一种制作铝基板用导热胶膜工艺

技术领域

本发明涉及导热胶膜制备工艺的技术领域，特别是涉及一种制作铝基板用导热胶膜工艺。

背景技术

铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层（铜箔）、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。

随着微电子集成技术的高速发展，电子产品对元器件的功率要求越来越高，PCB板上所搭载的元器件的数量越来越多，导致器件的工作环境向高温变化，为了保证元器件的寿命及可靠性，必须及时的将产生的热量散逸出去。

为保证电力基板的稳定作业，会在其表面粘合一层胶膜，而胶膜也是铝基板的重要组成部分，这里的胶膜则是一种热熔胶胶膜，热熔胶胶膜是一种带离型纸或不带离型纸的膜类产品，可以方便地进行连续或间歇操作。可广泛用于各类织物、纸张、高分子材料及金属粘合。基于此，中国专利CN105199619B公开了一种铝基覆铜板用高导热胶膜制备方法，其主要通过添加复合导热填料，并采用多种不同沸点的溶剂体系；在胶膜烘干过程中，以使溶剂梯度式挥发，从而减少膜层中微气泡，提高膜层的电气绝缘性能及耐电压性能；并且树脂体系中引入有机弹性树脂、小分树脂，增加胶膜的弹性及树脂对无机填料的包敷、浸润性。

然而，上述所公开的铝基覆铜板用高导热胶膜的制备方法还存在铝基板的耐浸焊性不佳、击穿电压低以及生产效率低的缺陷。具体的，上述所公开的制备方法中，主要是通过在铝基板板上涂敷有挥发性溶剂的高导热胶粘剂，并在一定温度下烘烤以使其溶剂挥发，然后在铝基板上把铜箔热压成型。但是，部分挥发性溶剂会残留在绝缘介质膜中，从而影响铝基板的耐浸焊性和击穿电压；此外，应用上述的制备方法也存在生产周期长以及生产效率低的问题，因为在上述制备方法中，所述铜箔容易折叠，因而其成品率低。此外，通过流延法制备高导热型铝基覆铜箔层压板的绝缘介质胶膜也是现有技术中常见的方法，但其也存在挥发性溶剂残留问题，由于在绝缘介质胶膜中加入丁腈橡胶增韧，而丁腈橡胶在180℃的温度条件下会碳化，从而导致铝基板导热胶膜也存在导热系数、耐浸焊性、击穿电压、剥离强度和绝缘介质胶膜的适应期达不到高导热型铝基覆铜箔层压板的最低标准要求的情况。因此，制备无溶剂、无增韧剂的高导热绝缘介质胶膜要从新的制备工艺、环氧树脂改性和其它助剂着手。

发明内容

基于此，有必要针对如何制备无溶剂、无增韧剂的高导热绝缘介质胶膜的技术问题，提供一种制作铝基板用导热胶膜工艺。

一种制作铝基板用导热胶膜工艺，其包括如下步骤：

S1：首先，将环氧树脂、固化剂以及丙烯酸树脂按预定的比例混合均匀；

S2：然后，在前述混合液中继续添加助剂并继续搅拌均匀，所述助剂包括固化剂促进剂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂和流平剂；

S3：接着，继续在前述混合液中加入70%以上的导热填料并继续搅拌均匀以形成胶液，所述导热填料包括氮化铝或氧化铝；

S4：然后，将前述胶液均匀涂覆在离型膜之上，并使其在60℃的烘道下成膜；

S5：接着，将涂覆有胶膜的离型膜在紫外光照下固化；

S6：最后，将完成固化的胶膜收卷。

进一步的，所述固化剂为双氰胺，所述固化剂促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。

优选的，每100g环氧树脂需配双氰胺6至11克以及2-乙基-4-甲基咪唑0.2至1克。

进一步的，丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂按质量份的配比为65∶29∶5∶1。

优选的，所述活性稀释剂为双官能团丙烯酸活性稀释剂；所述光引发剂为光引发剂1173；所述偶联剂为二苯甲酮。

优选的，所述活性稀释剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯。

进一步的，环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、固化剂、固化剂促进剂、光引发剂、偶联剂、填料的质量份配比为20∶5∶1.9∶1.9∶0.1∶0.9∶0.2∶70。

进一步的，环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、固化剂、固化剂促进剂、光引发剂、偶联剂、填料的质量份配比为16∶4∶1.9∶1.9∶0.1∶0.9∶0.2∶75。

