CN103129042B - 一种碳纤维布基复合材料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及印制电路板技术领域，尤其涉及一种碳纤维布基复合材料，所述碳纤维布基复合材料，包括至少一层碳纤维布基和胶黏层，所述胶黏层比所述碳纤维布基多一层，所述复合材料由所述碳纤维布基与所述胶黏层交替层叠后压合而得，所述碳纤维布基由碳纤维丝经纬向编织而成。本发明相比于玻纤布基粘结片，具有更好的导热性，采用层压方式制作，不仅克服了碳纤维布容易纬斜及生产操作困难的问题，而且大大改善了产品的翘曲问题，尤其是提高产品的尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及印制电路板技术领域，尤其涉及一种碳纤维布基复合材料及其制备和应用。
背景技术
覆铜板（CCL）是以环氧树脂等为融合剂将增强材料和铜箔压合在一起的产物，传统的增强材料大多为玻纤布，少量采用纸或复合材料，玻纤布由玻纤纱纺织而成，由玻纤布做成的玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性较纸基高，且其电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小。但其导热性不佳，在电子产品越来越轻薄、小型的趋势下，玻纤布制作的粘结片（粘结片是指将预浸树脂并固化至B阶段（半固化）可起到粘结作用的薄片增强材料，也称半固化片,它用于制作印制电路板,是印制电路板中的基础材料）在与铜箔压合中，特别是多层压合时，由于玻纤布的导热性不佳，铜箔与粘结片容易出现白点或白斑，影响印制电路板的性能。
碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳布、碳纤维片材等，由于具有高强高效，重量轻、厚度薄、耐高温以及良好的导热性等优点，在航空、体育器材、建筑工业、消防等领域中均有使用，用作抗震、加固、补强及防火材料。利用碳纤维布增强体系和良好的导热性，使用在印制电路板领域，可以用于制作高导热材料，即半固化片中的增强材料。
而现有的碳纤维布大多编织而成，编织较疏松，经线和纬线联系并不紧密，如使用传统的粘结片加工方法，将碳纤维布浸渍在绝缘胶体系中，在浸渍及上胶等使用过程中很容易发生碳纤维布基纬斜或经纬线散开，甚至出现纤维断裂，影响CCL的生产操作，导致产品出现翘曲等质量问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种碳纤维布基复合材料，目的之二在于提供一种采用压板方式制作碳纤维布基复合材料的制备方法，目的之三在于提供一种碳纤维布基增强覆铜板，目的之四在于提供该种碳纤维布基增强覆铜在印制电路中的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种碳纤维布基复合材料，包括至少一层碳纤维布基和胶黏层，所述胶黏层比所述碳纤维布基多一层，所述复合材料由所述碳纤维布基与所述胶黏层交替层叠后压合而得，所述碳纤维布基由碳纤维丝经纬向编织而成，碳纤维布的单重范围为125～255g/m2。
较佳地，所述碳纤维布基复合材料还包括一薄膜，所述薄膜压覆于最外层的所述胶黏层远离碳纤维布基的一侧。
较佳地，所述碳纤维布基复合材料还包括两薄膜，所述两薄膜对称压覆于最外层的所述胶黏层远离碳纤维布基的一侧。
较佳地，所述薄膜为离型膜、铜箔或铝箔。
较佳地，所述胶黏层为环氧树脂，厚度为50～150μm。
所述碳纤维布基复合材料的制备方法,包括如下步骤：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与固化促进剂按当量比1︰0.95～1.05混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在200～300秒之间，制得所述涂胶分散体；所述固化促进剂为如双氰胺(DICY)、二氨基二苯砜(DDS)或酚醛树脂。
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在薄膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的薄膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤3～5分钟，制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中所述涂胶薄膜层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温升压，升温速率1～2℃/分钟，升压速率10～20PSI/分钟进行，然后在材料温度180～190℃，压力400～600PSI下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的涂胶固化完全后取出，即得所述碳纤维布基环氧树脂复合材料。
较佳地，步骤C中所述涂胶薄膜层与所述碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、胶黏层、碳纤维布、胶黏层……涂胶树脂层，所述涂胶薄膜层除去薄膜后即得所述胶黏层。
使用所述碳纤维布基复合材料的覆铜板及该种覆铜板在印制电路板中的应用。
本发明的有益效果：采用碳纤维布做增强材料，相比于玻纤布，其导热性和增强体系更好，使用在多层印制电路板领域，出现白点和白斑的概率减低；通过压板的方式制作碳纤维布增强的环氧树脂基覆铜板，避免了传统的将增强材料浸渍在绝缘胶溶液中，造成碳纤维布纬斜、经纬线散开甚至断裂等问题，避免了在印制电路板后续生产操作及使产品出现翘曲等质量问题；多层碳纤维布基复合材料的制作满足不同的电子领域对半固化片的需求。
使用压板方式制作的碳纤维布基复合材料，一方面可以解决碳纤维布容易纬斜及生产操作困难等问题，另一方面可以大大改善产品的翘曲，提高产品的尺寸稳定性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1
