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低热膨胀系数的聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能的研究

作　者: 吕静
导　师: 党智敏
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚酰亚胺 钨酸锆 纳米碳化硅 热膨胀系数 介电性能 热稳定性
分类号: TQ320.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着集成电路产业的发展,高性能微电子封装技术已形成与集成电路产业相适应的高新技术产业。对电子封装材料来讲,较低的热膨胀系数和良好的高频特性(即较低的介电常数和介电损耗)是两个重要的指标。聚酰亚胺(PI)具有优良的机械、介电、电绝缘、耐高温、耐腐蚀等性能,综合性能优异,应用于电子塑料封装材料前景良好。本文首先用直接固相法和分步固相法两种方法合成出了纯度较高的原料钨酸锆(ZrW208)粉末,粒径在5～10μm左右,平均热膨胀系数为-9.604×10-6 K-1。然后分别以合成的ZrW208粉末和纳米碳化硅(n-SiC)作为填料,采用原位聚合法制备出了ZrW208/PI和n-SiC/PI两种复合薄膜,用扫描电子显微镜(SEM)、热机械分析仪(TMA)、阻抗分析仪和热重分析(TG)研究了所制备薄膜的表面形貌、热膨胀性能、介电性能及热稳定性。结果表明：(1)ZrW208粒子均匀的分散在PI基体中,且ZrW208的加入降低了复合薄膜的热膨胀系数(CTE), ZrW2O8含量越高,复合薄膜的CTE越小；热循环次数对CTE的影响不大,制备出的PI膜具有很好的尺寸稳定性。ZrW208/PI复合薄膜的介电常数随着填料含量的增加而小幅度增加,介电损耗随填料含量的增加变化较小,两者始终维持在较低的范围内,且在相当大的频率范围内保持稳定,对温度的依赖性不大。随着ZrW208含量的增加,复合薄膜的热稳定性增加,力学性能虽有小幅下降,但仍维持在较高水平。通过对ZrW2O8改性后的研究表明,改性后的ZrW208在PI基体中分散更均匀,得到的ZrW2O8/PI复合薄膜的CTE更小,介电常数和介电损耗也相应降低。(2) n-SiC粒子均匀分散在PI基体中,复合薄膜的CTE随着n-SiC含量的增加逐渐减小,n-SiC为15wt%时,CTE降低了11%,且复合薄膜的热膨胀系数实验值比较接近于以Kerner公式的计算值。复合薄膜的介电常数和介电损耗随着填料含量的增大而有小幅度增加,但始终维持在较低的范围内,而且在相当大的频率和温度范围内保持稳定。相对于纯PI,n-SiC/PI复合薄膜的热稳定性也有所提高。两种PI复合薄膜均具有低热膨胀系数、低介电常数、低介电损耗(温度、频率稳定性)、较高的热稳定性等性能特点,能够很好的应用于电子封装材料。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章 绪论  16-38
  1.1 前言  16
  1.2 电子封装材料  16-24
    1.2.1 电子封装的重要性  16-17
    1.2.2 电子封装材料的性能要求  17-18
    1.2.3 电子封装材料的性能表征  18-23
    1.2.4 电子封装的功能  23-24
  1.3 负热膨胀系数材料ZrW_2O_8的概述  24-31
    1.3.1 ZrW_2O_8的结构特征  24-25
    1.3.2 ZrW_2O_8的性质  25-26
    1.3.3 ZrW_2O_8的负热膨胀机理  26-29
    1.3.4 ZrW_2O_8的制备方法  29-30
    1.3.5 ZrW_2O_8的研究现状及其应用前景  30-31
  1.4 聚酰亚胺材料  31-35
    1.4.1 聚酰亚胺的结构及性能特点  31-33
    1.4.2 低热膨胀系数的聚酰亚胺材料  33-34
    1.4.3 低介电聚酰亚胺材料  34-35
  1.5 论文的研究意义及主要内容  35-38
第二章 原料ZrW_2O_8的制备  38-48
  2.1 前言  38
  2.2 固相合成法  38-39
  2.3 实验部分  39-42
    2.3.1 实验原料及仪器  39
    2.3.2 直接固相法合成ZrW_2O_8的工艺  39-41
    2.3.3 分步固相法合成ZrW_2O_8的工艺  41-42
    2.3.4 ZrW_2O_8的改性  42
  2.4 实验结果与讨论  42-46
    2.4.1 产物的物相分析  42-43
    2.4.2 产物的形貌分析  43-44
    2.4.3 ZrW_2O_8的热膨胀性能分析  44-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的制备及性能的研究  48-66
  3.1 前言  48
  3.2 实验部分  48-51
    3.2.1 实验原料  48-49
    3.2.2 实验仪器  49
    3.2.3 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的制备工艺  49-50
    3.2.4 表征方法  50-51
  3.3 结果与讨论  51-64
    3.3.1 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的扫描电镜(SEM)分析  51-52
    3.3.2 傅立叶红外光谱(FTIR)分析  52-54
    3.3.3 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的热膨胀性能  54-56
    3.3.4 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的介电性能研究  56-60
    3.3.5 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的热稳定性  60-62
    3.3.6 ZrW_2O_8/PI复合薄膜的力学性能研究  62
    3.3.7 改性ZrW_2O_8/PI复合薄膜的性能研究  62-64
  3.4 本章小结  64-66
第四章 n-SiC/PI复合薄膜的制备及性能的研究  66-80
  4.1 前言  66
  4.2 实验部分  66-70
    4.2.1 实验原料  66-67
    4.2.2 实验仪器  67
    4.2.3 SiC纳米粒子的热膨胀性能研究  67-68
    4.2.4 n-SiC/PI复合薄膜的制备工艺  68-69
    4.2.5 表征方法  69-70
  4.3 结果与讨论  70-78
    4.3.1 n-SiC/PI复合薄膜的扫描电镜(SEM)分析  70-71
    4.3.2 傅立叶红外光谱(FTIR)分析  71
    4.3.3 n-SiC/PI复合薄膜的热膨胀性能  71-73
    4.3.4 n-SiC/PI复合薄膜的介电性能研究  73-77
    4.3.5 n-SiC/PI复合薄膜的热稳定性  77-78
  4.4 本章小结  78-80
第五章 结论  80-82
参考文献  82-88
致谢  88-90
研究成果及发表的学术论文  90-92
作者和导师简介  92-93
附录  93-94

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题 > 产品及检验 > 各种形状制品 > 薄膜
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