CN103722807A - 一种高导热高耐压的铝基覆铜板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热高耐压的铝基覆铜板，由铜箔、绝缘导热胶层、粘合剂层和铝板组成，其中铝板的表层经阳极氧化处理形成陶瓷保护层，绝缘导热胶层由导热胶液经高温烘烤半固化而成，铜箔、绝缘导热胶层、粘合剂层和铝板依次层叠并压制成型。本发明提供的高导热高耐压的铝基覆铜板，具有如下优点：①通过增加粘合剂层、偶联剂来增加绝缘导热胶层和铝板之间的表面附着力，以降低不同膨胀系数在热压中的差异影响；②通过陶瓷保护层来提高产品的抗氧化性能，同时进一步增强绝缘导热胶层和铝板之间的结合力；③通过添加增韧剂来增加胶膜的柔韧性，以改善脆性问题；④采用三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅等作为导热填料，解决了散热差的技术缺陷。

Description

一种高导热高耐压的铝基覆铜板及其制备方法

技术领域

本发明涉及线路板技术领域，具体涉及一种高导热高耐压的铝基覆铜板。

背景技术

众所周知，铝基覆铜板是一种隶属于铝基板的板状材料，由电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂，在表面覆以铜箔并经热压而制成，通常被称为覆铜箔层压板，简称铝基覆铜板，可广泛用于车载点火器、变频电源等大功率、高散热的电子产品。铝基覆铜板作为印刷电路板制造中的基板材料，对印刷电路板主要起互连导通、绝缘和支撑的作用，对电路中信号的传输速度、能量损失和特性阻抗等有很大的影响，因此印刷电路板的性能、品质及稳定性在很大程度上取决于铝基覆铜板。

现有的铝基覆铜板，通常由铜箔、绝缘层、铝板组成的三层结构，绝缘层采用玻纤布浸渍树脂体系，经高温半固化成型，这种绝缘片虽然同时兼具导热和绝缘的作用，但其缺陷之处在于：①玻纤布的热阻大、散热性差、难以满足大功率、高散热电子产品的需要；②加工过程中易出现玻纤布绝缘层的脆性问题，致使产品报废率增高。

专利号为ZL201220363190.x的中国实用新型专利（发明名称：一种导热基材覆铜板，申请日：2012.07.25）公开了一种导热基材覆铜板，其结构包括导热基材层、高导热粘合剂层和铜箔层，铜箔层通过高导热粘合剂层固定贴覆在导热基材层上。该技术方案直接用导热粘合剂来替代导热胶膜，不足之处在于：在高温条件下导热基材层无法有效散热，造成不能正常工作，影响工作效率。

申请号为201310005687.3的中国发明专利申请（发明名称：陶瓷片复合结构的绝缘层、铝基板及其制造方法，申请日：2013.01.07）公开了一种陶瓷片复合结构的绝缘层、铝基板及其制造方法。本发明陶瓷片复合结构的绝缘层，包括至少一层陶瓷片、数层导热胶膜，所述的陶瓷片与导热胶膜间隔层叠，所述绝缘层的最外两表层为导热胶膜。该技术方案制得的铝基板虽然具有一定优势的导热性和耐压性，但其不足之处在于：①导热胶膜的组分复杂，生产成本较高；②由于绝缘层和铝合金基板的膨胀系数不同，因此在高温热压时两者的结合力较差，存在板料易分层、掉屑等质量隐患，无形中降低了产品的合格率；③采用的导热填料欠妥当，使得并未大幅提高铝基板产品的导热系数，而且不同板材之间的脆性较差。

综上，如何提供一种高导热、高耐压，产品质量高且制造成本低的铝基覆铜板，以适应大功率器件的生产需要，是本领域技术人员急需解决的关键问题。

发明内容

本发明提供了一种高导热高耐压的铝基覆铜板，解决了现有技术中存在的板材散热差、板层结合力弱、产品合格率低等技术缺陷。

本发明所采用的技术方案具体如下：

一种高导热高耐压的铝基覆铜板，由铜箔、绝缘导热胶层、粘合剂层和铝板组成，其中铝板的表层经阳极氧化处理形成陶瓷保护层，绝缘导热胶层由导热胶液经高温烘烤半固化而成，铜箔、绝缘导热胶层、粘合剂层和铝板依次层叠并压制成型。

