CN103050616B

CN103050616B - 复合式导热铜箔基板

Info

Publication number: CN103050616B
Application number: CN201110309406.4A
Authority: CN
Inventors: 张孟浩; 李建辉
Original assignee: Asia Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Asia Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: CN103050616A

Abstract

本发明公开了一种复合式导热铜箔基板，包括铜箔层、绝缘聚合物层以及导热黏着层，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体，所述绝缘聚合物层固定夹置于所述铜箔层和所述导热黏着层之间，由于本发明的复合式导热铜箔基板中的导热黏着层含有导热粉体且聚酰亚胺树脂具有较佳耐热性和利于加工性，绝缘聚合物层具有绝缘抗电压击穿作用，因此可使产品整体厚度薄化且较具有挠曲性，可应用性广泛、导热效率高，并同时增加产品的绝缘性能，可应用在高功率和需散热的不同电子产品上。

Description

复合式导热铜箔基板

技术领域

本发明涉及一种复合式导热铜箔基板，适合应用于LED等电子产品上需要导热的基板来解决散热问题。

背景技术

随着全球环保的意识增强，节能减碳已成为当今的趋势。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的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。因此；需要将LED发光时的热能给导热出去，减少热能来降低温度，提高其发光效率，来增加产品质量与使用性。

传统的环氧树脂的导热材料由于需要解决绝缘特性问题(击穿电压；Breakdown Voltage)，所用于黏合铜箔层的导热胶厚度需要做到60至120um方能达到绝缘要求，因此产品的总厚度会很大，导热效果不甚理想。同时由于环氧树脂种类其玻璃转移温度(Tg)不高，在软性电路板的制程中通常必须面临到高温制程；其中扮演接着剂角色的环氧树脂热稳定性较差(即玻璃转移温度Tg较低)；不利于有些高温制程上的加工性。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了复合式导热铜箔基板，该复合式导热铜箔基板具有产品厚度薄、高导热系数及耐击穿电压高等优点，可应用在高功率的不同电子产品上。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合式导热铜箔基板，包括铜箔层、绝缘聚合物层以及导热黏着层，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体，所述绝缘聚合物层固定夹置于所述铜箔层和所述导热黏着层之间。

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，所述导热黏着层中的散热粉体占所述导热黏着层固含量的30％至90％。

所述散热粉体的平均粒径为2至10微米，且所述散热粉体可以是碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的至少一种。

所述导热黏着层还包括固化剂、纳米填充料和颜料等添加剂，这些添加剂可以优化导热黏着层物理性质。

所述导热黏着层的聚酰亚胺树脂可选自热塑性聚酰亚胺树脂所组成的群组中的至少一种。

所述导热黏着层的聚酰亚胺树脂可以是由二胺单体和二酸酐单体并加入DAPS和DAP两者中的至少一种共聚合而成。其中，使用DAPS能够提高聚酰亚胺树脂的玻璃转移温度，并随着玻璃转移温度的需求，可以调整其n值来控制其分子量大小；而且使用DAPS添加量于聚酰亚胺树脂中，随着添加比例量增加，材料会更柔软，造成弹性系数降低与拉伸强度降低。其中，使用DAP添加于聚酰亚胺树脂中，会参与聚酰胺酸的合成，实际存在于高分子主链上，利用DAP含有氮杂环官能团会跟Cu形成电荷转移复合物(charge-transfer complex)来提升Cu与PI的接着强度。所述导热黏着层的聚酰亚胺树脂主要是利用二胺单体与二酸酐单体依照适当的比例溶解于有机极性溶剂中且在作业条件适当反应温度下进行其聚合反应，同时加入2，6-二氨基吡啶(2，6-Diaminopyridine；简称DAP)与氨基聚硅氧烷(DAPS；Diaminopolysiloxane)进行共聚合，聚合时反应温度不要高于30℃，进而获得到聚酰胺酸(Polyamicacid；简称PAA)，其固含量约为15％～45％；将PAA胶水溶液添加导热粉体进行均匀混合，再进行静置脱泡、涂布于导热基板结构上。其中聚合反应中所需使用的有机极性溶剂可用N，N二甲基乙酰胺(DMAc)、N，N二乙基乙酰胺(DMF)、二甲基亚砜二甲基磺基(DMSO)、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)或是前述这些溶剂按比例混合成的溶剂。

本发明的发明人发现通过调整本发明的绝缘聚合物层及导热黏着层的厚度，可使本发明的复合式导热铜箔基板具有高热传导效率及高耐击穿电压的特性。为了维持本发明的复合式导热铜箔基板具有高导热的特性以应用于LED等高功率的导热产品，并能有效控制成本，所述绝缘聚合物层的厚度较佳为3至8微米，且所述导热黏着层的厚度较佳为12至25微米。

所述铜箔层为电解(ED)铜箔和压延(RA)铜箔中的一种，于该铜箔层上电路层。所述铜箔层的厚度为12.5至70微米。

所述绝缘聚合物层的材质为聚酰亚胺树脂，可以是热固性聚酰亚胺，因此使用该绝缘聚合物层而成形的复合式导热铜箔基板的抗电击穿和机械强度都有明显的提升。

本发明的复合式导热铜箔基板，还包括0.3至3微米厚的金属层，所述导热黏着层夹置在所述绝缘聚合物层和所述金属层之间。该金属层可以是铝基板、铜基板或铁基板等金属材质基板。

