Теплопроводящий диэлектрический компаунд
THERMAL CONDUCTING DIELECTRIC COMPOUND

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));
2
2
- более механически прочен (80-90 кгс/см против 15-17 кгс/см).