CN202111934U

CN202111934U - 基板结构及适用于该结构的导热绝缘胶底材结构

Info

Publication number: CN202111934U
Application number: CN2011202128529U
Authority: CN
Inventors: 李其鸿
Original assignee: DEYU TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: DEYU TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2021-06-21

Abstract

本实用新型提供一种基板结构，包括一绝缘层，具有一第一侧与一第二侧；一导电层，位于该绝缘层的第一侧，该导电层可形成电路；以及一散热层，位于该绝缘层的第二侧；其中，该绝缘层第一侧或第二侧的表面形成有一粘合层，用以将该导电层或该散热层粘合至该绝缘层。本实用新型利用粘合层来增加绝缘层和导电层及/或散热层之间的黏着力，同时避免因电路板制程的高温而造成的剥离问题，进而使电子产品寿命增加。此外，本实用新型还提供一种适用于该结构的绝缘层或导热绝缘胶底材结构。

Description

基板结构及适用于该结构的导热绝缘胶底材结构

技术领域

本实用新型涉及一种基板结构，尤其涉及一种于绝缘层或导热绝缘胶底层的至少一侧形成有粘合层的基板结构，以及一种适用于该结构的绝缘层或导热绝缘胶底材结构。

背景技术

由于发光二极管等各种高功率(如功率大于3W者)电子组件的散热需求大幅提升，传统印刷电路板的散热效果已无法满足许多电子产品的需求，而逐渐被散热效率较佳的金属电路板所取代。

一般而言，在制作金属电路板前需先准备金属基板，而常见的金属基板主要包括：绝缘层，常见者包含将纤维材料(如玻璃纤维布)含浸于树脂组成物后加热所得的预浸材(prepreg)，此外，绝缘层也可为不具有纤维材料的无玻纤型粘合片；导电层，如铜箔；以及散热层，如铝板。

然而，在前述结构中，非金属的绝缘层与导电层、散热层等金属层间常有黏着性或密着性不佳等问题，进而易导致分离或爆板，使得金属电路板制作困难且质量信赖度低，无法满足目前市场需求。

发明内容

有鉴于前述问题，本实用新型提供一种基板结构，其利用形成于绝缘层任一侧的粘合层来增加绝缘层和导电层及/或散热层之间的黏着力，同时避免基板因暴露于化学药剂或因电路板制程的高温而出现的剥离问题，进而使电子产品寿命增加。

本实用新型的目的之一，在于提供一种基板结构，包括：一绝缘层，具有一第一侧与一第二侧；一导电层，位于绝缘层的第一侧，该导电层可形成电路；以及一散热层，位于绝缘层的第二侧；其中，绝缘层第一侧或第二侧的表面形成有一粘合层，用以将该导电层或该散热层粘合至该绝缘层。

在较佳的情形下，绝缘层第一侧及第二侧的表面都形成有一粘合层，用以将该导电层及该散热层粘合至该绝缘层。此外，粘合层较佳为具有均匀的厚度，若以涂布量计，粘合层的厚度是介于0.1至1000毫克/平方米，较佳是介于100至200毫克/平方米。

本实用新型的另一目的，在于提供一种导热绝缘胶的底材结构，包括：一导热绝缘胶本体，具有一第一侧与一第二侧；一第一粘合层，粘合至该导热绝缘胶层本体第一侧的表面；以及一第二粘合层，粘合至该导热绝缘胶本体第二侧的表面。

在较佳的情形下，第一粘合层及第二粘合层都具有一均匀的厚度，且该厚度以涂布量计是介于0.1至1000毫克/平方米，较佳是介于100至200毫克/平方米。

附图说明

图1为本实用新型基板结构一较佳实施例的剖面示意图。

【主要组件符号说明】

10基板结构

11绝缘层

13粘合层

15散热层

17导电层

具体实施方式

为充分说明本实用新型目的、特征及功效，使本实用新型所属技术领域中具有通常知识者能了解本实用新型的内容并可据以实施，现借由下述具体实施例配合所附的图式，对本实用新型做一详细说明如下。

如图1所示，其为本实用新型基板结构一较佳实施例的剖面示意图。其中，基板结构10主要包括绝缘层11、粘合层13以及分别位于绝缘层两侧的散热层15与导电层17。

在本实用新型中，基板结构10的绝缘层11可在至少一侧形成有厚度均匀的粘合层13，也可于两侧均形成有厚度均匀的粘合层13，如图1所示。此外，散热层15可包括铝或其合金，而导电层17可包括铜或其合金。

