兼具高绝缘和耐热性能的环氧封装材料的设计及制备

集成电路、新能源电力设备、储能装置朝着高集成密度和高功率密度的方向发展，这对环氧封装材料的绝缘性能和耐热性能提出了更高的要求。为提升环氧封装材料的耐热性能，需要提高树脂分子结构中芳香环的数量，但芳香环中存在多个π 键，芳香环的数量增多会在树脂交联网络中形成π 键共轭效应，导致芳香环上的电子在更大范围内发生游离共享，从而引起树脂绝缘能力下降。

合肥工业大学赵玉顺副教授课题组提出了在多芳香环型环氧树脂交联网络中构建电子诱导效应，协同提升环氧封装材料耐热性能和绝缘性能的新策略。采用F 原子和—CF3分别取代芳香环上的H 原子来构建电子诱导效应（EP-8F、EP-CF），F 原子的电负性为4.0 eV，当H 原子被F 原子和—CF3取代后，芳香环上的C 原子将从电子受体变为电子给体，电子将被诱导偏离芳香环，从而导致芳香环上共轭π 键的游离电子数量减少。与空白样（EP-0F）相比，EP-8F、EP-CF 上的电子明显被诱导偏离了芳香环，二面角协同扭转势垒也显著增大（见图1，φ1、φ2、φ3为环氧交联片段上的二面角）。EP-8F 形成的电子诱导效应最强，但F 原子直接取代H 原子会导致—NH2的反应活性下降，需将EP-8F 与EP-CF 配合使用。为论证该策略的有效性，制备了该多芳香环型环氧材料（EP-CF@5），其玻璃化转变温度达234.5 ℃，同时交流击穿强度达39.18 kV/mm，相对于EP-0F 分别提升了26 ℃和6.02 kV/mm。而且，制备的环氧材料对模块具有较好的封装效果，并未出现封装缺陷。通过电子诱导效应协同提升了多芳香环型环氧封装材料的耐热和绝缘性能，这一构建电子诱导效应的独特策略有望为调控多芳香环型聚合物材料的绝缘性能开辟一条全新途径。

图1 兼具高绝缘和耐热性能的环氧封装材料设计及应用

课题组未来将聚焦高压功率器件封装用高耐热、高导热和高绝缘环氧封装材料的分子结构设计和配方开发，实现250 ℃以上的器件可靠性封装应用。

原始文献：

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.