中國粉體網(wǎng)訊  隨著5G通信、人工智能、新能源汽車等領(lǐng)域的快速發(fā)展，電子器件不斷向小型化、集成化、高功率密度方向演進。

然而，器件運行中產(chǎn)生的熱量若無法及時消散，將直接威脅其可靠性和壽命。在這一背景下，熱管理復(fù)合材料成為電子封裝領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。

電子封裝中的熱管理材料

電子封裝中的熱管理材料主要用于有效散熱，以確保電子設(shè)備的正常運行和壽命。常見的熱管理材料包括導(dǎo)熱接口材料、熱界面材料和熱導(dǎo)管。目前，先進的材料如石墨烯和碳納米管正在被研究，以進一步提高熱管理效率。

1.導(dǎo)熱膠

導(dǎo)熱膠是一種常用的熱管理材料。它主要由高導(dǎo)熱性的填料和有機硅樹脂組成。導(dǎo)熱膠可以充填在電子元件和散熱器之間，提升熱傳導(dǎo)效率。

2.導(dǎo)熱墊片

導(dǎo)熱墊片是一種柔軟的熱管理材料，通常由導(dǎo)熱填料和硅膠或其他彈性體材料制成。它能夠在電子元件和散熱器之間形成良好的接觸，優(yōu)化熱傳導(dǎo)，具有高柔軟性，可適應(yīng)不同厚度和形狀的界面。

3.相變材料（PCM）

相變材料（PCM）通過吸收和釋放潛熱來調(diào)節(jié)溫度。它們能夠在特定溫度范圍內(nèi)發(fā)生相變（例如從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)），有效地管理熱量，適用于溫度波動較大的系統(tǒng)。

4.熱管

熱管是一種高效的導(dǎo)熱元件，利用液體的蒸發(fā)和冷凝來傳遞熱量。典型的熱管內(nèi)部包含一根中空管，管內(nèi)的工作液體通過毛細結(jié)構(gòu)循環(huán)流動，具有極高的導(dǎo)熱效率，適用于高功率元件的散熱。

5.金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料通常由金屬基體和高導(dǎo)熱填料（如碳纖維或石墨）組成。這些材料結(jié)合了金屬的機械強度和填料的高導(dǎo)熱性，適合高效熱管理。

不同的熱管理材料各有其獨特的優(yōu)點和適用范圍，選擇合適的材料取決于具體的應(yīng)用需求和工作環(huán)境。在電子封裝中，合理的熱管理設(shè)計不僅可以提高設(shè)備性能，還可以延長其壽命。因此，了解并選擇適當(dāng)?shù)臒峁芾聿牧鲜谴_保電子設(shè)備可靠性的關(guān)鍵。

挑戰(zhàn)與未來趨勢

當(dāng)前熱管理復(fù)合材料領(lǐng)域仍需突破三大核心挑戰(zhàn)：

1.界面優(yōu)化：如環(huán)氧樹脂與氮化鋁的弱結(jié)合問題，需通過硅烷偶聯(lián)劑改性或高壓成型工藝增強界面?zhèn)鳠幔?/p>

2.多材料集成：鋁碳化硅(AlSiC)金屬基體復(fù)合材料為電子封裝提供了高度可靠且成本經(jīng)濟的熱管理解決方案，它可提供高熱傳導(dǎo)率(~200 W/mK)以及可調(diào)的低熱膨脹系數(shù)(CTE)。但是AlSiC與金剛石、熱解石墨等超高熱導(dǎo)材料的復(fù)合技術(shù)尚處測試階段，需解決脆性材料的經(jīng)濟性集成難題；

3.智能化設(shè)計：結(jié)合AI仿真優(yōu)化材料微觀結(jié)構(gòu)（如仿生多孔框架），實現(xiàn)導(dǎo)熱路徑的精準(zhǔn)調(diào)控。

中國科學(xué)院寧波材料所林正得團隊

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所林正得研究員于2008年博士畢業(yè)于臺灣清華大學(xué)材料科系，2014年6月加入中科院寧波材料所后，圍繞著"電子封裝熱管理復(fù)合材料"開展了一系列基礎(chǔ)和應(yīng)用研究工作并取得豐碩成果，在“超低熱阻碳基熱界面材料”和“輕質(zhì)高導(dǎo)熱散熱器材料”兩個方向?qū)崿F(xiàn)了成果落地。

對于芯片熱失效難題，林正得研究員所在團隊針對熱輸運串聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件進行了攻關(guān)開發(fā)，克服了復(fù)合材料中二維材料填料的“定制調(diào)控排列取向”與“強化異質(zhì)傳熱界面”兩個共性難題，研發(fā)出“超低熱阻導(dǎo)熱墊片”、“輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/銅散熱器”、“大尺寸納米銀導(dǎo)熱環(huán)氧膠”等系列新型熱管理材料，從而提出了面向新一代芯片架構(gòu)的綜合解決方案，實現(xiàn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品。

2025年5月28日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇·蘇州舉辦“第二屆高導(dǎo)熱材料與應(yīng)用技術(shù)大會暨導(dǎo)熱填料技術(shù)研討會”。屆時，我們邀請到中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所林正得研究員出席本次大會并作題為《面向電子封裝特用工況的熱管理復(fù)合材料》的報告。林正得研究員將結(jié)合自己的研究成果對電子封裝用熱管理復(fù)合材料進行詳細闡述。

專家簡介

林正得，博士，研究員（三級），博士生導(dǎo)師。主持了國家基金委“兩化融合聯(lián)合基金”重點項目、面上項目、中科院“科研儀器設(shè)備研制”項目、中科院“戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項A類”子課題等縱向課題，以及寧波杉杉股份、國家電網(wǎng)科技項目等橫向課題；入選了2015年國家青年高層次人才計劃；研究方向為電子封裝碳基熱管理材料。

目前，已發(fā)表229篇SCI文章，包含了Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Nano-Micro Letters等通訊作者文章以及18篇ESI高被引論文；文章引用數(shù)超16000次，H指數(shù)為60（谷歌學(xué)術(shù)），入選了科睿唯安2022年“全球高被引科學(xué)家”名單；長期擔(dān)任一區(qū)期刊Biosensors & Bioelectronics副主編（影響因子：12.5）；另擔(dān)任世界500強江西銅業(yè)集團“金屬基復(fù)合材料研究所”首席科學(xué)家、中國復(fù)合材料學(xué)會“導(dǎo)熱復(fù)合材料委員會”與“電網(wǎng)工程復(fù)合材料委員會”委員、以及2020～2023年四屆“熱管理材料技術(shù)高峰論壇”大會主席。

參考來源：

1.Thermal Engineering，中國科學(xué)院大學(xué)官網(wǎng)，中國粉體網(wǎng)

2.小木蟲：電子封裝供熱管理解決方案：鋁碳化硅是關(guān)鍵

3.西安交大官網(wǎng)：西安交大科研人員在熱管理復(fù)合材料研究領(lǐng)域取得新進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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