CN101524902A - 低热阻且高导热系数高分子介电复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，包括：一导热基板，该基板以预先表面官能基修饰后的碳材配方作为填充物(Filler)及高分子聚合物混炼所制成；一导热介质层，设于上述导热基板的上方；一电极箔层，设于上述导热基板的下方；以及一胶体层，形成于该导热基板及电极箔层的外围。本发明结构简单、制造方便、质轻、且具有高热传导性的介电材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子介电复合材料，特别是涉及一种适用于电子产品热传界面、热传组件等应用，具有低热阻(Low Thermal Resistance)且高导热系数(High ThermalConductivity)的高分子介电复合绝缘材料。
背景技术
目前LED的输入功率只有15～20％转换成光，近80～85％转换成热，但LED发光所产生的热如果无法适时排出，将使LED芯片的界面温度(Junction Temperature)过高而影响其发光强度及使用寿命。因此随着高功率LED的快速发展，LED的散热问题乃愈来愈受到重视，而降低LED的界面温度，必须从LED模块的热阻抗着手，其中最重要的就是封装基板的材料选用及介电层(绝缘层)的热传导改善。
因此，为了改善传统基板不易散热的缺失，中国台湾公告第M275672号「印刷电路复合板结构改良」专利案，提出了一种TFT-LCD的软硬复合板结构，主要包括一软板；第一绝缘层，该第一绝缘层系分别层叠于上述软板一侧的二面上至少一以上的第一导电层，各第一导电层系分别层叠于上述各第一绝缘层的一面上；以及第二绝缘层，该第二绝缘层系设置于上述两第一导电层之间。
中国台湾公告第M311116号「发光二极管载板的印刷电路板结构改良」专利案，提出了一种发光二极管载板的印刷电路板结构改良，其包括有：一基板；一第一绝缘层，该第一绝缘层系层叠于上述基板的一面上；一铜层，该铜层层叠于上述第一绝缘层的一面上，且该铜层上系具有第二绝缘层；以及
表层，该表层系叠于上述铜层的一面上且邻近于第二绝缘层的一侧。并提出该基板系可为铝板、铝片。第一绝缘层系以阳极处理、硬式阳极处理、喷涂及其它化学处理等方式形成于基板的一面上。
中国台湾专利公告第M302222号「印刷电路软硬复合板结构改良」，提出了一种印刷电路软硬复合板结构改良，其包括：一软板单元，系具有一玻璃纤维布基板(FR4)，该玻璃纤维布基板的至少一表面设有覆盖层；结合层，设置在上述软板单元的覆盖层上；以及硬板单元，至少设于上述软板单元的一侧，该硬板单元系具有一层叠于结合层上的硬基板，该硬基板的一面上具有多数导体，该导体系覆盖有防焊油墨，且该硬基板上系具有多数贯穿硬板单元、结合层及软板单元的穿孔，穿孔的二端孔缘及内孔壁系延伸设有一导通部。该第一绝缘层为具有导热效果的绝缘陶瓷薄膜等具有导热效果的绝缘薄膜。铜层系以无电解化学方式、喷涂、溅镀等方式形成于第一绝缘层的一面上。该第二绝缘层系可为涂布于铜层上的阻焊油墨、防焊绿漆、陶瓷薄膜。但上述于基板，其导热性仍然不足。
发明人有鉴于前述先前技术的缺点，乃依其从事相关研究的经验，针对上述缺失悉心研究各种解决的方法，在经过不断的研究、实验与改良后，终于开发设计出本发明的高导热系数的高分子介电复合材料(Polymer Composite)，得有效改善LED介电层(绝缘层)的散热问题。
发明内容
本发明的主要目的在于通过提供一种低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，以具有高热传导系数的纳米碳材作为填充物(Filler)所制成的高分子复合绝缘材料。
本发明的另一个目的在于，使用具有高热传导系数的纳米碳材作为填充物，故能有效降低介电层(绝缘层)与铜箔、铝(箔)基板之间的接触热阻(Thermal Resistance)，使LED所产生的热可以快速传导至空气中。
本发明的再一个目的在于，本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，进一步通过黑体辐射(Black Body Radiation)方式将废热传递至空气分子，提升高亮度发光二极管(High Brightness Light-Emitting Diode；HB LED)的亮度效率、散热效率及LED组件使用寿命，以符合环保及短小轻薄的电子产品的要求。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，包括：一导热基板，该基板以预先表面官能基修饰后的碳材配方作为填充物(Filler)及高分子聚合物混炼所制成；
一个导热介质层，设于上述导热基板的上方；一电极箔层，设于上述导热基板的下方；以及一胶体层，形成于该导热基板及电极箔层的外围。
前述的碳材配方，为纳米极或微米极的碳管、碳球、碳粉及碳纤维、碳复合材或石墨。
前述的导热介质层为铜箔。
前述的电极箔层为铝箔。
前述的胶体层为数微米至数百微米的碳材胶体或黑色胶体物质。
一种低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，制造步骤如下：
(1)选材步骤：使用预先表面官能基修饰后的碳材，其中包含：纳米级或微米级的碳管、碳球、碳粉、碳纤维、碳复合材或各结晶态的石墨作为填充物；
(2)混合步骤：将表面官能基修饰后的碳材和高分子聚合物等材料于有机溶液中均匀混合；
(3)烘干步骤：将混和的材料烘干，以去除溶剂；
(4)混炼步骤：将烘干后的材料配方混合物于高温下混炼，并进行抽版，使形成低热阻且高导热系数的高分子介电复合绝缘材料单元；
(5)热压步骤：将由上述步骤制得的高分子介电复合绝缘材料单元，以上盖为铜箔、中间为高分子介电复合绝缘层单元、下盖为铝或箔基材位置叠压后，热压成形LED散热基材；
(6)切割步骤：将压合完成的散热基材，裁切成适当大小；
(7)涂布步骤：将散热基材于铜箔以下的外围部份，通过涂布或点胶等方式包覆厚度为数微米至数百微米的碳材胶体或黑色胶体等物质后予以成形。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
经由上述步骤所制得的本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，有效运用碳材(如纳米极与微米极的碳管、碳球、碳粉及碳纤维…等)、碳复合材(Carbon MatrixComposites)及各型态石墨(Graphite)的特性，构成容易生产制造、质轻、而且具有高热传导性的导热基材，能符合现行高功率LED或其它电子产品的导热散热需求。
