MASA ADHESIVA TERMOCONDUCTORA.

Masa adhesiva termoconductora con una masa polimérica y con partículas de óxido de aluminio,

donde la masa polimérica es una masa polimérica esencialmente sin disolvente con un polímero de base de elevado peso molecular a base de acrilato, donde el polímero de base presenta una masa molecular media Mw de al menos 500.000 g/mol, que se caracteriza por que las partículas de óxido de aluminio tienen más de un 95% en peso de alfa-alúmina.

Masa adhesiva termoconductora.

Esta invención se refiere a una masa adhesiva termoconductora de elevada cohesividad con una masa polimérica y con partículas de óxido de aluminio, donde la masa polimérica es una masa polimérica esencialmente sin disolvente, a base de acrilato, con un polímero de base de alto peso molecular, y se refiere también al uso de esta masa adhesiva termoconductora para la fabricación de un elemento plano termoconductor. Además la invención hace referencia a un elemento plano termoconductor con una masa adhesiva termoconductora así como a su utilización para el transporte del calor en los aparatos electrónicos. Finalmente la invención se refiere al uso de partículas de óxido de aluminio en una masa adhesiva y a un método para la fabricación de la masa o composición adhesiva.

En muchas aplicaciones de la tecnología tiene un importante papel la transmisión controlada del calor. Todas las cuestiones problemáticas elementales conciernen al transporte de la energía térmica (calor) de un lugar de elevada temperatura (fuente de calor) a un lugar de temperatura inferior (sumidero de calor) a consecuencia de una diferencia de temperatura (gradientes de temperatura) . Una posibilidad para la transmisión del calor es la conducción del calor; además también es posible una transmisión del calor en el ámbito de un proceso o fenómeno de circulación o flujo convectivo o bien en la forma de radiación calorífica.

Las fuentes de calor típicas son, por ejemplo, los componentes electrónicos, que en su funcionamiento desprenden calor, además de los elementos caloríficos de cualquier tipo así como recipientes en los cuales tiene lugar una reacción química exotérmica.

Los sumideros de calor típicos son los elementos refrigerantes (como, por ejemplo, cuerpos refrigerantes pasivos, combinaciones de refrigerador-ventilador, refrigerante de agua o elementos Peltier) así como los cuerpos que se deben calentar (por ejemplo, superficies recubiertas de hielo que se deben deshelar como canalones y superficies en el campo de la construcción de automóviles o bien de la aviación y de la astronáutica) .

Un problema típico es la descarga o derivación de la energía térmica, que se origina con motivo de las resistencias eléctricas de los componentes de una conexión electrónica como el denominado “calor por efecto Joule”. Un vaciado o purgado eficaz de la energía calorífica es realmente importante especialmente para los componentes semiconductores como las conexiones integradas, en los cuales un sobrecalentamiento puede tener como consecuencia la destrucción irreversible del componente; como sumideros de calor se emplean frecuentemente los elementos refrigerantes antes mencionados, que están conectados térmicamente al componente (fuente de calor) . Una unión conductora térmicamente de este tipo se consigue por medio de una capa intermedia, dispuesta entre la fuente de calor y el sumidero de calor y que mejora la transmisión del calor entre la fuente de calor y el sumidero de calor, de manera que se puede obtener una circulación térmica especialmente grande.

En general se emplean pastas conductoras del calor como capas intermedias. Estas se colocan sobre la superficie de los componentes y de los elementos refrigerantes. Estas pastas constan en gran parte de materiales fluidos, es decir de resinas o ceras de bajo peso molecular. Para incrementar la conductividad térmica a estos materiales matriz se añaden aditivos conductores del calor en cantidad suficiente. Este tipo de sistemas son normalmente altamente deformables, para adaptarse a la superficie de la fuente de calor así como a la superficie del sumidero de calor y garantizar con ello un contacto térmico amplio. Sin embargo, las pastas conductoras del calor no son capaces de compensar las fuerzas de tipo mecánico, de manera que además se requiere una fijación mecánica del sumidero de calor a la fuente de calor.

