CN103881308B - 一种高导热塞孔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高导热塞孔材料及其制备方法，所述塞孔材料其配方中含有塞孔树脂和银包铜粉，其中，塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：（1.5～2）。本发明制得的塞孔材料具有高热导率、稳定性好的特点。

Description

一种高导热塞孔材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种高导热塞孔材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的不断发展，特别是半导体芯片的高集成化与I/O（输入/输出）数的迅速增加，高密度安装技术的飞快发展，迫切要求安装基板—印刷电路板（PCB）成为具有高密度、高精度、高可靠及低成本要求的能够大幅度提高组装密度的电子元部件。这同时也体现了对印刷电路板的塞孔工艺及塞孔材料的高要求。公开号为CN103387736的中国专利申请公开了一种环氧树脂复合材料，其具有较好的介电常数和良好的柔软性，可作为柔性电路板的塞孔树脂材料使用。

目前，在印刷电路板行业中，特别是大功率器件封装领域中，塞孔材料的研发和应用虽然取得了一些进展，但在导热性能、耐温特性等方面还存在需要改善之处。

发明内容

本发明提供一种高导热塞孔材料，该塞孔材料具有高热导率、稳定性好的特点。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种高导热塞孔材料，所述塞孔材料其配方中含有塞孔树脂和银包铜粉，其中，塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：（1.5～2）。

优选的，所述银包铜粉其粒径为1～5μm，含银量为5～10wt%。本申请的发明人发现，在塞孔材料配方体系中，采用粒径为1～5μm，含银量为5～10%的银包铜粉，所得的塞孔材料其流动性更好，热导率较高，塞孔效果较佳。而银包铜粉的粒径过小的话，其具有更大的比表面积，更容易发生团聚现象，与塞孔树脂混合后，流动性较差，塞孔效果不佳；而银包铜粉粒径过大的话，颗粒间的空隙更大，造成塞孔材料的导热通道减少，固化后材料的热导率会降低。

进一步的，所述塞孔树脂为一液型热固化性环氧树脂，例如：可选用台湾联致工业公司的FHR-9系列、苏州太阳油墨公司的THP-100系列等树脂。

所述塞孔材料其配方中还进一步含有树脂稀释剂、增塑剂和分散剂。掺入增塑剂和分散剂，可进一步改善塞孔材料的性能。

配方中，塞孔树脂和树脂稀释剂的质量比为1:（0.02～0.05）。配方中，所述增塑剂其质量为银包铜粉质量的0.02～0.05%，所述分散剂为银包铜粉质量的0.05～0.08%。

进一步的，所述树脂稀释剂具体可为异佛尔酮，所述增塑剂具体可为邻苯二甲酸二丁酯，所述分散剂具体可为D-3021，具体可选用罗门哈斯公司生产的产品。

本发明第二方面提供一种制备如上文所述的高导热塞孔材料的方法，包括如下步骤：

1）将塞孔树脂加入到树脂稀释剂中，搅拌以降低塞孔树脂的粘稠度，粘度约为60～80Pa·s；

2）按照塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：（1.5～2）的量称取银包铜粉，向银包铜粉中加入增塑剂和分散剂；

3）将步骤1）中稀释后的塞孔树脂、及步骤2）中混合有增塑剂和分散剂的银包铜粉转移入球磨罐中，向其中加入球磨介质，研磨混合4～6小时；

4）将步骤3）研磨后所得的物料转移至真空蒸发仪中，陈化2～6小时，在真空条件下去除球磨介质，当物料粘度达到40～50Pa·s时，将物料从真空蒸发仪中取出，得到高导热塞孔材料。

进一步的，所述球磨介质具体可为无水乙醇、丙酮中的至少一种，球磨介质其用量为银包铜粉质量的0.08～0.1%。

在步骤4）中，在20～25℃、真空度为0.07～0.08MPa的条件下去除球磨介质。

制备方法中，所述银包铜粉优选其粒径为1～5μm，含银量为5～10wt%。塞孔树脂和树脂稀释剂二者用量的质量比优选为1:（0.02～0.05）。所述增塑剂其用量优选为银包铜粉质量的0.02～0.05%，所述分散剂其用量优选为银包铜粉质量的0.05～0.08%。

本发明的塞孔材料配方体系中，塞孔树脂和银包铜粉按照质量比1：（1.5～2）的比例配合，制得的塞孔材料其具有良好的热导率，良好的耐温特性，以及很好的化学稳定性和尺寸稳定性。所制得的塞孔材料固化后，其导热系数为100～150W/(K·m)，线性膨胀系数约为15×10^-6/K，完全胜任高功率器件工作时，需求的热导率和线膨胀匹配问题。

