频高速印制板材料导热性能的研究进展.doc

高频高速印制板材料导热性能的研究进展 陆彦辉何为周国云陈苑明 (电子科技大学电子薄膜与器件国家重点实验室，四川成都610054) 赵丽付红志刘哲 (中兴通讯股份有限公司，广东深圳518057) 摘要：随着电子技术的发展，对高频高速印制板导热性越来越高的要求。除了开发高成本的高导热性聚合物材料外，在聚合物中填充高导热性的无机材料也是提高频高速印制基材导热性能的有效方法，而且填充型复合材料可以用理论模型预测其导热系数。主要综述了填料的形貌、分布与表面改性填充型复合材料导热系数的影响等方面的研究进展。 关键：高频高速；印制板；导热系数 近几年来，电子设备中的信号处理和传输速度由兆赫(Mhz)激增到吉[咖]赫(Ghz，109Hz)，甚至可以达到太[拉][咖]赫(Thz，1012Hz)。随看微电子集成技术和组装技术高速发展，组装密度迅速提高，而电子设备工作频率急剧增加，电子设备所产生的热量也随之迅速积累、增加。为保证电于元器件在合适的环境温度下高可靠性地正常工作的高频高速印制板材料的散热性能有了更高的要求[1][2]。本文结合相关的文献报道对具有高散热性能的高频高速印制板材料研究进展情况进行分析和综合评述。 1高频高速印制板材料 总的来说，高频高速印制板材料要求能快速的传输信号，并且在传输过程中不能受到干扰和损失，所以具有以下几种特性[3]：介质损耗角正切值小(即低TanΔ)；介电常数小(即低Sr)，并且稳定性好，随温度和频率变化小；与金属箔材料的热膨胀剂。它在理料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度，改善填充荆的分散度以提高加工性能，进而使复合材料表而平整，获得优良机械、电和热性能。 主要是因为经偶联剂处理后，无机材料和树脂基体的界面亲和性得到改善，形成“分子桥”，使界面热障降低，致使导热性能提高。 W．Ling等[30]采用硅烷偶联剂KH560对A1N和Si02进行表面处理，然后混合填充氰酸酯树脂，制备的复合材料Lsaln(无表面处理)／CE复合材料和Sioz(无表面处理)／Ce复合材料对比，发现填料的表面处理有助于增加复合材料的导热性和降低复合材料的介电常数。 刘庆华等[3]采用钛酸酯偶联剂对超细氮化铝(AIN)粉末改性后，填充环氧树脂，制备的复合材料导热系数为1．07W／M·K，提高了2．8倍。并发现在低充填条件下，偶联剂改性的Aln较未改性的Aln的复合材料有更好的导热性，而在高充填条件下，效果不明显。 系数一致性好；耐热性，抗冲击性和金属箔材料的附着性能都必须良好。 目前主要应用于高频高速印制板的材料主要有：有聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚酰亚胺树脂(P1)、聚苯醚树脂(简称PPE或PP0)、改性环氧树脂(低Sr型EP)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)和其它树脂。这些的树脂材料中，Tan6和Sr最低的要属PTFE树脂，其次足PP0树脂，而PI树脂一般要存分子链中引入氟原子降低介电常数，与低Sr型EP树脂和BT树脂相差不大。其中PTFE树脂化学稳定性好，但有尺寸稳定性低、加工困难和粘结性能差等缺点。而PPE树脂具有高Tg，低吸湿率和尺寸稳定性好的有点，由于是热塑性树脂，存在耐热性不好、耐卤代烃和芳香烃等溶剂较差、无法成膜等缺陷，需要引入其它的热固性树脂或引入可交联的活性基团改性为热固性PPE树脂，是最具潜力的高频高速印制板材料。对于低Sr型EP树脂来说，PI树脂和BT树脂价格处于劣势[4][6]. 2提高聚合物材料导热的方法 大多数聚合物是饱和体系，无自由电子存在，分了运动困难，热传导主要是晶格振动的结果，声子是主要热能载荷者。首先由于聚合物的分子量分散，使得分子大小不等，难以形成完整的晶体；其次，聚合物的相对分子量都很大，形成的结晶体中分子链相互缠结，造成其结晶度不高；最后缠结的分子链会对声子传热造成阻碍，所以聚合物的导热系数很低。此外，聚合物的导热性能还取决于其含极性基团的多少和极性基团偶极矩极化的程度。如聚氯乙烯、纤维素、聚酯等，它们都足由不对称的极性链节所构成，整个分子链不能完全自由运动，只能发生原子、基团或链节的振动，这也是这些聚合物导热性能很差的原因。所以，由于聚合物的组成复杂，其结构规整度也远低于金属，甚至低于无机非晶体，所以研究聚合物的导热系数难度也很大大[7]-[8]。 提高聚合物的导热系数方法目前主要有两个方面：(1)合成具有良好导热性能的聚合物，如形成共轭体系可通过电子导热机制实现导热或得到具有完整结品性的聚合物通过声子实现导热；(2)用高导热材料填允聚合物，填充材料自身的导热性能及在基体中的分布决定复合材料的导热性能。填充高导热材料对树脂的电性能和机械性能改变较小、导热系数高、价格低、易于加工成型等被广泛应用于高频高速印制板材料的研制，其导热系数取决于高分子基体和填料的分布状况[9]-[12]。 3填