高导热电子灌封复合材料的研究

摘要

本文以氧化铝、氮化铝、铝粉为导热填料,以硅酸钠、二甲基硅油为基体,采用共混的方法制备可应用于电子灌封的高导热复合材料。采用稳态导热法测量复合材料的热导率,SEM研究复合材料的相组成、微观形貌以及复合过程中发生的变化。同时,研究了复合材料热导率随填料填充量的变化规律,以及降低硅酸钠基体干燥时间的方法。
　　 通过测量重量损失、红外光谱分析、核磁共振分析等方法研究了不同浓度水玻璃溶液中滴加无水乙醇时溶液体系的变化规律,发现随无水乙醇的加入,溶液体系会出现分层现象,上层为澄清的乙醇水溶液,下层为有流动性的硅酸钠胶体溶液;同时发现,要形成稳定的硅酸钠胶体溶液,滴加的乙醇量存在一临界值,当超过该临界值时,硅酸钠胶体溶液变成不流动的沉淀固体。提出一种机制来解释无水乙醇的作用:乙醇分子与水分子之间的结合拉近了硅酸钠胶粒之间的距离。这有助于排除多余的水,从而降低水玻璃溶液的干燥时间及干燥过程中的能量消耗。
　　 采用氧化铝、氮化铝填充的硅酸钠复合材料体系,热导率随填料的增加而提高,当用量达临界值后,热导率迅速提高。其中氧化铝/硅酸钠体系在填充比例为90％时,热导率可达3.4358W/m·K;氮化铝/硅酸钠体系在填充比例为90%时,热导率可达4.6295W/m·K。由各体系样品的SEM观察表明,对于同一填料,高填充量时填料之间搭接程度高;对于不同填料,球形度低的填料搭接程度高,这些因素均有利于导热网链的形成,从而影响热导率。同时利用现有几种填充型导热复合材料热导率方程与实验值进行比较,并利用逾渗理论对模型进行修正,使模型更趋近实践。
　　 采用氧化铝填充的二甲基硅油复合材料体系,热导率随填料的增加而提高,当填充量达到85%时,复合材料热导率达到最大3.4826W/m·K。同时研究了填料的表面处理及填料之间的颗粒级配对热导率的影响。实验结果表面,对于氧化铝/硅油复合材料体系,选择1.0%铝酸酯进行改性效果最佳;采用铝粉代替氧化铝粉对硅油进行填充,当代替量增加至1:1时,热导率由3.3415W/m·K提高至5.5946W/m·K。