CN105163479A - 一种高导热印制电路板及其制备方法 - Google Patents

一种高导热印制电路板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高导热印制电路板及其制备方法。高导热印制电路板包括铝板，附着在铝板表面的散热涂料层，以及印制在散热涂料层表面的电路层；散热涂料主要由以下成分制成：按重量计，含甲氧基的有机硅树脂50-75份，填料24-43份，偶联剂1-3份；所述填料为氧化铝，或者氧化钙、氧化锆、氧化镁、云母中的一种或多种与氧化铝的组合。其制备方法为：对铝板进行预处理，向其表面喷涂散热涂料层，再烧结，再按照预设的电路图印制电路层，烧结。本发明的PCB板绝缘性和散热性显著提高，同时制备方法具有工艺更简单高效，影响因素少，质量更容易控制等优点。

Description

一种高导热印制电路板及其制备方法
技术领域
本发明涉及印制电路板领域，具体而言，涉及一种高导热印制电路板及其制备方法。
背景技术
印制电路板(PCB板)是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计，采用PCB板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。PCB板的用途决定了其必须具备较高的击穿电压以及较高的导热系数，在防止漏电的条件下将多余的热量散发出去，延长电子元器件的使用寿命。
现有的PCB板往往只能在部分参数上达标，例如具备了较好的击穿电压，导热系数却非常低下；或者具备了较高的导热系数，击穿电压却非常低下。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高导热印制电路板，所述的印制电路板采用了导热系数达、击穿电压高、附着力好、耐高温低温、耐化学腐蚀、与其它材料匹配性好的散热涂料层，具有绝缘效果好，散热效率高、稳定性好等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的高导热印制电路板的制备方法，该方法省去了蚀刻、去膜、水洗等工序，具有工艺更简单高效，影响因素少，质量更容易控制等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种高导热印制电路板，包括铝板，附着在所述铝板表面的散热涂料层，以及印制在所述散热涂料层表面的电路层；所述散热涂料层主要由以下成分制成：按重量计，含甲氧基的有机硅树脂50-75份，填料24-43份，偶联剂1-3份；所述填料为氧化铝，或者氧化钙、氧化钙、氧化镁、云母中的一种或多种与氧化铝的组合。
由于上述高导热印制电路板附着有导热系数和击穿电压高的散热涂料层，因此，上述印制电路板比现有的印制电路板绝缘效果好，散热效率高。
具体地，散热涂料层是以含甲氧基的有机硅树脂为粘合剂，并选用特定的比例将填料与偶联剂粘结在一起而形成，其具有高导热系数、绝缘性优越、附着力好、耐高温低温、耐化学腐蚀等特点，且与其它材料匹配性好。其中填料不仅起填充效果，而且可以提高涂料的绝缘性，偶联剂可以提高涂料的分散程度，从而提高其散热性。
经验证，上述高导热印制电路板的导热系数可以达到15W/m·K以上，击穿电压可达到2-4.2kV，剥离强度可以达到1.8N/mm以上。可见，将该铝基板用于LED灯具，可以延长LED灯的使用寿命，提高安全性。
优选地，所述散热涂料层主要由以下成分制成：按重量计，含甲氧基的有机硅树脂50-75份，氧化铝19-30份、氧化钙3-7份、氧化镁1-3份，云母1-3份，偶联剂1-3份。
采用以上涂料的基板的绝缘效果和散热性更优异，其导热系数可以达到18W/m·K以上，击穿电压可达到4.2kV以上。
优选地，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)。
该偶联剂是具有氨基、环氧基的氧基硅烷，与含甲氧基的有机硅树脂的匹配性高；而采用其他偶联剂会或多或少破坏含甲氧基的有机硅树脂的化学结构，降低涂料的粘性，导致基板结构不稳定。
优选地，所述电路层主要由铜银复合材料制成，其中按质量百分比计，银10-35％，铜75-90％。
采用以上材质，电阻低，传导效率高。
上文所述的高导热印制电路板的制备方法，包括下列步骤：
步骤A：对所述铝板进行预处理；
步骤B：向预处理后的所述铝板的表面喷涂所述散热涂料层，再烧结，得到基板；
步骤C：按照预设的电路图向所述基板上印制所述电路层，再烧结得到产品。
与传统的PCB板制作方法相比，上述制备方法仅含喷涂和烧结两道主要工序，省去了蚀刻、去膜、水洗等工序，具有工艺更简单高效，影响因素少，质量更容易控制等优点。
优选地，所述步骤B和C中烧结的方法为：在300℃以下至多烧结1h。高于300℃或者时间过长会破坏涂料层的物理结构，出现裂纹、凹凸不平等问题。
优选地，喷涂所述散热涂料层时，优选采用二甲苯为溶剂，其对涂料的溶解度高，且易挥发。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)高导热印制电路板的绝缘性和散热性显著提高，同时还具有较优的固化性、附着力、耐高温低温、耐化学腐蚀、热稳定性、与其它材料的匹配性等性能。
(2)PCB板的制备方法具有工艺更简单高效，影响因素少，质量更容易控制等优点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下文中铜银复合材料的铜银比例均指质量比。
实施例1：
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂58.9％，氧化铝28.9％，氧化钙7％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％，云母1％。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在1系铝板表面，厚度为1μm，在230℃下烧结1h成型，得到基板。
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。
实施例2：
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂58.9％，氧化铝28.9％，氧化钙7％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％，云母1％。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨，得到涂料。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在3系铝板表面，厚度为3μm，在230℃下烧结1h成型。
按照预设的电路图案，用90:10的铜银复合材料印刷电路层。
实施例3：
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂65.5％，氧化铝22.7％，氧化钙6.6％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％，云母1％。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨，将得到的涂料封存。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在5系铝板表面，厚度为2μm，在230℃下烧结1h成型。
