CN117416104A - 一种导热性好的金属基板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种导热性好的金属基板，包括铝基层、绝缘层和铜箔层，所述绝缘层位于所述铝基层和所述铜箔层之间，所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂25～28份、甲基苯基聚硅氧烷树脂20～23份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂11～15份、改性填料6～9份、固化剂1～3份和有机溶剂45～53份。本发明制备的金属基板具有良好的导热性能以及电绝缘性能，耐高温能力优异，且无析胶现象。本发明的制备方法简单易于操作，便于推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于金属基板技术领域，一种导热性好的金属基板及其制备工艺。
背景技术
铝基覆铜板是比较常见的一款金属基板，它由铝基材料作为基板，上面覆盖一层铜箔，铝基覆铜板使用铝作为基板的主要原因是铝相对比其他金属材料具有良好的散热性能，而铜箔则用于提供电路传导功能。但是在使用过程中，现有一些金属铝基覆铜板散热效果并不理想，长时间使用时，内部热量散出不及时，极大的降低金属铝基覆铜板的使用寿命。现有的铝基覆铜板在高温环境中长时间储存之后的稳定性和韧性不佳，受力之后容易发生永久变形或损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种导热性好的金属基板及其制备工艺，制备的产品散热性好，耐高温能力强，在高温环境中长时间储存之后的稳定性和韧性佳。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种导热性好的金属基板，包括铝基层、绝缘层和铜箔层，所述绝缘层位于所述铝基层和所述铜箔层之间，所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂25～28份、甲基苯基聚硅氧烷树脂20～23份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂11～15份、改性填料6～9份、固化剂1～3份和有机溶剂45～53份。
进一步地，所述双酚A缩水甘油醚环氧树脂的环氧值为0.26～0.28eq/100g。邻甲酚醛环氧树脂的环氧当量165-175g/eq。甲基苯基聚硅氧烷树脂，固体含量：150℃，2h，50±1％；耐热性：200℃，≥300小时；热失重：400℃，3h，≤5％。
环氧树脂经常用作金属基板绝缘层的原料，但是它的耐高温性能比较差，不利于金属基板高温下的使用性能。本发明的绝缘层体系中添加特定含量的邻甲酚醛环氧树脂、甲基苯基聚硅氧烷树脂、双酚A缩水甘油醚环氧树脂三种树脂进行复配，提升了金属基板的导热性。发明人意外发现当选用特定环氧量的双酚A缩水甘油醚环氧树脂和邻甲酚醛环氧树脂以及特定物化性质的甲基苯基聚硅氧烷树脂，有助于改善金属基板在高温环境中长时间储存之后的稳定性和韧性。猜测是该条件下改善了绝缘层的微观网络结构及其强度，保证金属基覆铜板的弹性回弹性能，可有效减少金属基覆铜板在弯曲时受损。
进一步地，所述改性填料的制备方法为：将纳米材料分散在Tris-HCl缓冲液和无水乙醇的混合溶液中，得到分散液；将盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂分散在分散液中，pH值调至8.1～8.3，搅拌1～2h后，得到改性填料分散液；将改性填料分散液离心后，用水漂洗，55～60℃烘干，得到改性填料。
进一步地，所述纳米材料选自纳米碳纤维、纳米氧化锆、纳米硬脂酸钙、纳米碳化硼、碳纳米管中的一种或多种。
进一步地，所述纳米材料为重量比为3～5：1：1～3的纳米碳化硼、纳米氧化锆和纳米硬脂酸钙复配。
进一步地，所述纳米材料、盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂的重量比为2.5～3.5：1：0.4～0.6：0.1～0.3。
进一步地，所述助剂选自正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵中的一种或多种。
进一步地，所述助剂为重量比1～3：1：0.3～0.7的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵。
本发明通过在邻甲酚醛环氧树脂、甲基苯基聚硅氧烷树脂、双酚A缩水甘油醚环氧树脂中添加纳米材料可以提升金属基板的导热性能。但是在研发过程中发现，本发明的体系中添加纳米材料后，绝缘层有析胶现象出现。通过大量的改进实验，本发明使用盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂对纳米材料改性，并且在特定的pH下作用，在本发明的体系下，多巴胺在pH值调至8.1～8.3下的反应性和表面吸附能力更强，改性后的纳米填料增加本发明体系原料之间的相容性，改善了绝缘层的析胶问题。此外，改性后的纳米填料还能减少因体系相容性不佳而出现的气泡问题，减少了导热系数较低的空气气泡存在，进一步提升了金属基板的导热性。
发明人意外发现当所述助剂为特定比例的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵时，改善了金属基板的电绝缘性能。猜测是聚乙烯亚胺能够增强多巴胺与纳米材料之间的交联效果，同时，助剂表面的电荷与多巴胺的电荷形成吸引力，使得纳米材料表面形成均匀的修饰层，提高了修饰层的稳定性，改性纳米材料提供稳定的界面与聚合物相互作用，使绝缘层具备足够的抗击穿能力。
