CN113201301A - 一种覆铜板用碳纳米管的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电路板板材技术领域，覆铜板主要由铜箔、树脂复合材料层和基板构成，树脂复合材料层的导热性能直接影响覆铜板的散热能力，本发明公布一种覆铜板用碳纳米管的改性方法，其特征在于，以萘酚聚氧乙烯醚为表面改性剂，利用强酸辅助，通过超声手段将萘酚聚氧乙烯醚复合到碳纳米管表面，从而显著改善碳纳米管在树脂中的分散性，有效降低碳纳米管与树脂的界面热阻，本发明方法提高了覆铜板的热导率，使得导热系数≥2.0W/mk。改性碳纳米管除了可应用于覆铜板中树脂复合材料层的制备，还可以广泛应用于如导热硅脂、导热凝胶、导热硅橡胶等多种导热复合材料的制备行业中。

Description

一种覆铜板用碳纳米管的改性方法
技术领域
本发明涉及一种覆铜板用的碳纳米管的改性方法，特别涉及一种以萘酚聚氧乙烯醚为表面改性剂，利用强酸辅助，通过超声手段萘酚聚氧乙烯醚复合到碳纳米管表面，从而提高覆铜板热导率的方法。
背景技术
目前电子行业高速发展，电子集成电路向高密度化、多功能化和“轻、薄、小”化发展，使得电路板上的电子密度和集成度越来越高，电流密度也越来越大，电子器件运行产生的热量越来越多，若不能及时有效地排出热量，会使热量在电路板和电子器件蓄积，温度过高时轻则影响器件功率，降低能效，重则烧坏器件，破坏电路板。
为了克服这一困境，则需要提高电路板的导热性能，目前市售的覆铜板热导率一般在1.5W/mK左右，达不到电路板对高导热的需求。碳纳米管具有极高的热导率(6600W/mK)，是一种极具前景的导热材料，然而碳纳米管在覆铜板中的添加效果却不理想，归因于碳纳米管与树脂的相容性很差，导致碳纳米管与树脂之间具有很大的界面热阻，影响整体热导率的提高。所以需要一种适用于覆铜板的碳纳米管改性方法，以有效改善碳纳米管与树脂的相容性，降低界面热阻，从而提高覆铜板热导率。
发明内容
本发明目的在于针对目前高热导率覆铜板需求的增加，而市售覆铜板热导率普遍低于2W/mK的情况下，提出一种覆铜板用碳纳米管的改性方法，以制得具有高热导率的覆铜板。
本发明的技术方案是利用萘酚聚氧乙烯醚为表面改性剂，借助强酸辅助，在超声作用下将萘酚聚氧乙烯醚复合到碳纳米管表面，从而显著改善碳纳米管在树脂中的分散性，有效降低碳纳米管与树脂的界面热阻，该方法可提高覆铜板的热导率，使导热系数≥2.0W/mk。
本发明的具体步骤如下：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入0.1-1000份的萘酚聚氧乙烯醚和0.1-1000份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理5-600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到10-50份树脂当中，加入0.1-1份改性后的碳纳米管，0.05-0.5份固化促进剂，5-40份溶剂加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
进一步地，在步骤(1)中所述的萘酚聚氧乙烯醚可替换为壬基萘酚聚氧乙烯醚。
进一步地，在步骤(1)中所述的碳纳米管为单层碳纳米管、多层碳纳米管的一种或者多种混合物
进一步地，在步骤(1)中所述的浓硝酸可替换为浓硫酸和浓盐酸。
进一步地，在步骤(3)中所述的氧化铝可替换为氧化铝、氮化铝、氧化镁、氮化硼、碳化硅、氮化硅、二氧化硅中的一种或者多种混合物。
进一步地，在步骤(3)中所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或者多种混合物。
进一步地，在步骤(3)中所述的溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、石油醚、甲苯、二甲苯、乙二醇单甲醚、环己烷、二甲基亚砜中的一种或者多种混合物。
进一步地，在步骤(5)中所述的铝板可替换为聚四氟乙烯板、酚醛纸或者玻璃布。
本发明所述方法特征之一是选用萘酚聚氧乙烯醚作为表面改性剂，萘酚聚氧乙烯醚由萘酚和乙烯醚连组成，萘酚聚氧乙烯醚的萘酚结构可以通过π-π作用吸附到碳纳米管的表面，同时萘酚聚氧乙烯醚的乙烯醚链与树脂结构中的烷氧结构相似相溶，从而改善碳纳米管在树脂中的分散性，降低界面热阻。
本发明所述方法特征之二是选用强酸和超声辅助，碳纳米管易团聚，在溶液中的分散性较差，通过强酸和超声辅助，可以将碳纳米管分散开来，使得萘酚聚氧乙烯醚可以吸附到每一根碳纳米管表面，从而完成对碳纳米管的改性。
本发明方法提高了覆铜板的热导率，使得导热系数≥2.0W/mk。改性碳纳米管除了可应用于覆铜板中树脂复合材料层的制备，还可以广泛应用于如导热硅脂、导热凝胶、导热硅橡胶等多种导热复合材料的制备行业中。
附图说明
图1为高导热覆铜板的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份环氧树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份二甲基甲酰胺加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
实施例2：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的壬基萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份环氧树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份二甲基甲酰胺加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
实施例3：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓盐酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份环氧树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份二甲基甲酰胺加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
实施例4：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的壬基萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份酚醛树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份二甲基甲酰胺加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
实施例5：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的壬基萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份酚醛树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份乙酸乙酯加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
实施例6：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在水当中，加入500份的萘酚聚氧乙烯醚和500份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管。
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管。
(3)取50份氧化铝，加入到25份环氧树脂当中，加入0.1份改性后的碳纳米管，0.1份固化促进剂，25份二甲基甲酰胺加入到反应釜，搅拌，获得胶液。
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片。
(5)将半固化片上覆盖聚四氟乙烯板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。

Claims (8)

1.一种覆铜板用碳纳米管的改性方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)碳纳米管的改性制备
将1份碳纳米管分散在去离子水当中，加入0.1-1000份的萘酚聚氧乙烯醚和0.1-1000份的浓硝酸，搅拌溶解；超声波处理5-600分钟，然后将溶液过滤掉，获得萘酚聚氧乙烯醚改性的碳纳米管；
(2)将(1)中得到的碳纳米管干燥，得到改性的碳纳米管；
(3)取50份氧化铝作为导热填料，加入到10-50份树脂当中，加入0.1-1份改性后的碳纳米管，0.05-0.5份固化促进剂，5-40份溶剂加入到反应釜，搅拌，获得胶液；
(4)将胶液涂敷于铜箔表面，于烘箱中除去部分溶剂，得到半固化片；
(5)将半固化片上覆盖铝板，热压，冷却，得到高导热覆铜板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的萘酚聚氧乙烯醚可替换为壬基萘酚聚氧乙烯醚。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碳纳米管为单层碳纳米管、多层碳纳米管的一种或者多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的浓硝酸可替换为浓硫酸和浓盐酸。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的氧化铝可替换为氧化铝、氮化铝、氧化镁、氮化硼、碳化硅、氮化硅、二氧化硅等导热填料中的一种或者多种混合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或者多种混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、石油醚、甲苯、二甲苯、乙二醇单甲醚、环己烷、二甲基亚砜中一种或者多种混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的铝板可替换为聚四氟乙烯板、酚醛纸或者玻璃布。
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