电子封装用环氧树脂/氮化硼导热复合材料的研究进展
发布时间：2021-01-30 21:31
环氧树脂（EP）是常用的电子封装材料,向环氧树脂中添加高导热氮化硼（BN）填料是提高环氧树脂复合材料热导率的有效方法之一。本文介绍了电子封装用环氧树脂基复合材料的导热机理,综述了近年来电子封装用环氧树脂/氮化硼复合材料的研究进展,最后展望了环氧树脂/氮化硼导热复合材料的发展前景。
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
填充型导热EP复合材料的导热机理
图1 填充型导热EP复合材料的导热机理将BN与EP简单地复合，可以在一定程度上提高EP的导热性，但是存在以下两个问题：(1)填料表面具有一定的粗糙度，使得填料与聚合物基体的界面结合不够紧密，界面存在大量的间隙，导致BN填料与EP基体之间存在较大的接触热阻，较大程度上阻碍了复合体系导热性能的提升[16];(2)简单混合往往需要较大的填料填充量才能获得导热性能的较大提升，但是当填料的含量超过一定值时，填料会发生团聚，不利于导热通路的形成[17]，且高的填充量会对聚合物的力学性能、介电性能以及加工性能产生不利的影响[3,18]。因此减小填料与基体之间的界面热阻，开发低填充高导热复合材料显得很重要。
设计并通过不同的方法制备具有BN三维网络结构的EP复合材料，是目前EP导热复合材料的研究热点。简单混合填充的EP/BN复合材料中，BN的分布具有随机性，导热通路的形成主要依赖于BN的高填充量来被动实现；而BN三维导热网络结构的主动构筑则可以实现在较低BN填充量下，形成连续的高效导热网络，更好地提高EP的导热性能。冷鑫钰等[25]通过不同尺寸的BN和聚苯乙烯（PS）微球经过热压和烧蚀制备三维BN骨架，随后用EP浸润三维BN骨架结构，获得了EP/BN复合材料。研究表明，小尺寸的BN表现出良好的协同效应，可以有效填充大尺寸BN堆叠形成的空隙，从而形成结构完善的三维导热网络，制备的EP/BN复合材料的导热性能大幅提高。如图3所示，当h-BN(15μm)与h-BN(1μm)的质量比为9∶1时，能形成更为致密的网络结构，复合材料的热导率达到1.98W/(m·K)，是纯环氧树脂的10倍，因为低热膨胀系数BN的添加及EP的热膨胀运动受到BN网络的阻碍，导致EP/BN复合材料有更低的热膨胀系数，其值为43.27×10-6/K，同时具有更好的热稳定性、热力学性能和较低的介电常数。XIAO Chao等[18]采用盐模法制备了空心氮化硼微球（BNMB）骨架，将EP渗透到BNMB骨架，成功制备具有填料分离结构的EP/BNMB复合材料。研究发现，BNMB在基体中有选择性地分布，填料分离的结构在基体中构建了连续导热网络，填料之间界面接触改善，热阻降低，减少了填料界面声子散射。当BNMB的体积分数为65.6%时，复合材料的热导率最大值为17.61 W/(m·K)（面内方向）、5.08 W/(m·K)（面外方向），与纯EP相比，复合材料质量损失20%时的热分解温度提高了227.3℃，介电常数（3.92）和介质损耗因数（0.0209）均保持在较低水平，基本满足电子封装的需求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂/氮化硼微纳米复合材料的导热与电气绝缘性能研究[J]. 马万里,田付强,熊雯雯,姚江艺. 绝缘材料. 2019(07)
[2]氮化硼填充导热绝缘塑料的研究及应用[J]. 张惠娟,王涛,孟维晓,瞿雄伟. 塑料工业. 2019(06)
[3]环氧树脂中3D氮化硼复合导热网络的构筑及性能[J]. 冷鑫钰,肖超,陈璐,郑康,张献,田兴友. 高分子材料科学与工程. 2019(03)
[4]电子封装用导热环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 谢宇宁,雷华,石倩. 工程塑料应用. 2018(12)
[5]高导热绝缘材料及其在电动汽车中的应用[J]. 田付强,王志晓,刘雪梅,穆勇,徐丽华,杨春. 绝缘材料. 2018(11)
[6]填充型环氧树脂基导热绝缘复合材料研究进展[J]. 田溪鹤,魏松,张瑶. 绝缘材料. 2018(07)
[7]高导热环氧树脂复合电介质研究现状[J]. 杜伯学,孔晓晓,李进,张程. 绝缘材料. 2017(08)
[8]耐高温环氧树脂改性研究进展[J]. 于越,黄凤春,张浩,周敏,胡杰,郭安儒. 中国胶粘剂. 2017(07)
[9]环氧树脂/改性氮化硼导热复合材料的制备与性能研究[J]. 徐随春,赵春宝. 绝缘材料. 2017(05)
[10]新型电子电器绝缘性封装的环氧树脂材料[J]. 李进卫. 化学工业. 2015(11)
博士论文
[1]环氧树脂/陶瓷杂化颗粒复合材料的制备及其导热性能研究[D]. 黄涛.吉林大学 2017
硕士论文
