CN103331968B

CN103331968B - 一种高导热玻纤布基层压板

Info

Publication number: CN103331968B
Application number: CN201310279142.1A
Authority: CN
Inventors: 季立富; 肖升高; 崔春梅
Original assignee: Suzhou Shengyi Technology Co Ltd
Current assignee: Changshu Shengyi Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: CN103331968A

Abstract

本发明公开了一种高导热玻纤布基层压板，包括双马来酰亚胺基板，所述双马来酰亚胺基板的单面或双面设有导热涂层；所述导热涂层从上到下依次包括金属镀膜层、DLC镀膜层和过渡镀膜层；所述过渡镀膜层设于双马来酰亚胺基板上。本发明设计了一种新的高导热玻纤布基层压板，利用该导热涂层中的DLC镀膜层所具有高导热能力特性，使得线路板上发热元器件的所产生的热量在基板线路平面内迅速扩散，并利用基板自身导热能力将热量导出，达到良好的散热效果；同时，该基板具有优良的绝缘性、耐热性、高可靠性和物理机械性能。

Description

一种高导热玻纤布基层压板

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及一种高导热玻纤布基层压板。

背景技术

众所周知，大功率的线路板需要具有良好的导热散热能力，而传统的FR-4基线路板已不能满足这样的要求，这就需要提出一些新的散热解决方案。

针对上述问题，目前广为所知的电路板散热技术主要是将单层或多层印刷线路板利用绝缘散热粘结层与散热金属板（铝板、铝合金板和铜板等）进行压合，利用金属良好的散热效果以散逸电子组件所产生的热；该绝缘散热层除了提供金属基板与导电铜箔的粘合外，还必须提供良好的绝缘性能及散热性能；目前该绝缘层采用的是普通FR-4(玻璃布增强的环氧树脂)薄型料，但由于FR-4的热导率不高，仅为0.2W/M.K，因而散热效果有限，而如果这些热量不能及时地散失，而绝缘层的耐热性又不高，就会引起绝缘层的尺寸稳定性变化，耐热性下降，可靠性降低，使得电子设备的寿命降低。目前，双面铝基板的应用还存在较大的局限性，加工工艺为其中一个重要方面，为了保证上下层线路板的连接导通并达到绝缘的目的，当前双面铝基板生产的关键工艺是塞孔处理，即PCB成品要求的导电孔，需要在铝基板上一次钻孔，绝缘材料填孔，最后在填孔材料上二次钻孔。目前的填孔材料极易产生缺陷，如填孔空洞导致的短路、热冲击时的金属层剥离等，且工艺复杂。此外，金属基板的成本较高，这也是一个制约其大量应用的关键因素之一。

发明内容

本发明目的是提供一种高导热玻纤布基层压板。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高导热玻纤布基层压板，包括双马来酰亚胺基板，所述双马来酰亚胺基板的单面或双面设有导热涂层；

所述导热涂层从上到下依次包括金属镀膜层、DLC镀膜层和过渡镀膜层；所述过渡镀膜层设于双马来酰亚胺基板上。

上文中，所述双马来酰亚胺基板可以为现有技术，该双马来酰亚胺基板由一种高导热热固性树脂组合物中加入溶剂搅拌均匀制成胶液，用玻纤布浸渍该胶液，然后在100~170℃下烘烤1~15分钟得到半固化片；将半固化片剪裁成一定尺寸并按厚度要求进行叠配，两面覆上离型材料，在压机上经过一定的压合程序，压制得层压板，去除离型材料后得到双马来酰亚胺基板，厚度为0.5~5毫米。

上述高导热热固性树脂组合物，按重量计，包括双马来酰亚胺树脂100份、烯丙基化合物10~100份、改性树脂0~30份、高导热填料250~600份、固化促进剂0.1~5份；

所述双马来酰亚胺树脂选自4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺树脂、4,4’-二苯醚双马来酰亚胺树脂和4,4’-二苯砜双马来酰亚胺树脂中的一种或几种；

所述烯丙基化合物选自二烯丙基双酚A、二烯丙基双酚S、二烯丙基二苯醚、烯丙基酚氧树脂、烯丙基酚醛树脂和烯丙基三溴苯醚中的一种或几种。

所述改性树脂选自环氧树脂、氰酸酯、酚氧树脂和聚苯醚树脂中的一种或几种；

所述高导热填料选自金属氮化物、金属氧化物、碳化物和金刚石中的一种或几种；其中，金属氮化物为氮化铝、氮化硼或氮化硅，金属氧化物为氧化铝、氧化镁或氧化铍，碳化物为碳化硅或碳化硼；

所述固化促进剂为咪唑类，选自2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和2-苯基咪唑中的一种或几种。

双马来酰亚胺树脂通过固化反应生成的聚合物，所含极性基团多且较易极化，所以其热导率比普通环氧树脂高，热导率是普通双酚A型环氧树脂的两倍左右，可以达到0.4W/m.K；众所周知，提高树脂的热导率与通过填充更多的高导热填料来提高热导率相比，前者对板材的导热性能影响更大，因此用双马来酰亚胺树脂制作高导热的材料比普通的环氧更具有优势，而且与环氧树脂相比，具有更加优异的耐热性。

所述在双马来酰亚胺基板单面或双面设置导热涂层，该导热涂层包括金属镀膜层、DLC镀膜层和过渡镀膜层，所述过渡镀膜层可以通过磁控溅射工艺设于所述基板上，所述DLC镀膜层可以通过离子束技术设于所述过渡镀膜层上，所述金属镀膜层可以通过磁控溅射工艺设于DLC镀膜层上。

所述DLC镀膜层为现有技术，也称DLC涂层（Diamond-like Carbon），是导热能力极佳的类金刚石涂层。DLC镀膜层有着比金属还高的超高导热性能，可以将芯片产生的热在水平方向上迅速均匀地扩散开来，然后再通过基板大面积均匀地散发，这点与普通铝基板垂直方向散热，热量主要积聚于绝缘层不同。

上述技术方案中，所述双马来酰亚胺基板的厚度为0.5~5毫米。

上述技术方案中，所述过渡镀膜层为Si镀膜层、Cr镀膜层、Al镀膜层、Ti镀膜层和Ni镀膜层中的一种，其厚度为0.1~1微米。优选的，所述过渡层镀膜为Si镀膜层，其厚度为0.1~1微米，所述产生Si镀膜层的磁控溅射工艺中使用的为纯度99.99%以上的单晶Si靶。

上述技术方案中，所述DLC镀膜层的厚度为1~5微米。

上述技术方案中，所述金属镀膜层为Cu镀膜层，其厚度为4~6微米。

所述产生Cu镀膜层的磁控溅射工艺中使用的为纯度在95%以上的Cu靶。

优选的，所述Cu镀膜层上还设有防焊和保护作用的阻焊层或起保护作用的表面处理层，或者，在阻焊层的表面再设置表面处理层。

此外，为了达到导电或其他工艺方面的要求，所述Cu镀膜层的表面还设有通过电镀方法制备得到的加厚铜层；进一步的，所述加厚铜层上设有防焊和保护作用的阻焊层，或/及起保护作用的表面处理层。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明设计了一种新的高导热玻纤布基层压板，采用双马来酰亚胺基板，并在该基板上设置导热涂层，利用该导热涂层中的DLC镀膜层所具有的800W/m.K左右的高导热能力特性，使得线路板上发热元器件的所产生的热量在基板线路平面内迅速扩散，并利用基板自身导热能力将热量导出，达到良好的散热效果；同时，该基板具有优良的绝缘性、耐热性、高可靠性和物理机械性能。

2．本发明采用的是双马来酰亚胺基板，是一种高绝缘性的聚合物，钻孔加工时不需要进行塞孔处理，因而避免了传统双面铝基板生产工艺中存在的填孔材料极易产生缺陷、工艺复杂等问题；此外，本发明所提供的高导热层压板在提高线路板整体散热效果的情况下，极大地降低了成本，并兼具轻薄的优点，可用于大功率发热器件，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例一种层压板的剖视图。

其中：1、双马来酰亚胺基板；2、过渡镀膜层；3、DLC镀膜层；4、金属镀膜层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

步骤1：双马来酰亚胺预聚体的合成

称取4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺（BDM）100g，烯丙基双酚A树脂（DABPA）40g，烯丙基三溴苯醚20g于烧杯中，升温至135℃的恒温反应120min，自然冷却到室温得到烯丙基改性双马来酰亚胺树脂，记为BMI-1。

步骤2：基板的制作

将160g上述得到的BMI-1固体树脂粉碎后溶解于70g的丁酮中，待树脂完全溶解后加入0.15g2-甲基咪唑再搅拌约半小时；然后在另一装有140g丁酮的烧杯中加入250g氧化铝，将该填料搅拌半小时，直至填料在溶剂中呈均一状态；再将搅拌均匀的树脂倒入该填料中，继续搅拌半小时，然后通过高剪切乳化机进行分散，分散时间为半小时，得到均匀的胶液；采用7628玻纤布浸渍该胶液，在155℃下烘烤4分钟左右得到半固化状态的粘结片；将半固化片剪裁成一定尺寸，6张粘结片叠在一起，两面覆上铜箔，于真空压机中200℃，150分钟层压得到覆铜箔层压板，去除铜箔后得到厚度为1.2mm的双马来酰亚胺基板。

步骤3：导热涂层的沉积

(1) 基板清洁：将上述制得基板在超声波清洗机中清洗干净，烘干水分后将基板装夹于真空镀膜室中，对真空镀膜室抽气；然后向镀膜真空室内通入氢气，使用离子束对引入的氢气进行离化并轰击基板；

(2) 过渡镀膜层（Si镀膜）：向镀膜真空室内通入氩气，使用非平衡磁控溅射阴极对基板进行Si镀膜，镀膜使用纯度在99.99%以上单晶Si靶，所述阴极上施加电压650V、频率50kHz的脉冲直流，镀膜厚度为0.8微米；

(3) DLC镀膜层：向镀膜真空室内通入乙炔气体，使用离子束对基板进行DLC镀膜，离子束离化的离子能量在1100eV以上，阴极上施加4500V以上，脉冲频率70kHz的直流脉冲偏压，镀膜厚度为2微米；

(4) Cu镀膜层：向镀膜真空室内通入氩气，使用非平衡磁控溅射阴极对基板进行Cu的镀膜，镀膜使用纯度在95%以上的Cu靶，所述阴极上施加电压450V的脉冲直流，镀膜厚度为5微米。

上述制得的基板及高导热层压板性能见表1。

所述层压板的剖视图参见图1所示，包括双马来酰亚胺基板1，双马来酰亚胺基板的双面设有导热涂层；所述导热涂层依次包括金属镀膜层4、DLC镀膜层3和过渡镀膜层2；所述过渡镀膜层2设于双马来酰亚胺基板1上。

实施例二：

步骤1：双马来酰亚胺预聚体的合成

称取4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺（BDM）100g，烯丙基双酚A树脂（DABPA）20g，烯丙基三溴苯醚15g于烧杯中，升温至135℃的恒温反应100min，自然冷却到室温得到烯丙基改性双马来酰亚胺树脂，记为BMI-2。

步骤2：基板的制作

将135g步骤1中得到的BMI-2固体树脂粉碎后溶解于60g的丁酮中，待树脂完全溶解后加入异氰酸酯改性环氧树脂25g(环氧当量360g/mol)、2-乙基-4-甲基咪唑0.20g，继续搅拌约半小时；然后将300g 氧化铝和100g氮化硼加入到170g丁酮中，搅拌半小时，直至填料在溶剂中呈均一状态；再将搅拌均匀的树脂倒入该填料中，继续搅拌半小时，然后通过高剪切乳化机进行分散，分散时间为半小时，得到均匀的胶液；采用7628玻纤布浸渍该胶液，在155℃下烘烤4分钟左右得到半固化状态的粘结片；将半固化片剪裁成一定尺寸，6张粘结片叠在一起，两面覆上铜箔，于真空压机中200℃，150分钟层压得到覆铜箔层压板，去除铜箔后得到厚度为1.2mm的双马来酰亚胺基板。

步骤3：导热涂层的沉积

同实施例1的步骤3。基板及高导热层压板性能见表1。

对比例一：

步骤1：双马来酰亚胺预聚体的合成

同实施例1的步骤1。

步骤2：基板的制作

将160g步骤1中得到的BMI-1固体树脂粉碎后溶解于60g的丁酮中，待树脂完全溶解后加入2-乙基-4-甲基咪唑0.15g，继续搅拌约半小时；然后将300g 氧化铝和100g氮化硼加入到170g丁酮中，搅拌半小时，直至填料在溶剂中呈均一状态；再将搅拌均匀的树脂倒入该填料中，继续搅拌半小时，然后通过高剪切乳化机进行分散，分散时间为半小时，得到均匀的胶液；采用7628玻纤布浸渍该胶液，在155℃下烘烤4分钟左右得到半固化状态的粘结片；将半固化片剪裁成一定尺寸，6张粘结片叠在一起，两面覆上铜箔，于真空压机中200℃，150分钟层压得到厚度为1.2mm且不含导热涂层的双马来酰亚胺层压板，其性能指标见表1。

对比例二：

步骤1：基板的制作

将135g异氰酸酯改性环氧树脂（环氧当量360 g/mol）溶解于60g的丁酮中，待树脂完全溶解后加入高溴环氧树脂25g(溴含量48%，环氧当量400g/mol)、双氰胺5.05g、2-甲基咪唑0.20g，继续搅拌约半小时；然后将300g 氧化铝和100g氮化硼加入到170g丁酮中，搅拌半小时，直至填料在溶剂中呈均一状态；再将搅拌均匀的树脂倒入该填料中，继续搅拌半小时，然后通过高剪切乳化机进行分散，分散时间为半小时，得到均匀的胶液；采用7628玻纤布浸渍该胶液，在155℃下烘烤4分钟左右得到半固化状态的粘结片；将半固化片剪裁成一定尺寸，6张粘结片叠在一起，两面覆上铜箔，于真空压机中190℃，100分钟层压得到覆铜箔层压板，去除铜箔后得到厚度为1.2mm的玻纤增强环氧树脂基板。

步骤2：导热涂层的沉积

同实施例1的步骤3。基板及导热层压板性能见表1。

对比例三：

步骤1：半固化片的制作

将135g异氰酸酯改性环氧树脂（环氧当量360 g/mol）溶解于60g的丁酮中，待树脂完全溶解后加入高溴环氧树脂25g(溴含量48%，环氧当量400g/mol) 、双氰胺5.05g、2-甲基咪唑0.20g，继续搅拌约半小时；然后将300g 氧化铝和100g氮化硼加入到170g丁酮中，搅拌半小时，直至填料在溶剂中呈均一状态；再将搅拌均匀的树脂倒入该填料中，继续搅拌半小时，然后通过高剪切乳化机进行分散，分散时间为半小时，得到均匀的胶液；采用1080玻纤布浸渍该胶液，在155℃下烘烤4分钟左右得到半固化片。

步骤2：铝基板的压合

将厚度为1.2mm的铝板（5052）通过高温洗板机进行水洗，以去除板面粉尘，然后将清洗后的铝基板放入烤箱中，保持温度115±5 ℃烘烤30 分钟；在铝基板经过处理的一面贴上步骤1所制得的半固化片3张，绝缘层的总厚度大概控制在75微米左右，然后在半固化片上覆盖铜箔层，将贴有半固化片及覆盖有铜箔层且充分干燥的铝基板送入层压机，于真空压机中190℃，100分钟层压后得到一种导热铝基板，测试结果见表1。

表1

以上实施例和对比例均参照IPC4101标准对基板进行检测，检测方法如下：

1、玻璃化转变温度(T_g)：动态热机械分析法(DMA)；

2、热分解温度(T_d)：热重分析法，条件为：升温速率10℃/分钟，热失重5%；

3、弯曲强度：通过万能试样机把负载施加于规定形状和尺寸的样品上进行测定；

4、热分层时间(T288)：指板材在288℃的设定温度下，由于热的作用出现分层现象，在这之前所持续的时间，通过热机械分析法(TMA)测得；

5、击穿电压：在板材两侧施以足够强的电场作用，其失去介电性能成为导体时施加的电压即为击穿电压；

6、燃烧性：采用UL-94测试标准；

7、热导率：采用ASTM D 5470标准方法测试。

由上表可见，通过比较实施例和对比例可以看出，本发明提供的高导热热固性树脂组合物为一种高导热、高玻璃化转变温度(玻璃化转变温度大于250℃)、高耐热、优良绝缘性、且具有高物理机械性能的改性双马来酰亚胺树脂体系，与环氧树脂相比，由该高导热的热固性树脂组合物制成的基板，具有良好的耐热性及高热导率，如采用复合填充方式，可进一步提高其热导率；基板上设置DLC散热涂层后，板材的热导率和整体散热效果得到明显提升；同时，本发明提供的高导热层压板与普通铝基板相比，热导率相当时，由于DLC镀膜层能够第一时间将芯片产生的热量在水平方向上迅速均匀地扩散开来，然后再通过基板大面积均匀地散发，从而获得更好的散热效果。

Claims

1.一种高导热玻纤布基层压板，其特征在于：包括双马来酰亚胺基板，所述双马来酰亚胺基板的单面或双面设有导热涂层；

所述导热涂层从上到下依次包括金属镀膜层、DLC镀膜层和过渡镀膜层；所述过渡镀膜层设于双马来酰亚胺基板上；

所述过渡镀膜层为Si镀膜层，其厚度为0.8微米，所述产生Si镀膜层的磁控溅射工艺中使用的为纯度99.99%以上的单晶Si靶。

2.根据权利要求1所述的高导热玻纤布基层压板，其特征在于：所述双马来酰亚胺基板的厚度为0.5~5毫米。

3.根据权利要求1所述的高导热玻纤布基层压板，其特征在于：所述DLC镀膜层的厚度为1~5微米。

4.根据权利要求1所述的高导热玻纤布基层压板，其特征在于：所述金属镀膜层为Cu镀膜层，其厚度为4~6微米。