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近年来,由于集成电路的迅速发展,集成度越来越高,规模越来越大,因此要求封装材料具有高的绝缘性能、化学稳定性,且为了能及时将电路工作时产生的热量排出去以保证能稳定工作的使用温度,还需具有高的导热性能。目前应用最广的主要是环氧树脂封装材料,而环氧树脂导热系数仅为0.2W/(m·K)左右。针对这一问题,环氧树脂封装材料主要通过填充高导热但价格昂贵的A(l)N、BN等填料来提高其导热性能的,由此可使热导率提高到0.5~1.0W/(m·K)范围内。 因此,本研究选用多种常见氧化物陶瓷颗粒Al2O3(热导率为31.77W/(m·k))、MgO(热导率为41.78W/(m·k))为填料,通过合理设计原料种类、粒度及配比,优化复合材料制备工艺参数,制备高导热/低成本环氧树脂基复合材料,研究各参数对复合材料导热性能影响规律,并探讨影响复合材料导热性能的相关机理,得到以下结论: (1)环氧树脂固化选用仲胺类固化剂,固化效果优于咪唑类固化剂。咪唑类固化剂属于高温固化剂,固化温度较高,导致部分环氧树脂还没有固化前出现发黄等现象,直接影响复合材料导热性能;而仲胺类固化剂属于室温固化剂,使用方便、操作简单。因此,确定了本实验的固化剂为仲胺类固。 (2)提高压力可以提高复合材料的致密性,当压强为3.75kg/cm2,能够有效的提高复合材料致密性,减少气孔。 (3)以Al2O3为填料制备的复合材料导热性能优于MgO制备的复合材料,主要原因是MgO和Al2O3密度以及粒度分布不同,导致MgO制备的复合材料出现严重的偏析分层现象,因而在测试过程中,导致数据的不准确。因此,确定了本研究主要是以Al2O3为填料。 (4)Al2O3含量在10%时,复合材料的导热率增加不明显,当含量达到20%时,复合材料热导率增加较快,进一步分析其机理时发现:随着含量的提高,填料间相对距离减小,当填料间的距离在一整条分子链长度内时,形成导热链,从而提高了复合材料的导热性能,本实验中,当平均粒径100μmAl2O3与50μmAl2O3之比为17∶3时,总Al2O3为60%含量为复合材料的导热系数可达1.25W/(m·K)。 (5)增大Al2O3的粒径(即小粒度)更能提高复合材料的热导率。经过模型计算得出含量在20%,平均粒径100μm、50μm、20μm的Cp(影响聚合物结晶程度和结晶区大小的因子)值都为1的情况下,Cf(添加物形成导热链的难易程度的自由因子)值分别为1.38、1.19、0.87,可以看出:大粒径的Al2O3陶瓷颗粒比小粒径的Al2O3陶瓷颗粒更易形成导热链,从而提高了复合材料的导热性能。 (6)本实验中,当平均粒径100μmAl2O3∶50μmAl2O3=85∶15,总含量为60%时,复合材料的硬度可达100HA高于目前市场上对封装材料硬度要求(82HA)。而将复合材料用于电路基本上,制备大小为100×50×1.5mm电路基板,导热性能达1.2W/(m·K),击穿电压可达3000V/m。