一种复合铝基LED印制电路板及其制备方法

技术领域

本申请涉及电路板制造领域，更具体地说，它涉及一种复合铝基LED印制电路板及其制备方法。

背景技术

随着LED照明的兴起，LED灯成为了主流照明灯具。因LED发光芯片在工作时温度较高，故LED印制电路板需要良好的导热性能，以保证LED发光芯片的正常工作和使用寿命。目前客户普遍要求LED灯板的导热系数为0.8W/(m·K)，而普通的树脂基印制电路板的导热只有0.2-0.4W/(m·K)，无法满足LED发光芯片的散热要求。

为了满足电路板散热性的要求，相关技术中，如公布号为CN109451662A的申请文件公开了一种LED用耐高压铝基印制电路板及其制造方法，所述电路板包括铝基板，铝基板表面上设有绝缘层，绝缘层上设有铜箔，绝缘层采用的是掺有陶瓷填充物的改性环氧树脂或环氧玻璃布粘结片；步骤为(1)工程制作；(2)下料；(3)钻孔；(4)表面处理；(5)印线路油；(6)烘烤；(7)加印线路油；(8)烘烤；(9)曝光；(10)显影；(11)蚀刻；(12)表面处理；(13)印白阻焊；(14)烘烤；(15)曝光；(16)显影；(17)老化；(18)冲外形；(19)电测；(20)OSP工艺；(21)检验；(22)包装出货。上述结构的电路板具有良好的散热性能，并且电路板质量稳定、性能优异，能够满足客户产品的各种需求。

相关技术中的电路板虽然具有良好的导热散热性能，但由于电路板以铝基板为底材，因此需要敷设绝缘层，增加的绝缘层不仅导致电路板厚度增加，限制了电路板的使用环境，并且增加的绝缘层大大增加的电路板的生产制造成本。因此相关技术中的电路板存在结构复杂、生产成本较高的缺陷。

发明内容

为了降低电路板的生产成本，并且保证电路板具有良好的导热性和绝缘性，本申请供一种复合铝基LED印制电路板及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种复合铝基LED印制电路板，采用如下的技术方案：一种复合铝基LED印制电路板，包括复合铝基材基板和粘结于复合铝基材基板上的铜箔，所述复合铝基材基板包括如下重量份的原料：

改性铝粉50-70份；

聚四氟乙烯20-25份；

聚酰亚胺20-30份；

硅酸盐纤维10-15份；

氮化硅粉15-25份；

抗氧剂5-10份；

水30-40份。

通过采用上述技术方案，以改性铝粉作为基础粉料制备得到的复合铝基材基板具有良好的导热性能，以聚四氟乙烯和聚酰亚胺作为辅料，聚四氟乙烯具有优异的绝缘性能和化学稳定性，聚酰亚胺具有优秀的绝缘性和高温稳定性，将改性铝粉、聚四氟乙烯和聚酰亚胺配合使用，能够使改性铝粉分散于聚四氟乙烯和聚酰亚胺胶体中，使得复合铝基材基板具有良好的导热性的同时具有优异的电绝缘性，因此无需在复合铝基材基板上设置额外的绝缘层，从而使复合铝基材基板具有轻薄的特性，使得复合铝基材基板作为电路板使用具有广泛的适用性，同时有效简化了电路板的结构，有利于降低电路板的生产成本。

通过在原料中加入氮化硅粉，氮化硅具有较高的导热系数和优异的绝缘性能，从而有利于进一步提高复合铝基材基板的导热性和电绝缘性，并且氮化硅粉有利于促进改性铝粉在熔融胶体中分散均匀，从而使复合铝基材基板保持均匀稳定的导热性能；由于加入的改性铝粉分散于胶体中，改性铝粉之间处于断隔状态，一定程度上减弱了改性铝粉的导热性能，通过加入硅酸盐纤维后，硅酸盐纤维能够将胶体中的改性铝粉以及氮化硅粉连接起来，从而形成三维立体的导热网络，进而充分提高铝基材基板的导热性，同时使铝基材基板保持优异的绝缘性能。并且，本申请的铝基材基板具有较好的柔韧性，通过硅酸盐纤维进一步提高了铝基材基板在弯折状态下的抗裂性能，因此本申请的铝基材基板能够弯曲和折叠，可以适应复杂的装配空间和曲面设计需求，从而进一步提高了电路板的适用性。

可选的，所述改性铝粉采用如下的方法制备得到：

将铝粉在100-200℃的氧气环境中预热10-30min，然后将预热后的铝粉浸泡于氢氧化钠溶液中反应1-2h后捞出烘干，即得到改性铝粉。

通过采用上述技术方案，通过对铝粉进行改性处理后，可以使铝粉表面形成一层稳定的氧化物覆盖层，起到隔热和阻止进一步氧化的作用，有利于提高铝粉的热稳定性，从而减缓电路板在高温工作环境下的氧化速率，同时改性处理后的铝粉具有较好的分散性，有利于在熔融胶体中分散均匀，提高铝粉与其他材料的相容性，进而有利于使电路板保证均匀稳定的导热性和化学稳定性。

可选的，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％-3％。

通过采用上述技术方案，本申请采用1％-3％浓度的氢氧化钠溶液能够使铝粉的改性处理在较为温和的条件下进行，从而有助于控制对铝粉的改性速度，并能够减少对铝粉造成不可逆的损伤；但是由于采用较低浓度的氢氧化钠溶液会导致铝粉改性需要较长的时间，不利用工业批量生产，因此本申请在通过氢氧化钠溶液改性之前在氧气环境中进行预热处理，从而有利于提高后续与氢氧化钠的反应速率。通过预热处理与湿法处理相结合，能够保证对铝粉进行有效改性的同时避免对铝粉造成不可逆的损害，并且能够有效提高改性处理的处理效率。

可选的，所述氮化硅粉的粒径为10-20纳米；所述铝粉的粒径为30-80微米。

通过采用上述技术方案，将氮化硅粉和铝粉的粒径控制在上述的范围内有利于氮化硅粉和改性铝粉充分在熔融胶体内分散均匀，从而提高铝基材基板的导热性和绝缘性。

可选的，所述硅酸盐纤维包括玻璃纤维和陶瓷纤维中的任意一种。

通过采用上述技术方案，玻璃纤维或陶瓷纤维具有较好的高温稳定性、较高的机械强度和优异的绝缘性能，在铝基材基板中加入玻璃纤维或陶瓷纤维能够有效提高率基材基板的绝缘性、导热性和抗裂性能。

可选的，所述抗氧剂为乙二胺四乙酸和叔丁基羟基苯甲醚中任意一种。

通过采用上述技术方案，采用上述的抗氧剂能够使得有效减缓聚四氟乙烯和聚酰亚胺在高温工作环境下出现黄变、变形的问题，从而有效提高了复合铝基材基板的抗氧化性能，有利于使电路板保持较好的使用寿命。

可选的，所述复合铝基材基板采用如下的方法制备得到：

步骤一、将改性铝粉加入水中搅拌混合，然后进行超声处理得到悬浊液；

步骤二、将聚四氟乙烯和聚酰亚胺在150-200℃的条件下搅拌反应1-2h，然后加入上述的悬浊液、硅酸盐纤维、氮化硅粉和抗氧剂混合搅拌均匀得到胶体混合料，胶体混合料冷却后形成固态胶体；

步骤三、采用激光切割对固态胶体进行切割，以形成所需尺寸和大小的复合铝基材基板。

通过采用上述技术方案，通过超声处理和搅拌混合，能够使得改性铝粉均匀分散在水中，有利于后续步骤的进行，使用聚四氟乙烯和聚酰亚胺进行搅拌反应，能够增强胶体混合料的粘结性和强度，添加硅酸盐纤维、氮化硅粉和抗氧剂，能够增强复合铝基材基板的导热绝缘性和耐腐蚀性，进而充分提高复合铝基材基板的导热绝缘性能。

第二方面，本申请提供一种复合铝基LED印制电路板的制备方法，采用如下的技术方案：

一种复合铝基LED印制电路板的制备方法，以下步骤：

S1、预钻孔：对复合铝基材基板上表面进行钻孔，钻孔的位置、数量与电路板插件孔位置、数量一致；

S2、填充：复合铝基材基板的预钻孔位置内部填充环氧树脂，采用的环氧树脂的绝缘阻抗为1.0×10

S3、粘接铜箔：将铜箔与填充好的复合铝基材基板通过热压粘结起来；

S4、印刷成型：在铜箔上依据设计好的线路图形完成线路的印刷、成型，将LED芯片的位置放置在复合铝基材基板上，即可得到成品。

通过采用上述技术方案，上述的制备方法具有操作简单、成品稳定、生产效率较高的优点，由于采用的复合铝基材基板具有优秀的导热性能和电绝缘性，因此无需在铝基材基板上粘接绝缘层，从而有效简化了电路板的结构和生产工艺，有效降低了电路板的生产制造成本。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、以改性铝粉作为基础粉料制备得到的复合铝基材基板具有良好的导热性能，以聚四氟乙烯和聚酰亚胺作为辅料，聚四氟乙烯具有优异的绝缘性能和化学稳定性，聚酰亚胺具有优秀的绝缘性和高温稳定性，将改性铝粉、聚四氟乙烯和聚酰亚胺配合使用，能够使改性铝粉分散于聚四氟乙烯和聚酰亚胺胶体中，使得复合铝基材基板具有良好的导热性的同时具有优异的电绝缘性。

2、的铝基材基板具有较好的柔韧性，通过硅酸盐纤维进一步提高了铝基材基板在弯折状态下的抗裂性能，因此本申请的铝基材基板能够弯曲和折叠，可以适应复杂的装配空间和曲面设计需求，从而进一步提高了电路板的适用性。

3、通过对铝粉进行改性处理后，可以使铝粉表面形成一层稳定的氧化物覆盖层，起到隔热和阻止进一步氧化的作用，有利于提高铝粉的热稳定性，从而减缓电路板在高温工作环境下的氧化速率，同时改性处理后的铝粉具有较好的分散性，有利于在通融胶体中分散均匀，提高铝粉与其他材料的相容性，进而有利于使电路板保证均匀稳定的导热性和化学稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例1的一种复合铝基LED印制电路板的纵截面结构示意图；

图2是本申请对比例1的一种PCB铝基线路板的纵截面结构示意图。

附图标记说明：1、基板；2、绝缘层；3、铜箔；4、环氧树脂填充物。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

铝粉为购自于鞍钢实业微细铝粉有限公司的高纯球形铝粉，纯度为99.95％，粒径为30-40微米；氮化硅粉购自于浙江智钛纳微新材料有限公司，纯度为99.9％，平均粒径为15纳米。

改性铝粉的制备例

制备例1

将10kg铝粉在100℃的氧气气氛下的加热炉内预热10min，然后将预热后的铝粉浸泡于质量浓度为1％的氢氧化钠溶液中反应1h，反应结束后将铝粉捞出并烘干，得到改性铝粉。

制备例2

将10kg铝粉在150℃的氧气气氛下的加热炉内预热15min，然后将预热后的铝粉浸泡于质量浓度为2％的氢氧化钠溶液中反应1.5h，反应结束后将铝粉捞出并烘干，得到改性铝粉。

制备例3

将10kg铝粉在200℃的氧气气氛下的加热炉内预热30min，然后将预热后的铝粉浸泡于质量浓度为3％的氢氧化钠溶液中反应2h，反应结束后将铝粉捞出并烘干，得到改性铝粉。

实施例

实施例1

一种复合铝基LED印制电路板，包括复合铝基材基板和粘结于复合铝基材基板上的铜箔，所述复合铝基材基板的原料及用量如表1所示；其中改性铝粉选用制备例1制得的改性铝粉；硅酸盐纤维选用玻璃纤维；抗氧剂选用乙二胺四乙酸。

