CN101418937A - 一种led照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

近年来电子、电工产品的高功率、小型化的发展趋势越来越明显，因而对电路基板的散热性、耐热性等提出了更高的要求，其中，应用日益广泛的LED照明产品的这一要求尤为重要。传统铝基覆铜箔层压板由铜箔、半固化片和铝板经热压复合而成，由于半固化片中的玻璃布热导系数相对较低，树脂采用双氰胺作固化剂，因此其散热性和耐热性仍然存在明显的缺陷，而且容易分层。本发明通过研发新的树脂配方，优化生产工艺，摒弃玻璃布与双氰胺，显著提高了铝基覆铜箔板的散热和耐热性能，并且能满足无铅焊接的环保工艺需要，产品不易分层。

Description

一种LED照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制造工艺
技术领域
电子电工行业基础材料，特别适用于LED行业的高散热印刷电路用铝基覆铜箔层压板。
技术背景
基体材料各异的覆铜箔层压板中，铝基覆铜箔板由于具有较好的散热性、尺寸稳定性、电磁屏蔽特性、良好塑性而且具有一定的机械性能等特点，使其比较适合于有高散热、高耐热需要的电子、电工产品上应用。然而，近年来，电子电工产品的高功率、小型化的发展趋势越来越明显，这对电路基板的散热性和耐热性等性能提出了更高的要求，其中，应用日益广泛的LED照明产品的这方面的要求尤为重要。传统铝基覆铜箔层压板由铜箔、用环氧树脂浸渍玻璃布而成的半固化片和铝板叠合后经热压复合而成，由于热导系数相对较低的玻璃布的存在，铝基覆铜箔层压板的热导系数也比较低(该类产品热导系数大部分约于0.8-1.3w/mk之间)，严重影响了电子、电工产品向着高功率与集成化的方向发展；而且，传统铝基覆铜箔层压板的树脂配方中采用双氰胺作固化剂，由于该固化剂自身的分解温度较低，导致板材的热分解温度仅300℃左右，在之后的焊接过程中极易发生分层问题。
中国专利公开了一种铝基覆铜箔层压板及其制造方法(授权公开号：CN1363460A)其中，铝基覆铜箔层压板包括铝板、半固化有机绝缘材料以及铜箔。半固化有机绝缘材料包括环氧树脂和可溶于溶剂的热塑性树脂。其铝基覆铜箔层压板的制造方法包括如下步骤：对铝板进行常规除油、除锈处理；把铝板放入表面处理槽内作钝化处理，使铝板表面形成一层钝化膜；把处理完毕的铝板、半固化的有机绝缘材料、铜箔依次叠放起来，在温度为165～175℃条件下，用2.8～4.9MPa的压力压制30-40分钟，待冷却后可得到所需要的铝基覆铜箔层压板。但这种铝基覆铜箔层压板的散热性、耐热性能都不是很理想，热塑性有机绝缘材料的热变性温度、马丁耐热温度、绝缘耐热等级较低。而且，由于绝缘材料的热膨胀系数与铝板的差异较大，该层压板在使用中易发生分层与脱落现象。特别是目前环保要求越来越高，焊接材料中的铅成份已被禁止使用，这样一来，焊接时焊接温度将会大幅度提高，该传统铝基覆铜板耐热性差的缺陷会更突出，会对使用造成致命危害。
发明内容
本发明的目的是提供一种高散热铝基覆铜板及其制造工艺，主要是解决现有技术所存在的铝基覆铜板的散热性、耐热性能较差的问题；本发明简化了一般铝基覆铜板的制造工艺，便于工业化生产，还解决了有机绝缘材料对铝板的结合力差，容易分层脱落的技术问题，能适用于无铅焊接工艺过程。
本发明中对上述技术问题主要是通过以下技术方案得以解决：
1、研发树脂体系配方，改进绝缘层导热、耐热性能：本发明研发了新型环氧树脂体系，改性环氧树脂绝缘层，该绝缘层组成及质量比如下表：
 
