A study of epoxy composites for high thermal conductivty applications

Tesi en modalitat de compendi de publicacions, amb una secció retallada per drets de l'editor
Nowadays. both electronic and microelectronic circuits have great relevance and wide application in our daily lives and are increasingly being used with higher powers and frequencies. One of the main problems faced by their manufacturers is the dissipation of heat generated during their operation. since it reduces the useful life of these devices. One of the useful options that can help dissipate the generated heat is the lnsulated Metal Substrate (IMS). The IMS consists of three layers: copper foil, a dielectric layer, and a metallic substrate. The thermal conductivity of the material that constitutes the dielectric layer will be of vital importance when it comes to dissipating the heat generated. The most widely used system as a dielectric layer for IMS is an epoxy resin matrix with a crosslinking agent and a filler. As the thermal conductivity of the epoxy resin is low, it is essential to use a filler with high thermal conductivity that allows efficient dissipation of the generated heat. Therefore, in this thesis, the preparation of samples based on epoxy resins with boron nitride (BN) charges is studied. The effect of the BN particle size, the effect of the crosslinking agent used, the curing kinetics, the shape of the BN particles, the application of pressure on the material during the curing process, and the role of densification are analyzed. lt is found that the thenmal conductivity of epoxy-BN composites increases with increasing BN particle size for a given content of filler, and that BN agglomerates provide a higher thermal conductivity in comparison with the same size platelets, which is attributed to there being fewer interfaces with the epoxy matrix for the agglomerates. The epoxy-thiol system provides a higher thermal conductivity than the epoxy-Jeffamine system, which is attributed to a Lewis acid-base interaction. In the cure kinetics experiments, it was observed that the cure reaction of the epoxy-thiol composites was retarded with increasing the B
En la actualidad, tanto los circuitos electrónicos como los microelectrónicos tienen una gran relevancia y una amplia aplicación en nuestra vida diaria y cada vez se utilizan mayores potencias y frecuencias. Uno de los principales retos que encaran sus fabricantes es la disipación del calor generado durante su funcionamiento, ya que reduce la vida útil de estos dispositivos. Una de las opciones útiles que pueden ayudar a disipar el calor generado es el denominado sustrato metálico aislado (IMS). El IMS consta de tres capas: una lámina de cobre, una capa dieléctrica y un sustrato metálico. La conductividad térmica del material que constituye la capa dieléctrica será de vital importancia a la hora de disipar el calor generado. El sistema más utilizado como capa dieléctrica para IMS es una matriz de resina epoxi con un agente reticulante y un relleno (filler). Dado que la conductividad térmica de la resina epoxi es baja, es fundamental utilizar un relleno con alta conductividad térmica que permita una eficiente disipación del calor generado. Por tanto, en esta tesis se estudia la preparación de muestras a base de resinas epoxi con cargas de nitruro de boro (BN). Se analiza el efecto del tamaño de partícula de BN, el efecto del reticulante utilizado, la cinética de curado, la forma de las partículas de BN, la aplicación de presión sobre el material durante el proceso de curado y el papel de la densificación. Se encuentra que la conductividad térmica de los compuestos epoxi-BN aumenta con el aumento del tamaño de partícula de BN para un contenido dado de relleno, y que los aglomerados de BN proporcionan una conductividad térmica más alta en comparación con los platillos (platelets) del mismo tamaño, lo que se atribuye a que hay menos interfaces con la matriz epoxi para los aglomerados. El sistema epoxi-tiol proporciona una conductividad térmica más alta que el sistema epoxi-Jeffamine, que se atribuye a una interacción ácido-base de Lewis. En los experimentos de cinética
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