Теплопроводящий диэлектрический компаунд
Владельцы патента RU 2650818:
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)
Изобретение относится к области теплопроводящих диэлектрических материалов и может быть использовано для электрической изоляции и обеспечения отвода тепла от элементов радиоэлектронной аппаратуры. Теплопроводящий диэлектрический компаунд содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель. Для повышения теплопроводности и механической прочности в качестве полимерного связующего используют эпоксикремнийорганическую смолу СЭДМ-2 с содержанием кремния не менее 5% и эпоксидных групп не менее 14%, в качестве порошкообразного наполнителя - алмаз синтетический АС6 100/80 и дополнительно содержит низкомолекулярную полиамидную смолу Л-20, представляющую собой аддукт полиаминов с кислотами растительных масел, при определенном соотношении компонентов. 2 табл.
Изобретение относится к области теплопроводящих диэлектрических материалов и может быть использовано для электрической изоляции и обеспечения отвода тепла от элементов радиоэлектронной аппаратуры, например диодов, транзисторов, конденсаторов.
Известна «Теплопроводящая клеевая композиция» [RU 2388779 С1, опубл. 10.05.2010, МПК C098J 163/00], содержащая эпоксидную диановую смолу, моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва марки Лопроксид 301, триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола, нитрид бора, низкомолекулярную полиамидную смолу. Кроме того, она дополнительно содержит отвердитель этилендиаминометилфенол АФ-2, а в качестве триглицидилового эфира полиоксипропилентриола используется Лапроксид 703 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 10,0-14,0 |
| Триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола | |
| Лапроксид 703 | 12,0-14,0 |
| Моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва | |
| Лапроксид 301 | 10,0-14,0 |
| Этилдиаминометилфенол АФ-2 | 3,0-5,0 |
| Нитрид бора | 30,0-55,0 |
| Полиамидная смола | 7,5-12,0 |
Однако она имеет рабочую температуру не выше +120°C и недостаточную теплопроводность (3,3-3,6 Вт/(м×К)), многокомпонентная и трудоемка в приготовлении.
Известна «Композиция для эластичного теплопроводного клея» [RU 2568736 С1, опубл. 20.11.2015, МПК C098J 163/00], включающая триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола, алифатические амины, низкомолекулярную смолу, теплопроводный наполнитель - нитрид бора, а также или диглицидиловые эфиры гомоолигомера эпихлоргидрина и/или 1,4-бутандиола при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| Триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола | 5,0-36,0 |
| Диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола | 0-30,0 |
| Диглицидиловый эфир гомоолигомера эпихлоргидрина | 0-45,0 |
| Алифатические амины | 6,0-10,0 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 18,0-30,0 |
| Нитрид бора | 55,0-75,0 |
Однако она имеет недостаточную теплопроводность (1,8 Вт/(м×К)).
Известна «Термостойкая клеевая композиция» [RU 2061727 С1, опубл. 10.06.1996, МПК C098J 163/00] для использования в радиоэлектронной и др. отраслях промышленности, включающая эпоксикремнийорганическую смолу, малеинимид, неорганический порошкообразный наполнитель. В качестве эпоксикремнийорганической смолы в ней используют продукт взаимодействия эпоксидной диановой смолы с кремнийорганическим или кремнийтитанорганическим соединением, содержащий 2-5% Si 12-16% эпоксидных групп и 1,5-2% Ti соответственно и в качестве малеинимида продукт взаимодействия 4,4''-[бис-4(n-аминофенокси)фенил]пропана или ароматического олигоамина с малеиновым ангидридом при следующем соотношении компонентов композиции, мас. ч.:
| Эпоксикремнийорганическая смола | 100 |
| Малеинимид | 15-35 |
| Неорганический порошкообразный наполнитель | 30-80 |
Недостатком указанной композиции является недопустимая для некоторых радиоэлементов высокая температура отверждения (+250°C), низкая теплопроводность из-за выбранных наполнителей и их теплопроводных свойств (нитрид бора, карбид кремния, кварц и их смеси).
