專利名稱：導(dǎo)磁性膠水及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有導(dǎo)磁性的膠水及其應(yīng)用，具體地涉及一種能夠在磁芯縫隙粘結(jié)中使用并且能夠獲得更好磁導(dǎo)率特性和可靠的粘結(jié)強(qiáng)度的膠水，以及該膠水在磁芯縫隙粘結(jié)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著高速通信和電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于精制電源的需求已經(jīng)成為了支持更高速度集成電路的關(guān)鍵并且是支持更強(qiáng)功能的芯片的關(guān)鍵。二次電源可以滿足精制電源的要求，其具有小的尺寸，能夠供給不同的電壓，提供具有良好的功率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定直流電。因此它被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備中。二次電源模塊由具有帶有繞線的磁芯和PCB板構(gòu)成。在電源模塊中使用的磁芯通常由鐵氧體材料Fe2O3-Mn-Zn構(gòu)成。
在電源模塊的形成過程中，通常需要采用膠水或粘合劑將兩個(gè)這樣的磁芯結(jié)合在一起，而且通常采用環(huán)氧膠水來粘結(jié)磁芯。然而，粘結(jié)得到的產(chǎn)品通常存在問題，例如通常導(dǎo)致磁通回路的磁通損耗比較大。原因在于在兩個(gè)鐵氧體磁芯之間存在磁芯縫隙。這樣的縫隙將對(duì)電源模塊產(chǎn)生巨大的磁阻，因?yàn)榭諝饣蚓酆衔锞哂写蟮拇抛?μ^接近于O)。磁場強(qiáng)度在跨過這兩個(gè)磁芯之間的氣隙時(shí)產(chǎn)生明顯的磁場強(qiáng)度降低。而且，磁阻將降低Lm值(電路的感應(yīng)系數(shù))。Lm值降低，將導(dǎo)致Im值(電流值)增加。隨著Im值增加，線圈的損耗將增加。這將影響二次電源模塊的效率，而二次電源的低效率將影響集成電路的正常工作。這樣，電源的能量不能滿足影響集成電路的要求，并且導(dǎo)致不能滿足系統(tǒng)要求。因此，需要開發(fā)一種具有更高鐵磁性質(zhì)的膠水進(jìn)行縫隙的填充，以極大地降低兩個(gè)芯部分之間的磁阻，減少磁通損耗，從而可以提高二次電源的效率，或者減少(或取消)打磨工藝來提高磁芯磁通量，從而提升變壓器的轉(zhuǎn)換效率等。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明人進(jìn)行了深入的研究之后，得到了一種能夠解決至少部分上述技術(shù)問題的導(dǎo)磁性膠水，從而完成了發(fā)明。為此，本發(fā)明提供了如下的幾個(gè)方面本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種導(dǎo)磁性膠水，其包含化學(xué)固化性膠水、磁性顆粒，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，磁性顆粒的填充量(重量百分比含量)不低于50%的總重量。這種膠水具有很好的導(dǎo)磁效果，因而在用于粘結(jié)磁芯縫隙時(shí)，能夠具有增大磁通效果的作用。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述導(dǎo)磁性膠水還包含納米分散添加劑，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，所述納米分散添加劑的加入量為O. 01%至不高于I %。本發(fā)明通過在膠水中添加納米分散添加劑，極大地改善了磁性顆粒在膠水中的分散效果。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種制備上述導(dǎo)磁性膠水的方法，包括將磁性顆粒和任選的納米分散添加劑添加到化學(xué)固化性膠水中并且混合均勻。本發(fā)明的再一個(gè)方面是提供一種上述導(dǎo)磁性膠水在磁芯縫隙粘結(jié)中的應(yīng)用。
本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水能夠在磁芯縫隙粘結(jié)中保持很好的粘結(jié)強(qiáng)度，而且導(dǎo)磁性能相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的膠水能夠得到極大增加，例如電感參數(shù)能夠提升20%。附圖
簡述圖I是可以在本發(fā)明中使用的磁性顆粒的商購產(chǎn)品DMR40和DMR95的SEM照片。圖2是可以在本發(fā)明中使用的SMN的微結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的膠水在磁性能測試和分析中獲得的三種可切割的固態(tài)克樣品原坯。圖4是本發(fā)明的膠水在磁性能測試和分析中使用的一次成型測試樣品。圖5是本發(fā)明的膠水在磁性能測試和分析中使用的測試系統(tǒng)構(gòu)建示意圖?！?br>
