高頻通信和人工智能推動了微電子器件向高速傳輸、集成化、小型化方向發展。然而,電子器件性能提升也帶來了電子串擾、阻-容延遲及熱量積累等問題。因此,亟需實現兼具低介電常數(D_k)、低介電損耗(D_f)及高導熱率的電介質材料,以確保信號傳輸速度和質量,提高散熱性,并延長器件的使用壽命。近日,中國科學院上海有機化學研究所研究員房強和孫晶團隊,利用液晶有序效應提升了聚丁二烯的導熱性能,制備了導熱性能良好的低介電液晶聚合物。

研究團隊合成了含有三聯苯、長烷基鏈、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,且該轉變與苯乙烯基團的交聯反應接連發生,從而在高溫下鎖定液晶排列。同時,液晶疇在260℃時仍能保持其結構完整性,表現出較好的熱穩定性。研究顯示,ST38PB具有優良的本征導熱系數?(λ),其面內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表現出優異的介電性能,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材料,在微電子封裝、高頻高速PCB制造等方面具有應用潛力。

該研究為開發兼具高導熱和低介電性能的液晶-碳氫聚合物提供了新策略,并可擴展用于制備其他基于液晶的高熱導低介電聚合物,以滿足高溫加工應用的要求。

相關研究成果發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院、上海市的支持。

論文鏈接

ST38PB薄膜示意圖及其潛在應用