高導(dǎo)熱層狀石墨膜復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、近年來微電子集成和電子封裝技術(shù)的快速發(fā)展，使得智能電子產(chǎn)品和可穿戴設(shè)備的體積不斷縮小，功率密度不斷的增大。這導(dǎo)致電子器件工作環(huán)境溫度增加，而電子器件的壽命又與其工作環(huán)境的溫度密切相關(guān)。因此電子產(chǎn)品散熱問題變得極其重要，對熱管理技術(shù)的要求也更為嚴(yán)格。本文以制備高導(dǎo)熱熱管理材料為目的，分別以低導(dǎo)熱石墨膜(LG)和高導(dǎo)熱石墨膜(HG)為填料來制備高導(dǎo)熱層狀石墨膜復(fù)合材料。
　　首先，利用電鍍方法在高導(dǎo)熱石墨膜表面生長金屬銅層，制備了銅-

2、石墨膜-銅層狀復(fù)合材料。為增強(qiáng)石墨膜與鍍銅層之間的結(jié)合力，在石墨膜上制備直徑為50-100μm的微孔。電鍍過程中，微孔中長滿金屬銅形成“鉚釘”結(jié)構(gòu)，將石墨膜與鍍銅層牢固結(jié)合在一起。對得到的銅-石墨膜-銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行熱性能測試，其熱擴(kuò)散系數(shù)為319-442mm2/s，熱導(dǎo)率為526-626W/(m·K)，是銅的1.66-1.98倍，但密度僅為2.36-3.17g/cm3。對制備得到的銅-石墨膜-銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行散熱實(shí)驗(yàn)，芯片功率為1

3、.4W時，35μm厚復(fù)合材料基板上芯片的溫度比50μm厚銅箔上的溫度降低了8oC。而且該復(fù)合材料的另一個優(yōu)點(diǎn)是具有可焊性。模擬研究表明，在芯片功率為3.0W時，釬料連接芯片的溫度比導(dǎo)熱脂連接芯片溫度降低了22.06±9.88℃。
　　其次，采用熱壓固化成型的方法分別將低導(dǎo)熱石墨膜和高導(dǎo)熱石墨膜與環(huán)氧樹脂復(fù)合制備了石墨膜/環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料。在壓力作用下，環(huán)氧樹脂滲入石墨膜中，在石墨膜內(nèi)固化，使環(huán)氧樹脂與石墨膜牢固結(jié)合在一起，增強(qiáng)

4、了界面結(jié)合力。在實(shí)驗(yàn)過程中探究了固化壓力對復(fù)合材料力學(xué)性能和熱性能的影響。隨著固化壓力從1KPa增加到80KPa，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度從25.83MPa降低到6.53MPa，熱導(dǎo)率從120W/(m·K)增加到240W/(m·K)。低導(dǎo)熱石墨膜/環(huán)氧樹脂層狀高導(dǎo)熱復(fù)合塊的熱導(dǎo)率最高可以達(dá)到240W/(m·K)，密度為1.678g/cm3。在散熱實(shí)驗(yàn)中，其散熱效果與金屬鋁相當(dāng)。高導(dǎo)熱石墨膜/環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合導(dǎo)熱塊的熱導(dǎo)率最高可以達(dá)到1050W

5、/(m·K)，為金屬銅的2.69倍，而密度僅有1.65g/cm3。
　　最后，采用疊層工藝制備了石墨膜填充的高導(dǎo)熱PCB板。芯片功率密度為1.15-2.07W/cm2時，制備的高導(dǎo)熱石墨膜填充高導(dǎo)熱PCB板芯片溫度比普通PCB板降低了30-50℃。高導(dǎo)熱石墨膜填充高導(dǎo)熱PCB板的散熱效果與鋁電路板相當(dāng)，相同的實(shí)驗(yàn)條件下兩者溫差僅有2℃左右，其密度僅為1.4g/cm3，在某些對密度要求嚴(yán)格的領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。在芯片功率密度為1.14