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环氧塑封材料的导热通道构造和性能研究

作　者: 张绍东
导　师: 傅仁利
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 环氧塑封料网状陶瓷导热通道热导率热膨胀系数
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用有机泡沫浸渍方法,以Al₂O₃陶瓷为主要原料,研究了适合有机泡沫浸渍的陶瓷浆料体系,制备出与有机泡沫结构相似的多孔网络状陶瓷烧结体。通过树脂灌封工艺制备出以多孔网络状Al₂O₃陶瓷为主要导热通道的环氧树脂基复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）对制备试样的微观结构进行分析,并用热导测试仪、PCY-III型膨胀系数测试仪及介电常数测试仪分别测试了复合材料的热导率、热膨胀系数（CTE）和介电常数。最后在ANSYS软件中建立网状模型并进行导热模拟和预测。研究结果表明:1) 65wt.%固相-2wt.%PVB浆料浸渍20 ppi有机泡沫获得最大生坯质量,60wt.%固相-2wt.%PVB浆料浸渍50 ppi有机泡沫获得最大生坯质量;经1500°C烧结后可获得具有连续网状形态的多晶Al₂O₃陶瓷,孔隙率分别达到92.5%和87.4%;2)网状陶瓷体积分数为7.5vol.%和12.6vol.%的环氧树脂基复合材料热导率分别达到0.55 W/m?K和0.79 W/m?K,为同体积分数颗粒填充时的3.6倍和5.2倍;热膨胀系数降低至27.56×10^-6/°C和22.34×10^-6/°C,与颗粒填充相比降低了70%;介电常数稳定在4⁵之间;提高周围树脂Al₂O₃和Si3N4的含量,复合体系热导率呈线性增长;3)理论预测与实验结果对比,Calmidi模型A=0.25时满足网状陶瓷单独填充;大于网状陶瓷体积分数的曲线部分,热导率的对数曲线满足Agari线性关系;4) BCC、FCC、A15切除立方体所得模型用于ANSYS模拟,采用A15模型模拟结果与实际结果吻合较好;网状结构热导率在50²00 W/m?K之间体系热导率增长最快,大于500 W/m?K后几乎维持不变。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-24
  1.1 电子封装技术  12-16
    1.1.1 电子封装的作用和范围  12
    1.1.2 封装器件与封装结构  12-15
    1.1.3 气密性与非气密性封装  15-16
    1.1.4 电子封装的热管理  16
  1.2 电子封装材料  16-19
    1.2.1 电子封装用金属材料  16-17
    1.2.2 电子封装用陶瓷和玻璃材料  17-18
    1.2.3 电子封装用聚合物  18-19
  1.3 环氧塑封及基板材料的研究进展  19-22
    1.3.1 有机改性环氧塑料封装及基板材料  19-20
    1.3.2 无机填料填充环氧树脂材料的热性能  20-21
    1.3.3 无机填料填充环氧树脂材料的电性能  21-22
  1.4 本课题的提出和研究内容  22-24
第二章网络结构导热通道构造与制备  24-39
  2.1 导热网络的构造思路  24-27
    2.1.1 陶瓷材料的导热原理  24
    2.1.2 影响陶瓷增强复合材料导热的因素  24-25
    2.1.3 提高塑封材料热导率的传统方法  25
    2.1.4 构造导热通道提高热导率  25-27
  2.2 导热陶瓷网络结构的制备  27-30
    2.2.1 实验原料  27-28
    2.2.2 性能测试和设备  28
    2.2.3 多孔网状A1_20_3 陶瓷的制备工艺  28-30
  2.3 有机泡沫浸渍用氧化铝浆料的性能优化  30-34
    2.3.1 A1_20_3 平均粒径对浆料粘度的影响  30-31
    2.3.2 固相质量分数对粘度的影响  31
    2.3.3 PVB 浓度对粘度的影响  31-32
    2.3.4 浆料的流变特性  32-34
  2.4 泡沫浸渍用 A1_20_3 陶瓷浆料对生坯质量的控制  34-36
    2.4.1 固相质量分数对生坯质量的影响  34-35
    2.4.2 PVB 浓度对生坯质量的影响  35-36
    2.4.3 A1_20_3 陶瓷浆料体系的最优选择  36
  2.5 烧结网状陶瓷材料的微观形貌  36-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章网状陶瓷填充复合材料的制备  39-45
  3.1 网状陶瓷填充树脂复合材料的制备  39-40
    3.1.1 实验原料及设备  39
    3.1.2 网状陶瓷填充环氧树脂的制备  39-40
  3.2 复合材料热导率测试  40-43
    3.2.1 热导率的测试原理与测试装置  40-42
    3.2.2 热导率的测试  42-43
  3.3 复合材料热膨胀系数测试  43-44
    3.3.1 热膨胀系数测试原理  43
    3.3.2 热膨胀系数测试步骤  43-44
  3.4 复合材料介电性能测试  44-45
    3.4.1 介电常数测试原理和测试仪器  44
    3.4.2 介电常数测试步骤  44-45
第四章陶瓷导热网络增强环氧塑封材料的性能  45-60
  4.1 网状A1_20_3 填充环氧树脂的微观形貌  45-47
  4.2 网状A1_20_3 的热性能和电性能  47-51
    4.2.1 网状A1_20_3 填充树脂复合材料的热导率  47-49
    4.2.3 网状陶瓷填充树脂复合材料的热膨胀系数  49-50
    4.2.4 网状陶瓷填充树脂复合材料的介电性能  50-51
  4.3 复合材料的导热理论与预测  51-57
    4.3.1 复合材料的热场导热理论  51-52
    4.3.2 复合材料的热阻导热理论  52-53
    4.3.3 多孔材料的导热理论  53-54
    4.3.4 导热理论模型验证与分析  54-57
  4.4 复合材料热膨胀理论  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第五章网状陶瓷增强复合材料的导热模拟  60-68
  5.1 网状陶瓷的几何模型  60-61
  5.2 构建网状陶瓷和复合材料模型  61-62
  5.3 网状模型的结构分析  62-63
  5.4 网状模型增强复合材料传热模拟  63-66
    5.4.1 网状模型的导热模拟  63-65
    5.4.2 基体模型热导率对复合材料热导率变化的模拟  65-66
    5.4.3 A15 模型热导率变化对复合体热导率的模拟预测  66
  5.4 本章小结  66-68
第六章全文结论和课题展望  68-70
  6.1 全文结论  68-69
  6.2 课题展望  69-70
参考文献  70-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78

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