CN104497479A - 高导热绝缘层的制作方法及其金属基覆铜板 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，包括：形成高导热复合纤维；将所述高导热复合纤维研磨成纤维粉末；将所述纤维粉末和无机填料溶解于所述环氧树脂和所述固化剂所在的溶剂中形成树脂胶液；对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层。另外，本发明还提供了一种金属基覆铜板。通过本发明技术方案，可以提升绝缘层横向散热能力，提高绝缘层散热效果，降低绝缘层中无机物的填充含量，可获得导热性优良、韧性好、粘结力强的高导热绝缘层，进而提高了具有此高导热绝缘层材料的金属基覆铜板的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘层制造技术领域，更具体而言，涉及一种高导热绝缘层的制作方法和一种金属基覆铜板。
背景技术
随着电子技术的发展，电子元器件的设计越来越小型化，线路越来越精细化，因此需要满足良好的电路设计灵活性和散热特性的要求。承载电子元件的金属基覆铜板因其具有散热、绝缘性能优异和电路设计灵活，以及优异的加工特性已经被广泛应用于LED、智能功率模块以及电源等领域。
一些领域如LED照明、TV、智能功率器件、逆变器、电动马达及电源，已经广泛采用金属基板作为散热衬底对功率热源进行散热，然而对于高功率领域，因为功率元件发热量过高，直接导致元件寿命和安全性问题，因此对金属基板的散热能力提出了更高的要求。
传统的金属基板实现绝缘和散热的做法是通过添加导热型无机粉末如三氧化二铝、氧化硅、氮化铝、氮化硼以及氮化硅来实现，但这些传统方法存在诸多不足之处：
一方面导热型无机粉末的散热方法通过填充大量的导热无机粉末来实现散热，使韧性下降，绝缘层普遍体现出较大的脆性和粘结性差的缺点，容易在冲压等加工过程中产生裂纹或绝缘层从板材表面剥离，给产品可靠性带来极大的风险；
另一方面，大功率器件需要良好的横向散热，使热量快速分布在散热基板内部，无机粉末填充，横向和纵向散热效果一致，不能满足大功率器件快速横向散热的需求。
因此，提出一种横向散热性能优异且可靠性高的高导热绝缘层材料的制作方法成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种高导热绝缘层的制作方法。
本发明的另一个目的在于提出一种金属基覆铜板。
为实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例，提出了一种高导热绝缘层的制作方法，包括：形成高导热复合纤维；将所述高导热复合纤维研磨成纤维粉末；将所述纤维粉末和无机填料溶解于环氧树脂和固化剂所在的溶剂中形成树脂胶液；对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，高导热符合纤维粉末主要用于绝缘层的横向散热，而且能增加树脂胶液的粘结力使高导热绝缘层更具有韧性，无机填料具有非常好的导热性，主要用于绝缘层的纵向散热，具体地，通过在高导热绝缘层的制作过程中加入高导热绝缘纤维，提升了绝缘层横向散热能力，另外，通过降低绝缘层中无机物的填充含量，可获得导热性优良、韧性好、粘结力强的高导热绝缘层，提高了高导热绝缘层的结构可靠性。。
另外，根据本发明上述实施例的高导热绝缘层的制作方法，还可以具有以下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，形成高导热复合纤维，包括以下具体步骤：将热塑性材料溶解形成热塑性溶剂；在所述热塑性溶剂中加入无机粉末，所述无机粉末充分溶解于所述热塑性溶剂以形成复合纤维溶剂；对所述复合纤维溶剂进行纺丝化处理以形成所述高导热复合纤维。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，高导热复合纤维的纤维丝结构不但能增加树脂胶液的粘结力，而且纤维丝结构相当于在高导热绝缘层中增加了导热通道，有利于实现高导热。
根据本发明的一个实施例，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于10-50％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述固化剂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-5％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-10％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述无机填料在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于20-60％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述无机填料包括三氧化二铝、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁以及氮化硅中的一种或多种的任意组合。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，通过加入无机填料，增强了高导热绝缘层的结构可靠性和绝缘效果。
根据本发明的一个实施例，所述热塑性材料包括液晶聚合物，聚苯硫醚，聚砜，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的任意组合
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，通过热塑性材料形成热塑性溶剂作为形成高导热复合纤维的溶剂，增强了高导热复合纤维的耐高温特性和结构可靠性，具体地，高导热绝缘层在后期的固化处理过程中，与温度高达200摄氏度以上的金属板材(如铝板)接触，热塑性材料降低了高导热绝缘层的耐高温特性，进而降低了高导热绝缘层被高温金属板材的热量熔化、分解或结构畸变等可能性。
根据本发明的一个实施例，在所述无机填料为三氧化二铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为10％，所述三氧化二铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为40％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为45％。
