Addit. Manuf: 用于热管理的可3D打印、形状稳定、灵活的基于相变的电子封装材料

WYH 1年前 (2023-06-24) 2229浏览

 

一、【导读】

新型相变材料（PCM）在相变过程中能够被动储存或释放大量热量（在较小的温度范围内），被认为是一种很有前途的电子封装材料。然而，PCM热稳定性和加工性能较差，极大地限制了其在电子封装领域的工业应用。近年来，3D打印技术成为开发电子封装向智能化、通用性、高柔性和精细结构发展的重要工具。随着3D打印技术和柔性电子技术的发展进步，人们更加重视通过3D打印技术封装复杂的柔性电子产品。但PCM的形状稳定性差、漏电问题和3D打印能力差等问题极大地阻碍了基于相变的电子封装材料的应用。因此，寻找一种简便的制备方法来制备可用于3D打印技术的柔性相变电子封装材料是一个巨大的挑战。

 

二、【成果掠影】

近日，青岛理工大学冯昌平副教授等人报道了一种具有完美形状稳定、高潜热储能密度和良好3D打印适性的柔性复合PCM。通过使用简单的溶胀策略将石蜡有效限制在坚固的交联聚合物3D网络结构中，使该相变电子封装材料显示出良好的热管理能力。该工作为高性能相变电子封装材料的设计提供了指导，并扩大了其在集成电子产品中的应用潜力。相关的研究成果以“3D Printable, form stable, flexible phase-change-based electronic packaging materials for thermal management”为题发表在Additive Manufacturing上。

 

三、【核心创新点】

1、作者开发了具有高潜热和优异的力学性能的相变电子封装材料。这种可3D打印的和形状稳定的相变电子封装材料显示出良好的热管理能力，该相变电子封装材料有望用于被动控制电子加热和冷却，有效解决集成电子的散热问题。

2、复合PCM具有145.6 J/g的高潜热，即使在130 ℃的耐温下也具有显着的热稳定性。与传统电子封装材料相比，其降温效果可达到13℃。

 

四、【数据概览】

图1  （a）印刷设备示意图。（b）70PW在3D打印过程中的挤出照片。（c）70PW复合PCM的SEM图。（d-g）3D打印各种复杂的2D和3D图案。（h）不同线宽的3D打印图案   ©2023 Elsevier

图2  （a）PCM的熔融曲线和（b）PW/POE复合PCM的结晶曲线。（c）在100个熔融和冷冻过程中复合材料的归一化熔融焓。（d）不同温度下纯PW和70PW复合PCM的数码相机图像。（e）通过3D打印制造的PCMs纤维的图像和PCMs纤维的应力-应变曲线。3D打印PCM图案的弯曲（f）和扭曲（g）   ©2023 Elsevier

图3  （a）使用相变电子封装材料3D打印封装电路的原理图。（b）电路封装图（左侧的LED芯片封装，右侧的LED芯片未采用相变电子封装材料封装）。（c）带包装和不带包装的LED芯片的红外图像。（d）在相同的功率下，由sylgard 184和70PW封装的三个LED芯片的温度曲线。（e）无LED芯片封装图的复杂电路。（f）相变型电子封装材料散热示意图   ©2023 Elsevier

 

五、【成果启示】

综上所述，作者制备了优异整体性能的、可3D打印的和柔性形状稳定的相变电子封装材料。该材料可以打印成各种二维和三维图案，作者发现含有70%石蜡的复合PCM具有良好的3D打印适性、优异的热稳定性、高潜热和优异的柔韧性。此外，通过改变喷嘴孔径和调整印刷参数，可以成功实现对具有不同PCM线宽的电路和电子元器件进行精确封装。这项研究为下一代微电子产品的封装中提供了新思路，为电子设备和复杂电路的热管理做出巨大贡献。

 

文献连接：

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

本文由WYH供稿

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