一种柔性导热胶组合物及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种柔性导热胶组合物及其制备方法，属于复合绝缘导热材料技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着高功率模块和大功率器件在电气电子领域的广泛应用以及电子设备向着高速高频、高功率密度以及高度集成化方向发展，各类电子设备上搭载的元器件越来越多，单位体积的器件功耗越来越大，热管理成为影响电子设备可靠性和使用寿命的关键因素。电子元件封装所使用的绝缘胶粘剂对电子产品的散热能力具有显著影响。环氧树脂因其具有优良的粘结、耐腐蚀和电绝缘性能，被广泛用于电子绝缘胶，但未改性环氧树脂的导热系数仅有0.2w/(m
·
k)左右，通常需要添加导热填料改善其导热性能。在众多无机导热填料中，氮化铝的导热系数高达320w/(m
·
k)，并且还具有优良的热稳定性、电绝缘性能和介电性能，是一种较理想的导热填料，填充氮化铝后可大幅度提升环氧树脂电子绝缘胶的导热性能。现有的环氧树脂绝缘胶在添加过多氮化铝后，其工艺性能和力学性能均会受到不利影响，因此其导热性能的提升受到工艺性能和力学性能要求的限制。
3.对于电子绝缘胶除了要求具有良好的导热性能之外，很多应用场景下还需要绝缘胶具有柔性，这是因为不同电子元器件与电路基板之间由于存在热膨胀系数的差异，在高、低温环境下易产生内应力，从而影响电子产品的稳定性，如果电子绝缘胶具有一定的柔性，可有效抵御由于冷热冲击所引起的内应力，而现有的环氧树脂绝缘导热胶多为刚性导热胶，无法满足抵御电子元器件与基板之间内应力的要求。
4.因此，开发一种高柔性的环氧导热绝缘胶具有相当高的实用价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高柔性、粘结性能好、导热性能好的柔性导热胶组合物及其制备方法。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.一种柔性导热胶组合物，所述组合物组分按照重量份数包括：环氧树脂18～26份、环氧稀释剂8～12份、二聚酸类环氧固化剂5～7份、促进剂1.4～1.8份和氮化铝导热填料55～65份。
8.进一步的，所述环氧树脂包括电子级双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、双酚s环氧树脂、酚醛环氧树脂和氢化双酚a环氧树脂、多功能缩水甘油胺环氧树脂、联苯缩水甘油醚环氧树脂、萘酚环氧树脂、3,4-环氧环己基羧酸、3',4'-环氧环己基甲酯、3,4-环氧-6-甲基环己基羧酸、3',4'-环氧-6'-甲基环己基甲酯和3,4-环氧-6-甲基环己基甲酯中的至少一种。
9.进一步的，所述环氧稀释剂包括苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、
新戊二醇二缩水甘油醚、腰果酚缩水甘油醚、4-叔丁基苯基缩水甘油醚、乙烯基环己烯二氧化物和二缩水甘油苯胺中的至少一种。
10.进一步的，所述二聚酸类环氧固化剂为二聚酸p1025、二聚酸p1027、甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、甲基纳迪克酸酐和氢化甲基纳迪克酸酐中的至少一种。
11.进一步的，所述促进剂包括乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑加成物和三级胺加成物中的至少一种。
12.进一步的，所述氮化铝导热填料由平均粒径为2～10um的无规则型微米级氮化铝粉末组成。
13.一种基于权利要求1至6所述的柔性导热胶组合物的制备方法，包含以下步骤：
14.按照重量份数，将环氧树脂18～26份、环氧稀释剂8～12份、固化剂5～7份和促进剂1.4～1.8份混合后放入分散仪进行分散处理；
15.在分散后的混合物中加入氮化铝导热填料55～65份混合后再进入分散仪进行分散处理；
16.分散后的混合物放入脱泡机脱泡处理得到导热胶组合物。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明通过采用羧酸类固化剂结合咪唑类促进剂固化环氧树脂体系，使形成的导热胶具备高的粘结性能、优良的柔韧性，同时在此基础上提高氮化铝导热填料的加入量，实现了在确保导热胶的粘结性能和柔韧性满足需求的同时提升其导热性能。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
20.本发明涉及的一种柔性导热胶组合物，其按照重量份数包括：环氧树脂18～26份、环氧稀释剂8～12份、二聚酸类环氧固化剂5～7份、促进剂1.4～1.8份和氮化铝导热填料55～65份。
21.本发明各实施例中的份数均为重量份。
22.实施例1
23.本实施提供一种柔性导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)25.7份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)11份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6.5份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.35份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.45份、氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)55份。
24.本实施例还提供柔性导热胶组合物的制备方法，具体为：将双酚f型环氧树脂170(上海华谊)25.7份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)11份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6.5份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.35份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.45份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)55份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到柔性导热胶组合物。
25.实施例2
26.本实施提供一种柔性导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份、氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)60份。
27.本实施例还提供柔性导热胶组合物的制备方法，具体为：将双酚f型环氧树脂170(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)60份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到柔性导热胶组合物。
28.实施例3