材料成份 质量份数
高玻璃化转变温度溴化环氧树脂 100
酚醛树脂 43
2-甲基咪唑 0.03
三氧化二铝 9-18
氮化铝 7-15
树脂体系配方中各组分的特性和作用在于：高玻璃化转变温度溴化环氧树脂具有高耐热性和良好的阻燃性；酚醛树脂替代传统的双氰胺作为固化剂，能提高树脂交联密度，避免了原固化剂双氰胺自身耐热性差而导致的板子易分层问题，显著提高板材热分解温度，从而改善耐热性；氮化铝具有高导热性，在树脂体系中分散均匀的氮化铝可以提高板材的导热性能；氮化铝、氧化铝与铝板膨胀率接近，可以减少板材受热过程中热应力的产生，从而减少基板分层。
特性树脂的选择：高玻璃化转变温度树脂选用多官能溴化环氧树脂；固化剂用酚醛树脂的选用羟基当量地120g/eq左右的邻甲酚醛树脂。
2、优化制造工艺：
经优化，高散热铝基覆铜箔板的制造工艺流程如下：
①、按上表配方添加适量溶剂进行混合，搅拌4-8小时，熟化成胶液；
②、对铝基板进行清洗、微粗化、钝化处理，而后进行干燥。铝板经处理会产生粗糙、多孔的表面效果，有利于提高树脂绝缘层与铝板的结合力；
③、根据绝缘层厚度需要，按一定的单位面积重量，把配制好的改性环氧树脂胶液直接涂覆在经清洁、干燥处理的铝板表面，进行预烘干，在铝板表面上形成一定厚度的半固化绝缘层；
④、把铜箔叠放在半固化改性绝缘层表面，在190～210℃的条件下，用2.8-4.8MPa的压强压制50-70分钟，修剪毛边之后，即完成生产过程。
步骤③中把改性环氧树脂直接涂覆在清洁干燥的铝板表面的过程中，通过采用喷涂、滚涂中的一种或两种方法结合的方式解决绝缘胶层的厚度控制的问题。涂覆后的改性环氧树脂绝缘层厚度应大于成品板绝缘层的指定厚度，使得其压制后的厚度能达到产品要求。
步骤③中所述半固化过程为：将上胶后的铝板送入烘箱内烘干至改性环氧树脂涂液层不粘手，形成半固化状态，烘箱温度为：160～175℃，时间3-5分钟，然后冷却至室温。
步骤④的叠配过程是将已经涂覆绝缘层胶液且绝缘层胶液进入半固化状态的铝板平放在模板上，有绝缘层的一面朝上，然后再平铺铜箔，铜箔的粗化面贴在绝缘层上。压制成型在真空度为-0.1～-0.098kg/cm2的条件下进行。
在真空条件下压制，可以抽空压机内腔空气以及压制过程中产生的气体，防止铜箔与绝缘层间产生气泡、分层，也可防止成品板面产生铜皱缺陷，并且可以在相对较低的压力下压制，保证成品的厚度一致性。
本发明显著提高铝基覆铜层板的散热和耐热性能，板材可以满足无铅焊接的环保工艺需要；本发明中的直接涂覆绝缘层的工艺方法能提高有机绝缘材料对铝板的结合力，绝缘层与铝板不易分层脱落；本发明的产品具有结构简单、节省材料与能源的特点。
案例一：
步骤1-配置胶液：按如下配方对各物料进行混合，并搅拌、熟化6小时。
 
