高导热微纳米环氧树脂复合材料的制备与性能研究

作     者：胡洋 

作者单位：湖北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡国华;施德安

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：微纳米复合材料 导热 流变 银纳米线 球形氧化铝 

摘      要：随着信息社会的高速发展,为了满足工业生产和社会生活需求,集成电路和电子设备向着小尺寸、高集成度、高储存度的方向发展。然而,高功率电子设备的发展也带来工作强度变大和工作温度升高的问题。过热的工作温度会损害电子设备的寿命、存储密度、运行稳定性、运行可靠性,增加其失效的概率。为此,对集成电路电子设备进行有效的热管理成为保证其高工作性能的关键问题。而我们关注的电子封装材料在集成电路中主要起到提供电路支撑和保护以及散热绝缘的作用。其中热固性环氧树脂具有优异的粘接性、耐化学腐蚀性、力学性能、电气绝缘性和低热膨胀性,在聚合物电子封装材料中被广泛应用。但环氧树脂本身的热导率低,需要填充高热导率填料以满足电子封装材料的导热要求。然而,大比例的添加无机填料虽然增强导热性能,但同时会破坏环氧树脂的加工性能,难以满足封装工艺需求。为此,研发具有高导热、低粘度、优异力学性能以及电绝缘性能的多功能环氧树脂复合材料十分必要。本文设计和制备了以平均粒径为5μm球形氧化铝(S-AlO)为主填料,少量的银纳米线(AgNWs)为第二填料的微纳米填料体系来克服环氧树脂复合材料的导热性能和加工流动性能间的矛盾问题。采用多元醇法合成AgNWs,并利用溶液混合法分别制备了微米环氧树脂/S-AlO和微纳米环氧树脂/AgNWs/S-AlO导热复合材料。其中,AgNWs在复合材料中分散良好,能有效连接被环氧树脂分隔的S-AlO形成连续微纳米导热填料网络。环氧树脂/AgNWs/S-AlO复合材料的热导率比单一微米填料填充的环氧树脂/S-AlO复合材料高,最大热导率为1.602W/m·K。同时,引入AgNWs后,环氧树脂/AgNWs/S-AlO复合材料的黏度大于环氧树脂/S-AlO复合材料,但是并没有出现粘度的协同增加。而AgNWs的存在虽然会降低环氧树脂复合材料体积电阻率,但由于添加量较低,复合材料的最低体积电阻率为1.3×10Ω·cm,仍然具有良好的电绝缘性能。另外,合适比例的多尺度填料协同填充在提高环氧树脂复合材料的耐热性能、储存稳定性能,尺寸热稳定性能和力学性能方面具有优势。本研究表明,通过不同维度、尺寸和含量的导热填料的在树脂基体中的可控分布,有望得到导热性好、电阻率高、加工粘度低、热膨胀系数小的低成本环氧树脂电子封装材料。