Para poder realizar una unión mecánica de la fuente de calor y del sumidero de calor, se prefiere el uso de sistemas adhesivos termoconductores. Estos presentan, en general, mezclas de polímeros con aditivos (los así llamados “compuestos poliméricos”) , que se adaptan en lo que se refiere a sus propiedades termoconductoras. Las mezclas poliméricas se preparan normalmente como sistemas adhesivos fluidos o sistemas adhesivos sensibles a la presión. Por medio de este tipo de mezclas poliméricas es especialmente sencillo poner en práctica un aislamiento eléctrico entre la fuente de calor y el sumidero de calor, necesario para muchas aplicaciones, en particular para el sector de la electrónica.

Sistemas adhesivos fluidos son, por ejemplo, todos aquellos líquidos o pastas adhesivas termoconductoras. En el caso de adhesivos líquidos se trata de adhesivos que se aplican inicialmente en forma líquida sobre la base de adherencia (imprimación, sustrato de adherencia) y luego se endurecen o solidifican in situ. Para la fabricación de adhesivos líquidos termoconductores se emplean sistemas de matrices poliméricas, que se endurecen química o físicamente (a consecuencia de una reacción de reticulación) , junto con aditivos termoconductores.

Sin embargo, en el caso de estos adhesivos líquidos termoconductores el inconveniente es que estos se dosifican de forma insatisfactoria y que estos además durante la unión de la fuente de calor y el sumidero de calor presentan un comportamiento fluido, que no se puede controlar de forma suficiente. Esto tiene como consecuencia que las capas intermedias resultantes no presentan ningún grosor homogéneo y que el material que sobra pueda fluir o aparecer por los cantos de la unión. Además también es una desventaja que la proporción de aditivos termoconductores deba ser relativamente alta en el adhesivo líquido termoconductor, con el fin de lograr una conductividad conductora suficientemente buena de la capa intermedia, lo que por otro lado reducirá considerablemente la resistencia de la unión del adhesivo líquido.

Los sistemas adhesivos sensibles a la presión se conocen, por ejemplo, como etiquetas adhesivas que se pegan por los dos lados, es decir algo así como una cinta o tira adhesiva. Estas presentan una estructura plana de al menos una composición adhesiva y pueden disponer de un soporte permanente o bien no tener soporte. Al utilizar sistemas adhesivos se pueden obtener determinadas capas intermedias, que a consecuencia de su fuerza adhesiva a la correspondiente imprimación, pueden transmitir y descargar fuerzas mecánicas que actúan sobre éstas, sin alterarlas. Sin embargo cuando se ha de conseguir una conductividad térmica especialmente elevada, ésta se obtiene también con sistemas adhesivos con un porcentaje de aditivos termoconductores elevado, lo que de nuevo da lugar a una disminución de la fuerza adhesiva y de la cohesión interna del sistema adhesivo.

Todavía más problemática es la disminución de la cohesión en general, cuando el sistema adhesivo además de una buena capacidad conductora debe estar aislado eléctricamente. En este caso no se emplean sustancias auxiliares especialmente buenas termoconductoras a base de metales como plata, oro, aluminio y cobre y uno se declina por el uso de materiales conductores no metálicos. No obstante, los materiales no metálicos presentan en general una capacidad termoconductora considerablemente inferior a la de los materiales metálicos, de manera que al utilizar materiales no metálicos la parte de aditivo debe ser superior para que en conjunto se pueda conseguir una capacidad termoconductora del sistema adhesivo comparable a la capacidad conductora de los materiales metálicos.