根据本发明的一个实施例，对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层，包括以下具体步骤：对所述树脂胶液进行分段半固化处理，所述分段半固化处理包括在预定时间内依次进行90摄氏度烘烤处理、100摄氏度烘烤处理、120摄氏度烘烤处理、160摄氏度烘烤处理以及180摄氏度烘烤处理。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，通过对树脂胶液进行分段半固化处理，增强了高导热绝缘层的致密性和结构可靠性，具体地，对树脂胶液进行固化处理的过程中，可以将树脂胶液涂布于树脂薄膜后进行分段半固化处理，如果在固化过程中升温太快，树脂胶液表面先固化会导致树脂胶液内部产生的大量气泡无法逸出，另外，通过分段半固化处理也可以促进各种有机材料的化学键聚合，值得指出的是，半固化过程在保证高导热绝缘层的结构可靠性的同时，可以实现高导热绝缘层的便捷去除。
根据本发明第二方面的实施例，提出了一种金属基覆铜板，包括：如上述任一项技术方案所述的高导热绝缘层的制作方法制备而成的所述高导热绝缘层。
根据本发明的实施例的金属基覆铜板，具有本发明第一方面任一实施例提供的高导热绝缘层，因此该金属基覆铜板具有上述任一实施例提供的高导热绝缘层的全部有益效果。
本发明的制作高导热绝缘层材料的方法提升了绝缘层横向散热能力，提高了绝缘层散热效果，降低了绝缘层中无机物的填充含量，可获得导热性优良，韧性好，粘结力强的高导热绝缘层，从而提高了具有此高导热绝缘层材料的金属基覆铜板的可靠性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的高导热绝缘层的制备方法的示意流程图；
图2是根据本发明的另一个实施例的高导热绝缘层的制备方法的示意流程图；
图3是根据本发明的再一个实施例的高导热绝缘层的制备方法的示意流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1至图3所示，根据本发明的实施例的高导热绝缘材料的制作方法，包括多种实施方式。
实施例一：
如图1所示，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种高导热绝缘层的制作方法，包括：步骤102，形成高导热复合纤维；步骤104，将所述高导热复合纤维研磨成纤维粉末；步骤106，将所述纤维粉末和无机填料溶解于环氧树脂和固化剂所在的溶剂中形成树脂胶液；步骤108，对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，高导热符合纤维粉末主要用于绝缘层的横向散热，而且能增加树脂胶液的粘结力使高导热绝缘层更具有韧性，无机填料具有非常好的导热性，主要用于绝缘层的纵向散热，具体地，通过在高导热绝缘层的制作过程中加入高导热绝缘纤维，提升了绝缘层横向散热能力，另外，通过降低绝缘层中无机物的填充含量，可获得导热性优良、韧性好、粘结力强的高导热绝缘层，提高了高导热绝缘层的结构可靠性。
根据本发明的一个实施例，形成高导热复合纤维，包括以下具体步骤：将热塑性材料溶解形成热塑性溶剂；在所述热塑性溶剂中加入无机粉末，所述无机粉末充分溶解于所述热塑性溶剂以形成复合纤维溶剂；对所述复合纤维溶剂进行纺丝化处理以形成所述高导热复合纤维。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，高导热复合纤维的纤维丝结构不但能增加树脂胶液的粘结力，而且纤维丝结构相当于在高导热绝缘层中增加了导热通道，有利于实现高导热。
根据本发明的一个实施例，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于10-50％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述固化剂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-5％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-10％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述无机填料在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于20-60％比例范围内。
根据本发明的一个实施例，所述无机填料包括三氧化二铝、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁以及氮化硅中的一种或多种的任意组合。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，通过加入无机填料，增强了高导热绝缘层的结构可靠性和绝缘效果。
根据本发明的一个实施例，所述热塑性材料包括液晶聚合物，聚苯硫醚，聚砜，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的任意组合
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，通过热塑性材料形成热塑性溶剂作为形成高导热复合纤维的溶剂，增强了高导热复合纤维的耐高温特性和结构可靠性，具体地，高导热绝缘层在后期的固化处理过程中，与温度高达200摄氏度以上的金属板材(如铝板)接触，热塑性材料降低了高导热绝缘层的耐高温特性，进而降低了高导热绝缘层被高温金属板材的热量熔化、分解或结构畸变等可能性。
根据本发明的一个实施例，在所述无机填料为三氧化二铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为10％，所述三氧化二铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为40％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为45％。
根据本发明的一个实施例，对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层，包括以下具体步骤：对所述树脂胶液进行分段半固化处理，所述分段半固化处理包括在预定时间内依次进行90摄氏度烘烤处理、100摄氏度烘烤处理、120摄氏度烘烤处理、160摄氏度烘烤处理以及180摄氏度烘烤处理。
根据本发明的实施例的高导热绝缘层的制作方法，具体来说，树脂胶液在烘烤过程中升温太快会产生气泡，在预定时间内依次进行分段升温烘烤可以避免树脂胶液在固化过程中产生气泡。
实施例二：
根据本发明的一个实施例，高导热绝缘层的成分构成：高导热复合纤维在高导热绝缘层的组分构成比例处于15-45％比例范围内，固化剂在高导热绝缘层的组分构成比例处于2-4％比例范围内，环氧树脂在高导热绝缘层的组分构成比例处于2-9％比例范围内，无机填料在高导热绝缘层的组分构成比例处于25-55％比例范围内。
如图2所示，基于上述的高导热绝缘层的成分构成，相应的高导热绝缘层的制作方法，包括：步骤202，先将热塑性高分子原料溶解，再加入高导热无机粉末充分搅拌后，形成混合物；步骤204，将混合物纺丝，干燥后形成高导热复合纤维丝；步骤206，将高导热复合纤维丝研磨成粉末；步骤208，将高导热复合纤维丝粉末和无机填料一起添加到环氧树脂、固化剂、溶剂体系中，充分搅拌后形成树脂胶液；步骤210，将树脂胶液均匀涂布在树脂薄膜上，经过烘烤半固化后形成高导热绝缘层。
