CN110871610A - 纳米碳纤维复合材料覆铜板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米碳纤维复合材料覆铜板，属于电路板技术领域，主要包括基板，基板包括树脂和设置在树脂上下两侧的铜箔，树脂包括导电树脂和绝缘树脂，所述绝缘树脂材料包括环氧树脂、氧化铝和碳纳米管，所述导电树脂材料包括环氧树脂、铝粉和碳纳米管；本发明提供了一种加工成本低、散热效果好、制作工艺简单和环保等特点的纳米碳纤维复合材料覆铜板。

Description

纳米碳纤维复合材料覆铜板
技术领域
本发明涉及电路板技术领域，尤其涉及纳米碳纤维复合材料覆铜板。
背景技术
目前在LED及大功率模块领域使用的散热基板一般采用铝基板、铜基板等导热金属作为导热材料，因为金属的导电性能，无法直接实现双面、多层结构的电路板制造；金属的加工性能较之传统的覆铜板来说，具有在钻孔、V割等方面不好加工的特殊性，也限制了金属基覆铜板的使用范围。
双面及多层金属基覆铜板因为要做两次钻孔处理和孔壁填充树脂，具有下面几个方面的缺陷：
一、在第一次钻孔的孔内填充树脂，降低了金属基板的导热性能；
二、在第二次钻孔时对钻孔精度要求比较高，稍有偏差就会造成板材短路；
三、工艺复杂，产品成本很高。
因此，大部分金属基覆铜板都是采用的单面结构。
目前使用的金属基覆铜板，主要应用了金属的导热性能，在绝缘材料中添加一定量的导热填料，将电子元器件在使用过程中产生的热量通过散热器等导出。但是，金属表面的热辐射系数很低，在没有对流传热的条件下，聚集到金属表面的热量很难散发出去。所以需要在金属基板的背面用散热器及风扇散热，占用空间大、不利于小型、精细化生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种占用空间小，实现电路板小型化和精细化等特点的纳米碳纤维复合材料覆铜板。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
纳米碳纤维复合材料覆铜板，包括基板，其特征在于：所述基板包括树脂和设置在树脂上下两侧的铜箔，树脂包括导电树脂和绝缘树脂，所述绝缘树脂材料包括环氧树脂、氧化铝和碳纳米管，所述导电树脂材料包括环氧树脂、铝粉和碳纳米管。
进一步地，所述绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂25％-30％,氧化铝60％-75％，碳纳米管0.1％-4％。
进一步地，所述绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
进一步地，所述导电树脂各原材料百分比为环氧树脂25％-30％,铝粉60％-75％，碳纳米管3％-10％。
进一步地，所述导电树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将导电树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
进一步地，环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂替代。
进一步地，所述导电树脂内含有金属成分。
进一步地，覆铜板为单面板或双面板。
进一步地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
本发明具有以下有益效果：
本发明的纳米碳纤维复合材料覆铜板，主要依靠板材自身的散热性能，将电子元器件产生的热量通过热辐射散热的方式散发出去，省去了散热器及风扇辅助散热，节省了元件装配空间及成本。
本发明的覆铜板提高了传统铝基覆铜板等金属基覆铜板的加工性能，降低了钻孔、V割等工序的加工难度，对刀具的要求降低，增长了刀具的使用寿命，同时也提高了产品的散热能力及产品的使用范围，可以用于潮湿环境，避免了金属基板在潮湿、酸碱、盐雾等环境中因腐蚀造成的基板受损、功能下降；采用碳纳米材料对树脂进行改性，具有良好的散热特性。
附图说明
图1为本发明双面覆铜板A的结构示意图；
图2为本发明双面覆铜板B的结构示意图；
图3为本发明单面覆铜板A的结构示意图；
图4为本发明单面覆铜板B的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
参照图1，纳米碳纤维复合材料覆铜板，覆铜板为双面板。
包括基板10，基板10包括树脂100和设置在树脂100上下两侧的铜箔200，树脂包括导电树脂101和绝缘树脂102，绝缘树脂101设于导电树脂101上下两侧，导电树脂101设于覆铜板中部。
绝缘树脂102材料包括环氧树脂、氧化铝或碳纳米管，绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂28％,氧化铝70％，碳纳米管2％，其中氧化铝可以用氮化铝替代；绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
导电树脂101材料包括环氧树脂、铝粉或碳纳米管，导电树脂各原材料百分比为环氧树脂27％,铝粉68％，碳纳米管5％；导电树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将导电树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂等替代。
碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
实施例2
参照图2，纳米碳纤维复合材料覆铜板，覆铜板为双面板。
包括基板10，基板10包括树脂100和设置在树脂100上下两侧的铜箔200，其中，树脂为绝缘树脂102。
绝缘树脂102材料包括环氧树脂、氧化铝或碳纳米管，绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂25％,氧化铝73％，碳纳米管2％，其中氧化铝可以用氮化铝替代；绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂等替代。
碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
实施例3
