具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料及其制备方法，属于电子封装材料技术领域。所述电子封装材料的微观结构呈连续网络状，该微观结构由粒径范围在100nm‑20μm的聚合物基复合微球和包覆在聚合物基复合微球上的导热绝缘填料组成，所述聚合物基复合微球由聚合物树脂和改性导热导电填料组成。该材料的制备方法以有机溶液为溶剂，通过相分离法制备了改性导热导电填料均匀分布的聚合物基复合微球，然后导热绝缘填料和该微球均匀混合，通过热压成型方法获得了连续网络结构的电子封装材料。本发明专利技术设计的新型电子封装材料，在保持电绝缘的基础上，同步实现了优异的导热与电磁屏蔽性能，并且工艺路线简单，成本低廉，易大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料及其制备方法
本专利技术属于电子封装材料
，尤其涉及一种导热与抗电磁干扰的复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着晶体管技术的发展，电子器件要求体积更小，质量更轻，速度更快，因此，电子芯片的封装呈现高功率密度趋势。高集成度的电子芯片，在工作中不可避免地产生大量的热量，如果热量不及时排除将会使得器件的稳定性下降甚至寿命缩短。与此同时，密集的电子芯片也是产生电磁辐射的元器件，电磁辐射会导致器件之间的信号干扰和信息泄露问题。尤其随着5G信息技术的快速发展，电子器件的处理效率进一步提升，芯片尺寸进一步的下降，内部器件更加紧凑，需进一步提高器件的散热能力，器件的天线、射频前端在速率和频段显著提升对电磁屏蔽提出了更高的要求。因此，兼具有良好的导热和电磁屏蔽性能是未来电子封装材料发展的趋势。聚合物由于其成本低、质量轻、优异的耐化学腐蚀和良好的电绝缘性而广泛应用于电子封装材料，但是聚合物的本体是热绝缘的，无法直接应用。通常将陶瓷材料或碳材料添加入聚合物中，聚合物基质中形成的连续导热路径可以提高复合物的热导率。构建连续的导热路径一般需要大量的填料，这将使得复合物的加工变的困难且产品的机械性能下降。一方面，高导热的陶瓷材料本身是绝缘的，无法满足器件对电磁屏蔽性能的需求。另一方面，碳材料的导电性无法满足器件的绝缘要求。因此，如何兼具导热、绝缘和电磁屏蔽性能是该领域具有挑战性的技术之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有导热与电磁屏蔽性能的聚合物基电子封装材料。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种同时具有导热与电磁屏蔽性能的聚合物基电子封装材料的制备方法。为了解决本专利技术的技术问题，所采取的技术方案为，一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，所述电子封装材料的微观结构呈连续网络状，由粒径范围在100nm-20μm的聚合物基复合微球和包覆在聚合物基复合微球上的导热绝缘填料复合而成，所述聚合物基复合微球由聚合物树脂和改性导热导电填料组成，所述聚合物树脂、改性导热导电填料和导热绝缘填料的质量比为100:(1-20):(2-40)。作为一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料进一步的改进：优选的，所述聚合物树脂为环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯乙烯中的任意一种。优选的，所述导热导电填料为单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、金属粉末、低熔点金属合金中的任意一种或两种。优选的，所述导热绝缘填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝、氧化铝、四氧化三铁中的任意一种或两种。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备改性导热导电填料：称取相同质量份的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和导热导电填料于研钵中，室温下充分混合，制得改性导热导电填料；S2、制备聚合物基复合微球：称取1-20质量份的上述改性导热导电填料超声分散于有机溶剂中，再加入100质量份的聚合物树脂得到混合溶液，其中有机溶剂与聚合物树脂的质量比为(3-6):1，得到混合溶液，将混合溶液置于60-90℃水浴锅中搅拌8-12h，然后转移到湿度80-98％、温度在25-65℃的恒温恒湿箱中放置14-36h，收集产物，用去离子水洗涤，烘干制得聚合物基复合微球；S3、制备电子封装材料：称取2-40质量份的导热绝缘填料，与步骤S2制得的聚合物基复合微球混合均匀，将混合物置于模型中，在155-230℃的温度下、10-20MPa的压力下热压成型10-20min，得到具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料。作为具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料的制备方法的进一步改进：优选的，步骤S2中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、环己烷、三氯甲烷中的一种。优选的，步骤S3中所述的导热绝缘填料与聚合物基复合微球的混合方法包括机械搅拌、手工研磨中的一种或两种。