华东理工大学集成化芯片封装用导热聚合物领域研究新进展

近日，华东理工大学校材料科学与工程学院吴唯教授课题组通过金属与陶瓷颗粒的设计、合成与组装，成功制备了新型杂化导热填料。这类填料在聚合物中构建导热网络的能力获得大幅提升，能够显著提高聚合物材料的导热性能，具有重要价值。该研究工作以“Highly thermally conductive polybenzoxazine composites based on boron nitride flakes deposited with copper particles”为题，在线发表在国际著名期刊Materials & Design上。

随着5G时代的来临，万物互联已成为趋势，其中高集成度的微型芯片是实现这一变迁的重要基础。但是，用于芯片封装的聚合物材料的导热性能不佳，严重制约着集成化芯片的发展。随着芯片尺寸的减小，其能量密度呈指数化升高，所产生的热量在内部积聚，使得散热成为一大问题。通过结构设计，制备具有特殊结构的导热填料对聚合物进行填充是提高其导热性能的有效方法。

吴唯教授课题组通过Cu2+的原位还原，实现了在二维氮化硼（BN）片层对零维纳米Cu球的负载，制备出全新的BN@Cu杂化填料。由于这种BN@Cu杂化填料特殊的结构特征，一方面提高了填料表面粗糙度，二维BN填料表面因零维纳米Cu球的凸起更易形成稳定的导热网络；另一方面增大了填料与基体间接触面积，使热量从聚合物基体以声子传递形式经二维BN平台作用再通过纳米Cu球传导提供了更通畅的通道，减少了声子散射。二者共同作用的结果，有效提高了聚合物的热导率。通过对不同负载量下杂化填料对聚合物导热性能的研究，获得了对构建导热网络最为有效的填料结构，将聚合物导热系数提高了500%。这类新型杂化导热填料相对于单一导热填料而言，不仅在构建导热网络的能力上体现出明显优势，还能大幅降低接触热阻，对提高聚合物导热性能研究具有重要的科学意义及应用价值。

材料科学与工程学院博士研究生王懿是该成果的第一作者，吴唯教授与德国埃尔朗根-纽伦堡大学Dietmar Drummer教授是共同通讯作者。该研究得到中国国家自然科学基金委（NSFC）与德国研究联合会（DFG）联合基金“中德合作研究小组”、国家留学基金委创新型人才国际合作培养项目“中德合作新型功能高分子材料高端研发人才的国际联合培养”等项目资助。