隨著電子系統朝輕薄短小、多功能化、高密度化、高可靠性、低成本及提升電氣的特性等高功率方向發展，如何散熱以維持系統的穩定運作將變得越來越重要。其中散熱介電絕緣材料在熱管理設計中扮演非常關鍵的角色。為了將廢熱從元件、電源或IC中移出，如何在元件及IC間增加熱傳遞效率，介電絕緣材料之導熱和熱阻抗特性將扮演重要角色。本文針對散熱介電絕緣材料的現況、未來發展需求，以及2009 JPCA Show環保型散熱介電絕緣材料相關資訊作一簡單介紹。
前言
系統模組化構裝(System in Package; SiP)技術正是快速滿足上述終端產品的需求，且具最佳經濟效益的解決方案， SiP 技術主要是運用電子構裝技術，結合3D 構裝設計與製程、功能性基板製程與材料，以及相關構裝製程與介電材料等關鍵構裝技術，將主動元件如記憶體晶片或邏輯運算晶片，與各種分散元件及被動元件，如電阻、電容、電感、濾波器等內藏化於功能性基板中而形成一系統構裝模組，甚至可結合光通訊元件形成整合型光基板。系統模組化構裝技術已逐漸受到半導體構裝業者及系統業者的重視，成為新世代構裝技術的主流。
當SiP 技術應用於3C 產品，如電腦（DT PC 、NB PC 及Server 等）、遊戲機、DVD 錄/ 放影機、電漿顯示器(PDP)、LED模組等，其散熱議題已成為產品在設計製造上重要的技術課題，一般散熱材料之組成及應用如圖一所示。
圖一、散熱材料之應用及組成
散熱基板的技術發展
將元件產生的熱散逸以維持運作及功能穩定是高散熱基板主要的功用，一般常用的材料大約分為有機基板、金屬基板、陶瓷基板等三種。目前在高散熱基板市場中發展最快速及最受矚目的領域，當以LED 的應用最為大家所期待。
根據JMS 推測， LED 未來市場規模如圖二所示。傳統LED 由於發熱量不大，散熱問題不嚴重，因此只要運用一般電子用的FR-4 印刷電路板即足以應付，可以是單層設計，也可以是多層銅箔電路設計。此種FR-4 印刷電路基板的熱傳導率約0.36 W/m•K 。隨著高功率LED 的盛行，印刷電路板已無法滿足散熱需求，因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上（鋁基板為主），即所謂的Metal Core PCB (MCPCB)，以改善其傳熱路徑。
目前高功率、高瓦數基板大多採用此種含有金屬基板的MCPCB 。另一種做法係直接在鋁基板表面作絕緣層(Insulated Layer)或稱介電層(Dielectric Layer)，接著在介電層表面做電路層，如此LED 模組即可直接Wire Bonding 在電路層上。同時為避免因介電層的導熱性不佳而增加熱阻抗，有時會採取穿孔方式(Through Hole)，以便LED 模組底端的Heat Slug 直接接觸到金屬基板。目前在Metal Core PCB 中，其金屬基板大多使用鋁基板，不論含玻璃纖維的樹脂複合絕緣材料或不含玻璃纖維的樹脂絕緣層材料，在與鋁金屬基板熱壓合之前，鋁金屬基板必須作表面處理（一般為陽極表面處理），此與銅金屬基板表面處理有很大差異。鋁金屬基板材料則依據鋁及其他金屬成份所形成之硬度、熱傳導係數、品質、成本等考量作為產品及應用層面之選擇。一般來說， MCPCB 價格介於中、高價位……詳細全文請見原文
環保型散熱介電絕緣材料及應用
相較於以往對於散熱材料商品發表的不普及， 2009 JPCA Show 在散熱用介電絕緣材料的相關產品上就多有著墨，尤其在有機散熱基板材料的發表。此外，開發同時滿足「無鉛製程」及「無鹵基板材料」的綠色環保趨勢，已是2009 年JPCA Show 基本必備的條件，廠商已經不再特別強調此方面，因為產品發表就是必須符合環保綠色規範。2009 年JPCA Show 所介紹環保型散熱介電絕緣材料商品由表二可知，目前在有機散熱基板材料方面，因必須用玻璃纖維含浸樹脂，受限於含浸製程及玻璃纖維低熱傳導率，因此目前開發的商品其熱傳導率約為0.7~1.3 W/m•K ，是傳統 FR-4板的2~4 倍。而在不含玻璃纖維的散熱介電絕緣材料方面，則可以有較高的熱傳導率，Hitachi Chemical 新開發的熱傳導率可高達5~10 W/m•K 。而在非有機樹脂的Graphite Sheet 方面， XY 軸方向的熱傳導率可高達1,200 W/m•K左右， Z 軸方向則在4~6 W/m•K左右。由此可知，開發符合環保需求及具備高散熱特性的有機基板材料，仍為業者戮力開發的目標。
工研院材化所為因應全球綠色環保風潮趨勢與市場商機策略考量，所開發的散熱絕緣有機基板材料，乃是利用反應型PI 寡聚合物改質馬來亞醯胺樹脂，此樹脂展現特有的韌性及高熱穩定性，在不需添加任何含鹵素或含磷的難燃劑，以及無機添加劑的情形下，即可通過UL-94 V0 的測試標準，且擁有極佳的機械性質與熱性質。此外，價格上也比傳統BMI 樹脂便宜很多。最後再利用……詳細全文請見原文
作者：曾峰柏/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌273期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8019