Improvement Performance of Thermal Conductive Composite Insulating Material Using Electrostatic Adsorption Method

静电吸附法改善导热复合绝缘材料性能

基本信息

批准号：
22H01469
负责人：
村上義信
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

低コスト化による薄板化などの要求からセラミックスに変わる放熱特性と絶縁特性の両方の特性を兼ね備えた新たなる材料の開発が急務となっている。当該研究では製法が簡単、スケールアップも用意、熱可塑性高分子においてもコンポジット材料の作製ができるなどの特徴をもつ静電吸着法を用いて放熱コンポジット絶縁板を作製した。絶縁破壊の強さ、熱伝導率などの物性、ならびにそれらの相互関係等も明らかにし、最も要求性能が高い自動車用パワーモジュールにも適用可能な放熱コンポジット絶縁板を静電吸着法を用いて創製することが当該研究の目的である。主な成果以下の通り。（１）有限要素法を用いた熱伝導の数値計算：コンポジット試料の熱伝導率の実測値と数値計算結果を比較検討した結果、hBNの粒径が小さいCMP13試料においては概ね両者は一致するものの、hBNの粒径が大きいCMP45試料においては、実測値においては配向に傾きがあること(低hBN含有率)やパーコレーションの影響(高hBN含有率)などから両者の差は大きくなることがわかった。（２）銅板との接着強度の評価：コンポジット試料と銅板との接着強度をプリンカップ試験を用いて評価した。hBN粒子が厚さに対して平行に配向しているCMP試料の接着強度は垂直に配向しているCMV試料のそれに比べ、アンカー効果により高くなる。（３）電流電荷積分法による移動・蓄積電荷量の測定：厚さに対してhBNが平行に配向したCMP試料の移動・蓄積電荷量は垂直に配向したCMV試料のそれに比べ、伝導パスが短くなるため、多くなることがわかった。（４）XRDを用いたhBNの配向度合いの評価：XRDを用いてコンポジット試料表面におけるX線回折を評価した。その結果、X線回折によりhBNの配向度合をある程度評価することができるとこが分かった。

由于需要更薄的板材以降低成本，迫切需要开发一种兼具散热和绝缘性能的新材料来替代陶瓷。在这项研究中，我们利用静电吸附制造了一种散热复合绝缘板，该板易于制造，易于放大，甚至可以用热塑性聚合物来制造复合材料。我们阐明了介电击穿强度和导热率等物理特性以及它们之间的相互关系，并利用静电吸附创造了一种可应用于具有最高性能要求的汽车电源模块的目的。这项研究的目的是主要结果如下。 (1)采用有限元法进行热导率数值计算：通过对复合材料样品热导率实测值与数值计算结果进行对比检验，发现虽然两者在CMP13中大体相符。在hBN粒径小的样品中，在hBN粒径大的CMP45样品中，发现由于取向存在倾斜（hBN含量低），两者之间的差异变大和渗滤作用（高六方氮化硼含量）。 (2)与铜板的粘合强度评价：采用布丁杯试验评价复合材料样品与铜板之间的粘合强度。由于锚定效应，其中六方氮化硼颗粒平行于厚度取向的CMP样品的粘附强度高于其中六方氮化硼颗粒垂直于厚度取向的CMV样品的粘附强度。 (3) 使用电流-电荷积分法测量转移和累积的电荷量：hBN平行于厚度取向的CMP样品中的转移和累积的电荷量比CMV样品具有更短的传导路径事实证明，其中 hBN 垂直取向。 (4)使用XRD评价hBN的取向度：使用XRD评价复合材料样品表面的X射线衍射。结果发现，通过X射线衍射可以在一定程度上评价hBN的取向程度。