欲制备粘合层，可以浸渍或喷雾等方式对绝缘层11至少一侧的表面进行粘合层材料的涂布处理，并以25至120℃的温度进行干燥步骤5秒至5分钟，以在绝缘层表面上形成均匀分散且保有充分黏着特性的粘合层13。

在本实用新型中，粘合层材料含有硅烷偶合剂，其为分子中具有二个以上反应基的有机硅单体，且二个反应基其中之一为与无机质(玻璃、金属等)化学键结的反应基，另一个为与有机材料(各种合成树脂)化学键结的反应基，其中，与有机材料化学键结的反应基可为乙烯基、胺基、环氧基、丙烯酸基等。

在本实用新型中，可使用的硅烷耦合剂并无特别限定，且可为如3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等具有环氧基的硅烷耦合剂，且可使用一种或一种以上的硅烷耦合剂。

此外，粘合层材料较佳为含有环氧树脂以及环氧树脂硬化剂，二者组成一环氧树脂系统。其中，环氧树脂可为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、酚醛清漆系环氧树脂、邻甲苯酚酚醛清漆型环氧树脂、脂环式环氧树脂、甘油三醚型环氧树脂、聚缩水甘油胺型环氧树脂等，且其分子量较佳是介于330至3000、环氧当量较佳是介于150至3000。环氧树脂硬化剂层可为多胺类、苯酚类、酸酐或羧酸类等，其中多胺类可为乙二胺、二乙三胺、三乙四胺、四乙五胺等脂肪族胺、间二甲苯二胺、对二甲苯二胺等具有芳香环的脂肪族胺、1，3-双(胺基甲基)环己烷、异佛尔酮二胺、原冰片烯基二胺等脂环式胺、二胺基二苯基甲烷、甲基苯二胺等芳香族胺；苯酚类可为儿茶酚、间苯二酚、氢醌等多取代基单体及甲基酚醛树脂型苯酚树脂等；酸酐或羧酸类可为癸烯基琥珀酸酐、聚己二酸酐等脂肪族酸酐、(甲基)四氢酞酸酐、(甲基)六氢酞酸酐等脂环式酸酐、酞酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸酐等芳香族酸酐以及这些的羧酸等。

在较佳实施例中，环氧树脂系统中可添加以下硬化促进剂的至少一种：(a)阳离子系触媒：三氟化硼错合物，如RNH₂·BF₃、R₂NH·BF₃、R₃N·BF₃等，其中R可为芳香基、脂肪基或环脂肪基；(b)阴离子系触媒：三级胺、金属氢氧化物、单环氧化物的配位阴离子触媒，如R₃N、NCH₂C-C(NH)-N(CH₃)₂等常用硬化剂，其中R可为芳香基、脂肪基或环脂肪基；(c)咪唑：1-甲基咪唑、1，2-二甲基咪唑、2-十五烷基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑。

在前述组成中，环氧树脂与环氧树脂硬化剂的配合比例，一般而言可以借由环氧树脂与环氧树脂硬化剂制作环氧树脂硬化物时的标准配合范围，具体而言对环氧树脂中环氧基数而言环氧树脂硬化剂中的活性氢数为0.5至5.0，较佳为0.8至1.4；环氧树脂硬化促进剂与环氧树脂的配合比例一般为0.1至10重量％，较佳为0.5至3.0重量％(依环氧当量计算而得)。另一方面，硅烷偶合剂及/或环氧树脂系统的溶剂稀释比例，一般为0.1至10重量％，较佳为0.5至5.0重量％。

上述绝缘层较佳为一种导热绝缘胶，其可由树脂与导热性无机填充物混合而成，且可配合产品与制程需求制作成黏着胶型态及含浸玻纤型粘合片或无玻纤型粘合片。其中，树脂可为一般泛用环氧树脂、酚醛树脂、聚亚酰氨树脂、聚枫醚類树脂、硅氧树脂、铁弗龙及聚酯树脂等，而无机填充物可为二氧化硅、三氧化二铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝等具绝缘及高导热性者。