本发明在制备塞孔材料时，以球磨工艺混合获得具有高导热、高稳定性热固性塞孔材料，本发明材料可用来给印刷电路板塞孔，特别适用于大电流密度场合，可解决器件运行过程中局部过热的问题。

本发明提供的塞孔材料可以采用常规油墨塞孔的丝印成型方式进行塞孔。本发明的塞孔材料中所用的银包铜粉不仅具有比纯铜粉更加优良的高温抗氧化性，而且价格比纯银粉低廉，并具有优秀的导热性和导电性，在树脂热固化过程中，银包铜粉和塞孔树脂之间仍然保持良好的热稳定性和化学稳定性。本申请的发明人发现，采用银包铜粉按照1：（1.5～2）的配比弥散在塞孔树脂基体中，形成网络状导电通路，可以作为现有的“全铜填充”工艺的廉价替代方案。

目前，本技术领域对以银包铜粉为导热介质、以塞孔树脂为基体的复合材料，将其作为应用于电路封装领域的高导热塞孔材料的研究很少。究其原因，主要是由于面临几个亟待解决的技术难题：首先，由于银包铜粉是无机金属材料，而塞孔树脂为有机材料，两者原子或分子键性不同，如何让二者均匀混合，以消除两者界面差异，从而提高粉体的弥散性并提高两者之间结合力，是需要克服的技术问题之一。其次，如何在制备高导热的塞孔材料时，保证所添加的导热填料具有良好的热稳定性，也是需要解决的一个技术问题。再者，作为塞孔材料，材料固化前必须具备一定的流动性，而固化后又必须具有优良的热稳定性，并且固化条件不能过于苛刻，以满足塞孔工艺的需要。最后，银作为银包铜粉的壳层，厚度仅为几十纳米，极易被破坏，壳层一旦破坏会导致露铜，从而影响所制备的塞孔材料的化学稳定性。本发明的技术方案很好的克服了上述问题，本发明通过控制银包铜粉和塞孔树脂的比例，并在其中掺入增塑剂进一步改善塞孔材料可塑性，掺入分散剂提高银包铜粉在混合时候的分散性能，进而获得了一种具有高导热率、高稳定的塞孔材料。采用本发明的制备方法制得的塞孔材料，其在140℃固化20min后，其耐热温度可达500K以上，其热导率最高可达150W/(K·m)，线性膨胀系数约为15×10^-6/K，耐温性好。本发明制备的塞孔材料应用于电子封装领域，可有效扩大高功率器件的使用范围。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

一种塞孔材料，按如下步骤制备：

1）将树脂稀释剂异佛尔酮加入到塞孔树脂（具体为一液型热固化性环氧树脂）中，充分搅拌30min，以降低塞孔树脂的粘稠度，其中塞孔树脂和树脂稀释剂的质量比为1:0.02；

2）按照塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：1.5的量称取粒径为1～5μm、含银5～10wt%的银包铜粉，向银包铜粉中加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和分散剂D-3021（罗门哈斯公司），其中，增塑剂、分散剂的用量分别为银包铜粉质量的0.02%和0.05%；

3）将步骤1）中稀释后的塞孔树脂、及步骤2）中混合有增塑剂和分散剂的银包铜粉转移入球磨罐中，向其中加入质量为银包铜粉质量的0.08%的球磨介质无水乙醇，以300r/min球磨混合4小时，得到球磨后物料，呈浆料状；

4）将步骤3）研磨后所得的物料转移至真空蒸发仪中，20～25℃温度范围内，陈化2小时，在真空度为0.07MPa的负压条件下去除球磨介质，当物料粘度达到40Pa·s时，将物料从真空蒸发仪中取出，得到高导热塞孔材料。

本实施例中所用的一液型热固化性环氧树脂为台湾联致工业公司生产的FHR-9系列树脂。

实施例2

一种塞孔材料，按如下步骤制备：

1）将树脂稀释剂异佛尔酮加入到塞孔树脂（具体为一液型热固化性环氧树脂）中，充分搅拌30min以上，以降低塞孔树脂的粘稠度，其中塞孔树脂和树脂稀释剂的质量比为1:0.05；

2）按照塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：2的量称取粒径为1～5μm、含银5～10wt%的银包铜粉，向银包铜粉中加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和分散剂D-3021（罗门哈斯公司），其中，增塑剂、分散剂的用量分别为银包铜粉质量的0.05%和0.08%；