综上所述，本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺以环氧树脂为基体树脂，同时以丙烯酸树脂作稀释剂，通过分别添加无机填料、固化剂、固化促进剂、光引发剂等原料，利用流延法制备出具有绝缘耐热性能的胶膜；然后，再通过紫外光固化制备对其固化后，可获得用于铝基板的高导热绝缘介质胶膜。本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的核心是应用了丙烯酸紫外光固化体系，所述丙烯酸紫外光固化体系是胶膜的基础成膜物质。当具有高导热且绝缘的介质胶液被涂覆在类似PET等离型膜上后，其在紫外光作用下，通过光引发剂产生自由基引发丙烯酸树脂聚合、交联和接枝反应，从而使胶液在数秒内由液态转化为固态，进而完成高导热绝缘介质胶膜的成膜。所使用的丙烯酸树脂应具备粘度低、柔韧性好以及挥发性小的优点。因为，丙烯酸树脂具有低粘度可保证胶液填充70%以上的无机导热填料；而丙烯酸树脂具有柔韧性好的优点可保证绝缘介质胶膜在收卷、运输以及铝基板的压制过程中保持良好的操作性。因此，本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺解决了如何制备无溶剂、无增韧剂的高导热绝缘介质胶膜的技术问题。

附图说明

图1为本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的流程图；

图2为本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1，图1为本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的流程图。如图1所示，本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺，其包括如下步骤：

S1：首先，将环氧树脂、固化剂以及丙烯酸树脂按预定的比例混合均匀；

S2：然后，在前述混合液中继续添加助剂并继续搅拌均匀，所述助剂包括固化剂促进剂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂和流平剂；

S3：接着，继续在前述混合液中加入70%以上的导热填料并继续搅拌均匀以形成胶液，所述导热填料包括氮化铝或氧化铝；

S4：然后，将前述胶液均匀涂覆在离型膜之上，并使其在60℃的烘道下成膜；

S5：接着，将涂覆有胶膜的离型膜在紫外光照下固化；

S6：最后，将完成固化的胶膜收卷。

进一步的，请继续参阅图2，图2为本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的系统结构示意图。结合图1与图2，用户可以使用混合装置1对环氧树脂、固化剂以及丙烯酸树脂按预定的比例混合均匀；其中所述搅拌装置1的搅拌温度可以设定为55-65℃，其搅拌时间控制在15-25分钟之间；通过上述搅拌时间以及搅拌温度可以使环氧树脂、固化剂以及丙烯酸树脂充分混合。接着，用户继续在所述搅拌装置1中加入助剂并继续搅拌均匀，所述助剂包括促进剂、紫外光固化剂、偶联剂和流平剂；并维持搅拌温度不变，但搅拌时间控制在10分钟左右。然后，继续在所述搅拌装置1中投入至少70%的导热填料；所述导热填料可以为氮化硼以及氧化铝；并继续保持搅拌温度不变，其搅拌时间控制在25-60分钟之间，直接所添加的各材料混合充分以形成稳定状态的胶液。然后，将上述胶液导出至敞口容器2中，所述敞口容器2的上方设置有涂布辊3；此外，所述敞口容器2的下方还设置有离型膜取料辊4；带涂布胶液的离型膜经过数组支持辊5的支撑后被导引至所述敞口容器2之内，并使所述涂布辊3上的离型膜可以持续接触到胶液的表面。具体的，所述离型膜一般可以为PET薄膜。待所述薄膜被均匀涂胶后，再将其通过60℃的烘道以使在所述离型膜表面的胶液形成胶膜；接着，再令所述胶膜均匀通过紫外光机6保持其被紫外光照数秒后使其固化成型，然后，再使用收卷机7对已固化成型的胶膜进行收卷。获取成卷的胶膜后可以按需进行裁剪以便进行后续与铝基板的压合工艺。

具体的，前述步骤S1以及S2中主要应用了以环氧树脂为主体的固化体系；其主要起粘合铝板或铜箔的作用。上述的环氧树脂体系中无溶剂以及增韧剂，从而使其固化后的粘结性良好，并且，其玻璃化转变温度也较高，其介电性能也更好。进一步的，固化剂和固化促进剂是环氧树脂固化体系重要的组成部分，其决定着固化温度以及固化产物特性，进而影响铝基板的击穿电压、耐浸焊性和剥离强度。在本发明中，所述固化剂为双氰胺，所述固化剂促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。其中，所述双氰胺的相对分子量是84，其含有4个活泼氢原子；而根据胺类固化剂的理论计算，每100g环氧树脂中，所述双氰胺的用量约为11～13g，而所述2-乙基-4-甲基咪唑的用量约为0.2~1g；但在实际的生产经验中双氰胺的用量少于按双氰胺分子中活泼氢原子所计算的用量，其实际配方中每100份的环氧树脂中加入的固化剂用量为6~11份之间即可。通过傅里叶红外光谱分析，每100份的环氧树脂中加入9份的双氰胺以及0.6份的2-乙基-4-甲基咪唑即可使环氧树脂可完全固化。因为双氰胺除了4个活泼氢原子以外，在双氰胺的分子中的氰基（-CN）在高温下也能与环氧基以及羟基发生反应，进而使环氧树脂发生固化。由此可确定，每100g环氧树脂配双氰胺9克以及2-乙基-4-甲基咪唑0.6克时，其剥离强度最佳；根据GB/T2792—1998的标准，采用抗剥测试仪测试测试得出此时的环氧树脂固化体系的剥离强度为1.8N/mm；然后，再根据GB/T1409—2006的标准采用介电常数测试仪测得其介电常数为6.2；并通过傅里叶红外光谱测得此时环氧树脂可完全固化。由此可见，选用双氰胺作为固化剂；选用2-乙基-4-甲基咪唑作为固化剂促进剂可以保证环氧树脂完全固化的基础用量少，并且保证铝基板的击穿电压高、耐浸焊性和剥离强度高。

具体的，在前述步骤S1以及S2中，所述丙烯酸数字作为胶膜的紫外光固化体系；而丙烯酸树脂紫外光固化体系是高导热绝缘介质胶膜的主要成膜物质。更具体的，所述丙烯酸树脂紫外光固化体系包括：改性的丙烯酸树脂，双官

能团丙烯酸活性稀释剂、光引发剂1173以及二苯甲酮；所述二苯甲酮作为偶联剂；所述丙烯酸树脂可以用作流平剂，或以脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等作为流平剂。然后，可以通过对其成膜性、固化速率、硬度和固化程度进行测量，进而确定丙烯酸树脂的紫外光固化体系各组成成分的具体配比。所述丙烯酸树脂的紫外光固化体系的成膜性主要取决丙烯酸树脂含量，而不同配方下胶膜的成膜性和粘度数据如表1所示，表1为不同配方下胶膜的成膜性和粘度统计表。由表1可知，当丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂按质量份的配比为65∶29∶5∶1时，所制得的紫外光固化丙烯酸树脂体系的粘度较小，同时还具有较好的成膜性；再根据傅里叶红外光谱测试也可以进一步表明此时其体系固化完全。因而，在保证所述紫外光固化丙烯酸树脂体系达到所要求的最低标准后，以最低的丙烯酸树脂的用量配方为最优的选择，因为其可以同时兼顾成本与产品效益。

表1：不同配方下胶膜的成膜性和粘度统计表

具体的，在前述步骤S3中，需要进一步在混合液中引入导热填料的成分，常见的导热填料包括：氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅等。而胶粘剂的导热系数与导热填料的用量、粒径大小、形状以及粒径大小搭配和吸油性等因素有关。前述步骤S3中，本发明可以使用氮化铝或氧化铝作为导热填料；所述氮化铝具有很高的导热系数；其可以通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。现有的氮化铝制备工艺中，由于金属铝氮化不完全以及工艺导致的杂质含量多而使绝缘介质胶膜的介电性和击穿电压下降。一般可以通过控制氮化铝的制备工艺以去除杂质，使氮化铝满足铝基板导热填料的要求。而所述氧化铝是现有技术中被大量使用的导热填料，其介电性能较容易满足，但其热导率没有碳化硅和氮化铝的热导率高。因此，综合考虑性能和价格等因素，所述氧化铝一般和碳化硅、氮化铝混合使用。通常的，可以选择氮化铝与碳化硅混合作为高导热填料；选用氧化铝作为中导热填料。根据现有的实验数据，不同填料含量下胶膜的导热系数如表2所示；所述表2为不同含量的导热填料胶膜的导热系数汇总表。由表2可知，在制备无溶剂导热绝缘介质胶膜的工艺中，当氮化铝填料的加入量为70%时，绝缘介质胶膜的导热系数可达到 3.12 W/(m·K)；当氧化铝填料的加入量为 70%时，绝缘介质胶膜的导热系数可达到 2.18 W/(m·K)。当然，进一步提高氮化铝或氧化铝填料的含量还可以进一步提升绝缘介质胶膜的导热系数；当填料的含量越高，胶膜的整体成本则越高。

