Клеящий компаунд

3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с .ле дл"цТлп-д;ру, Союз Советски кСоциалистическихРеспублик 1763427 д-ву 1 23 - 05 5 )М. Кл,3 С 09 1 3/(72) Авторы изобретения цов и Г. С. Тюрин) Заявител ОМПА ф (54) КЛЕ еящим материа.обладающим лко испе сный по д сть)етения является возмоиспользования компаундермойластичности.игается тем,эпоксидную дий теплопровополнительно содержит атно ышение е но дныианифоль ель 61) Дополнительное к авт.22) Заявлено 01,06,76 ( Изобретение относится к кллам специального назначения,особыми свойствами и применяемым в частности в тепло- и электронной технике при изготов.ленин пленочных микросхем.Известны композиции (компаунды) на ос.нове отверждаемых смол с тепло-электропро.водным наполнителем. Так, известен теплопроводный герметизируюший компаунд, которыйсодержит эпоксидную смолу отвердитель инаполнитель в количестве 200 - 250 вес.ч, на10100 вес.ч, смолы, причем в качестве тепло.проводного налолнителя берут синтетическийпорошкообразный алмаз (1) .15Недостатком известного компаунда являет.ся то, что эпоксидная смола при нагреве отверждается, и компаунд не может быть лов.торно использован.Наиболее близким из известных к предлагаемому по технической сушности и достигаемому результату является клеящий компаунд,включающий эпоксидную диановую смолу,полифункциональный отвердитель, и теплопро. воднын наполнитель - ме д р Ршок золота 12),Недостатками этого компаунда являются:- Однократность применения, посколькутермохимическое отверждение приводит кпространственной трехмерной сшивке цепейэпоксидной смолы с образованием неплавкого(термореактивного) материала.- Нетермопластичность композиции, следст.вием чего является неремонтноспособностьклеевого соединения. При необходимости за.мены, например распыляемой мишени, приходится заменять весь узел вместе с дорогостоящим теплоотводом,- Дефицитность. н высокая стоимостьиспользуемого теплоэлектропроводного наполнителя (серебра ,Целью изобржно Поставленная цель дост омпаунд, включающий763427 45 при следующем соотношении компонентов,об. %:Эпоксидная диановаясмесь 20-60Канифоль 13 5Порошкообразныйтеплопроводный наполнитель ОсталъноеПолученный компаунд, твердый при ком.натной температуре, достаточно термопластич.ный и имеет температуру перехода в пластичное состояние 40 - 70 С в зависимости от со.держания смолы и модификатора, Компаундпереходит в жидкотекучее состояние при60 - 95 С, причем при дальнейшем нагреверасплава вплоть до 200 С не наблюдаетсянеобратимого отверждения композиции,Свойство термопластичности обуславливаетремонтопригодность соединения и дает возможность использовать слой компаунда междусоединенными деталями многократно. Принеобходимости, соединенйые с помощью предлагаемого компаунда детали легко разъединяются при подогреве до температуры, вышетемпературы размягчения компаунда. Температура размягчения определяет и верхнийтемпературный предел использования слоя.Приклейка осуществляется расплавленнойкомпозицией, текучесть которой обеспечиваетзаполнение зазора между соединяемыми дета.лями, а также дефектов соединяемых поверхностей (раковин и т,п.), что позволяетполучать совершенный тепловой контакт инадежную фиксацию при застывании компа.унда. Особо перспективно использование термопластичного компаунда в условиях принудительного охлаждения одной из соединяемыхдеталей.Приготовление компаунда заключается всплавлении эпоксидной смолы с модификато Ором при температуре до 200 С в течение3 - 4 ч и последующим введением в полученныйгомогенный расплав при перемешивании тон.. кого порошка наполнителя, В качестве эпоксидной составляющей пригодны эпоксидныесмолы среднего молекулярного веса (600 -6000), Использование твердых эпоксидныхсмол и увеличение относительного содержаниямодификатора позволяют получать компаундс более высокой температурой размягчения,50Установлено, что содержание модификаторав связующем должно быть в пределах 1:2 -1:1 (по весу) по отношению к эпоксиднойсмоле, При увеличении относительного количества модификатора сверх 1:1 заметно уменьшается, как эластичность, так, и адгезия связующего. Увеличение содержания эпоксиднойсмолы до более 2:1 приводит к снижениютемпературы размягчения. 