圖6是顯示本發(fā)明的膠水的磁導(dǎo)率測試結(jié)果，其中顯示了 50 %，70 %及80 %，85 %的粒子填充密度樣品的磁導(dǎo)率曲線。圖7是用于電感測試的實(shí)物樣品，其中繞線為20匝。圖8是顯示納米改性二氧化硅顆粒Silica SMN對(duì)改善高密度顆粒的分散效果的圖。圖9是顯示納米改性二氧化硅顆粒Silica SMN對(duì)改善高密度顆粒的分散效果的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種導(dǎo)磁性膠水，其包含化學(xué)固化性膠水和磁性顆粒，其中相對(duì)于導(dǎo)磁性膠水的總重量，磁性顆粒的填充量不低于50 %的總重量。在本發(fā)明中，磁性顆粒的填充量是指相對(duì)于導(dǎo)磁性膠水(包括化學(xué)固化性膠水、磁性顆粒和任選的其他組分)的總重量，磁性顆粒的重量百分比。本發(fā)明的磁性顆粒的填充量優(yōu)選不低于70%，更優(yōu)選不低于80%?？紤]到導(dǎo)磁性膠水的粘接強(qiáng)度和穩(wěn)定性，磁性顆粒的填充量優(yōu)選為95%以下，更優(yōu)選90%以下。在本發(fā)明中，所述的化學(xué)固化性膠水通常是指液態(tài)或者粘稠狀態(tài)下可以被應(yīng)用到兩種被粘接材料之間，隨后發(fā)生化學(xué)變化，從液態(tài)或者流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，產(chǎn)生粘接強(qiáng)度的膠水?？梢栽诒景l(fā)明中使用的化學(xué)固化性膠水的實(shí)例包括在固化后能夠產(chǎn)生一定粘接強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)膠，這樣的結(jié)構(gòu)膠包括但不限于丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠、環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠、聚氨酯型結(jié)構(gòu)膠等，優(yōu)選丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠和環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠，尤其優(yōu)選在儲(chǔ)存性能和使用時(shí)的快速固化性方面優(yōu)異的雙組分丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠和雙組分環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠。作為這樣的雙組分結(jié)構(gòu)膠的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例，可以舉出3M公司生產(chǎn)的雙組分丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠DP810、D818，以及雙組分環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠DP420、DP460等。在本發(fā)明中，術(shù)語“丙烯酸膠體”和“丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠”是可以交替使用的。在本發(fā)明中，磁性顆粒通常是指具有磁性的顆?；虼欧?，因此，在下文中，磁性顆粒有時(shí)也被稱作磁粉?？梢栽诒景l(fā)明中使用的磁性顆粒優(yōu)選具有高磁導(dǎo)率值，例如在IOKHz下，具有1500以上的高磁導(dǎo)率值。另外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了使得磁性顆粒能夠均勻地分散在化學(xué)固化性膠水中以獲得高的填充量，磁性顆粒需要具有一定的大小和形狀，其中球形顆粒是最優(yōu)選的，并且優(yōu)選D50 (中位粒徑)在2 50微米范圍內(nèi)，最大粒徑不超過80微米。從滿足上述要求的角度考慮，Mn-Zn鐵氧體磁性顆粒，Ni-Zn鐵氧體顆粒，鐵硅鋁粉末和FeCuNbSiB粉末等是優(yōu)選的，其代表性的商購產(chǎn)品的實(shí)例可以是橫店東磁集團(tuán)公司的DMR40和DMR95。這兩種磁性顆?？梢詥为?dú)使用或者組合使用。雖然可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇本發(fā)明的化學(xué)固化性膠水和磁性顆粒來獲得具有高填充量，因而具有高導(dǎo)磁效果的導(dǎo)磁性膠水，但是，在具有非常高的填充量，例如70%甚至80%以上時(shí),常規(guī)的聚合物充填技術(shù)(polymerpack technology)常常會(huì)遇到不能實(shí)現(xiàn)良好的磁粉分布效果的問題。因此，發(fā)明人對(duì)于如何改善磁性顆粒在膠水中的分散效果進(jìn)行了深入研究，并且發(fā)現(xiàn)可以通過在膠水中添加納米分散添加劑改善磁性顆粒在膠水中的分散效果。因此，本發(fā)明的另一方面還提供了一種性能得到進(jìn)一步改善的導(dǎo)磁性膠水，這種膠水包含化學(xué)固化性膠水、磁性顆粒和納米分散添加劑，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，所述納米分散添加劑的加入量為O. 01%至不高于1%，優(yōu)選O. I 0.8%，更優(yōu)選
