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超過55%的電子元件故障與印刷電路板（PCB）上持續(xù)過高的溫度有關。這歸因于高度集成功率模塊的封裝密度的增加以及電子元件的日益小型化。因此，有必要提高PCB的冷卻性能，以縮短操作時間。

在這項工作中，一個新的概念，為本征冷卻的印刷電路板進行了研究。這一概念基于預結構阻燃玻璃纖維增強環(huán)氧層壓板（FR4）的背面注射成型，因為它們通常用作PCB的基材，具有導熱熱塑性塑料。這種導熱層的主要功能是散熱和局部散熱。因此，通過擠出技術制備了基于高溫熱塑性塑料和導熱填料的復合材料。FR4切割厚度為0.25mm，在標準注塑機中進行背面注塑成型。在注塑過程中，對模具溫度、注射壓力和保壓壓力進行了優(yōu)化。測試了多層復合材料的冷卻性能。利用Linseis-LFA500導熱系數測量儀測定了化合物在特定溫度下的熱擴散率。結果表明，可以得到與FR4有足夠附著力的導熱聚合物。采用低熱膨脹陶瓷填料對FR4和熱塑性塑料的熱膨脹系數（CTEs）進行了校正。從而獲得了無變形的多層復合材料。進一步的實驗表明，用導熱聚合物對FR4進行反注成型可以提高其冷卻性能。特別是在注射成型過程中，在FR4表面填充導熱聚合物，再加上精細的鉆孔通道，可以降低FR4表面的溫度。

圖1：三個方向的線性熱膨脹系數：（a）35 vol.%Al₂O₃的PEI和（b）35 vol.% BN的PEI。

圖2：通過SEM獲得FR4基板與具有35 vol.%Al₂O₃的化合物PEI和具有35 vol.% BN的化合物PEI（b）之間的界面的圖像。

圖3：以35 vol.%Al₂O₃和35 vol.% BN的化合物為例，繪制了它們的導熱系數隨溫度的變化曲線。在注塑板的表層和中間層測定了導熱系數。

圖4：FR4（60 x 60 x 0.25[mm]）、FR4（60 x 60 x 0.25[mm]）和FR4（60 x 60 x 0.25[mm]）的導熱層（a）和熱管理曲線（b）的工作原理和熱管理曲線（b）的背面注塑成型層為PEI+35 vol.%Al₂O₃（60 x 60 x 2.75[mm]），背面注塑成型層為PEI+35 vol.% BN（60 x 60 x 2.75[mm]）。

用熱傳導但電絕緣的PEI基復合材料（填充35 vol.%Al₂O₃和35 vol.% BN）成功地對厚度為0.25 mm的FR4基板進行了背面注射成型。這兩種化合物對FR4基體都有足夠的附著力，而且FR4基體和化合物的多層復合材料都沒有變形。熱管理實驗表明，采用導熱聚合物對FR4進行背注成型可以提高其冷卻性能。特別是與在注射成型過程中填充導熱化合物的FR4中的精細鉆孔通道相結合，使用35 vol.%Al₂O₃時FR4表面的溫度可降低25%，使用35 vol.% BN時可降低30%。

• 德國林賽斯導熱系數測量儀

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• 水平模式熱膨脹儀L75PTHS/HD

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