本发明的复合式导热铜箔基板的制作方法可以如下：

将绝缘聚合物涂布在铜箔层的表面，并烘干绝缘聚合物，以形成绝缘聚合物层，得到一单面铜箔基板；再使用涂布法将导热黏着层形成于该绝缘聚合物层的表面上，以令该绝缘聚合物层夹置在该导热黏着层和铜箔层之间，并使该导热黏着层处于半聚合半硬化状态；以及固化该导热黏着层，以形成高导热金属基板。

在本发明的复合式导热铜箔基板的制作方法中，在固化该导热黏着层之前，可包括将金属层贴合至该导热黏着层的外表面的步骤，以使该导热黏着层夹置在该绝缘聚合物层和金属层之间。

本发明的有益效果是：本发明包括铜箔层、绝缘聚合物层以及导热黏着层，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体，由于导热黏着层含有导热粉体且聚酰亚胺树脂具有较佳耐热性和利于加工性，绝缘聚合物层具有绝缘抗电压击穿作用，因此可使产品整体厚度薄化且较具有挠曲性，可应用性广泛、导热效率高，并同时增加产品的绝缘性能，可应用在高功率和需散热的不同电子产品上。

附图说明

图1为本发明实施例1所述复合式导热铜箔基板结构示意图；

图2为本发明实施例2所述复合式导热铜箔基板结构示意图。

具体实施方式

实施例1：一种复合式导热铜箔基板，由铜箔层1、绝缘聚合物层2以及导热黏着层3构成，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体5，所述绝缘聚合物层固定夹置于所述铜箔层和所述导热黏着层之间。

本实施例铜箔层所使用的铜箔可为电解铜箔(ED铜箔)和压延铜箔(RA铜箔)中的一种，一般而言，铜箔层1的厚度为12.5至70微米，且较佳为35微米。

绝缘聚合物层2的材质可为聚酰亚胺，且较佳为不含卤素的热固性聚酰亚胺材料，更佳为具有自黏性且不含卤素的热固性聚酰亚胺材料。所述绝缘聚合物层的厚度较佳为3至8微米。

形成于该绝缘聚合物层表面的导热黏着层3中含有导热粉体，通过导热粉体能提升导热效果，因此本发明的复合式导热铜箔基板具有良好的导热效果。一般而言，本发明使用的导热粉体的平均粒径为2至10微米，以维持导热黏着层的良好黏着性，导热黏着层的厚度为12至25微米。。

本实施例的复合式导热铜箔基板的导热黏着层3配方主要是由二胺单体1，3′-双(3-氨基苯氧基)苯(APB-133)(0.2kmol)溶解于DMAc搅拌半小时后；再加入含有DAP与DAPS的溶液继续搅拌反应一小时；再持续加入二酸酐单体4，4′-联苯四甲酸二酐(BTDA)(0.1kmol)与4，4′-邻苯氧基二甲酸酐(ODPA)(0.1kmol)搅拌反应八小时后，共聚合成热塑性聚酰亚胺胶水；再加入导热粉体继续搅拌均匀二小时，进一步成为具有导热性的聚酰亚胺胶水。

导热粉体可选自碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)所组成群组的至少一种。以重量百分比计，该导热黏着层中，导热粉体占该导热黏着层固含量的30％至90％。

此外，导热黏着层3除了包括热塑性聚酰亚胺树脂和导热粉体外，还可以包括固化剂、纳米填充料、颜料等添加剂来增加其物理性质的优化。

本实施例的复合式导热铜箔基板的制作方法如下：将绝缘聚合物涂布在铜箔层的表面，并烘干以形成绝缘聚合物层，得到一单面铜箔基板；使用涂布或转印法将导热黏着层形成于该绝缘聚合物层的表面上，以令该绝缘聚合物层夹置在该导热黏着层和该铜箔层之间，并使该导热黏着层处于半聚合半硬化状态；以及固化该导热黏着层，以形成复合式导热铜箔基板。

实施例2：一种复合式导热铜箔基板，由铜箔层1、绝缘聚合物层2、导热黏着层3以及金属层4构成，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体5，所述绝缘聚合物层固定夹置于所述铜箔层和所述导热黏着层之间，所述导热黏着层夹置在所述绝缘聚合物层和所述金属层之间。

形成于该绝缘聚合物层表面的导热黏着层3中含有导热粉体，通过导热粉体能提升导热效果，因此本发明的复合式导热铜箔基板具有良好的导热效果。一般而言，本发明使用的导热粉体的平均粒径为2至10微米，以维持导热黏着层的良好黏着性，导热黏着层的厚度为12至25微米。

