高导热氧化铝／氮化硼环氧复合绝缘材料性能研究

高导热氧化铝／氮化硼环氧复合绝缘材料性能研究

2018 年第 40 卷第 4 期 化 学 与 黏 合 CHEMISTRYANDADHESION 前 言 环氧树脂具有优异的力学性能、绝缘性能以及化学稳定性[1 ]，在胶黏剂[2 ]、电子封装[3 ]以及特高压输电[4]等领域均有广泛的应用。但环氧树脂的热导率较低，在导热与绝缘需求均较高的领域应用受到限制。如在大功率电力电子器件的封装中，由于环氧树脂热导率较低，难以将其中的元器件在工作中产生的热量导出，使得环氧树脂本身的温度也难以降低，最终导致环氧树脂的热老化成为制约器件使用寿命和可靠性的主要问题[5]。因此，提升环氧树脂材料的导热性能成为一个亟待解决的技术问题，而在环氧树脂中添加高导热填料是一种常用的解决方法。其中，金属粉末、碳纳米管以及石墨烯填料虽然常被用来尝试改善环氧树脂导热性能，但它们对 环氧树脂的绝缘性能会产生明显的负面影响，因此，在环氧树脂绝缘材料中，一般只使用 Al2O3 以及 BN等同样具有绝缘性的无机颗粒。 根据 Nielsen[ 6 ]提出的使用球形颗粒填料的复合材料热导率模型，当填料颗粒热导率在聚合物基体 100 倍以上时，复合材料的热导率基本不再随着填料热导率的提升而提升，而只受到填料颗粒体积分数的影响，即只在填料体积分数超过一定数值（逾渗阈值）时，热导率才发生明显的突越式提升。表 1[7]为一些常见材料的热导率。可以发现 BN以及Al2O3 的热导率均超过了环氧树脂的 100 倍，因此，在实际应用时，两者在环氧树脂中体积分数相近时，提升环氧树脂热导率的效果也比较接近，由于成本价格的影响，一般只应用 Al2O3 单一填料提升环氧树脂热导率。