CN103042762A - 高导热金属基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热金属基板，由铜箔层、金属层、具有第一散热粉体的绝缘聚合物层和具有第二散热粉体的导热黏着层构成，其中，所述绝缘聚合物层由顶层和底层构成，所述第一散热粉体均匀分散于所述顶层和所述底层中的至少之一，由于绝缘聚合物层是由顶层和底层构成的复合层，且所述顶层和底层两者至少之一具有第一散热粉体，绝缘聚合物层的上述结构能够使绝缘聚合物层具有绝缘性和散热效果，使产品厚度整体薄化，提升散热效率和抗电压击穿效果。

Description

高导热金属基板
技术领域
本发明涉及一种用于LED等散热产品上的柔性基板，特别是一种具有高散热效率的高导热金属基板。
背景技术
随着全球环保的意识抬头，节能省电已成为当今的趋势。LED产业是近年来最受瞩目的产业之一。发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、响应时间快、寿命周期长、及不含汞之具有环保效益等优点。然而通常LED高功率产品的输入功率只有约20％能被转换成光，剩下80％的电能均转换为热能。
一般而言，LED发光时所产生的热能若无法汇出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率和稳定性。
传统的散热材料由于需要考虑绝缘特性，用于黏合铜箔层的胶厚度需要做到60至120um方能达到绝缘要求，因此产品的总厚度会很大，散热效果不理想。若采用掺杂有散热粉体的TPI(热固性聚酰亚胺)的散热模型，虽然可以将产品厚度降低也能满足绝缘特性的要求，但由于加工TPI时需要高温操作(操作温度大于350℃)，因此加工成本很高，无法有效量产化。
因此，如何开发具有良好抗电压击穿、散热性能产品、薄化整体厚度，并可通过简化的制程制作的高导热金属基板，乃为亟待解决的课题。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高导热金属基板，该高导热金属基板能够使产品整体厚度薄化，且散热效率高，并提升抗电压击穿的效果。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高导热金属基板，由铜箔层、金属层、具有第一散热粉体的绝缘聚合物层和具有第二散热粉体的导热黏着层构成；所述绝缘聚合物层夹置于所述铜箔层与导热黏着层之间，所述导热黏着层夹置于所述绝缘聚合物层和所述金属层之间；其中，所述绝缘聚合物层由顶层和底层构成，所述顶层与所述导热黏着层接触且所述底层与所述铜箔层接触，所述第一散热粉体均匀分散于所述顶层和所述底层中的至少之一。
本发明为了解决其技术问题，还进一步采用了下述技术方案：
以重量百分比计，所述绝缘聚合物层中的第一散热粉体占所述绝缘聚合物层固含量的10％至80％。
以重量百分比计，所述导热黏着层中的第二散热粉体占所述导热黏着层固含量的10％至80％。
所述第一散热粉体和所述第二散热粉体分别是碳化硅、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的至少一种。
所述铜箔层为电解铜箔和压延铜箔中的一种。
所述铜箔层的厚度为9至70微米，所述绝缘聚合物层的厚度为3至8微米，所述导热黏着层的厚度为20至25微米，所述金属层的厚度为0.2至6毫米。
所述绝缘聚合物层的材质为聚酰亚胺。
所述导热黏着层包括树脂，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种，且所述第二散热粉体均匀分散于所述树脂中。
所述第一散热粉体可以分散于所述底层，且较佳地，所述顶层的厚度小于所述底层的厚度。
所述第一散热粉体也可以分散于所述顶层，且较佳地，所述底层的厚度小于所述顶层的厚度。
所述第一散热粉体也可以分散于所述顶层和所述底层。
本发明的有益效果是：本发明的高导热金属基板的绝缘聚合物层是由顶层和底层构成的复合层，且所述顶层和底层两者至少之一具有第一散热粉体，绝缘聚合物层的上述结构能够使绝缘聚合物层具有绝缘性和散热效果，使产品厚度整体薄化，提升散热效率和抗电压击穿效果。
附图说明
图1至图3为示意本发明的高导热金属基板的制法(以顶层具有第一散热粉体为例)；
图4为本发明的一种高导热金属基板结构(底层具有第一散热粉体)。
具体实施方式
实施例：以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以由其它不同的方式予以实施，即，在不悖离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
热传导系数(thermal conductivity，又称K值)，在本文中是指高导热金属基板的导热能力，尤指该基板在单位温差下，单位时间通过单位面积单位距离的热量，称为高导热金属基板之热传导系数，若量测该基板的厚度L，则该量测值则需要乘以L而得到高导热金属基板的热传导系数。
本发明中，第一散热粉体是指绝缘聚合物层中所含的散热粉体，其可为一种或多种散热粉体。
本发明中，第二散热粉体是指导热黏着层中所含的散热粉体，其可为一种或多种散热粉体。
本发明提供一种高导热金属基板，由铜箔层、具有第一散热粉体的绝缘聚合物层、导热黏着层以及金属层构成。该绝缘聚合物层的材质可选择任何具有绝缘性质的材料，但以聚酰亚胺为佳。该导热黏着层的树脂则可为选自环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种。
为说明制作该高导热金属基板的方法，请参阅图1至图3，是显示本发明的高导热金属基板的制法。首先，准备一表面上涂覆有聚酰胺酸(Polyamic acid，PAA)的铜箔层10，接着，在熟化该聚酰胺酸后形成一材质为聚酰亚胺膜的底层11a。
如图2所示，再于该聚酰亚胺膜11a上涂覆聚酰胺酸，接着，在熟化该聚酰胺酸后形成另一材质为聚酰亚胺膜的顶层11b，并由该聚酰亚胺膜11a和11b构成绝缘聚合物层11，由于两次涂覆的聚酰胺酸为同一材质，故实质上是得到一绝缘聚合物层11。由于该绝缘聚合物层具有第一散热粉体，且该第一散热粉体分散于该底层11a和顶层11b的至少之一中，因此在形成底层11a及/或顶层11b时，所涂覆的聚酰胺酸中可掺混选自碳化硅、氮化硼、氮化铝和氧化铝所组成群组的一种或多种散热粉体。在图1至图3所示的态样中，该顶层11b具有第一散热粉体。应可了解到所谓的“第一散热粉体分散于所述顶层”非意指底层11a与顶层11b之间具有完全平坦的分界，应是指相较于底层11a，第一散热粉体大致上分散于该顶层11b，即底层11a不具有第一散热粉体。
如图3所示，再依序于该顶层11b上形成导热黏着层12和例如为铝板的金属层13。该导热黏着层包括树脂，选自环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺树脂所组成群组的至少一种，且该第二散热粉体分散于该树脂中。
请参阅图4，是显示本发明的另一高导热金属基板，该底层11a具有第一散热粉体，其余则与图1至图3所示的高导热金属基板相同。当然，也可令该底层11a及顶层11b都含有第一散热粉体。
根据前述的制法，本发明的高导热金属基板，由铜箔层10、金属层13、具有第一散热粉体的绝缘聚合物层11和具有第二散热粉体的导热黏着层12构成；所述绝缘聚合物层11夹置于所述铜箔层10与导热黏着层12之间，所述导热黏着层12夹置于所述绝缘聚合物层11和所述金属层13之间；其中，所述绝缘聚合物层11由顶层11b和底层11a构成，所述顶层11b与所述导热黏着层12接触且所述底层11a与所述铜箔层10接触，所述第一散热粉体均匀分散于所述顶层11b和所述底层11a中的至少之一。
为得到较佳的散热效果，以重量百分比计，绝缘聚合物层中的第一散热粉体占绝缘聚合物层固含量的10％至80％；导热黏着层中的第二散热粉体占导热黏着层固含量的10％至80％。
所述第一散热粉体和所述第二散热粉体分别是碳化硅、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的至少一种。
所述铜箔层为电解铜箔和压延铜箔中的一种。
所述铜箔层的厚度为9至70微米，所述绝缘聚合物层的厚度为3至8微米，所述导热黏着层的厚度为20至25微米，所述金属层的厚度为0.2至6毫米。
测试：根据表一的配方和前述的制法制作本发明的高导热金属基板，其中，金属层为铝，顶层和底层中选择添加氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)及氧化铝(Al2O3)。并依据ASTM D5470标准方法测量导热系数，以及依据JIS C 2110标准方法测量击穿电压。样品1至5为本发明的高导热金属基板样品，比较例为现有技术普通金属基板。
表一
Figure BDA0000098245590000071
由表一可知本发明的高导热金属基板具有较高的导热系数与良好的抗电压击穿效果。
上述说明书及实施例仅为示例性说明本发明的原理及其功效，并非是对本发明的限制，任何落入本发明权利要求范围内的发明皆属于本发明所保护的范围。

