高導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究.pdf

1、近年來，由于集成電路的迅速發(fā)展，集成度越來越高，規(guī)模越來越大，因此要求封裝材料具有高的絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性，且為了能及時將電路工作時產(chǎn)生的熱量排出去以保證能穩(wěn)定工作的使用溫度，還需具有高的導(dǎo)熱性能。目前應(yīng)用最廣的主要是環(huán)氧樹脂封裝材料，而環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.2W/(m·K)左右。針對這一問題，環(huán)氧樹脂封裝材料主要通過填充高導(dǎo)熱但價格昂貴的A(l)N、BN等填料來提高其導(dǎo)熱性能的，由此可使熱導(dǎo)率提高到0.5～1.0W/(m·K)范圍內(nèi)

2、。
　　因此，本研究選用多種常見氧化物陶瓷顆粒Al2O3(熱導(dǎo)率為31.77W/(m·k))、MgO(熱導(dǎo)率為41.78W/(m·k))為填料，通過合理設(shè)計原料種類、粒度及配比，優(yōu)化復(fù)合材料制備工藝參數(shù)，制備高導(dǎo)熱/低成本環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，研究各參數(shù)對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能影響規(guī)律，并探討影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的相關(guān)機(jī)理，得到以下結(jié)論:
　　(1)環(huán)氧樹脂固化選用仲胺類固化劑，固化效果優(yōu)于咪唑類固化劑。咪唑類固化劑屬于高溫固化劑，

3、固化溫度較高，導(dǎo)致部分環(huán)氧樹脂還沒有固化前出現(xiàn)發(fā)黃等現(xiàn)象，直接影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能;而仲胺類固化劑屬于室溫固化劑，使用方便、操作簡單。因此，確定了本實(shí)驗(yàn)的固化劑為仲胺類固。
　　(2)提高壓力可以提高復(fù)合材料的致密性，當(dāng)壓強(qiáng)為3.75kg/cm2，能夠有效的提高復(fù)合材料致密性，減少氣孔。
　　(3)以Al2O3為填料制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能優(yōu)于MgO制備的復(fù)合材料，主要原因是MgO和Al2O3密度以及粒度分布不同，導(dǎo)致MgO制

4、備的復(fù)合材料出現(xiàn)嚴(yán)重的偏析分層現(xiàn)象，因而在測試過程中，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。因此，確定了本研究主要是以Al2O3為填料。
　　(4)Al2O3含量在10％時，復(fù)合材料的導(dǎo)熱率增加不明顯，當(dāng)含量達(dá)到20％時，復(fù)合材料熱導(dǎo)率增加較快，進(jìn)一步分析其機(jī)理時發(fā)現(xiàn):隨著含量的提高，填料間相對距離減小，當(dāng)填料間的距離在一整條分子鏈長度內(nèi)時，形成導(dǎo)熱鏈，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)平均粒徑100μmAl2O3與50μmAl2O3之比為1

5、7∶3時，總Al2O3為60％含量為復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)1.25W/(m·K)。
　　(5)增大Al2O3的粒徑（即小粒度）更能提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。經(jīng)過模型計算得出含量在20％，平均粒徑100μm、50μm、20μm的Cp（影響聚合物結(jié)晶程度和結(jié)晶區(qū)大小的因子）值都為1的情況下，Cf（添加物形成導(dǎo)熱鏈的難易程度的自由因子）值分別為1.38、1.19、0.87，可以看出:大粒徑的Al2O3陶瓷顆粒比小粒徑的Al2O3陶瓷顆粒更易