CN113667196A - 一种环氧型覆铜板基材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环氧型覆铜板基材及其制备方法和应用，包括以下原料：复合树脂、促进剂、固化剂和二氧化锡/石墨烯。上述二氧化锡/石墨烯与复合树脂内的晶格声子彼此相互接触，形成了局部导热链或导热网，这些导热链或导热网相互联结和贯穿，以构成贯穿的网络结构。该网络结构提高了本发明上述环氧型覆铜板基材的导热系数。
Description
技术领域
本发明属于覆铜板技术领域，具体涉及一种环氧型覆铜板基材及其制备方法和应用。
背景技术
自从PCB板诞生之日起，人们就在基板导热性能等方面大作做文章，相继开发出了铝基板、铜基板等，或在原FR-4环氧基板内置散热片或外置散热片，藉此来到达快速散热的目的，然而这种仅仅靠给原FR-4环氧树脂基板内置散热片或外置散热片，还是难以解决大功率多层板环氧树脂板内部散热的目的。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种环氧型覆铜板基材。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种上述环氧型覆铜板基材的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
上述环氧型覆铜板基材的应用。
本发明还提出一种PCB板，包括上述的一种环氧型覆铜板基材。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种环氧型覆铜板基材，包括以下原料：
复合树脂、促进剂、固化剂和二氧化锡/石墨烯。
上述原料的质量占比为：99％复合树脂、1％(促进剂、固化剂和二氧化锡/ 石墨烯)。
上述二氧化锡/石墨烯作为导热剂，与复合树脂内的晶格声子彼此相互接触就形成了局部导热链或导热网，这些导热链或导热网会相互联结和贯穿，这样一来，二氧化锡/石墨烯的导热网络和复合树脂构成了贯穿的网络结构。
根据本发明的一种实施方式，上述复合树脂包括丁二烯-丙烯腈共聚物橡胶、溴化钠和氯化钠。
根据本发明的一种实施方式，上述促进剂包括1,1,2,2-四羟基苯乙烷四缩水甘油醚、二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述固化剂包括双氰胺、N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三乙胺、N,N-二甲基苄胺中的至少一种。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备上述环氧型覆铜板基材的方法，包括以下步骤：
混合所述复合树脂、所述促进剂、所述固化剂和所述二氧化锡/石墨烯，得到环氧型覆铜板基材。
本发明的另一个方面，还涉及上述的一种环氧型覆铜板基材在铝基板中的应用。
本发明的再一个方面，还提供一种上述的一种环氧型覆铜板基材在覆铜板中的应用。
将上述环氧型覆铜板基材制备为覆铜板，包含以下步骤：
1)混合所述复合树脂、所述促进剂、溶剂DMF所述固化剂和所述二氧化锡/石墨烯，得到环氧型覆铜板基材。
2)将型号为1080的E级玻璃布进行硅烷化处理。
3)用上述环氧型覆铜板基材含浸硅烷化处理E级玻璃布。
4)烘烤。
5)裁片并叠片
6)在叠片好两面配上铜箔后进行压合，压合时的温度为200℃，压力为 50kg/cm2，时间为90～120min。
7)压合好后取出，冷却裁片。
本发明的再一个方面，还提供一种PCB板，包括上述的一种环氧型覆铜板基材。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
上述二氧化锡/石墨烯与复合树脂内的晶格声子彼此相互接触，形成了局部导热链或导热网，这些导热链或导热网相互联结和贯穿，以构成贯穿的网络结构。从而使得本发明上述环氧型覆铜板基材的导热系数至少达到了16.75 W/m·K，其屈服强度、杨氏模量及抗冲击强度分别相较于传统覆铜板基材提高了2.7％、5.5％、2.09％，另外本发明上述环氧型覆铜板基材的玻璃化温度也从传统FR-4环氧基板140℃提高到185℃以上，而且抗冲击强度至少达到 32.8kg·cm/cm2。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为SEM电镜下的本发明环氧型覆铜板基材制备的覆铜板中与5％的氧化锡烯形成的导热网络。
图2为本发明导热环氧型覆铜板与普通FR-4环氧型覆铜板的剥离强度的对比。
图3为本发明环氧型覆铜板基材制备的覆铜板与普通FR-4环氧型覆铜板的绝缘电阻的对比图。
图4为介电常数测试原理图。
图5为本发明环氧型覆铜板基材制备的覆铜板与普通FR-4环氧型覆铜板介电损耗的对比测试图。
图6为本发明环氧型覆铜板基材制备的覆铜板的导热系数与氧化锡烯含量之间的关系。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定词语在本发明中的具体含义。
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
按照原料的质量占比为：99％复合树脂、1％(促进剂、固化剂和二氧化锡/ 石墨烯)。混合所述复合树脂、所述促进剂、所述固化剂和所述二氧化锡/石墨烯，得到环氧型覆铜板基材。
上述环氧型覆铜板基材的SEM图如图1所示，可以看出其中的导热网络。
将上述环氧型覆铜板基材制备为覆铜板，包含以下步骤：
1)混合所述复合树脂、所述促进剂、溶剂DMF所述固化剂和所述二氧化锡/石墨烯，得到环氧型覆铜板基材。
2)将型号为1080的E级玻璃布进行硅烷化处理。
3)用上述环氧型覆铜板基材含浸硅烷化处理E级玻璃布。
4)烘烤。
5)裁片并叠片
6)在叠片好两面配上铜箔后进行压合，压合时的温度为200℃，压力为 50kg/cm2，时间为90～120min。
7)压合好后取出，冷却裁片。
对比例1
将实施例1的上述环氧型覆铜板基材与市售的FR-4环氧型覆铜板所用基材进行比较。
将上述环氧型覆铜板基材与市售的FR-4环氧型覆铜板所用基材分别置于恒温箱中，分别加热到180℃并分别恒温0hrs、50hrs、100hrs、150hrs、200hrs、 250hrs、300hrs、350hrs、400hrs、450hrs、500hrs、550hrs、600hrs、650hrs、700hrs 后，取出用剥离强度测试仪测得其对应时间下的剥离强度值。
