CN108329847A - 一种铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜及其制备方法 - Google Patents

一种铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型的铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜及其制备方法。铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，包括：固体环氧树脂5％～30％；硼改性酚醛树脂固化剂1％～30％；热塑性树脂1％～20％；增韧剂1％～10％；偶联剂0.01％～3％；触变剂0.1％～5％；溶剂20％～40％；导热填料30％～70％。本发明通过采用硼改性酚醛固化剂明显著提高了胶膜的耐热性和抗剥离强度，并大大改善胶膜的储存期和操作期；并利用热塑性树脂有效调控胶膜高温时的流变性能，解决现有铝基板制备过程中流胶问题。本发明提供的新型高性能导热绝缘胶膜具有耐热性好、导热率高、粘结性强、耐浸焊和回流焊等特点，可广泛应用于固态继电器、大功率晶体管、脉冲电机驱动器及LED等领域，并对提高功率器件及产品的可靠性具有重要价值。

Description

一种铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能导热绝缘胶膜制备，特别涉及一种铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜的制备方法。
背景技术
随着电子产品向微型化、轻薄化、高密度化和高性能化发展，印刷电路板(PCB)上元件组装密度和集成度越来越高，功率消耗越来越大，对PCB基板的散热性要求越来越迫切，如果基板的散热性不好，就会导致PCB板上元器件过热，从而使整机可靠性下降。为了保证元器件的寿命及可靠性,必须及时的将产生的热量输散出去。然而，传统的FR-4覆铜板的热导率比较低，为0.18W/(m·k)～0.25W/(m·k)，无法满足当前印刷线路板的大功率化、高导热化、高速化、高频化发展的要求。因此，高性能金属PCB基板应运而生，其中应用最广的铝基覆铜板。
铝基覆铜板是由金属层(金属铝薄板)、绝缘介质层(环氧树脂等)和铜箔(电解铜箔、压延铜箔等)三位一体复合制成的印制电路板用特殊基板材料，其中绝缘层是铝基覆铜板最核心的技术，主要起到粘接，绝缘和导热的功能。这就要求绝缘胶膜具有很好的柔韧性，同时要求其固化后具有导热率高、介电常数低、剥离强度大、击穿电压高、耐阻焊性好等特点。目前国际上技术领先的铝基板绝缘层则是采用特殊的聚合物与高导热、高绝缘的陶瓷粉末复合工艺制成胶膜，使得绝缘层具有很低的热阻，很高的绝缘强度，良好的粘结性能，同时还具有优异的粘弹性，能够吸收器件焊接和运行时所产生的机械及热应力。国际知名企业代表主要有美国贝格斯公司(The Bergquist)，日本理化工业所株式会社(NRK)、日立化成电气化学工业株式会社(DENKA)、日东电工株式会社(NITTODENKO)、住友电器工业株式会社(SUMITOMOELECTRIC)等，特别是The Bergquist公司的MP系列产品面世，引领当今大功率LED绝缘基板的世界潮流。而国内的众多铝基板生产厂家，因自身的技术、设备、材料和资金等各方面因素的制约，其绝缘层均是使用商品化的FR-4半固化片(导热系数仅为0.2W/(m·K))，这类绝缘层全部为环氧树脂构成，虽然这类绝缘层具有良好的粘结性能，该绝缘层之中没有添加任何的导热填料，因此，这种铝基板的热传导性很差，只能用于一些低端市场。尽管近年来国内金属基CCL生产厂家在此方面开展了大量研发工作，并取得一定的技术进展，但与国外知名企业同类产品在性能和稳定性方面仍存在较大的差距，譬如在导热性能偏低(<1.7W/(m·K))，绝缘强度(击穿电压)有限(120μm，<4.0kV)，热膨胀系数(CTE)的匹配性及粘结性能差，存在翘曲和开裂等问题。因此，如何提高铝基覆铜板的导热性(高导热率、低热阻)，并实现薄型化和高可靠性是当前遇到来一个亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明提供一种新型的铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜及其制备方法。
一种铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，包括：固体环氧树脂5％～30％；硼改性酚醛树脂固化剂1％～30％；热塑性树脂1％～20％；增韧剂1％～10％；偶联剂0.01％～3％；触变剂0.1％～5％；溶剂20％～40％；导热填料30％～70％。
进一步，所述固体环氧树脂选自双酚A型环氧树脂(E-20、E-12等)、双酚A型酚醛环氧树脂(KEB-3180)、邻甲酚醛环氧树脂(NPCN-704)、联苯苯酚型环氧树脂(NC3000)、双环戊二烯苯酚环氧树脂(DPNE1501)中的至少一种。
进一步，所述硼改性酚醛树脂固化剂选自硼酸、苯硼酸与苯酚、甲基苯酚、间苯二酚、对苯二酚及甲醛的反应产物，分子量为500～3000。
进一步，所述热塑性树脂选自马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、苯乙烯-马来酸酐接枝共聚物、不饱和聚酯、聚酰胺、苯氧树脂中的至少一种。
进一步，所述增韧剂选自端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端氨基液体丁腈橡胶、端环氧基液体丁腈橡胶、端羧基液体聚丁二烯橡胶、端羟基液体聚丁二烯橡胶、液体聚氨酯、核壳橡胶粒子中的至少一种。