实施例三：
根据本发明的一个实施例，高导热绝缘层的成分构成：在所述无机填料为三氧化二铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为10％，所述三氧化二铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为40％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为45％。
如图3所示，基于上述的高导热绝缘层的成分构成，相应的高导热绝缘层的制作方法，包括：步骤302，将液晶聚合物利用N、N-二甲基甲酰胺溶剂溶解，加入高导热无机粉末三氧化二铝，于室温下充分搅拌，形成混合物；步骤304，将混合物纺丝，在180℃温度下热风干燥，制作成高导热复合纤维丝；步骤306，在室温下将高导热复合纤维丝在球磨机内研磨成粉末；步骤308，将研磨好的高导热复合纤维粉末和三氧化二铝一起添加到环氧树脂、二胺基二苯砜、丙酮体系中，在室温下利用高速搅拌机充分搅拌成树脂胶液；步骤310，在室温下用涂布机将树脂胶液均匀涂布在树脂薄膜上，涂布机涂布速度为2m/min，再经过分段烘烤半固化，烘烤温度分别为90℃、100℃、120℃、160℃和180℃，最终制作成高导热绝缘层。
根据本发明的一个实时例的高导热绝缘层的结构组分包括多种实施例。
实施例一：
在所述无机填料为三氧化二铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为10％，所述三氧化二铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为40％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为45％。
实施例二：
在所述无机填料为氮化铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为6％，所述氮化铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为50％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为3％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为41％。
实施例三：
在所述无机填料为氧化镁时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯甲烷，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为8％，所述氧化镁在所述高导热绝缘层的组分构成比例为30％，所述4、4-二胺基二苯甲烷在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为57％。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种高导热绝缘层的制作方法和一种金属基覆铜板，通过在高导热绝缘层中加入指定比例的无机填料，以及对应无机填料的制作方法，提高了高导热绝缘层的导热性，具体地，高导热符合纤维粉末主要用于绝缘层的横向散热，而且能增加树脂胶液的粘结力使高导热绝缘层更具有韧性，无机填料具有非常好的导热性，主要用于绝缘层的纵向散热。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，包括：
形成高导热复合纤维；
将所述高导热复合纤维研磨成纤维粉末；
将所述纤维粉末和无机填料溶解于环氧树脂和固化剂所在的溶剂中形成树脂胶液；
对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层。
2.根据权利要求1所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，形成高导热复合纤维，包括以下具体步骤：
将热塑性材料溶解形成热塑性溶剂；
在所述热塑性溶剂中加入无机粉末，所述无机粉末充分溶解于所述热塑性溶剂以形成复合纤维溶剂；
对所述复合纤维溶剂进行纺丝化处理以形成所述高导热复合纤维。
3.根据权利要求1所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于10-50％比例范围内。
4.根据权利要求1所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述固化剂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-5％比例范围内。
5.根据权利要求1所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于1-10％比例范围内。
6.根据权利要求1所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述无机填料在所述高导热绝缘层的组分构成比例处于20-60％比例范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述无机填料包括三氧化二铝、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁以及氮化硅中的一种或多种的任意组合。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，所述热塑性材料包括液晶聚合物，聚苯硫醚，聚砜，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的任意组合。
9.根据权利要求8所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，在所述无机填料为三氧化二铝时，所述固化剂为4、4-二胺基二苯砜，其中，所述环氧树脂在所述高导热绝缘层的组分构成比例为10％，所述三氧化二铝在所述高导热绝缘层的组分构成比例为40％，所述4、4-二胺基二苯砜在所述高导热绝缘层的组分构成比例为5％，所述高导热复合纤维在所述高导热绝缘层的组分构成比例为45％。
10.根据权利要求9所述的高导热绝缘层的制作方法，其特征在于，对所述树脂胶液进行固化处理以形成所述高导热绝缘层，包括以下具体步骤：
对所述树脂胶液进行分段半固化处理，所述分段半固化处理包括在预定时间内依次进行90摄氏度烘烤处理、100摄氏度烘烤处理、120摄氏度烘烤处理、160摄氏度烘烤处理以及180摄氏度烘烤处理。
11.一种金属基覆铜板，其特征在于，包括：如权利要求1至10中任一项所述的高导热绝缘层的制作方法制备而成的所述高导热绝缘层。
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