3）将步骤1）中稀释后的塞孔树脂、及步骤2）中混合有增塑剂和分散剂的银包铜粉转移入球磨罐中，向其中加入质量为银包铜粉质量的0.1%的球磨介质无水乙醇，以300r/min球磨混合6小时，得到球磨后物料，呈浆料状；

4）将步骤3）研磨后所得的物料转移至真空蒸发仪中，25℃温度范围内，陈化6小时，在真空度为0.08MPa的负压条件下去除球磨介质，当物料粘度达到50Pa·s时，将物料从真空蒸发仪中取出，得到高导热塞孔材料。

本实施例中所用的一液型热固化性环氧树脂为台湾联致工业公司生产的FHR-9系列树脂。

实施例3

一种塞孔材料，按如下步骤制备：

1）将树脂稀释剂异佛尔酮加入到塞孔树脂（具体为一液型热固化性环氧树脂）中，充分搅拌50min以上，以降低塞孔树脂的粘稠度，其中塞孔树脂和树脂稀释剂的质量比为1:0.04；

2）按照塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：1.7的量称取粒径为1～5μm、含银5～10wt%的银包铜粉，向银包铜粉中加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和分散剂D-3021（罗门哈斯公司），其中，增塑剂、分散剂的用量分别为银包铜粉质量的0.04%和0.07%；

3）将步骤1）中稀释后的塞孔树脂、及步骤2）中混合有增塑剂和分散剂的银包铜粉转移入球磨罐中，向其中加入质量为银包铜粉质量的0.09%的球磨介质丙酮，以300r/min球磨混合5小时，得到球磨后物料，呈浆料状；

4）将步骤3）研磨后所得的物料转移至真空蒸发仪中，20℃温度范围内，陈化4小时，在真空度为0.08MPa的负压条件下去除球磨介质，当物料粘度达到45Pa·s时，将物料从真空蒸发仪中取出，得到高导热塞孔材料。

本实施例中所用的一液型热固化性环氧树脂为苏州太阳油墨公司生产的THP-100系列。

将实施例1、2、3所得的塞孔材料在140℃固化20min后，经检测，其耐热温度均可达500K以上；用实施例1、2、3的塞孔材料制备的热导率测试样品（即直径为25mm，厚度为2mm的标准样品），测试其热导率均可达150W/(K·m)，线性膨胀系数（即4mm×4mm×20mm的四方柱）约为15×10^-6/K；用实施例1、2、3的塞孔材料去填塞6层电路板上孔径为200μm，深度为400μm的通孔，经288℃浸焊测试20s，电路板样品均可以耐热冲击循环5次，而未发现“爆板”现象。

实践证明，本发明可制得高热导率、耐温特性良好的塞孔材料，本发明制备的塞孔材料可应用于电子封装领域，有助于扩大高功率器件的使用范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种高导热塞孔材料，其特征在于，所述塞孔材料其配方含有如下组分：塞孔树脂、银包铜粉，其中，塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：(1.5～2)；所述塞孔材料其配方中还含有树脂稀释剂、增塑剂和分散剂，塞孔树脂和树脂稀释剂的质量比为1:(0.02～0.05)，所述增塑剂其质量为银包铜粉质量的0.02～0.05％，所述分散剂为银包铜粉质量的0.05～0.08％。

2.根据权利要求1所述的高导热塞孔材料，其特征在于，所述银包铜粉其粒径为1～5μm，含银量为5～10wt％。

3.根据权利要求1所述的高导热塞孔材料，其特征在于，所述塞孔树脂为一液型热固化性环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的高导热塞孔材料，其特征在于，所述树脂稀释剂为异佛尔酮，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述分散剂为D-3021。

5.一种制备如权利要求1～4任意一项所述的高导热塞孔材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将树脂稀释剂加入到塞孔树脂中，搅拌以降低塞孔树脂的粘稠度；

2)按照塞孔树脂和银包铜粉的质量比为1：(1.5～2)的量称取银包铜粉，向银包铜粉中加入增塑剂和分散剂；

3)将步骤1)中稀释后的塞孔树脂、及步骤2)中混合有增塑剂和分散剂的银包铜粉转移入球磨罐中，向其中加入球磨介质，研磨混合4～6小时；

4)将步骤3)研磨后所得的物料转移至真空蒸发仪中，陈化2～6小时，在真空条件下去除球磨介质，当物料粘度达到40～50Pa·s时，将物料从真空蒸发仪中取出，得到高导热塞孔材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述球磨介质为无水乙醇、丙酮中的至少一种，球磨介质其用量为银包铜粉质量的0.08～0.1％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4)中，在20～25℃、真空度为0.07～0.08MPa条件下去除球磨介质。