环氧树脂型导热接着剂的组成物的制作方法

专利名称：环氧树脂型导热接着剂的组成物的制作方法
专利说明本发明涉及一种接着剂，尤其涉及一种同时兼具导热与接着功能的环氧树脂型导 热接着剂的组成物。
背景技术：
随着电子业的高速发展，电子零件体积愈益小型化，且电子元件密度越益集中，导 致发热量增高，因此，散热技术为当前十分重要的课题之一。传统上，散热装置等电子器材 是采用锡膏或无铝锡膏作为接脚焊接或散热片粘合等的材料。不过，鉴于锡膏或无铅锡膏 中所含的重金属具有毒性，对人体健康易造成危害且也污染环境，因而发展出一种导热性 接着剂。导热性接着剂是将具绝缘性的高分子材料与导热性的填料混合在一起加工，进而 形成一导热性佳、粘着性强、比重低、加工硬化时程短、硬化温度低、低成本且具环保价值的 导热接着剂。一般高分子材料均为热及电的良好绝缘体，但导热接着剂必须仰赖导热填料的作 用而具有一定的导热值，因此，导热接着剂中所使用的导热填料需能充分分散在树脂介质 中而且紧密相连结，使热流能由连结的导热填料颗粒间传送，以达一定的导热值。虽然如 此，导热接着剂的导热值仍因树脂介质的存在而大为降低，因此，应如何慎选良好的导热填 料而制备一导热性优异的导热接着剂，且同时考虑导热接着剂的安定性、储存时间、施工便 利性、粘着性、硬化时间与温度等，为制备能符实用的导热接着剂必须兼具的特性考虑。美国专利公开号第2005/10228097号，揭露一种液态或低温液化的金属，如镓、 铟、汞或金属化玻璃或其合金作为填料。不过，由于此等金属价格昂贵、具有毒性，且不 稳定，又加上此等胶材硬化所需的时间过长，不符工业实际应用的需求。美国专利号第 6，500, 891号，揭露一使用于电子材料的导热接着剂。不过，由于该专利所使用导热填料仅 限定为无机盐类，且其导热值偏低，实际应用相当有限。是以，基于工业上应用的需求，该如何制备出一种能同时兼具导热值高、符合环保 需求并简化工艺等特性的导热接着剂，实属目前相关领域的技术人员亟欲克服的问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种环氧树脂型导热接着剂的组成物，以解 决现有技术的导热填料导热值偏低的技术问题。本发明所揭露的一种环氧树脂型导热接着剂的组成物，包含有一环氧接着剂与一 导热填料，环氧接着剂的含量占环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量的10% 50%。 其中，环氧接着剂包含一环氧树脂与一硬化剂系统，且硬化剂系统的含量占环氧接着剂重 量的 15%，而且硬化剂系统由多个硬化剂所组成。上述的导热填料与环氧树脂的重 量比例为0.5 1至5 1，其中，该环氧树脂型导热接着剂的组成物的粘度为40，OOOcps 200，OOOcps。特别的是，本发明所揭露的环氧树脂型导热接着剂的组成物可以于第一温度为150°C下，约于10分钟内完全硬化，或者是于第二温度为180°C下，约于5分钟内完全硬化。 其次，本发明所揭露的环氧树脂型导热接着剂的组成物于室温下具有至少30天以上的架 存寿限，而且其热传导系数大于3W/m. ° K以上。其中，该环氧接着剂的含量占该环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量的 20% 40%。其中，该导热填料与该环氧接着剂的重量比例为0.5 1至4 1。其中，该导热填料选自于一导电性导热填料及一绝缘性导热填料所组成的群组之
ο其中，该导电性导热填料为一金属粉体。
其中，该导电性导热填料为一铝粉或一铜粉。其中，该绝缘性导热填料选自于金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物及其混合 物所组成的群组之一。其中，该环氧接着剂为一液型环氧接着剂。其中，该些硬化剂其中之一是由该咪唑化合物与该金属盐所形成的一咪唑金属盐 错合物。其中，还包含一添加剂。经各项物理特性的测试而得知，本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物的比重 低、粘度低、导热值高，能在125°C的高温下才开始，并在150°C迅速完成硬化反应。其次，本 发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物安定性佳、寿限长，而且使用本发明的环氧树脂型 导热接着剂的组成物于电子材料的散热模块上，更具有节能、环保、简化工艺以及提高工作 效率等优点。以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明 的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。


图1为本发明的实施例二中，不同咪唑-金属盐类错合物所得的环氧接着剂的受 热反应的变化曲线图；图2为本发明的实施例三中，不同咪唑_金属盐错合物对环氧树脂的硬化影响的 变化曲线图；图3为本发明的实施例四中，不同含量咪唑-硝酸镍错合物对环氧树脂的硬化促 进反应；图4为本发明的实施例五中，在150°C的硬化温度下，不同含量咪唑-硝酸镍错合 物对环氧树脂的硬化促进反应；图5为本发明的实施例六中，不同温度对咪唑-硝酸镍错合物的环氧接着剂的硬 化影响。