O.4 O. 6%。盡管不愿拘于任何理論，據(jù)信本發(fā)明的所述納米分散添加劑附著于磁性顆粒的表面上，從而改變了磁性顆粒的表面狀態(tài)，使得磁性顆粒更易均勻分散在化學(xué)固化性膠水中。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)更佳的分散效果，尤其是在高粘度混合料的情況下，需要將納米分散添加劑的尺寸控制在被改善顆粒尺寸的1/5000內(nèi)。在本發(fā)明中，磁性顆粒的D50優(yōu)選為2 50微米，因此，納米分散添加劑的尺寸可以為O. 4 10nm，考慮到實(shí)際可得的納米分散添加劑，優(yōu)選其平均尺寸為I 10nm。在本發(fā)明的納米分散添加劑中，優(yōu)選納米二氧化硅粉末。但常規(guī)方法制造的納米二氧化硅，粒度多在幾十納米以上，分散效果不佳，且對(duì)高粘度的混合料的改善效果不明顯。對(duì)此，發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅粉的表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后，可以呈現(xiàn)低表面能特性，為球型，并且其尺寸可以被控制2 IOnm范圍內(nèi)，從而滿足在被改善顆粒尺寸的1/5000內(nèi)的條件。能夠在本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水中使用的納米分散添加劑的一個(gè)實(shí)例是3M公司的Silica SMN。這是一種納米二氧化娃表面改性顆粒。這種納米二氧化娃表面改性顆粒是采用了硅烷偶聯(lián)劑包覆處理，處理后的顆粒呈現(xiàn)低表面能特性，近似球型，平均粒徑在2納米到10納米范圍內(nèi)，最佳尺寸在5nm左右,其中一個(gè)75納米的顆粒相當(dāng)于3500顆5納米的顆粒的體積，I個(gè)5微米的顆粒相當(dāng)于IO9個(gè)5納米顆粒的體積，其在大顆粒表層彼此之間起到潤滑減低摩擦作用，經(jīng)過處理的顆粒通常會(huì)帶同種電性，之間具有相互的斥力，其可以降低顆粒和顆粒間的摩擦系數(shù)，起到提高流動(dòng)性作用。圖9示意性地顯示了 Silica SMN對(duì)改善高密度顆粒的分散效果。在本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水的制備過程中，各個(gè)組分的添加順序沒有特別的限制。通常在室溫條件下，將需要量的磁性顆粒和任選的需要量的納米分散添加劑添加到化學(xué)固化性膠水中，然后混合均勻，即可獲得本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水。需要指出的是，在化學(xué)固化性膠水是雙組分型結(jié)構(gòu)膠的情況下，可以預(yù)先將磁性顆粒(以及任選的納米分散添加劑)分別添加到組分型結(jié)構(gòu)膠的兩種組分中。本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水可以應(yīng)用于各種需要導(dǎo)磁性的應(yīng)用中，特別適宜用于在磁芯縫隙粘結(jié)中應(yīng)用。
本發(fā)明的磁芯縫隙粘結(jié)中的磁芯可以是二次電源模塊中使用的磁芯，其可以帶有繞線，并且優(yōu)選由鐵氧體材料構(gòu)成。實(shí)施例在以下實(shí)施例中作為化學(xué)固化性膠水、磁性顆粒、納米分散添加劑使用的原料描述如下。I. Mn-Zn 鐵氧體粉末 DMR40 和 DMR95DMR40和DMR95是橫店東磁集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)的Mn-Zn鐵氧體粉體牌號(hào)。