AIN/树脂复合材料的制备及性能研究

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AlN热导率高(理论值320Wm-1K-1)、介电常数小、且与硅的热膨胀系数相匹配,近年来用于制备导热复合材料以提升电子元器件封装散热能力,成为电子封装领域的研究热点。添加高含量AlN粉体填料来改善树脂导热性能时往往存在严重的团聚现象,不能兼顾其加工性能和机械性能的改善,且热导率提高有限。  首先,本文采用酒精为介质分散AlN粉体的方法制备了AlN/树脂复合材料。研究了AlN含量对浆料流变性能、材料微观结构、材料力学性能、材料热导率及介电性能的影响。发现随着AlN填料的增加,AlN/树脂混合体系的粘度和剪切应力显著增大,剪切变稀现象也越明显。微米级的AlN填料能够均匀分散在树脂基体中,即使当AlN填料含量达到45vol%时,也无明显团聚现象。复合材料的抗压强度随着AlN填料含量的增加先增大后减小,但远大于树脂基体的抗压强度,不影响加工性能。AlN填料添加量越多,复合材料的热导率越大,当AlN填料填充量为45vol%时,复合材料的热导率达到1.1Wm-1K-1,较纯树脂提高了5.1倍。将复合材料热导率测试结果与导热模型进行拟合比对,发现当AlN填料含量低于20vol%时,实验值符合Maxwell-Eucken模型,当AlN填料含量高于20vol%时,实验值符合Hamilton-Crosser模型。  虽然采用酒精为分散介质解决了高含量AlN填料分散不均匀的问题,但是复合材料的热导率提高有限,依然不能满足某些高散热场合的需求。为此,提出利用AlN泡沫骨架代替AIN粉体为填料制备AlN/树脂复合材料的新思路。pH和XRD分析结果表明,聚氰酸酯和四乙烯五胺作为AlN粉体的抗水剂效果良好;采用注凝结合机械发泡法制备AIN泡沫骨架,泡沫孔隙率随着发泡剂EMAL-TD用量的增加而增加,随着浆料固含量的增加而减小。通过调控固含量和发泡剂用量,得到孔隙率为72%~82%一系列的AlN开孔泡沫陶瓷。真空浸渍树脂后,复合材料的抗压强度较纯树脂都有提高,但是随着AlN骨架体积分数的增大而减小,热导率随着AlN骨架体积分数的增加而增加,当AlN骨架体积分数为27.9vol%时,其热导率高达19.02Wm-1K-1,是纯树脂热导率(0.18Wm-1K-1)的106倍,是其他研究同类材料热导率的25倍以上。
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