金属芯印刷电路的先进热敏材料（MCPCB）?

项目概要
电子设备和系统的设计通过变小和通信速度更快而不断改进。与这些特定设计改进相关的潜在风险将是功率密度的增加，并因此导致热问题和故障的更大风险。为了降低这种风险，必须确定和研究改进的热管理技术。

可以设想，通过使用金属芯印刷电路板（MCPCB）可以实现更有效的热管理。然而，传统的介电材料（FR4）由于其低导热性而被认为不适合MCPCB的制造商。建议将具有陶瓷填料的聚合物 – 基质复合材料用作介电材料。目前，香港没有合格的MCPCB材料供应商生产具有陶瓷填料电介质的MCPCB。因此，需要当地的MCPCB材料供应商获得关于这种介电材料的配方和合成技术的技术诀窍。

研发方法
非金属中的热传递是由声子的流动或晶格振动能量引起的。热阻是由各种类型的声子散射过程引起的，例如声子 – 声子散射边界散射，以及缺陷或杂质散射。因此，为了使材料中的导热率最大化，必须抑制这些声子散射过程。声子以声音的速度在物质中传播。理论上，声子在复合材料中的散射主要是由于声学失配导致的界面热障，或者填料和基体之间的表面层的损坏。这些界面声子散射现象类似于由于介质折射率的差异导致的光散射。

调节复合材料中的导电性有两个重要参数，即导电路径的数量和沿热流路径的颗粒密度。样品制备方式的影响可导致基质中不同的颗粒分布，从而产生导热率的变化。

在该项目中，将研究三种提高导热系数的方法：

1.最大限度地形成高导热网络
这可以通过首先选择应该能够形成许多热流路径的填料来完成。

2.最小化沿导电路径的热阻。
这种最小化可以通过三种方式完成：（i）选择具有完美晶格或晶体的粒子，以抑制晶格缺陷引起的声子散射;?（ii）使用大尺寸颗粒以减少由于界面热障导致的声子散射;?（iii）使颗粒之间的基质树脂层最小化，以降低由树脂本身引起的耐热性，同时仍保持机械性能。

3.通过表面处理降低填料 – 基质界面处的热接触电阻。
填料上的表面处理改善了填料和基质之间的亲和力;?这显着提高了复合材料的导热性。

该项目将利用上述指南合成一种新型金属芯印刷电路板材料。新材料将进行一系列性能评估，以确保新材料不仅具有改善的导热性能，而且还可以满足IPC规范。

目标和利益

该项目的目标是：

1。为具有良好热性能的MCPCB材料开发和制定合适的合成技术;
2.表征所开发材料的热，机械和电气行为，并与现有的MCPCB材料进行比较。

可交付成果
1.为具有优异导热性的MCPCB制造商开发并制定合适的合成技术;
2.开发使用铸造法制备介电膜的技术;
3.推动并将MCPCB材料制造技术的知识传授给PCB行业;
4.建立数据库和信息链接，以支持香港PCB和基板行业，特别强调MCPCB材料的最新技术发展。

结果总结
在该项目中开发和配制的MCPCB材料的良好热性能是通过最大化导电路径的形成和最小化热障来实现的。

前者是通过使用高导热填料完成的，这在我们的研究中已经证明对增强传统PCB材料，特别是微米级填料的导热性具有积极作用。尽管允许添加到环氧树脂中的填料的最大百分比是低的（约30％），但是低至13％的微米尺寸填料填充的介电材料足够高以实现大于1W / mK，不会划伤其他材料特性。

后者通过使用偶联剂实现。相对于填料重量，1％的偶联剂被优化到足以涂覆其表面并增强其与环氧基质的相互作用。

此外，还表征了这些填充填充的导热MCPCB材料的热，机械和电气行为。这些材料在热，机械和电气性能方面优于传统PCB材料。同时，它具有成本效益。

使用这种介电材料引起的唯一问题是由于填料的存在，该电介质的钻孔和布线参数与典型的FR4的不同。尽管如此，MCPCB总是带有一个底座金属板作为散热器，因此，在使用这种材料时，钻孔，布线和冲压过程的精细调整以及选择合适类型的钻头是不可避免的。