CN112646508A - 一种导热双面胶带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于胶带技术领域，公开了一种导热双面胶的制备方法，导热双面胶包括导电基材，导热胶膜和离型膜，基层两侧涂覆含有孔形的导热胶膜，孔里通过电沉积的方式生长出与导热胶膜厚度一致的金属柱，导热胶膜相背于基材的一面贴覆有离型膜，本发明还提供了导热双面胶的制备方法，包括以下步骤：S1：将导热胶膜的两面覆上离型膜；S2：对双面覆有离型膜的胶膜进行钻孔处理；S3：将钻孔后的导热胶膜贴于基材两侧，并保留外侧的离型膜；S4：置于电镀液中进行双面电镀；S5：水洗烘干去除胶带两侧带孔离型膜并覆上新的离型膜，得到导热双面胶。本发明制备的导热双面胶相对于传统方法制备的导热双面胶，导热系数显著提升，可用于电子元器件的散热和粘结。

Description

一种导热双面胶带及其制备方法
技术领域
本发明属于胶带技术领域，尤其涉及一种导热双面胶带及其制备方法。
背景技术
电子科学技术在21世纪初期的发展可谓突飞猛进，极大地促进了电子设备及电子元器件不断向小型化、高集成化和多功能化发展，随之而来的问题便是这些集成化的电子元器件会在使用中产生大量热量，而这些热量一方面会影响设备性能，例如流畅性，另一方面，这些热量会造成设备的温度快速上升，影响客户的使用体验。在这些电子元器件上贴上导热胶带是改善设备发热问题的有效手段之一，并且导热胶带有着可贴性、柔软性以及小体积的特点，使其占据着较大的导热材料市场。
目前，市面上的导热胶带都是采用在胶水中加入一些导热填料的方式来提高胶带的整体导热系数，例如常见的是加入BN、Al2O3以及石墨烯等高导热物质，但是由于胶水本身的导热系数很低(普通丙烯酸胶水的导热系数一般为0.2w/(m k))，就算加入了这些高导热的填料，也无法使胶带整体的导热系数有较大提升，例如专利CN109401648A在胶水中加入了具有很高导热系数的石墨烯所制备的导热胶带的导热系数也仅有0.4-0.55w/(m k)，专利CN205382118U在胶水中加入Al2O3作为导热填料所制备的导热双面胶的导热系数为0.9-1.5w/(mk)，由此可见，开发一种新型的高导热双面胶带是很有社会意义与经济价值的。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，提出一种不同于传统导热双面胶带的制备方法，该方法制备的胶带在保证一定粘性的基础上，能极大地提高胶带的导热系数。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种导热双面胶带，包括基材，导热胶膜和离型膜，所述导热双面胶以导电基材作为中间层基材，基层两侧依次涂覆含有一定数量规则孔形孔形的导热胶膜，孔里通过电沉积的方式生长出与导热胶膜厚度一致的金属柱，所述金属柱贯穿双面胶带的导热胶膜，所述导热胶膜相背于基材的一面贴覆有离型膜，导热双面胶的结构示意图如图1所示。
在本发明的技术方案中，含有孔形的导热胶膜是通过沿着导热胶膜长度方向均匀钻孔形成的。
在本发明的技术方案中，所述基材为导电基材，导电基材可以为金属基材或经过化学镀，物理气相沉积，涂覆导电浆料处理后具有导电能力的绝缘基材，所述金属基材选自铜箔、铝箔、镍箔、铂箔、银箔、锡箔或金箔中的一种，所述绝缘基材选自玻璃纤维织物，环氧树脂玻璃纤维布、硅基材、聚合物基材、无纺布、陶瓷或木质基材中的一种，所述基材的厚度为3-100μm。
本发明还提供上述导热胶带的制备方法，包括以下步骤：
S1：将导热胶膜的两面覆上离型膜，得到双面覆有离型膜的导热胶膜；
S2：对双面覆有离型膜的导热胶膜进行钻孔处理；
S3：采用贴合机将钻孔后的导热胶膜贴覆于基材的两侧，并保持胶带两侧最外侧的离型膜得到含孔的基材胶带；
S4：将含孔的基材胶带置于电镀液中进行双面电镀，电镀时间与电流密度根据胶膜厚度来进行设定，使电镀的金属高度与胶膜厚度一致；
S5：对电镀后的胶带进行水洗烘干，去除胶带两侧带孔的离型膜，并覆上新的离型膜，得到导热双面胶带。
在本发明的技术方案中，步骤S1中，胶膜可根据实际需求制备，所述导热胶膜由树脂、固化剂、溶剂和导热填料组成，导热胶膜的制备过程为：首先将树脂与溶剂混合并充分分散，其次加入导热填料并充分分散，最后加入固化剂分散后涂覆于离型膜上经过固化得到导热胶膜；
优选的，所述导热胶膜由以下重量份组分组成：树脂100-120份，溶剂50份，导热填料10-100份，固化剂1-10份，所述导热胶膜的厚度为5μm-100μm，优选为20μm-30μm。
在本发明的技术方案中，所述树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯、硅橡胶、丙烯酸树脂、松香树脂、石油树脂和酚醛树脂中的一种或几种，优选为丙烯酸树脂；
所述固化剂选自多异氰酸酯、酸酐、有机胺和聚氨酯中的一种或几种，优选为多异氰酸酯；