进一步地，所述固化剂选自二氨基二苯基砜、四氨基二苯基砜、二氨基联苯胺、聚酰亚胺中的一种或多种。
本发明还提供了所述的导热性好的金属基板的制备工艺：
(1)将有机硅树脂、酚醛环氧树脂、改性填料混合，加热到50～55℃，搅拌20～30分钟，得到混合基料；
(2)将混合基料、固化剂和有机溶剂混合后，乳化剪切20～30分钟，剪切速率4000～4300r/min，得到混合胶液；
(3)将混合胶液涂覆在铝基层外壁，在160～165℃下烘干2分钟，得到半固化绝缘层；
(4)将铜箔层与半固化绝缘层贴合，温度为200～250℃下热压成型，得到金属基板。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
1、本发明提供了一种新型金属基板，具有良好的导热性能以及电绝缘性能，耐高温能力优异，且无析胶现象。本发明的制备方法简单易于操作，便于推广和应用。
2、本发明的绝缘层体系中添加特定含量的邻甲酚醛环氧树脂、甲基苯基聚硅氧烷树脂、双酚A缩水甘油醚环氧树脂三种树脂进行复配，提升了金属基板的导热性。
3、当选用特定环氧量的双酚A缩水甘油醚环氧树脂和邻甲酚醛环氧树脂以及特定物化性质的甲基苯基聚硅氧烷树脂，有助于改善金属基板在高温环境中长时间储存之后的稳定性和韧性。
4、本发明使用盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂对纳米材料改性，并且在特定的pH下作用，在本发明的体系下，多巴胺在pH值调至8.1～8.3下的反应性和表面吸附能力更强，改性后的纳米填料增加本发明体系原料之间的相容性，改善了绝缘层的析胶问题。
5、当所述助剂为特定比例的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵时，改善了金属基板的电绝缘性能。
附图说明
图1为一种导热性好的金属基板的结构示意图；
图中：1、铜箔层；2、绝缘层；3、铝基层。
具体实施方式
下面将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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种导热性好的金属基板，包括铝基层3、绝缘层2和铜箔层1，所述绝缘层2位于所述铝基层3和所述铜箔层1之间，所述绝缘层2包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂27份、甲基苯基聚硅氧烷树脂21份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂13份、改性填料8份、固化剂2份和有机溶剂50份。绝缘层2厚度为80μm。铝基层3的厚度为1mm，铜箔层1的厚度30μm。
有机溶剂为重量比为1：1的甲醇和乙二醇复配。
所述双酚A缩水甘油醚环氧树脂的环氧值为0.26～0.28eq/100g。购自武汉吉鑫益邦生物科技有限公司。邻甲酚醛环氧树脂的环氧当量165-175g/eq。购自苏州市森菲达化工有限公司。甲基苯基聚硅氧烷树脂，固体含量：150℃，2h，50±1％；耐热性：200℃，≥300小时；热失重：400℃，3h，≤5％。购自湖北隆胜四海新材料股份有限公司、型号SH-9603。
所述改性填料的制备方法为：将纳米材料分散在Tris-HCl缓冲液和无水乙醇的混合溶液中，得到分散液；将盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂分散在分散液中，pH值调至8.2，搅拌1.5h后，得到改性填料分散液；将改性填料分散液离心后，用水漂洗，57℃烘干，得到改性填料。
所述聚乙烯亚胺购自山东力昂新材料科技有限公司。
Tris-HCl缓冲液和无水乙醇的体积比为3.5:1。Tris-HCL缓冲液的浓度为0.015mol/L。所述纳米材料为重量比为4：1：2的纳米碳化硼、纳米氧化锆和纳米硬脂酸钙复配。
所述纳米材料、盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂的重量比为3：1：0.5：0.2。
所述助剂为重量比2：1：0.5的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵。
所述固化剂为二氨基二苯基砜。
本实施例还提供了所述的导热性好的金属基板的制备工艺，
(1)将有机硅树脂、酚醛环氧树脂、改性填料混合，加热到53℃，搅拌25分钟，得到混合基料；
(2)将混合基料、固化剂和有机溶剂混合后，乳化剪切25分钟，剪切速率4200r/min，得到混合胶液；
(3)将混合胶液涂覆在铝基层外壁，在160℃下烘干2分钟，得到半固化绝缘层；
(4)将铜箔层与半固化绝缘层贴合，温度为220℃下热压成型，得到金属基板。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为：所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂25份、甲基苯基聚硅氧烷树脂20份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂12份、改性填料6份、固化剂2份和有机溶剂48份。
对比例1
本对比例与实施例1的区别为：所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂22份、甲基苯基聚硅氧烷树脂28份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂6份、改性填料9份、固化剂3份和有机溶剂50份。
对比例2