优选的，导热胶液由以下组分配制而成：环氧树脂40～70份、增韧剂2～5份、偶联剂1～3份、固化剂3～6份、导热填料30～50份。

优选的，导热填料为三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化镁中一种或几种的组合。

更优选的，在本发明的导热填料中，各组分的质量分数占总组分的比例如下：三氧化二铝占0～99%，二氧化硅占0～10%、碳化硅占0～5%、氮化铝占0～20%、氧化镁占0～2%。

优选的，增韧剂为酚氧树脂、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、聚醋酸乙烯、聚氨酯中一种或几种的组合。

优选的，固化剂为酚醛树脂、二氨基二苯砜、二氨基二苯胺中一种或几种的组合。

优选的，偶联剂为有机硅烷化合物。

优选的，导热胶液中，导热填料为三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅中一种或几种的组合，固化剂为酚醛树脂、二氨基二苯砜或其组合，增韧剂为酚氧树脂、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶中一种或几种的组合。

优选的，绝缘导热胶层（2）的厚度为25～100μm，粘合剂层（3）的厚度为1～10μm，陶瓷保护层（4）的厚度为5～15μm。

本发明还提供一种如前所述的高导热高耐压的铝基覆铜板的制备方法，包括如下步骤：

①按组分比例配制导热胶液，利用涂布机，将配制好的导热胶液均匀涂覆于离型载体材料上，在60℃～80℃下烘烤半固化制成导热胶膜（即为绝缘导热胶层）；

②对铝板表层进行阳极氧化处理，获得均匀致密的一层氧化膜（即为陶瓷保护层）；

③依次将粘合剂层、绝缘导热胶层和铜箔层叠在经步骤②处理后的铝板上，置于真空状态下分步加压、分阶段升温，在200℃～220℃下热压成型，再经分步降压、分阶段降温，制得铝基覆铜板。

本发明提供的高导热高耐压的铝基覆铜板，与现有技术相比，具有如下优点：

①本发明通过增加粘合剂层、偶联剂来增加绝缘导热胶层和铝板之间的表面附着力，消除两者结合的内应力，以降低不同膨胀系数在热压过程中的差异影响；

②本发明通过陶瓷保护层来提高产品的抗氧化性能，同时进一步增强绝缘导热胶层和铝板之间的结合力；

③本发明通过添加增韧剂来增加胶膜的柔韧性，以改善脆性问题；

④本发明采用三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅等作为导热填料，其导热性能更优于市场常用的氮化硼等导热填料，解决了散热差的技术缺陷；

⑤采用本发明提供的方法制得的铝基覆铜板，导热好，耐热、耐压性高，板材的粘结强度大，既解决了传统铝基覆铜板的脆性问题，又提高了车载点火器、变频电源等大功率电子产品的散热性，安全环保、低制造成本，产品的发展前景相当可观。

附图说明

图1为本发明高导热高耐压的铝基覆铜板的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种高导热高耐压的铝基覆铜板，从上到下依次由铜箔1、绝缘导热胶层2、粘合剂层3和铝板5这四层结构组成，其中铝板5的表层经阳极氧化处理形成陶瓷保护层4，绝缘导热胶层2由导热胶液经高温烘烤半固化而成，铜箔1、绝缘导热胶层2、粘合剂层3和铝板5依次层叠并压制成型；粘合剂层3的主要成分选自合成树脂或合成橡胶。

本发明中，绝缘导热胶层2的厚度为25～100μm，粘合剂层3的厚度为1～10μm，陶瓷保护层4的厚度为5～15μm，根据实际情况进行厚度值在上述范围内可以任意调整。

