集成化芯片封裝用導熱聚合物領域研究新進展

近日,華東理工大學材料科學與工程學院吳唯教授課題通過金屬與陶瓷顆粒的設計、合成與組裝,成功制備瞭新型雜化導熱填料。這類填料在聚合物中構建導熱網絡的能力獲得大幅提升,能夠顯著提高聚合物材料的導熱性能,具有重要價值。該研究工作以“Highly thermally conductive polybenzoxazine composites based on boron nitride flakes deposited with copper particles”為題,在線發表在國際著名期刊Materials & Design上。

隨著5G時代的來臨,萬物互聯已成為趨勢,其中高集成度的微型芯片是實現這一變遷的重要基礎。但是,用於芯片封裝的聚合物材料的導熱性能不佳,嚴重制約著集成化芯片的發展。隨著芯片尺寸的減小,其能量密度呈指數化升高,所產生的熱量在內部積聚,使得散熱成為一大問題。通過結構設計,制備具有特殊結構的導熱填料對聚合物進行填充是提高其導熱性能的有效方法。

吳唯教授課題組通過Cu2+的原位還原,實現瞭在二維氮化硼(BN)片層對零維納米Cu球的負載,制備出全新的BN@Cu雜化填料。由於這種BN@Cu雜化填料特殊的結構特征,一方面提高瞭填料表面粗糙度,二維BN填料表面因零維納米Cu球的凸起更易形成穩定的導熱網絡;另一方面增大瞭填料與基體間接觸面積,使熱量從聚合物基體以聲子傳遞形式經二維BN平臺作用再通過納米Cu球傳導提供瞭更通暢的通道,減少瞭聲子散射。二者共同作用的結果,有效提高瞭聚合物的熱導率。通過對不同負載量下雜化填料對聚合物導熱性能的研究,獲得瞭對構建導熱網絡最為有效的填料結構,將聚合物導熱系數提高瞭500%。這類新型雜化導熱填料相對於單一導熱填料而言,不僅在構建導熱網絡的能力上體現出明顯優勢,還能大幅降低接觸熱阻,對提高聚合物導熱性能研究具有重要的科學意義及應用價值。

集成化芯片封裝用導熱聚合物領域研究新進展

材料科學與工程學院博士研究生王懿是該成果的第一作者,吳唯教授與德國埃爾朗根-紐倫堡大學Dietmar Drummer教授是共同通訊作者。該研究得到中國國傢自然科學基金委(NSFC)與德國研究聯合會(DFG)聯合基金“中德合作研究小組”、國傢留學基金委創新型人才國際合作培養項目“中德合作新型功能高分子材料高端研發人才的國際聯合培養”等項目資助。

原文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108698

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