一种高耐热硅凝胶及其制备方法与流程

本发明涉及硅凝胶技术领域，特别是涉及一种高耐热硅凝胶及其制备方法。

背景技术：

随着国家“新基建”政策的发布，一个5g的时代加速向我们走来，在5g时代，大量的大功率半导体模块将被投入使用，硅凝胶作为一种至关重要的封装材料，受到越来越高的关注。硅凝胶是由有机硅氧烷通过交联反应获得的高分子材料，特殊的分子结构赋予了它优异的耐候性、耐热性、电气绝缘性、低应力、低弹性模量、透明，非常适合作为绝缘栅双极型晶体管(igbt)的封装材料。

半导体模块的功率越来越高，产生的热量也越来越高，对于硅凝胶耐热性能的要求也越来越高。现在提高硅凝胶耐热性能的方法主要有加入金属氧化物作为填料、使用苯基硅油、苯基耐热剂等方法，金属氧化物会影响透明性和粘度，而仅仅使用苯基硅油、苯基耐热剂对于耐热性提高有限，如专利cn107573696a使用苯基硅油、专利cn110746783a引入poss结构、cn109575873a使用苯基耐热剂来提高硅凝胶的耐热性能，其所制备得到的耐高温硅凝胶的耐受温度普遍在200℃附近，最高220℃，已不满足如今更高功率igbt的要求，使用过程中会变硬、产生裂纹，影响igbt的使用寿命。在200℃以上，耐热能力每提高10℃都是质变，因此，获得更高耐热性的硅凝胶是5g时代的迫切需求。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于提供一种高耐热硅凝胶。该高耐热硅凝胶能长时间耐受高于250℃的温度。

具体技术方案如下：

一种高耐热硅凝胶，以重量份计，由包括以下组分的原料制备而成：

所述含乙烯基的羧酸盐为含乙烯基的羧酸镍和/或含乙烯基的羧酸铌。

在其中一些实施例中，以重量份计，所述高耐热硅凝胶由包括以下组分的原料制备而成：

在其中一些实施例中，以重量份计，所述高耐热硅凝胶由包括以下组分的原料制备而成：

在其中一些实施例中，所述含乙烯基的羧酸盐的重量份为0.01～0.1份。

在其中一些实施例中，所述含乙烯基的羧酸镍的分子结构式为(ch2＝ch(ch2)ncoo)2ni；所述含乙烯基的羧酸铌的分子结构为(ch2＝ch(ch2)ncoo)4nb；n为1～22之间的正整数。

在其中一些实施例中，n为4～20之间的正整数。

在其中一些实施例中，n为10～14之间的正整数。

在其中一些实施例中，所述乙烯基硅油由含苯基的单端乙烯基硅油和含苯基的双端乙烯基硅油组成；所述含苯基的单端乙烯基硅油的结构式如下：

所述含苯基的双端乙烯基硅油的结构式如下：

所述含苯基的单端乙烯基硅油的粘度为500～5000，苯基含量为2～45mol％，乙烯基含量为0.03～0.12mmol/g；所述含苯基的双端乙烯基硅油的粘度为500～7000cst，苯基含量为2～45mol％，乙烯基含量为0.05～0.20mmol/g。

在其中一些实施例中，所述含苯基的单端乙烯基硅油的粘度为1500～2500，苯基含量为3～4mol％，乙烯基含量为0.05～0.10mmol/g；所述含苯基的双端乙烯基硅油的粘度为800～1200cst，苯基含量为3～4mol％，乙烯基含量为0.10～0.18mmol/g。

