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近，南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，進(jìn)行了氮化硅/環(huán)氧復(fù)合電子基板材料研制。他們以以Si3N4粉末作為增強(qiáng)組分與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合，采用模壓法制備了氮化硅/環(huán)氧樹脂復(fù)合電子基板材料。著重研究了Si3N4含量對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能和介電性能的影響，結(jié)果表明隨著Si3N4含量的增加，復(fù)合材料中填料形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也隨之增加，當(dāng)體積填充量為35%時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.71W/m•K。復(fù)合材料的介電常數(shù)隨Si3N4含量的增加而增加，但在氮化硅陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到35%時(shí)，仍維持在較低的水平(7.08，1MHz)。據(jù)專家介紹，通過(guò)選擇不同種類的陶瓷顆粒和纖維，調(diào)整增強(qiáng)組元的含量、分布以及與聚合物界面結(jié)合情況，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和介電性能，因而將成為今后封裝基板用基材的發(fā)展重點(diǎn)。
由于電子信息產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，要求電路基板和封裝材料具有越來(lái)越優(yōu)異的性能。以高性能的陶瓷顆粒和纖維作為增強(qiáng)組元與傳統(tǒng)聚合物材料進(jìn)行復(fù)合，可以在保持聚合物材料低介電常數(shù)的同時(shí)，降低聚合物的熱膨脹系數(shù)，提高聚合物的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。環(huán)氧樹脂(EP)具有粘接力強(qiáng)、電絕緣性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)、優(yōu)良的密著性和固化收縮率小等優(yōu)良特性。但環(huán)氧樹脂熱導(dǎo)率低，熱學(xué)性能需要改善。已有研究表明采用高熱導(dǎo)的陶瓷材料與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合，在低填充量情況下就可使基體材料的導(dǎo)熱性能獲得較大的改善。在上述研究中嘗試了用Si3N4粉末作為增強(qiáng)組元與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合，制備復(fù)合電子基板材料，研究了Si3N4含量對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)和介電常數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)中所用氮化硅粉末平均粒度為2μm，密度為3.26g/cm3，相含量大于95%；環(huán)氧樹脂是藍(lán)星新材料無(wú)錫樹脂廠提供的雙酚A型液態(tài)環(huán)氧樹脂。
科研人員對(duì)Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能、Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電性能進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱性能進(jìn)行理論分析。據(jù)專家介紹，結(jié)果表明：以Si3N4顆粒增強(qiáng)液態(tài)環(huán)氧樹脂，采用模壓法制備出具有較高熱導(dǎo)率的復(fù)合電子基板材料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)到1.71W/(m•K)(體積分?jǐn)?shù)為35%)，為環(huán)氧樹脂基體的3倍；Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合電子基板材料的介電常數(shù)隨Si3N4體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，但在氮化硅陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到35%時(shí)仍維持在較低的水平(7.08，1MHz)；運(yùn)用Agari模型對(duì)Si3N4/環(huán)氧樹脂復(fù)合電子基板材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行理論分析，結(jié)果表明樣品導(dǎo)熱系數(shù)的對(duì)數(shù)值隨Si3N4含量變化曲線與Agari模型有較好的擬合。總之隨著Si3N4含量的增加，復(fù)合材料中填料形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也隨之增加。