ТОКОПРОВОДЯЩАЯ КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2007 года по МПК H01B3/40 C09J163/10 

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 смола10,5-11,5Отвердитель4,0-10,03-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир2,5-10,0Электропроводящий наполнитель68,5-83,0

(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 смола100эпоксидная алифатическая смола15-25указанный отвердитель40-80(трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана0,5-2,5органический растворитель15-25никель карбонильный416-475

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 компонентовСостав, масс.ч., по примерам:Прототип12345Смола эпоксидная азотсодержащая: продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина100-100--продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина-100---Смола эпоксидная диановая:     ЭД-20---100-ЭД-16----100Смола эпоксидная алифатическая: продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином25-20--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 масла80---38,1продукт конденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами электрохимического синтеза-40---Органический растворитель:     ацетон25----диацетоновый спирт-15-  изопропиловый спирт--20  Ускоритель:     2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол-2,5---смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана1,5-0,5--Порошок никеля карбонильного475416420596,7-Порошок никеля электролитического----790,53-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир---87,023,8

Таблица 2.ПоказателиПредлагаемая токопроводящая композиция по примерамПрототип12345Прочность при сдвиге, кгс/см², при температуре     20°С латунь-латунь158162153112111сталь-сталь197193198116113100°С лат.-лат.1021071068975сталь-сталь1251301329280150°С лат.-лат.5552514022сталь-сталь6365644324Удельное объемное электросопротивление, Ом·м1,2·10^-51,4·10^-51,3·10^-51,2·10^-51,4·10^-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.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к токопроводящим клеевым композициям на основе эпоксидных смол, которые обладают высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, предназначенных для использования в приборной технике и микроэлектронике. Токопроводящая клеевая композиция включает, в мас.ч.: азотсодержащую эпоксидную смолу 100, отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид - 40-80, электропроводящий наполнитель - никель карбонильный - 416-475, эпоксидную алифатическую смолу - 15-25, органический растворитель - 15-25 и (трис-2,4,6-диметиламинометил) фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана - 0,5-2,5. Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

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 смола100эпоксидная алифатическая смола15-25указанный отвердитель40-80(трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана0,5-2,5органический растворитель15-25никель карбонильный416-475