在選擇絕緣和散熱涂層時，平衡介電強度和熱性能非常重要。熱導率Κ、λ或κ，以W/m·K計量，是一個關鍵因素，衡量熱量從熱源流向較冷區域的速率。優化涂層的使用可以提升熱性能。

介電強度量化材料作為電絕緣體的性能。更高的介電強度能提供更好的絕緣效果。介電強度以每單位厚度的伏特數來測量，如伏特每密爾（V/mil）或千伏每毫米（kV/mm）。

設計師面臨的挑戰是平衡介電強度和熱性能。熱導率較高的材料通常介電強度較低，反之亦然。

用于印刷電路板（PCB）貼合涂層的常用材料包括丙烯酸、聚氨酯、硅膠、環氧樹脂、紫外線固化涂層和蕧。它們在介電強度（電氣強度）、成本、化學抗性、固化時間、耐溫性和熱導率以及易用性方面提供了廣泛的性能權衡（見圖1）。

圖1。確定特定應用的最佳涂層涉及多種性能權衡。（圖片來源：MG化學)

通常需要對基材進行改造，以實現顯著的熱導率。例如，硅膠可以支持熱導率，但其基礎形態是熱絕緣體。通過添加導熱填充劑，如陶瓷顆粒或金屬粉末，硅膠的導熱能力顯著提升，使其在電子器件等散熱應用中非常有用。

應用考慮

過高溫度會劣化絕緣材料，顯著降低其介電強度，并可能導致熱失控或電氣故障。確定介電性能與熱性能在每種應用中相對的重要性，是確定最佳涂層的重要起點。

使用填充劑和添加劑有助于優化性能。例如，在聚合物中添加熱導但具電絕緣性的填充劑，如氮化硼（BN），可以在保持介電完整性的同時提升熱性能。然而，添加金屬或導電填充劑會提高熱導率，但會降低介電強度。

優化涂層厚度以滿足應用需求。由于介電強度與涂層厚度成正比，使用更厚的涂層可以提升介電性能。更厚的涂層還會增加熱阻，減少散熱。通常需要測試多種涂層厚度，以確定特定應用的最佳解決方案。

填充因子

填充劑可以為優化貼合涂層的性能提供途徑，但事情并不那么簡單。例如，在聚合物中添加非導電性陶瓷填充劑如氧化鋁或二氧化硅，可以提升熱導率。

如果為了實現目標熱導率提升需要過多填充劑，涂層的機械完整性會降低，表現為柔韌性降低或脆性增加，使涂層的施用更具挑戰性，結果也更不可靠。

一旦確定了最佳填充劑混合物，實現填充劑均勻分布至關重要。填充物分布的任何不一致，尤其是空隙，都會造成介電性能的弱點，并可能導致局部電氣擊穿。 

高級策略

避免填充劑分布問題的一種方法是使用先進材料如納米填充劑，并通過增強填充劑擴散、減少缺陷以及集成定制導電通路，提升涂層的微觀結構，從而提升其介電和熱性能。

基于石墨烯、BN或碳納米管的納米填充劑可以在涂層基體內建立高效的熱傳導網絡。另一種方法是創建排列一致的晶鏈或柱狀晶粒結構以優化熱傳遞。然而，許多此類方法涉及昂貴的材料和/或復雜的生產和應用工藝。

電氣設備和PCB是復雜的電氣和熱環境。優化整體系統性能不僅僅是涂層優化。它通常需要使用有限元法（FEM）等計算分析工具，進行精確的溫度分布分析，并整合有效的主動冷卻系統以管理源熱（見圖2）。

圖2。PCB的熱成像圖展示了復雜的熱環境，需要同樣復雜的熱管理解決方案。（圖片來源：MADPCB)

摘要

涂層可用于提升PCB的介電隔離和熱性能。設計師可以使用多種工具以實現最佳效果，包括材料選擇、使用各種填充劑，以及使用先進的納米填充劑和涂層的工程微觀結構。歸根結底，介電隔離和熱性能都是系統層面的考量，涂層只是復雜設計挑戰中的一個維度。