所述溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、N’N二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮和丁酮中的一种或几种，优选为乙酸乙酯；
所述导热填料选自石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳粉、金刚石、氮化硼、氮化铝、三氧化二铝、碳化硅、氧化锌、镍粉、铜粉、银粉或银包铜粉中一种或几种，优选为石墨烯。
在本发明的技术方案中，步骤S2中，钻孔为机械钻孔或激光钻孔，钻的孔直径大小为200μm-5mm，分别可以为200μm、500μm、1mm、3mm和5mm，优选为1mm，孔总面积占导热胶膜面积的5％-85％，优选为10％-80％，更优选为13％-65％。
在本发明的技术方案中，步骤S3中，步骤S4中，所述电镀为镀铜、镀铝、镀钴、镀锌、镀锡、镀镍、镀铂、镀银、镀锡、镀金中的一种或电镀合金，优选为电镀液为镀铜和镀银。
在本发明的技术方案中，步骤S4中，电镀时间与电流密度根据胶膜厚度来进行设定使最终电镀的金属柱的高度与导热胶膜厚度一致，电镀时间范围为3min-3h，电流密度范围为0.1A/dm2-20 A/dm2。
在本发明的技术方案中，步骤S5中，烘干条件为在100-300℃的烘箱烘干1-20min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种不同于传统导热双面胶的制备方式，采用电镀金属柱的方式来贯穿双面胶的导热胶膜层，能有效降低界面热阻，相对于传统方式能制备更高热导率的导热双面胶，满足更高的导热需求。
2、本发明的操作空间及适用条件更广，本发明对所使用的导热胶膜没有限制，并且对导热胶膜厚度也没有要求，可根据应用场景选择使用，另外，金属基材可使用不同金属，也可以使用经过处理后具有导电能力的绝缘基材，贯穿整个双面胶的导热胶膜的金属柱也可以使用不同金属，因此扩展了导热双面胶的使用范围。
附图说明
图1为本发明所制备得到的的导热双面胶带的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中，一种导热双面胶带，包括基材，导热胶膜和离型膜，所述导热双面胶以导电基材作为中间层基材，基层两侧依次涂覆含有一定数量规则孔形孔形的导热胶膜，孔里通过电沉积的方式生长出与导热胶膜厚度一致的金属柱，所述金属柱贯穿双面胶带的导热胶膜，所述导热胶膜相背于基材的一面贴覆有离型膜，述导热双面胶的结构示意图如图1所示。
以下实施例中，纳米氮化硼简称为BN。
实施例1
实施例1所用导热胶膜的配方由以下重量份组分组成：100份丙烯酸树脂、50份乙酸乙酯、20份直径为100nm的BN填料、20份直径为100nm的球形Al2O3填料、1份松香树脂、1份石油树脂和1份多异氰酸酯。
导热双面胶带的制备方法包括以下步骤：
S1：导热胶膜的制备，称取导热胶膜的配方中的各组分，在200rpm的条件下在乙酸乙酯中加入丙烯酸树脂，松香树脂，石油树脂，待树脂充分分散后，在2000rpm的条件下依次加入BN填料、Al2O3填料，搅拌2h后加入多异氰酸酯，然后将得到的化合物涂布于离型膜上，加热干燥后得到厚度为20μm的导热胶膜。
S2：实施例1采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为13％。
S3：将S2中的导热胶膜贴于厚度为30μm铜箔的两侧，并保留最外层的离型膜，铜箔的尺寸为5cm×15cm。
S4：将S3中的铜箔胶带置于专用的电镀哈林槽(1.5L)中进行双面电镀，电镀液包含：60g/L H2SO4、200g/L 5H2O·CuSO4和60mg/L HCl电流密度和电镀时间分别为3A/dm2和25min，阳极为磷铜阳极，电镀过程中通过气泵鼓入空气进行空气搅拌。
S5：将S4电镀后得到的胶带进行水洗并烘干，除去两侧的离型膜后并附上新的离型膜得到导热双面胶带。
实施例2
实施例2所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例1相同，不同的是S2中：实施例2采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为31％。
实施例3
实施例3所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例1相同，不同的是S2中：实施例3采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为50％。
实施例4
实施例4所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例1相同，不同的是S2中：实施例4采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为65％。
对比例1