4Для каждого нацолнитсля наилучшая теплопроводность клеящсго слоя досгигается при контактировании частиц наполнителя между собой. При этом связующее занимает пустоты между частицами. Таким образом, количество связующего в об,% должно соответствовать пористости (порозности) исходного порошко. образного наполнителя. В предельном случае она не должна превышать общего объема пор исходного порошкообразного наполнителя более, чем на 10%.Избыточное количество связующего в компаунде приводит к снижению теплопроводности компаундаПри количестве связующего, меньшем (или равном) объему пор наполнителя, композиция практически теряет свойства жидкотекучести, Пористость порошков, в том числе и содержащих частицы микронных размеров, колеблется в пределах 50 - 85%. Она зависит от формы частиц и гранулометрического состава порошка и определяется по формуле=(1- Ъ/д) ос1гдеи д (Г/см ) - насыпной вес порошка и плотность компактного материала наполнителя. В качестве теплопроводного наполнйтеля пригодны порошки металлов (алюминий, медь, вольфрам), полупроводников (кремний) и некоторых диэлектриков (окись бериллия, окись алюминия и др.). Оптимальное превышение объемного количества связующего над порозностью наполнителя находится в пределах 2 - 7 об.% при этом .достигается высокая тецлопроводность и сохраняется достаточная жидкотекучесть композиции, Для достижения максимальной теплопроводности в качестве налолнителя целесообразно использовать материал с высоким коэффициентом теплопроводности (например медь вольфрам) в виде порошка с возможно меньшей порозностью (35 - 55%). Последнее достижимо при условии использовании полидисперсных порошков определенного гранулометрического состава,При этом применение порошков с преиму. щественно сферическими частицами обеспечивает требуемую жидкотекучесть.П р и м е р 1, Для приготовления компаунда используют следующие материалы:- смола эпоксидно-диановая марки ЭД, ЭДили ЭД, ГОСТ 10587 - 72 (плотность 1,17 г/ем, молекулярная масса 390 - 620);- канифоль сосновая, марки А высшей категории качества, ГОСТ 19113 - 73 (плотность 1,15, температура размягчения 69 С);- медный порошок марки ПМС - 2 ГОСТ 4960 - 68 (насыпной вес 2,4 г/см, крупнос 1 ь 0,045 мм, форма частиц дендритная).763427 6ляет 73 об.%. Количество связующего в компаунде, выбранное нз условия заполнения всех пор порошкообразного наполнителя и некоторого избытка для придания компаунду достаточной жидкотекучести 79%. Состав компаун- соФР да приведен в табл. 1. Таблица 1 Состав Эпоксидная смола 20,0 47,0 32,0 13,0 Канифоль 67,0 21,0 Медный порошок В качестве термопластичного связующегоэтого компаунда использована композиция,в которой соотношение между эпоксидной смолой и канифолью равно 1,5:1.2Порядок приготовления компаунда следую.щий.В эпоксидную смолу, нагретую до 100 -120 С, вводят порциями при непрерывномперемешивании навеску порошкообразной канифоли. После сплавления, доводят температуру расплава до 150 - 170 С и производят гомогенизирующую выдержку при этой температуреи периодическом перемешивании в течениели 4 ч,35В готовое связующее вводят навеску медного порошка и перемешивают, тщательно растирая полученную массу, до достижения полнойоднородности.После остывания до комнатной температурыготовый компаунд представляет собой твердуюоднородную массу красно-коричневого цвета,по внешнему виду напоминающему сургуч.Он переходит в жидкое состояние при 60 -80 С, обладает хорошей жидкотекучестью, 4необходимой для заполнения всех неровностейи углублений (раковнн) на соединяемых поверхностях, имеет высокую адгезию к металличес.ким поверхностям. При затвердевании компаунд практически не изменяет свой объем(не дает усадки),Коэффициент теплопроводности компаундаданного состава равен (6 - 8)ф 10 ":кал ссмеград,Теплопроводный компаунд; полученный всоответствии с данным примером, испытываютИв условиях передачи тепла в вакууме от сильнонагреваемой детали (распыляемой мишени) кинтенсивио охлаждаемому теплоотводу (в установке ионного распыления). 