Como sustancias auxiliares termoconductoras no metálicas se emplean el óxido de aluminio (Al2O3) y el nitruro de boro (BN) . En general se prefiere el primero debido a la buena disponibilidad y a las condiciones económicas favorables en relación con la capacidad termoconductora que se consigue. Como materiales no metálicos típicos se pueden mencionar, por ejemplo, el dióxido de silicio (SiO2) , boruro de titanio (VI) (TiB2) , nitruro de silicio (Si3N4) , dióxido de titanio (TiO2) , óxido de magnesio (MgO) , óxido de níquel (II) (NiO) , óxidos de cobre (II) (CuO) y hierro (III) (Fe2O3) . Además se emplean una diversidad de otros materiales no metálicos como materiales termoconductores. Por ejemplo, ZrO2 (MgO) , ZrO2 (Y2O3) , titanato de aluminio (Al2TiO5) , nitruro de aluminio (AIN) , carburo de boro (B4C) , cordierita, carburo de silicio (SiSiC) infiltrado con silicio reaccionante, carburo de silicio sinterizado sin presión (SSiC)... [Seguir leyendo]

1. Masa adhesiva termoconductora con una masa polimérica y con partículas de óxido de aluminio, donde la masa polimérica es una masa polimérica esencialmente sin disolvente con un polímero de base de elevado peso molecular a base de acrilato, donde el polímero de base presenta una masa molecular media Mw de al menos 500.000 g/mol, que se caracteriza por que las partículas de óxido de aluminio tienen más de un 95% en peso de alfa-alúmina.

2. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que el polímero de base contiene unidades monoméricas con grupos ácido libres y/o grupos hidroxi libres.

3. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por que la masa polimérica contiene una proporción de al menos un 50% en peso de unidades monoméricas del grupo compuesto por acrilatos, metacrilatos, sus ésteres y derivados.

4. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 3, que se caracteriza por que la masa polimérica tiene un contenido en disolvente inferior al 0, 1% en peso.

5. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 4, que se caracteriza por que el polímero de base presente una masa molecular media Mw superior a 1.000.000 g/mol.

6. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 5, que se caracteriza por que las partículas de óxido de aluminio constan de un 97% en peso o más de alfa-alúmina.

7. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 6 que se caracteriza por que las partículas de alúmina presentan una superficie específica respecto a la masa de cómo máximo 1, 3 m2/g, preferiblemente inferior a 1, 0 m2/g

8. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 7, que se caracteriza por que las partículas de óxido de aluminio tienen un diámetro medio comprendido entre 2 y 500 μm, en particular entre 2 y 200 μm, muy especialmente entre 40 y 150 μm.

9. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 8, que se caracteriza por que las partículas de alúmina en la masa adhesiva se encuentran en una proporción de cómo mínimo un 20% en peso y como máximo un 90% en peso, en particular como mínimo un 40% en peso y como máximo un 80% en peso, respecto a la masa total adhesiva.

10. Masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 9, que se obtiene en un procedimiento en el cual la masa polimérica básicamente sin disolvente se ablanda térmicamente sin añadir disolvente, a la masa polimérica ablandada se añaden partículas de óxido de aluminio, y la masa polimérica ablandada y las partículas de óxido de aluminio se mezclan mecánicamente unas con otras.

11. Método para la fabricación de una masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva, en el cual una masa polimérica básicamente sin disolvente que contiene un polímero de base de alto peso molecular a base de acrilatos se ablanda térmicamente sin añadir disolvente, de manera que el polímero de base presenta una masa molecular media Mw de cómo mínimo 500.000 g/mol, a la masa polimérica ablandada se añaden partículas de óxido de aluminio, cuyo porcentaje en alfa-alúmina es superior al 95% en peso, y la masa polimérica ablandada y las partículas de alúmina se mezclan mecánicamente unas con otras.

12. Utilización de partículas de óxido de aluminio que tienen un porcentaje superior al 95% en peso de alfa-alúmina en una masa adhesiva.

13. Utilización de una masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 10 para fabricar un elemento plano termoconductor.

14. Elemento plano termoconductor con una masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 10.

15. Utilización de una masa adhesiva termoconductora altamente cohesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 10 para el transporte de calor dentro de los aparatos electrónicos.