参照图3，纳米碳纤维复合材料覆铜板，覆铜板为单面板。
包括基板10，基板10包括树脂100和设置在树脂100上侧的铜箔200，树脂包括一层导电树脂101和两层绝缘树脂102，绝缘树脂102设于导电树脂101上下两侧。
绝缘树脂102材料包括环氧树脂、氧化铝或碳纳米管，绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂25％,氧化铝71％，碳纳米管4％，其中氧化铝可以用氮化铝替代；绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
导电树脂101材料包括环氧树脂、铝粉或碳纳米管，导电树脂各原材料百分比为环氧树脂28％,铝粉66％，碳纳米管6％；导电树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将导电树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂等替代。
碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
实施例4
参照图4，纳米碳纤维复合材料覆铜板，覆铜板为单面板。
包括基板10，基板10包括树脂100和设置在树脂100上侧的铜箔200，其中，树脂为绝缘树脂102。
绝缘树脂102材料包括环氧树脂、氧化铝或碳纳米管，绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂26％,氧化铝70％，碳纳米管4％，其中氧化铝可以用氮化铝替代；绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂等替代。
碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
综上，本发明的覆铜板采用碳纳米材料对树脂进行改性，所制造的产品具有黑色的外观，实施例1和实施例3中的导电树脂材料在经过钻、铣、剪切后端断面呈现深灰色金属光泽，碳纳米管CNTs是树脂的功能填料，也是目前市场上较好的导热材料之一。
碳纳米管通过辐射或吸收的能量与它的温度、表面积和黑度等因素有关。碳纳米管是一种纳米材料，表面积大，颜色较黑，对光线的折射率只有0.045％，吸收率可以达到99.5％以上，辐射系数接近1，因此具有良好的辐射散热能力。同时，碳纳米管是一种具有纳米直径的管状碳纤维，它具有超强的韧性和强度，因此可以取代在绝缘层中起增韧作用的橡胶，提高绝缘树脂的导热性能。
本发明相对于传统的金属基覆铜板具有如下优点：
1、传统的金属基线路板在钻、铣工序中需要特殊的刀具完成，而且钻孔、铣边、槽时易产生毛刺(俗称披锋)。加工过程中因为金属的特性，易局部过热，引起刀具损坏，钻、铣处毛刺加大甚至烧坏金属基板。
本发明提高了后续产品(印制电路板)的加工性能，所有层都采用树脂混合结构，加工工艺与FR-4相同，节省了加工成本。
2、传统的金属基覆铜板(铝基板)为了增加绝缘性能及表面耐磨性能，必须进行阳极氧化，铝氧化工艺对环境有很大污染。
本发明不采用阳极氧化，板面因为树脂固化有较好的耐磨性能，完全可以满足线路板在后续使用中的要求。
3、传统的金属基覆铜板因为金属本身的特性，不耐酸、碱等溶液，印制电路板的制造工艺中蚀刻、退膜等工序需经过酸、碱溶液，必须贴保护膜进行保护。
本发明不采用金属作为基板层，不需要贴膜，节省了板材成本；金属基板依靠热传导将热量导出，在没有对流的条件下，热量很难散发出去，本发明中导入了散热材料，使产品的散热性能增强。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.纳米碳纤维复合材料覆铜板，包括基板，其特征在于：所述基板包括树脂和设置在树脂上下两侧的铜箔，树脂包括导电树脂和绝缘树脂，所述绝缘树脂材料包括环氧树脂、氧化铝和碳纳米管，所述导电树脂材料包括环氧树脂、铝粉和碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，所述绝缘树脂各原材料百分比为环氧树脂25％-30％,氧化铝60％-75％，碳纳米管0.1％-4％。
3.根据权利要求2所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，所述绝缘树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将绝缘树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
4.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，所述导电树脂各原材料百分比为环氧树脂25％-30％,铝粉60％-75％，碳纳米管3％-10％。
5.根据权利要求4所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，所述导电树脂制备方法为，将以上所有材料在树脂罐中充分搅拌，熟化后备用；再用涂布机将导电树脂材料分别涂布在PET膜或玻璃纤维布上，裁剪备用；最后经过叠板、真空压合和剪切工艺制作成型。
6.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，环氧树脂可以用聚酰亚胺、BT树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂替代。
7.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于：所述导电树脂内含有金属成分。
8.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于：覆铜板为单面板或双面板。
9.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料覆铜板，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管导热系数为6600W/m.K，多壁碳纳米管导热系数达3000W/m.K。
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