5Порозность медного порошка ПМС - 2,подсчитанная по формулеВ=(1 - Цс 1) 1 оо,где2,4 г/см, а с = 8,9 г/см,На отечественной установке для получения тонких пленок в вакууме методом ионного распыления металлической мишени последнюю прикрепляют в водоохлаждаемому столику (теплоотводу) механическим прижимом. Между контактирующими поверхностями в этом случае существует определенный зазор, обусловленный неровностью поверхностей или наличием на них углублений (раковин, развитой пористое. ти). При пониженном давлении тепловое со. противление такого зазора достаточно велико, а отвод тепла, выделяющегося на распыляемой поверхности мишени при ее бомбардировке ускоренными ионами аргона, незначителен. Вследствие этого распыляемая поверхность мишени разогревается до температуры, достигающей в среднем 400 - 600 С. На этой поверхности, кроме того, возникают участки ("горячие пятна ), температура которых значительно превышает среднюю. Все это неблагоприятно сказывается на воспроизводимости результатов напыления, дефектности получаемых пленок, сроке службы мишеней.Заполнение зазора между распыляемой мишенью и водоохлаждаемым теплоотводящим столиком предлагаемым теплопроводным компаундом оказалось весьма эффективным. Теплопроводный компаунд наносят в жидком состоянии на подогретые до 80 - 1 ЮС соеди. няемые поверхности мишени и столика равным, тонким (н 0,5 мм) слоем, заполняющим все углубления, Затем соединяемые поверхности притирают друг к другу, после чего мишень плотно прижимают к столику с помощью нажимного кольца и винтов. Выдавленный из зазора 1 сомпаунд удаляют скребком и тканевой салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном.7 763427Крепление распыляемой мишени при помошипредлагаемого компаунда испытывают в усло.виях нанесения железоокисных максируюшихслоев фотошаблонов методом ионного распы.пения железной мишени в атмосфере аргона,содержащей до 50% кислорода.После распыления стальной мишени диаметром 165 мм и толщиной 5 - 12 мм в электрическом режиме (напряжение 2,4 кВ, ионныйток на мишень 420 - 430 мА), при которомна мишени в течение 2 - 3 ч непрерывно выде.ляется мощность порядка 1000 Вт, на распыляе.мой поверхности приклеенной мишени отсутствовали какие-либо признаки окисленияили существования горячих пятен,5Аналогичные мишени, но не приклеенныек теплоотводу с помощью компаунда, оказывались полностью окисленными с поверхности,покоробленными и непригодными к дальнейшейэксплуатации уже после 1 ч распыления в ука.занных условиях.Газоотделение твердого компаунда в условиях эксплуатации весьма невелико (фъ 8 ф10нсДг при 25 С) и не отражается навакуумных характеристиках напылительнойустановки.Весьма важным свойством нового компаун.да является его термопластичность, благодаря Порозность субмикронного порошка окиси алюминия, подсчитанная по формуле, приведенз ной в примере 1, при эначениях = 0,6 гаем и А = 3,9 г/см составляет 85%.Количество связующего в компаунде, выбранное из условия заполнения всех пор свободнолежащего наполнителя и небольшого ( 5 об,%) избытка для придания компаунду достаточной жидкотекучести, 90 об.%,Состав компаунда приведен в табл. 2.Таблица 2 Состав 48,5 24,5 27,0 Эпоксидная смола Канифоль Порошок окис 60,0 30,0 10,0 и алюми денл аетреходае высо.и, чем и температуре охю диэлектрического ного состава обладапрочностью (пробив превьпиает льно невысоком примененым45 ягчения исполь ненты компаунда ующим и наполнитее 2. ден в табл. 3.лее охл Сост Эпоксидная смола КанифольПорошок окиси алюминия 45,0 45,0 10,0 36,536,5 . 27,0 Компаунд с таким связующим облад несколько пониженной температурой пе в жидкое состояние (50-70 С) и боле кой пластичностью в твердом состояни состав по примеру 1,Методика пригот в ния, этого компаунд в примере 1,Ввиду пониженной температуры разм(40-50 С), соединение, выполненное с зованием данного состава компаунда, б чувствительно к интенсивности водногокоторой соединение ремонтноспособно: при необходимости мишень легко снимается послео подогрева столика с мишенью до 60 - 80 С, Клеевой слой (при условии сохранения его чистоты) может быть использован многократно, а при необходимости легко и полностью удаляется с поверхности путем растворения ацетоном.