表2：不同含量的导热填料胶膜的导热系数汇总表

结合前述内容可知，可以通过将丙烯酸树脂光固化体系以及环氧热固化体系这两种固化体系相结合从而制备出无溶剂且高导热的绝缘介质胶膜，并将其应用于铝基板之上。并且，以下详细给出两种实施例：

实施例一：环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、固化剂、固化剂促进剂、光引发剂、偶联剂、填料的质量份配比为20∶5∶1.9∶1.9∶0.1∶0.9∶0.2∶70。

实施例二：环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、固化剂、固化剂促进剂、光引发剂、偶联剂、填料的质量份配比为16∶4∶1.9∶1.9∶0.1∶0.9∶0.2∶75。

上述实施例一或实施例二中，所述活性稀释剂优选为双官能团丙烯酸活性稀释剂，例如1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)等；所述固化剂优选为双氰胺；所述固化剂促进剂优选为2-乙基-4-甲基咪唑；所述光引发剂优选为光引发剂1173；所述偶联剂优选为二苯甲酮；所述填料优选为氮化铝、氧化铝或氮化铝与氧化铝的混合物。

进一步的，分别对上述的实施一以及实施例二所制得的导热胶膜产品进行介电常数、耐浸焊性、剥离强度、粘度以及导热系数等参数进行测试。其中，按照GB/T1409—2006的标准，采用介电常数测试仪测试获取产品的介电常数数据；按照GB/T2792—1998的标准，采用抗剥测试仪测试产品的剥离强度；按照GB/T2794—2013的标准，采用旋转粘度计测定产品的粘度；按照ASTMD5470—2006的标准采用导热测试仪测试产品的导热系数；此外，在220℃-225℃的锡池温度条件下，将产品放入锡液中，再开始计时；直到试样开始有起泡、分层现象，记录时间；并由此判断产品的耐浸焊性性能。经过上述测试方法，将上述实施一或实施例二的配方应用于前述步骤所制得的铝基板用导热胶膜的产品其胶膜的适用期强，实施例一的产品介电常数为6.2；实施例二的产品介电常数为5.8；实施例一的产品导热系数达到3.12 W/(m·K)；实施例二的导热系数达到4.03W/(m·K)；实施例一的产品的剥离强度达到1.8N/mm；实施二的产品的剥离强度达到1.4N/mm；实施例一以及实施例二的耐浸焊时间均大于330s；实施例一以及实施例二的粘度均能达到行业标准。因此，根据实施例一以及实施例二的配方所制得的导热胶膜产品均有达到优异的产品性能。

综上所述，本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺以环氧树脂为基体树脂，同时以丙烯酸树脂作稀释剂，通过分别添加无机填料、固化剂、固化促进剂、光引发剂等原料，利用流延法制备出具有绝缘耐热性能的胶膜；然后，再通过紫外光固化制备对其固化后，可获得用于铝基板的高导热绝缘介质胶膜。本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺的核心是应用了丙烯酸紫外光固化体系，所述丙烯酸紫外光固化体系是胶膜的基础成膜物质。当具有高导热且绝缘的介质胶液被涂覆在类似PET等离型膜上后，其在紫外光作用下，通过光引发剂产生自由基引发丙烯酸树脂聚合、交联和接枝反应，从而使胶液在数秒内由液态转化为固态，进而完成高导热绝缘介质胶膜的成膜。所使用的丙烯酸树脂应具备粘度低、柔韧性好以及挥发性小的优点。因为，丙烯酸树脂具有低粘度可保证胶液填充70%以上的无机导热填料；而丙烯酸树脂具有柔韧性好的优点可保证绝缘介质胶膜在收卷、运输以及铝基板的压制过程中保持良好的操作性。因此，本发明一种制作铝基板用导热胶膜工艺解决了如何制备无溶剂、无增韧剂的高导热绝缘介质胶膜的技术问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。