環(huán)氧樹脂（EP）是常用的電子封裝材料,向環(huán)氧樹脂中添加高導(dǎo)熱氮化硼（BN）填料是提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱導(dǎo)率的有效方法之一。本文介紹了電子封裝用環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理,綜述了近年來電子封裝用環(huán)氧樹脂/氮化硼復(fù)合材料的研究進(jìn)展,最后展望了環(huán)氧樹脂/氮化硼導(dǎo)熱復(fù)合材料的發(fā)展前景。 

【文章來源】：絕緣材料. 2020,53(07)北大核心

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填充型導(dǎo)熱EP復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理

圖1 填充型導(dǎo)熱EP復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理將BN與EP簡單地復(fù)合，可以在一定程度上提高EP的導(dǎo)熱性，但是存在以下兩個問題：(1)填料表面具有一定的粗糙度，使得填料與聚合物基體的界面結(jié)合不夠緊密，界面存在大量的間隙，導(dǎo)致BN填料與EP基體之間存在較大的接觸熱阻，較大程度上阻礙了復(fù)合體系導(dǎo)熱性能的提升[16];(2)簡單混合往往需要較大的填料填充量才能獲得導(dǎo)熱性能的較大提升，但是當(dāng)填料的含量超過一定值時，填料會發(fā)生團(tuán)聚，不利于導(dǎo)熱通路的形成[17]，且高的填充量會對聚合物的力學(xué)性能、介電性能以及加工性能產(chǎn)生不利的影響[3,18]。因此減小填料與基體之間的界面熱阻，開發(fā)低填充高導(dǎo)熱復(fù)合材料顯得很重要。

設(shè)計(jì)并通過不同的方法制備具有BN三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EP復(fù)合材料，是目前EP導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)。簡單混合填充的EP/BN復(fù)合材料中，BN的分布具有隨機(jī)性，導(dǎo)熱通路的形成主要依賴于BN的高填充量來被動實(shí)現(xiàn)；而BN三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主動構(gòu)筑則可以實(shí)現(xiàn)在較低BN填充量下，形成連續(xù)的高效導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，更好地提高EP的導(dǎo)熱性能。冷鑫鈺等[25]通過不同尺寸的BN和聚苯乙烯（PS）微球經(jīng)過熱壓和燒蝕制備三維BN骨架，隨后用EP浸潤三維BN骨架結(jié)構(gòu)，獲得了EP/BN復(fù)合材料。研究表明，小尺寸的BN表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)，可以有效填充大尺寸BN堆疊形成的空隙，從而形成結(jié)構(gòu)完善的三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，制備的EP/BN復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能大幅提高。如圖3所示，當(dāng)h-BN(15μm)與h-BN(1μm)的質(zhì)量比為9∶1時，能形成更為致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到1.98W/(m·K)，是純環(huán)氧樹脂的10倍，因?yàn)榈蜔崤蛎浵禂?shù)BN的添加及EP的熱膨脹運(yùn)動受到BN網(wǎng)絡(luò)的阻礙，導(dǎo)致EP/BN復(fù)合材料有更低的熱膨脹系數(shù)，其值為43.27×10-6/K，同時具有更好的熱穩(wěn)定性、熱力學(xué)性能和較低的介電常數(shù)。XIAO Chao等[18]采用鹽模法制備了空心氮化硼微球（BNMB）骨架，將EP滲透到BNMB骨架，成功制備具有填料分離結(jié)構(gòu)的EP/BNMB復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，BNMB在基體中有選擇性地分布，填料分離的結(jié)構(gòu)在基體中構(gòu)建了連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，填料之間界面接觸改善，熱阻降低，減少了填料界面聲子散射。當(dāng)BNMB的體積分?jǐn)?shù)為65.6%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最大值為17.61 W/(m·K)（面內(nèi)方向）、5.08 W/(m·K)（面外方向），與純EP相比，復(fù)合材料質(zhì)量損失20%時的熱分解溫度提高了227.3℃，介電常數(shù)（3.92）和介質(zhì)損耗因數(shù)（0.0209）均保持在較低水平，基本滿足電子封裝的需求。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3009620