CN117467319A - 一种高导热pcb覆膜铝基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热PCB覆膜铝基板及其制备方法，涉及PCB制造技术领域。本发明的高导热PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层，涂膜层采用水性粘结树脂、水性润滑剂作为主体原料，添加氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅构成的复合填料，同时添加偶联剂等助剂，可以实现各组分的良好分散和体系的稳定性，赋予PCB覆膜铝基板优异的吸热、润滑和缓冲功能，有效提高孔位精度孔位精度和孔壁质量。
Description
技术领域
本发明属于PCB制造技术领域，尤其涉及一种高导热PCB覆膜铝基板及其制备方法。
背景技术
在人工智能、机器人、半导体、航空航天等高新技术飞速发展的环境下，印刷电路板(printed circuit boards，PCB)制造作为高新技术的基础产业，在各个高新技术产业的发展中发挥重要的作用。
PCB的制造加工质量非常重要，它直接关系到整个电子产品的成本和质量，甚至影响到整个商业竞争的成败。PCB的生产流程主要包括材料切割、钻头研磨、数字控制钻孔(NC钻孔)、电镀、线路形成、中间检查、积层冲压、表面印刷、字符印刷、表面处理、外形加工、通电测试、最终检查等。每道工序都有其不可或缺的作用，是PCB保持完好品质和性能的重要保障，任何一道工序中的微小失误都可能对PCB的可靠性应用产生致命的影响。随着现代科技的飞速发展，PCB加工工序也在不断地改进，逐步朝着简单化、精细化、高质化、自动化、高效化等方向发展。
PCB钻孔是整个电路板生产过程中的一道关键工序，PCB在进行机械钻孔时，为了保护PCB板材以及提高钻孔的质量，往往需要放上一层盖板材料，其作用是：固定钻头、缓冲钻头冲击、协助基板散发钻头热量，以减少钻头的偏移和走位、减少砖头磨损和断裂、降低钻头温，提高孔位精度孔位精度和孔壁质量。
涂树脂铝基盖板是近年来兴起的一种新型盖板材料，与其他盖板相比，涂树脂铝基盖板具有很多独特的优点。由于表面涂层树脂的存在，它对钻头具有吸热、润滑和缓冲的作用，不仅能有效地提升所钻孔的品质，延长钻头的使用寿命，还可以应用于增加叠板数的钻孔操作，极大地提高钻孔的效率。
专利(CN106147496A)公开了一种PCB钻孔用涂膜铝基板的制备方法，包括如下步骤：第1步、改性有机硅树脂的制备；第2步、制备填料微粉；第3步、按重量份计，取改性硅树脂、填料微粉、聚对苯二甲酸乙二酯、硅酸铝纤维、偶联剂份、成膜助剂和去离子水，混合均匀后，喷涂于铝基板表面，烘干。通过在在铝箔之上涂覆一层经过改性的有机硅树脂膜，涂膜硬度和韧性适中，保护钻孔钻针，以利于钻孔精确定位，加强铝基板的加工性能并提高其使用寿命。但是该技术方案制备工艺复杂，且未关注PCB覆膜铝基板的导热性能对于钻孔质量的影响。
申请人在先专利(CN114773980A)提供了一种PCB覆膜铝基板及其制备方法，该PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层；所述涂膜层的原料包括：树脂、甘油、羟甲基纤维素、二甲基硅氧烷、三乙醇胺、乙二胺、助剂A、助剂B；所述助剂A包括粉末填料；所述助剂B包括鼠李糖脂、十二烷基磺酸钠。该产品硬度、韧性合适，有助于钻孔的定位，钻孔时具有良好的孔位精度以及孔壁质量，且钻头无缠丝。但是该专利中未关注PCB覆膜铝基板的导热性能，以及导热性能对于钻孔质量的影响。
由于钻头温度较高，盖板的散热性能对钻头的温度起着极其重要的影响，盖板散热能力差，会导致钻孔的质量差。而盖板表面涂层的良好润滑作用可以对钻头起到很好的润滑和缓冲作用，提高孔位精度、孔壁质量以及钻头的使用寿命。因此，有必要从导热性和润滑性的角度对PCB覆膜铝基板的性能进行改善。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种高导热PCB覆膜铝基板及其制备方法。本发明的高导热PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层，涂膜层采用水性粘结树脂、水性润滑剂作为主体原料，添加氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅构成的复合填料，同时添加偶联剂等助剂，可以实现各组分的良好分散和体系的稳定性，赋予PCB覆膜铝基板优异的吸热、润滑和缓冲功能，有效提高孔位精度孔位精度和孔壁质量。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种高导热PCB覆膜铝基板，所述高导热PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层，所述涂膜层组分包括：水性粘结树脂、水性润滑剂、复合填料、偶联剂、助剂和水。
