随着微电子行业的快速发展,电子元器件的信号传输速率越来越快,同时封装密度和工作频率急剧增大,工作温度越来越高。作为电子封装的关键组分,基板在控制电路中信号传输的同时,还承载着散失电子元器件工作中产生的热量的任务。兼具高热导率和良好介电性能的基板材料是保证电子仪器长时间高速稳定工作的关键。聚四氟乙烯(PTFE)具备优异的介电性能,是常用的电子封装基板材料之一,但是本身热导率较低的缺点也限制了PTFE在高性能基板材料中的应用。虽然定向拉伸等方法可以增加聚合物的有序性和结晶度,改善其本征热导率,但热导率的改善仅限于特定方向。添加导热填料是改善聚合物热导率的常用的也是研究最多的方法。虽然聚合物基复合电介质材料的相关研究已经取得了一些进展,但依旧存在一些亟待解决的问题,例如复合材料内部的界面极化会降低介电性能的频率稳定性,导热填料改善聚合物热导率效率低,传统多孔低介电常数材料存在吸湿率高、热导率下降的缺点等。针对以上问题,本文使用氮化铝(Al N)和六方氮化硼(h BN)为填料,PTFE为基体,制备了一系列新型PTFE基复合电介质材料;在分析聚合物复合材料介电和导热机理的基础上,深入探究了复合材料的极化机理和界面结构对介电性能的影响,复合材料中填料的堆积结构、填料的分布和取向、填料-填料界面接触热阻对热导率的影响。通过溶液混合法制备了Al N/PTFE复合材料,研究了复合材料的极化机理对介电性能的影响。结果表明:聚合物基体与无机填料之间电性能的差异导致了界面极化的发生,界面极化使得复合材料的介电性能在低频下表现出明显的频率依赖性;复合材料内部电场是不均匀分布的:PTFE基体的隔绝会使得Al N填料局部电场场强低于外加电场场强,它自身的高介电常数并不能完全体现。通过微-纳米Al N协同填充制备了PTFE三相复合材料,研究了填料的堆积结构对复合材料热导率的影响。结果表明:单一微米Al N填充时,填料之间存在着许多空隙,形成的导热网络并不完善。而微-纳米Al N协同填充时,纳米Al N可以进入微米Al N之间的空隙中,这使得填料的堆积结构变得更为紧凑,形成了连续性更好的导热网络;此外复合材料的热逾渗与传统的电逾渗相比并不明显,原因在于填料与基体热导率的比率较低以及高界面热阻的存在。通过偶联剂处理对h BN进行了表面改性,研究了复合材料的界面结构对介电性能的影响。结果表明:偶联剂处理降低了无机填料的亲水性,改善了无机填料与PTFE基体之间的界面粘接。这不仅减小了填料与PTFE基体之间电性能的差异并且抑制了空间电荷在界面处的聚集,从而降低了复合材料的界面极化强度。通过复合材料的块体X射线衍射(XRD)表征了h BN在复合材料内部的取向,使用EMA模型对复合材料的热导率进行了分析,研究了h BN的取向对复合材料厚度方向热导率的影响。结果表明:冷压成型使得h BN在PTFE基体中高度面内取向,这不利于h BN在复合材料厚度方向相互接触形成导热网络,导致复合材料在厚度方向热导率增强效率较低。通过液相化学还原法将银纳米颗粒沉积在h BN表面,研究了导热填料之间的接触热阻对复合材料热导率的影响。结果表明:银颗粒的纳米粒径(6-12 nm)使它呈现出极低的熔融温度120.3°C。纳米银颗粒可以在PTFE复合材料烧结过程中融合作为桥梁连接邻近的h BN,这使得邻近的h BN之间由机械接触变为了金属键连接,从而有效降低了填料-填料界面处的接触热阻,改善了复合材料的热导率。同时h BN的隔绝作用使得银纳米颗粒在PTFE基体内无法连续接触形成导电网络,h BN-Ag/PTFE复合材料依旧保持着极好的电绝缘性。通过将Al N和h BN同时引入PTFE基体内制备了三相复合材料,使用Hashine-Shtrikman模型定量计算了复合材料内部填料的连接度,研究了填料的形貌和取向对复合材料中填料连接度的影响。结果表明:Al N的球形形貌以及h BN的高度面内取向导致了它们的低连接度。而杂化填料中Al N不仅有效阻碍了h BN在复合材料冷压成型过程中的面内取向,并与h BN形成了紧凑堆积结构,这有效增加了填料之间的接触,从而提高了连接度;当Al N和h BN的体积比为1:2时,复合材料的热导率达到1.04 W/m K。通过静电自组装法,将h BN包覆在中空玻璃微球(HGM)的表面制备了核-壳结构杂化填料HGM@h BN,研究了HGM@h BN杂化填料对复合材料介电常数和热导率的影响。结果表明:HGM@h BN杂化填料中HGM有效降低了复合材料介电常数,而包覆的h BN外壳则高效改善了复合材料的热导率。在30 vol%HGM@h BN填充量下,复合材料不仅拥有超低介电常数1.68,并表现出低吸湿率0.11%,同时热导率0.276 W/m K也略高于纯PTFE;克服了传统的多孔低介电常数材料吸湿率高,热导率下降的缺点。本文针对聚合物基复合电介质材料存在的问题,从一系列新型PTFE基复合电介质材料制备入手,对PTFE材料介电和导热性能进行了系统的研究。通过改善界面结构降低了界面极化,提高了复合材料介电性能的频率稳定性;通过杂化填料协同填充,减小填料-填料界面接触热阻和降低片状填料的面内取向三种方法提高了填料热导率增强效率;制备了一种兼具有超低介电常数和低吸湿率的新型介电材料。以上研究内容对于研究和制备高性能电子封装基板材料具有一定的参考价值。