按照预设的电路图案，用80:20的铜银复合材料印刷电路层。
实施例4：
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂74.1％，氧化铝13.7％，氧化钙7％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％，云母1％。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在6系铝板表面，厚度为2μm，在230℃下烧结1h成型。
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。
测试上述实施例1-4基板上涂料层的性能，结果如表1所示。
表中附着力测试按照《GB/T9286-1998》的标准测定；
表中二次附着力测试按照《GB/T9286-1998》的标准测定；
表中铅笔硬度测试按照《GB/T6739-1996》的标准测定；
表中高温测试测试按照《GB/T2423.33-2002》的标准测定；
表中耐温水性实验测试按照《GB/T1733-1993》的标准测定；
表中冷热循环试验测试按照《CNCIA-HG/T0004-2012》的标准测定；
表中耐药品实验测试按照《GB/T3857-1987》的标准测定；
表中耐溶剂性实验测试按照《GB/T23989-2009》的标准测定；
表中耐磨耗性实验测试按照《GB/T12721-2007》的标准测定；
表中耐候性实验测试按照《GB/T9276-1996》的标准测定；
表中耐盐雾性实验测试按照《GB/T2423.17-1993》的标准测定；
表中耐碱性实验测试按照《GB/T5556-2003》的标准测定；
表中耐酸性实验测试按照《GB/T5555-2003》的标准测定；
表中撞击实验测试按照《GB/T5095.5-1997》的标准测定；
表中绝缘性实验测试按照《GB/T8754-2006》的标准测定；
表中贴片粘着力实验测试按照《IOS4624:2002》的标准测定；
表中导热系数测试按照《GB/T10297-1998》的标准测定。
表1实施例1-4基板上涂料层的性能测试结果
实施例5
按照质量百分数的配比，称取含甲氧基的有机硅树脂58.9％，氧化铝28.9％，氧化钙7％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即硅烷偶联剂kh560)2％，云母1％。
将以上所有原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。由此可得到散热涂料。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在经阳极处理过的铝板表面，厚度为2μm，在230℃下烧结1h成型。
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。测试性能，结果如表2所示。
表2实施例5提供的铝基板的性能测试结果
测试项目 实施例5
剥离强度N/mm 1.80
表面电阻MΩ 4.5×106
体积电阻率MΩ·m 5.3×106
热阻℃/w 0.1
导热系数W/m·K 25
1MHz介电常数 5.8
热应力min 288℃，2min不起泡不分层
击穿电压kV 4.2
燃烧性 FV-0
实施例6
按照质量百分数的配比，称取含甲氧基的有机硅树脂65.5％，氧化铝22.7％，氧化钙6.6％，氧化镁2.2％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％，云母1％。
将以上所有原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。由此可得到散热涂料。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在5系铝板表面，厚度为2μm，在230℃下烧结1h成型。
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。测试性能，结果如表3所示。
表3实施例6提供的铝基板的性能测试结果
测试项目 实施例6
剥离强度N/mm 1.80
表面电阻MΩ 2.4×106
体积电阻率MΩ·m 2.5×106
热阻℃/w 0.15
导热系数W/m·K 18
1MHz介电常数 4.8
热应力min 288℃，2min不起泡不分层
击穿电压kV 2
燃烧性 FV-0
实施例7
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂50g，氧化铝19g，氧化钙3g，氧化镁1g，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷1g，云母1g。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在1系铝板表面，厚度为1μm，在250℃下烧结1h成型，得到基板
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。
实施例8
按照质量百分数的配比，取含甲氧基的有机硅树脂75g，氧化铝30g，氧化钙7g，氧化镁3g，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷3g，云母3g。
将以上原料混合并在球磨机中搅拌均匀，研磨一个小时，停止研磨并封存。
以二甲苯为溶剂，使用喷枪将此涂料均匀喷涂在1系铝板表面，厚度为1μm，在300℃下烧结1h成型，得到基板。
按照预设的电路图案，用75:35的铜银复合材料印刷电路层。
实施例1-8中的含甲氧基的有机硅树脂均为东莞市俊怡化工科技有限公司生产的GY7200-20产品。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种高导热印制电路板，其特征在于，包括铝板，附着在所述铝板表面的散热涂料层，以及印制在所述散热涂料层表面的电路层；所述散热涂料主要由以下成分制成：按重量计，含甲氧基的有机硅树脂50-75份，填料24-43份，偶联剂1-3份；所述填料为氧化铝，或者氧化钙、氧化锆、氧化镁、云母中的一种或多种与氧化铝的组合。
2.根据权利要求1所述的高导热印制电路板，其特征在于，所述散热涂料层主要由以下成分制成：按重量计，含甲氧基的有机硅树脂50-75份，氧化铝19-30份、氧化钙3-7份、氧化镁1-3份，云母1-3份，偶联剂1-3份。
3.根据权利要求1所述的高导热印制电路板，其特征在于，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的高导热印制电路板，其特征在于，所述电路层主要由铜银复合材料制成，其中按质量百分比计，银10-35％，铜75-90％。
5.权利要求1-4任一项所述的高导热印制电路板的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤A：对所述铝板进行预处理；
步骤B：向预处理后的所述铝板的表面喷涂所述散热涂料层，再烧结，得到基板；
步骤C：按照预设的电路图向所述基板上印制所述电路层，再烧结得到产品。
6.根据权利要求5所述的高导热印制电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤B和C中烧结的方法为：在300℃以下至多烧结1h。
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