在本实用新型中，粘合层在绝缘层表面的涂布量较佳是介于0.1至1000毫克/平方米，更佳是介于100至200毫克/平方米。发明人发现，倘若涂布量未满0.1毫克/平方米，则热压时金属层与绝缘层之间不易取得充分的接黏强度；另一方面，若涂布量超过1000毫克/平方米，则接黏强度过饱和，容易形成硅烷键而使得操作变困难。此外，粘合材料层较佳是以高挥发性溶剂予以稀释涂布以形成粘合层。涂布方法并无特别限制，可使用辊涂法、喷涂法、棒涂法、浸渍法等方法。涂布后，令溶剂等挥发、飞散并且干燥为佳。

在本实用新型中，含有上述环氧树脂、环氧树脂硬化剂及环氧树脂硬化促进剂的溶剂及/或水稀释溶液在涂布后是以25至120℃的温度干燥5秒至5分钟(较佳为30秒至150秒)。其中，溶剂可为90至95重量％，且溶剂可为有机者，如烃类(例如己烷、石油醚、环己烷、甲苯等)、卤代烃烷(例如二氯甲烷、四氯化碳、一氟三氯甲烷等)、酮类(例如丙酮、丁酮、异佛尔酮等)、醚类(例如乙醚、苯乙醚、四氢呋喃、乙二醇二甲醚等)、醇类(例如异丙醇、正丁醇、苯甲醇等)、酯类(例如乙酸乙酯、乙二醇二乙酸酯、丙二醇碳酸酯等)等或上述的混合，或多官能基的有机溶剂(例如乙二醇一甲醚、双丙酮醇等)，或无机者(例如水、矿物酸水溶液)。

据此，本实用新型可针对绝缘层或导热绝缘胶的底材对于金属的亲和力不足，以致在制作金属基板时可能有抗拉力不足、耐热性下降及耐电压特性下降等问题，透过绝缘层或导热绝缘胶的底材的简单表面处理来解决前述问题。相较于针对金属表面的改质处理所造成处理层过厚、处理层厚度不均及步骤繁杂等问题，本实用新型是将硅烷偶合剂直接处理在绝缘层或导热绝缘胶的底材上，故在与金属板进行压合程序时，会由于胶片加热后所产生的流动性，让熔融态的粘合层材料具有均匀流动性，而使金属板及绝缘层或导热绝缘胶上都有厚度均匀的硅烷偶合剂帮助两者紧密接合，而不会有硅烷偶合剂聚集的问题，使形成的粘合层可具有均匀的厚度，且可大幅增加接合力。以下谨以数实例说明本实用新型结构的制备方式以及所能达成的功效。

首先，以下述方法配制数种粘合层材料的溶液：

取10公克液态环氧树脂(可采用陶氏化学公司型号为DER331的产品)溶于少量丙酮中，再加入0.1公克环氧树脂硬化促进剂(可采用Degussa FineChemicals公司型号为Dyhard UR500的产品)搅拌均匀备用。

取40公克3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(可采用信越化学公司型号为KBM-403的产品)，加入10公克pH3至4的水溶液中搅拌均匀，再加入1公克环氧树脂硬化剂(可采用Degussa Fine Chemicals公司型号为Dyhard 100S的产品)搅拌混合。

将上述两溶液混合均匀可得到硅烷偶合剂为66.5重量％的粘合层材料的溶液。将所得的溶液以异丙醇分别稀释可得到硅烷偶合剂为2重量％的溶液(以代号A表示)及硅烷偶合剂为5重量％的溶液(以代号B表示)。

另外，再配制一份未添加环氧树脂系统(即不含环氧树脂、环氧树脂硬化剂及环氧树脂硬化触进剂)的硅烷偶合剂为5重量％的溶液(以代号C表示)。

将厚度100微米的绝缘层(如绝缘散热胶层)裁剪为10公分见方，以喷涂方法将上述A、B、C等溶液分别均匀喷上约100至500毫克/平方米，再经由热风80℃烘烤5分钟，使其中的溶剂挥发干燥，以得到三种不同的绝缘层。此外，制备未经粘合层材料溶液处理的绝缘层以作为第四种绝缘层。将厚度35微米的印刷电路板用电解铜箔(可采用李长荣化学工股份有限公司型号为GR-THE-LP3的产品)裁切成10公分见方，再取一10公分见方的铝合金板材(可采用5052或6061的铝合金材质)。之后，由上而下依序将电解铜箔、前述绝缘层、铝合金板材分别进行迭合，并借由压合机进行标准热压程序(180℃、90分钟周期)成形为以下四种基板：