在其中一些实施例中，所述含苯基的双端乙烯基硅油和所述含苯基的单端乙烯基硅油的质量比为10～1：1。

在其中一些实施例中，所述含苯基的双端乙烯基硅油和所述含苯基的单端乙烯基硅油的质量比为3～5：1。

在其中一些实施例中，所述端含氢硅油为含苯基的端含氢硅油，其结构式如下：

所述含苯基的端含氢硅油的粘度为10～1000cst，苯基含量为3～15mol％，含氢量为0.1～2mmol/g。

在其中一些实施例中，所述含苯基的端含氢硅油的粘度为700～900cst，苯基含量为6～8mol％，含氢量为0.15～0.2mmol/g。

在其中一些实施例中，所述侧含氢硅油为含苯基的侧含氢硅油，其结构式如下：

所述含苯基的侧含氢硅油的粘度为2.5～600cst，苯基含量为3～10mol％，含氢量为2.85～9.8mmol/g。

在其中一些实施例中，所述含苯基的侧含氢硅油的粘度为300～500cst，苯基含量为4～6mol％，含氢量为2.85～4mmol/g。

在其中一些实施例中，所述催化剂为铂金催化剂。

在其中一些实施例中，所述抑制剂为炔醇类化合物。

在其中一些实施例中，所述炔醇类化合物为乙炔环己醇或甲基丁炔醇。

本发明还提供了上述的高耐热硅凝胶的制备方法。

具体技术方案如下：

一种上述的高耐热硅凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)将所述催化剂和含乙烯基的羧酸盐混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将所述乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌15～30min，得到未固化的样胶，将所述未固化的样胶在115～125℃下烘20～30min，即得所述高耐热硅凝胶。

随着半导体模块的功率越来越高，电路热循环过程产生的热量越来越高，常规的硅凝胶在使用过程中会不断变硬、产生裂纹，应力越来越高，从而会破坏电路。本发明的发明人发现，在硅凝胶的原料配方中引入含乙烯基的羧酸铌和/或含乙烯基的羧酸镍，其在加成反应过程中会接枝到凝胶大分子上，可以提高整个大分子的高温稳定性，可以大大提高硅凝胶的耐高温性能。进一步地，本发明以特定配比的乙烯基硅油、端含氢硅油和侧含氢硅油为基础，配合添加含乙烯基的羧酸镍和/或含乙烯基的羧酸铌，在催化剂和抑制剂的存在下，制备得到了耐高温的硅凝胶。

本发明的耐高温的硅凝胶耐热性能优异，解决了现有硅凝胶不能满足大功率igbt使用需求的问题。以本发明所述的上述组分为原料，以非常简单的制备工艺即可获得能长时间耐受250℃高温的硅凝胶，该硅凝胶在250℃下烘1000h仍能保持针入度不下降，不硬化，不会有裂纹，保持透明，同时具有优异的电绝缘性，能稳定的应用于大功率igbt领域。

通过进一步优选含乙烯基的羧酸镍和/或含乙烯基的羧酸铌、乙烯基硅油、端含氢硅油和侧含氢硅油的具体种类(分子结构)以及其用量，进一步优化其配方组成，可以使所得耐高温硅凝胶具有更优异的耐高温和电绝缘性能。

具体实施方式

本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。

本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。

在本发明中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”、“及/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以下结合具体实施例来详细说明本发明。

以下实施例中的粘度是指在25℃下的粘度。

实施例1

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸镍分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)2ni。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸镍混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例2

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸镍分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)2ni。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸镍混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例3

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸镍分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)2ni。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸镍混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例4

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸镍分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)2ni。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸镍混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例5

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸铌分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)4nb。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸铌混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例6

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸铌分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)4nb。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸铌混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例7

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸铌分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)4nb。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸铌混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

实施例8

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂；

其中，含乙烯基的羧酸铌分子式为(ch2＝ch(ch2)12coo)4nb。

制备方法包括以下步骤：

1)将催化剂和含乙烯基的羧酸铌混合，搅拌均匀，得a组分；

2)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将a组分和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

对比例1

一种高耐热硅凝胶，其配方由以下重量份的原料组成：

其中，单端乙烯基硅油的粘度为2000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.08mmols/g，结构式如下所示：

其中，双端乙烯基硅油的粘度为1000cst，苯基含量为3mol％，乙烯基含量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，端含氢硅油的粘度为800cst，苯基含量为7mol％，含氢量为0.16mmols/g，结构式如下所示：

其中，侧含氢硅油的粘度为400cst，苯基含量为5mol％，含氢量为3mmols/g，结构式如下所示：

其中，抑制剂为乙炔环己醇；

其中，催化剂为3200ppm的铂金催化剂。

制备方法包括以下步骤：

1)将单端乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、端含氢硅油、侧含氢硅油和抑制剂混合，搅拌均匀，得b组分；

3)将催化剂和b组分依次投入到搅拌釜中，抽真空，搅拌20min，得到未固化的样胶，在120℃下烘20min，即得到固化的硅凝胶。

对实施例1～8和对比例1制备的高耐热硅凝胶进行性能测试，测试标准为《gb/t1692-2008》和《gb/t4509-2010》以及目测的方式。测试结果如下表所示。

由上表所示测试结果可以看到，随着含乙烯基的羧酸镍/羧酸铌的引入，硅凝胶在250℃下长时间热处理，其针入度保持较好，不会明显变硬，且无开裂现象，表现出较好的耐高温性能，并且具有较好的绝缘性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除