BNFe-環(huán)氧樹脂磁場取向復合材料的制備與性能研究.pdf

1、大功率LED工作時芯片產(chǎn)生的熱量若不能及時有效的快速散出，將嚴重影響LED器件的發(fā)光強度、封裝材料的穩(wěn)定性能以及LED的使用壽命等。目前，人們對于綠色光源照明的需求與日俱增，使得LED的應用越來越廣泛，但LED的散熱問題一直是制約其快速發(fā)展的一大技術瓶頸。傳統(tǒng)的LED封裝工藝生產(chǎn)過程中，封裝材料的導熱性能一直備受國內(nèi)外關注，但目前封裝材料并不能滿足大功率LED的散熱需求。因此，如何有效的提高封裝材料的導熱性能成為延長大功率LED使用壽命

2、的關鍵所在。
　　聚合物基復合材料的導熱性能和很多影響因素有關，主要分為導熱微粒和聚合物本身兩個方面的因素。目前已有的解決封裝材料導熱性能的方法是將導熱微粒填充到聚合物基體當中，制備高導熱的聚合物基復合材料，但材料導熱性能的提升幅度有限。
　　為了有效的提高封裝用聚合物基復合材料的導熱性能，本文提出了一種通過在材料內(nèi)部構(gòu)建熱量傳輸通道的方法改善復合材料的導熱性能。文章采用兩種方法處理氮化硼（簡稱BN）和鐵粉（簡稱Fe）粒子。

3、方法一：運用偶聯(lián)劑干法表面處理氮化硼和鐵粉顆粒制備BN包裹鐵粉的磁性復合顆粒，然后將磁性復合顆粒添加在環(huán)氧樹脂當中并置于勻強磁場下固化成型，從而制備出取向性很好的BN?Fe/Ep復合材料。由于復合顆粒定向排列，BN顆粒相互接觸，所以此方法在材料當中構(gòu)造了聲子導熱通道。方法二：采用 BN-Fe-BN層間結(jié)構(gòu)復合工藝在勻強磁場下使BN和Fe顆粒分別定向排列，制備具有聲子和電子雙導熱通道的導熱薄片，之后采用薄片層間疊加工藝制備取向的 BN-F

4、e-BN結(jié)構(gòu)復合材料。所制備的樣品分別采用光學顯微鏡奧林巴斯BX53、SEM、導熱系數(shù)測定儀、寬頻介電譜儀和XRD等工具對材料的性能進行表征。主要結(jié)果如下：
　　BN和Fe顆粒經(jīng)偶聯(lián)劑干法表面處理后，成功的制備了BN包裹Fe粉的復合磁性顆粒，在磁場作用下固化成型后，所制備的BN·Fe/Ep復合材料內(nèi)部復合顆粒表現(xiàn)出良好的取向性，但BN顆粒在取向方向一致性不高，當復合顆粒填料質(zhì)量分數(shù)達到50％時，材料導熱系數(shù)達到1.26 W/m·K

5、，是純環(huán)氧樹脂導熱系數(shù)0.2 W/m·K的6.3倍。
　　BN-Fe-BN結(jié)構(gòu)在磁場作用下時，BN顆粒可以跟隨 Fe一起定向排列，達到BN和 Fe顆粒分別相互接觸的目的，由此成功的在材料內(nèi)部構(gòu)造了聲子和電子雙熱量通道。且經(jīng)SEM觀察，結(jié)果顯示導熱顆粒在磁場方向具有很好的一致性；XRD數(shù)據(jù)表征I002/I100（I002/I100代表了BN的取向度）值達到了55.3，具有高度的取向性。當顆粒填充質(zhì)量分數(shù)達到50%時，BN-Fe-BN

6、結(jié)構(gòu)取向材料導熱系數(shù)達到最大值3.59 W/m·K，是純環(huán)氧樹脂導熱系數(shù)0.2 W/m·K的18倍。
　　導熱顆粒經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后明顯的改善了粒子的分散性，減少了材料內(nèi)部缺陷的數(shù)量，所做的材料斷面SEM圖顯示，經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后的材料斷面比較平滑，材料內(nèi)部縫隙數(shù)量和寬度明顯減小。由此，有效降低了聲子散射問題，提高了復合材料的導熱性能。
　　在頻率10-1-106HZ內(nèi)，所制備的取向材料仍具有很好的電絕緣性能。導熱性能最優(yōu)的