近90%的集成电路电子封装材料采用高分子聚合物（尤其是环氧树脂），因为它们具有优异的机械性能、电绝缘性和易加工性。随着轻量化、集成化和高功率密度集成电路的快速发展，热量积累和电磁干扰问题日益严重。不幸的是，环氧树脂（EP）本身具有极低的热导率（例如，在300 K时约为0.2 Wm-1 K-1），并且也不能有效的阻碍电磁波的穿透（即没有电磁波吸收能力）。随之而来的热量聚集和强电磁干扰问题严重降低了集成电路的稳定性和可靠性。因此，通过引入高导热填料（如碳材料、纳米陶瓷、金属颗粒等）提高环氧树脂的热导率以实现高效的热量传输；此外，在环氧树脂表面构建金属屏蔽层，增强电磁波的反射损耗以实现低电磁干扰，图 1a。然而，这不仅增加了制造工艺复杂性，还增大了集成电路的体积。
最近，半导体材料与器件研究中心的杨君友教授课题组通过静电自组装将表面带有负电荷的羟基改性的hBN包裹在3D三聚氰胺衍生碳泡沫（MDCF）的表面，然后利用真空浸渍法将获得的MDCF@hBN浸入EP中以成功的开发出一种新型的电子封装材料（MDCF@hBN/EP）。其中，MDCF@hBN独特的结构优势以及MDCF与hBN的协同效应优化了复合材料的阻抗匹配，增强了介电损耗和极化损耗能力。因此，MDCF@hBN/EP表现出-52.77 dB的高电磁波吸收能力，以及 5.6 GHz的有效吸收带宽。同时，3D MDCF@hBN 增强了EP的热传输路径，促使MDCF@hBN/EP 在室温下的热导率达到了0.99 Wm-1 K-1，是纯 EP 的 5.5 倍。增强的散热性能与优异的电磁波吸收性能相结合，表明MDCF@hBN/EP是一种很有前途的大功率集成电路电子封装材料（图 1b）。
图 1. (a) 传统封装，(b) 集成电路的预期封装
图 2. MDCF@hBN/EP合成过程示意图以及相组成与微结构
图3. MDCF@hBN/EP的散热性能和电磁波吸收性能
相关工作发表在Chemical Engineering Journal上。这项工作得到了国家自然科学基金（92163211，52002137，51772109，51872102和51802070）、中央高校基本科研基金（2021XXJS008, 2018KFYXKJC002和华中科技大学研究生创新基金（2020yjsCXCY022）资助，同时对华中科技大学分析测试中心的技术援助表示感谢。本研究成果第一作者为2020级博士研究生钱勇鑫，通讯作者是杨君友教授和罗裕波教授。
论文原文：High performance epoxy resin with efficient electromagnetic wave absorption and heat dissipation properties for electron packaging by modification of 3D MDCF@hBN
Yongxin Qian, Yang Tao, You Li, Jinian Hao, Chaochao Xu, Wei Yan, Qinghui Jiang, Yubo Luo* and Junyou Yang*
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136033
