФ = 8,9 г/см, На отечественной установке для получения тонких пленок в вакууме методом ионного распыления металлической мишени последнюю прикрепляют в водоохлаждаемому столику (теплоотводу) механическим прижимом. Между контактирующими поверхностями в этом случае существует определенный зазор, обусловленный неровностью поверхностей или наличием на них углублений (раковин, развитой пористости). При пониженном давлении тепловое сопротивление такого зазора достаточно велико, а отвод тепла, выделяющегося на распыляемой поверхности мишени при ее бомбардировке ускоренными ионами аргона, незначителен.

Вследствие этого распыляемая поверхность мишени разогревается до температуры, достигающей в среднем 400 — 600 С. На этой поверхности, кроме того, возникают участки ("горячие пятна ), температура которых значительно превышает среднюю. Все это неблагоприятно сказывается на воспроизводимости результатов напыления, дефектности получаемых пленок, сроке службы мишеней.

Заполнение зазора между распыляемой мишенью и водоохлаждаемым теплоотводящим столиком предлагаемым теплопроводным компаундом оказалось весьма эффективным.

Теплопроводный компаунд наносят в жидком состоянии на подогретые до 80 — 100 С соединяемые поверхности мишени и столика равным, тонким (н 0,5 мм) слоем, зацолняющим все углубления. Затем соединяемые поверхности притирают друг к другу, после чего мишень плотно прижимают к столику с помощью нажимного кольца и винтов. Выдавленный из зазора 1сомпаунд удаляют скребком и тканевой салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном. которой соединение ремонтноспособно: при необходимости мишень легко снимается после о подогрева столика с мишенью до 60 — 80 С, Клеевой слой (при условии сохранения его чистоты) может быть использован многократно, а при необходимости легко и полностью удаляется с поверхности путем растворения ацетоном.

Пример 2. Для приготовления компаунда используют связующее того же состава, что в примере 1 порошок окиси алюминия (с(=А120з) с крупностью частиц, в среднем

0,2 — 0,6 мкм, с формой частиц, близкой к сферической, насыпной вес 0,6 г/см, Соотношение между количествами эпоксидной смолы и канифоли в связующем равно

2:1.

Порозность субмикронного порошка окиси алюминия, подсчитанная по формуле, приведенз ной в примере 1, при значениях = 0,6 гаем и А = 3,9 г/см составляет 85%.

Количество связующего в компаунде, выбранное из условия заполнения всех пор свободнолежащего наполнителя и небольшого (5 об.%) избытка для придания компаунду достаточной жидкотекучести, 90 об.%.

Состав компаунда приведен в табл. 2.

Таблица 2

Состав

Эпоксидная смола

Канифоль

Порошок окиси „

48,5

24,5

27,0

60,0

30,0

10,0

Компаунд с таким связующим обладает несколько пониженной температурой перехода в жидкое состояние (50 — 70 С) и более высокой пластичностью в твердом состоянии, чем состав по примеру 1.

Методика приготовления и условия применения,этого компаунда аналогичны описанным в примере 1.

Ввиду пониженной температуры размягчения о (40-50 С), соединение, выполненное с использованием данного состава компаунда, более чувствительно к интенсивности водного охлажСостав

Эпоксидная смола

Канифоль

Порошок окиси алюминия

45,0

45,0.

10,0

36,5 36,5 . 27,0

7 763427

Крепление распыляемой мишени при помоши предлагаемого компаунда испытывают в условиях нанесения железоокисных максируюших слоев фотошаблонов методом ионного распыления железной мишени в атмосфере аргона, содержащей до 50% кислорода.

После распыления стальной мишени диаметром 165 мм и толщиной 5 — 12 мм в электрическом режиме (напряжение 2,4 кВ, ионный ток на мишень 420 — 430 мА), при котором на мишени в течение 2 — 3 ч непрерывно выделяется мощность порядка 1000 Вт, на распыляемой поверхности приклеенной мишени отсутствовали какие-либо признаки окисления или существования горячих пятен . !

Аналогичные мишени, но не приклеенные к теплоотводу с помощью компаунда, оказывались полностью окисленными с поверхности, покоробленными и непригодными к дальнейшей эксплуатации уже после 1 ч распыления в указанных условиях.

