曹翔雁、張惠雯、賴渟薇、鄭志龍 / 工研院材化所
絕緣金屬基板(IMS)憑藉其優異的導熱與絕緣特性，廣泛應用於電動車、5G通訊與工業電源等中高功率模組。本文綜合IMS的結構優勢與產業應用趨勢，分析其與陶瓷基板在導熱效率、可靠度與成本上的比較，並探討IMS於車用充電器、射頻功放與再生能源模組中的角色。配合高導熱材料的技術發展，如液晶結構樹脂配方與導熱粉體混合分散技術，使IMS在導熱性能與加工整合性上均有所突破。工研院亦已開發出高導熱絕緣接著膜材，導熱係數可達11.5 W/m·K，為國內功率模組材料技術提供具競爭力之解決方案。
【內文精選】
IMS基板的技術結構與散熱特性分析比較
絕緣金屬基板(IMS)是一種結合散熱與絕緣功能的高性能印刷電路板，其典型結構由三層組成，如圖二所示：底層為高導熱的金屬基板（多為鋁，亦可採用銅或其他合金）；中間為具備導熱、電氣絕緣且具接著功能的導熱絕緣層（又稱介電層(Dielectric Layer)）；頂層則為承載電路圖形的銅箔。IMS的關鍵優勢在於能同時提供電氣隔離與高效散熱，其功率元件與電路雖與金屬底板隔絕，能避免短路風險，但產生的熱能卻可經由導熱絕緣層快速傳導至金屬基板，再透過底板進一步擴散至散熱器或系統外殼。
圖二 IMS絕緣金屬基板的結構橫截面示意圖
工研院高導熱絕緣材料研發成果
在IMS基板材料技術持續朝向高導熱、高可靠度與製程整合性發展的趨勢下，工研院材料與化工研究所近年來針對IMS關鍵導熱絕緣層材料投入自主研發，開發出具有國際競爭力的高導熱絕緣接著膜材(Thermally Conductive Insulating Adhesive Film)。此材料系統主要應用於IMS基板中的絕緣層，可與銅箔或PET基材結合，透過連續塗佈製程形成膠膜，進一步應用於鋁基或銅基板的壓合製程中，實現具備優異熱傳導與絕緣性能的一體化結構。
工研院材化所開發的絕緣材料結合了兩大核心技術：首先，在樹脂基體方面，研究團隊導入液晶結構與特殊環氧硬化劑組成系統，藉以提升交聯後材料的分子鏈排列有序度與熱傳導通路，並透過樹脂結構設計確保材料在高溫下仍能維持優良的絕緣性與機械強度；其次，在導熱填料技術上，導入表面改質的無機陶瓷粉體（如氮化鋁、氧化鋁等），並經過粒徑集配與界面親和性處理，使其在樹脂中能高度填充且均勻分散，最大化填料對導熱效能的貢獻，同時避免影響塗佈流動性與加工性。根據工研院測試結果（如圖三所示），其開發的絕緣膠膜材料所具備的特性，優於部分國際商用產品---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三 工研院研發之導熱絕緣膜材及其材料規格
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。