包括熔断器的动力式电路板用新型热防护系统技术领域
在至少一个方面，本发明涉及用于电子部件的膨胀型涂层，尤其涉及
一种用于可能会产生过热和导致火灾的电路板和熔断器的膨胀型涂层。
背景技术
许多电子装置经历过热之后会由此带来一定的火灾风险。例如，装置
中的短路能够产生大量的热量。电子部件与冷却剂泄漏或水汽积聚所带来
的水之间的不经意接触可能会使这种短路发生。此外，失效的部件可能会
导致高电位，其也会引起火灾或者热散逸。
现有技术方法尝试以各种方式来解决电子装置中的火灾风险。例如，
可将电子装置包入耐火外壳中。尽管这类方法起到了合理且出色的作用，
但是，解决了耐火性能的现有技术方法中只有很少的方法提供了针对本问
题的多方位解决方案。
因此，需要的是在火灾应发生时提供灭火的同时降低电子部件中的火
灾风险的方法和部件。
发明内容
本发明通过在至少一个实施例中提供一种耐火的涂层电子装置来解
决现有技术的一个或多个问题。涂层电子装置包括电子部件和设置在涂层
电子装置上方的膨胀层。膨胀层包括具有式Na2SiO3的硅酸钠、季戊四醇、
由三聚氰胺进行交联的树脂、氮化硼颗粒和磷酸三铵。
在另一实施例中，提供了一种耐火的涂层电路板。涂层电路板包括电
路板衬底和电子部件，其中，电子部件具有设置在其上方的膨胀层。膨胀
层包括具有式Na2SiO3的硅酸钠、季戊四醇、由三聚氰胺进行交联的树脂、
氮化硼颗粒和磷酸三铵。
在另一实施例中，提供了一种耐火的涂层电路板。涂层电路板包括电
路板衬底和设置在电路板衬底上方的膨胀层。膨胀层包括用量约为膨胀层
的总重量的25-50重量％的硅酸钠、用量约为膨胀层的总重量的2-20重
量％的季戊四醇、用量约为膨胀层的总重量的20-60重量％的由三聚氰胺
进行交联的缩合聚合物、用量约为膨胀层的总重量的2-30重量％的氮化硼
颗粒以及用量约为膨胀层的总重量的0.1-3重量％的磷酸三铵。
附图说明
图1为具有膨胀型涂层的涂层电路板的横截面图；以及
图2为膨胀层的实施例在电子部件衬底暴露于火焰中时的膨胀的示意
图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的目前优选的组合物、实施例和方法，其构成
对发明人而言目前已知的实践本发明的最佳实施方式。附图无需按比例绘
制，然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例性实施例，
其可以体现在各种备选形式中。因此，本文所公开的具体细节不被理解为
是限制性的，而是仅作为本发明的任一方面的代表性基础和/或作为用于教
导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
除了在实例中或者在另行明确指明的地方之外，本说明书中的表示材
料的用量或反应的条件和/或用途的所有数值量将被理解为用词语“约”修
饰，以描述本发明的最宽范围。在数值限值范围内的实践通常是优选的。
此外，除非明确作出相反论述：百分比，“份”和比值按重量计；对于与
本发明相关的给定用途而言，合适或优选的一组或一类材料的描述意味着
该组或该类中任何两种或多种成员的混合物同样合适或优选；对化学术语
中成分的描述是指在添加到本说明书中所指出的任何组合中时的成分，并
且并不一定排除在一经混合后混合物的成分之间的化学相互作用；首字母
缩略词或其它缩写的第一定义适用于相同缩写在本文中的所有随后的应
用，并将必要的修正应用于最初定义的缩写的标准语法变型；并且除非明
确地作出相反的说明，通过与上文或下文中对于相同性质提出的相同技术
确定性质的测量。
还应该理解的是，本发明不局限于以下所述的具体实施例和方法，这
是因为具体的部件和/或条件当然可以发生变化。此外，本文使用的术语仅
仅用于描述本发明的特定实施例的目的并且不意图以任何方式加以限制。
还必须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一
种(单数)”、“一种(复数)”和“该”包括复数对象，除非上下文另外
明确地指出。例如，对单数形式的部件的引用意图包括多个部件。
在整个本申请中，当提到出版物时，这些出版物的公开内容在此以引
用的方式将其全部内容并入到本申请中，以此来更充分地描述本发明所属
领域的状况。
一般而言，本发明的各实施例提供了一种耐火的涂层电子装置。涂层
电子装置包括电子部件衬底和设置在电子部件衬底上方的膨胀层。在该上
下文中，电子部件衬底是指未进行涂层或邻近膨胀层的电子装置或部件。
电子部件衬底的实例包括电路板、熔断器、电阻器、电容器、集成电路等。
从特征上来说，膨胀层包括具有式Na2SiO3的硅酸钠、季戊四醇、由三聚
氰胺进行交联的树脂(三聚氰胺残留)、氮化硼颗粒和磷酸三铵。
参见图1，提供了具有膨胀型涂层的涂层电路板的横截面图；涂层电
路板10包括具有至少一个电子部件14的电路板衬底12。膨胀层16设置
在电路板10的各部分的上方并且通常与其接触。在一个改进中，膨胀层
