铝粉/聚合物复合材料的制备及介电性能研究

论文摘要

嵌入式无源元件技术是实现PCB电子器件小型化、高速化、高可靠性的关键技术。在PCB无源器件中，电容器约占60%。满足这一需求的电介质要求有高介电常数、低介电损耗。金属系高复合电介质制造成本低、介电常数大，但是介电损耗普遍高，因而难以在嵌入式电容器上应用。针对这一问题，本文进行了多种铝粉/环氧树脂复合电介质的探索性研究。本文主要研究结果如下：1．复合材料的介电常数随铝粉的增加而上升，在一定加入量下迎来渗流转变，在1KHz，小片铝粉、大片铝粉、球形铝粉/环氧树脂体系对应的介电常数渗流阈值分别为36%、28%和13%。渗流转变的根源是，在此体积分数下，铝粉可以相互连通而形成渗流网络。然而，渗流体系的介电损耗始很低，说明铝粉表面的自钝化膜作为绝缘层，阻止了电子贯通，大大减小了电导损耗。2．在102～107频域段上，复合材料的介电常数随频率的增加而线性下降，而介电损耗在很低水平略有上升。因为，随着测试频率增大，复合材料内部的极化逐渐滞后测试电场，有效极化降低，导致介电常数减小。3．球形铝粉、大片铝粉、小片铝粉/环氧树脂体系的介电性能逐渐增强，因为片状铝粉相比于球形铝粉更容易在树脂中形成高储能的微型电容器，其薄片外形在作为微型电容器的电极时，储存电荷的能力远高于球形铝粉。使用碳纳米管对片状铝粉体系进行掺杂，可以提高大片铝粉体系的介电性能，这是利用了碳纳米管较高的长径比，可以使体系提前完成渗流转变。4．低渗流阈值（13%）的小片铝粉/环氧树脂体系，当加入量达到22%时，介电性能达到：εr=160、tgδ=0.04。这样，我们在较低填料分数下，获得了一个高ε（k）、低tgδ的理想体系，可望作为廉价的、高性能嵌入式电介质材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 电介质材料的应用和发展趋势
• 1.1.1 电介质材料在电子工业的应用
• 1.1.2 嵌入式无源器件技术的发展趋势
• 1.1.3 嵌入式电容器电介质的应用和需求
• 1.2 聚合物高介电复合材料的研究现状
• 1.2.1 陶瓷/聚合物高介电复合材料
• 1.2.2 金属/聚合物高介电复合材料
• 1.2.3 复合材料高介电的增强机理
• 1.2.4 复合材料介电损耗的影响因素
• 1.3 本课题的提出
• 1.3.1 高介电聚合物复合材料存在的问题
• 1.3.2 本课题的研究目的和意义
• 2 铝粉/环氧树脂复合材料的制备和表征
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 制备方法
• 2.4 表征和检测
• 3 铝粉的表征及表面处理研究
• 3.1 铝粉的表征
• 3.1.1 铝粉的 SEM 图
• 3.1.2 铝粉的 TEM 图
• 3.2 铝粉的表面处理
• 3.2.1 溶胶沉降试验
• 3.2.2 红外光谱分析
• 3.3 本章小结
• 4 颗粒铝粉/环氧树脂复合材料的表征及介电性能
• 4.1 复合材料的表征
• 4.1.1 复合材料的 SEM 形貌
• 4.1.2 复合材料的 XRD 分析
• 4.2 复合材料的介电性能
• 4.2.1 复合材料介电性能与填料含量的关系
• 4.2.2 复合材料介电性能与频率的关系
• 4.3 本章小结
• 5 片状铝粉/环氧树脂复合材料的组织及介电性能
• 5.1 复合材料的组织
• 5.2 复合材料的介电性能
• 5.2.1 复合材料的介电性能与填料含量的关系
• 5.2.2 复合材料的介电性能与频率的关系
• 5.3 本章小节
• 6 碳纳米管掺杂大片铝粉/环氧树脂复合材料的介电性能
• 6.1 掺杂复合材料的介电性能与含量的关系
• 6.2 掺杂复合材料的介电性能与频率的关系
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