導熱阻燃型有機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 研發中心，河北 唐山 063305；2.唐山三友硅業有限責任公司 研發部，河北 唐山 063305）

近年來，隨著大型集成電路、高功率電子元器件產業的快速發展，有機硅材料以其優異的電氣性能、阻燃以及良好的耐高低溫性能，被大量應用于各種復雜電子器件灌封[1,2]。為了滿足高功率密集型集成電路對導熱、阻燃、電絕緣等性能的特殊要求，市場上經常采用添加具有良好電絕緣性能的導熱、阻燃填料的方式，對灌封膠體系進行改性[3,4]。

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

1 實驗

1.1 實驗原料

端乙烯基硅油：粘度200 mPa·s、300 mPa·s、500 mPa·s、1 000 mPa·s，唐山三友硅業有限責任公司；含氫硅油交聯劑：活性氫質量分數0.13%，粘度23 mPa·s，唐山三友硅業有限責任公司；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 主要儀器和設備

行星高速混合機：DHL-5，佛山市諾星機械設備有限公司；萬能材料拉力試驗機：WAW-600C，長春新試驗機公司；垂直水平燃燒測試儀：蘇州菲尼克斯公司；熱常數分析儀：TPS-2500s，瑞典Hot Disk 公司；耐電壓擊穿試驗機：LJC-100KV，中航鼎力儀器公司；體積表面電阻率測定儀：LST-121，中航鼎力儀器公司。

1.3 有機硅灌封膠的制備

有機硅灌封膠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，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，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劑23 份、乙炔基環己醇0.2 份攪拌均勻，即制得B組分。

1.4 測試樣片的制備

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

1.5 性能測試方法

粘度：GB/T 2794-2013；拉伸強度和斷裂伸長率：GB/T 528-2009；體積電阻率：GB/T 1692-2008；介電強度：GB/T 1695-2005；阻燃性能：GB/T 10707-2008垂直燃燒法；熱導率：ISO 22007-2-2015瞬態平面熱源法。

2 結果與討論

2.1 端乙烯基硅油粘度對灌封膠性能的影響

固定端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯劑23 份、石英粉150 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環己醇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灌封膠性能的影響，結果如表1所示。

表1 端乙烯基硅油粘度對灌封膠性能的影響

由表1 可知，采用粘度較低的端乙烯基硅油制備膠料，可以得到流動性較好的灌封膠產品，但膠料固化后的力學性能較差。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性能。綜合考慮灌封膠的流動性與力學性能，本實驗采用300 mPa·s 的端乙烯基硅油進行進一步探討。

2.2 填料粒徑對膠料性能的影響

大量研究表明，導熱阻燃型膠料中添加的粉體填料主要為補強導熱填料石英粉和阻燃填料氫氧化鋁，調整粉體填料的用量與配比，可以有效均衡產品的力學性能、流動性與阻燃性能[5-7]。固定300 mPa·s 端乙烯基硅油100 份、含氫硅油交聯劑23 份、石英粉和氫氧化鋁共計150 份、鉑催化劑0.55 份、乙炔基環己醇0.2 份，改變填料配比，考察填料配比對灌封膠性能的影響，結果如表2所示。

表2 填料配比對灌封膠性能的影響

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。當氫氧化鋁用量為50 份、石英粉用量為100 份時，膠料阻燃性能可以達到FV-0 級，且具有良好的流動性，固化后具有較好的力學性能。繼續增加氫氧化鋁的添加比例，阻燃性能得到進一步加強，但是膠料粘度也隨之繼續增大，灌封膠的流動性變差。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、乙炔基環己醇0.2 份，改變填料的粒徑，考察填料粒徑對灌封膠性能的影響，結果如表3 所示。

表3 填料粒徑對灌封膠性能的影響

由表3 可知，粉體填料的粒徑對膠料的力學性能、流動性及阻燃等性能均產生較大影響，小粒徑的填料具有更好的補強效果，對阻燃性的提升也更加明顯。但是填料粒徑過小時，受表面羥基增多的影響，增稠效應較為顯著，對膠料流動性產生較大的不利影響，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，此時膠料具有較好的綜合性能。

2.4 導熱阻燃型有機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、乙炔基環己醇0.2 份）制備灌封膠，考察其綜合性能，結果如表4 所示。

由表4 可知，研制出的灌封膠各項性能指標達到電子器件灌封使用要求。

表4 導熱阻燃型有機硅灌封膠性能

3 結論

以端乙烯基硅油為基礎聚合物，以石英粉為導熱填料、氫氧化鋁為阻燃填料制備導熱阻燃型有機硅灌封膠。考察了乙烯基硅油粘度、填料粒徑及用量等對灌封膠性能的影響，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、乙炔基環己醇 0.2 份，所得導熱阻燃型灌封膠導熱系數為0.53 W·(m·K)-1，介電強度為21 KV?mm-1，阻燃性能達到FV-0 級，達到電子器件灌封使用要求。