本发明中，导热胶液由以下组分配制而成：环氧树脂40～70份、增韧剂2～5份、偶联剂1～3份、固化剂3～6份、导热填料30～50份。其中，偶联剂为有机硅烷化合物；导热填料为三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化镁中一种或几种的组合；增韧剂为酚氧树脂、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、聚醋酸乙烯、聚氨酯中一种或几种的组合；固化剂为酚醛树脂、二氨基二苯砜、二氨基二苯胺中一种或几种的组合。在导热填料中，三氧化二铝占0～99%，二氧化硅占0～10%、碳化硅占0～5%、氮化铝占0～20%、氧化镁占0～2%；同样的，导热胶液体系中的各组分及其含量可以在上述范围内进行任意调整。

以下实施例为采用不同组分及含量配制的导热胶液，从而制得参数性能不同的铝基覆铜板，各实施例的组分、制备方法具体如下。

实施例1：

绝缘导热胶层的各组分及含量：

环氧树脂：50份（树脂A：树脂B=1：0.6）

增韧剂：2份（酚氧树脂：丁腈橡胶：丙烯酸橡胶=5：2：1.5）

硅烷偶联剂：2份

固化剂：3.5份（酚醛树脂：二氨基二苯砜=3：1）

导热填料：45份（三氧化二铝占94%、二氧化硅占3.2%、碳化硅占2.6%）

铝基覆铜板的制备方法：按上述组分及含量比例配制导热胶液，将配制好的导热胶液通过涂布机均匀涂覆于离型载体材料上，在70℃下烘烤半固化制成导热胶膜；对铝板表层进行阳极氧化处理，获得均匀致密的一层氧化膜；依次将粘合剂层、绝缘导热胶层和铜箔层叠在处理后的铝板上，置于真空状态下分步加压、分阶段升温，在210℃下热压成型，再经分步降压、分阶段降温，制得铝基覆铜板。

实施例2：

绝缘导热胶层的各组分及含量：

环氧树脂：70份（树脂A：树脂B=1：0.6）

增韧剂：5份（酚氧树脂：丁腈橡胶：聚氨酯=4：3：2.5）

硅烷偶联剂：1份

固化剂：6份（即二氨基二苯砜）

导热填料：30份（三氧化二铝占98%、二氧化硅占1%、碳化硅占0.2%，氧化镁占0.8%）

铝基覆铜板的制备方法：按上述组分及含量比例配制导热胶液，在60℃下烘烤半固化制成导热胶膜，在200℃下热压成型，其余制备过程同实施例1。

实施例3：

绝缘导热胶层的各组分及含量：

环氧树脂：40份

增韧剂：3份（丁腈橡胶：丙烯酸橡胶=2：1.5）

硅烷偶联剂：3份

固化剂：3份（即二氨基二苯胺）

导热填料：40份（三氧化二铝占63%，二氧化硅占10%、碳化硅占5%、氮化铝占20%、氧化镁占2%）

铝基覆铜板的制备方法：按上述组分及含量比例配制导热胶液，在80℃下烘烤半固化制成导热胶膜，在220℃下热压成型，其余制备过程同实施例1。

实施例4：

绝缘导热胶层的各组分及含量：

环氧树脂：55份（树脂A：树脂B=1：0.6）

增韧剂：3.5份（酚氧树脂：丙烯酸橡胶=3：2.2）

硅烷偶联剂：2.5份

固化剂：3份（酚醛树脂：二氨基二苯胺=2：1）

导热填料：50份（三氧化二铝占80%，二氧化硅占8%、碳化硅占3.5%、氮化铝占8.5%）

铝基覆铜板的制备方法：按上述组分及含量比例配制导热胶液，在75℃下烘烤半固化制成导热胶膜，在215℃下热压成型，其余制备过程同实施例1。

申请号为201210089443.3的中国发明专利申请（以下简称对比专利）公开了一种无卤高耐热导热胶膜及其制造方法，该导热胶膜由导热胶液经半固化而成，导热胶液由以下组分配制而成：无卤环氧树脂70～100份、增韧剂0～30份、溶剂80～120份、固化剂1～20份、促进剂0.01～1份、偶联剂0.5～5.0份、高导热填料80～600份。

