日本三菱化學將以煤焦瀝青類碳纖維,開拓半導體周邊之散熱材料(TIM)用途市場。為充分發揮纖維軸方向所具備的高導熱特性,三菱化學著眼於將其加工成矩形、棒狀等小型成型體,期作為銅幣嵌入式印刷電路板(Copper Coin PCB)中金屬材料的替代方案,應用於功率元件及AI晶片封裝等領域。此方法兼具「優於銅的熱傳導性能」與「輕量化」兩大優勢,可望成為次世代散熱結構的新選項。
煤焦瀝青類碳纖維具有沿著纖維軸方向規則排列的石墨晶體結構,因此其熱傳導性優於聚丙烯腈類(PAN)碳纖維。三菱化學聚焦於此特性,將其導入半導體封裝周邊的散熱材料領域,並推出連續纖維型「DIALEAD K13D2U」、短纖型「DIALEAD K23GHE」等材料應用提案。為加速實用化,三菱化學採用含浸環氧樹脂等基材之碳纖維複合材料(CFRP)成形技術,進一步將其定位為金屬零件的替代方案。
隨著先進封裝市場的快速演進,PCB與封裝基板的界線逐漸模糊,兩者過去各自獨立的電氣特性與熱設計也開始被要求整合。於此同時,因為元件高度集成化,散熱結構也從一般置於晶片上方,轉向將散熱途徑配置於基板下方。基於此,原本主要應用於功率模組的銅幣嵌入式PCB,如今也在高速通訊與資料處理晶片領域受到矚目。
銅幣嵌入技術是透過將散熱性優異的銅塊嵌入基板以強化散熱性能。三菱化學指出「銅幣的熱導率約為391 W/m·K,已相當優異」。然而,若將煤焦瀝青類碳纖維沿厚度方向排列並形成CFRP,其熱傳導率可達550 W/m·K,超越銅材,且可在僅數mm厚度下實現與銅幣類似的嵌入使用方式,同時達到大幅輕量化。預期應用領域包括AI數據中心特殊基板、先進駕駛輔助系統(ADAS)的電子控制元件(ECU)周邊、5G基地台,以及航太等高散熱需求的領域。
市場上亦有企業提出以奈米碳管(CNT)製作的散熱材料產品,且一個CNT的熱傳導率理論上可超越煤焦瀝青類碳纖維。但三菱化學指出,除少數單層CNT之外,多數CNT尚無法提供長尺寸材料,因此難以應用於需毫米級厚度的銅幣替代用途。有鑑於此,三菱化學認為煤焦瀝青類碳纖維仍具有明確優勢,並將持續推動相關提案推廣。