兼具高絕緣和耐熱性能的環(huán)氧封裝材料的設(shè)計(jì)及制備

集成電路、新能源電力設(shè)備、儲能裝置朝著高集成密度和高功率密度的方向發(fā)展，這對環(huán)氧封裝材料的絕緣性能和耐熱性能提出了更高的要求。為提升環(huán)氧封裝材料的耐熱性能，需要提高樹脂分子結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)的數(shù)量，但芳香環(huán)中存在多個(gè)π 鍵，芳香環(huán)的數(shù)量增多會在樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中形成π 鍵共軛效應(yīng)，導(dǎo)致芳香環(huán)上的電子在更大范圍內(nèi)發(fā)生游離共享，從而引起樹脂絕緣能力下降。

合肥工業(yè)大學(xué)趙玉順副教授課題組提出了在多芳香環(huán)型環(huán)氧樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建電子誘導(dǎo)效應(yīng)，協(xié)同提升環(huán)氧封裝材料耐熱性能和絕緣性能的新策略。采用F 原子和—CF3分別取代芳香環(huán)上的H 原子來構(gòu)建電子誘導(dǎo)效應(yīng)（EP-8F、EP-CF），F(xiàn) 原子的電負(fù)性為4.0 eV，當(dāng)H 原子被F 原子和—CF3取代后，芳香環(huán)上的C 原子將從電子受體變?yōu)殡娮咏o體，電子將被誘導(dǎo)偏離芳香環(huán)，從而導(dǎo)致芳香環(huán)上共軛π 鍵的游離電子數(shù)量減少。與空白樣（EP-0F）相比，EP-8F、EP-CF 上的電子明顯被誘導(dǎo)偏離了芳香環(huán)，二面角協(xié)同扭轉(zhuǎn)勢壘也顯著增大（見圖1，φ1、φ2、φ3為環(huán)氧交聯(lián)片段上的二面角）。EP-8F 形成的電子誘導(dǎo)效應(yīng)最強(qiáng)，但F 原子直接取代H 原子會導(dǎo)致—NH2的反應(yīng)活性下降，需將EP-8F 與EP-CF 配合使用。為論證該策略的有效性，制備了該多芳香環(huán)型環(huán)氧材料（EP-CF@5），其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)234.5 ℃，同時(shí)交流擊穿強(qiáng)度達(dá)39.18 kV/mm，相對于EP-0F 分別提升了26 ℃和6.02 kV/mm。而且，制備的環(huán)氧材料對模塊具有較好的封裝效果，并未出現(xiàn)封裝缺陷。通過電子誘導(dǎo)效應(yīng)協(xié)同提升了多芳香環(huán)型環(huán)氧封裝材料的耐熱和絕緣性能，這一構(gòu)建電子誘導(dǎo)效應(yīng)的獨(dú)特策略有望為調(diào)控多芳香環(huán)型聚合物材料的絕緣性能開辟一條全新途徑。

圖1 兼具高絕緣和耐熱性能的環(huán)氧封裝材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用

課題組未來將聚焦高壓功率器件封裝用高耐熱、高導(dǎo)熱和高絕緣環(huán)氧封裝材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配方開發(fā)，實(shí)現(xiàn)250 ℃以上的器件可靠性封裝應(yīng)用。

原始文獻(xiàn)：

ZHANG S, CHEN W J, ZHAO Y S, et al.Designing multi-aromatic ring epoxy composites to integrate high insulation and high heat resistance performances by electron-induced effect [J].Composites Part B: Engineering,2022,243:110107.