来源 | Advanced Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adma.202517027

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背景介绍

随着高频通信和人工智能技术的飞速发展，微电子器件正朝着高速信号传输、高集成度和微型化方向迈进。然而，这些进步也带来了串扰延迟、电阻电容效应和热量积累等严峻挑战。因此，理想的介电材料需具备低介电常数和低介电损耗以确保信号传输质量，同时拥有高导热性以有效散热并延长器件寿命。目前广泛使用的有机聚合物如环氧树脂、聚酰亚胺等虽介电性能优异，但其本征导热系数普遍低于0.2 W/m·K，限制了其在高温高功率环境下的应用。

02

成果掠影

近日，中国科学院上海有机化学研究所房强研究员、孙晶研究员提出了一种创新策略，通过引入液晶有序效应显著提升聚丁二烯的本征导热性能。研究团队设计了一种含三联苯和苯乙烯端基的液晶分子ST38，并将其在聚丁二烯中交联形成液晶聚合物ST38PB。该材料在保持低介电特性的同时，其导热系数达到0.62 W/m·K，是原始聚丁二烯的3.4倍，并在10 GHz高频下展现出优异的介电性能（Dk = 2.40，Df = 3.3×10⁻³）。ST38PB在芯片散热和印刷电路板基板等领域展现出广阔的应用前景。研究成果“Enhancing Thermal Conductivity in Low Dielectric Polybutadiene via a Liquid Crystal Ordering Effect”为题发表在《Advanced Materials》。

03

图文导读

示意图1.液晶单体ST38与低介电聚丁二烯的结构示意图及其在微电子封装和高频印刷电路板中的潜在应用。

图1.ST38PB薄膜的制备流程图。 

图2. a) ST38在室温下的偏光显微镜图像；b) ST38粉末的XRD谱图；c) ST38与ST38PB预混物的DSC曲线；d) ST38PB预混物在室温下的偏光显微镜图像；e) ST38PB预混物的XRD谱图；f) 预混物中ST38颗粒的透射电镜图像；g) ST38PB薄膜在室温下的偏光显微镜图像；h) ST38PB薄膜的XRD谱图；i) ST38PB预混物在不同温度下的XRD谱图。 

示意图2.ST38与ST38PB薄膜中分子排列的示意图。 

图3.a) ST38PB薄膜的三维结构重建图像；b) ST38PB薄膜截面的三维结构重建图像；c) ST38PB薄膜表面与截面方向的示意图；d) 薄膜表面的二维小角X射线散射图像；e) 薄膜截面的二维小角X射线散射图像；f) 薄膜表面的二维广角X射线散射图像；g) 薄膜截面的二维广角X射线散射图像；h) 薄膜表面二维小角散射的一维积分曲线；i) 薄膜截面二维小角散射子午线方向的一维积分曲线；j) 薄膜表面二维广角散射的一维积分曲线；k) 薄膜截面二维广角散射子午线方向的一维积分曲线。

图4.a) ST38PB与PB薄膜的面内导热系数对比；b) ST38PB薄膜在不同温度下的面内导热系数；c) ST38PB薄膜中声子传导路径示意图；d) 裸芯片、PB覆盖芯片与ST38PB覆盖芯片的红外热成像图（加热至60°C并持续120秒）。

图5.a) ST38PB薄膜浸水前后介电性能对比；b) ST38PB薄膜表面水滴图像；c) ST38PB薄膜与已报道材料在介电常数与导热性能方面的对比。

图6. a) ST38PB薄膜的热重分析曲线；b) ST38PB薄膜的热膨胀系数曲线；c) ST38PB薄膜的应力-应变曲线；d) ST38PB薄膜的力-位移曲线；e) CCL-ST38PB覆铜板与光刻制备的双面柔性电路板示意图。