高頻通信和人工智能推動(dòng)了微電子器件向高速傳輸、集成化、小型化方向發(fā)展。然而,電子器件性能提升也帶來了電子串?dāng)_、阻-容延遲及熱量積累等問題。因此,亟需實(shí)現(xiàn)兼具低介電常數(shù)(D_k)、低介電損耗(D_f)及高導(dǎo)熱率的電介質(zhì)材料,以確保信號(hào)傳輸速度和質(zhì)量,提高散熱性,并延長(zhǎng)器件的使用壽命。近日,中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員房強(qiáng)和孫晶團(tuán)隊(duì),利用液晶有序效應(yīng)提升了聚丁二烯的導(dǎo)熱性能,制備了導(dǎo)熱性能良好的低介電液晶聚合物。

研究團(tuán)隊(duì)合成了含有三聯(lián)苯、長(zhǎng)烷基鏈、苯乙烯端基的液晶分子ST38,并將其在聚丁二烯中交聯(lián)形成液晶聚合物ST38PB。在高溫處理下,ST38可自組裝形成有序的層狀液晶疇,且該轉(zhuǎn)變與苯乙烯基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng)接連發(fā)生,從而在高溫下鎖定液晶排列。同時(shí),液晶疇在260℃時(shí)仍能保持其結(jié)構(gòu)完整性,表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。研究顯示,ST38PB具有優(yōu)良的本征導(dǎo)熱系數(shù)?(λ),其面內(nèi)λ值為0.62 W·m^-1·K^-1,是原始PB (0.18 W·m^-1·K^-1)?的3.4倍;ST38PB表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能,在10 GHz條件下,D_k=2.40和D_f?=3.3×10^-3;ST38PB薄膜還具有良好的柔韌性、熱穩(wěn)定性、疏水性。上述綜合性能使其可作為芯片散熱材料或絕緣介質(zhì)材料,在微電子封裝、高頻高速PCB制造等方面具有應(yīng)用潛力。

該研究為開發(fā)兼具高導(dǎo)熱和低介電性能的液晶-碳?xì)渚酆衔锾峁┝诵虏呗?并可擴(kuò)展用于制備其他基于液晶的高熱導(dǎo)低介電聚合物,以滿足高溫加工應(yīng)用的要求。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、上海市的支持。

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ST38PB薄膜示意圖及其潛在應(yīng)用