CN111334131A - 一种环氧组合物及具有防焊裂性能的导热铝基板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环氧组合物及具有防焊裂性能的导热铝基板，涉及金属基覆铜板技术领域。本发明提供的环氧组合物，通过引入改性的柔性环氧树脂和反应性橡胶，与普通环氧树脂搭配，固化后的环氧组合物具有低的弹性模量和高的导热率，经实验验证，固化后的环氧组合物可应用于金属基覆铜板的绝缘层中，该绝缘层的导热系数≥1.5W/m·K；25℃时的弹性模量可达到1.3GPa，玻璃化温度(Tg)为73℃，且模量随温度升高快速下降，50℃时为0.7GPa，120℃时为0.2GPa。本发明提供的具有防焊裂性能的导热铝基板，其绝缘层可根据温度变化发生形变，吸收金属基板因热胀冷缩产生的应力，具有优异的防焊盘开裂特性，降低了焊接失效风险，提升了产品的可靠性。

Description

一种环氧组合物及具有防焊裂性能的导热铝基板

技术领域

本发明涉及金属基覆铜板技术领域，尤其涉及一种环氧组合物及具有防焊裂性能的导热铝基板。

背景技术

随着金属基板的应用不断变化，使用领域已经从普通照明，拓展到要求更高的汽车照明和大功率电源领域，其中汽车照明对LED的发光强度和基板的可靠性要求不断提高。大功率电源对绝缘稳定性和散热的要求越来越高；常用散热方式为采用金属基覆铜板作为载板，配合外部散热器进行散热，对金属基覆铜板的热导率要求较高，同时需要具有较好的耐压性能，其中对整板性能影响最大的是绝缘层的性能。

绝缘层的成分主要为导热填料填充的热固性高分子树脂复合材料，为平衡热导率、耐热性和绝缘性等各项性能指标，一般都采用较高玻璃化温度(Tg)的树脂体系，且导热填料的添加比例极高，导致固化后的导热绝缘层的模量都较高，脆性较大。常规铝基板用的5052系铝板CTE值在25～27ppm，芯片的CTE一般在10ppm以下，两者差异越大，涨缩后应力产生越大。随着材料多次的冷热循环冲击，产生的应力无法得到有效的释放，锡膏焊接位置就容易开裂，严重时甚至会导致焊盘脱落。

传统的铝基板绝缘层大多为环氧体系，纯的环氧树脂固化后，室温下的模量一般在2GPa以上，当填料添加量达到80％以上时，模量更是高达10GPa以上，因此吸收应力效果差，焊接位置失效的风险大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在不降低绝缘层热导率，通过改变树脂体系配方，来降低固化后绝缘层的弹性模量，使绝缘层更加柔软，同时绝缘层还必须具有较好的耐热性和长期可靠性。

本发明的目的是提供一种环氧组合物，以获得具有较低的弹性模量和较高的导热率的绝缘层。

本发明的另一目的是提供一种具有防焊裂性能的导热铝基板，包括上述的绝缘层。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种环氧组合物，所述环氧组合物具有以下特征：

粘度4000～5000cps；

所述环氧组合物固化后25℃下的弹性模量<2GPa；

所述环氧组合物固化后的导热系数≥1.5W/m·K；

按重量份计，包括以下组分：

柔性环氧树脂20～40份；

液体环氧树脂5～15份；

固体环氧树脂5～10份；

反应性橡胶25～40份；

其中，所述柔性环氧树脂为环氧树脂与柔性链段的共聚物；

所述反应性橡胶由可反应性基封端，所述可反应性基选自羧基、环氧基、羟基中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述柔性链段为物质A与物质B的共聚物；

所述物质A选自聚醚橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、液体聚硫橡胶、含羟基长链有机化合物、端羧基聚酯中的至少一种；

所述物质B选自普通双酚A环氧和/或长链的脂肪族环氧。

其进一步地技术方案为，所述反应性橡胶选自丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述液体环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述固体环氧树脂选自苯氧树脂，联苯型环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述环氧组合物还包括以下重量份组分：

环氧胺类固化剂1～10份；

溶剂25～30份；

促进剂0.5～2份；

添加剂3～5份；

高导热填料400～600份。

其进一步地技术方案为，所述添加剂选自有机硅烷类增稠剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述高导热填料选自氮化硼、球形氧化铝、角形氧化铝、氢氧化铝、氮化铝中的至少一种。

