導(dǎo)熱阻燃型有機(jī)硅灌封膠的制備與性能研究

王寶喜，曹 鶴

（1.唐山三友化工股份有限公司 研發(fā)中心，河北 唐山 063305；2.唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司 研發(fā)部，河北 唐山 063305）

近年來(lái)，隨著大型集成電路、高功率電子元器件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，有機(jī)硅材料以其優(yōu)異的電氣性能、阻燃以及良好的耐高低溫性能，被大量應(yīng)用于各種復(fù)雜電子器件灌封[1,2]。為了滿足高功率密集型集成電路對(duì)導(dǎo)熱、阻燃、電絕緣等性能的特殊要求，市場(chǎng)上經(jīng)常采用添加具有良好電絕緣性能的導(dǎo)熱、阻燃填料的方式，對(duì)灌封膠體系進(jìn)行改性[3,4]。

本文以石英粉為導(dǎo)熱填料、氫氧化鋁為阻燃填料，制備用于電子元器件的導(dǎo)熱阻燃型有機(jī)硅灌封膠，并考察了乙烯基硅油粘度、填料的粒徑及用量等對(duì)灌封膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

端乙烯基硅油：粘度200 mPa·s、300 mPa·s、500 mPa·s、1 000 mPa·s，唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司；含氫硅油交聯(lián)劑：活性氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.13%，粘度23 mPa·s，唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司；石英粉：中鋁山東有限公司；氫氧化鋁：淄博健怡新材料有限公司；卡斯特鉑金催化劑，鉑含量5 000 ppm，上海中子星化工科技有限公司。

1.2 主要儀器和設(shè)備

行星高速混合機(jī)：DHL-5，佛山市諾星機(jī)械設(shè)備有限公司；萬(wàn)能材料拉力試驗(yàn)機(jī)：WAW-600C，長(zhǎng)春新試驗(yàn)機(jī)公司；垂直水平燃燒測(cè)試儀：蘇州菲尼克斯公司；熱常數(shù)分析儀：TPS-2500s，瑞典Hot Disk 公司；耐電壓擊穿試驗(yàn)機(jī)：LJC-100KV，中航鼎力儀器公司；體積表面電阻率測(cè)定儀：LST-121，中航鼎力儀器公司。

1.3 有機(jī)硅灌封膠的制備

有機(jī)硅灌封膠A 組分制備：將端乙烯基硅油50 份、石英粉填料若干份、氫氧化鋁填料若干份，依次加入行星高速混合機(jī)，在-0.098 MPa、130 ℃條件下攪拌2-3 h，降至室溫加入鉑催化劑0.55 份攪拌均勻，即制得A 組分。

有機(jī)硅灌封膠B 組分制備：將端乙烯基硅油50 份、石英粉填料若干份、氫氧化鋁填料若干份，依次加入行星高速混合機(jī)，在-0.098 MPa、130 ℃條件下攪拌2-3 h，降至室溫加入含氫硅油交聯(lián)劑23 份、乙炔基環(huán)己醇0.2 份攪拌均勻，即制得B組分。

1.4 測(cè)試樣片的制備

將有機(jī)硅灌封膠A、B 組分按照質(zhì)量比1:1 的比例混合均勻，真空脫泡后倒入模具中，室溫硫化得到測(cè)試用樣片。

1.5 性能測(cè)試方法

粘度：GB/T 2794-2013；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率：GB/T 528-2009；體積電阻率：GB/T 1692-2008；介電強(qiáng)度：GB/T 1695-2005；阻燃性能：GB/T 10707-2008垂直燃燒法；熱導(dǎo)率：ISO 22007-2-2015瞬態(tài)平面熱源法。

2 結(jié)果與討論

2.1 端乙烯基硅油粘度對(duì)灌封膠性能的影響

固定端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯(lián)劑23 份、石英粉150 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環(huán)己醇0.2 份，改變端乙烯基硅油的粘度，考察端乙烯基硅油粘度對(duì)灌封膠性能的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 端乙烯基硅油粘度對(duì)灌封膠性能的影響