复合铝基材基板采用如下的方法制备得到：

步骤一、将改性铝粉加入水中搅拌混合，然后进行超声处理得到悬浊液，超声频率为41kHz；步骤二、将聚四氟乙烯和聚酰亚胺在150℃的条件下搅拌反应1h，然后加入上述的悬浊液、玻璃纤维、氮化硅粉和乙二胺四乙酸混合搅拌均匀得到胶体混合料，胶体混合料冷却后形成固态胶体；

步骤三、采用激光切割对固态胶体进行切割，以形成103mm×93mm的复合铝基材基板。

复合铝基LED印制电路板采用如下的方法制备得到：

S1、预钻孔：对复合铝基材基板上表面进行钻孔，钻孔的位置、数量与电路板插件孔位置、数量一致；

S2、填充：复合铝基材基板的预钻孔位置内部填充环氧树脂，采用的环氧树脂的绝缘阻抗为1.0*10

S3、粘接铜箔：将铜箔与填充好的复合铝基材基板通过热压粘结起来；

S4、印刷成型：在铜箔上依据设计好的线路图形完成线路的印刷、成型，将LED芯片的位置放置在复合铝基材基板上，即可得到成品。

实施例2

一种复合铝基LED印制电路板，包括复合铝基材基板和粘结于复合铝基材基板上的铜箔，所述复合铝基材基板的原料及用量如表1所示；其中改性铝粉选用制备例1制得的改性铝粉；硅酸盐纤维选用玻璃纤维；抗氧剂选用乙二胺四乙酸。

复合铝基材基板采用如下的方法制备得到：

步骤一、将改性铝粉加入水中搅拌混合，然后进行超声处理得到悬浊液，超声频率为41kHz；步骤二、将聚四氟乙烯和聚酰亚胺在180℃的条件下搅拌反应1.5h，然后加入上述的悬浊液、玻璃纤维、氮化硅粉和乙二胺四乙酸混合搅拌均匀得到胶体混合料，胶体混合料冷却后形成固态胶体；

步骤三、采用激光切割对固态胶体进行切割，以形成103mm×93mm的复合铝基材基板。

复合铝基LED印制电路板采用如下的方法制备得到：

S1、预钻孔：对复合铝基材基板上表面进行钻孔，钻孔的位置、数量与电路板插件孔位置、数量一致；

S2、填充：复合铝基材基板的预钻孔位置内部填充环氧树脂，采用的环氧树脂的绝缘阻抗为1.0*10

S3、粘接铜箔：将铜箔与填充好的复合铝基材基板通过热压粘结起来；

S4、印刷成型：在铜箔上依据设计好的线路图形完成线路的印刷、成型，将LED芯片的位置放置在复合铝基材基板上，即可得到成品。

实施例3

一种复合铝基LED印制电路板，包括复合铝基材基板和粘结于复合铝基材基板上的铜箔，所述复合铝基材基板的原料及用量如表1所示；其中改性铝粉选用制备例1制得的改性铝粉；硅酸盐纤维选用玻璃纤维；抗氧剂选用乙二胺四乙酸。

复合铝基材基板采用如下的方法制备得到：

步骤一、将改性铝粉加入水中搅拌混合，然后进行超声处理得到悬浊液，超声频率为41kHz；步骤二、将聚四氟乙烯和聚酰亚胺在150℃的条件下搅拌反应1h，然后加入上述的悬浊液、玻璃纤维、氮化硅粉和乙二胺四乙酸混合搅拌均匀得到胶体混合料，胶体混合料冷却后形成固态胶体；

步骤三、采用激光切割对固态胶体进行切割，以形成103mm×93mm的复合铝基材基板。

复合铝基LED印制电路板采用如下的方法制备得到：

S1、预钻孔：对复合铝基材基板上表面进行钻孔，钻孔的位置、数量与电路板插件孔位置、数量一致；

S2、填充：复合铝基材基板的预钻孔位置内部填充环氧树脂，采用的环氧树脂的绝缘阻抗为1.0*10

S3、粘接铜箔：将铜箔与填充好的复合铝基材基板通过热压粘结起来；

S4、印刷成型：在铜箔上依据设计好的线路图形完成线路的印刷、成型，将LED芯片的位置放置在复合铝基材基板上，即可得到成品。

表1实施例1-3中复合铝基材基板各原料用量表(kg)

实施例4

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本实施例中中硅酸盐纤维选用陶瓷纤维。

实施例5

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本实施例中中抗氧剂选用叔丁基羟基苯甲醚。

对比例

对比例1

一种购自于深圳市海博精密电路有限公司的PCB铝基线路板。

对比例2

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本对比例的复合铝基材基板原料中采用未改性处理的铝粉。

对比例3

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本对比例的复合铝基材基板原料中未加入氮化硅粉。

对比例4

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本对比例的复合铝基材基板原料中未加入玻璃纤维。

对比例5

一种复合铝基LED印制电路板，与实施例3的区别在于，本对比例中在制备复合铝基材基板的步骤一中未进行超声处理。

性能检测试验

试验一绝缘性能检测试验方法：利用耐压试验仪对实施例1-5和对比例1-5的电路板进行绝缘性能检测，将电路板上的两个接线点与耐压试验仪连通，测量两点之间测电阻值，行业标准要求电路板的绝缘电阻应大于100MΩ，在此标准以上，电阻值越大，电路板的绝缘性能越好。

试验仪器：广州标际GBN200G型耐压试验仪、导线若干。

试验结果：如表2所示。

试验一导热性能检测试验方法：通过测量电路板材料的热传导系数来评估电路板的导热性能。测试时，将实施例1-5和对比例1-5的电路板样品放置在热传导系数测试仪中，施加一定的热流，测量样品的温度分布和传热速率，计算得到热传导系数值。行业标准要求在常温下，电路板的热传导系数应大于0.8W/(m·K)，在此标准以上，热传导系数值越大，电路板的导热性能越好。

试验仪器：DRL-III导热系数测试仪。

试验结果：如表2所示。

表2试验结果

结合实施例1-5、对比例1和表2可以看出，本申请制备得到的复合铝基LED印制电路板的绝缘电阻值均达到660MΩ以上，其热传导系数均大于1.4W/(m·K)，因此本申请制备得到的复合铝基LED印制电路板具有优异的绝缘性能和导热性能，并且本申请制备得到的复合铝基LED印制电路板属于双层结构电路板，相较于传统的多层结构电路板具有轻薄、柔软的特性，使得本申请的复合铝基LED印制电路板具有广泛的适用性，同时生产工艺简单，生产成本较低。

结合实施例3和对比例2和表2可以看出，由于对比例2中的复合铝基材基板原料中采用未改性处理的铝粉，由此导致铝粉在制备过程中不易在熔融胶体中分散均匀，进而无法保持良好的导热性能，因此导致对比例2制得的复合铝基LED印制电路板的热传导系数显著降低。

结合实施例3和对比例3和表2可以看出，由于对比例3中的复合铝基材基板原料中未加入氮化硅粉，从而不利于改性铝粉在熔融胶体中分散均匀，因此导致复合铝基LED印制电路板的绝缘电阻值和热传导系数降低。

结合实施例3和对比例4和表2可以看出，由于对比例4中的复合铝基材基板原料中未加入玻璃纤维，从而导致复合铝基材基板内部的改性铝粉和氮化硅粉处于断隔状态，因而无法形成三维立体的导热网络，进而导致复合铝基LED印制电路板的热传导系数显著降低。

结合实施例3和对比例5和表2可以看出，由于对比例4中的复合铝基材基板在制备过程中，改性铝粉与水混合后未进行超声处理，因此导致改性铝粉在水中发生吸附团聚，进而无法在熔融胶体中分散均匀，进而导致无法保持良好的导热性能，因此导致对比例5制得的复合铝基LED印制电路板的热传导系数显著降低。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。