CN210157469U - 金属基覆铜箔层压板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种金属基覆铜箔层压板。层压板具有由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板、在所述金属基板的铜层上的导热绝缘层和在所述导热绝缘层上的铜箔层。本实用新型的层压板具有较低的密度和成本，同时具有高散热性，可经受冷热循环。本实用新型的层压板还适于在其中形成盲孔并镀导电膜。

Description

金属基覆铜箔层压板
技术领域
本实用新型涉及印制电路基板领域，具体涉及一种金属基覆铜箔层压板。
背景技术
目前，已经发展了高散热的金属基覆铜箔层压板用于印制电路基板。
金属基覆铜箔层压板主要以铝基覆铜板和铜基覆铜板为主。铝基覆铜板以铝板为基板，而铜基覆铜板以铜板为基板。由于有成本优势，铝基覆铜板目前仍是金属基覆铜板的主流产品。但是，当印制电路板需要传输的更大的电流并同时更集中地产生热量时，铝基覆铜板的导热性无法满足要求。此外，铝基覆铜板还无法满足钻孔直接电镀工艺，即无法在铝基板中钻得的孔上直接进行电镀的工艺。铜基覆铜板的缺点包括密度大和成本高，因此其使用也受到限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种层压板，以解决上述问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
层压板具有由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板、在所述金属基板的铜层上的导热绝缘层和在所述导热绝缘层上的铜箔层。通过高温压合，制备由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板，以及将金属基板与导热绝缘层和铜箔层高温压合。
本实用新型提供了一种层压板，所述层压板包含：
金属基板，所述金属基板由紧密接触的铜层和铝层构成；
在所述金属基板的铜层上的导热绝缘层；
在所述导热绝缘层上的铜箔层。
优选地，在所述金属基板中，所述铜层与所述铝层的厚度比为1∶9至4∶6。
优选地，所述金属基板的厚度为1.0-5.0mm。
优选地，所述金属基板的所述铜层和所述铝层间的结合强度大于100MPa。
优选地，所述铜层与所述导热绝缘层接触的表面是经过化学法表面处理或机械法表面处理的表面。
优选地，所述铜层与所述导热绝缘层接触的表面的表面粗糙度Ra为0.1μm-0.6μm。
优选地，所述导热绝缘层为无增强材料导热绝缘层。
优选地，所述导热绝缘层为含有导热填料的导热绝缘层。
优选地，所述导热绝缘层的厚度为0.03mm-0.20mm，并且所述铜箔层的厚度为0.012mm-0.210mm。
优选地，所述层压板具有盲孔，所述盲孔开口在所述铜箔层表面，穿过所述铜箔层和所述导热绝缘层，并且终止于所述铜层中，其中所述盲孔的表面镀有导电膜。
本实用新型的层压板具有较低的密度和成本，同时具有高散热性，可经受冷热循环。本实用新型的层压板还适于在其中形成盲孔并进行电镀。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个实施方案的层压板的示意图。
图2是根据本实用新型的一个实施方案的具有盲孔的层压板的示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种层压板，所述层压板包含：
金属基板，所述金属基板由紧密接触的铜层和铝层构成；
在所述金属基板的铜层上的导热绝缘层；
在所述导热绝缘层上的铜箔层。
如图1所示，本实用新型的层压板具有金属基板1、导热绝缘层2和铜箔层3组成的结构。其中，当用作印制电路基板时，铜箔层用于形成印制电路基板中的电路。导热绝缘层使得金属基板与铜箔层相互绝缘，同时可以将铜箔层上的热量传导至金属基板，以防止铜箔层中发生热量集中。金属基板为层压板提供支撑和机械强度，同时起到散热的作用。
本实用新型的金属基板1由紧密接触的铜层12和铝层11构成，其中铜层12的一面与铝层11接触，而另一面与导热绝缘层2接触。相比于纯铝基板，本实用新型的金属基板散热性更好。相比于纯铜基板，本实用新型的金属基板密度更低且成本低得多。
而且，本实用新型的金属基板靠近铜箔层的一面是铜层，其与铜箔层有相近的热膨胀系数。相反，如果使用纯铝基板，其与铜箔层的热膨胀系数差异大，容易发生损坏。
此外，当在本实用新型的层压板中形成从铜箔层侧到铜层的盲孔后，可以在该盲孔中镀导电膜。相反，如果使用纯铝基板，将难以镀导电膜。
本实用新型的金属基板中的铜层可以使用紫铜、黄铜、青铜、白铜制备。优选地，使用紫铜制备铜层。紫铜的导热和导电性能更优秀，并且与铜箔层的热膨胀系数更加匹配。
铜层与铝层是紧密接触的。换言之，铜层与铝层之间不存在其他介质如粘合层。金属基板可以通过将铜层和铝层直接压合制成。优选地，金属基板的铜层和铝层间的结合强度大于100MPa。其优点在于金属基板承受冷热循环后不会分层，而且散热性更好。
本实用新型的金属基板中的铝层可以使用1系列、3系列、4系列、5系列和6系列铝板。优选地，优先采用1系列铝板制备铝层。其优点在于1系列铝的导热更优秀。
