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文獻速遞:六方氮化硼對高頻覆銅板聚苯醚樹脂熱性能和介電性能的影響

2022-03-05 03:51:53

伴隨著5G時代的到來,具有高導熱性、低介電損耗和高剝離強度的覆銅層壓板(CCLs)已被廣泛應用于印刷電路板(PCBs)的基材。本研究首次將六方氮化硼(hBN)引入覆銅板的聚合物絕緣填料(聚苯醚樹脂,PPER)中,得到的CCLs具有可達1W/m·K高的熱導率,介電損耗在4×10?3,可以用于高頻應用,通過SiO2涂層對hBN的界面裁剪,使剝離強度提高到值1.1N/mm。本文獲得的CCLs在熱和介電性能方面具有突出的優勢,具有較好的應用潛力。

該研究結果以“Effect of hexagonal boron nitride on the thermal and dielectric properties of polyphenylene ether resin for high-frequency copper clad laminates”為題發表在?Materials and Design?上。文章作者是河海大學葛夢妮碩士。

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 1 用于(a)制備hBN@SiO2粉末的實驗程序和(b)CCLS的制備過程。


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 2 SiO2納米粒子在hBN上的涂層過程(a)hBNhBN@ SiO2粉體的微觀結構表征:(b) SEM圖像,(c) XRD譜圖,(d) FT-IR光譜,(e)粉體尺寸分布。

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 3 填料含量對CCLs熱導率和熱阻的影響

總體而言,添加hBNhbn@sio2填料可以明顯提高PPER的導熱系數。填充33 wt% hBN@ sio248 wt% hBNCCLs的導熱系數分別達到0.639 W/m·K1.08 W/m·K。值得注意的是,當hBNhBN@SiO2填充量增加到63 wt%時,CCLs的熱導率下降,另一方面,48 wt% hBN33 wt% hBN@ sio2PPER的熱阻也分別降低到1.852 K/W0.883 K/W,這有利于CCLs在高頻應用場合的快速散熱。

當填料含量從0 wt%增加到48 wt%時,介質介電常數值開始增大,以48 wt% hBN填充CCLs的介電常數值達到值3.94,以33 wt% hBN@SiO2填充CCLs的介電常數值達到值3.78。在本研究中,由于Si-O鏈或其他未占據分子的存在,hBN上的sio2涂層略微降低了介電常數,但卻意外地增加了介電損耗。盡管如此,圖5HS-CCLs的介電損耗在頻率的5 GHz下小于16×10?3,而H-CCLs的介電損耗為4.9×10?3,這與文獻報道的相關復合材料相比具有很高的優勢。


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 5 不同填充量對CCLs介電常數和介電損耗的影響


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 6 填料含量對CCLs破壞強度的影響


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 8 不同hBN@SiO2含量的CCLs的橫截面(a) 0 wt%, (b) 18 wt%, (c) 33 wt%, (d) 48 wt%, (e) 63 wt%, (f) hBN@SiO2的剝離樣品

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 9 填料含量對CCLs (a)橫向強度和(b)縱向強度的影響


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此外作者還研究了填料含量對CCLs的橫縱向剝離強度、剝離橫截面及吸水率的影響。

【總結】

綜上所述,作者成功地制備了以hBN填充的PPER作為保溫層的高性能CCLs,并進行了hBN的表面改性以提高CCLs的剝離強度。系統研究了hBN和hBN@SiO2填料含量對CCLs綜合性能的影響。

(1) 實驗證明,加入hBN或hBN@SiO2填料可以明顯提高CCLs的導熱系數,導熱系數達到1 W/m·K以上。研究發現,Agari半經驗模型能較好地反映HS-CCLs的導熱行為,而考慮了SiO2涂層的界面熱阻效應,提出了一種改進的二次模型來描述HS-CCLs的導熱行為。

(2)發現在hBN上的SiO2涂層降低了介質介電常數,增加了介電損耗。但充滿hBN或hBN@SiO2的CCLs即使在5 GHz的高測試頻率下,介電常數也低于4.0。同時,介電損耗不高于0.016,明顯低于文獻中CCLs的介電損耗。

(3)雖然hBN摻入降低了CCLs的剝離強度,但hBN表面的SiO2改性明顯減緩了下降趨勢,值仍高達1.1 N/mm,比改性前提高了45.7%。

(4)由于SiO2的親水性強于hBN, hBN@SiO2-CCLs的水吸附比高于hBN-CCLs。但當hBN濃度為小于30 wt%時,CCLs吸水率仍低于1 wt%。

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