在一项优选的实施方案中，所述涂膜层组分按重量份数，包括：水性粘结树脂60-85份、水性润滑剂5-20份、复合填料2-10份、偶联剂0.5-3份、助剂0-5份和水30-70份。
在一项优选的实施方案中，所述复合填料为氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的混合物。
氟化石墨烯(简写为FG)作为石墨烯的衍生物，继承了石墨烯的二维结构，同时具有优异的抗渗透性能、良好的绝缘性、疏水性和较高的导热系数。单层石墨烯具有约5300W/m/K的超高导热系数，由于氟化作用，导热系数有所下降，但理论计算表明，全氟化石墨烯的固有理论导热系数可达石墨烯的约35％，即1800W/m/K。并且，由于氟化，氟化石墨烯具有较低的表面能，可以起到良好的润滑作用。而铝基板中应用最广泛的导热粉为氧化铝、二氧化硅，纳米氮化铝具有良好的导热性能，而纳米二氧化硅还具有改变流体流变性能的作用，可提高填料的悬浮效果。填料的粒径极大的影响其填充效果，采用平均粒径为100-500nm的纳米氮化铝、平均粒径＜200nm的纳米二氧化硅和氟化石墨烯复合使用，一方面，可以提高填料的填充程度和密实性，从而改善导热性能并赋予涂膜层一定的刚性，另一方面，可以综合各填料的优势，改善涂膜层的均匀性和润滑性，进而赋予PCB覆膜铝基板优异的吸热、润滑和缓冲功能，有效提高孔位精度孔位精度和孔壁质量。
在一项优选的实施方案中，氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的混合物中，氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的质量比为1:2-6:2-5。
在一项优选的实施方案中，纳米氮化铝的平均粒径100-500nm；纳米二氧化硅的平均粒径＜200nm。
在一项优选的实施方案中，所述水性粘结树脂包括水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、丙烯酸改性水性醇酸树脂中的至少一种。
在一项优选的实施方案中，所述水性润滑剂包括聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。
在一项优选的实施方案中，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或酞酸酯偶联剂。
在一项优选的实施方案中，所述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、固化剂中的至少一种。
第二方面，本发明提供了上述高导热PCB覆膜铝基板的制备方法，包括如下步骤：
1)将水性粘结树脂、水性润滑剂、助剂和水混合均匀，加入预混合后的复合填料与偶联剂，制得涂膜层；
2)将涂膜层涂覆在铝箔层的上表面后干燥，制得所述高导热PCB覆膜铝基板。
在一项优选的实施方案中，步骤2)中干燥为自然干燥或烘干。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的高导热PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层，涂膜层采用水性粘结树脂、水性润滑剂作为主体原料，添加氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅构成的复合填料，同时添加偶联剂等助剂，可以实现各组分的良好分散和体系的稳定性，赋予PCB覆膜铝基板优异的吸热、润滑和缓冲功能，有效提高孔位精度孔位精度和孔壁质量。
2、本发明的涂膜层具有较高的导热系数(＞1.2W/m·K)，并且本发明的高导热PCB覆膜铝基板在钻孔时具有很好的孔位精度和孔壁质量，且无钻头缠丝情况。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例不对本发明构成任何限制。
以下原料来源，为示例性说明：