进一步，所述偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、D-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯中的至少一种。
进一步，所述触变剂选自气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的至少一种。
进一步，所述溶剂选自甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、丁醇、异丙醇、乙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、四氢呋喃、石油醚、二甲基甲酰胺中的至少一种。
进一步，所述导热填料选自石英粉、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、碳化硅等中的至少一种。
本发明的另一目的还在于提供一种上述铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜的制备方法，其包括下述步骤：步骤A，在反应釜内依次加入热塑性树脂、固体环氧树脂和溶剂，加热搅拌，使其混合均匀，获得第一胶液；步骤B，向第一胶液内依次加入增韧剂，硼改性酚醛树脂固化剂、偶联剂、触变剂及导热填料等，搅拌均匀，获得第二胶液；步骤C，利用涂布机将将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的新型高性能导热绝缘胶膜，采用硼改性酚醛树脂作为固化剂，显著提高了胶膜的耐热性和抗剥离强度，并大大改善胶膜的储存期及操作期；
2、同时利用热塑性树脂实现对胶膜高温压制时的流变性进行有效调控，解决现有铝基板制备过程中流胶问题；
3、本发明提供的新型高性能导热绝缘胶膜，具有高导热、高剥离强度，且耐高温，能够满足国内高导热型铝基覆铜板的需求，适于大规模工业化生产，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的铝基覆铜箔板用高性能导热绝缘胶膜的制备方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
A、依次称取6份固体环氧树脂E12、3份苯乙烯-双马来酸酐接枝共聚物(Mn＝2000)、30份混合溶剂(甲苯、丁酮、丁醇体积比为4:4:1)；加入反应釜中加热至60℃，并搅拌使其完全溶解，获得第一胶液。
B、向第一胶液内依次加入1.8份羧基改性液体丁氰橡胶、6份硼改性酚醛树脂固化剂(硼酸/对苯二酚/甲醛共反应产物，Mn＝2400)、1.5份KH-560硅烷偶联剂、1.2份气相二氧化硅(R792)、80份球形氧化铝(5μm)、40份石英粉(2μm)；搅拌均匀，获得第二胶液。
C、利用涂布机将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜(膜厚：200μm，热导率：1.79W/(m·K)，抗剥离强度：1.49N/mm，击穿电压：6.0kV，300℃热失重0.41％)。
实施例2
A、依次称取10份固体环氧树脂E12、3份环氧改性丙烯酸酯(Mn＝80000)、50份混合溶剂(甲苯、丁酮、丁醇体积比为4:4:1)；加入反应釜中加热至60℃，并搅拌使其完全溶解，获得第一胶液待用。
B、向第一胶液内依次加入2.0份聚丁二烯橡胶、5份硼改性酚醛树脂固化剂(硼酸/间苯二酚/甲醛共反应产物，Mn＝1600)、1.0份KH-550硅烷偶联剂、2.0份气相二氧化硅(R792)、73份球形氧化铝(5μm)、23份球形氧化铝(500nm)；搅拌均匀，获得第二胶液。
C、利用涂布机将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜(膜厚：200μm，热导率：2.01W/(m·K)，抗剥离强度：1.58N/mm，击穿电压：6.1kV，300℃热失重0.45％)。
实施例3
A、依次称取5份固体环氧树脂E20、3.2份苯氧树脂(Mn＝50000)、50份混合溶剂(N,N-二甲基甲酰胺、丁酮、醋酸乙酯体积比为4:4:2)；加入反应釜中加热至60℃，并搅拌使其完全溶解，获得第一胶液。
B、向第一胶液内依次加入1.8份核壳结构有机硅/丙烯酸酯增韧剂、7份硼改性酚醛树脂固化剂(苯硼酸/对苯二酚/甲醛共反应产物，Mn＝1800)、1.0份KH-672硅烷偶联剂、2.0份气相二氧化硅(R792、80份球形氧化铝(10μm)、20份氮化硼(300nm)；搅拌均匀，获得第二胶液。
C、利用涂布机将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜(膜厚：200μm，热导率：2.52W/(m·K)，抗剥离强度：1.52N/mm，击穿电压：5.7kV，300℃热失重0.42％)。
实施例4
A、依次称取5份固体环氧树脂E21、1.5份马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯(Mn＝100000)、50份混合溶剂(甲苯、醋酸乙酯、丙酮体积比为7:2:1)；加入反应釜中加热至60℃，并搅拌使其完全溶解、获得第一胶液。
B、向第一胶液内依次加入1.5份液体丁腈橡胶、5份硼改性酚醛树脂固化剂(硼酸/甲基苯酚/甲醛共反应产物，Mn＝2000)、1.0份KH-69硅烷偶联剂、2.0份聚酰胺蜡(Disparlon 6500)、60份球形氧化铝(5μm)、40份氮化硼(300nm)；搅拌均匀，获得第二胶液。
C、利用涂布机将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜(膜厚：200μm，热导率：2.76W/(m·K)，抗剥离强度：1.50N/mm，击穿电压：5.8kV，300℃热失重0.42％)。