结果如下：
从图2中可以看出上述环氧型覆铜板基材和普通FR-4环氧型覆铜板所用基材的剥离强度均随恒温时间的延长而减小，其中上述环氧型覆铜板基材在恒温时间低于300hrs时，均优于普通FR-4环氧型覆铜板所用基材。
对比例2
各取1块上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板和普通FR-4环氧型覆铜板，蚀刻掉两面铜箔后裁剪成1×10cm窄条，在其上钻出相距为0.3mm的两个小孔，经孔金属化处理后置于KEITHLEY-65型CAF自动测试系统中，并将相对湿度调整至85％，分别测得0hrs、240hrs、480hrs、720hrs、960hrs、1224hrs、1448 hrs、1772hrs、2000hrs时的绝缘电阻。
从图3中可以看出上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板和普通FR-4环氧型覆铜板的绝缘电阻均随测试时间的延长而减小，其中上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板在测试时间低于480hrs时，其绝缘电阻值大于普通FR-4环氧型覆铜板，当测试时间超过480hrs时，普通FR-4环氧型覆铜板的绝缘电阻值下降较快，至2000hrs时，下降到107kΩ以下，而上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板的绝缘电阻值基本上保持恒定且都在109kΩ以上。
对比例3
取1块上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板与普通FR-4环氧型覆铜板，蚀刻掉两面铜箔后进行介电常数和介质损耗测试。
测量介电常数和介质损耗的测量无外乎以下三种常用方法，第一种是断路波导法；第二种是谐振腔微扰法；第三种是频谱法。
这里我们将采用后者来进行测试，所谓频谱法就是利用交变电场中电压变化来间接的测量介电常数和介电损耗的，此法用内置带有锁相环的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的测量放大电路，具有弱信号检测和网络分析功能。
对填充介质的平板电容的激励信号的正交分量进行比较、分离、测量、从而测出介电常数ε和损耗角正切tanδ(如图4所示)。
置于平板电极之间的样品，在正弦信号的激励下，等效于电阻R电容的并联网络，其中电阻R用模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损耗，若极板的面积为A，间距为d，则电阻
电容
正切值
其中ε＝ε0εr，ε0为真空中的介电常数，δ为与介电极化机制有关的交流电导率，图4中IC1的作用将通过样品的电流转化为电压Vz(样品信号)，如果设网络的复阻抗为Z，其实部为Z′，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)和用V′s，V″s，V′z，V″z，分别表示其实部和虚部，则有：
Vz＝RsVs 1)
图4中IC2的作用是将被测正弦信号与同频率的相关参考方波Vr相乘。电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和
移相器IC3实现分离后测量。本系统测量时通过移相微调电路使Vr和Vs同相，即虚部为0时，上述公式可以简化为：
测量如图4中所示，
指向1时测量Vs，
指向2时测量V′z和V″z。测量开始时，我们将样品板依次至于端口2，并将测量频率依次设定为1.0MHz、 2.5MHz、5.0MHz、25MHz、50MHz、75MHz、100MHz、500MHz、1000MHz、 2500MHz、5000MHz，测得它们的介电常数
和
值，直接代入介电损耗角公式
中，计算后得出它们的介电损耗角如下：
从图5中可以看出上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板的介电损耗在高频时表现良好。
性能测试：
上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板其他方面的性能指标，最终测试的平均值归并在下面的表格中。
表1上述环氧型覆铜板基材制备的覆铜板的其他性能测试结果
(测试条件和测试方法按IPC-TM-650标准)
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种环氧型覆铜板基材，其特征在于：
包括以下原料：
复合树脂、促进剂、固化剂和二氧化锡/石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种环氧型覆铜板基材，其特征在于：
所述复合树脂包括丁二烯-丙烯腈共聚物橡胶、溴化钠和氯化钠。
3.根据权利要求1所述的一种环氧型覆铜板基材，其特征在于：
所述促进剂包括1,1,2,2-四羟基苯乙烷四缩水甘油醚、二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种环氧型覆铜板基材，其特征在于：
所述固化剂包括双氰胺、N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三乙胺、N,N-二甲基苄胺中的至少一种。
5.一种制备如权利要求1至4任一项所述的一种环氧型覆铜板基材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
混合所述复合树脂、所述促进剂、所述固化剂和所述二氧化锡/石墨烯，得到环氧型覆铜板基材。
6.如权利要求1至4任一项所述的一种环氧型覆铜板基材在铝基板中的应用。
7.权利要求1至4任一项所述的一种环氧型覆铜板基材在覆铜板中的应用。
8.一种PCB板，包括如权利要求1至4任一项所述的一种环氧型覆铜板基材。
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2021
- 2021-07-28 CN CN202110857922.4A patent/CN113667196A/zh active Pending
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