BN、AlN掺杂的高导热PI复合薄膜的制备与性能研究

发布时间：2020-05-27 12:44

【摘要】：随着芯片技术的改进,集成元件正向着高密度,芯片大功率化的方向发展。这种变化的趋势最终会将更多的热量集中在元件有限的体积内,使得工作环境温度升高,甚至会烧毁电子元器件。因此,寻找一种应用于电子电路集成方面的高导热聚合物材料变得尤为重要。本文以聚酰亚胺为基体,分别以氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、硅烷偶联剂改性后的560-AlN、550-BN以及560-AlN和550-BN组成的复合填料为掺杂相,采用原位聚合的方法制备了一系列聚酰亚胺(PI)复合薄膜。通过红外光谱(FT-IR)表征了填料的表面修饰情况以及聚酰亚胺的特征结构;采用扫描电镜(SEM)对填料粒子在基体中分散的均匀程度以及与基体二者间界面的结合情况进行分析,发现AlN与PI界面结合性较差,而BN则在含量较高时发生团聚,针对这些问题采用KH560改性AlN,优化界面,采用KH550改性BN,提高分散性。对制得的复合薄膜的导热能力进行研究,发现无论是单一填料还是复合填料,复合薄膜的热导率λ都随着导热填料含量的提高而提高,且改性后的热导率与未改性的相比要更高,同时复合填料由于二者的协同效应以及不同尺寸粒子的紧密堆积,导致了复合薄膜热导率λ的提高。对复合薄膜的绝缘性能进行分析,研究表明:复合薄膜的介电常数ε和介电损耗tanδ随着填料粒子含量的提高而增大;当560-AlN为填料时,其击穿场强E和体积电阻率ρ_v均在3 vol%处达到最大,最大值为230 kV/mm和1.008×10~(14)Ω·m,而550-BN为填料时,则在5 vol%处达到最大,最大值分别为191.53 kV/mm和8.832×10~(13)Ω·m,因此,3 vol%AlN和5 vol%BN则分别为AlN/PI和BN/PI复合薄膜电学性能的最适填充量;当采用560-AlN和550-BN为填料时,以3 vol%的560-AlN为固定值,随着550-BN含量的提高,复合薄膜的ρ_v和E不断减小,而以5 vol%的550-BN为固定值,复合薄膜的ρ_v在560-AlN含量为2 vol%时达到最大,数值为1.3×10~(13)Ω·m,而E随着填料含量的增加而降低,当550-BN含量为5 vol%,560-AlN含量为2 vol%时,复合薄膜的击穿场强为185.47 kV/mm。对薄膜的力学性能分析表明:填料粒子的加入会降低PI复合薄膜的拉伸强度,但改性后的粒子与未改性的粒子相比提高了复合薄膜的拉伸强度。
【图文】：

SEM图像,复合薄膜,表面修饰,SEM图像

(d)AlN 7 vol% (e)AlN 9 vol%图 3-3 不同 AlN 含量 AlN/PI 复合薄膜的 SEM 图像Fig. 3-3 SEM images of AlN/PI composite films with different AlN content3-4 为 AlN 表面修饰后不同掺杂量条件下 560-AlN/PI 膜的 SEM)560-AlN 1 vol% (b)560-AlN 3 vol% (c)560-AlN 5 vol(d)(e)(b)(c)(d)(e)

SEM图像,复合薄膜,SEM图像,表面修饰

(d)AlN 7 vol% (e)AlN 9 vol%图 3-3 不同 AlN 含量 AlN/PI 复合薄膜的 SEM 图像. 3-3 SEM images of AlN/PI composite films with different AlN con 为 AlN 表面修饰后不同掺杂量条件下 560-AlN/PI 膜的 S0-AlN 1 vol% (b)560-AlN 3 vol% (c)560-AlN 5(d)(e)(b)(c)
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN403;TB383.2

【参考文献】