本专利技术相比现有技术的有益效果在于：(1)传统方法都是利用单一功能的填料在聚合物中构建网络结构，单一功能填料本身的导热导电或导热电绝缘性能限制了复合物的应用。本专利技术通过添加两种功能不同的填料，设计构建了连续网络结构的电子封装复合材料，使得本专利技术的电子封装材料能在具有良好的导热电磁屏蔽性能的基础上，同时达到电绝缘的要求。(2)本专利技术的制备具有良好的导热电磁屏蔽性能电子封装材料的方法所采用的原理如下：在一定的温度和湿度条件下，改性导热导电填料与聚合物树脂形成的复合溶液会在水蒸气作用下，发生相分离，从而诱导聚合物复合微球的沉淀析出，形成均匀的规则球形粒子，该聚合物复合微球具有一定的导热和屏蔽性能；该聚合物复合微球与导热绝缘填料在热压过程中，形成的连续网络结构可以进一步提升复合材料的导热性能，从而在实现导热与屏蔽性能的同时，保持了电子封装材料良好的电绝缘性能。(3)本专利技术所述的电子封装材料热导率随导热导电填料和导热绝缘填料含量的增加而增加，可通过调节两者的含量制得不同导热和电磁屏蔽性能的复合材料，从而满足不同需求，也可以通过增加导热导电填料的含量来提高电子封装材料的电磁屏蔽性能。(4)本专利技术所述电子封装材料的制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模生产加工。附图说明图1为实施例4制得的电子封装材料4的扫描电镜(SEM)图片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合具体的实例对本专利技术的技术方案做进一步说明：实施例1一种具有导热与电磁屏蔽性能的聚合物复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：(1)改性导热导电填料的制备：称取相同质量的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和石墨烯于研钵中，在25℃下充分混合15min。(2)聚合物基复合微球的制备：称取0.5g的改性石墨烯于50ml的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散30min，再加入10g的聚苯乙烯,75℃水浴锅中搅拌9h，混合溶液转移到85％湿度，25℃的温度恒温恒湿箱中18h，收集产物，用去离子水洗涤5次，烘干。(3)电子封装材料的制备：称取0g的氧化铝(尺寸为1μm)与步骤1所得复合微球通过2000(r/min)的机械搅拌30min混合均匀，将混合物置于30mm×30mm×2mm模型中，于175℃，15MPa的条件下热压15min，得到连续网络结构的电子封装材料1。实施例2(1)改性导热导电填料的制备：称取相同质量的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和石墨烯于研钵中，在25℃下充分混合15min。(2)聚合物基复合微球的制备：称取0g的改性石墨烯于50ml的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散30min，再加入1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，其特征在于，所述电子封装材料的微观结构呈连续网络状，由粒径范围在100nm-20μm的聚合物基复合微球和包覆在聚合物基复合微球上的导热绝缘填料复合而成，所述聚合物基复合微球由聚合物树脂和改性导热导电填料组成，所述聚合物树脂、改性导热导电填料和导热绝缘填料的质量比为100:(1-20):(2-40)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，其特征在于，所述电子封装材料的微观结构呈连续网络状，由粒径范围在100nm-20μm的聚合物基复合微球和包覆在聚合物基复合微球上的导热绝缘填料复合而成，所述聚合物基复合微球由聚合物树脂和改性导热导电填料组成，所述聚合物树脂、改性导热导电填料和导热绝缘填料的质量比为100:(1-20):(2-40)。


2.根据权利要求1所述的具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，其特征在于，所述聚合物树脂为环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯乙烯中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，其特征在于，所述导热导电填料为单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、金属粉末、低熔点金属合金中的任意一种或两种。


4.根据权利要求1所述的具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料，其特征在于，所述导热绝缘填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝、氧化铝、四氧化三铁中的任意一种或两种。


5.一种由权利要求1-4任意一项所述的具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备改性导热导电填料：称取相同质量份的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张献，张萍，丁欣，陈林，郑康，田兴友，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34