论文部分内容阅读
现代电子封装领域的快速发展使得封装材料向高性能、低成本、低密度和集成化方向发展，因此对金属封装材料的要求也越来越高。传统的铜以及铜基复合材料等封装材料已难以满足实际应用的需求，因此进一步探究具有高导热性能和良好加工性能的封装材料变得非常迫切。本文利用少层六方氮化硼(h-BN)和铜的特点，分别采用溶剂热法和球磨法混合法制备了少层h-BN/Cu复合材料粉末，并采用成型烧结方法制备了少层h-BN/Cu复合材料，并对两种方法制备的复合材料结构及性能进行了较系统的研究。
利用硼酸和尿素的混合物通过高温反应制备了不同片层厚度的h-BN纳米片，XRD、Raman、FTIR、XPS分析表明制备的少层h-BN具有较高的纯度，并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等分析方法对h-BN片层的微观结构和厚度进行了表征。通过反应条件的控制可实现对h-BN片层厚度的调控，h-BN片层厚度随着尿素浓度的增加而减少。硼酸与尿素摩尔比为1:12、1:24、1:48的混合物制备的h-BN平均片层厚度分别为11-12层、5-6层、1-3层。
将少层h-BN通过溶剂热法反应制备了h-BN/Cu复合材料粉末，并通过真空热压烧结技术制备出少层h-BN/Cu复合材料块体样品，研究少层h-BN质量分数以及平均片层厚度对复合材料微观结构、热导以及热膨胀系数的影响。平均片层厚度为1-3层，5-6层，以及11-12层的h-BN/Cu复合材料热导率分别为433、428和411W·m-1·K-1。h-BN(片层厚度5-6层)含量为0、3、6和9wt%的复合材料热导率分别为391、421、428和390W·m-1·K-1。少层h-BN具有低热膨胀系数并均匀分散在铜基体使得不同质量分数以及不同片层厚度的h-BN/Cu复合材料的热膨胀系数相较于纯铜均有所降低。
为了进一步提高少层h-BN/Cu复合材料的导热性能，采用水热法在少层h-BN与铜基体界面引入Cu2O实现对界面的改性处理，然后通过冷压成型和烧结技术制备了少层h-BN/Cu2O/Cu的复合材料，研究界面改性对复合材料微观结构和热性能的影响规律。含有体积分数为0、4%和8%的少层h-BN/Cu复合材料热导率分别为383、440、和452W·m-1·K-1。通过水热法进一步引入Cu2O后，纯铜、少层h-BN/Cu复合材料和少层h-BN/Cu2O/Cu复合材料热导率分别为383、452和497W·m-1·K-1。Cu2O的引入改善了具有高界面能的少层h-BN与铜基体之间差的润湿性，降低了两相界面结合处的界面热阻，使得复合材料的热导率的得到显著升高。
利用硼酸和尿素的混合物通过高温反应制备了不同片层厚度的h-BN纳米片，XRD、Raman、FTIR、XPS分析表明制备的少层h-BN具有较高的纯度，并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等分析方法对h-BN片层的微观结构和厚度进行了表征。通过反应条件的控制可实现对h-BN片层厚度的调控，h-BN片层厚度随着尿素浓度的增加而减少。硼酸与尿素摩尔比为1:12、1:24、1:48的混合物制备的h-BN平均片层厚度分别为11-12层、5-6层、1-3层。
将少层h-BN通过溶剂热法反应制备了h-BN/Cu复合材料粉末，并通过真空热压烧结技术制备出少层h-BN/Cu复合材料块体样品，研究少层h-BN质量分数以及平均片层厚度对复合材料微观结构、热导以及热膨胀系数的影响。平均片层厚度为1-3层，5-6层，以及11-12层的h-BN/Cu复合材料热导率分别为433、428和411W·m-1·K-1。h-BN(片层厚度5-6层)含量为0、3、6和9wt%的复合材料热导率分别为391、421、428和390W·m-1·K-1。少层h-BN具有低热膨胀系数并均匀分散在铜基体使得不同质量分数以及不同片层厚度的h-BN/Cu复合材料的热膨胀系数相较于纯铜均有所降低。
为了进一步提高少层h-BN/Cu复合材料的导热性能，采用水热法在少层h-BN与铜基体界面引入Cu2O实现对界面的改性处理，然后通过冷压成型和烧结技术制备了少层h-BN/Cu2O/Cu的复合材料，研究界面改性对复合材料微观结构和热性能的影响规律。含有体积分数为0、4%和8%的少层h-BN/Cu复合材料热导率分别为383、440、和452W·m-1·K-1。通过水热法进一步引入Cu2O后，纯铜、少层h-BN/Cu复合材料和少层h-BN/Cu2O/Cu复合材料热导率分别为383、452和497W·m-1·K-1。Cu2O的引入改善了具有高界面能的少层h-BN与铜基体之间差的润湿性，降低了两相界面结合处的界面热阻，使得复合材料的热导率的得到显著升高。