表I給出了 DMR40和DMR95的典型磁性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)磁性膠水，其包含化學(xué)固化性膠水和磁性顆粒，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，磁性顆粒的重量百分含量不低于50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述磁性顆粒的重量百分含量不低于70%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述磁性顆粒的重量百分含量不低于80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述化學(xué)固化性膠水選自丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠、環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠和聚氨酯型結(jié)構(gòu)膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述化學(xué)固化性膠水是雙組分丙烯酸酯型結(jié)構(gòu)膠或者雙組分環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述磁性顆粒選自D50在2 50微米、最大粒徑不超過80微米，并且在IOKHz下具有1500以上的高磁導(dǎo)率的球型顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述磁性顆粒選自Mn-Zn鐵氧體磁性顆粒，Ni-Zn鐵氧體顆粒，鐵硅鋁粉末和FeCuNbSiB粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述磁性顆粒是至少一種Mn-Zn鐵氧體磁性顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述導(dǎo)磁性膠水還包含納米分散添加劑，并且相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，所述納米分散添加劑的重量百分比為O.01 %至不高于I %。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述納米分散添加劑的重量百分比為O. I O. 8%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述納米分散添加劑的重量百分比為O.4 O. 6%。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述納米分散添加劑的平均尺寸在I IOnm范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)磁性膠水，所述納米分散添加劑是經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的納米二氧化硅粉。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的導(dǎo)磁性膠水，其中所述納米二氧化硅粉為球型，平均尺寸在2 IOnm范圍內(nèi)。
15.一種制備根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)磁性膠水的方法，所述方法包括將磁性顆粒和任選的納米分散添加劑添加到化學(xué)固化性膠水中并且混合均勻，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，磁性顆粒的重量百分含量不低于50%，并且所述納米分散添加劑的重量百分比為O. 01%至不高于1%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在化學(xué)固化性膠水是雙組分型結(jié)構(gòu)膠的情況下，將磁性顆粒和任選的納米分散添加劑分別添加到組分型結(jié)構(gòu)膠的兩種組分中。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)磁性膠水在磁芯縫隙粘結(jié)中的應(yīng)用。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的應(yīng)用，其中所述磁芯是二次電源模塊中使用的磁芯。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，其中所述磁芯帶有繞線。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，其中所述磁芯由鐵氧體材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及導(dǎo)磁性膠水及其應(yīng)用。本發(fā)明的導(dǎo)磁性膠水包含化學(xué)固化性膠水、磁性顆粒和任選的納米分散添加劑，其中相對(duì)于所述導(dǎo)磁性膠水的總重量，磁性顆粒的填充量不低于50％的總重量。這種高填充量的導(dǎo)磁性膠水具有很好的導(dǎo)磁效果，因而在用于粘結(jié)磁芯縫隙時(shí)，能夠具有增大磁通效果的作用。
文檔編號(hào)C09J163/00GK102942886SQ20121046440
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者劉偉德, 劉其林, 姜疆, 胡志鈞, 高飛 申請(qǐng)人:明尼蘇達(dá)礦業(yè)制造特殊材料(上海)有限公司