聚合物-無機(jī)物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成電路的飛速發(fā)展,通過電子設(shè)備和電子灌封材料的單元功率耗散和熱流不斷的增大。高導(dǎo)熱聚合物／無機(jī)物復(fù)合材料具有高絕緣、低密度、高導(dǎo)熱和耐腐蝕等優(yōu)異性能而成為理想的電子灌封材料。有許多因素影響聚合物／無機(jī)物復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù),通過試驗的方法制備目標(biāo)產(chǎn)品,需要消耗大量的原材料和時間,而數(shù)值模擬的方法能有效的降低試驗成本和減短復(fù)合材料的設(shè)計周期。本論文采用了數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法來預(yù)測復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù),內(nèi)容如下:
　　

2、通過數(shù)值技術(shù)中的有限元分析方法研究了無機(jī)導(dǎo)熱填料填充聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。用C++語言和MATLAB語言編程分別生成了球體與柱體填充的隨機(jī)分布模型、取向分布模型和周期性邊界條件模型。采用隨機(jī)序列吸附方法(RSA),建立的三維有限元隨機(jī)分布模型可以生成顆粒位置隨機(jī)分布、顆粒直徑和不同粒徑的比例任意調(diào)整的代表體積單元,能夠得到單一粒徑和多粒徑的模型。取向分布的模型,讓填料在熱傳導(dǎo)方向上排列,而其他方向上的填料和填料之間有一定的距離,距

3、離大小由顆粒填充體積比確定。滿足周期性邊界條件的模型,如果隨機(jī)生成的顆粒超出胞體的邊界則將其分割成若干塊,并移至所取胞體中相應(yīng)的位置。利用ANSYS軟件對三維模型進(jìn)行了有限元分析預(yù)測復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù),并且研究了填料結(jié)構(gòu)和尺寸、不同尺寸比例和填料在基體中的分布情況對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。有限元方法模擬結(jié)果顯示:填料粒徑正態(tài)分布時,能夠在聚合物基體中有效堆積而提高填充量；兩種粒徑比例不同時,導(dǎo)熱系數(shù)也不同,大球徑的比例含量高時導(dǎo)熱復(fù)合材

4、料的導(dǎo)熱系數(shù)稍高；填料取向分布和高的長徑比能大大提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)；周期性邊界條件模型的預(yù)測值比隨機(jī)分布模型的略高。
　　 制備了粒徑3μmAlN填充硅橡膠的復(fù)合材料,并測試了不同填充量下體系的導(dǎo)熱系數(shù),用以驗證所建模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明,灌封膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨著AlN含量的增加而增大,當(dāng)填料質(zhì)量比超過50％時增加的幅度越來越大,與模型的模擬結(jié)果十分接近,證明本文所建模型能夠較精確地預(yù)測無機(jī)填料填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。另外還發(fā)