本发明提供的铝基覆铜板，与采用上述专利的导热胶膜制成的铝基覆铜板相比，区别在于：①组分不同，对比专利采用无卤环氧树脂，本发明用环氧树脂；②结构形式不同，对比专利采用导热胶膜涂覆在绝缘层表层的形式，本发明是绝缘层中直接包括导热胶，且增设粘合剂层，以提高板材的散热性、粘结性；③组分含量不同，本发明经大量试验验证发现，在本发明组分的特定范围内，制得的铝基覆铜板参数性能要优于对比专利制得的铝基覆铜板，具体可见下表1。

将本发明实施例1～4制得的铝基覆铜板、市售的普通铝基覆铜板（以下简称普通型）、采用申请号为201210089443.3的专利方法制得的铝基覆铜板（即对比专利），在相同实验环境条件下进行平行比对，测得的各自性能参数见下表1所示。

表1：铝基覆铜板的性能比对表

从上表中可知，本发明实施例1～4制得的铝基覆铜板热导率略高或持平于对比专利，但远高于普通型，能较好地满足各种产品的导热需求；抗剥离强度、耐压性要优于对比专利和普通型，说明本发明的铝基覆铜板各板层的粘结强度高、脆性好、在高温热压过程中具有卓越的耐压性（试验验证发现，对比专利和普通型的铝基覆铜板，耐压性一般在4.0～4.5的范围之间）；而较高的耐热性，也体现了本发明产品符合生产标准，满足在瞬时高温下正常工作。

进一步，横向比较实施例1～4，可知实施例3的性能效果最佳。

Claims (10)

1.一种高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：由铜箔（1）、绝缘导热胶层（2）、粘合剂层（3）和铝板（5）组成，其中铝板（5）的表层经阳极氧化处理形成陶瓷保护层（4），绝缘导热胶层（2）由导热胶液经高温烘烤半固化而成，铜箔（1）、绝缘导热胶层（2）、粘合剂层（3）和铝板（5）依次层叠并压制成型。

2.根据权利要求1所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的导热胶液由以下组分配制而成：环氧树脂40～70份、增韧剂2～5份、偶联剂1～3份、固化剂3～6份、导热填料30～50份。

3.根据权利要求2所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的导热填料为三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化镁中一种或几种的组合。

4.根据权利要求3所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的导热填料中，各组分及其占总组分的质量分数如下：三氧化二铝占0～99%，二氧化硅占0～10%、碳化硅占0～5%、氮化铝占0～20%、氧化镁占0～2%。

5.根据权利要求2所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的增韧剂为酚氧树脂、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、聚醋酸乙烯、聚氨酯中一种或几种的组合。

6.根据权利要求2所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的固化剂为酚醛树脂、二氨基二苯砜、二氨基二苯胺中一种或几种的组合。

7.根据权利要求2所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的偶联剂为有机硅烷化合物。

8.根据权利要求2～7中任一项所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的导热胶液中，导热填料为三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅中一种或几种的组合，固化剂为酚醛树脂、二氨基二苯砜或其组合，增韧剂为酚氧树脂、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶中一种或几种的组合。

9.根据权利要求1所述的高导热高耐压的铝基覆铜板，其特征在于：所述的绝缘导热胶层（2）的厚度为25～100μm，粘合剂层（3）的厚度为1～10μm，陶瓷保护层（4）的厚度为5～15μm。

10.一种如权利要求1所述的高导热高耐压的铝基覆铜板的制造方法，包括如下步骤：

①按组分比例配制导热胶液，将配制好的导热胶液涂覆于离型载体材料上，在60℃～80℃下烘烤半固化制成导热胶膜；

②对铝板表层进行阳极氧化处理，获得均匀致密的陶瓷保护层；

③依次将粘合剂层、绝缘导热胶层和铜箔层叠在经步骤②处理后的铝板上，置于真空状态下分步加压、分阶段升温，在200℃～220℃下热压成型，再经分步降压、分阶段降温，制得铝基覆铜板。

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