摘要
环氧树脂(EP)因具有良好的耐热性、耐化学性、加工性能及低成本等优点，广泛应用于电子封装。然而，环氧树脂热膨胀系数较高，难以有效分散焊点应力；其低热导率难以满足电子元器件日益增长的散热要求。将无机填料与环氧树脂复合是同时改善材料热膨胀性能和导热性能的有效手段。通常，高填充量的无机材料能有效降低复合材料的热膨胀系数、提高其热导率，然而这将导致复合体系黏度急剧增加，难以满足电子封装材料的易加工需要。因此，亟需发展低热膨胀系数、高热导率和高流动性的环氧树脂基电子封装材料。 基于球形粒子滚珠效应、粒径级配以及填料-基体界面相容性优化在提升体系流动性方面的优势，本论文采用St?ber法制备球形二氧化硅纳米粒子(SNP)，并对其进行表面改性，制备低热膨胀系数、高流动性的环氧树脂/二元球形二氧化硅纳米复合材料。在此基础上，引入石墨纳米片(GNP)，利用改性二氧化硅纳米粒子与石墨纳米片之间的静电作用促进导热网络的形成，制备具低热膨胀系数、高热导率和良好加工流动性的环氧树脂基电子封装材料。主要研究内容及结果如下： （1）采用St?ber法合成纳米二氧化硅粒子，选用粒径比为6的两种球形二氧化硅为级配填料，分别采用乙基类和氨基类的硅烷偶联剂对其进行原位改性，制备了环氧树脂/二元球形二氧化硅纳米复合材料。结果表明，当小粒径二氧化硅在填料中的体积占比为0.25时，二元复合体系的表观黏度最低，在30℃、0.1s-1下的剪切黏度为47.0Pa·s；经乙基和氨基改性后，纳米粒子分散性显著改善，复合体系黏度进一步分别降低至22.8Pa·s和24.4Pa·s。同时，二氧化硅的加入提高了复合材料的储能模量、降低了热膨胀系数。其中，氨基改性的二氧化硅复合材料体系的热膨胀系数降低到46.8ppm/℃，比环氧树脂低31.7%。 （2）利用氨基与石墨纳米片的静电作用，采用氨基改性的球形纳米二氧化硅与石墨纳米片杂化促进了二维填料的分散，制备了环氧树脂/二氧化硅/石墨纳米片复合材料。结果表明，球形纳米二氧化硅包覆在石墨纳米片表面，有利于片层状石墨纳米片在环氧树脂基体中的分散，构建了高效的填料导热网络。当石墨纳米片含量为25wt%时，复合材料的热导率达1.03W/m·K，比未填充石墨纳米片的复合材料提高了282%，且仍具有较好的电绝缘性；其热膨胀系数为45.8ppm/℃，比环氧树脂低46%。此外，氨基通过增强环氧树脂与石墨纳米片间的界面相互作用提高了复合材料的储能模量。
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