Claims (12)

1.一种高导热金属基板，其特征在于：由铜箔层、金属层、具有第一散热粉体的绝缘聚合物层和具有第二散热粉体的导热黏着层构成；所述绝缘聚合物层夹置于所述铜箔层与导热黏着层之间，所述导热黏着层夹置于所述绝缘聚合物层和所述金属层之间；其中，所述绝缘聚合物层由顶层和底层构成，所述顶层与所述导热黏着层接触且所述底层与所述铜箔层接触，所述第一散热粉体均匀分散于所述顶层和所述底层中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：以重量百分比计，所述绝缘聚合物层中的第一散热粉体占所述绝缘聚合物层固含量的10％至80％。
3.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：以重量百分比计，所述导热黏着层中的第二散热粉体占所述导热黏着层固含量的10％至80％。
4.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述第一散热粉体和所述第二散热粉体分别是碳化硅、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述铜箔层为电解铜箔和压延铜箔中的一种。
6.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述铜箔层的厚度为9至70微米，所述绝缘聚合物层的厚度为3至8微米，所述导热黏着层的厚度为20至25微米，所述金属层的厚度为0.2至6毫米。
7.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述绝缘聚合物层的材质为聚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述导热黏着层包括树脂，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种，且所述第二散热粉体均匀分散于所述树脂中。
9.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述第一散热粉体分散于所述底层。
10.根据权利要求9所述的高导热金属基板，其特征在于：所述顶层的厚度小于所述底层的厚度。
11.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述第一散热粉体分散于所述顶层。
12.根据权利要求11所述的高导热金属基板，其特征在于：所述底层的厚度小于所述顶层的厚度。
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