北京化工大学解决微型电子设备散热与EMI屏蔽问题！

【研究背景】

微型电子设备由于其高度集成化，具备了小型化和高性能的优势，但同时也面临着显著的挑战。随着电子元件的堆叠，设备的功率密度大幅提高，导致热量积累和电磁干扰（EMI）问题愈发严重。传统的电磁干扰屏蔽材料通常具有较好的电磁屏蔽性能，但往往伴随着较差的热导性，而具有优良热导性的材料却在屏蔽效果上有所妥协。此外，导电薄膜和聚合物基导电粘合剂在应对不规则形状的电子元件和缝隙填充方面也存在局限，难以兼顾屏蔽、绝缘和散热性能。

为了解决这些问题，北京化工大学的张好斌教授团队提出了一种创新的微电容器结构模型。这一模型利用导电填料作为极板，聚合物作为介电层，开发出了一种新型的绝缘电磁干扰屏蔽聚合物复合材料。该材料通过微电容器结构实现了高效的电磁波反射和吸收，同时具备了良好的电阻率和导热性。研究表明，这种复合材料能够直接灌封于电子元件之间的缝隙中，有效解决了电磁兼容性和热量积累的问题。这一成果在《Science》上发表，为电子设备的小型化和性能提升提供了新的技术路径。

【表征亮点】

（1）实验首次提出了一种微电容器结构模型，该模型通过使用导电填料作为极板，聚合物作为介电层来开发绝缘的电磁干扰（EMI）屏蔽聚合物复合材料。这一创新结构不仅解决了传统导电屏蔽材料在高度集成电子设备中带来的短路风险，还有效结合了电阻率、屏蔽性能和导热性，使复合材料具备更全面的性能。

（2）实验通过嵌入液态金属颗粒于硅聚合物基质中，实现了协同的非渗透致密化和介电增强。这种设计避免了形成渗透网络，同时利用极板中的电子振荡和介电层中的偶极子极化，促进了电磁波的反射与吸收。

（3）此外，该复合材料的绝缘特性允许其直接灌封在电子元件之间的缝隙中，解决了电子设备中的电磁兼容性和热量积累问题。这一研究成果为微型电子设备的散热和EMI屏蔽提供了新的技术路径，推动了电子设备的小型化与高效能发展。

【图文解读】

图1：集成绝缘性、EMI 屏蔽和热导的微电容器模型设计。

图2. 用于优化 EMI SE 和热导率的非渗透致密化。

图3. 用于提高 EMI SE 和热导的介电层介电性能优化。

图4: 使用 LMPFill 直接灌封电子器件，以解决 EMC 和积热问题。

【科学启迪】

本文通过创新的复合材料设计，解决了微型电子设备中热量积累和电磁干扰屏蔽的矛盾。传统材料在电磁屏蔽和热导性能之间存在权衡，而周新峰等人的研究提出了一种基于微电容器结构模型的复合材料，通过将液态金属颗粒嵌入硅聚合物基质中，有效地克服了这一难题。这种复合材料利用导电填料作为极板，并通过聚合物介电层实现电磁波的反射和吸收，从而达到高电阻率、优良的屏蔽性能和较好的导热性。

这一研究不仅提供了新的思路来改进电磁干扰屏蔽材料的性能，还展示了如何在保证绝缘的同时实现优良的屏蔽效果。通过在电子设备的缝隙中直接灌封这一复合材料，能够有效应对电子设备的电磁兼容性问题和热量积累问题，从而提升设备的整体性能和可靠性。这一方法的成功应用，为未来微型电子设备材料的研发提供了宝贵的经验和方向。

原文详情：Xinfeng Zhou et al. ,Insulating electromagnetic-shielding silicone compound enables direct potting electronics.Science385,1205-1210(2024).DOI:10.1126/science.adp6581