氮化物顆粒、中空玻璃微球填充的聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱及介電性能研究.pdf

1、聚合物基復(fù)合材料在電子封裝與基板材料中具有廣泛的應(yīng)用前景,然而隨著現(xiàn)今電子器件密集型及其工作頻率的日益提高,要求該類材料具有高的熱導(dǎo)率以增強(qiáng)散熱能力,同時還需要具有較小的介電性能以增加信號傳輸速度、降低信號衰減。鑒于傳統(tǒng)聚合物或單一填充物填充的復(fù)合材料作為電子封裝與基板材料時,已不能同時達(dá)到高導(dǎo)熱及低介電的要求,故本文在聚合物中同時添加高導(dǎo)熱的氮化物陶瓷顆粒(AlN、BN)和低介電的中空玻璃微球(HGM)。更進(jìn)一步地,本文通過預(yù)制氮化物

2、陶瓷顆粒包裹HGM的核殼結(jié)構(gòu)填充物,并將其添加到聚合物內(nèi)以形成導(dǎo)熱氮化物顆粒包裹HGM且自身相互搭接的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使復(fù)合材料具有高熱導(dǎo)率和低介電常數(shù)。
　　 本文首先制備并研究了HGM填充的導(dǎo)熱和介電性能。結(jié)果表明,當(dāng)HGM體積分?jǐn)?shù)增加時,復(fù)合材料熱導(dǎo)率、介電常數(shù)和損耗、壓縮模量和強(qiáng)度呈下降的趨勢。當(dāng)HGM體積分?jǐn)?shù)相同時,復(fù)合材料熱導(dǎo)率、介電常數(shù)和損耗、壓縮模量和強(qiáng)度隨HGM密度的減小而降低。當(dāng)HGM密度為0.2g/cm3

3、且體積百分比為60％時,最低介電常數(shù)可達(dá)到2.2。將復(fù)合材料熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)值與不同理論模型進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果發(fā)現(xiàn),Agari模型與HGM/Epoxy復(fù)合材料體系擬合的誤差最小,表明該模型可用于該類復(fù)合材料的熱導(dǎo)率預(yù)測。
　　 在上述基礎(chǔ)上,本文研究了利用層層自組裝(LBL)的方法預(yù)制具有核殼結(jié)構(gòu)的HGM@AIN及HGM@BN復(fù)合填充物,系統(tǒng)探討了不同制備條件下HGM對氮化物吸附量的影響。結(jié)果表明:當(dāng)HGM經(jīng)5wt,%KH-570表面處

4、理之后,采用粘度為800cps的聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA),并通過適量的巰基乙酸(MAA)調(diào)節(jié)溶液PH值,可以提高HGM對氮化物顆粒的吸附率,從而制備出氮化物顆粒包裹HGM的核殼結(jié)構(gòu)的填充物。
　　 將核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合填充物添加到聚合物中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)聚合物基體為熱塑性的低密度聚乙烯(LDPE)時,填充核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合填充物比簡單共混兩種填充物制備的復(fù)合材料能夠獲得更好的熱導(dǎo)率,并同時保持較低的介電常數(shù)。如,當(dāng)復(fù)合材料中

5、S60I-IS和AlN含量分別為50vol.%和2.91vol.%時,與共混兩種填充物制備的復(fù)合材料[(AIN+HGM)/LDPE]相比,HGM@AlN/LDPE復(fù)合材料的熱導(dǎo)率由0.23W/(m·K)提高到了0.28W/(m·K),然而此時介電常數(shù)值在2.15-2,64,仍舊維持在較低水平,低于普通基板的介電常數(shù)5-8。HGM@BN/LDPE復(fù)合材料熱導(dǎo)率及介電常數(shù)由于填料BN自身性質(zhì),使其相同體積下比HGM@AlN/LDPE復(fù)合材料