本实用新型的金属基板中，铜层与所述铝层的厚度比优选为1∶9至4∶6。在此范围内，金属基板同时具备优良的散热性、适宜的密度以及合适的成本。
本实用新型的金属基板的厚度优选为1.0-5.0mm。在此厚度内，可以提供足够的散热性和合适的成本。
本实用新型的金属基板中的铜层与导热绝缘层接触。导热绝缘层需同时具备优良的导热性和优良的绝缘性。典型地，其导热性应不低于0.5W/m·k，其电阻率应不低于108欧姆·米。
为了改善铜层与导热绝缘层的结合，铜层与导热绝缘层接触的表面可以经过表面处理。表面处理可以是化学法表面处理或机械法表面处理。化学法表面处理包括微蚀、棕化、黑化等。机械法表面处理包括磨板、喷砂、拉丝等。经过表面处理的铜层与导热绝缘层结合得更加牢固。优选地，所述铜层与所述导热绝缘层接触的表面粗糙度Ra为0.1μm-0.6μm。
本实用新型的层压板中的导热绝缘层可以由包含绝缘树脂、导热填料、固化剂和促进剂的组合物形成。优选地，所述绝缘树脂是环氧树脂、聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂中的任意一种或至少两种的组合。导热绝缘层也可以包含增强材料。不过优选采用无增强材料的绝缘层，原因是无增强材料的绝缘层，可实现更优的导热性能。本实用新型所述的增强材料是指纤维状增强材料，例如玻璃纤维布、无纺布。本实用新型的导热绝缘层优选不是在玻璃纤维布、无纺布等织物上浸涂树脂得到的材料，而是不含增强材料的胶膜、树脂涂层等。
本实用新型的导热绝缘层的厚度优选为0.03-0.20mm。在此厚度范围内，导热绝缘层同时具备出色的绝缘性和出色的导热性。
本实用新型的导热绝缘层的热导率优选为1-10W/m·k，进一步优选为2-4W/m·k。当热导率过低时，不能及时将热量从铜箔侧传导到金属基板侧。然而，热导率也非越高越好，这是因为为了达到更高的导热率，必须加入更高比例的导热填料，这将导致导热绝缘层致密性和力学性能的下降。发明人发现，在上述范围内，导热绝缘层的导热性和力学性能达到最佳的平衡。而且，在此范围内的导热绝缘层与铜箔层、金属基板三者之间的热膨胀系数相近，导热和散热的匹配性最佳。在承受冷热循环时可以迅速地将铜箔层上的热量传导至金属基板，避免了铜箔层电路或者电路焊盘的断裂，提高了电路的可靠性。
本实用新型的铜箔层可以使用印制电路基板领域常规的铜箔层材料，优选使用电解铜或压延铜。铜箔层的厚度可以是常规厚度，优选0.012-0.210mm。
本实用新型的层压板可以具有盲孔。如图2所示，所述盲孔5开口在所述铜箔层3表面，穿过所述铜箔层3和所述导热绝缘层2，并且终止于所述铜层12中，其中所述盲孔5的表面电镀有导电膜4。对盲孔5电镀后，金属基板1可以作为一个导电层。
应当理解，本实用新型的层压板中的各层都可以是图案化的。因此，例如，其中具有图案化的铜箔层的层压板可以用作印制电路基板，并且这样的印制电路基板也属于本实用新型的层压板。而且，本实用新型的层压板还可以具有通孔、盲孔等印制电路基板中的常规构造。
可以使用多种方法制备本实用新型的层压板。
一种制备层压板的方法包括：
通过高温压合，制备由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板，以及
将金属基板与导热绝缘层和铜箔层高温压合。
一般地，通过将铜层和铝层直接高温压合制成金属基板。
随后，将金属基板、导热绝缘层和铜箔层高温压合，形成层压板。压合压力和温度范围可以为20-100kgf/cm2和150-250℃
优选地，制备金属基板时铜层和铝层的压合温度高于600℃。
在一个实施方式中，将金属基板与导热绝缘层和铜箔层高温压合包括：
在铜箔层上形成导热绝缘层，以及
将所述金属基板与形成有所述导热绝缘层的所述铜箔层高温压合。
在另一个实施方式中，将金属基板与导热绝缘层和铜箔层高温压合包括：
形成单独的导热绝缘膜；以及
将所述金属基板、所述导热绝缘膜和所述铜箔层高温压合。
具体地，可以将包含有绝缘树脂、导热填料、固化剂、促进剂的绝缘导热组合物涂覆在铜箔层上，随后与金属基板高温压合。也可以先形成单独的绝缘导热组合物膜，随后与铜箔层、金属基板高温压合。
应当理解，制备本实用新型的层压板的方法不限于这些。
本实用新型的层压板同时具备出色的散热性、成本和可靠性，可被加工形成可电镀的盲孔，并且适合用作大电流高散热要求的电子零组件的印制电路基板。
以下通过实施例和比较例说明本实用新型。应当注意，实施例仅用于说明的目的，不意在限制本实用新型。
如无特别说明，实施例和比较例中使用的材料如下。
铜箔层为电解铜，厚度为0.035mm。
绝缘层增强材料为玻璃纤维布。
铜层为紫铜。
铜层与导热绝缘层接触的表面粗糙度Ra为0.4μm。
铝层为1系列铝。
导热膏为道康宁SC102。
其中，层压板的尺寸，即铜箔层、铜层、铝层的长和宽分别为500mm×600mm。
在本实用新型中，进行性能评估的方式如下。
整板热导率：将金属基板制备成25.4mm×25.4mm的样品，采用ASTM D5470测试方法。
表面粗糙度Ra：将金属基板制备成100mm×100mm的样品，参照IPC-TM-6502.2.17A中金属箔的表面粗糙度的方法测试。
成本系数：综合考虑铜板和铝板的价格和加工成本，并以纯铝板作为系数1，纯铜板作为系数10，进行计算。
钻孔电镀：先钻盲孔，再电化学镀铜。评估电镀的效率和工艺可行性，并且评估电镀后孔壁镀层结合情况。