[1]氮化硼/环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究[D]. 侯君.河北工业大学 2015
本文编号：3009620
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
填充型导热EP复合材料的导热机理
图1 填充型导热EP复合材料的导热机理将BN与EP简单地复合，可以在一定程度上提高EP的导热性，但是存在以下两个问题：(1)填料表面具有一定的粗糙度，使得填料与聚合物基体的界面结合不够紧密，界面存在大量的间隙，导致BN填料与EP基体之间存在较大的接触热阻，较大程度上阻碍了复合体系导热性能的提升[16];(2)简单混合往往需要较大的填料填充量才能获得导热性能的较大提升，但是当填料的含量超过一定值时，填料会发生团聚，不利于导热通路的形成[17]，且高的填充量会对聚合物的力学性能、介电性能以及加工性能产生不利的影响[3,18]。因此减小填料与基体之间的界面热阻，开发低填充高导热复合材料显得很重要。
设计并通过不同的方法制备具有BN三维网络结构的EP复合材料，是目前EP导热复合材料的研究热点。简单混合填充的EP/BN复合材料中，BN的分布具有随机性，导热通路的形成主要依赖于BN的高填充量来被动实现；而BN三维导热网络结构的主动构筑则可以实现在较低BN填充量下，形成连续的高效导热网络，更好地提高EP的导热性能。冷鑫钰等[25]通过不同尺寸的BN和聚苯乙烯（PS）微球经过热压和烧蚀制备三维BN骨架，随后用EP浸润三维BN骨架结构，获得了EP/BN复合材料。研究表明，小尺寸的BN表现出良好的协同效应，可以有效填充大尺寸BN堆叠形成的空隙，从而形成结构完善的三维导热网络，制备的EP/BN复合材料的导热性能大幅提高。如图3所示，当h-BN(15μm)与h-BN(1μm)的质量比为9∶1时，能形成更为致密的网络结构，复合材料的热导率达到1.98W/(m·K)，是纯环氧树脂的10倍，因为低热膨胀系数BN的添加及EP的热膨胀运动受到BN网络的阻碍，导致EP/BN复合材料有更低的热膨胀系数，其值为43.27×10-6/K，同时具有更好的热稳定性、热力学性能和较低的介电常数。XIAO Chao等[18]采用盐模法制备了空心氮化硼微球（BNMB）骨架，将EP渗透到BNMB骨架，成功制备具有填料分离结构的EP/BNMB复合材料。研究发现，BNMB在基体中有选择性地分布，填料分离的结构在基体中构建了连续导热网络，填料之间界面接触改善，热阻降低，减少了填料界面声子散射。当BNMB的体积分数为65.6%时，复合材料的热导率最大值为17.61 W/(m·K)（面内方向）、5.08 W/(m·K)（面外方向），与纯EP相比，复合材料质量损失20%时的热分解温度提高了227.3℃，介电常数（3.92）和介质损耗因数（0.0209）均保持在较低水平，基本满足电子封装的需求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂/氮化硼微纳米复合材料的导热与电气绝缘性能研究[J]. 马万里,田付强,熊雯雯,姚江艺. 绝缘材料. 2019(07)
[2]氮化硼填充导热绝缘塑料的研究及应用[J]. 张惠娟,王涛,孟维晓,瞿雄伟. 塑料工业. 2019(06)
[3]环氧树脂中3D氮化硼复合导热网络的构筑及性能[J]. 冷鑫钰,肖超,陈璐,郑康,张献,田兴友. 高分子材料科学与工程. 2019(03)
[4]电子封装用导热环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 谢宇宁,雷华,石倩. 工程塑料应用. 2018(12)
[5]高导热绝缘材料及其在电动汽车中的应用[J]. 田付强,王志晓,刘雪梅,穆勇,徐丽华,杨春. 绝缘材料. 2018(11)
[6]填充型环氧树脂基导热绝缘复合材料研究进展[J]. 田溪鹤,魏松,张瑶. 绝缘材料. 2018(07)
[7]高导热环氧树脂复合电介质研究现状[J]. 杜伯学,孔晓晓,李进,张程. 绝缘材料. 2017(08)
[8]耐高温环氧树脂改性研究进展[J]. 于越,黄凤春,张浩,周敏,胡杰,郭安儒. 中国胶粘剂. 2017(07)
[9]环氧树脂/改性氮化硼导热复合材料的制备与性能研究[J]. 徐随春,赵春宝. 绝缘材料. 2017(05)
[10]新型电子电器绝缘性封装的环氧树脂材料[J]. 李进卫. 化学工业. 2015(11)
博士论文
[1]环氧树脂/陶瓷杂化颗粒复合材料的制备及其导热性能研究[D]. 黄涛.吉林大学 2017
硕士论文
[1]氮化硼/环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究[D]. 侯君.河北工业大学 2015
本文编号：3009620
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