Известна «Диэлектрическая паста», содержащая мелкодисперсный алмазный порошок с органическим связующим [RU 2052850 С1, опубл. 20.01.1996, МПК Н01В 3/08] с высокой теплопроводностью (15-25 Вт/(м×К)) для использования в толстопленочной технологии при формировании на подложке элементов с сосредоточенными и/или распределенными параметрами с температурой вжигания 820-850°C. Однако она не может использоваться для электроизоляции и отвода тепла от элементов в радиоэлектронной технике, не выдерживающих таких высоких температур.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому теплопроводящему диэлектрическому компаунду является «Теплопроводящий электроизоляционный заливочный силиконовый компаунд НОМАКОН™ КПТД-1/2» [ТУ РБ 100009933.004-2001], включающий керамический теплопроводящий диэлектрический наполнитель в виде микропорошков оксидной и нитридной керамики, спеченных по уникальной технологии в среде высокоочищенного азота при температуре выше 1200°C, которые распределены в эластичной матрице - в термостойком силиконовом каучуке.
Несмотря на широкий диапазон рабочих температур (-60 ÷ +250)°C и высокие электроизоляционные свойства (15 кВ/мм при переменном напряжении), он имеет низкую теплопроводность (0,7-0,9 Вт/(м×К)), недостаточную прочность.
Технической проблемой заявляемого изобретения является достижение возможности получения механически прочного теплопроводящего диэлектрического компаунда.
Техническим результатом предлагаемого теплопроводящего диэлектрического компаунда является повышение теплопроводности, механической прочности.
Сущность изобретения состоит в том, что теплопроводящий диэлектрический компаунд содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель.
Новым в предлагаемом изобретении является то, что в качестве полимерного связующего используется эпоксикремнийорганическая смола СЭДМ-2 с содержанием кремния не менее 5%, эпоксидных групп не менее 14% (ОСТ 6-05-448-95 с изм. 1), в качестве порошкообразного наполнителя - алмаз синтетический АС6 100/80 (ГОСТ 9206-80), дополнительно используется низкомолекулярная полиамидная смола Л-20 (ТУ 6-06-1123-98), представляющая собой аддукт полиаминов с кислотами растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| Эпоксикремнийорганическая смола СЭДМ-2 | 90-110 |
| Полиамидная смола Л-20 | 45-55 |
| Порошок алмазный синтетический АС6 100/80 | 290-360 |
Композиция готовится простым смешиванием компонентов и отверждением при температуре 25±10°C в течение 24 часов, затем при температуре 80±10°C в течение 4 часов.
В таблице 1 приведены составы предлагаемого компаунда.
Указанный диапазон выбран вследствие того, что при уменьшении смолы СЭДМ-2 происходит увеличение вязкости и образуется рыхлая пористая структура, теплопроводные и диэлектрические свойства ухудшаются.
При увеличении порошка синтетического образуется густая неоднородная структура, что ухудшает диэлектрические и механические свойства.
При увеличении количества смолы Л-20 уменьшается жизнеспособность компаунда, а при уменьшении - не происходит полного отверждения.
В таблице 2 приведены результаты сравнительных свойств прототипа и заявленного теплопроводящего диэлектрического компаунда.
Как видно из данных, приведенных в таблице 2, предлагаемый теплопроводный диэлектрический компаунд при сохранении электропрочности имеет ряд преимуществ:
- более теплопроводный (5-6 Вт/(м×К) против 0,7-0,9 Вт/(м×К));
- более механически прочен (80-90 кгс/см2 против 15-17 кгс/см2).
Теплопроводящий диэлектрический компаунд, содержащий полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего он содержит эпоксикремнийорганическую смолу СЭДМ-2, имеющую не менее 5% кремния и не менее 14% эпоксидных групп, в качестве порошкообразного наполнителя - алмаз синтетический АС6 100/80 и дополнительно содержит низкомолекулярную полиамидную смолу Л-20, представляющую собой аддукт полиаминов с кислотами растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксикремнийорганическая смола СЭДМ-2 | 90-110 |
| Полиамидная смола Л-20 | 45-55 |
| Порошок алмазный синтетический АС6 100/80 | 290-360 |
