一种环氧树脂复合材料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于热界面材料领域，更具体地，涉及一种环氧树脂复合材料、其制备方法 及应用。
【背景技术】
[0002] 随着纳米制造技术和工艺水平的不断提高，集成电路朝着高集成化、小型化的趋 势发展，导致芯片和集成电路的热流密度不断增大。具有高散热性能的导热绝缘封装材料 是提高电子元器件工作稳定性和使用寿命的关键环节。塑料封装以其优良的电绝缘性能、 加工性能与成本优势广泛应用于热界面材料及电子封装领域，其中环氧树脂由于具有收缩 率低、粘结性能好、耐腐蚀性能好等优点，占塑料封装材料的90%以上。然而环氧树脂导热 性能差，造成电子元件散热困难，容易老化，使用寿命短。
[0003] 向环氧树脂中添加热导率相对较高的无机填料（如氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化 镁）可以有效改善基体材料热导率低的缺陷。但通常需要在很高的填充量才能形成有效导 热网络、明显提高复合材料热导率。这也导致了复合材料的力学性能和加工性能大幅下降。 具体而言，这将导致环氧树脂复合体系的高粘度，难以有效地进行电子元器件的封装。
[0004] 目前为止，具有低粘度和高导热特性的环氧树脂基复合材料及其制备方法还未见 报道。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种环氧树脂复合材料、其 制备方法及应用，其目的在于通过不同种类和粒径的导热填料复合添加，制备兼具低粘度 和尚导热特性的环氧树脂基复合材料，由此解决现有环氧树脂材料粘度尚或者导热性能不 佳的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了环氧树脂复合材料，在环氧树脂 中均匀分散有体积比例15%至70%的无机填料，所述无机填料包括大粒径无机填料和小 粒径无机填料，所述大粒径无机填料的平均粒径在2微米至50微米之间，所述小粒径无机 填料的平均粒径在50nm至500nm之间，所述大粒径无机填料与小粒径无机填料的体积比例 在5:5至9:1之间。
[0007] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其大粒径无机填料的平均粒径在2微米至20微 米之间，所述小粒径无机填料的平均粒径在IOOnm至500nm之间。
[0008] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其大粒径无机填料与小粒径无机填料的体积比 在5:5至8:2之间。
[0009] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其无机填料为氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、 氧化锌、二氧化硅中的一种或两种。
[0010] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其无机填料为氮化铝、氮化硼、氧化铝中的一种 或两种。
[0011] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其环氧树脂为双酚A型或双酚F型环氧树脂。
[0012] 优选地，所述环氧树脂复合材料，其导热系数高于0. 6W/m · K，在25°C下其黏度小 于 20Pa · s。
[0013] 按照本发明的另一方面，提供了一种所述环氧树脂复合材料的制备方法，包括以 下步骤：
[0014] (1)取配方比例的大粒径无机填料和小粒径无机填料，充分干燥后均匀混合，得到 混合填料；
[0015] (2)将步骤（1)中的混合添加到环氧树脂中，均匀分散，脱气泡后固化，即得到所 述环氧树脂复合材料。
[0016] 按照本发明的另一方面，提供了一种所述环氧树脂复合材料的应用，其用作电子 封装材料。
[0017] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0018] (1)本发明提供的多尺度导热填料改性环氧树脂复合材料，由于不同粒径的填料 混合后比使用单一的填料更能减小空隙率，并且在环氧树脂中分散良好，大幅改善绝环氧 树脂的导热性。
