【摘 要】
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近年来,新能源汽车以及手机、平板电脑等消费电子产品对快速充电的需求日益增长,以氮化镓和碳化硅为代表的第三代宽禁带（WBG）半导体发展迅速。作为大功率器件的核心部件之一,WBG半导体理论上能够在大于200℃的温度下长期工作,因此对电子封装材料的热性能提出了更高的要求。传统环氧树脂模塑料由于玻璃化转变温度（Tg）较低,无法承受器件连续工作所引起的高温（≥200℃）。为了保证基于WBG半导体的大功率器件
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近年来,新能源汽车以及手机、平板电脑等消费电子产品对快速充电的需求日益增长,以氮化镓和碳化硅为代表的第三代宽禁带（WBG）半导体发展迅速。作为大功率器件的核心部件之一,WBG半导体理论上能够在大于200℃的温度下长期工作,因此对电子封装材料的热性能提出了更高的要求。传统环氧树脂模塑料由于玻璃化转变温度（Tg）较低,无法承受器件连续工作所引起的高温（≥200℃）。为了保证基于WBG半导体的大功率器件在高温环境下稳定工作,需要开发一种具有优异耐热性能,能在高温条件下长期使用的电子封装材料。苯并噁嗪树脂是由酚醛树脂衍生而来的一种新型热固性树脂,有着优异的热性能、机械性能、阻燃性以及较低的吸水率等特点,同时还具有良好的加工性能。本文第一部分以多官能环氧树脂（EP）和MDA型苯并噁嗪树脂（BOZ）为基体树脂,XYLOK型酚醛树脂（PF）为固化剂,探讨了EP/PF/BOZ树脂混合物在不同咪唑化合物的引发下体系内发生的化学反应和生成的交联网络;第二部分以EP和BOZ为基体树脂,4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂制备了耐高温模塑料,并对其性能进行了系统的研究。具体研究内容和结果如下:（1）将九种咪唑化合物作为固化促进剂引入EP/PF/BOZ（E1P1B1）三元体系以降低成型加工的固化温度。为了明确固化物的交联网络,将三元体系拆分为一元体系和二元体系,并通过差示扫描量热法（DSC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪了各体系的固化行为和化学结构。由于叔胺的亲核性受到取代基电子效应的影响,不同分子结构的咪唑化合物引发EP反应的活性存在显著差异。然而,由于BOZ有稳定的六元噁嗪环,且咪唑引发BOZ的开环机理独特,因此,BOZ的开环反应仍发生在高温下,且固化行为几乎相同。由于EP和BOZ的高低温活性差异,所以在不同温度范围生成不同聚合物网络结构。根据各体系的实验结果,提出了E1P1B1三元体系固化后的交联网络结构。结果表明,在Type Ⅰ和Type Ⅱ咪唑化合物的引发下,E1P1B1三元体系形成的交联网络（Network A）完全不同于由Type Ⅲ咪唑化合物引发形成的交联网络（Network B）。Network A在175℃的凝胶时间为9.5 s,树脂混合物的反应活性高,固化物的颜色深,透明度低;而Network B在175℃的凝胶时间为28.4 s,树脂混合物的加工性能更好。（2）进一步以BOZ和EP为基体树脂,DDM为固化剂,通过溶剂共混的方式制备了EP/DDM/BOZ（EDB）树脂共混物,并使用DSC和热重分析仪（TGA）研究了DDM添加量、BOZ添加量、固化促进剂种类及添加量对树脂体系固化行为和热性能的影响。研究表明,当EDB树脂混合物中EP和DDM质量比为5:1.5并选用1 wt%的乙酰丙酮铁为固化促进剂时,其固化行为最理想;最后,将基体树脂、固化促进剂、球型二氧化硅、脱模剂、着色剂以及偶联剂通过高速分散、熔融捏合、模压成型和后固化制备得到EDB模塑料(MCEDB)。研究了模塑料在175℃的凝胶时间、黏度以及螺旋流动长度。研究表明,MCEDB有良好的加工性能且完全满足商用EMC的加工工艺。通过静态热机械分析仪（TMA）、动态热机械分析仪（DMA）、TGA对模塑料的热性能进行表征。结果表明,适当BOZ含量的MCEDB（5/1.5/9）体系具有优异的热性能,其Tg为261℃,与EMC相比提高了78℃,初始热分解温度(T1%)为372℃,800℃残余质量为89.3%;常温（25℃）弯曲性能测试和高温（200℃）弯曲性能测试都表明MCEDB比商用EMC具有更高的韧性;在85℃/85 RH的条件下浸泡14天后,MCEDB的吸水率低于EMC。此外,在200℃的条件下高温老化500 h后,MCEDB的质量、机械性能和热性能仍保持在较高水平,表现出优异的高温稳定性。
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