Addit. Manuf: 用于熱管理的可3D打印、形狀穩定、靈活的基于相變的電子封裝材料

一、【導讀】

新型相變材料（PCM）在相變過程中能夠被動儲存或釋放大量熱量（在較小的溫度范圍內），被認為是一種很有前途的電子封裝材料。然而，PCM熱穩定性和加工性能較差，極大地限制了其在電子封裝領域的工業應用。近年來，3D打印技術成為開發電子封裝向智能化、通用性、高柔性和精細結構發展的重要工具。隨著3D打印技術和柔性電子技術的發展進步，人們更加重視通過3D打印技術封裝復雜的柔性電子產品。但PCM的形狀穩定性差、漏電問題和3D打印能力差等問題極大地阻礙了基于相變的電子封裝材料的應用。因此，尋找一種簡便的制備方法來制備可用于3D打印技術的柔性相變電子封裝材料是一個巨大的挑戰。

二、【成果掠影】

近日，青島理工大學馮昌平副教授等人報道了一種具有完美形狀穩定、高潛熱儲能密度和良好3D打印適性的柔性復合PCM。通過使用簡單的溶脹策略將石蠟有效限制在堅固的交聯聚合物3D網絡結構中，使該相變電子封裝材料顯示出良好的熱管理能力。該工作為高性能相變電子封裝材料的設計提供了指導，并擴大了其在集成電子產品中的應用潛力。相關的研究成果以“3D Printable, form stable, flexible phase-change-based electronic packaging materials for thermal management”為題發表在Additive Manufacturing上。

三、【核心創新點】

1、作者開發了具有高潛熱和優異的力學性能的相變電子封裝材料。這種可3D打印的和形狀穩定的相變電子封裝材料顯示出良好的熱管理能力，該相變電子封裝材料有望用于被動控制電子加熱和冷卻，有效解決集成電子的散熱問題。

2、復合PCM具有145.6 J/g的高潛熱，即使在130 ℃的耐溫下也具有顯著的熱穩定性。與傳統電子封裝材料相比，其降溫效果可達到13℃。

四、【數據概覽】

圖1 ?（a）印刷設備示意圖。（b）70PW在3D打印過程中的擠出照片。（c）70PW復合PCM的SEM圖。（d-g）3D打印各種復雜的2D和3D圖案。（h）不同線寬的3D打印圖案 ? ?2023 Elsevier

圖2? （a）PCM的熔融曲線和（b）PW/POE復合PCM的結晶曲線。（c）在100個熔融和冷凍過程中復合材料的歸一化熔融焓。（d）不同溫度下純PW和70PW復合PCM的數碼相機圖像。（e）通過3D打印制造的PCMs纖維的圖像和PCMs纖維的應力-應變曲線。3D打印PCM圖案的彎曲（f）和扭曲（g） ? ?2023 Elsevier

圖3? （a）使用相變電子封裝材料3D打印封裝電路的原理圖。（b）電路封裝圖（左側的LED芯片封裝，右側的LED芯片未采用相變電子封裝材料封裝）。（c）帶包裝和不帶包裝的LED芯片的紅外圖像。（d）在相同的功率下，由sylgard 184和70PW封裝的三個LED芯片的溫度曲線。（e）無LED芯片封裝圖的復雜電路。（f）相變型電子封裝材料散熱示意圖 ? ?2023 Elsevier

五、【成果啟示】

綜上所述，作者制備了優異整體性能的、可3D打印的和柔性形狀穩定的相變電子封裝材料。該材料可以打印成各種二維和三維圖案，作者發現含有70%石蠟的復合PCM具有良好的3D打印適性、優異的熱穩定性、高潛熱和優異的柔韌性。此外，通過改變噴嘴孔徑和調整印刷參數，可以成功實現對具有不同PCM線寬的電路和電子元器件進行精確封裝。這項研究為下一代微電子產品的封裝中提供了新思路，為電子設備和復雜電路的熱管理做出巨大貢獻。

文獻連接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423001999

本文由WYH供稿