[发明专利]一种MOF纳米片填充的环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种MOF纳米片填充的环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、MOF纳米片的合成：将DMF和乙醇溶液混合得到第一混合液；将聚乙烯吡咯烷酮溶解于三氟乙酸溶液中，并将三水硝酸铜晶体溶于上述溶液中，得到第二混合液；将TCPP加入到DMF和乙醇溶液的混合液中溶解得到第三混合液；将第三混合液滴入第二混合液中，搅拌均匀后超声，然后于80℃温度下加热得到MOF纳米片；将MOF纳米片用乙醇离心，清洗；S2、MOF纳米片填充的环氧树脂复合材料制备。本发明通过溶液混合法制备MOF纳米片，并与环氧树脂材料进行复合，结合了两者的性能优势，发挥其协同效应，大大提升了复合材料的导热性能。

技术领域

本发明涉及新材料加工技术领域，特别涉及一种MOF纳米片填充的环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

随着终端产品对轻薄化和高效化的要求提升，半导体方案的发展方向已不仅仅是提升性能而已，发热量和散热表现也成为半导体设计中相当重要的因素。发热量主要和芯片制造工艺和温度控制算法有关，而散热表现则可以在材料和产品结构上下功夫。导热材料是近年来针对设备的热传导要求而设计的一种新型工业材料，性能优异可靠，现在已经广泛应用于各种消费电子、通信电站、动力电池等等领域。电子产品的性能越高，热管理就越困难，因为随着半导体元器件功率密度不断提高，热通量会越来越大，有些甚至高达数十千瓦/平方厘米，是太阳表面的 5 倍。这样大的发热量如果不能及时从元器件中导出发散，会严重威胁到电子产品的稳定性，有研究表明电子器件中过半数故障均为热量相关问题所致。随着电子器件不断向小型化、集成化和多功能化的方向发展，其功率密度不断增加，单位体积的发热量越来越大。电子元器件工作时产生的热量，是影响电子元器件性能和使用寿命的关键因素，散热问题已经成为制约微电子器件和系统发展和应用的瓶颈。尤其是随着5G和自动驾驶技术的快速布局，对热管理材料又提出了新的挑战。随着国内对高导热材料的需求不断增大，开发新型高导热材料，尤其是导热硅胶日益成为研究重点，相信在不久的将来，不只是新能源汽车行业，导热材料将会在各领域大展宏图。

环氧树脂 (EP) 是一类具有良好耐腐蚀性、绝缘性及高强度的热固性高分子合成材料，其同时具有耐化学药品性和良好的尺寸稳定性，粘结强度高、综合性能优异、价格便宜，因而得到广泛应用。但EP 是一种非晶聚合物，主要依靠声子传热，由于其巨大的分子量以及分子量的多分散性，分子大小不等和分子链无规缠结，声子散射严重，使 EP 的导热性能不佳（EP 的热导率为 0.2 W／(m•K) 左右）。电子封装用以填充型导热 EP 为主，一般需要加入无机填料以提高导热性能。无机填料的主要作用是降低热膨胀系数、吸水率、成型收缩率和生产成本，还可以起到增强作用，提高可靠性。研究表明，导热填料采用相同的体积分数或质量分数填充导热硅胶基体，其热导率越高，复合材料的导热性能则更优异，因此选用热导率较高的填料可制备较高热导率的复合材料，且可采用更少的填料达到同样的导热效果。金属有机框架（MOFs）材料作为一类多孔的有机无机杂化晶体，具有高比表面积和良好的结构可调性，易于搭建有效地孔道，增大导热率，在导电和导热性能上和环氧树脂恰好互补。如果能够结合性能优越的GE与EP材料的优势，制备出新的复合导热导电材料，将兼具两者的优点，实现其在散热材料领域中的应用，带来巨大经济效益的同时也将对节能环保事业的发展和推广做出巨大贡献。因此本发明采用MOFs材料填充到环氧树脂基体中，可以制备出高导热性的复合散热材料， 导热性能远远优于采用其他传统填料所制备的散热材料。

发明内容

随着半导体技术的不断发展，高压、高功率、高效率的大功率半导体器件不断涌现，广泛应用于无线通信、雷达与对抗、电力电子等领域。然而，大功率半导体器件光有好芯片还不够，还必须有合理的封装，要有高的取光效率的封装结构，而热阻尽可能低，从而保证其光电性能及可靠性。在实际应用中要使功率器件发挥出先进工艺带来的最大功效，必须在器件的封装和组装中解决好散热的问题。散热性能已成为制约大功率半导体器件使用性能和寿命的关键因素。本发明提供一种MOF纳米片填充的环氧树脂复合材料，其具有超强的散热性能，可大大改善半导体器件的散热问题。MOF纳米片/环氧树脂复合材料作为一种理想的界面封装材料，具有广阔的应用前景。