具体实施例方式本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物包含一环氧接着剂以及一导热填料，环 氧接着剂的含量占环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量的10% 50%，其中环氧接着剂主要包含一环氧树脂与一硬化剂系统，该硬化剂系统由多种硬化剂组成，且硬化剂系 统的含量占环氧接着剂重量的 15%。而导热填料与环氧树脂的重量比例为0.5 1 至 5 1。上述导热填料为具良好导热性的粉体材料，尤其须为导电性导热填料或绝缘性导 热填料，其中上述导热填料的粒径可为微米、次微米级、纳米或此等粒径的混合组成。其次， 上述的导电性导热填料为球状粉体，例如为颗粒状的金属粉体。其中，金属粉体可为银粉、 铜粉、金粉、铝粉、钨粉、铁粉、钼粉或此等金属粉体的混合物，但并非仅限定于此。绝缘性导 热粉体填料可为金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物或其混合物，但并非仅限于此。其 中，上述金属氧化物可以为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氧化铁或氧化锆。金属氢氧化 物可以为氢氧化铝，金属氮化物可以为氮化硼或氮化铝。其次，本发明环氧树脂型导热接着剂的组成物中所使用的导热填料，也可为经微 粒包覆处理的粉体填料，例如可以经氧化物处理的金属氮化物(如二氧化硅包覆的氮化 铝)、经绝缘处理的金属或陶瓷粒子(如玻璃包覆的银粉，氧化铝包覆的银粉)，或者是经过 导电性处理的金属氧化物(如铜包覆氧化铝粉，银包覆的氧化铝粉、银包覆的玻璃珠等)、 金属粉体(如镀银的铜粉、镀银镍粉等)，但并非仅限于此。须特别注意的是，上述的金属及 非金属粉体填料的形状为球状结构，是为了要让导热填料在环氧树脂型导热接着剂的组成 物中能有最大的填充量，并且以小粒径的导热填料，填塞在大粒径导热填料的颗粒间，使导 热填料的颗粒间能充分接触，则经填充的环氧树脂型导热接着剂的组成物能具有最大的热 传导系数值，同时，球状结构的导热填料可减少粉体粒子间的摩擦(abrasion)，能有效降低 环氧树脂型导热接着剂发组成物发粘度，提升导热接着 剂发加工容易度。本发明的一实施例中，所使用的导热填料为圆球形粉体且为固态填料，其平均粒 径以10 μ m为宜。一般而言，以全部粉体填料总重量的90%低于25 μ m的粒径为原则。本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其粘度在25°C下量测，以在 40，OOOcps (centipoises)至 200，OOOcps 为宜，其中又以 60，OOOcps 至 120，OOOcps 为适合。 环氧树脂型导热接着剂的组成物的粘度控制，得依配方组成中的树脂含量、导热填料成分、 稀释剂及其它添加剂等成分的含量而决定。因此，以环氧树脂型导热接着剂的组成物的总 重量言，环氧树脂占环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量为10%至50%为宜，其中又 以20%至40%为最适合。为调整本发明环氧树脂型导热接着剂的组成物的粘度值，更可以添加一种添加 齐U，也即二氧化硅作为触变剂(thixotropic agent) 0所使用的二氧化硅为气相熔融法制 作的成品，俗称fumed Silica0添加触变剂于环氧树脂型导热接着剂的组成物，在加工搅 拌时，能有效减低环氧树脂型导热接着剂的组成物中各成份与搅动机具表面的剪切应力 (shear force)，以提升成品性能。本发明环氧树脂型导热接着剂的组成物中更可以并添加另一添加剂为微粒状氧 化锌，以作为环氧树脂型导热接着剂的组成物的沉降阻滞剂(suspension aiding agent) 0 氧化锌添加于环氧树脂型导热接着剂的组成物中，除可有效防止固体导热填料的沉降外， 并能延长导热接着剂的操作时间(pot life)，尚能与其它配料成分共同调适接着剂的粘 度。环氧树脂型导热接着剂的组成物中的氧化锌与导热填料的比例约为1至2与10至1， 而以1 5为适合。
本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物，是以环氧树脂作为导热填料的粘合 接着介质，特别是以一液型环氧接着剂。上述的环氧树脂可以为缩水甘油醚型环氧树脂 (glycidyl ether type epoxy resin)、双酷A(bisphenol Α)型环氧丰对月旨、双酷F型环氧丰对 月旨、酚醛型(phenol novolac)型环氧树脂、邻甲酚酚醛(ortho cresol novolac)型环氧树 月旨、含溴(brominated)环氧树脂、双酚(biphenol)型环氧树脂、环脂(cyclic aliphatic) 型环氧树脂、缩水甘油胺(glycidylamine)型环氧树脂、甲酚酚醛(cresol novolac)型环 氧树脂、萘(naphthalene)型环氧树脂、或杂环(heterocyclic)型环氧树脂。