其进一步地技术方案为，所述高导热填料的粒径为5-10μm。

本发明还提供所述的环氧组合物在高导热金属基覆铜板中的应用。

第二方面，本发明提供一种具有防焊裂性能的导热铝基板，具有铝板-绝缘层-铜箔的结构，所述绝缘层由第一方面所述的环氧组合物固化而得。

其进一步地技术方案为，所述绝缘层厚度为80-120um。

与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

本发明提供的环氧组合物，通过引入改性的柔性环氧树脂和反应性橡胶，与普通环氧树脂搭配，固化后的环氧组合物具有低的弹性模量和高的导热率，经实验验证，固化后的环氧组合物应用于金属基覆铜板的绝缘层中，该绝缘层的导热系数≥1.5W/m·K；25℃时的弹性模量为1.3GPa，玻璃化温度(Tg)为73℃，且模量随温度升高快速下降，50℃时为0.7GPa，120℃时为0.2GPa。

由于本发明提供的环氧组合物固化后具有低的弹性模量和高的导热率，可根据温度变化发生形变，吸收金属基板因热胀冷缩产生的应力，适用于高绝缘、高导热的金属基覆铜板产品中。

本发明提供的具有防焊裂性能的导热铝基板，其绝缘层为上述环氧组合物，稳定性好、具有低的弹性模量和高的导热率，在加工过程中，边缘不容易出现开裂和掉屑等风险，进一步提高产品质量；长期使用也能够确保品质。以上综合特性决定了该铝基板具有优异的防焊盘开裂特性，降低了焊接失效风险，提升了产品的可靠性。

具体实施方式

下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

本发明实施例提供一种环氧组合物，所述环氧组合物具有以下特性：

粘度4000～5000cps；

所述环氧组合物固化后25℃下的弹性模量<2GPa；

所述环氧组合物固化后的导热系数≥1.5W/m·K；

按重量份计，包括以下组分：

柔性环氧树脂20～40份；

液体环氧树脂5～15份；

固体环氧树脂5～10份；

反应性橡胶25～40份；

其中，所述柔性环氧树脂为环氧树脂与柔性链段的共聚物；

所述反应性橡胶由可反应性基封端，所述可反应性基选自羧基、环氧基、羟基中的至少一种。

本实施例根据环氧组合物的特性进行筛选，通过柔性环氧树脂和反应性橡胶，与普通环氧树脂的搭配，得到的环氧组合物固化后具有低的弹性模量和高的导热率，经实验验证，固化后的环氧组合物应用于金属基覆铜板的绝缘层中，该绝缘层的导热系数≥1.5W/m·K；25℃时的弹性模量为1.3GPa，玻璃化温度(Tg)为73℃，且模量随温度升高快速下降，50℃时为0.7GPa，120℃时为0.2GPa。

具体实施中，所述柔性链段为物质A与物质B的共聚物；

所述物质A选自聚醚橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、液体聚硫橡胶、含羟基长链有机化合物、端羧基聚酯中的至少一种；

所述物质B选自普通双酚A环氧和/或长链的脂肪族环氧。

所述反应性橡胶选自丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶中的至少一种。

例如，在一实施例中，所述反应性橡胶选自由羧基封端的丁苯橡胶。

在一实施例中，所述反应性橡胶选自由环氧基封端的乙丙橡胶。

在一实施例中，所述反应性橡胶选自由环氧基封端的聚氨酯橡胶。

具体实施中，液体环氧树脂可以是双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂等。

例如，在一实施例中，液体环氧树脂是双酚A型环氧树脂。

在一实施例中，液体环氧树脂是间苯二酚型环氧树脂。

本发明实施例还提供一种环氧组合物，所述环氧组合物包括以下重量份组分：

柔性环氧树脂20～40份；

液体环氧树脂5～15份；

固体环氧树脂5～10份；

反应性橡胶25～40份；

环氧胺类固化剂1～10份；

溶剂25～30份；

促进剂0.5～2份；

添加剂3～5份；

高导热填料400～600份。

在其他实施例中，所述环氧组合物包括以下重量份组分：

柔性环氧树脂28～35份；

液体环氧树脂8～12份；

固体环氧树脂8～12份；

反应性橡胶28～35份；

环氧胺类固化剂3～7份；

溶剂28份；

促进剂1份；

添加剂4份；

高导热填料450-550份。

可以理解地是，对于环氧胺类固化剂、溶剂、促进剂、添加剂、高导热填料的选择，本领域技术人员有能力根据现有的公开文件、以及特性要求进行选用，本发明对环氧胺类固化剂、溶剂、促进剂、添加剂、高导热填料的具体物质不做限定。例如：

所述环氧胺类固化剂可为公开已知的环氧胺类固化剂，如二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、二氨基二苯甲烷(DDM)、二氨基二苯砜(DDS)、双氰胺(DICY)等。

所述溶剂采用挥发性不同的溶剂配合使用，溶剂类型为常用的有机溶剂，如乙酸乙酯、乙酸了酯、苯、甲苯、丙酮、丁酮、乙醇、丁醇、丙二醇甲醚、N、N-二甲基甲酰胺等。

所述促进剂为常用的咪唑，如2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基-4乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-十七烷基咪唑等。