水性丙烯酸树脂：adwel 1516，万华化学(宁波)有限公司；
水性聚氨酯：Adwel 1695，万华化学(宁波)有限公司；
聚乙二醇：聚乙二醇400、聚乙二醇800，市售；
聚环氧乙烷：美国陶氏POLYOX WSR 308，市售；
聚乙烯醇：PVA1788，上海臣启化工科技有限公司；
氟化石墨烯：氟化石墨烯FC(F:C＝1.1:1)，购自昂星新型碳材料常州有限公司；
纳米氮化铝：LF-AlN-N50(平均粒径50nm)、LF-AlN-N80(平均粒径100nm)、LF-AlN-Y500(平均粒径500nm)、LF-AlN-Y800(平均粒径800nm)，宁波罗飞纳米科技有限公司；
纳米二氧化硅：SS-SQ130，杭州吉康新材料有限公司；
偶联剂：KH560，市售；
分散剂：BYK190，市售；
流平剂：BYK-381，市售。
实施例1高导热PCB覆膜铝基板
所述高导热PCB覆膜铝基板由涂膜层和铝箔层组成，所述涂膜层组分如下：水性粘结树脂60份(水性丙烯酸树脂adwel 1516 30份、水性聚氨酯Adwel 169530份)、水性润滑剂10份(聚乙二醇400 5份、PVA1788 5份)，复合填料5.5份(氟化石墨烯FC 0.5份、纳米氮化铝LF-AlN-N80 3份和纳米二氧化硅2份)、偶联剂KH560 1份、分散剂BYK190 0.3份、流平剂BYK-381 0.5份、水30份。
高导热PCB覆膜铝基板的制备方法，包括如下步骤：
1)将水性粘结树脂、水性润滑剂、助剂和水混合均匀，加入预混合后的复合填料与偶联剂，制得涂膜层；
2)将涂膜层涂覆在铝箔层的上表面后在90℃下干燥(涂层厚度35μm)，制得所述高导热PCB覆膜铝基板。
实施例2高导热PCB覆膜铝基板
所述高导热PCB覆膜铝基板由涂膜层和铝箔层组成，所述涂膜层组分如下：水性粘结树脂(水性丙烯酸树脂adwel 1516)85份、水性润滑剂20份(聚环氧乙烷POLYOX WSR 3086份、PVA1788 14份)，复合填料9份(氟化石墨烯FC 1份、纳米氮化铝LF-AlN-N500 4份和纳米二氧化硅4份)、偶联剂KH560 2份、分散剂BYK190 0.6份、流平剂BYK-381 0.8份、水70份。
制备工艺如实施例1。
实施例3高导热PCB覆膜铝基板
所述高导热PCB覆膜铝基板由涂膜层和铝箔层组成，所述涂膜层组分如下：水性粘结树脂(水性聚氨酯Adwel 1695)70份、水性润滑剂15份(聚乙二醇800 7份、PVA1788 8份)，复合填料5份(氟化石墨烯FC 1份、纳米氮化铝LF-AlN-N80 2份和纳米二氧化硅2份)、偶联剂KH560 1份、分散剂BYK190 0.3份、流平剂BYK-381 0.5份、水50份。
制备工艺如实施例1。
对比例1
与实施例3相比不同仅在于：将纳米氮化铝LF-AlN-N80替换为纳米氮化铝LF-AlN-N50。
对比例2
与实施例3相比不同仅在于：将纳米氮化铝LF-AlN-N80替换为纳米氮化铝LF-AlN-N800。
对比例3
与实施例3相比不同仅在于：将氟化石墨烯替换为氧化石墨烯(MG-GO-01，购自上海茂果纳米科技有限)。
对比例4
与实施例3相比不同仅在于：将氟化石墨烯FC替换为纳米氮化铝LF-AlN-N80(即采用氟化石墨烯FC 0份、纳米氮化铝LF-AlN-N80 3份)。
对比例5
与实施例3相比不同仅在于：将纳米氮化铝LF-AlN-N80替换为氟化石墨烯FC(即采用氟化石墨烯FC 3份、纳米氮化铝LF-AlN-N80 0份)。
对比例6
与实施例3相比不同仅在于：将纳米二氧化硅替换为纳米氮化铝LF-AlN-N80(即采用纳米氮化铝LF-AlN-N80 4份、纳米二氧化硅0份)。
对比例7
与实施例3相比不同仅在于：将纳米氮化铝LF-AlN-N80替换为纳米二氧化硅(即采用纳米氮化铝LF-AlN-N80 0份、纳米二氧化硅4份)。
试验例
1、导热系数
将实施例1-3和对比例1-7制备的涂膜层均匀的涂在PET离型膜上，烘干制成膜厚度为100μm的膜，按照测试标准ASTM D5470测试膜的导热性能，结果见表1。
2、钻孔性能测试
对实施例1-3和对比例1-7制备的高导热PCB覆膜铝基板进行定位钻孔和质量检测。
孔位精度：PCB钻孔时，钻头接触产品将出现摇摆状态，此时钻头将产生微小形变偏离原位置，孔位精度涉及到CKP值，该值越大表示孔位精度越佳，为避免误差，各实例的产品均进行5支钻头测试，钻孔孔径0.15mm，将各实例的平均CPK值统计至表1中。
