高导热型绝缘硅橡胶垫片的制备与性能研究

摘要

在微电子领域中,绝缘导热高分子材料对于元器件的散热有极其重要的作用,在保持其精度、延长其寿命方面扮演不可替代的角色,制备出高散热性,良好机械性能的高分子材料是目前研究的热点。在众多的高分子材料中,硅橡胶具有优异的弹性、耐候性、电气绝缘性、耐老化以及可加工等性能,其应用领域越来越广泛,因此,硅橡胶复合材料的研究应用得到了极大重视。
　　目前制备导热硅胶材料主要有两种方法,即硅橡胶双辊混炼法与液体硅橡胶原位复合法。本文采用原位复合法,以液体硅橡胶为基体材料,添加Al2O3、AlN、SiC、BN、铝粉等高导热填料,制备绝缘导热硅胶弹性垫片,分别对单一填料/硅胶体系、二元复配填料/硅胶体系以及三元复配填料/硅胶体系三大类复合材料进行研究,同时采用一系列测试仪器,如 DRL-Ⅲ型导热测试仪与 HotDisk TPS2500导热仪,ZC-36高绝缘电阻测量仪,Shore A硬度计,热重分析仪SDT2960,扫描电镜 S-4800,对相关性能进行系统的分析,研究影响其性能的主要因素,得到如下结论:
　　1.原位复合法制备出的复合材料导热性能要优于硅橡胶双辊混炼法制备出的复合材料;
　　2.在单组份填料/硅胶体系中,添加40μm Al2O3填料组分最高导热达到1.71 W/(m·k),目前国内文献中报道采用硅橡胶双辊混炼法制备的橡胶类导热材料导热率很少有超过1.5 W/(m·k);
　　3.在二元复配填料/硅胶体系中,70μm Al2O3/10μm Al2O3/硅胶体系导热率最高可以达到2.7 W/(m·k),远高于国内文献中报道的导热数据;
　　4.在三元复配填料/硅胶体系中,以40μm、10μm Al2O3为基本框架,添加第三种微小粒子发现,加入1μm BN导热最高达到2.9 W/(m·k),加入1-3μm Al粉导热率最高可以达到3.1 W/(m·k);
　　5.同时对其他性能研究发现,制品Shore A硬度一般在20-35 HA之间,柔软度适中;绝缘性优良,电阻率均大于1012Ω,且稳定性很好,可长期适用于要求绝缘领域之中。

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第一章 绪 论

1.1导热材料在微电子领域的应用

1.2 金属材料

1.3 无机非金属材料

1.4 导热绝缘高分子材料

1.5 提高高分子材料导热性能的途径

1.6 导热理论模型

1.7 课题研究

第二章 单组份导热填料制备导热硅胶及其性能研究

2.1 实验部分

2.2 填料用量对导热复合材料导热性能的影响

2.3 导热填料粒径对导热复合材料导热性能的影响

2.4 偶联剂对导热复合材料导热性能的影响

2.5 填料对导热复合材料硬度性能的影响

2.6 填料对导热复合材料电性能的影响

2.7 填料对导热复合材料热稳定性能的影响

2.8 导热复合材料电镜分析图

2.9 Y.Agari模型对单组分填料复合材料的模拟

2.10 小结

第三章 二元复配体系/硅橡胶复合材料的制备与性能研究

3.1实验部分

3.2 不同粒径Al2O3填料的复配对复合材料导热性能的影响

3.3 不同填料之间的复配对复合材料导热性能的影响

3.4 表面处理后的导热粒子对复合材料导热率的影响

3.5 复配体系对复合材料硬度的影响

3.6 复配体系对复合材料电性能的影响

3.7 复配填料对复合材料热稳定性的影响

3.8 复配填料制备的复合材料电镜分析图

3.9 Y.Agari方程对二元复配体系的拟合

3.10 小结

第四章 三元复配体系/硅橡胶复合材料的制备与性能研究

4.1实验部分

4.2 不同三元复配粒子复合材料的导热性能研究

4.3 三元复配粒子复合材料的硬度

4.4 三元复配体系对复合材料电性能的影响

4.5 小结

第五章 总 结

5.1 研究总结

5.2 需进一步开展的工作

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果