环保型散热介电绝缘材料技术

环保型散热介电绝缘材料技术

随着电子系统朝轻薄短小、多功能化、高密度化、高可靠性、低成本及提升电气的特性等高功率方向发展，如何散热以维持系统的稳定运作将变得越来越重要。其中散热介电绝缘材料在热管理设计中扮演非常关键的角色。为了将废热从组件、电源或IC中移出，如何在组件及IC间增加热传递效率，介电绝缘材料之导热和热阻抗特性将扮演重要角色。本文针对散热介电绝缘材料的现况、未来发展需求，以及2009JpCAShow环保型散热介电绝缘材料相关信息作一简单介绍。

前言

系统模块化构装(Systeminpackage;Sip)技术正是快速满足上述终端产品的需求，且具最佳经济效益的解决方案，Sip技术主要是运用电子构装技术，结合3D构装设计与制程、功能性基板制程与材料，以及相关构装制程与介电材料等关键构装技术，将主动组件如内存芯片或逻辑运算芯片，与各种分散组件及被动组件，如电阻、电容、电感、滤波器等内藏化于功能性基板中而形成一系统构装模块，甚至可结合光通讯组件形成整合型光基板。系统模块化构装技术已逐渐受到半导体构装业者及系统业者的重视，成为新世代构装技术的主流。

当Sip技术应用于3C产品，如计算机（DTpC、NBpC及Server等）、游戏机、DVD录/放影机、电浆显示器(pDp)、LED模块等，其散热议题已成为产品在设计制造上重要的技术课题，一般散热材料之组成及应用如图一所示。

图一、散热材料之应用及组成

散热基板的技术发展

将组件产生的热散逸以维持运作及功能稳定是高散热基板主要的功用，一般常用的材料大约分为有机基板、金属基板、陶瓷基板等三种。目前在高散热基板市场中发展最快速及最受瞩目的领域，当以LED的应用最为大家所期待。

根据JMS推测，LED未来市场规模如图二所示。传统LED由于发热量不大，散热问题不严重，因此只要运用一般电子用的FR-4印刷电路板即足以应付，可以是单层设计，也可以是多层铜箔电路设计。此种FR-4印刷电路基板的热传导率约0.36W/m•K。随着高功率LED的盛行，印刷电路板已无法满足散热需求，因此需再将印刷电路板贴附在一金属板上（铝基板为主），即所谓的MetalCorepCB(MCpCB)，以改善其传热路径。

目前高功率、高瓦数基板大多采用此种含有金属基板的MCpCB。另一种做法系直接在铝基板表面作绝缘层(InsulatedLayer)或称介电层(DielectricLayer)，接着在介电层表面做电路层，如此LED模块即可直接WireBonding在电路层上。同时为避免因介电层的导热性不佳而增加热阻抗，有时会采取穿孔方式(ThroughHole)，以便LED模块底端的HeatSlug直接接触到金属基板。目前在MetalCorepCB中，其金属基板大多使用铝基板，不论含玻璃纤维的树脂复合绝缘材料或不含玻璃纤维的树脂绝缘层材料，在与铝金属基板热压合之前，铝金属基板必须作表面处理（一般为阳极表面处理），此与铜金属基板表面处理有很大差异。铝金属基板材料则依据铝及其它金属成份所形成之硬度、热传导系数、质量、成本等考虑作为产品及应用层面之选择。一般来说，MCpCB价格介于中、高价位

环保型散热介电绝缘材料及应用

相较于以往对于散热材料商品发表的不普及，2009JpCAShow在散热用介电绝缘材料的相关产品上就多有着墨，尤其在有机散热基板材料的发表。此外，开发同时满足「无铅制程」及「无卤基板材料」的绿色环保趋势，已是2009年JpCAShow基本必备的条件，厂商已经不再特别强调此方面，因为产品发表就是必须符合环保绿色规范。2009年JpCAShow所介绍环保型散热介电绝缘材料商品由表二可知，目前在有机散热基板材料方面，因必须用玻璃纤维含浸树脂，受限于含浸制程及玻璃纤维低热传导率，因此目前开发的商品其热传导率约为0.7~1.3W/m•K，是传统FR-4板的2~4倍。而在不含玻璃纤维的散热介电绝缘材料方面，则可以有较高的热传导率，HitachiChemical新开发的热传导率可高达5~10W/m•K。而在非有机树脂的GraphiteSheet方面，XY轴方向的热传导率可高达1,200W/m•K左右，Z轴方向则在4~6W/m•K左右。由此可知，开发符合环保需求及具备高散热特性的有机基板材料，仍为业者戮力开发的目标。

工研院材化所为因应全球绿色环保风潮趋势与市场商机策略考虑，所开发的散热绝缘有机基板材料，乃是利用反应型pI寡聚合物改质马来亚酰胺树脂，此树脂展现特有的韧性及高热稳定性，在不需添加任何含卤素或含磷的难燃剂，以及无机添加剂的情形下，即可通过UL-94V0的测试标准，且拥有极佳的机械性质与热性质。此外，价格上也比传统BMI树脂便宜很多。最后再利用.