[发明专利]一种三维复合材料及其制备方法、应用和基板与电子装置

说明书

本发明公开了一种同时具有高热导率和低介电常数的三维复合材料及其制备方法、应用和基板与电子装置。该三维复合材料的制备方法包括以下步骤：将导热填料和热解材料混合后加压得到压制产物；对压制产物进行热处理，除去热解材料，得到三维网络骨架；在三维网络骨架中填充聚合物材料，固化；其中，热解材料的粒径为导热填料的粒径的至少8倍。通过对导热填料和热解材料粒径的选择实现三维网络骨架的构建及有效调控。加压增强了作为三维骨架的填料之间的相互接触，减小了界面热阻，三维结构复合材料能够使得热量在导热填料构成的三维骨架导热通路中快速传导达到大幅度提高热导率的效果。同时该方法操作简单，对生产设备要求低，利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域，尤其是涉及一种三维复合材料及其制备方法、应用和基板与电子装置。

背景技术

随着电子器件轻、薄、短、小、高性能、低成本的发展趋势，高密度集成电路向三维方向的拓展，会产生一系列热、电、机械、能量供应等方面的问题。尤其是电子元器件产生的热量问题，成为影响电子元器件性能和使用寿命的关键因素。在5G移动通讯技术中，集成度进一步提高，元件密度进一步增大。尤其是为保证大的数据交换量，广泛采用MIMO技术，如此多的天线将会带来严重的发热问题，因此开发高导热基板是5G技术急需解决的关键问题。另外，对应用于5G移动通讯技术的基板材料，除了导热性能，在介电性能上也必须满足一些特殊要求。随着5G技术的发展，用于通讯的电磁波的波长变短。电磁波的波长越短，绕射能力就越差，传播过程中的电磁波的衰减也越大。为了减小传输损耗，降低时延，要求5G高频基板封装材料具有低的介电常数(4.5)和低的介电损耗。为满足以上这些需求，就必须开发同时具有高热导率、低介电常数和低介电损耗的材料。

导热聚合物复合材料由于具有加工简单、重量轻、低成本等优点，在导热电子封装中被广泛使用。然而，从导热性能上来说，大多数高分子材料的导热系数都不超过0.5W/m·K，不能满足5G技术的使用需求。但对高导热无机材料而言，在大多数场合下又很难直接用于封装。通常的方法是将具有高热导率的填料加入到聚合物基体中来制备导热复合封装材料。然而，由于聚合物基体和导热填料之间存在较高的界面热阻，简单的填充并不能有效地增加复合材料的热导率。在这种情况下，只有不断提高填料的体积分数才能获得理想的热导率，但是过高的填料比会增加复合材料的介电常数，恶化材料的机械性能。因此，有必要提供一种同时具有高热导率和低介电常数的复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种同时具有高热导率和低介电常数的三维复合材料及其制备方法、应用和基板与电子装置。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种三维复合材料的制备方法，根据本发明的实施例，该三维复合材料的制备方法包括以下步骤：

将导热填料和热解材料混合后加压得到压制产物；

对压制产物进行热处理以除去热解材料，得到三维网络骨架；

在三维网络骨架中填充聚合物材料，固化；

其中，热解材料的粒径为导热填料粒径的至少8倍。

热解材料是指在加热状态下容易发生升华或分解变成气体从而能够从压制产物中除去的材料，易升华的热解材料的非限制性实例包括三氧化硫、萜类化合物等，具体可以是单萜中的樟脑；易分解的热解材料又可以分为易分解的无机热解材料和易分解的有机热解材料，易分解的无机热解材料的非限制性实例包括碳酸氢铵，易分解的有机热解材料的非限制性实例包括聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等能够在高温下完全分解而排出的化合物。

本发明的有益效果是：