孔壁质量：钻孔时孔壁粗糙程度将影响到后续电子产品的品质、寿命，而通常，孔壁越粗糙、毛刺越多，具体地，对各实例的产品进行5次钻孔，钻孔孔径0.15mm，对孔尾进行切片处理，观察孔壁粗糙情况并分析平均孔壁粗糙度，采用轮廓算数平均偏差Ra表示，将结果统计至表1。
钻头缠丝：钻头缠丝通常会导致精度下降、孔壁粗糙等不良后果，因此，使用光学显微镜观察各实施例进行钻孔后的钻头的缠丝情况，将情况统计至表1中。
表1实施例1-3和对比例1-7的性能
从表1可以看出，实施例1-3的涂膜层具有较高的导热系数(＞1.2W/m·K)，并且相应的高导热PCB覆膜铝基板在钻孔时具有很好的孔位精度和孔壁质量，且无钻头缠丝情况。并且，从表1中可以看出，纳米氮化铝的平均粒径、石墨烯的具体种类和复合填料的组成均对涂膜层的导热系数和PCB覆膜铝基板的钻孔质量具有很大的影响。其中，氟化石墨烯的添加有助于提高涂膜层的导热性能以及润滑性能，而氧化石墨烯导热性能劣化，并且不具备自润滑性，因此不添加氟化石墨烯或将其替换为氧化石墨烯均会导致制备的PCB覆膜铝基板的钻孔性能大为下降；纳米氮化铝的平均粒径直接影响到复合填料的填充程度，其粒径过大或过小，或者不添加，均会造成复合填料填充性能下降，从而导致涂膜层的导热性能下降，制备的PCB覆膜铝基板的钻孔性能劣化；纳米二氧化硅的添加亦会影响复合填料的填充程度，并且还可以提高其他填料的分散性能，不添加会导致复合填料的填充程度和分散性能下降，进而导致PCB覆膜铝基板的钻孔性能劣化。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述高导热PCB覆膜铝基板包括涂膜层和铝箔层，所述涂膜层组分包括：水性粘结树脂、水性润滑剂、复合填料、偶联剂、助剂和水。
2.如权利要求1所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述涂膜层组分按重量份数，包括：水性粘结树脂60-85份、水性润滑剂5-20份、复合填料2-10份、偶联剂0.5-3份、助剂0-5份和水30-70份。
3.如权利要求1-2任一项所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述复合填料为氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的混合物。
4.如权利要求3所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的混合物中，氟化石墨烯、纳米氮化铝和纳米二氧化硅的质量比为1:2-6:2-5。
5.如权利要求3所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，纳米氮化铝的平均粒径100-500nm；纳米二氧化硅的平均粒径＜200nm。
6.如权利要求1所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述水性粘结树脂包括水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、丙烯酸改性水性醇酸树脂中的至少一种。
7.如权利要求1所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述水性润滑剂包括聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇中的至少一种。
8.如权利要求1所述的高导热PCB覆膜铝基板，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或酞酸酯偶联剂；所述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、固化剂中的至少一种。
9.如权利要求1-8任一项所述的高导热PCB覆膜铝基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将水性粘结树脂、水性润滑剂、助剂和水混合均匀，加入预混合后的复合填料与偶联剂，制得涂膜层；
2)将涂膜层涂覆在铝箔层的上表面后干燥，制得所述高导热PCB覆膜铝基板。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中干燥为自然干燥或烘干。
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