高频通信和人工智能推动了微电子器件向高速传输、集成化、小型化方向发展。然而,电子器件性能提升也带来了电子串扰、阻-容延迟及热量积累等问题。因此,亟需实现兼具低介电常数(D_k)、低介电损耗(D_f)及高导热率的电介质材料,以确保信号传输速度和质量,提高散热性,并延长器件的使用寿命。近日,中国科学院上海有机化学研究所研究员房强和孙晶团队,利用液晶有序效应提升了聚丁二烯的导热性能,制备了导热性能良好的低介电液晶聚合物。

研究团队合成了含有三联苯、长烷基链、苯乙烯端基的液晶分子ST38,并将其在聚丁二烯中交联形成液晶聚合物ST38PB。在高温处理下,ST38可自组装形成有序的层状液晶畴,且该转变与苯乙烯基团的交联反应接连发生,从而在高温下锁定液晶排列。同时,液晶畴在260℃时仍能保持其结构完整性,表现出较好的热稳定性。研究显示,ST38PB具有优良的本征导热系数 (λ),其面内λ值为0.62 W·m^-1·K^-1,是原始PB (0.18 W·m^-1·K^-1) 的3.4倍;ST38PB表现出优异的介电性能,在10 GHz条件下,D_k=2.40和D_f =3.3×10^-3;ST38PB薄膜还具有良好的柔韧性、热稳定性、疏水性。上述综合性能使其可作为芯片散热材料或绝缘介质材料,在微电子封装、高频高速PCB制造等方面具有应用潜力。

该研究为开发兼具高导热和低介电性能的液晶-碳氢聚合物提供了新策略,并可扩展用于制备其他基于液晶的高热导低介电聚合物,以满足高温加工应用的要求。

相关研究成果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院、上海市的支持。

论文链接

ST38PB薄膜示意图及其潜在应用