П р и м е р 2. Для приготовления компаунда используют связующее того же состава, что в примере 1 порошок окиси алюминия (о =А 120 з) с крупностью частиц, в среднем 0,2 - 0,6 мкм, с формой частиц, близкой к сферической, насыпной вес дф 0,6 г/см,Соотношение между количествами эпоксидной смолы и канифоли в связующем равно 2:1. ия столика-теплоотводааждающей воды.Благодаря использованинаполнителя компаунд данет высокой электрическойное напряжение при 25 С0,15 ю 10 В/см) и сравнитетенлопроводностью.Л р н м.е р 3, Компои соотношение между связлем те же; что и в примерСостав компаунда приве1 аблица 376 Таблица 4 Состав Эпоксидная смол 2,7 1,3 ани о льфрамовый порошок 1Несмотря аллическо го ферической рошка облсуд По рабочим не уступает ичен, обладна весьма высокое содержание ме- З 5 (16 - наполнителя, компаунд благодаря троп форме частиц вольфрамового поает хорошей жидкотекучестью. П характеристикам этот компаунд . и со составу по примеру 1, термоплас лем ает высокой теплопроводностью Со блица Состав 2 Эпоксидная смолаКанифольВольфрамовый порошок 2,0 96,0 В этой композиции соотношение междуколичествами эпоксидной смолы и канифолив составе связующего составляет 1:1. Благодаря этому, температура перехода ком. паунда в жидкое состояние повышается до 75 - 95 С. При нагреве до плавления этот сос. тав обладает хорошей жидкотекучестью, однако при затвердевании обнаруживается небольшая усадка, а в твердом состоянии компаунд хрупок. Застывший компаунд легко отделяет. ся от гладких соединяемых поверхностей. Результаты испытаний удовлетворительные, хотя соединение несколько менее надежно, чем в примере 2.П р и м е р 4. Для приготовления компаунда используют связующее того же состава,3427 10что в примере 2 (2:1), порошок вольфрамасферический полидисперсный по ТУ 11Яе 0.021.023 - 72 (размеры частиц 11 - 35 мкм);и порошок вольфрама сферический фракцииМ по ТУ 11 Яе 0.021.023 - 72 (размеры частиц4 - 6 мкм).Для получения порошкообразного наполните.ля с малой порозностью и, следовательно, достижения большей теплопроводности компауцца, 10 готовят смесь полидисперсного вольфрамовогопорошка и порошка фракции М в соотношении65:35. Йасыпной вес такой смеси 12,6 г/см,т.е. порозность 35%. Для заполнения всех пустоти придания компаунду хорошей жидкотеку чести количество связующего берется несколько превышающим объем пор: 40 об.%.Состав компаунда приведен в табл, 4. 18)" 10кал/с, см. С) и, хорошей элероводностью. р и м е р 5. Компоненты компаундатношение между связующим и наполнитете же, что в примере 4,став компаунда приведен в табл. 5.Остальное 1, Авторское свидетельство СССР У 306161,кл. С 09 1 3/16, 1969.2, Патент США Яф 2774747, кл. 250 - 421,опублик. 1969 (прототип). Формула изобр етения 15Клеящий компаунд, включающий эпоксиднуюдиановую смолу и порошкообразный теплопроСоставитель В. ЬалгинТехред Ж. Кастелевич Редактор Л. Емельянова Корректор Г, Назарова Заказ 6229/24 Тираж 725 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 11 763427)В этой композиции соотношение между коли- водный наполнитель, о т л и ч а ю щ и йчествами эпоксидной смолы и канифоли в сос. с я тем, что, с целью возможности многократтаве связующего равно 1:1. Благодаря высо- ного использования компаунда и повышения кому содержанию металлического наполнителя его термопластичности, он дополнительно со. компаунд обладает хорошей теплопроводностью держит канифоль при следующем соотношении5и электропроводностью; остальные характерис компонентов, об.%: тики те же, что у состава по примеру 3, Эпоксидная диановая смола 20 - 60Таким образом, предлагаемый клеящий Канифоль 13-45 компаунд имеет высокую термопластичность, Порошкообразный тепло- а возможность его многократного использования 111 проводный наполнитель обеспечивает экономический эффект. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе