Токопроводящая клеевая композиция

Токопроводящая клеевая композиция

Реферат

Изобретение относится к области токопроводящих клеевых композиций на основе эпоксидных смол, обладающих высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, предназначенных для использования в приборной технике и микроэлектронике.

Известна токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель, олигомерный модификатор, 2,3-эпокситетрагидродициклопентадиенил-капронат и порошок тонкодисперсного серебра (патент РФ №1628508).

Недостатком известной токопроводящей клеевой композиции является невысокий уровень прочности клеевых соединений, и, кроме того, данная композиция содержит в качестве наполнителя драгоценный металл (порошок серебра).

Известна также электропроводящая клеевая композиция, включающая 1,2-эпоксипропиловый эфир аминобензойной кислоты, продукт конденсации 1,1-ди-(оксиметил)-3-циклогексена с эпихлоргидрином, низкомолекулярный полиамид, диацетоновый спирт, 2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол и никель карбониловый (авт. свид. СССР №1641849).

Недостатком известной электропроводящей композиции является невысокий уровень прочности клеевых соединений при сдвиге при температурах до 80°С, а также недостаточный уровень токопроводности.

Известен электропроводный клей, включающий эпоксидную смолу, выбранную из группы: полиглицидиламинофенильная смола или полиглицидиловый эфир полиформальдегидной новолачной смолы, аминный катализатор и электропроводные частицы серебра (патент США №5087314).

Недостатком известного электропроводного клея являются невысокие прочностные свойства.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является полимерная композиция для клеев следующего химического состава, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	10,5-11,5
Отвердитель	4,0-10,0
3-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир	2,5-10,0
Электропроводящий наполнитель	68,5-83,0

(авт. свид. СССР №979450).

Недостатком полимерной композиции-прототипа является невысокий уровень прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С.

Технической задачей изобретения является повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагается токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и электропроводящий наполнитель, которая в качестве эпоксидной смолы содержит азотсодержащую эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид, в качестве электропроводящего наполнителя - никель карбонильный, и дополнительно содержит эпоксидную алифатическую смолу, органический растворитель и (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

азотсодержащая эпоксидная смола	100
эпоксидная алифатическая смола	15-25
указанный отвердитель	40-80
(трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол
или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана
и β-аминоизопропилтриэтоксисилана	0,5-2,5
органический растворитель	15-25
никель карбонильный	416-475

В качестве азотсодержащей эпоксидной смолы токопроводящая клеевая композиция содержит продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина или продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина.

В качестве эпоксидной алифатической смолы она содержит продукты конденсации многоатомных спиртов и эпихлоргидрина.

В качестве низкомолекулярного полиамида она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или с синтетическими жирными кислотами льняного масла.

В качестве органического растворителя клеевая композиция содержит ацетон, диацетоновый спирт или изопропиловый спирт.

В составе токопроводящей клеевой композиции могут быть использованы эпоксидные азотсодержащие смолы, например, продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина (смола УП-610 по ТУ 2225-606-11131395-2003), с массовой долей эпоксидных групп не менее 33%, массовой долей омыляемого хлора не более 2%, а также, например продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина (смола ЭА по ТУ 2225-606-11131395-2003) с динамической вязкостью при 25°С 0,35 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 31,2%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,5%. В качестве эпоксидных алифатических смол, выступающих в роли активных разбавителей, могут быть использованы продукты конденсации многоатомных спиртов с эпихлоргидрином, например, продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином (смола ДЭГ-1 по ТУ 2225-527-00203521-98) с динамической вязкостью при 25°С 0,07 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 26,0%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,4, или продукт конденсации триэтиленгликоля с эпихлоргидрином (смола ТЭГ-1 по ТУ 2225-527-00203521-98) с динамической вязкостью при 25°С 0,09 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 22,0%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,4.

В качестве отвердителя в заявляемом изобретении может быть использован изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) по ТУ 38.103149-85 с массовой долей основного вещества не менее 98%, вязкостью по вискозиметру В3-4 при 20°С не более 30 с, продолжительностью желатинизации в пределах 2-5,5 ч, массовой долей кислоты (в составе основного вещества) не более 3,5% или низкомолекулярный полиамид, например, продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла (смола ПО-300) по ТУ 2224-092-05034239-96 с аминным числом в пределах 280-310 мг КОН/г вещества, массовой долей свободного амина в пределах 1-4%, условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-246 60%-ого раствора смолы в ксилоле при 20°С в пределах 20-30 с или продукт конденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами льняного масла (смола Л-20) по ТУ 6-06-1123-98 с аминным числом в пределах 175-220 мг HCl/г вещества, условной вязкостью при 20°С в пределах 15-85 с, динамической вязкостью в пределах 5-25 Па·с.

В качестве растворителя могут быть использованы ацетон (ГОСТ 2768-84), диацетоновый спирт (ТУ 6-09-08-1957-88) или изопропиловый спирт (ГОСТ 9805-84).

В предложенной композиции в качестве ускорителя процесса отверждения могут быть использованы 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) по ТУ 6-00209817.035-96 с массовой долей основного вещества в пересчете на 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол не менее 95,5% и показателем преломления η²⁰ _D пределах 1,5160-1,5200 или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана (АГМ-9) по ТУ 6-02-724-73 с содержанием основного вещества не менее 90 вес.%, содержанием тетраэтоксисилана не более 5 вес.% и плотностью при 20°С 0,947-0,957 г/см³.

