【摘 要】
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基板作为电路中的关键零部件,承担着搭载电子元器件,信号传输以及耗散元器件产生的热量等功能,电子元器件工作频率的提高和组装密度的增大要求基板基材应具备优异的导热性能、力学性能以及极低的介电常数和介电损耗。分子骨架对称性高,液晶高分子(LCP)在高频段具有极低的介电常数和介电损耗,在高频基板领域极具应用潜力,但是LCP的低热导率限制了其在高频基板领域的大范围推广及应用。填充导热填料是提高材料热导率的常
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基板作为电路中的关键零部件,承担着搭载电子元器件,信号传输以及耗散元器件产生的热量等功能,电子元器件工作频率的提高和组装密度的增大要求基板基材应具备优异的导热性能、力学性能以及极低的介电常数和介电损耗。分子骨架对称性高,液晶高分子(LCP)在高频段具有极低的介电常数和介电损耗,在高频基板领域极具应用潜力,但是LCP的低热导率限制了其在高频基板领域的大范围推广及应用。填充导热填料是提高材料热导率的常用方法,但是填充型复合材料的传统制备工艺存在工艺复杂、生产效率低、力学性能差等缺点。针对以上问题,本文首先研究了不同的加工方式对液晶高分子/六方氮化硼(LCP/h-BN)复合材料结构与性能的影响,在此基础上进一步研究了填料含量、填料粒径、填料组成和填料形状对液晶高分子基复合材料性能的影响,成功制备了兼具高热导率、低介电常数、低介电损耗及优异力学性能的复合材料。研究内容为高频高性能电子基板材料的制备提供重大参考价值。具体的研究内容和结论如下:首先,采用粉末混合-热压成型(MP)、偏心转子挤出(ERE)、密炼(TR)、三螺杆挤出(TSE)这四种不同的加工方式制备了LCP/h-BN(质量配比60/40)复合材料,研究不同加工方式对复合材料结构和性能的影响。研究结果表明:体积拉伸流变支配的偏心转子挤出机制备的复合材料热历程短,填料分散性好,综合性能优异。导热性能方面,偏心转子挤出机制备的复合材料热导率为1.759 W/(m·K),与未填充填料的纯LCP相比提升了238.9%;机械性能方面,复合材料拉伸强度为50.3 MPa,弯曲强度为76.1MPa,弯曲模量为4.69GPa。在上述研究基础上,采用偏心转子挤出机制备了不同组分不同粒径的LCP/h-BN复合材料,研究h-BN的含量和粒径对LCP/h-BN复合材料结构与性能的影响规律。研究结果表明:复合材料的热导率随着h-BN含量的增加而增大,但当h-BN含量高于30wt%时,复合材料的力学性能降低;相同组分下,h-BN的粒径越大,LCP/h-BN复合材料的热导率越高;不同粒径混杂填充可进一步提高复合材料的热导率,当25μm h-BN与1μm h-BN填充质量配比为3:1时,LCP/25μm:1μm h-BN(70/30)复合材料的热导率高达1.659 W/(m·K),高于单一25μm h-BN填充复合材料的热导率1.373 W/(m·K)。同时,复合材料仍具有优异的力学性能和极低的介电损耗。最后,采用偏心转子挤出机制备了LCP/Al N/h-BN复合材料,研究不同形状填料混杂填充对复合材料性能的影响。研究结果表明:三维导热填料Al N和二维导热填料hBN混杂填充时,导热网络更完善,当Al N与h-BN填充质量配比为1:3时,LCP/Al N/h-BN(质量配比80/5/15)复合材料的热导率为0.935 W/(m·K),略高于LCP/h-BN(质量配比80/20)的热导率0.926 W/(m·K),但Al N的加入降低了复合材料的力学性能,并且提高了复合材料的介电常数。
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