材料成份 质量份数
高玻璃化转变温度溴化环氧树脂(含量为80％的丙酮溶液) 125
酚醛树脂(含量为70％的丙酮溶液) 61.4
2-甲基咪唑 0.03
三氧化二铝 10
氮化铝 8
步骤2-对铝基板进行清洗、微粗化、氧化、钝化处理，而后进行干燥。
步骤3-在处理过的铝基板表面按175-180g/m2的用量涂覆熟化好的胶液，然后将铝基板平放在温度为160～175℃的烘箱内烘烤3-5分钟，之后取出冷却到室温。
步骤4-把铜箔叠放在半固化改性绝缘层表面，形成覆铜板初坯，然后将若干张初坯用精密层压模板层层隔开，对齐后送入压机压合，在190～210℃的条件下，用2.8-4.8MPa的压强压制50-70分钟，压合完毕后冷却至室温，用剪板面修剪毛边。
案例二：
步骤1-配置胶液：按如下配方对各物料进行混合，并搅拌、熟化6小时。
 
材料成份 质量份数
高玻璃化转变温度溴化环氧树脂(含量为80％的丙酮溶液) 125
酚醛树脂(含量为70％的丙酮溶液) 61.4
2-甲基咪唑 0.03
三氧化二铝 12
氮化铝 10
步骤2-对铝基板进行清洗、微粗化、氧化、钝化处理，而后进行干燥。
步骤3-在处理过的铝基板表面按230-240g/m2的用量涂覆熟化好的胶液，然后将铝基板平放在温度为160～175℃的烘箱内烘烤3-5分钟，之后取出冷却到室温。
步骤4-把铜箔叠放在半固化改性绝缘层表面，形成覆铜板初坯，然后将若干张初坯用精密层压模板层层隔开，对齐后一起送入压机压合，在190～210℃的条件下，用2.8-4.8MPa的压强压制50-70分钟，压合完毕后冷却至室温，用剪板面修剪毛边。
案例三：
步骤1-配置胶液：按如下配方对各物料进行混合，并搅拌、熟化6小时。
 
材料成份 质量份数
高玻璃化转变温度溴化环氧树脂(含量为80％的丙酮溶液) 125
酚醛树脂(含量为70％的丙酮溶液) 61.4
2-甲基咪唑 0.03
三氧化二铝 18
氮化铝 15
丙酮 5
步骤2-对铝基板进行清洗、微粗化、氧化、钝化处理，而后进行干燥。
步骤3-在处理过的铝基板表面按280-290g/m2的用量覆熟化好的胶液，然后将铝基板平放在温度为160～175℃的烘箱内烘烤3-5分钟，之后取出冷却到室温。
步骤4-把铜箔叠放在半固化改性绝缘层表面，形成覆铜板初坯，然后将若干张初坯用精密层压模板层层隔开，对齐后送入压机压合，在190～210℃的条件下，用2.8-4.8MPa的压强压制50-70分钟，压合完毕后冷却至室温，用剪板面修剪毛边。

Claims (5)

1、大功率LED照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)、配制树脂混合物；b)、铝板表面前处理，涂覆树脂胶液；c)、叠配、真空压制制作覆铜箔层压板。
2、根据权利要求1所述的大功率LED照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制备方法，其特征在于：上述树脂混合物按下列质量份的原料制成：
高玻璃化转变温度溴化环氧树脂        100份
酚醛树脂                           43份
2-甲基咪唑                         0.03份
三氧化二铝                         9-18份
氮化铝                             7-15份
其中高玻璃化转变温度溴化环氧树脂为多官能溴化环氧树脂，酚醛树脂选用羟基当量在120g/eq左右的邻甲酚醛树脂。
3、根据权利要求1所述的大功率LED照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制备方法，其特征在于：铜箔与铝板之间只有如权利要求2所述改性的混合树脂绝缘层，没有其它任何增强材料。
4、根据权利要求1所述的大功率LED照明用高散热铝基覆铜箔层压板及其制备方法，其特征在于：所述的制备方法是，铝板表面微粗化、氧化、钝化处理；在处理好的铝板上涂覆改性环氧树脂胶液，并在温度为160～175℃的烘箱中烘烤3～5分钟；在烘烤制成的绝缘层上敷铜箔，而后在温度为190～210℃、压为力2.8～4.8MPa的真空机内压合50-70分钟。
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