由表1 可知，采用粘度較低的端乙烯基硅油制備膠料，可以得到流動(dòng)性較好的灌封膠產(chǎn)品，但膠料固化后的力學(xué)性能較差。采用粘度較大的端乙烯基硅油制備灌封膠，有利于提升膠料固化后的力學(xué)性能。綜合考慮灌封膠的流動(dòng)性與力學(xué)性能，本實(shí)驗(yàn)采用300 mPa·s 的端乙烯基硅油進(jìn)行進(jìn)一步探討。

2.2 填料粒徑對(duì)膠料性能的影響

大量研究表明，導(dǎo)熱阻燃型膠料中添加的粉體填料主要為補(bǔ)強(qiáng)導(dǎo)熱填料石英粉和阻燃填料氫氧化鋁，調(diào)整粉體填料的用量與配比，可以有效均衡產(chǎn)品的力學(xué)性能、流動(dòng)性與阻燃性能[5-7]。固定300 mPa·s 端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯(lián)劑23 份、石英粉和氫氧化鋁共計(jì)150 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環(huán)己醇0.2 份，改變填料配比，考察填料配比對(duì)灌封膠性能的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 填料配比對(duì)灌封膠性能的影響

由表2 可知，隨著填料中氫氧化鋁用量的增加，膠料的阻燃性能逐步提升。當(dāng)氫氧化鋁用量為50 份、石英粉用量為100 份時(shí)，膠料阻燃性能可以達(dá)到FV-0 級(jí)，且具有良好的流動(dòng)性，固化后具有較好的力學(xué)性能。繼續(xù)增加氫氧化鋁的添加比例，阻燃性能得到進(jìn)一步加強(qiáng)，但是膠料粘度也隨之繼續(xù)增大，灌封膠的流動(dòng)性變差。因此合適的配比為石英粉100 份、氫氧化鋁50 份。

2.3 填料粒徑對(duì)膠料性能的影響

固定300 mPa·s 端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯(lián)劑23 份、石英粉100 份、氫氧化鋁50 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環(huán)己醇0.2 份，改變填料的粒徑，考察填料粒徑對(duì)灌封膠性能的影響，結(jié)果如表3 所示。

表3 填料粒徑對(duì)灌封膠性能的影響

由表3 可知，粉體填料的粒徑對(duì)膠料的力學(xué)性能、流動(dòng)性及阻燃等性能均產(chǎn)生較大影響，小粒徑的填料具有更好的補(bǔ)強(qiáng)效果，對(duì)阻燃性的提升也更加明顯。但是填料粒徑過(guò)小時(shí)，受表面羥基增多的影響，增稠效應(yīng)較為顯著，對(duì)膠料流動(dòng)性產(chǎn)生較大的不利影響，不利于后期灌封操作。因此氫氧化鋁和石英粉均選用5 μm 粒徑較為合適，此時(shí)膠料具有較好的綜合性能。

2.4 導(dǎo)熱阻燃型有機(jī)硅灌封膠的制備及性能

按照前述確定的最佳灌封膠配方（300 mPa·s端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯(lián)劑23 份、5μm石英粉100 份、5μm 氫氧化鋁50 份、鉑催化劑0.55份、乙炔基環(huán)己醇0.2 份）制備灌封膠，考察其綜合性能，結(jié)果如表4 所示。

由表4 可知，研制出的灌封膠各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到電子器件灌封使用要求。

表4 導(dǎo)熱阻燃型有機(jī)硅灌封膠性能

3 結(jié)論

以端乙烯基硅油為基礎(chǔ)聚合物，以石英粉為導(dǎo)熱填料、氫氧化鋁為阻燃填料制備導(dǎo)熱阻燃型有機(jī)硅灌封膠?？疾炝艘蚁┗栌驼扯?、填料粒徑及用量等對(duì)灌封膠性能的影響，得到了制備灌封膠的最佳配方為300 mPa·s 端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯(lián)劑23 份、5 μm 石英粉100 份、5 μm氫氧化鋁50 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環(huán)己醇 0.2 份，所得導(dǎo)熱阻燃型灌封膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.53 W·(m·K)-1，介電強(qiáng)度為21 KV?mm-1，阻燃性能達(dá)到FV-0 級(jí)，達(dá)到電子器件灌封使用要求。