Газоотделение твердого компаунда в условиях эксплуатации весьма невелико (8

° 10 нсДг при 25 С) и не отражается на вакуумных характеристиках напылительной установки.

Весьма важным свойством нового компаун- да является его термопластичность, благодаря дения столика-теплоотвода и температуре охлаждающей воды.

Благодаря использованию диэлектрического наполнителя компаунд данного состава обладает высокой электрической прочностью (пробивное напряжение при 25 С превышает

0,15 10» В/см) и сравнительно невысокой тепло про водностью.

Il p н м.е р 3. Компоненты компаунда и соотношение между связующим и наполнителем те же; что и в примере 2.

Состав компаунда приведен в табл. 3.

1 аблиц.а 3

3427 10 что в примере 2 (2:1), порошок вольфрама сферический полидисперсный по ТУ 11

Яе0.021.023 — 72 (размеры частиц 11 — 35 мкм); и порошок вольфрама сферический фракции

М по ТУ 11 Яе0.021.023 — 72 (размеры частиц

4 — 6 мкм).

Для получения порошкообразного наполнителя с малой порозностью и, следовательно, достижения большей теплопроводности компаущ1а, 1О готовят смесь полидисперсного вольфрамового .порошка и порошка фракции М в соотношении

65:35. Йасыпной вес такой смеси 12,6 г/см, т.е. порозность 35%. Для заполнения всех пустот и придания компаунду хорошей жидкотеку15 чести количество связующего берется несколько превышающим объем пор: 40 об.%.

Состав компаунда приведен в табл. 4.

Таблица 4

Состав

Эпоксидная смола

2,7

27 Канифоль

Вольфрамовый порошок

96

Несмотря на весьма высокое содержание ме- у5 таллического наполнителя, компаунд благодаря сферической форме частиц вольфрамового порошка обладает хорошей жидкотекучестью.

По рабочим характеристикам этот компаунд не уступает составу по примеру 1, термоплас- 4р тичен, обладает высокой теплопроводностью

Таблица 5

Состав

2,0

Эпоксидная смола

2,0

Канифоль

Вольфрамовый порошок

Ф

96,0

В этой композиции соотношение между количествами эпоксидной смолы и канифоли в составе связующего составляет 1:1.

Благодаря этому, температура перехода компаунда в жидкое состояние повышается до

75 — 95 C. При нагреве до плавления этот состав обладает хорошей жидкотекучестью, однако при затвердевании обнаруживается небольшая усадка, а в твердом состоянии компаунд хрупок. Застывший компаунд легко отделяется от гладких соединяемых поверхностей. Результаты испытаний удовлетворительные, хотя соединение несколько менее надежно, чем в примере 2.

Пример 4. Для приготовления компаунда используют связующее того же состава, (16 — 18)" 10 кал/с, см. С) и, хорошей электропроводностью.

Пример 5. Компоненты компаунда и соотношение между связующим и наполнителем те же, что в примере 4.

Состав компаунда приведен в табл. 5.

Остальное

1. Авторское свидетельство СССР N 306161, кл. С 09 J 3/16, 1969.

2. Патент США N 2774747, кл. 250 — 421, опублик. 1969 (прототип) .

Формула изобретения

Клеящий компаунд, включающий эпоксидную диановую смолу и порошкообразный теплопроСоставитель В. Ьалгин

Техред Ж. Кастелевич

Редактор Л. Емельянова

Корректор Г. Назарова

Заказ 6229/24

Тираж 725 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП * Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

11 763427 I2

В этой композиции соотношение между коли- водный наполнитель, о т л и ч J ю щ и йчествами эпоксидной смолы и канифоли в сос- с я тем, что, с целью воэможности многократтаве связующего равно 1:1. Благодаря высо- ного использования компаунда и повышения кому содержанию металлического наполнителя его термопластичности, он дополнительно сокомпаунд обладает хорошей теплопроводностью держит канифоль при следующем соотношении

5 и электропроводностью; остальные характерис- компонентов, об.%: тики те же, что у состава по примеру 3. Эпоксидная диановая смола 20 — 60

Таким образом, предлагаемый клеящий Канифоль 13 — 45 компаунд имеет высокую термопластичность, Порошкообразный теплоа возможность его многократного использования 111 проводный наполнитель обеспечивает экономический эффект. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе