CN103722805B - 一种高导热铝基覆铜板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高导热铝基覆铜板，在铜箔与铝板之间设置三层胶，即铜箔、第一层胶、第二层胶、第三层胶与铝板，其中，第二层胶中的填料含量大于第一层胶或第三层胶中的填料含量，第二层胶中的填料粒径大于第一层胶或第三层胶中的填料粒径。本发明巧妙地将三层胶组合在一起，充分发挥各层胶的优点，利用该方法制得的铝基覆铜板不仅具有超高的热导率，同时剥离强度高，耐浸焊和耐电压性能优良。

Description

一种高导热铝基覆铜板

技术领域

本发明涉及一种覆铜板，尤其涉及一种高导热铝基覆铜板。

背景技术

随着电子产品向高密度化和“轻、薄、短、小”化发展，使得电路板上搭载的元器件越来越多，集成度越来越高，工作时单位面积散发的热量越来越多，为了保证电子元器件的工作稳定性、可靠性，对电子电路基材的散热要求越来越高。传统的FR-4覆铜板的热导率仅为0.18-0.25W/m·K，无法满足高散热的要求。铝基覆铜板因具有优良的散热性能而被广泛应用。高导热铝基板由铜箔、高导热胶层和铝板组成。

如CN 202685435 U公开了一种高耐电压高导热铝基覆铜板，采取“在铜箔层与铝板层之间设置两层胶膜”关键技术，由铜箔层、第一胶膜层、第二胶膜层、铝板层、保护膜构成，其铜箔层与第一胶膜层以涂布的方式相连接，第二胶膜层与铝板层滚涂的方式相连接，铜箔层上的第一胶膜层与铝板层上的第二胶膜层以对铜箔层与铝板层实施压合而使第一胶膜层与第二胶膜层二者相互获得压合的方式相连接，铝板层与保护膜以贴覆的方式相连接。通过在铜箔与铝板之间设置两层胶膜，提高铝基覆铜板的耐电压性能。

CN 201436206U公开了一种高导热型金属基覆铜箔层压板，该高导热型金属基覆铜箔层压板由金属基板(1)、导热绝缘层(2)和铜箔(3)复合粘接组成，所述导热绝缘层(2)是由一层或者多层通过连续化涂胶的导热胶膜组成，且所述导热胶膜主要成分包括环氧树脂、热塑性树脂或/和合成丁腈橡胶、固化剂、固化促进剂、无机导热填料。

一般来说，高导热铝基板选用环氧树脂作为基体，通过添加导热填料以达到散热效果。要想获得高的散热效果，需要在环氧树脂基体中添加大量的导热填料。高的填料添加量会使导热胶层与铜箔和铝板的粘结性能变差，耐浸焊与耐电压性能降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种全新的高导热铝基覆铜板结构，在铜箔与铝板之间设置三层胶，由铜箔、第一层胶、第二层胶、第三层胶与铝板构成。本发明巧妙地将三层胶组合在一起，充分发挥了各层胶的优点。该结构能极大地提高铝基板的导热系数，导热系数可达3W/m·K以上，同时导热胶层与铜箔和铝板的粘结性能好，耐浸焊和耐电压性能优异。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高导热铝基覆铜板，在铜箔与铝板之间设置三层胶，即铜箔、第一层胶、第二层胶、第三层胶与铝板，其中，第二层胶中的填料含量大于第一层胶或第三层胶中的填料含量，第二层胶中的填料粒径大于第一层胶或第三层胶中的填料粒径。

本发明的第一层胶与第三层胶可为同一胶或为不同胶，胶层中的填料含量比第二层胶的填料含量低，能保证胶液与铝板和铜箔充分接触，提高铝基板的剥离强度，同时能保证胶液有较好的流动性，有效减少缺陷存在，提高铝基板的耐浸焊和耐电压性能，第二层胶含有较大粒径填料，填料含量比第一层和第三层胶的填料含量高，使得填料与树脂界面减少，有利于形成导热通道，缩短导热路径，能提高铝基覆铜板的热导率。

优选第二层胶的厚度大于第一层胶或第三层胶的厚度，第一层胶或第三层胶的厚度不大于30μm。第一层胶和第三层胶具有较小的厚度，不会过多地增加整个胶层的热阻，不会使整个胶层的热导率受到太大的影响。通过该结构制得的铝基覆铜板具有超高的热导率，同时剥离强度高，耐浸焊和耐电压性能优良。

在本发明的覆铜板中，所述第一层胶或第三层胶的厚度可以为5-20μm，例如为6μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm等。

在本发明的覆铜板中，所述第一层胶或第三层胶的填料添加量可以为0wt％-85wt％，此添加量为质量分数，例如为0.5wt％、3wt％、6wt％、10wt％、15wt％、26wt％、40wt％、55wt％、70wt％、76wt％、83wt％等。

在本发明的覆铜板中，第一层胶或第三层胶的填料粒径D50可以为0.5-5μm，例如为0.8μm、1.2μm、1.6μm、2.0μm、2.5μm、3.2μm、4.0μm、4.5μm、4.9μm等，D100可以为1-10μm，例如为2μm、5μm、7μm、9μm等。其中，D50为一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，也称为平均粒径，D100为一个样品的累计粒度分布百分数达到100％时所对应的粒径，也称为最大粒径。

在本发明的覆铜板中，所述第二层胶的厚度可以为40-100μm，例如为43μm、48μm、52μm、59μm、65μm、72μm、80μm、88μm、95μm等。

在本发明的的覆铜板中，所述第二层胶的填料添加量可以为60wt％-92wt％，例如为63wt％、66wt％、70wt％、75wt％、81wt％、86wt％、90wt％等。

在本发明的覆铜板中，所述第二层胶的填料粒径D50可以为1-30μm，例如为1.5μm、3μm、5μm、8μm、10μm、14μm、19μm、25μm、29μm等，D100可以为2-60μm，例如为3μm、5μm、8μm、10μm、14μm、19μm、25μm、29μm、33μm、45μm、48μm、54μm、58μm等。

在符合第二层胶中的填料含量大于第一层胶或第三层胶中的填料含量，第二层胶中的填料粒径大于第一层胶或第三层胶中的填料粒径的情况下，按上述提供的参数进行设定第一层胶、第二层胶和第三层胶的厚度、填料含量、填料粒径制得的覆铜板可具有更优异的兼顾导热性能、剥离强度，耐浸焊和耐电压性的综合性能。

本发明的目的之一还在于提供所述覆铜板的制作方法，包括以下步骤：先将第一层胶涂覆在铜箔毛面上，第三层胶涂覆在铝板上，再将第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，在80℃-170℃，例如为84℃、89℃、95℃、102℃、110℃、125℃、140℃、152℃、160℃、166℃等下将胶层中的溶剂挥发，然后将铜箔和铝板的涂胶面叠合在一起，在100℃-350℃，例如为110℃、130℃、150℃、180℃、200℃、140℃、270℃、300℃、320℃、345℃等下经压合制得高导热铝基覆铜板。

本发明的有益效果：

①第一层胶与第三层胶中的填料含量比第二层胶中的填料含量低，能提高铝基板的剥离强度、耐浸焊和耐电压性能。

②第二层胶含有大粒径填料，填料含量比第一层和第三层胶的填料含量高，使得填料与树脂界面减少，有利于形成导热通道，缩短了导热路径，大大提高了整个胶层的热导率。

③该结构巧妙地将三层胶组合在一起，能充分发挥各层胶的优点，利用该结构制得的铝基覆铜板不仅具有超高的热导率，同时剥离强度高，耐浸焊和耐电压性能优良，具有极好的综合性能。

附图说明

图1为本发明的覆铜板结构示意图，1为铜箔，2为第一层胶，3为第二层胶，4为第三层胶，5为铝板；

图2为本发明实施例1的覆铜板，1为铜箔，2为第一层胶，3为第二层胶，4为第三层胶，5为铝板；

图3为本发明比较例1的覆铜板，1为铜箔，2为胶液，3为铝板；

图4为本发明比较例2的覆铜板，1为铜箔，2为胶液，3为铝板；

图5为本发明比较例4的覆铜板，1为铜箔，2为胶液1，3为胶液2，4为铝板。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

将第一层胶和第三层胶涂覆在铜箔毛面与铝板上，第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，其中，第二层胶中的填料含量大于第一层胶或第三层胶中的填料含量，第二层胶中的填料粒径大于第一层胶或第三层胶中的填料粒径，在80℃-170℃下将溶剂挥发，依照图1所示，进行叠配，在100℃-350℃下经压合制得高导热铝基覆铜板。

实施例1

将第一层胶和第三层胶涂覆在铜箔毛面与铝板上，第一层胶和第三层胶涂覆厚度均为7μm，其中，第一层胶胶液的主要成分为聚酰亚胺树脂，不含填料，第三层胶胶液的主要成分为聚酰亚胺树脂和氧化铝填料，其中填料含量为20wt％，粒径D50为1μm，D100为2μm，第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，第二层胶涂覆厚度为45μm，其中第二层胶胶液的主要成分为聚酰亚胺树脂和氧化铝填料，填料含量为70wt％，粒径D50为5μm，D100为10μm。在170℃下将溶剂挥发，依照图2所示，进行叠配，在350℃下经压合制得高导热铝基覆铜板。

实施例2

将第一层胶和第三层胶涂覆在铜箔毛面与铝板上，第一层胶和第三层胶涂覆厚度均为10μm，其中第一层胶和第三层胶为相同的胶液，胶液主要成分为双酚A型环氧树脂、双氰胺和氧化铝填料，填料含量均为40wt％，粒径D50为2μm，D100为6μm，第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，第二层胶涂覆厚度为90μm，其中第二层胶的胶液主要成分为联苯类环氧树脂、橡胶改性环氧树脂、芳香胺类固化剂和球形氧化铝填料，填料含量为90wt％，粒径D50为25μm，D100为60μm。在120℃下将溶剂挥发，依照图2所示，进行叠配，在190℃下经压合制得高导热铝基覆铜板。

实施例3

将第一层胶和第三层胶涂覆在铜箔毛面与铝板上，第一层胶和第三层胶涂覆厚度均为15μm，其中第一层胶和第三层胶为相同的胶液，胶液主要成分为联苯类环氧树脂、酚氧树脂、芳香胺类固化剂和氧化铝填料，填料含量均为70wt％，粒径D50均为4μm，D100均为10μm，第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，第二层胶涂覆厚度为80μm，其中第二层胶的胶液主要成分为联苯类环氧树脂，双酚A型苯并噁嗪树脂、酚氧树脂、芳香胺类固化剂和氧化铝填料，填料含量为90wt％，粒径D50为10μm，D100为35μm。在150℃下将溶剂挥发，依照图2所示，进行叠配，在230℃下经压合制得高导热铝基覆铜板。

比较例1

将胶液涂覆在铜箔毛面上，涂覆厚度为110μm，其中的填料含量为90wt％，粒径D50为25μm，D100为60μm，在120℃下将溶剂挥发，依照图3所示，进行叠配，在190℃下经压合制得铝基覆铜板。本比较例中所用胶液组分和含量与实施例2中所用第二层胶的胶液组分和含量相同。

比较例2

将胶液涂覆在铜箔毛面上，涂覆厚度为110μm，其中的填料含量为90wt％，粒径D50为10μm，D100为35μm，在150℃下将溶剂挥发，依照图4所示，进行叠配，在230℃下经压合制得铝基覆铜板。本比较例中所用胶液组分和含量与实施例3中所用第二层胶的胶液组分和含量相同。

比较例3

将胶液涂覆在铜箔毛面上，涂覆厚度为110μm，其中的填料含量为40wt％，粒径D50为2μm，D100为6μm，在120℃下将溶剂挥发，依照图4所示，进行叠配，在190℃下经压合制得铝基覆铜板。本比较例中所用胶液组分和含量与实施例2中所用第一层胶的胶液组分和含量相同。

比较例4

按照中国专利CN 202685435U所述，将胶液1涂覆在铜箔毛面上，胶液2涂覆在铝板上，涂覆厚度均为55μm，其中的填料含量均为40wt％，粒径D50均为2μm，D100均为6μm，在120℃下将溶剂挥发，依照图5所示，进行叠配，在190℃下经压合制得铝基覆铜板。本比较例中所用胶液1、胶液2的组分和含量分别与实施例2中所用第一层胶、第三层胶的胶液组分和含量相同。

上述实施例1-3和比较例1、2、3、4制得的铝基覆铜板，测试其导热系数、玻璃强度、耐电压(Hi-pot)和耐浸焊极限性能。

以上性能测试方法如下：

导热系数：使用ASTM D5470标准方法进行测试；

剥离强度：使用IPC-TM-650 2.4.8方法进行测试；

耐浸焊：使用IPC-TM-650 2.4.13.1方法进行测试；

耐电压：使用IPC-TM-650 2.5.7.3方法进行测试。

测得的导热系数(λ)、剥离强度、耐电压和耐浸焊物性数据如表1所示。

表1

从表1中可以看出：

1)在实施例2中所用第二层胶的胶液组分和含量及填料粒径、含量与比较例1中所用胶液组分和含量及填料粒径、含量相同，实施例2中的所有胶层厚度与比较例1中胶层厚度相同情况下，实施例2所制得的铝基覆铜板的导热系数与比较例1相当，但是实施例2制得的铝基覆铜板的剥离强度、耐电压、耐浸焊远远优于比较例1；

2)同理，在实施例3与比较例2胶液组成参数相同的情况下，实施例3所制得的铝基覆铜板的导热系数与比较例2相当，但是实施例3制得的铝基覆铜板的剥离强度、耐电压、耐浸焊远远优于比较例2；

3)在实施例2与比较例3、4胶层组成参数相同的情况下，从实施例2与比较例2、3的比较中可以看出，实施例2所制得的铝基覆铜板的剥离强度、耐电压、耐浸焊与比较例2、3的相当，但是实施例2制得的铝基覆铜板的导热系数远远大于比较例2、3的，也即实施例2制得的铝基覆铜板的导热性能远远优于比较例2、3的。

综上所述，本发明的实施例制得的覆铜板不仅具有超高的热导率，同时剥离强度高，耐浸焊和耐电压性能优良，具有极好的综合性能。

申请人声明，以上所述之实施例，只是本发明的较佳实例而已，并非用来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种高导热铝基覆铜板，其特征在于，在铜箔与铝板之间设置三层胶，即铜箔、第一层胶、第二层胶、第三层胶与铝板，其中，第二层胶中的填料含量大于第一层胶和第三层胶中的填料含量，第二层胶中的填料粒径大于第一层胶和第三层胶中的填料粒径；所述第二层胶的填料添加量为60wt％-92wt％；所述第一层胶的填料添加量为0wt％-85wt％，所述第三层胶的填料添加量为3wt％-85wt％；

所述第二层胶的厚度大于第一层胶和第三层胶的厚度，第一层胶或第三层胶的厚度不大于30μm。

2.根据权利要求1所述的覆铜板，其特征在于，所述第一层胶或第三层胶的厚度为5-20μm。

3.根据权利要求1所述的覆铜板，其特征在于，第一层胶或第三层胶的填料粒径D50为0.5-5μm，D100为1-10μm。

4.根据权利要求1所述的覆铜板，其特征在于，所述第二层胶的厚度为40-100μm。

5.根据权利要求1所述的覆铜板，其特征在于，所述第二层胶的填料粒径D50为1-30μm，D100为2-60μm。

6.权利要求1-5任一项所述覆铜板的制作方法，包括以下步骤：先将第一层胶涂覆在铜箔毛面上，第三层胶涂覆在铝板上，再将第二层胶涂覆在涂有第一层胶的铜箔毛面或涂有第三层胶的铝板上，在80℃-170℃下将胶层中的溶剂挥发，然后将铜箔和铝板的涂胶面叠合在一起，在100℃-350℃下经压合制得高导热铝基覆铜板。