環(huán)保型散熱介電絕緣材料技術(shù)
隨著電子系統(tǒng)朝輕薄短小、多功能化、高密度化、高可靠性、低成本及提升電氣的特性等高功率方向發(fā)展，如何散熱以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運作將變得越來越重要。其中散熱介電絕緣材料在熱管理設計中扮演非常關(guān)鍵的角色。為了將廢熱從組件、電源或IC中移出，如何在組件及IC間增加熱傳遞效率，介電絕緣材料之導熱和熱阻抗特性將扮演重要角色。本文針對散熱介電絕緣材料的現(xiàn)況、未來發(fā)展需求，以及2009 JPCA Show環(huán)保型散熱介電絕緣材料相關(guān)信息作一簡單介紹。
前言
系統(tǒng)模塊化構(gòu)裝(System in Package; SiP)技術(shù)正是快速滿足上述終端產(chǎn)品的需求，且具最佳經(jīng)濟效益的解決方案， SiP 技術(shù)主要是運用電子構(gòu)裝技術(shù)，結(jié)合3D 構(gòu)裝設計與制程、功能性基板制程與材料，以及相關(guān)構(gòu)裝制程與介電材料等關(guān)鍵構(gòu)裝技術(shù)，將主動組件如內(nèi)存芯片或邏輯運算芯片，與各種分散組件及被動組件，如電阻、電容、電感、濾波器等內(nèi)藏化于功能性基板中而形成一系統(tǒng)構(gòu)裝模塊，甚至可結(jié)合光通訊組件形成整合型光基板。系統(tǒng)模塊化構(gòu)裝技術(shù)已逐漸受到半導體構(gòu)裝業(yè)者及系統(tǒng)業(yè)者的重視，成為新世代構(gòu)裝技術(shù)的主流。
當SiP 技術(shù)應用于3C 產(chǎn)品，如計算機（DT PC 、NB PC 及Server 等）、游戲機、DVD 錄/ 放影機、電漿顯示器(PDP)、LED模塊等，其散熱議題已成為產(chǎn)品在設計制造上重要的技術(shù)課題，一般散熱材料之組成及應用如圖一所示。
圖一、散熱材料之應用及組成
散熱基板的技術(shù)發(fā)展
將組件產(chǎn)生的熱散逸以維持運作及功能穩(wěn)定是高散熱基板主要的功用，一般常用的材料大約分為有機基板、金屬基板、陶瓷基板等三種。目前在高散熱基板市場中發(fā)展最快速及最受矚目的領域，當以LED 的應用最為大家所期待。
根據(jù)JMS 推測， LED 未來市場規(guī)模如圖二所示。傳統(tǒng)LED 由于發(fā)熱量不大，散熱問題不嚴重，因此只要運用一般電子用的FR-4 印刷電路板即足以應付，可以是單層設計，也可以是多層銅箔電路設計。此種FR-4 印刷電路基板的熱傳導率約0.36 W/m?K 。隨著高功率LED 的盛行，印刷電路板已無法滿足散熱需求，因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上（鋁基板為主），即所謂的Metal Core PCB (MCPCB)，以改善其傳熱路徑。
目前高功率、高瓦數(shù)基板大多采用此種含有金屬基板的MCPCB 。另一種做法系直接在鋁基板表面作絕緣層(Insulated Layer)或稱介電層(Dielectric Layer)，接著在介電層表面做電路層，如此LED 模塊即可直接Wire Bonding 在電路層上。同時為避免因介電層的導熱性不佳而增加熱阻抗，有時會采取穿孔方式(Through Hole)，以便LED 模塊底端的Heat Slug 直接接觸到金屬基板。目前在Metal Core PCB 中，其金屬基板大多使用鋁基板，不論含玻璃纖維的樹脂復合絕緣材料或不含玻璃纖維的樹脂絕緣層材料，在與鋁金屬基板熱壓合之前，鋁金屬基板必須作表面處理（一般為陽極表面處理），此與銅金屬基板表面處理有很大差異。鋁金屬基板材料則依據(jù)鋁及其它金屬成份所形成之硬度、熱傳導系數(shù)、質(zhì)量、成本等考慮作為產(chǎn)品及應用層面之選擇。一般來說， MCPCB 價格介于中、高價位
環(huán)保型散熱介電絕緣材料及應用
相較于以往對于散熱材料商品發(fā)表的不普及， 2009 JPCA Show 在散熱用介電絕緣材料的相關(guān)產(chǎn)品上就多有著墨，尤其在有機散熱基板材料的發(fā)表。此外，開發(fā)同時滿足「無鉛制程」及「無鹵基板材料」的綠色環(huán)保趨勢，已是2009 年JPCA Show 基本必備的條件，廠商已經(jīng)不再特別強調(diào)此方面，因為產(chǎn)品發(fā)表就是必須符合環(huán)保綠色規(guī)范。2009 年JPCA Show 所介紹環(huán)保型散熱介電絕緣材料商品由表二可知，目前在有機散熱基板材料方面，因必須用玻璃纖維含浸樹脂，受限于含浸制程及玻璃纖維低熱傳導率，因此目前開發(fā)的商品其熱傳導率約為0.7~1.3 W/m?K ，是傳統(tǒng) FR-4板的2~4 倍。而在不含玻璃纖維的散熱介電絕緣材料方面，則可以有較高的熱傳導率，Hitachi Chemical 新開發(fā)的熱傳導率可高達5~10 W/m?K 。而在非有機樹脂的Graphite Sheet 方面， XY 軸方向的熱傳導率可高達1,200 W/m?K左右， Z 軸方向則在4~6 W/m?K左右。由此可知，開發(fā)符合環(huán)保需求及具備高散熱特性的有機基板材料，仍為業(yè)者戮力開發(fā)的目標。
工研院材化所為因應全球綠色環(huán)保風潮趨勢與市場商機策略考慮，所開發(fā)的散熱絕緣有機基板材料，乃是利用反應型PI 寡聚合物改質(zhì)馬來亞酰胺樹脂，此樹脂展現(xiàn)特有的韌性及高熱穩(wěn)定性，在不需添加任何含鹵素或含磷的難燃劑，以及無機添加劑的情形下，即可通過UL-94 V0 的測試標準，且擁有極佳的機械性質(zhì)與熱性質(zhì)。此外，價格上也比傳統(tǒng)BMI 樹脂便宜很多。最后再利用.