16封装电路板衬底12。在其他改进中，膨胀层16的形式为凝胶或泡沫。
从特征上来说，膨胀层16包括具有式Na2SiO3的硅酸钠、季戊四醇、由三
聚氰胺进行交联的树脂、氮化硼颗粒和磷酸三铵。
有利地，膨胀层16提供三种基本功能。第一种功能与膨胀层16的共
形涂层方面互补。例如，在由于短路(例如，由冷却剂泄漏或水汽积聚造
成)或者由于高电位(测试至394V)的存在而产生热量时，Na2SiO3发生
分解并膨胀，进而防止O2进一步进入到衬底中(即，膨胀层的膨胀起到化
学密封剂的作用)。图2示意性地描绘了电子部件衬底20暴露在火焰22
中时的这种膨胀。据观察，膨胀层24膨胀并形成Na2SiO3的绝缘焦化层
26，其中绝缘焦化层26能够达到电子部件衬底20的厚度的50倍。有利
地，这将使电子部件保持在其临界温度之下，同时还维持了基础材料的结
构完整性。
膨胀层的第二种功能是阻燃性。就这一点而言，磷酸铵受热发生分解，
得到磷酸：
(NH4)3PO4---->[H(NH4)2]3++PO43-+NH3
所生成的磷酸对季戊四醇的降解进行催化，进而形成如以下反应所描
述的含碳泡沫和水：
三聚氰胺在热量中分解形成水和N2，其用于抑制火焰形成：
各分解产物包括如下分子部分：-CH2-O-CH2-、-NH2、NH-CH2-、NR3
和-CH2-OH，其中，R3为甲基或乙基。
最后的功能是辅助来自电子装置的散热。这是通过氮化硼并且尤其是
膨胀层中的nBN(纳米结构的氮化硼)来完成。例如4据报道，六角氮化
硼具有高达1700W/m-K的热传送值。另外，六角氮化硼是导热的，但不
是导电的。除了针对氧化(即，热散逸)的保护之外，膨胀层的各实施例
能够将积聚在电子装置(例如，熔断器)上的任何热量快速地移至周围环
境。
在本实施例的一个变型中，存在的硅酸钠的用量为膨胀层的总重量的
25-50重量％。在一个变型中，存在的硅酸钠的用量为膨胀层的总重量的
30-35重量％。
在另一个变型中，存在的季戊四醇的用量约为膨胀层的总重量的2-20
重量％。在一个改进中，存在的季戊四醇的用量约为5-10重量％。
在另一个变型中，存在的由三聚氰胺进行交联的树脂的用量约为膨胀
层的总重量的20-60重量％。在一个改进中，存在的由三聚氰胺进行交联
的树脂的用量约为30-40重量％，存在的氮化硼的用量约为5-20重量％。
通常，膨胀层16的氮化硼是平均空间尺寸约为20-100纳米的纳米结
构氮化硼。在另一个变型中，存在氮化硼是的用量约为2-30％。在一个改
进中，存在的氮化硼的用量约为5-20重量％。
在又一个变型中，存在的磷酸三铵的用量约为膨胀层的总重量的
0.1-3％。存在的磷酸三铵的用量约为0.5-1重量％。
在一些变型中，膨胀型涂层还包括用量通常约为膨胀层的总重量的
0.05-10重量％的填料。在一个改进中，填料可以是有机填料或无机填料。
合适的有机填料的实例包括但不限于纤维素、有机颜料、有机UV稳定剂、
天然纤维和聚合物纤维(例如，聚酯基纤维和聚酰胺基材料)。合适的无
机填料的实例包括但不限于滑石、石墨、碳酸钙、玻璃纤维、粘土、长石、
二氧化硅或玻璃、气相二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、
玻璃微球、无机颜料及其组合。
在另一个实施例中，提供了一种用于应用以上所述的膨胀层的形成膨
胀层的组合物。该组合物包括溶剂、季戊四醇、由三聚氰胺进行交联的树
脂、氮化硼颗粒以及磷酸三铵。合适溶剂的实例包括水、醇类(例如乙醇、
甲醇、丙醇等)及其组合。在一个变型中，该组合物为乳剂。在一个改进
中，该组合物包括用量约为组合物总重量的2.5-25重量％的硅酸钠、用量
约为组合物总重量的0.2-10重量％的季戊四醇、用量约为组合物总重量的
2.0-30重量％的由三聚氰胺进行交联的树脂、用量约为组合物总重量的
0.2-15重量％的氮化硼、用量约为膨胀层总重量的0.01-1.5重量％的磷酸三
铵，以及其余为溶剂(例如通常为10-50重量％)。通常，形成膨胀层的组
合物被应用于电子部件衬底上，并且然后使溶剂蒸发(例如干燥或固化)。
表1和表2提供了适合于保护电子装置的膨胀型涂层的代表性组合
物。
表1膨胀型涂层组合物
成分
重量百分比
Na2SiO3
30-35
季戊四醇
5-10
三聚氰胺
30-40
nBN
5-10
(NH4)3PO4
0.5-1
填充剂
大约为4
表2膨胀型涂层组合物
成分
重量百分比
Na2SiO3
30-35
季戊四醇
5-10
三聚氰胺/丙烯酸类聚合物基体
30-40
nBN
5-10
(NH4)3PO4
0.5-1
填充剂
大约为4
尽管以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发
明的所有可能形式。更确切地说，用在说明书中的词汇是描述性词汇，而
不是限制性词汇，且应该理解，在并不偏离本发明的精神和范围的前提下，
可以进行各种变化。另外，可以将各种实现实施例的特征结合以形成本发
明的其他实施例。