本实施例的复合式导热铜箔基板的导热黏着层3配方主要是由二胺单体1，3-双(4-氨基苯氧基)苯(TPE-R)(0.2kmol)溶解于DMAc搅拌半小时后；再加入含有DAP与DAPS的溶液继续搅拌反应一小时；再持续加入二酸酐单体4，4′-双酚A二酐(BPADA)(0.1kmol)与4，4′-邻苯氧基二甲酸酐(4，4′-Oxydiphthalic anhydride；ODPA)(0.1kmol)搅拌反应八小时后共聚合成热塑性聚酰亚胺胶水；再加入导热粉体继续搅拌均匀二小时，进一步成为具有导热性的聚酰亚胺胶水。

此外，导热黏着层除了包括热塑性聚酰亚胺树脂和导热粉体外，还可以包括固化剂、纳米填充料、颜料等添加剂来增加其物理性质的优化。

导热黏着层可贴合于各种金属或其他基材上。于此具体实例中，金属层4可贴合至导热黏着层的外表面以进行压合热固化，该金属层4可为例如铝基板、铜基板及铁基板等金属材质基板。

本发明的复合式导热铜箔基板的制作方法如下：将绝缘聚合物涂布在铜箔层的表面，并烘干以形成绝缘聚合物层，得到一个单面铜箔基板；使用涂布法或转印法将导热黏着层形成于该绝缘聚合物层的表面上，以令该绝缘聚合物层夹置在该导热黏着层和该铜箔层之间，并使该导热黏着层处于半聚合半硬化状态；在完全固化该导热黏着层之前，将金属层贴合至该导热黏着层的外表面，以令该导热黏着层夹置在该绝缘聚合物层和该金属层之间，固化所述导热黏着层，以形成复合式导热铜箔基板。

热传导分析测试：

对复合式导热铜箔基板进行热传导分析测试：使用热导系数仪(Hot Disk)进行热传导分析测试，在传感器上下两面覆盖两完全固化后蚀刻铜箔层的复合式导热铜箔基板样品，并在该两个样品外侧面分别以两钢板夹置样品和传感器，并由传感器测量样品的导热性能，将对本发明的样品所作的测试作为实验组。以同样的方法测试一般导热基板的黏着层导热性能作为比较例，将测得的热传导系数结果纪录于表一中。

表一

由表一可知，本发明的复合式导热铜箔基板在设计上通过导热黏着层的厚度为12至25微米，并搭配绝缘聚合物层的厚度为3至8微米，能够通过降低整体产品的厚度从而达到高导热效率的作用，并可以通过调整导热粉体的种类与含量之比例，进一步达到超高导热的效果。另外，由于增加了一层绝缘聚合物层，使得本发明的复合式导热铜箔基板亦可达到高耐击穿电压的效果。

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创作皆属于本发明所保护的范围。

Claims

1.一种复合式导热铜箔基板，其特征在于：包括铜箔层(1)、绝缘聚合物层(2)以及导热黏着层(3)，所述导热黏着层包括聚酰亚胺树脂以及分散于聚酰亚胺树脂中的散热粉体(5)，所述绝缘聚合物层固定夹置于所述铜箔层和所述导热黏着层之间，以重量百分比计，所述导热黏着层中的散热粉体占所述导热黏着层固含量的30％至90％，所述绝缘聚合物层的材质为聚酰亚胺树脂，导热黏着层的厚度为12至20微米，绝缘聚合物层的厚度为3至8微米，所述导热黏着层的材料是下述两种中的一种：

一、导热黏着层配方主要是由二胺单体1，3′-双(3-氨基苯氧基)苯0.2kmol溶解于DMAc搅拌半小时后，再加入含有DAP与DAPS的溶液继续搅拌反应一小时，再持续加入二酸酐单体4，4′-联苯四甲酸二酐0.1kmol与4，4′-邻苯氧基二甲酸酐0.1kmol搅拌反应八小时后，共聚合成热塑性聚酰亚胺胶水，聚合时反应温度不高于30℃，再加入散热粉体继续搅拌均匀二小时，进一步成为具有导热性的聚酰亚胺胶水；

二、导热黏着层配方主要是由二胺单体1，3-双(4-氨基苯氧基)苯0.2kmol溶解于DMAc搅拌半小时后，再加入含有DAP与DAPS的溶液继续搅拌反应一小时，再持续加入二酸酐单体4，4′-双酚A二酐0.1kmol与4，4′-邻苯氧基二甲酸酐0.1kmol搅拌反应八小时后共聚合成热塑性聚酰亚胺胶水，聚合时反应温度不高于30℃，再加入散热粉体继续搅拌均匀二小时，进一步成为具有导热性的聚酰亚胺胶水。

2.根据权利要求1所述的复合式导热铜箔基板，其特征在于：所述散热粉体的平均粒径为2至10微米，且所述散热粉体是碳化硅、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的复合式导热铜箔基板，其特征在于：所述导热黏着层还包括固化剂、纳米填充料和颜料中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的复合式导热铜箔基板，其特征在于：所述铜箔层为电解铜箔和压延铜箔中的一种。

5.根据权利要求1所述的复合式导热铜箔基板，其特征在于：还包括0.3至3微米厚的金属层，所述导热黏着层夹置在所述绝缘聚合物层和所述金属层之间。