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聚酰亚胺/氮化铝复合材料的制备与性能研究

王家俊  
【摘要】: 现代信息产业中电子、微电子和光电子元件的高功率化、高密度化、高集成 化与高运行速度,迫切需要新一代同时具有高热导、低介电常数、低介电损耗、 热膨胀小、高绝缘等优异性能的基板材料、封装材料和绝缘介质材料。氮化铝具 有很高的导热性,同时介电性能好、热膨胀系数小,是先进集成电路优异的候选 材料。聚酰亚胺是目前聚合物中最耐高温、高强度的品种之一,它还具有低介电、 高绝缘、热膨胀小等优点,在微电子行业被广泛用作层间介质、封装材料、印刷 电路板等。聚酰亚胺/氮化铝复合材料结合了聚酰亚胺和氮化铝的各自优点,而 且还具有聚合物基复合材料重量轻、易加工成各种复杂的形状、化学稳定性好和 性能可调节等特点,应用于现代微电子领域前景良好。 本文首先研究了聚酰亚胺/氮化铝复合材料的制备方法,用原位聚合法和 PMR工艺法分别制备了两大类聚酰亚胺/氮化铝复合材料,并用DSC、H-NMR、 FTIR、SEM、TG等对单体、制备过程、最终复合材料进行了分析和表征。制备 了不同氮化铝含量、不同偶联剂用量、原位聚合工艺的系列原位聚合法聚酰亚胺 /氮化铝复合材料和不同氮化铝含量、不同球磨工艺和热压工艺、偶联剂的系列 PMR聚酰亚胺/氮化铝复合材料。分析了PMR工艺法的制备条件,通过自制模 具和边加热器,创造性地实现了在普通热压机上制备PMR聚酰亚胺/氮化铝复合 材料。应用高能球磨混合和PMR工艺方法,成功制得氮化铝含量达80Wt%(体 积含量达62vol.%)、致密的PMR聚酰亚胺/氮化铝复合材料。 复合材料的导热行为较复杂,描述粒子分散在基体中的复合材料的导热系数 常用Maxwell方程,但粒子的形状、高含量时粒子的相互作用、特别是界面热阻 的存在将严重影响复合材料的导热系数,使Maxwell方程出现很大的偏差,因此 许多研究者提出了考虑不同因素的改进方程。但还没有人提出同时考虑上述诸多 因素、适用面更广的复合材料导热系数方程。本文提出并验证了同时考虑粒子形 状和界面热阻、适用全范围粒子含量的复合材料导热系数新改进方程。 对PMR聚酰亚胺/氮化铝复合材料的性能研究表明:高能球磨工艺主要通过 使氮化铝粒子形状变化而影响复合材料的导热系数;热压成型工艺主要通过使 浙江大学博上论文 PMR聚酚亚胺基体和复合材料的界面变化而影响复合材料的导热系数;偶联剂 可以改善复合材料的界面从而提高导热系数;PMR聚酚亚胺/氮化铝复合材料的 介电常数小门叶左右)、介电损耗小*3.SX10”3)、热膨胀系数小,符合微电 于材料的要求。 原位聚合法聚酚亚胺/氮化铝复合材料的正交试验研究表明:氮化铝含量和 偶联剂用量对导热系数有显著影响:氮化铝含量对介电常数有高度显著影响;没 有因素对介电损耗有显著影响。原位聚合法聚酚亚胺/氮化铝复合材料性能进一 步研究表明:导热系数随氮化铝含量的增加而显著提高,规律基本符合Maxwell 方程,但更符合新改进方程:复合材料的介电常数小、介电损耗小,并具有优异 的电绝缘性。


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