本对比例与实施例1的区别为：所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂38份、有机硅树脂22份、改性填料7份、固化剂2份和有机溶剂50份。所述有机硅树脂为SI-MQ102甲基硅树脂，购自莱阳圣邦有机硅科技有限公司。
对比例3
本对比例与实施例1的区别为：所述改性填料的制备方法为：将纳米材料分散在Tris-HCl缓冲液和无水乙醇的混合溶液中，得到分散液；将盐酸多巴胺分散在分散液中，pH值调至8.5，搅拌1.5h后，得到改性填料分散液；将改性填料分散液离心后，用水漂洗，60℃烘干，得到改性填料。所述纳米材料和盐酸多巴胺的重量比为3：1。
对比例4
本对比例与实施例1的区别为：所述改性填料的制备方法中pH值调至8.5。
对比例5
本对比例与实施例1的区别为：所述纳米材料为重量比为1：1的纳米氧化铝和纳米二氧化硅复配。
对比例6
本对比例与实施例1的区别为：所述双酚A缩水甘油醚环氧树脂的环氧值为0.22～0.25eq/100g。购自武汉吉鑫益邦生物科技有限公司。邻甲酚醛环氧树脂的环氧当量170-180g/eq。购自苏州市森菲达化工有限公司。甲基苯基聚硅氧烷树脂，固体含量：150℃，2h，50±1％；耐热性：200℃，≥250小时；热失重：400℃，3h，≤5％。购自湖北隆胜四海新材料有限公司。
对比例7
本对比例与实施例1的区别为：纳米材料未改性。
对比例8
本对比例与实施例1的区别为：所述助剂为1：1：1的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵。
性能测试
1、导热系数：检测方法参照CPCA4105-2010附录A。
2、耐温性：将金属基板在500℃放置5小时后，将金属基覆铜板一端夹持固定，然后偏折30度保持10分钟，松开金属基覆铜板，观察金属基覆铜板。
3、观察金属基板上的绝缘层是否有析胶。
4、击穿电压：检测方法参照CPCA4105-2010C.8击穿电压(垂直板面)。
表1性能测试结果
通过结果可知，本发明制备的金属基板具有良好的导热性能以及电绝缘性能，耐高温能力优异，且无析胶现象。本发明的制备方法简单易于操作，便于推广和应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种导热性好的金属基板，其特征在于，包括铝基层、绝缘层和铜箔层，所述绝缘层位于所述铝基层和所述铜箔层之间，所述绝缘层包括以下重量份的组分：邻甲酚醛环氧树脂25～28份、甲基苯基聚硅氧烷树脂20～23份、双酚A缩水甘油醚环氧树脂11～15份、改性填料6～9份、固化剂1～3份和有机溶剂45～53份。
2.根据权利要求1所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述改性填料的制备方法为：将纳米材料分散在Tris-HCl缓冲液和无水乙醇的混合溶液中，得到分散液；将盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂分散在分散液中，pH值调至8.1～8.3，搅拌1～2h后，得到改性填料分散液；将改性填料分散液离心后，用水漂洗，55～60℃烘干，得到改性填料。
3.根据权利要求2所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述纳米材料选自纳米碳纤维、纳米氧化锆、纳米硬脂酸钙、纳米碳化硼、碳纳米管中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述纳米材料为重量比为3～5：1：1～3的纳米碳化硼、纳米氧化锆和纳米硬脂酸钙复配。
5.根据权利要求2所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述纳米材料、盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和助剂的重量比为2.5～3.5：1：0.4～0.6：0.1～0.3。
6.根据权利要求2所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述助剂选自正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述助剂为重量比1～3：1：0.3～0.7的正十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵。
8.根据权利要求1所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述双酚A缩水甘油醚环氧树脂的环氧值为0.26～0.28eq/100g；所述邻甲酚醛环氧树脂的环氧当量165-175g/eq；所述甲基苯基聚硅氧烷树脂，固体含量：150℃、2h，50±1％；耐热性：200℃，≥300h；热失重：400℃、3h，≤5％。
9.根据权利要求1所述的导热性好的金属基板，其特征在于，所述固化剂选自二氨基二苯基砜、四氨基二苯基砜、二氨基联苯胺、聚酰亚胺中的一种或多种。
10.权利要求1～9任一项所述的导热性好的金属基板的制备工艺，其特征在于，
(1)将邻甲酚醛环氧树脂、甲基苯基聚硅氧烷树脂、双酚A缩水甘油醚环氧树脂、改性填料混合，加热到50～55℃，搅拌20～30分钟，得到混合基料；
(2)将混合基料、固化剂和有机溶剂混合后，乳化剪切20～30分钟，剪切速率4000～4300r/min，得到混合胶液；
(3)将混合胶液涂覆在铝基层外壁，在160～165℃下烘干2分钟，得到半固化绝缘层；
(4)将铜箔层与半固化绝缘层贴合，温度为200～250℃下热压成型，得到金属基板。
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