基板一：粘合层含硅烷偶合剂2重量％、环氧树脂系统0.5重量％，溶剂比例97.5％；

基板二：粘合层含硅烷偶合剂5重量％、环氧树脂系统1.25重量％，溶剂比例94.9％；

基板三：粘合层含硅烷偶合剂5重量％、不含环氧树脂系统，溶剂比例95.0％；

基板四：无粘合层。

接着，分别对各基板进行以下测试：

1.锡炉测试：采用IPC-TM-650 2.4.13测试标准。

2.耐电压测试：采用ASTM D149测试标准。

3.剥离强度测试：采用IPC-TM-650 2.4.8或ASTM D2861测试标准。

测试结果如下表所示：

于测试结果中，比较基板三与基板四，可观察到若在绝缘层上形成有粘合层，将可增加绝缘层与导电层、散热层等金属层的黏着力，使基板的剥离强度由1.9公斤力/平方厘米提高至2.1公斤力/平方厘米，并因黏着力增加而提高基板的耐热性。

此外，比较基板一、基板三，可观察到粘合层含有环氧树脂系统且硅烷偶合剂较稀释的基板一具有较高的剥离强度，此或许与粘合层材料的溶液于稀释后具有较高的分散性，故可借由更为均匀的厚度来提高绝缘层与金属层之间的黏着力。若再观察基板二，则可发现当环氧树脂系统的含量提高至一定程度(较佳的范围如前所述)时，剥离强度甚至可提高至2.5公斤力/平方厘米，且耐热性也明显提升至1小时以上。

由此可知，本实用新型的基板结构不仅具有提高剥离强度、耐热特性，同时若观察不同基板的耐电压测试结果，也可知粘合层的形成并不会影响基板的电性。据此，本实用新型借由将粘合层以涂布方式形成于绝缘层表面，可达到提升金属接口黏着力、提高耐热性等功效，进而避免因黏着性或密着性不佳等而导致的分离或爆板等问题。

本实用新型在上文中已以较佳实施例揭露，然本领域具有通常知识者应理解的是，该实施例仅用于描述本实用新型，而不应解读为限制本实用新型的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本实用新型的范畴内。因此，本实用新型的保护范围当以上述权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种基板结构，其特征在于，包括：

一绝缘层，具有一第一侧与一第二侧；

一导电层，位于该绝缘层的第一侧，该导电层可形成电路；以及

一散热层，位于该绝缘层的第二侧；

其中，该绝缘层第一侧或第二侧的表面形成有一粘合层，用以将该导电层或该散热层粘合至该绝缘层。

2.如权利要求1所述的基板结构，其特征在于，该绝缘层第一侧及第二侧的表面都形成有一粘合层，用以将该导电层及该散热层粘合至该绝缘层。

3.如权利要求1或2所述的基板结构，其特征在于，该粘合层具有一均匀的厚度。

4.如权利要求1或2所述的基板结构，其特征在于，该粘合层是以涂布方式形成，且其厚度以涂布量计是介于0.1至1000毫克/平方米。

5.如权利要求4所述的基板结构，其特征在于，该粘合层的厚度以涂布量计是介于100至200毫克/平方米。

6.一种导热绝缘胶的底材结构，其特征在于，包括：

一导热绝缘胶本体，具有一第一侧与一第二侧；

一第一粘合层，粘合至该导热绝缘胶本体第一侧的表面；以及

一第二粘合层，粘合至该导热绝缘胶本体第二侧的表面。

7.如权利要求6所述的导热绝缘胶的底材结构，其特征在于，该第一粘合层及该第二粘合层都具有一均匀的厚度。

8.如权利要求6或7所述的导热绝缘胶的底材结构，其特征在于，该第一粘合层及该第二粘合层都是以涂布方式形成于该导热绝缘胶本体的表面，且其厚度以涂布量计是各自独立介于0.1至1000毫克/平方米。

9.如权利要求6或7所述的导热绝缘胶的底材结构，其特征在于，该第一粘合层及该第二粘合层都是以涂布方式形成于该导热绝缘胶本体的表面，且其厚度以涂布量计是各自独立介于100至200毫克/平方米。