一种碳纤维布基复合材料，包括碳纤维布基、环氧树脂层和离型膜，碳纤维布基单重为125g/m2，环氧树脂层厚度为50μm。
该种碳纤维布基复合材料的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与双氰胺按当量比1︰0.95混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在300秒内，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在离型膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤3分钟除去溶剂，制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中所述涂胶薄膜层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至180℃，升压至400PSI，以升温速率2℃／分钟，升压速率20PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的环氧树脂完全固化后取出，即得单层碳纤维布基环氧树脂半固化片。
实施例2
一种碳纤维布基环氧树脂覆铜板，包括碳纤维布基、环氧树脂层和铜箔，碳纤维布基单重为195g/m2，环氧树脂层厚度为100μm。
该种碳纤维布基环氧树脂覆铜板的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与双氰胺按当量比1︰1混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在300秒内，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在铜箔上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤4分钟除去溶剂，制得涂胶铜箔层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶铜箔层、碳纤维布、涂胶铜箔层，其中所述涂胶铜箔层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至190℃，升压至600PSI，以升温速率2℃／分钟，升压速率20PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持75分钟，待所述涂胶薄膜层的环氧树脂完全固化后取出，即得单层碳纤维布基环氧树脂覆铜板。
实施例3
一种碳纤维布基复合材料，包括碳纤维布基、环氧树脂层和铝箔，碳纤维布基单重为255g/m2，环氧树脂层厚度为150μm。
该种碳纤维布基复合材料的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与酚醛树脂按当量比1︰1.05混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在200秒以上，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在铝箔上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤5分钟除去溶剂，制得涂胶铝箔层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶铝箔层、碳纤维布、涂胶铝箔层，其中所述涂胶铝箔层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至180℃，升压至400PSI，以升温速率2℃／分钟，升压速率20PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持70分钟，待所述涂胶铝箔层的环氧树脂完全固化后取出，即得单层碳纤维布基环氧树脂覆铝板。
实施例4
一种碳纤维布基复合材料，包括碳纤维布基、环氧树脂层和离型膜，碳纤维布基有两层，每层碳纤维布的单重为125g/m2，环氧树脂层厚度为100μm。
该种碳纤维布基复合材料的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与酚醛树脂按当量比1︰0.95混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在300秒内，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在离型膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤4分钟除去溶剂，制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、胶黏层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中涂胶薄膜层的涂胶面与碳纤维布贴合，胶黏层为涂胶薄膜层除去离型膜后的产物；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至180℃，升压至400PSI，以升温速率2℃／分钟，升压速率20PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的环氧树脂完全固化后取出，即得两层碳纤维布基环氧树脂半固化片。
实施例5
一种碳纤维布基复合材料，包括碳纤维布基、环氧树脂层和离型膜，碳纤维布基为三层，每层碳纤维布的单重为125g/m2，环氧树脂层厚度为50μm。