对比例1所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例1相同，不同的是S2中：对比例1在S1得到的导热胶膜上不进行钻孔处理，即钻孔面积占整个胶膜的总面积的百分比为0。
实施例1-4以及对比例1以打孔面积作为变量，实施例1-4以及对比例1的孔面积占整个胶膜的百分比和最终的测试结果见表1
表1实施例1-4以及对比例1打孔面积占整个胶膜的百分比以及性能测试
打孔面积百分比(％) 导热系数(w(m.k)) 粘性(N/m)
实施例1 13％ 1.25 28
实施例2 31％ 1.85 22
实施例3 50％ 2.80 16
实施例4 65％ 4.52 6
对比例1 0 0.63 33
从表1的结果可以得到，明显地，采用本发明的技术手段能有效地提高导热双面胶带的导热系数，在本发明实施例1-4中，将打孔面积从13％提高到65％，导热系数可从1.25w(m.k)提高到4.52w(m.k)，而对比例1不进行钻孔处理，即钻孔面积占整个胶膜的总面积的百分比为0时，得到导热双面胶带的导热系数只有0.63w(m.k)，另外，从表1中也可以看出来打孔面积的百分比与导热系数成正相关，与粘性成负相关。
实施例5：
实施例5所用导热胶膜的配方由以下重量份组分组成：100份丙烯酸树脂、50份乙酸乙酯、25份石墨烯、1份松香树脂、1份石油树脂和5份多异氰酸酯。
导热双面胶带的制备方法包括以下步骤：
S1：导热胶膜的制备，称取导热胶膜的配方中的各组分，在200rpm的条件下在乙酸乙酯中加入丙烯酸树脂、松香树脂和石油树脂，待树脂充分分散后，在2000rpm的条件下依次加入石墨烯，搅拌2h后加入多异氰酸酯，然后将得到的化合物涂布于离型膜上，加热干燥后得到厚度为20μm的导热胶膜。
S2：实施例1采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为13％。
S3：将S2中的导热胶膜贴于厚度为30μm铜箔的两侧，并保留最外层的离型膜，铜箔的尺寸为5cm×15cm。
S4：将S3中的铜箔胶带置于专用的电镀哈林槽(1.5L)中进行双面电镀，电镀液包含：60g/L H2SO4、200g/L 5H2O·CuSO4和60mg/L HCl，电流密度和电镀时间分别为3A/dm2和25min，阳极为磷铜阳极，电镀过程中通过气泵鼓入空气进行空气搅拌。
S5：将S4电镀后得到的胶带进行水洗并烘干，除去两侧的离型膜后并附上新的离型膜得到导热双面胶带。
实施例6
实施例6所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例5相同，不同的是S2中：实施例6采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为31％。
实施例7
实施例7所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例5相同，不同的是S2中：实施例7采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为50％。
实施例8
实施例8所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例5相同，不同的是S2中：实施例8采用机械钻孔设备在S1得到的导热胶膜上均匀钻出直径为1mm的通孔阵列，阵列的面积占整个胶膜的总面积的百分比为65％。
对比例2
对比例2所用导热胶膜的配方以及导热双面胶带的制备方法均与实施例5相同，不同的是S2中：对比例2在S1得到的导热胶膜上不进行钻孔处理，即钻孔面积占整个胶膜的总面积的百分比为0。
实施例5-8以及对比例2以打孔面积作为变量，实施例5-8以及对比例2的孔面积占整个胶膜的百分比和最终的测试结果见表2
表2实施例5-8以及对比例2打孔面积占整个胶膜的百分比以及性能测试
Figure BDA0002847687990000081
Figure BDA0002847687990000091
从表2的结果可以得到，采用本发明的技术手段能有效地提高导热双面胶带的导热系数，表2得出与表1类似的结果，在本发明实施例5-8中，将打孔面积从13％提高到65％，导热系数可从2.13w(m.k)提高到5.722w(m.k)，而对比例2不进行钻孔处理，即钻孔面积占整个胶膜的总面积的百分比为0时，得到导热双面胶带的导热系数只有1.03w(m.k)，从表1中也可以看出来打孔面积的百分比与导热系数成正相关，与粘性成负相关。
另外，由表1表2可以得到当导热胶膜(不打孔)的初始导热系数越高时，其打孔处理(相同百分比的情况下)后的导热系数也越高。
如表1和表2的评价结果所示，采用本发明技术手段所制备的导热双面胶的导热系数相对于传统方式所制备导热胶带的导热系数有着显著提升，最高可达5.72w(m.k)。
实施例9
