填充型導(dǎo)熱聚合物材料是通過在聚合物基體中添加導(dǎo)熱無機填料來增強材料的導(dǎo)熱性能，該種方法制備的導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料具有成本低、易加工等優(yōu)點，是目前聚合物基電子封裝材料最常用的制備工藝方法。
1、常見的導(dǎo)熱填料及特點
導(dǎo)熱填料加入到聚合物中可以降低材料的熱膨脹系數(shù)，能夠避免在冷熱循環(huán)過程中因材料的體積收縮產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致內(nèi)引線短路的問題。此外，導(dǎo)熱填料還能降低材料的吸水率、成型收縮率，起到補強作用等。
上表列出了常見導(dǎo)熱填料的熱導(dǎo)率，從表1可知，單壁碳納米管（SWCNT）的熱導(dǎo)率高達3500W/(m·K)，除金屬填料具有較高的熱導(dǎo)率外，陶瓷類填料中AlN、BN的熱導(dǎo)率也較高，但價格昂貴、成本較高，工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用受到了限制，而Al2O3、Al(OH)3、SiO2和ZnO填料因成本較低得到了廣泛應(yīng)用。
此外，由于金屬類填料和碳類填料具有一定的導(dǎo)電性，會明顯降低導(dǎo)熱有機硅復(fù)合材料的電絕緣性能，使得它們無法應(yīng)用于電絕緣性要求較高的電子封裝領(lǐng)域，但可以采用表面包覆改性的方法來降低填料導(dǎo)電性對導(dǎo)熱復(fù)合材料電阻率的影響。
2、導(dǎo)熱填料表面改性
在聚合物基體中添加導(dǎo)熱填料不可避免地會產(chǎn)生基體-填料和填料-填料界面，由于界面處聲子振動頻率不匹配從而造成大量的聲子散射，導(dǎo)致導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率遠低于預(yù)期值。因此，消除或減少界面引起的聲子散射是提高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵。
通過對導(dǎo)熱填料表面進行改性處理，增加填料與聚合物基體之間的相互作用，改善填料與聚合物基體之間的相容性，可以有效降低填料-基體界面引起的聲子散射。
填料表面改性的常用方法主要有物理吸附和化學(xué)共價鍵合。物理吸附是通過靜電等非共價鍵作用將偶聯(lián)劑等包覆在填料粒子表面；化學(xué)共價鍵合則是將長鏈分子或極性基團通過化學(xué)反應(yīng)接枝在填料粒子表面。
ZHANGXY等利用聚多巴胺對h-BN進行表面生物改性來構(gòu)建h-BN@PDA/硅橡膠復(fù)合材料，當(dāng)填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達到了0.95W/(m·K)。在相同填料含量下，改性后的hBN@PDA/硅橡膠復(fù)合材料的熱導(dǎo)率始終大于未改性的h-BN/硅橡膠復(fù)合材料。
LIUY等通過甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷在氧化鋁粒子表面進行原位水解聚合得到高導(dǎo)熱的有機硅/氧化鋁復(fù)合材料，表面改性后的氧化鋁在有機硅基體中具有優(yōu)異的潤濕性和分散性。當(dāng)氧化鋁填料的體積分?jǐn)?shù)為80%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高達2.92W/(m·K)，是純有機硅樹脂的15.3倍。
趙登云等研究了硅烷偶聯(lián)劑KH560、KH570、CG9以及CG12表面改性氧化鋁復(fù)配粉后，對有機硅灌封膠黏度、熱導(dǎo)率、耐熱性、電氣絕緣性能以及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明CG12表現(xiàn)出最好的綜合性能，這是因為CG12的長鏈結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒀趸X包覆得更加充分，使填料表面具有優(yōu)異的疏水性，從而提高了粉體與聚合物的相容性。
任琳琳等采用十二烷基三甲氧基硅烷來改性處理球形鋁粉制備得到單組分熱界面材料，經(jīng)過特殊硅烷偶聯(lián)劑的改性，在填料表面接枝上長鏈官能團，使得填料具有優(yōu)異的親油疏水性，與聚硅氧烷基體結(jié)合更緊密，從而改善了復(fù)合材料的柔韌性，提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性并降低了熱阻，能夠滿足芯片封裝工藝流程和技術(shù)的嚴(yán)苛要求。
LIUY等也通過十二烷基三甲氧基硅烷對鋁粉粒子進行表面化學(xué)改性處理，改善了填料在聚硅氧烷基體中的相容性和分散性，成功降低了填料與聚合物基體之間的界面熱阻。
NMATSUMOTO則采用了具有單端烷氧基結(jié)構(gòu)的長鏈聚硅氧烷處理鋁粉和氧化鋁等填料，制備的硅氧烷組合物具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，能夠用于IC封裝。
資料來源：《向略,張葉琴,暴玉強等.電子封裝用導(dǎo)熱有機硅復(fù)合材料的研究進展[J].絕緣材料,2023,56(07)》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
|
