超细粉末/环氧树脂复合材料性能的研究

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环氧树脂(EP)是一种热固性树脂,具有优异的粘接性、机械强度、电绝缘性等特性,因而广泛用于电力、电子元件的浇注、封装等方面。随着微电子集成技术和组装技术高速发展,电子元件、电子仪器日轻化,组装密度迅速提高,及时散热能力成为影响其使用寿命的重要限制因素。为保障元器件运行的可靠性,急需研制具有高可靠性、高散热性的综合性能优异的导热绝缘胶作为热界面和封装材料,它可以迅速将发热元件热量传递给散热设备,保障电子设备正常运行。目前已开发的有环氧、聚氨酯以及有机硅系列,尤其是环氧导热绝缘胶。但环氧本身的导热系数只有0.2W/(m·K),无法满足日益发展的电子封装材料的要求。本课题主要是研究在环氧树脂中加入导热填料提高环氧树脂复合材料的导热性能来满足封装的需要。  本课题主要从以下几个方面来研究一种环氧树脂导热绝缘复合材料。首先,我们在环氧树脂中加入了鳞片石墨,发现加入40%鳞片石墨制得的鳞片石墨/环氧树脂复合材料的导热系数最大,可达0.47w/(m.k)。但还不能满足实际封装的需要。其次,我们有找到了一种理论上导热系数可达200w/(m.k)高导热材料氮化铝(AlN)。通过研究发现制得的氮化铝/环氧树脂复合材料的导热系数最高可达0.73w/(m.k)。比鳞片石墨提高了70%左右。但是对实际生活的需要还是不能满足。最后,我们找到了高导热材料氮化硼(BN),制得氮化硼/环氧树脂复合材料,测得其导热系数可达1.24w/(m.k)。比纯环氧提高了约7倍。可以很好的满足封装的需要。我们对导热绝缘氮化硼/环氧树脂复合材料进行了这几方面的性能测试:第一,用XRD对其结构分析,发现EP和固化剂没有发生化学反应,没有破坏BN的晶体结构。BN和EP、固化剂只是物理性质的混合,BN均匀的混合在EP和固化剂中。BN具有很完整的晶体结构。第二,用SEM对BN在环氧树脂的分散情况进行分析,表明当BN含量较低时,超细BN粒子分散在EP基体中呈“海岛”相结构。当超细BN含量增加时,颗粒之间开始逐渐相互接触,形成连续的导热网络。第三,对复合材料的介电性能和体积电阻、表面电阻进行研究,研究发现复合材料的介电常数εr随BN质量分数增加而升高,当BN含量由0增加到30%时,体系的εr由3.71迅速提高到8.70,BN含进一步增加时,体系的介电常数变化不大。当BN在复合材料中的质量分数高达90%时,体系的体积电阻率和表面电阻率仍分别保持在1015Ω·m和1014Ω的数量级,具有良好的绝缘性能。  通过以上研究表明,氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料是一种良好的封装材料,能满足实际需求。它具有较高的导热性能和较好的绝缘性能。对实际生产具有一定的指导作用。
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