导热与绝缘“鱼和熊掌兼得”？核壳填料破解电-热导率难题

导语

随着电子设备向 2.5D 和 3D 封装发展，散热瓶颈亟待解决，开发兼具高热导和电绝缘的材料成为提高设备性能的关键。然而，现有高热导材料往往伴随高电导，而绝缘材料热导率较低，难以满足需求。

研究亮点

• 北京大学刘磊副教授团队提出基于 Pechini 方法的简便方法，结合超快速焦耳加热处理，制备多种核（金属）/ 壳（金属氧化物）工程填充剂，如涂覆氧化铝和氧化铍的银微球，克服传统导热材料高电导局限性。
• Pechini 方法更通用，适用于制备不同尺寸尤其是大尺寸的核壳填充剂，可更好地利用金属微球导热性能，提高复合材料导热系数。
• 优化尺寸复合技术，成功制备高导热系数、良好流动性环氧树脂复合材料，有效降低粘度，形成导热路径，提升热管理性能。
• 实验验证核壳填充剂在电路板和电池热管理中的可靠性和优越热散性能，可显著降低电池温度，提高电路板散热效率。

图文解析

图 1 展示核壳工程填充剂合成表征，对比传统原位生长与 Pechini 方法，证实 Pechini 法成功制备致密氧化铝、氧化铍壳层的 Ag 微球，XPS 进一步验证氧化层形成。

图 2 评估核壳填充剂微观宏观性能，表明涂层后微球电阻比原始 Ag 微球高 6 个数量级，证实绝缘特性，且高温处理后保持高流动性和无团聚块状结构。

图 3 展示核壳填充剂增强环氧树脂复合材料性能，小尺寸填充剂提高导热系数，尺寸复合技术显著提高 κ，且复合材料粘度符合工业标准。

图 4 分析尺寸复合对包装体积含量和导热系数影响，二元包装系统显著提高 Ψmax 和热传导效率。

图 5 展示合成核壳填充剂增强环氧树脂复合材料器件性能，实验表明其能有效降低电池温度，提高电路板散热性能和机械故障抗力。

总结与展望

本研究提出基于 Pechini 方法结合焦耳加热技术的简便方法，成功制备高导热、低电导核壳填充剂，克服传统材料局限，通过尺寸复合技术优化复合材料性能，实验验证其在电子封装领域的巨大应用潜力，可提高器件热管理性能并降低成本。未来有望进一步拓展该方法的应用范围，推动更多高性能热管理材料的研发与应用。

深圳中科精研提供的焦耳加热设备为本研究提供了关键的实验技术支持。该设备具备高精度温度控制与快速响应特性，确保了核壳填充剂制备过程中的热处理环节精准且高效。其稳定的加热性能与均匀的热场分布，使得金属微球在高温环境下能够均匀受热，促进了金属氧化物壳层的均匀生长，有效避免了因局部过热或温度不均可能导致的材料缺陷，从而保证了核壳结构填料的高质量合成。

同时，设备的智能化操作与自动化控制功能，极大地提升了实验的重复性与可靠性，为科研团队在核壳填料制备及相关性能研究方面的工作提供了有力保障。

深圳中科精研的焦耳加热设备凭借其卓越的性能与稳定的运行，成为高性能热管理材料研发领域不可或缺的重要工具，助力科研人员不断探索材料科学的新边界，为电子设备的高效热管理材料开发贡献力量。