承受冷热循环次数：通过在-45℃到125℃之间进行若干次冷热循环后，切片分析每层的结合情况，是否有出现分层。如出现分层，即为失效。
实施例1
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过在160℃温度烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)的铜面上。在200℃温度和40kgf/cm2压力高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例2
将导热绝缘层的树脂，涂覆于离型膜上，经过烘烤半固化后，将导热绝缘层从离型膜上剥离下来，然后将其夹在铜箔层的毛面和通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)之间。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例3
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.1mm，铝层厚度0.9mm)的铜面上。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例4
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.4mm，铝层厚度0.6mm)的铜面上，高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例5
将包含增强材料的导热绝缘层夹在铜箔层的毛面和通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)之间。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为包含增强材料的绝缘树脂，导热率为2W/m·k，厚度为0.100mm。
实施例6
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.05mm，铝层厚度0.95mm)的铜面上，高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例7
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.6mm，铝层厚度0.4mm)的铜面上，高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
实施例8
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)的铜面上。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层导热率为0.5W/m·k。
实施例9
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。导热绝缘层导热率为12W/m·k。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)的铜面上。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。
比较例1
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过阳极氧化表面处理好的1.0mm的铝板上。高温压合后，可制得铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
比较例2
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好的1.0mm的铜板上。高温压合后，可制得铜基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
比较例3
将导热绝缘层的树脂，涂覆于铜箔层的毛面上。经过烘烤半固化后，将涂有导热绝缘层的铜箔层压合于通过棕化表面处理好0.3mm的铜板上，并且进行高温压合。随后，再使用道康宁SC102导热膏将铜板粘附于0.7mm的铝板上，可制得铜铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为含有导热填料的绝缘树脂，导热率为3W/m·k，厚度为0.050mm。
比较例4
将包含增强材料的导热绝缘层夹在铜箔层的毛面和通过阳极氧化表面处理好的1.0mm的铝板之间。高温压合后，可制得铝基覆铜箔层压板。导热绝缘层为包含增强材料的绝缘树脂，导热率为2W/m·k，厚度为0.100mm。
比较例5
将导热绝缘层的树脂，涂覆于离型膜上，经过烘烤半固化后，将导热绝缘层从离型膜上剥离下来，然后将其压夹在2张通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.3mm，铝层厚度0.7mm)之间。高温压合后，可制得铜铝基覆铜箔层压板。
比较例6
