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摘 要

针对电子产品和电气设备的散热问题，本文提出在基础胶中通过添加具有优异导热性能的BN粉的研究思路，开发具有优异导热性能的导热胶。本文首先对BN粉进行分析表征，通过测定pH-Zeta电位图选择阴离子分散剂SA，OA和非离子型分散剂SDBS、PEG4000、PEG20000、Span80，在此基础上进一步研究BN粉在无水乙醇中的分散工艺。研究发现，最好的阴离子型分散剂为SA，最好的高分子性分散剂为PEG4000，较好的偶联剂为KH-570；SA与PEG4000复合后的分散剂对 BN 粉的分散作用明显。最后，将分散之后纳BN作为填料，加入到环氧树脂基体中制备了导热胶，发现添加经过分散的 BN 粉球有利于提高导热胶的导热性。

关键词：导热胶；环氧树脂；纳米BN粉；分散

Preparation and properties of thermal conductive adhesive containing BN powders

Abstract

In order to solve the problem of heat dissipation of electronic products and electrical equipment, this paper puts forward in the gel base by adding has excellent thermal conductivity of BN powders research ideas, the development of excellent thermal conductivity of thermal conductive adhesives. The dispersion process of BN powders in anhydrous alcohol was further studied based on the determination of pH-Zeta potential, SA, OA and nonionic dispersant SDBS, PEG4000, PEG20000, Span80, and so on. The study found that the best anionic dispersant is SA, best polymer dispersant was peg 4000, better coupling agent was KH-570; The dispersion effect of SA and PEG4000 composite dispersant on the dispersion of BN powders was obvious. In the end, the thermal conductive adhesive was prepared by adding BN as filler and adding to the epoxy resin matrix. It was found that the addition of dispersed BN powders could improve the thermal conductivity of the conductive adhesive.

Keywords: thermal conductive adhesive ; epoxy resin ; nano BN powders; dispersion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2热界面材料的研究现状 1

1.2.1 热界面材料的研究背景 1

1.2.2热界面材料的导热机理 2

1.3导热胶 4

1.4基体与填料 4

1.4.1基体 5

1.4.2填料 6

1.4.3纳米六方BN 7

1.4.4环氧树脂复合材料 8

1.5 研究目的和内容 8

第二章 实验研究方法 9

2.1实验试剂和实验设备 9

2.1.1实验试剂 9

2.1.2实验设备 9

2.2实验研究的具体内容和流程 10

第三章 纳米BN粉的分散 11

3.1 BN原料的表征 11

3.2 BN的分散 12

3.2.1 BN在乙醇中pH-Zeta电位图和分散剂的选择 13

3.2.2 不同分散剂对BN粉分散性能的影响 13

3.2.3 BN分散剂的复配 15

第四章 以纳米BN为填料的环氧树脂导热胶的制备 18

4.1以BN为填料导热胶的制备 18

4.1.1 导热胶制备工艺流程图 18

4.1.2环氧树脂的固化工艺 19

4.2导热胶导热系数的测定 20

第五章 结 论 21

参考文献 22

致 谢 26

第一章 绪 论

1.1引言

科学技术不断进步的今天，工业生产也在不断发生着变化，电子产品在小型化、多功能化和低成本化等方向上不断前进。然而电子元器件与集成电路热扩散这一对电子产业来说至关重要的问题限制着微电子产品在性能、速度、可靠性以及进一步小型化方面的发展^[1，2]。热界面导热材料是一种在IC封装和电子散热上广泛使用的材料，由于电子元件和散热器联接或接触时会产生微空隙及表面会存在凹凸不平的孔洞，这些空隙和空洞会使得电子元件产生的热量无法快速传递到散热器，使用热界面材料填补空隙和空洞能够实现快速散热，提高器件的散热性能。热界面材料有导电型和绝缘型的，主要包括导热胶、导热油脂,相变导热材料、弹性导热垫、导热凝胶以及金属钎料等^[3]。目前电子产业迫切需要具有高导热性、高热稳定性并且环保的导热绝缘封装材料，因此传统电子导热的封装材料制造技术面临新的挑战^[4]。电子导热封装材料主要分为环氧树脂、聚氨酯和有机硅。其中环氧树脂因为具有更为优异的综合性能而被广泛使用，如何以环氧树脂为基体材料制备更加出色的导热封装材料也成为不少院校和研究机构的研究课题。相较于传统材料，纳米材料具有更为出色的性能而被广泛地应用于各个方面。本文使用BN 纳米球对环氧树脂基体进行改性，以期制备出具有高导热性和高热稳定性的新型导热胶。

1.2热界面材料的研究现状

1.2.1 热界面材料的研究背景

前已提及，热界面导热材料是一种在IC封装和电子散热上广泛使用的材料，使用热界面材料填补电子元件和散热器联接或接触时空隙和空洞能够实现快速散热，提高器件的散热性能。

热界面材料按照不同类型可分为导电型和绝缘型^[5]、有机、无机和金属型、单组份和双组分等。按照热界面材料的历史发展和特点可分为:导热胶、导热油脂、相变导热材料、弹性导热垫、导热凝胶以及金属钎料等^[6]。

Khatri^[7]等人通过对热界面材料的研究开发出新型非硅基导热油脂。该导热油脂导热率范围是0.9~5W/m•K，接近现有油脂。Chen^[8]等发明的相变导热材料由导热油脂和形状记忆合金混合而成，具有马氏体相变特性可以强化电子器件与热沉之间的热接触。Hatsuo Ishida^[9]等人制备出酚醛树脂复合材料与BN的混合材料，其热导率高达32.5W/m•K。Ynsheng Xu^[10]等通过在PVDF基体中混入适量的AlN，使得导热胶热导率达到11.5W/m•K。国内方面，汪倩^[11]、唐明明^[12]、Wenying Zhou^[13]、王铁如^[14]、谭茂林^[15]等人也做了相关的研究。其中李素^[16]制备的由石墨和硅酸盐类胶粘剂复合制备的TM-1型导热胶，其导热率达到23W/m•K；由有机高分子胶粘剂和石墨组成的TM-2型胶粘剂，导热率达到8.7W/m•K。

1.2.2热界面材料的导热机理

热界面材料主要被用来填充在两接触材料之间的微型空隙以提高微系统的各级散热效率。从宏观的角度来看，热量的传导和扩散依赖于导热填料粒子在体系中通过相互接触所形成导热网链。从微观的角度看，一般的导电填料主要是通过电子导热，绝缘型导热填料则主要由晶格的振动来导热。图1-1，1-2是它的微观以及宏观传递原理示意图^[17]。

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