В качестве токопроводящего наполнителя использован порошок карбонильного никеля (ПНК-1л5) по ГОСТ 9722-97 с насыпной плотностью 1,19 г/см и количеством частиц менее 10 мкм 89,89%.

Сочетание смеси азотсодержащей и алифатической эпоксидных смол с отвердителем (изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид), ускорителем процесса отверждения (2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана), растворителем - диацетоновым спиртом и токопроводящим наполнителем - карбонильным никелем позволило повысить прочность клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции.

Примеры осуществления

Клеевые композиции по примерам 1-3 готовили путем смешения всех компонентов в указанной последовательности, перемешивая композицию после введения каждого из компонентов.

Составы клеевой композиции по примерам 1-3 представлены в таблице 1.

Клеевые композиции по примерам 1-3 наносили на подготовленную под склеивание (зашкуренную, травленую) поверхность шпателем и выдерживали для частичного удаления растворителя (10-15) мин.

Склеивание проводили при температуре (80-120)°С в течение 3 часов при удельном давлении (0,5-1) кгс/см².

Прочностные характеристики клеевых соединений определяли по ГОСТ 14759-69 на образцах, изготовленных из стали 12Х18Н9Т (травленая), латуни Л63 (зашкуренная). Свойства клеевых композиций по примерам 1-3 приведены в таблице 2.

Таблица 1.
Наименование компонентов	Состав, масс.ч., по примерам:	Прототип
1	2	3	4	5
Смола эпоксидная азотсодержащая: продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина	100	-	100	-	-
продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина	-	100	-	-	-
Смола эпоксидная диановая:
ЭД-20	-	-	-	100	-
ЭД-16	-	-	-	-	100
Смола эпоксидная алифатическая: продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином	25	-	20	-	-
продукт конденсации триэтиленгликоля с эпихлоргидрином	-	15	-	-	-
Ангидридный отвердитель:
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид	-	-	60	-	-
4-хлор-1,2,3,6-тетрагидрофталевый ангидрид	-	-	-	87,0	-
Низкомолекулярный полиамид:
продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла	80	-	-	-	38,1
продукт конденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами электрохимического синтеза	-	40	-	-	-
Органический растворитель:
ацетон	25	-	-	-	-
диацетоновый спирт	-	15	-
изопропиловый спирт	-	-	20
Ускоритель:
2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол	-	2,5	-	-	-
смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана	1,5	-	0,5	-	-
Порошок никеля карбонильного	475	416	420	596,7	-
Порошок никеля электролитического	-	-	-	-	790,5
3-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир	-	-	-	87,0	23,8

Таблица 2.
Показатели	Предлагаемая токопроводящая композиция по примерам	Прототип
1	2	3	4	5
Прочность при сдвиге, кгс/см2, при температуре
20°С латунь-латунь	158	162	153	112	111
сталь-сталь	197	193	198	116	113
100°С лат.-лат.	102	107	106	89	75
сталь-сталь	125	130	132	92	80
150°С лат.-лат.	55	52	51	40	22
сталь-сталь	63	65	64	43	24
Удельное объемное электросопротивление, Ом·м	1,2·10-5	1,4·10-5	1,3·10-5	1,2·10-5	1,4·10-5

Как видно из таблицы 2, предложенная токопроводящая композиция в сравнении с композицией-прототипом обеспечивает повышение прочности клеевых соединений латунь-латунь при температуре 20°С на 40%, при 100°С на 25%, при 150°С на 70%, клеевых соединений сталь-сталь при температуре 20°С на 70%, при 100°С на 50%, при 150°С на 90%. Качественное и количественное соотношение компонентов токопроводящей клеевой композиции позволяют достичь технического результата: повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высоких электропроводных показателей на уровне полимерной композиции-прототипа. Выход за пределы предложенного соотношения компонентов токопроводящей клеевой композиции снижает прочность клеевых соединений в указанном интервале температур. Введение в состав предложенной токопроводящей клеевой композиции эпоксидных диановых смол ЭД-20 и ЭД-16 приводит к снижению прочностных показателей клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С.

Кроме того, высокая степень наполнения композиции-прототипа отрицательно сказывается на технологичности композиции, что в свою очередь затрудняет ее применение в приборной технике и микроэлектронике.

Представленная токопроводящая клеевая композиция, обладая хорошей технологичностью, высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, обеспечивает надежность клеевых соединений в приборной технике и микроэлектронике.

1. Токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и электропроводящий наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы она содержит азотсодержащую эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид, в качестве электропроводящего наполнителя - никель карбонильный, и дополнительно содержит эпоксидную алифатическую смолу, органический растворитель и (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

азотсодержащая эпоксидная смола	100
эпоксидная алифатическая смола	15-25
указанный отвердитель	40-80
(трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или
смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и
β-аминоизопропилтриэтоксисилана	0,5-2,5
органический растворитель	15-25
никель карбонильный	416-475

2. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве азотсодержащей эпоксидной смолы она содержит продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина или продукт конденсации анилина и эпихлогидрина.

3. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной алифатической смолы она содержит продукты конденсации многоатомных спиртов и эпихлоргидрина.

4. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкомолекулярного полиамида она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с диамеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или с синтетическими жирными кислотами льняного масла.

5. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве органического растворителя она содержит ацетон, диацетоновый спирт или изопропиловый спирт.