附图说明
图1为本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料的制造流程图；
图2为本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料的制造流程表示图；
图3为本发明的导热基板切割后示图；
图4为本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料的剖面示图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例加以说明：
本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其高分子介电复合材料的制作步骤，请参照图1，其包括：
1.选材步骤100：使用经过预先表面官能基修饰后的碳材〔包含：纳米级与微米级的碳管、碳球、碳粉及碳纤维、碳复合材(Carbon Hybrid Composites)、各结晶态的石墨(Graphite)〕等作为填充物(Filler)；
2.混合步骤200：将表面官能基修饰后的碳材1和高分子聚合物2(Polymer)等材料于有机溶液3中均匀混合(如图2(A)所示)；
3.烘干步骤300：将混和的材料烘干，去除溶剂；
4.混炼步骤400：将烘干后的材料混合物于高温下(约200℃)混炼，并进行抽版，使形成低热阻且高导热系数的高分子介电复合绝缘材料基板单元4(如图2(B)所示)；
5.热压步骤500：将经由上述步骤所制得的高分子介电复合绝缘材料基板单元4，以上盖为铜箔5、中间为高分子介电复合绝缘材料基板单元4、下盖为铝(箔)基材6等位置相对叠压，再热压成形(如图2(C)所示)，而压制成LED散热基材7(如图2(D)所示)；
6.切割步骤600：将压合完成的LED散热基材7，于表面依预定大小划线8(如图2(E)所示)，再经切割刀具切割，而制得符合尺寸规格的导热基板9(如图3所示)；
7.涂布步骤700：将导热基板9于铜箔5以下的外围部份，藉由涂布(Coating)或点胶(dipping)等方式包覆厚度为数微米至数百微米的碳材胶体11、12或黑色胶体等物质(如图4所示)，最后制成低热阻且高导热系数高分子介电复合材料制成品800。
经由上述步骤所制得的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，由于在高分子材料中添加已官能基修饰后的碳材作为填充物，在生产过程中能避免气泡的产生，可大幅降低热阻，提升分散度以及材料的兼容度，因此，本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其具有以下的优点：
(1)碳材的高导热系数能予维持，而且可避免加入过多含量的碳材而降低高分子的绝缘特性。
(2)当铝(箔)基板(金属核心)层、铜箔(电路)层及介电(绝缘)成形后，在该散热基材外围涂布(Coating)碳材胶体或黑色胶体等物质，能同时兼顾导热(Heat Spread)及辐射(Radiation)，将基材表面热能转换成红外线电磁波以黑体辐射(Black Body Radiation)的方式直接传递至空气中，以主动方式将废热通过黑体辐射传递至空气分子，能有效强化发光组件使用寿命及发光效率。
综合上所述，经由上述步骤所制得的本发明的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，有效运用碳材(如纳米极与微米极的碳管、碳球、碳粉及碳纤维…等)、碳复合材(Carbon Matrix Composites)及各型态石墨(Graphite)的特性，构成容易生产制造、质轻、而且具有高热传导性的导热基材，能符合现行高功率LED或其它电子产品的导热散热需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1、一种低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于包括：
一导热基板，该基板以预先表面官能基修饰后的碳材配方作为填充物及高分子聚合物混炼所制成；
一导热介质层，设于上述导热基板的上方；
一电极箔层，设于上述导热基板的下方；以及
一胶体层，形成于该导热基板及电极箔层的外围。
2.根据权利要求1所述的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于：所述的碳材配方，为纳米极或微米极的碳管、碳球、碳粉及碳纤维、碳复合材或石墨。
3.根据权利要求1所述的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于：所述的导热介质层为铜箔。
4.根据权利要求1所述的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于：所述的电极箔层为铝箔。
5.根据权利要求1所述的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于：所述的胶体层为数微米至数百微米的碳材胶体或黑色胶体物质。
6.根据权利要求1所述的低热阻且高导热系数高分子介电复合材料，其特征在于：以下列制造步骤所形成：
(1)选材步骤：使用预先表面官能基修饰后的碳材，其中包含：纳米级或微米级的碳管、碳球、碳粉、碳纤维、碳复合材或各结晶态的石墨作为填充物；
(2)混合步骤：将表面官能基修饰后的碳材和高分子聚合物等材料于有机溶液中均匀混合；
(3)烘干步骤：将混和的材料烘干，以去除溶剂；
(4)混炼步骤：将烘干后的材料配方混合物于高温下混炼，并进行抽版，使形成低热阻且高导热系数的高分子介电复合绝缘材料单元；
(5)热压步骤：将由上述步骤制得的高分子介电复合绝缘材料单元，以上盖为铜箔、中间为高分子介电复合绝缘层单元、下盖为铝或箔基材位置叠压后，热压成形LED散热基材；
(6)切割步骤：将压合完成的散热基材，裁切成适当大小；
(7)涂布步骤：将散热基材于铜箔以下的外围部份，通过涂布或点胶方式包覆厚度为数微米至数百微米的碳材胶体或黑色胶体等物质后予以成形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090909 |