Клеевая эпоксидная композиция

Изобретение относится к способу получения клеевой эпоксидной композиции на основе модифицированной эпоксидной смолы с отвердителем аминного типа, которая может работать при криогенных температурах и может быть использована в производстве оптико-электронных приборов, в том числе охлаждаемых фотоприемников, подвергающихся многократным термоударам. Композиция содержит следующее соотношение компонентов, в мас.ч.: 90-110 модифицированной эпоксидной смолы и 60-75 отвердителя. В качестве модифицированной эпоксидной смолы используют эпоксикремнийорганическую смолу в фурилглицидиловом эфире - СЭДМ-3Р. В качестве отвердителя используют аддукт бутилметакрилата с диэтилентриамином - ДТБ-2. Изобретение позволяет создать композицию, стойкую к многократным ударам, а также повысить теплопередающую способность в области криогенных температур. 2 табл.

 

Изобретение относится к клеящим веществам на основе модифицированных эпоксидных смол с отвердителем аминного типа, работающим при криогенных температурах, и может использоваться в производстве оптико-электронных приборов, в том числе охлаждаемых фотоприемников (ФП), подвергающихся многократным термоударам.

Известен эпоксидный клей «Орион-64 Пласт» на основе модифицированной эпоксидной кремнийорганической смолы СЭДМ-2, разработанный совместно с предприятием-заявителем. Клей работает в диапазоне температур -196÷60°С и по своим физико-механическим свойствам может применяться при сборке охлаждаемых полупроводниковых ФП (см. А.П.Петрова. Справочник «Клеящие материалы», М.: «К и Р», 2002 г, стр.93).

Недостатком данного клея является его невысокая стойкость к многократным термоударам, а также его относительно низкая теплопередающая способность.

Низкая теплопередача клея не позволяет достичь предельных фотоэлектрических параметров ФП, критичных к температуре охлаждения, а невысокая стойкость к многократным термоударам снижает срок службы ФП.

Известна эпоксидная композиция, способная выдерживать многократные термоудары в диапазоне температур -269÷100°С без снижения адгезионной прочности, содержащая 100 мас.ч. эпоксидной смолы, 40-45 мас.ч. отвердителя на основе имидазолиновых производных марки УП-0639 и 10-35 мас.ч. N- метилпирролидона. В качестве эпоксидной смолы используют эпоксидную диановую смолу, модифицированную силанолом - СЭДМ-3. Данная композиция может быть использована в качестве клея в производстве полупроводниковых приборов, предназначенных для работы в условиях резкого перепада температур (см. пат. РФ №2016013, C 08 L 63/00, 1991 г.). Указанная композиция как наиболее близкая к предлагаемой принята за прототип.

Недостаток этой композиции - относительно низкая, не отвечающая современным требованиям теплопередающая способность в области криогенных температур, приводящая к недоохлаждению фоточувствительных элементов ФП и, как следствие, к снижению их фотоэлектрических параметров. Это сдерживает применение данной композиции для сборки современных охлаждаемых ФП.

Настоящее изобретение решает задачу создания клеевой эпоксидной композиции, стойкой к многократным термоударам, с повышенной теплопередающей способностью в области криогенных температур.

Для решения этой задачи в известной клеевой эпоксидной композиции, содержащей модифицированную эпоксидную смолу и отвердитель, в качестве модифицированной эпоксидной смолы использована эпоксикремнийорганическая смола в фурилглицидиловом эфире - СЭДМ-3Р, в качестве отвердителя - аддукт бутилметакрилата с диэтилентриамином - ДТБ-2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

СЭДМ-3Р	90-110
ДТБ-2	60-75.

Компоненты, входящие в состав предлагаемой композиции, сами по себе известны: продукт СЭДМ-3Р - по ОСТ 6-05-448-90, а отвердитель ДТБ-2 - по ТУ 6-05-241-224-79.

Однако композиции из этих компонентов, в том числе в предлагаемых соотношениях, авторам не известны.

Предлагаемая композиция может склеивать металлы, диэлектрики и полупроводники.

Эксперименты, проведенные авторами, показали, что заявляемая композиция позволяет обеспечить перепад температур AT между склеенными элементами <0,5 градуса в области температур 70-80 К при толщине клеевой прослойки 1-2 мкм за счет высокой теплопередающей способности заявляемой композиции.