该种碳纤维布基复合材料的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与二氨基二苯砜按当量比1︰1.05混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在300秒内，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在离型膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤3分钟除去溶剂，制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、胶黏层、碳纤维布、胶黏层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中涂胶薄膜层的涂胶面与碳纤维布贴合，胶黏层为涂胶薄膜层除去离型膜后的产物；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至180℃，升压至400PSI，以升温速率1℃／分钟，升压速率10PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的环氧树脂完全固化后取出，即得三层碳纤维布基环氧树脂半固化片。
实施例6
一种碳纤维布基复合材料，包括碳纤维布基、环氧树脂层和离型膜，碳纤维布基碳纤维布的单重为255g/m2，环氧树脂层厚度为100μm。
该种碳纤维布基复合材料的制备步骤如下：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与双氰胺按当量比1︰1混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在200秒以上，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在离型膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的离型膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤3分钟除去溶剂，制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中所述涂胶薄膜层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温至180℃，升压至400PSI，以升温速率1℃／分钟，升压速率10PSI/分钟进行，然后将材料在该温度和压力下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的环氧树脂完全固化后取出，即得单层碳纤维布基环氧树脂半固化片。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
比较例1
用1张普通环氧树脂玻璃布基半固化片7628，半固化片的树脂含量为45%，上下各用1张离型膜保护，按传统方法放进层压机压板。
比较例2
用3张普通环氧树脂玻璃布基半固化片2112，半固化片的树脂含量52%，上下各用1张离型膜保护，按传统方法放进层压机压板。
比较例3
用1张普通环氧树脂玻璃布基半固化片106，半固化片的树脂含量70%，上下各用1张厚度为18μm的铜箔，按传统方法放进层压机压板。
比较例4
用传统浸渍上胶方法，将碳纤维布浸胶，上下各用1张厚度为18μm的铜箔，按传统方法放进层压机压板。
实施例与比较例的样板测试结果如下表所示：
从上表可知，本发明方法所制备的碳纤维布基复合材料其热导率远远高于玻纤布半固化片的热导率，且产品纬斜率相比于浸渍上胶法所制造的产品降低，特别是与同样碳纤维布做增强材料的覆铜板比较，产品纬斜得到明显改善；产品翘曲度和尺寸稳定性都达到了一定程度的提高，同时提高了产品其他特性如浸锡耐热性等。
Claims (3)
1.碳纤维布基复合材料的制备方法,其特征在于，所述复合材料包括至少一层碳纤维布基和胶黏层，所述胶黏层比所述碳纤维布基多一层，所述复合材料由所述碳纤维布基与所述胶黏层交替层叠后压合而得；包括如下步骤：
步骤A：制备涂胶，将环氧树脂与固化促进剂按环氧当量与胺基或羟基的当量比1︰0.95～1.05混合，搅拌4小时以上，环氧树脂混合物的凝胶化时间指标控制在200～300秒之间，制得所述涂胶分散体；
步骤B：将上述涂胶分散体涂覆在薄膜上，涂好后将涂覆有涂胶分散体的薄膜放入烘箱中，在80～160℃条件下烘烤3～5分钟后制得涂胶薄膜层；
步骤C：将步骤B中制得的涂胶薄膜层与碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、涂胶薄膜层，其中所述涂胶薄膜层的涂胶面与所述碳纤维布贴合；
步骤D：先在室温条件下将步骤C中叠好的材料放进层压机，合模起压压力为100PSI，缓慢升温升压，升温速率1～2℃/分钟，升压速率10～20PSI/分钟进行，然后在材料温度180～190℃，压力400～600PSI下保持60分钟以上，待所述涂胶薄膜层的涂胶固化完全后取出，即得所述碳纤维布基环氧树脂复合材料；
所述碳纤维布基由碳纤维丝经纬向编织而成；所述碳纤维布基的单重为125～255g/m2；所述胶黏层为环氧树脂，厚度为50～150μm；
所述薄膜为离型膜、铜箔或铝箔。
2.根据权利要求1所述的碳纤维布基复合材料的制备方法，其特征在于：所述固化促进剂为如双氰胺、二氨基二苯砜或酚醛树脂。
3.根据权利要求2所述的碳纤维布基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤C中所述涂胶薄膜层与所述碳纤维布交替层叠，叠合顺序如下：涂胶薄膜层、碳纤维布、胶黏层、碳纤维布、胶黏层……涂胶薄膜层，所述涂胶薄膜层除去薄膜后即得所述胶黏层。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |