華東理工大學(xué)集成化芯片封裝用導(dǎo)熱聚合物領(lǐng)域研究新進(jìn)展

近日，華東理工大學(xué)校材料科學(xué)與工程學(xué)院吳唯教授課題組通過金屬與陶瓷顆粒的設(shè)計、合成與組裝，成功制備了新型雜化導(dǎo)熱填料。這類填料在聚合物中構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的能力獲得大幅提升，能夠顯著提高聚合物材料的導(dǎo)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(fā)表在國際著名期刊Materials & Design上。

隨著5G時代的來臨，萬物互聯(lián)已成為趨勢，其中高集成度的微型芯片是實現(xiàn)這一變遷的重要基礎(chǔ)。但是，用于芯片封裝的聚合物材料的導(dǎo)熱性能不佳，嚴(yán)重制約著集成化芯片的發(fā)展。隨著芯片尺寸的減小，其能量密度呈指數(shù)化升高，所產(chǎn)生的熱量在內(nèi)部積聚，使得散熱成為一大問題。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備具有特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱填料對聚合物進(jìn)行填充是提高其導(dǎo)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(xiàn)了在二維氮化硼（BN）片層對零維納米Cu球的負(fù)載，制備出全新的BN@Cu雜化填料。由于這種BN@Cu雜化填料特殊的結(jié)構(gòu)特征，一方面提高了填料表面粗糙度，二維BN填料表面因零維納米Cu球的凸起更易形成穩(wěn)定的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；另一方面增大了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(jīng)二維BN平臺作用再通過納米Cu球傳導(dǎo)提供了更通暢的通道，減少了聲子散射。二者共同作用的結(jié)果，有效提高了聚合物的熱導(dǎo)率。通過對不同負(fù)載量下雜化填料對聚合物導(dǎo)熱性能的研究，獲得了對構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)最為有效的填料結(jié)構(gòu)，將聚合物導(dǎo)熱系數(shù)提高了500%。這類新型雜化導(dǎo)熱填料相對于單一導(dǎo)熱填料而言，不僅在構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的能力上體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，還能大幅降低接觸熱阻，對提高聚合物導(dǎo)熱性能研究具有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用價值。

材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)Dietmar Drummer教授是共同通訊作者。該研究得到中國國家自然科學(xué)基金委（NSFC）與德國研究聯(lián)合會（DFG）聯(lián)合基金“中德合作研究小組”、國家留學(xué)基金委創(chuàng)新型人才國際合作培養(yǎng)項目“中德合作新型功能高分子材料高端研發(fā)人才的國際聯(lián)合培養(yǎng)”等項目資助。