По мнению авторов, повышенная теплопередающая способность композиции по сравнению с известными аналогами обусловлена тем, что в продукте СЭДМ-3Р имеются силиконовые звенья, обладающие повышенной теплопроводностью. При отверждении композиции происходит встраивание в цепь полимера звеньев фурилглицидилового эфира с бутилметакрилатом, что в сочетании с низкой вязкостью состава приводит к увеличению молекулярной массы полимера, в результате чего у композиции появляется новое, ранее не известное свойство - улучшенная теплопередача.

Соотношение компонентов в предлагаемой композиции устанавливалось по результатам экспериментальных исследований авторов. Было обнаружено, что при содержании в композиции ДТБ-2 менее 60 мас.ч. композиция не отверждается, при содержании ДТБ-2 более 75 мас.ч. в отвержденном составе обнаруживаются непрореагировавшие фрагменты ДТБ-2, снижающие молекулярную массу полимера, что приводит к снижению теплопередающей способности композиции.

Предлагаемая эпоксидная композиция была опробована при сборке лабораторных образцов ФП, охлаждаемых до 70-80 К.

Композиция готовилась следующим образом.

На аналитических весах взвешивалась расчетная по стехиометрии требуемая навеска продукта СЭДМ-ЗР. Затем в нее добавлялось расчетное количество продукта ДТБ-2. После перемешивания смесь помещалась в вакуумную камеру и выдерживалась при остаточном давлении ≈10³ мм рт.ст. в течение 5 минут. После этого композиция готова к работе. Ее жизнеспособность составляет не более двух часов. Режим полимеризации: 20°С - 24 часа; 60°С - 15 часов; 100°С - 1 час. Готовая композиция использовалась для приклейки лейкосапфирового диска диаметром 10 мм и толщиной 0,5 мм на сапфировый торец полого держателя вакуумного криостата, внутрь которого после полимеризации клея и вакуумирования заливался жидкий азот. Перепад температур между сапфировым торцем держателя и приклеенным на него лейкосапфировым диском фиксировался с помощью двух калиброванных термодатчиков через 5 минут после заливки жидкого азота. Аналогичные измерения проводились при охлаждении сапфирового торца держателя с помощью газовой криогенной машины типа Сплит-Стирлинг. Для сравнения такие же измерения проводились при использовании эпоксидной композиции, принятой за прототип. В экспериментах с применением прототипа использовались три состава композиции с содержанием отвердителя 40, 55 и 65 мас.ч.

Составы использованных композиций приведены в таблице 1.

Таблице 1.
№ п/п	Состав эпоксидной композиции, мас.ч.	Примечание
СЭДМ-3Р	ДТБ-2
1	90	60
2	110	75
3	90	65
4	110	78
5	90	50	не отверждается
6	100	85
7	композиция-прототип
8
9

Для композиции №1-4 ΔТ составил 0,3°С, для композиции №6 ΔT резко возрос и составил 1,5°С. Во всех экспериментах с композицией-прототипом ΔТ составил 3°С.

Кроме того, были проведены сравнительные испытания предлагаемой композиции и прототипа на устойчивость к многократному (1000 циклов) термоциклированию. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2.
№ п/п	Состав клеевой композиции	Склеиваемые материалы	Диапазон Температур, °С	Количество термоударов без разрушения склейки
СЭДМ-3Р	ДТБ-2
1	90	60	лейкосапфир-ковар	-196÷100	1000
2	110	75			1000
3	90	65	1000
	Прототип с содержанием отвердителя, мас.ч.
4	40	лейкосапфир-ковар	-196÷100	1000
5	55			1000
6	65	1000

Как видно из таблицы 2, по устойчивости к многократному термоциклированию заявляемая композиция не уступает прототипу.

Клеевая эпоксидная композиция, содержащая модифицированную эпоксидную смолу и отвердитель, отличающаяся тем, что в качестве модифицированной эпоксидной смолы композиция содержит эпоксикремнийорганическую смолу в фурилглицидиловом эфире - СЭДМ-ЗР, в качестве отвердителя - аддукт бутилметакрилата с диэтилентриамином-ДТБ-2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

СЭДМ-3Р	90-110
ДТБ-2	60-75