高含量陶瓷粉體調控技術於高導熱絕緣材料之應用：材料世界網

由於可攜式電子產品的蓬勃發展，帶動半導體 IC 構裝元件朝向高密度化、薄型化封裝等多樣性的趨勢，而隨著 3D IC 構裝等構裝技術的引入，順應了產品內部元件體積尺寸越趨近於輕薄短小化的需求。光電構裝材料技術不斷地提昇來達到高密度性、高效率化及低成本等要求，材料廠商也竭盡全力提升自我研發能力，以期有效掌控核心技術與專利，進而開拓高附加價值產品市場。本文將介紹絕緣導熱材料應用趨勢與導熱粉體分散技術，以及工研院材化所積極開發建置之光電構裝材料相關驗證平台。

光電構裝用導熱材料市場發展趨勢
傳統散熱產品以採用金屬散熱材料為主，雖然有良好的散熱效果，但加工困難、成本高昂、材質重，且其材料性質在加工及生產製程上均相當複雜且缺乏彈性，有鑑於此，高導熱塑膠材料近年來已成為各國際大廠研發重點。

根據 IEK 從光電構裝材料市場進行之調查分析（如圖三所示），發現全球光電構裝材料市場在 2014年約有 190億美元市場規模，我國產值約 38億美元，佔全球 1/5 市場。而除了線材、導線架以及 IC 載板外，光電構裝材料主要又可區分為：固態模封材料、液態模封材料以及底部模封材料等，此三者加總起來比重大約佔了 12.7%；另外還有固定晶片用的黏晶材料以及可電導通用錫球各佔了 3.4% 與 1.4%（如圖四所示）。

圖三、全球光電構裝材料市場規模

絕緣導熱材料與導熱粉體調控技術介紹
絕緣導熱材料用途相當廣泛，其中最主要功能用途為具有黏著性、低熱阻、高熱傳導以及機械強度等特性，部分則具有光反射特性，可將晶片黏著於支架或指定區域形成導熱通路，而絕緣導熱材料的選用仍需考量到許多因素，其中包含長期儲存特性、不沉澱相分離、黏晶推力、耐熱性、耐老化性、散熱及加工特性等。

以 LED構裝元件為例，隨著更高功率晶片發展及高亮度 LED晶片製備技術的開發，伴隨產生更多的散熱需求，其中散熱能力對可靠度及壽命的影響尤其深遠，目前市場上主要絕緣導熱材料供應者仍為美日國際矽膠供應大廠，如信越及道康寧，其絕緣導熱黏晶材料約有九成市佔率，且其價格相當昂貴，國內雖有完整的光電高階組件與產品產業架構，然而，上游材料廠商仍無法導入此產品供應鏈，最主要的原因是國內未具有光學級樹脂合成與純化製程技術，以及導熱粉體分散技術，使得相關關鍵技術原料均仰賴進口，材料特性也因此受限，無法與國際技術競爭。

圖五、導熱粉體填充量與導熱係數之變化曲線

導熱粉體調控技術在導熱絕緣複合材料之研究
本研究透過實驗設計選用了兩種不同粒徑分布之 Al₂O₃ 導熱粉體，兩種導熱粉體之平均粒徑比值約為 9，就粒徑分布而言，選擇較廣之粉體粒徑分布，可以提升粉體充填率，使得材料黏度和流動性較佳。透過單一粒徑之 Al₂O₃ 導熱粉體與兩種大小粒徑混合之比較，來了解粉體分布對黏度與導熱係數之影響，分別將不同粒徑分布之 Al₂O₃ 導熱粉體添加量添加至……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

作者：詹英楠、林志浩、黃淑禎、陳凱琪 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」352期，更多資料請見下方附檔。

Download檔案下載加入會員