有機硅導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、超高亮度的LED已成為了目前新一代的綠色環(huán)保固體光源，但隨著LED器件不斷向高功率化、體積微型化發(fā)展，芯片的工作結(jié)溫不斷升高，嚴重影響了LED燈具的出光效率、可靠性、壽命、光色等性能指標，散熱問題已成為其發(fā)展進程上的主要瓶頸。為了解決LED芯片的散熱問題，開發(fā)能滿足封裝材料性能的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料勢在必行。有機硅樹脂因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、耐老化性等優(yōu)點，正在逐步取代傳統(tǒng)的聚氨酯、環(huán)氧樹脂等材料，而成為電子封裝領(lǐng)域的新材料。但有機硅

2、樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)很低，常需要填充導(dǎo)熱填料來增大其導(dǎo)熱性能，因此開發(fā)填充型有機硅樹脂基導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料有很大的應(yīng)用價值。
　　以甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷為原料，經(jīng)水解-擴鏈-縮聚合成了甲基苯基乙烯基有機硅樹脂(簡寫為SR)，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為0.401 W/(m·K)，體積電阻率為8.707×1015Ω·cm。以所合成的SR為基體，通過添加Al2O3、BN、Si3N4、AlN和SiC制備出了系列有機硅導(dǎo)熱復(fù)合材料，

3、發(fā)現(xiàn)所得復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)均比有機硅樹脂基體的導(dǎo)熱系數(shù)有所提高，其中SR/SiC復(fù)合材料與SR/AlN復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)均達到了有機硅樹脂基體的二倍以上，且二者數(shù)值相近，但AlN價格更經(jīng)濟，更適合用于制備導(dǎo)熱復(fù)合材料。
　　對于SR/AlN復(fù)合材料體系，研究了填料用量、填料粒徑對其導(dǎo)熱性能及電絕緣性能的影響規(guī)律，其中SR/AlN復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨AlN用量的增加而增大，其體積電阻率則隨之減小;在0.03，2及5μm三種粒徑的Al

4、N填料中，2μm粒徑AlN填充下的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)最高，0.03μm粒徑AlN填充下的復(fù)合材料體積電阻率最大。通過Agari模型對SR/AlN復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)進行模擬計算，并與實驗值對比分析可知，三種粒徑制備的復(fù)合材料體系均可與Agari模型取得較好的一致性。
　　此外，還研究了混雜填料中填料復(fù)配比例對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能及電絕緣性能的影響。當(dāng)總填料為60份時，在BN∶AlN為4∶6的體積比下，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能最佳，其導(dǎo)熱系數(shù)值為

5、1.885 W/(m·K);而隨著復(fù)配填料中BN用量的增加，SR/BN/AlN復(fù)合材料的體積電阻率逐漸增大
　　由于導(dǎo)熱填料在有機硅樹脂中存在團聚現(xiàn)象，為了改善填料與硅樹脂基體間的相容性，使用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對AlN粉體進行了改性處理，并填充到有機硅樹脂基體中制備了改性導(dǎo)熱復(fù)合材料，利用正交實驗設(shè)計法，研究了改性工藝對改性復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)、體積電阻率的影響。正交實驗設(shè)計分析表明，在SR/m-AlN改性復(fù)合材料體系中，硅烷偶聯(lián)

6、劑用量對改性復(fù)合體系的導(dǎo)熱系數(shù)和體積電阻率有著極顯著的影響，在實驗所研究的1％～4％的用量范圍內(nèi)，當(dāng)偶聯(lián)劑用量為3％時可同時取得導(dǎo)熱系數(shù)最大值和體積電阻率最小值。改性時間對改性復(fù)合體系的導(dǎo)熱系數(shù)和體積電阻率均有較為顯著的影響。對AlN進行3小時的改性處理可獲得導(dǎo)熱系數(shù)最優(yōu)的產(chǎn)物，對AlN進行2小時的改性處理可獲得體積電阻率最優(yōu)的產(chǎn)物。而改性溫度只對改性復(fù)合體系的導(dǎo)熱系數(shù)有較為顯著的影響，并在在改性溫度為60℃時取得導(dǎo)熱系數(shù)最優(yōu)值。