气相法氧化铝填料对环氧树脂导热性能的影响

随着目前电子行业，特别是半导体行业的快速发展，各种大规模集成电路器件遍地开花。与之相对，高集成度的电路，直接带来的最明显的缺点，就是随之而来的更高的发热能力。以5G信号基站为例，基站内的5G芯片晶体管体积更小，性能更强，但产热量将达到4G的3倍，同时为例节约成本，5G基站的体积只有4G基站的30%左右，这对基站散热能力提出了更高的要求，汉高已对此有了解决方案，不继续展开。其他大功率电子也同样面临该问题。

在金属材料中，热量传导的载体是电子，这也是为什么导电体往往同时也是很好的导热体。而在普通绝缘材料中，电子是不能自由移动的，那么此时承担热能传导的就是——声子(phonon)。声子是晶格振动的简正模能量量子，属于玻色子。声子由于声子在金属氧化物等晶体中传播比较容易，而在有机硅等高分子化合物中的传递损失较大，因此在制作导热垫片的时候人们会向高分子弹性体中添加Al2O3之类的金属氧化物导热填料。

当添加量比较少的时候每个填料颗粒彼此离散，不能形成有效的热量通路，此时导热率非常低。因此对于导热复合材料而言，实现更高导热系数的关键就是添加更多的导热填料，保证在导热垫片两面形成更密集的声子传播通路。更高阶一点的要求，导热填料的取向应该得到有效控制，如果填料的取向相同，热量沿着取向方向传递，如石墨烯水平方向上，石墨的导热系数为300-1900W/（m*K），而在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5-20W/（m*K）。

氧化铝陶瓷材料具有高热扩散系数、高热导率、相对稳定的电性能和芯片与封装材料间热扩散系数差异微小等特性，常被大功率电力电子器件选用氧化铝陶瓷材料作为基板绝缘材料。但是由于其存在脆性大、成形复杂等缺点，烧结成本高，而环氧树脂具有易于固化成形，更高的金属粘结性和低成本等优点，两者复合材料可以较好的解决该问题。

实验表明，高含量的微米氧化铝和纳米氧化铝颗粒与环氧树脂混合后可制备出高热导率的氧化铝/环氧树脂复合材料。随着微米或纳米氧化铝颗粒含量的增加，复合材料的热导率增大。当微米氧化铝颗粒含量达到 20%时，环氧复合材料热导率提高了65%。