其中，以缩水 甘油醚环氧树脂为宜。本发明的硬化剂的含量占环氧接着剂重量的 15%。其中，硬化剂可以为 潜在型硬化剂(latent curing agent)，其在室温下相对安定，而在受热时，硬化剂即与环 氧树脂起硬化反应(curing reaction)而硬化。硬化剂使用的种类和用量，能决定特定 环氧树脂的硬化速率、硬化反应的放热程度，以及硬化后环氧树脂的拉伸强度(tensile strength)，迭接强度(lap shearstrength)，弯折强度(f lexural strength)等材料特性。一液型环氧接着剂应以加温硬化的方式，以促进环氧树脂与潜在型硬化剂、共 硬化剂间的反应而硬化成型。由于一液型环氧接着剂需能在室温下保持相对安定，而在 升温时因受热而引起硬化反应。因此，适合使用于一液型环氧接着剂的硬化剂有胺类 (amines)、过氧化物(peroxides)、酸酐类(acidanhydrides)、酚酸类(phenols)、咪唑类 (imidazoles)、磷化氢类(phosphines)或此等化合物的混合物。其中，上述酚醛类硬化剂 因含有羟基(hydroxyl group)，同时也为环氧树脂的有效硬化促进剂。上述各类硬化剂可 合并使用，也就是说，选择其中一种作为主硬化剂，其它的则作为共硬化剂，例如，一般是以 双氰胺(dicyandiamide ；DICY)作主硬化剂，而咪唑类则可与DICY并用，产生共硬化的效 能。由咪唑类与双氰胺组成的硬化剂系统，所硬化生成的环氧接着剂，具极好的物理 性能。本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物中的环氧接着剂，其所使用的硬化剂采用 杂环类的咪唑类，如化学式(一)所示，其由一个五环结构形成，其中有两个间位为不饱合 键的结构
权利要求
一种环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，包含有一环氧接着剂，该环氧接着剂的含量占该环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量的10％～50％，其中该环氧接着剂包含一环氧树脂与一硬化剂系统，该硬化剂系统的含量占该环氧接着剂重量的1％～15％，该硬化剂系统由多个硬化剂所组成；及一导热填料，该导热填料与该环氧树脂的重量比例为0.5∶1至5∶1；其中，该环氧树脂型导热接着剂的组成物的粘度为40,000cps～200,000cps。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该环氧接着 剂的含量占该环氧树脂型导热接着剂的组成物的总重量的20% 40%。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该导热填料 与该环氧接着剂的重量比例为0.5 1至4 1。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该导热填料 选自于一导电性导热填料及一绝缘性导热填料所组成的群组之一。
5.根据权利要求4所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该导电性导 热填料为一金属粉体。
6.根据权利要求4所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该导电性导 热填料为一铝粉或一铜粉。
7.根据权利要求4所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该绝缘性导 热填料选自于金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物及其混合物所组成的群组之一。
8.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该环氧接着 剂为一液型环氧接着剂。
9.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，该些硬化剂 其中之一是由该咪唑化合物与该金属盐所形成的一咪唑金属盐错合物。
10.根据权利要求1所述的环氧树脂型导热接着剂的组成物，其特征在于，还包含一添 加剂。
全文摘要
本发明公开了一种环氧树脂型导热接着剂的组成物，以一液型环氧接着剂作为粘着基材，并且以导电或绝缘性的导热填料作为导热介质。因此，本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物的比重低、粘度低、导热值高，能在125℃的高温下才开始，并在150℃迅速完成硬化反应。其次，本发明的环氧树脂型导热接着剂的组成物安定性佳、寿限长，而且使用本发明的导热接着剂于电子材料的散热模块上，更具节能、环保及提高工作效率等优点。
文档编号C09J11/04GK101967361SQ20091015115
公开日2011年2月9日 申请日期2009年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者范仲宁, 萧俊杰 申请人:日邦树脂(无锡)有限公司