将导热绝缘层的树脂，涂覆于0.05mm的铝箔上，经过烘烤半固化后，然后将其压夹在通过棕化表面处理好的1.0mm的铜铝板(铜层厚度0.95mm，铝层厚度0.05mm)的铜面上，高温压合后，可制得铜铝基覆铝箔层压板。
对实施例1-9和比较例1-6的层压板进行性能表征，结果示于下表中。
Figure BDA0002053331360000101
实施例1-9均为本实用新型的实施方案的层压板。比较例1使用纯铝基板。比较例2使用纯铜基板。比较例3使用采用导热膏将铜板和铝板粘合。比较例4中采用纯铝基板并且绝缘导热层含有增强材料。比较例5中用铜铝复合板代替铜箔。比较例6中用铝箔代替铜箔，并且金属基板中铝层很薄。
比较例1中使用纯铝基板，金属基板中没有铜层。所得的层压板整板热导率为40W/m·K，承受冷热循环次数小于100次，并且钻孔电镀困难，可靠性低。
比较例2中使用纯铜基板，金属基板中没有铝层。所得的层压板的金属基密度高达8.9g/cm3，并且成本系数高达10。
比较例3中使用了铜铝复合基板，但是铜层和铝层之间由导热膏粘合。该层压板生产工艺非常复杂，承受冷热循环次数小于100次，并且不能进行钻孔电镀。
比较例4中采用了纯铝基板，并且使用具有增强材料的绝缘层。这样的层压板通过牺牲一定的导热性获得出色的强度。然而，同比较例1一样，其承受冷热循环次数小于100次，并且钻孔电镀困难，可靠性低。
比较例5中绝缘层两侧都采用铜层和铝层构成的金属基板，但制得层压板无法在铝层面设计电路。
比较例6中铝层厚度比例较低，同时使用铝箔代替铜箔，因此与实施例1-4相比，铝箔电阻大，做导电层效果差，钻孔电镀困难，同时承受冷热循环次数小于100次。
实施例1至9中采用了由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板。与相同条件下使用纯铝基板的层压板相比，其导热性增加，承受冷热循环次数也增加，而与相同条件下使用纯铜基板的层压板相比，其密度降低并且成本系数降低。此外，由紧密接触的铜层和铝层构成的金属基板也利于钻孔电镀。
在实施例1-9中，实施例5采用了具有增强材料的导热绝缘层，其强度大幅增加。尽管其整板导热率比较低，但仍高于同样使用具有增强材料的导热绝缘层的比较例4。实施例6中铜层厚度比例较低，因此与实施例1-4相比，承受冷热循环次数较低，热导率有所下降，并且钻孔电镀相对困难，但与比较例1相比，仍具有高热导率、高冷热循环次数，得到的钻孔电镀结构的可靠性仍是高的。实施例7中铜层厚度比例高，因此与实施例1-4相比，成本系数较高且密度较大，但与比较例2相比，仍具有低成本和低密度。实施例8中采用的导热率为0.5W/m·k的导热绝缘层，其导热率较低，热膨胀系数较大，承受冷热循环次数小于300次。实施例9中采用的导热率为12W/m·k的导热绝缘层，其导热绝缘层中的填料含量较多，胶层的致密性差，钻孔电镀的可靠性差，而且降低了承受冷热循环次数。不过，实施例8和9的方案的承受冷热循环次数的性能仍优于比较例1，并且成本远低于比较例2。
实施例1-4中的层压板同时具备足以用作印制电路基板的高导热性和适宜的密度和成本，耐冷热循环性能好，并且可用于钻孔电镀。实施例2中采用先形成单独的绝缘导热膜的方式制备层压板，结果显示其同样具有良好的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种层压板，所述层压板包含：
金属基板，所述金属基板由紧密接触的铜层和铝层构成；
在所述金属基板的铜层上的导热绝缘层；
在所述导热绝缘层上的铜箔层。
2.根据权利要求1所述的层压板，其中，
在所述金属基板中，所述铜层与所述铝层的厚度比为1∶9至4∶6。
3.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述金属基板的厚度为1.0-5.0mm。
4.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述金属基板的所述铜层和所述铝层间的结合强度大于100MPa。
5.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述铜层与所述导热绝缘层接触的表面是经过化学法表面处理或机械法表面处理的表面。
6.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述铜层与所述导热绝缘层接触的表面的表面粗糙度Ra为0.1μm-0.6μm。
7.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述导热绝缘层为无增强材料导热绝缘层。
8.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述导热绝缘层为含有导热填料的导热绝缘层。
9.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述导热绝缘层的厚度为0.03mm-0.20mm，并且所述铜箔层的厚度为0.012mm-0.210mm。
10.根据权利要求1所述的层压板，其中，
所述层压板具有盲孔，所述盲孔开口在所述铜箔层表面，穿过所述铜箔层和所述导热绝缘层，并且终止于所述铜层中，其中所述盲孔的表面镀有导电膜。
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