29.本实施提供一种柔性导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)20份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)8.6份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)5份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.05份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.35份、氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)65份。
30.本实施例还提供柔性导热胶组合物的制备方法，具体为：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)20份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)8.6份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)5份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.05份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.35份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径2um)(竹路应用材料)65份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到柔性导热胶组合物。
31.实施例4
32.本实施提供一种柔性导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份、氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份。
33.本实施例还提供柔性导热胶组合物的制备方法，具体为：将双酚f型环氧树脂170(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到柔性导热胶组合物。
34.实施例5
35.本实施提供一种柔性导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份、氮化铝导热填料(平均粒径10um)(竹路应用材料)60份。
36.本实施例还提供柔性导热胶组合物的制备方法，具体为：将双酚f型环氧树脂170
(上海华谊)22.7份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)9.7份，固化剂二聚酸p1025(络合高新)6份，促进剂2-乙基-4-甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、促进剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)0.4份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径10um)(竹路应用材料)60份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到柔性导热胶组合物。
37.对比例1
38.本实施提供一种导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)26份，环氧稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(湖北绿色家园)12份，固化剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)2份，氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份。
39.将双酚f型环氧树脂170(上海华谊)26份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)12份，固化剂1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(安耐吉化学)2份加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到导热胶组合物。
40.对比例2
41.本实施提供一种导热胶组合物，包括：双酚f型环氧树脂170(上海华谊)13.4份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)5.8份，固化剂甲基六氢苯酐(络合高新)19.6份、促进剂2-乙基-4甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份、氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份。得到导热胶组合物。
42.将双酚f型环氧树脂170(上海华谊)13.4份，环氧稀释剂(湖北绿色家园)5.8份，固化剂甲基六氢苯酐(络合高新)19.6份，促进剂2-乙基-4甲基咪唑(上海泰坦科技)1.2份，加入到公转自转分散仪中分散2min。在所得液体混合物中加入氮化铝导热填料(平均粒径5um)(竹路应用材料)60份，再次加入到公转自转分散仪中分散2min，得到的混合物在-0.1mpa条件下脱泡30min，得到导热胶组合物。
43.对实施例1-5和对比例1-2中的导热胶组合物进行测试。
44.1.粘度测试
45.采用椎板式旋转粘度计对上述获得样品在常温下的粘度进行测试。
46.2.体积电阻率测试
47.按照astm d257-2007测试标准，对上述获得样品的体积电阻率进行测试。
48.3.导热系数测试
49.使用导热系数测试仪并按照astm d5930测试标准，采用瞬态热线法，对上述获得样品的导热系数进行测试。
50.4.剪切强度测试
51.利用电子万能试验机并按照astm d1002测试标准，对上述获得样品的铝-铝剪切强度进行测试。
52.5.拉伸性能测试
53.利用电子万能试验机并按照astm d638测试标准，对上述实施例1-5获得样品的拉伸性能进行测试。
54.上述所有测试结果如表1所示。
55.表1
[0056][0057]
由表1中的检测结果可知：
[0058]
实施例1～5的拉剪强度、断裂伸长率和拉伸模量均大幅优于对比例1～2的传统环氧导热胶，拉剪强度高、断裂伸长率高表明抗拉伸剪切能力强的同时具有较高塑性变形能力，即具有较好的韧性，反之则为脆性；断裂伸长率高、拉伸模量低则表明塑性变形能力强且拉伸弹性好，体现出导热胶的柔性，反之则为刚性。因此采用本发明的导热胶组合物具备明显的高韧性、高柔性优势。
[0059]
实施例1～3的氮化铝导热填料的含量逐渐增加，导热胶的粘度提高、导热系数提高、拉剪强度下降不明显、断裂伸长率和拉伸模量均升高再下降但幅度均很小，表明随着氮化铝导热填料的增加，导热胶的粘度性能和导热性能得到提高，而韧性和柔性呈轻微波动且没有明显下降。因此采用本发明的导热胶组合物能在满足粘结性能和柔韧性能需求的基础上添加较多的氮化铝导热填料，以进一步提高其导热性能。
[0060]
实施例4～5以实施例2为优选基础配方，改变氮化铝填料的粒径，结果表明随着氮化铝填料粒径的逐渐增大，导热胶的粘度呈先上升后下降趋势、导热性能持续提高、柔韧性变化不大，进一步表明本发明的导热胶组合物能在保证粘结性能和柔韧性能需求的基础上，可进一步提高导热性能。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。