Claims (10)

1.一种铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，包括：固体环氧树脂5％～30％；硼改性酚醛树脂固化剂1％～30％；热塑性树脂1％～20％；增韧剂1％～10％；偶联剂0.01％～3％；触变剂0.1％～5％；溶剂20％～40％；导热填料30％～70％。
2.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述固体环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、联苯苯酚型环氧树脂、双环戊二烯苯酚环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述硼改性酚醛树脂固化剂选自硼酸、苯硼酸与苯酚、甲基苯酚、间苯二酚、对苯二酚及甲醛的反应产物，分子量为500～3000。
4.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述热塑性树脂选自马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯、苯乙烯-马来酸酐接枝共聚物、不饱和聚酯、聚酰胺、苯氧树脂中的至少一种。
5.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述增韧剂选自端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端氨基液体丁腈橡胶、端环氧基液体丁腈橡胶、端羧基液体聚丁二烯橡胶、端羟基液体聚丁二烯橡胶、液体聚氨酯、核壳橡胶粒子中的至少一种。
6.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、D-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述触变剂选自气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的至少一种。
8.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述溶剂选自甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、丁醇、异丙醇、乙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、四氢呋喃、石油醚、二甲基甲酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求l所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜，其特征在于：所述导热填料选自石英粉、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、碳化硅等中的至少一种。
10.一种如权利要求1所述的铝基覆铜箔板用高导热绝缘胶膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A，在反应釜内依次加入热塑性树脂、固体环氧树脂和溶剂，加热搅拌，使其混合均匀，获得第一胶液；
步骤B，向第一胶液内依次加入增韧剂，硼改性酚醛树脂固化剂、偶联剂、触变剂及导热填料等，搅拌均匀，获得第二胶液；
步骤C，利用涂布机将将制备好的第二胶液涂覆到铜箔上，并进行干燥、收卷，即可得到高导热绝缘胶膜。
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