一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶及其制备方法

本发明属于器件封装导热胶粘剂领域，具体涉及应用在电子器件模块封装的低热膨胀系数导热粘接胶及其制备方法。

背景技术：

1、在器件封装等领域，通过在发热元件和散热元件之间涂上高导热界面材料，从而实现降低器件工作时的温度，进而更好的发挥其性能的研究正在进行。然而在环氧树脂中添加高导热填料形成导热胶复合物能提高其导热性能，但是由于环氧树脂与高导热填料的线热膨胀系数不同，因此形成的环氧树脂与高导热填料复合的导热胶应用在器件封装中，在遇到高温、撞击弯曲使用条件时，会发生器件内部元器件松动甚至脱落等失效现象。因此，对于环氧树脂与高导热填料复合形成的导热胶，不仅需要考虑导热性能和粘接性能，还要求线热膨胀系数要低。

2、环氧树脂较低的分子链刚性和交联密度使得其热膨胀系数较高，限制了该类导热胶在高温器件封装等领域的应用。为了降低环氧树脂的热膨胀系数，通常是对其固化剂原料进行选择，在环氧树脂固化过程与其分子侧链上的羟基形成氢键作用，从而可以加强他们界面作用，增加其分子链刚性或交联密度，降低热膨胀系数。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的问题，本发明提出了一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶，通过将环氧树脂与酸酐物质的有效结合，使所述环氧树脂导热胶拥有高导热性能的同时还具有低热膨胀系数。

2、本发明提出以下技术方案：1.一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶，其成分包括环氧树脂20-30份、球形氧化铝47-70份、固化剂5-7份、催化剂1-2份、偶联剂1-2份；

3、2.一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤一：按照质量份称取环氧树脂、球形氧化铝、固化剂、催化剂、偶联剂；

5、步骤二：将环氧树脂、偶联剂和催化剂放入行星搅拌仪中进行搅拌；

6、步骤三：将步骤二搅拌好的复合物中加入球形氧化铝再次放入行星搅拌仪中进行搅拌；

7、步骤四：将步骤三中搅拌好的复合物放入低温下冷冻，冷冻之后加入固化剂再次放入行星搅拌仪中进行搅拌；

8、步骤五：将步骤四搅拌之后的混合物进行低温冷冻即可得到一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶；

9、3.根据权利要求1所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤二，其特征在于：环氧树脂、偶联剂和催化剂是在真空环境下进行转速为400-710rpm搅拌15分钟；

10、4.根据权利要求1所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤三，其特征在于：球形氧化铝是在行星搅拌仪进行转速为295-590rpm搅拌15分钟，再在真空环境下转速为300-590rpm搅拌15分钟；

11、5.根据权利要求1所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤四，其特征在于：步骤三搅拌好的复合物冷冻至0℃，再加入固化剂，在真空中进行转速295rpm搅拌15分钟；

12、6.根据权利要求2所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤二，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂为多官能团环氧树脂afg-90或epm-420或ag-80；

13、7.根据权利要求3所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤三，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的球形氧化铝粒径为1-50纳米或5-50微米；

14、8.根据权利要求4所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤四，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的固化剂为酸酐类或改性胺类或脂环胺类。

15、9.根据权利要求6所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤二，该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂为多官能团环氧树脂afg-90或epm-420或ag-80，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂优选耐温多官能团的环氧树脂afg-90；

16、10.根据权利要求7所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤三，该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的球形氧化铝粒径，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择球形氧化铝粒径优选25纳米，10微米。

17、本发明具有如下有益效果：

18、1、本发明所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶通过在酸酐的促进下，在固化过程中可以有效增加环氧树脂的交联密度，从而降低热膨胀系数。经测试，本发明的一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶在0℃-121℃内热膨胀系数为18-20μm/(m·℃)。

19、2.本发明所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶通过在体系中添加微米级和纳米级粒径的氧化铝，不同粒径的氧化铝复合可以有效的填充在环氧树脂中，构建出导热网络，实现高导热性能。经测试，本发明的一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶的导热系数为2.62w/(m·k)。

技术特征：

1.一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶，其特征在于，成分包括环氧树脂20-30份、球形氧化铝47-70份、固化剂5-7份、催化剂1-2份、偶联剂1-2份。

2.一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶的制备方法，其特征在于：所述步骤二的环氧树脂、偶联剂和催化剂是在真空环境下进行转速为400-710rpm搅拌15分钟。

4.根据权利要求2所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法，其特征在于：所述步骤三的球形氧化铝是在行星搅拌仪进行转速为295-590rpm搅拌15分钟，再在真空环境下转速为300-590rpm搅拌15分钟。

5.根据权利要求2所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法，其特征在于：所述步骤四的步骤三搅拌好的复合物冷冻至0℃，再加入固化剂，在真空中进行转速295rpm搅拌15分钟。

6.根据权利要求2所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法，其特征在于：所述的的步骤二的该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂为多官能团环氧树脂afg-90或epm-420或ag-80。

7.根据权利要求3所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的球形氧化铝粒径为1-50纳米或5-50微米。

8.根据权利要求4所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤四，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的固化剂为酸酐类或改性胺类或脂环胺类。

9.根据权利要求6所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤二，该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂为多官能团环氧树脂afg-90或epm-420或ag-80，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的环氧树脂优选耐温多官能团的环氧树脂afg-90。

10.根据权利要求7所述一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶制备方法的步骤三，该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择的球形氧化铝粒径，其特征在于：该发明低热膨胀系数环氧树脂导热胶选择球形氧化铝粒径优选25纳米，10微米。

技术总结
本发明公开了一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶及其制备方法，包括下列质量份组分：环氧树脂20‑30份、球形氧化铝47‑70份、固化剂5‑7份、催化剂1‑2份、偶联剂1‑2份。本发明还提出一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶及其制备方法。本发明所述的一种低热膨胀系数环氧树脂导热胶的导热系数为2.62W/(m·K)，并且在高温121℃热膨胀系数最低至18.1μm/(m·℃)和最高18.7MPa的剪切力，能够适应半导体快速高温封装的要求。

技术研发人员：徐哲,李杨,邹军
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14