[0019] (2)本发明提供的多尺度导热填料改性环氧树脂复合材料，由于不同粒径的填料 以合适的比例混合后填充到环氧树脂中，整个体系可以达到最大堆积密度，减小了粒子之 间的接触面积，从而降低了复合体系的粘度，提高了加工性能。
[0020] (3)本发明提供的多尺度导热填料改性环氧树脂复合材料，由于不同粒径的填料 混合后，提高了填料与环氧树脂基体间的相互作用，改善了填料在基体中的分散性，更容易 在低填充量下构建有效的导热阈渗网络，实现导热性能大幅提高。
[0021] (4)本发明提供的所述复合材料制备方法，步骤简单，反应条件温和，适合工业大 规模生产。
[0022] (5)本发明提供的多尺度导热填料改性环氧树脂复合材料，应用于热界面材料，能 加强导热性，提交热交换效率。尤其适合于电子封装材料，例如用于集成电路板封装等，可 在保证加工性能的前提下，大幅改善电子元件散热性能，延缓电子元件热老化并保证其工 作稳定性，从而延长电子产品的使用寿命。
[0023] 优选方案，通过调整大粒径填料与小粒径填料的混合比例，调整所述复合材料的 加工性能和导热性能。
[0024] 优选方案，通过调节环氧树脂和固化剂类型，调整所述复合材料的固化条件，从而 满足不同施工场所的特殊要求。
[0025] 优选方案，通过选择不同类型的环氧树脂，使得所述复合材料具有不同的加工性 能和物化性能，满足不同的工业要求。
【附图说明】
[0026] 图1是6. 3微米氮化铝颗粒和500nm氮化铝颗粒以不同比例混合填充复合材料在 25 °C的剪切粘度。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028] 本发明提供的环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有体积比例15%至 70 %的无机填料，所述无机填料包括大粒径无机填料和小粒径无机填料，所述大粒径无机 填料的平均粒径在2微米至50微米之间，所述小粒径无机填料的平均粒径在50nm至500nm 之间，所述大粒径无机填料与小粒径无机填料的体积比例在5:5至9:1之间。优选地，所述 大粒径无机填料的平均粒径在2微米至20微米，所述小粒径无机填料的平均粒径在IOOnm 至500nm，所述大粒径无机填料与小粒径无机填料的体积比在5:5至8:2之间。
[0029] 所述无机填料为氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化硅中的一种或两 种，优选为氮化铝、氮化硼、氧化铝中的一种或两种。
[0030] 本发明提供的环氧树脂复合材料，其导热性能按照测试标准ASTM C1113测试， 导热系数高于0. 6W/m · K，其黏度按照测试标准Anton Paar MCR302测试，在25°C下小于 20Pa · s〇
[0031] 本发明所提共的环氧树脂复合材料，按照配方比例，可按照一般的填料添加方法 制备，优选按照下述方法制备：
[0032] (1)取配方比例的大粒径无机填料和小粒径无机填料，充分干燥后均匀混合，得到 混合填料。
[0033] (2)将步骤⑴中得到的混合填料添加到环氧树脂中，均匀分散，脱气泡后固化， 即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述的环氧树脂为双酚A型或双酚F型环氧树脂； 所述的固化剂为咪唑类和/或酸酐类固化剂，固化剂的添加量为环氧树脂的6~90wt. %。
[0034] 其中步骤（2)的具体过程如下：
[0035] (2-1)分散：将步骤（1)中得到的混合填料添加到环氧树脂中，超声波分散或者机 械搅拌使得填料均匀分散，得到环氧树脂/填料分散体系。优选地，机械搅拌速度为600~ 900转每分钟，搅拌时间为1~2小时；超声波分散时间为0. 5~1小时。
[0036] (2-2)将步骤（2-1)所得的环氧树脂/填料分散体系真空脱出气泡后，加入固化 剂，并进一步高速搅拌和脱出气泡，得到改性环氧树脂分散体系。所述高速搅拌和脱出气泡 过程采用自转/公转搅拌机，高速搅拌速度为1600~1900转每分钟，脱出气泡过程中的转 速为2000~2200转每分钟。
[0037] (2-3)将步骤（2-2)得到的改性环氧树脂分散体系进行固化反应，即得到所述环 氧树脂复合材料。
[0038] 所述固化过程包括低温预固化与高温固化；预固化温度为60°C~100°C，预固化 时间为1~2小时；高温固化温度为150°C