所述添加剂选自有机硅烷类增稠剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

所述高导热填料选自氮化硼、球形氧化铝、角形氧化铝、氢氧化铝、氮化铝中的至少一种，粒径为5-10μm。

本实施例提供的环氧树脂组合物具有以下特点：

a.合适的粘度，在添加大量的导热填料后，粘度仍然可以保持在4000～5000cps，涂布操作性好，成膜性好。

b.固化后具有柔软性，可弯折，25℃下弹性模量<2GPa，耐热性及稳定性好，长期使用可靠性良好。

c.固化后具有较高的导热性能，热导率可达1.6w/m·K，具有较高的绝缘强度，耐电压可达到6500V(100um)。

本发明实施例还提供所述的环氧组合物在高导热金属基覆铜板中的应用。

本发明提供一种具有防焊裂性能的导热铝基板，具有铝板-绝缘层-铜箔的结构，所述绝缘层由上述的环氧组合物固化而得。

具体实施中，所述绝缘层厚度为80-120um。

本实施例还提供具有防焊裂性能的导热铝基板的制备方法，包括以下步骤：

1、按环氧组合物的比例称量组分并混合均匀，高速剪切搅拌1小时，进行砂磨分散混合，经静置脱泡处理，制得所需的环氧组合物，粘度为4000～5500cps。

2、将所得的环氧组合物，均匀涂布在铜箔上，将环氧组合物烘干得到绝缘层，厚度100um，表观良好，无起泡空洞缺陷，制得RCC半成品，涂布时环氧组合物流动度控制在5～10％。

3、将涂布所得的RCC半成品，裁切成合适的尺寸，与对应尺寸的4045系铝板叠合，放入高温真空层压机中，热压固化，得到成品具有防焊裂性能的导热铝基板。

本发明的具体实施例及对比例所用组分见表1，实施例中使用到的分散剂、添加剂、溶剂为本领域的常规添加，本发明对此不做限定，其不影响本发明的技术效果。

表1实施例及对比例的环氧组合物组分表

性能测试

利用实施例一-四及对比例一-二与传统环氧体系得到的环氧组合物按前述方法制备铝基板，将制好的铝基板成品，按照导热铝基板的性能要求测试标准进行剥离强度、耐电压、热导率以及DMA模量和DMA玻璃化温度测试。性能测试结果如下表2：

表2测试结果

由表2可知，使用本发明提供的环氧组合物制得的铝基板，具有较高的导热率和较低的弹性模量，防焊裂性能优秀。

按照实施例1所确定的配方比例，制作具有防焊裂性能的导热铝基板成品，裁切为100mm×100mm尺寸的正方形，蚀刻表面铜箔，制作成击穿电压及剥离强度高温老化样品，进行测试，结果如下表3所示：

表3、击穿电压及剥离强度高温老化测试数据

从测试结果表3可知，经过220℃1000h以上的高温老化后，本发明提供的具有防焊裂性能的导热铝基板击穿电压及剥离强度的保持率仍然在50％以上，因此，长期使用的绝缘可靠性高。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种环氧组合物，特征在于，包括以下重量份组分：

柔性环氧树脂20～40份；

液体环氧树脂5～15份；

固体环氧树脂5～10份；

反应性橡胶25～40份；

其中，所述柔性环氧树脂为环氧树脂与柔性链段的共聚物；

所述反应性橡胶由可反应性基封端，所述可反应性基选自羧基、环氧基、羟基中的至少一种。

2.如权利要求1所述的环氧组合物，其特征在于，所述柔性链段为物质A与物质B的共聚物；

所述物质A选自聚醚橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、液体聚硫橡胶、含羟基长链有机化合物、端羧基聚酯中的至少一种；

所述物质B选自普通双酚A环氧和/或长链的脂肪族环氧。

3.如权利要求1所述的环氧组合物，其特征在于，所述反应性橡胶选自丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶中的至少一种。

4.如权利要求1所述的环氧组合物，其特征在于，所述液体环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂中的至少一种。

5.如权利要求1所述的环氧组合物，其特征在于，所述固体环氧树脂选自苯氧树脂，联苯型环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂中的至少一种。

6.如权利要求1所述的环氧组合物，其特征在于，还包括以下重量份组分：

环氧胺类固化剂1～10份；

溶剂25～30份；

促进剂0.5～2份；

添加剂3～5份；

高导热填料400～600份。

7.如权利要求6所述的环氧组合物，其特征在于，所述添加剂选自有机硅烷类增稠剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

8.如权利要求6所述的环氧组合物，其特征在于，所述高导热填料选自氮化硼、球形氧化铝、角形氧化铝、氢氧化铝、氮化铝中的至少一种。

9.如权利要求1-8任一项所述的环氧组合物在高导热金属基覆铜板中的应用。

10.一种具有防焊裂性能的导热铝基板，其特征在于，具有铝板-绝缘层-铜箔的结构，所述绝缘层由权利要求1-8任一项所述的环氧组合物固化而得。