实施例9所用导热胶膜的配方、导热双面胶带的制备方法以及钻孔方式、孔径与通孔阵列的面积占比均与实施例5相同，不同的是S3中：实施例9采用的基材为厚度为20μm的无纺布，并通过物理气相沉积的方式在无纺布上沉积了厚度为0.5μm铜镀层。
实施例9的导热系数测试结果为1.85w(m.k)，同样高于对比例2的1.03w(m.k)。
上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导热双面胶带，其特征在于，包括基材，导热胶膜和离型膜，所述基层两侧涂覆含有孔形的导热胶膜，孔里通过电沉积的方式生长出与导热胶膜厚度一致的金属柱，所述金属柱贯穿双面胶带的导热胶膜，所述导热胶膜相背于基材的一面贴覆有离型膜。
2.根据权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于，含有孔形的导热胶膜是通过沿着导热胶膜长度方向均匀钻孔形成的。
3.根据权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于，所述基材为导电基材，导电基材为金属基材或经过处理后具有导电能力的绝缘基材，所述金属基材选自铜箔、铝箔、镍箔、铂箔、银箔、锡箔或金箔中的一种，所述绝缘基材选自玻璃纤维织物，环氧树脂玻璃纤维布、硅基材、聚合物基材、无纺布、陶瓷或木质基材中的一种，所述基材的厚度为3-100μm；
优选的，所述经过处理后具有导电能力的绝缘基材为经过化学镀，物理气相沉积或涂覆导电浆料处理后具有导电能力的绝缘基材。
4.一种导热双面胶带的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1：将导热胶膜的两面覆上离型膜，得到双面覆有离型膜的导热胶膜；
S2：对双面覆有离型膜的导热胶膜进行钻孔处理；
S3：将钻孔后的导热胶膜贴覆于基材的两侧，并保持胶带两侧最外侧的离型膜得到含孔的基材胶带；
S4：将含孔的基材胶带置于电镀液中进行双面电镀；
S5：对电镀后的胶带进行水洗烘干，去除胶带两侧带孔的离型膜，并覆上新的离型膜，得到导热双面胶带。
5.根据权利要求4所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述导热胶膜由树脂、固化剂、溶剂和导热填料组成，导热胶膜的制备过程为：首先将树脂与溶剂混合并充分分散，其次加入导热填料并充分分散，最后加入固化剂分散后涂覆于离型膜上经过固化得到导热胶膜；
优选的，所述导热胶膜由以下重量份组分组成：树脂100-120份，溶剂50份，导热填料10-100份，固化剂1-10份，所述导热胶膜的厚度为5μm-100μm，优选为20μm-30μm。
6.根据权利要求5所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，所述树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯、硅橡胶、丙烯酸树脂、松香树脂、石油树脂和酚醛树脂中的一种或几种，优选为丙烯酸树脂；
所述固化剂选自多异氰酸酯、酸酐、有机胺和聚氨酯中的一种或几种，优选为多异氰酸酯；
所述溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、N’N二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮和丁酮中的一种或几种，优选为乙酸乙酯；
所述导热填料选自石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳粉、金刚石、氮化硼、氮化铝、三氧化二铝、碳化硅、氧化锌、镍粉、铜粉、银粉或银包铜粉中一种或几种，优选为石墨烯。
7.根据权利要求4所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，步骤S2中，钻孔为机械钻孔或激光钻孔，钻的孔直径大小为200μm-5mm，优选为1mm，孔总面积占导热胶膜面积的5％-85％，优选为10％-80％，更优选为13％-65％。
8.根据权利要求4所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述电镀为镀铜、镀铝、镀钴、镀锌、镀锡、镀镍、镀铂、镀银、镀锡、镀金中的一种或电镀合金，优选电镀为镀铜和镀银。
9.根据权利要求4所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，步骤S4中，电镀时间与电流密度根据胶膜厚度来进行设定使最终电镀的金属柱的高度与导热胶膜厚度一致，电镀时间范围为3min-3h，电流密度范围为0.1A/dm2-20A/dm2。
10.根据权利要求4所述的导热双面胶带的制备方法，其特征在于，步骤S5中，烘干条件为在100-300℃的烘箱烘干1-20min。
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