CN113316315B - 一种均匀且耐高电压的铝基板及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝基板技术领域，具体涉及一种均匀且耐高电压的铝基板及制备工艺，所述铝基板由下到上依次包括保护层、基材层、绝缘层、及导电层；制备工艺为，在导电层上进行涂胶，涂胶过程进行四次或以上进行涂胶形成绝缘层，后导电层通过压合方式将绝缘层与基材层压合连接固化，冷却后将保护膜包覆在基材层；本发明将导电层采用四次或以上的涂胶方式，严格控制每次涂胶后的流动度、厚度等。采用多次涂胶工艺，可以很好控制压合铝基板的流胶，极大减少胶层不均匀性，减少薄弱点，提高铝基板的耐电压，降低泄漏电流，同时使得铝基板成品率高，减少报废率。
Description
技术领域
本发明涉及铝基板技术领域，特别是涉及一种均匀且耐高电压的铝基板及 制备工艺。
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，分别是电路导电层(铜箔)、绝缘层和金属基层。功率器件表面贴装 在电路层，器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到金属基层，然后由 金属基层将热量传递出去，从而实现对器件的散热。
与传统的FR-4比，铝基板能够将热阻降至最低，使铝基板具有极好的热传 导性能；与厚膜陶瓷电路相比，它的机械性能又极为优良。
此外，铝基板还有如下独特的优势：符合ROHS要求；更适应于SMT工艺； 在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理，从而降低模块运行温度，延 长使用寿命，提高功率密度和可靠性；减少散热器和其它硬件(包括热界面材 料)的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；将功率电路和控制电路最 优化组合；取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。
铝基板具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能，铝基板与传统 的FR－4相比，采用相同的厚度，相同的线宽，铝基板能够承载更高的电流， 耐受更高的电压，具有较高的导热系数。
在其中决定铝基板性能的关键材料是绝缘胶层，它是铝基板最核心的技术， 主要起到粘接，绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导 热屏障，绝缘层热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也 就越有利于降低器件的运行温度，从而达到提高模块的功率负荷，减小体积， 延长寿命，提高功率输出等目的。LED照明及显示最初的设计制造是将220V 市电通过变压器降低电压后，再连接到铝板上，随着制备技术的进步，为了降 低制造成本及减少制造工序，目前主流的LED照明及显示等制备时，取消了加 装变压器，使电气元器件与发光芯片全部集成在一块铝板上，这对使用于铝板 的胶层提出了更高的要求(安全标准为：铝板的耐电压为使用电压的16倍以上， 使用时泄露电流＜5mA)，原来装变压器时，铝板只需要耐受几百伏的电压， 现在直接加载220V电压，同样或更小面积的铝板需要耐受的电压变为3.5kV以 上，泄漏电流仍需小于5mA。显然，直接将制备FR-4的胶来用于铝基板的制造 明显不适合，为提高铝基板的导热性及耐高电压，我们对绝缘胶进行技术升级， 采用有机硅改性环氧树脂、改性氰酸酯树脂、多官能环氧树脂及增韧剂、改性 剂等配置胶液，对所使用的导热填料进行表面处理，使填料分散均匀，且固化 时与树脂可相互交联形成整体；同时采用特殊的四次及以上涂胶工艺路线，严 格控制每次涂覆胶后厚度均匀，极大减少孔隙等薄弱点，使得制备的铝基板耐 电压高、导热性好、泄露电流低，满足大功率LED、信号放大器等的使用要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种设置耐高温支撑架配合底基板形成高效 散热结构，将印刷电路板配合高热胶连接于复合板，能够实现高效传热效率， 使得电路板耐高温性能强，实用性可靠的均匀且耐高电压的铝基板及制备工艺。
本发明所采用的技术方案是：一种均匀且耐高电压的铝基板，所述铝基板 由下到上依次包括保护层、基材层、绝缘层、及导电层；所述保护层为保护膜、 其包覆于基材层，所述基材层为金属基材层，所述绝缘层涂覆于导电层，所述 导电层通过绝缘层压合于所述基材层。
对上述方案的进一步改进为，所述保护层为PI膜、PET膜或PP膜。
对上述方案的进一步改进为，所述基材层为铝板、铜板、铁板或钢板。
对上述方案的进一步改进为，所述导电层为电解铜箔。
一种铝基板的制备工艺，制备工艺为，在导电层上进行涂胶，涂胶过程进 行四次或以上进行涂胶形成绝缘层，后导电层通过压合方式将绝缘层与基材层 压合连接固化，冷却后将保护膜包覆在基材层。
对上述方案的进一步改进为，所述绝缘层包括如下组分形成：
环氧树脂100份；
有机硅改性环氧树脂15～30份；
改性氰酸酯5～10份；
增韧剂5～10份；
固化剂5～15份；
促进剂1～2份；
导热填料300～600份；
溶剂300份。
对上述方案的进一步改进为，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛型 环氧树脂、脂环族环氧树脂、海因环氧树脂中的一种或多种组合。
对上述方案的进一步改进为，所述有机硅改性环氧树脂为自制而得，方法 为在催化剂及KH560的作用下，将二苯基硅二醇与双酚A型环氧树脂在适宜温 度下反应一定时间而得。
对上述方案的进一步改进为，所述改性氰酸酯采用将双酚A型氰酸酯、双 马来酰亚胺及二烯丙基双酚A按重量比10:1:0.5于160℃下反应3h制备而得。
对上述方案的进一步改进为，所述增韧剂为带环氧基的丙烯酸橡胶EVA、 柔性环氧DY965、柔性环氧MX154中的一种或多种组合。
对上述方案的进一步改进为，所述固化剂为双氰胺、二氨基二苯基醚、二 氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜等的一种或多种组合；所述的促进剂为2-甲基 咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑等的一种或多种组合。
对上述方案的进一步改进为，所述导热填料为包含且不限于氮化铝、氮化 硼、氮化硅、氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化硅或滑石粉中的一种或多种组合；
对上述方案的进一步改进为，填料需经过表面处理，处理工艺为：将干燥 处理后的填料分散于无水乙醇中，加入KH560与乙醇的混合溶液搅拌，调整PH 值为5～6，于80℃下反应5h，室温静置24h后抽滤，再放入80℃的真空烘箱 中干燥24h而制得。
对上述方案的进一步改进为，所述溶剂包含但不限于甲苯、丙酮、丁酮、 环己酮、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氧六环等的一种或多种组 合。
对上述方案的进一步改进为，所述导电层与基材层压合的工艺采用将绝缘 层进行多层多次压合后最终再与导电层压合到一起。
本发明的有益效果是：
相比传统的铝基板，本发明解决了传统耐高电压性能差，导热系数差等问 题，本发明中绝缘胶层采用耐高电压、耐泄漏电流的杂环环氧树脂及自制改性 有机硅环氧树脂，并添加氰酸酯树脂改性，再添加经过表面处理的高导热填料， 使得填料均匀分散于树脂内，且固化后的胶层击穿电压高、导热系数高、泄漏 电流低及良好的尺寸稳定性。采用以上结构铝基板的制备工艺，将导电层采用 四次或以上的涂胶方式，严格控制每次涂胶后的流动度、厚度等。采用多次涂 胶工艺，可以很好控制压合铝基板的流胶，极大减少胶层不均匀性，减少薄弱 点，提高铝基板的耐电压，降低泄漏电流，同时使得铝基板成品率高，减少报废率。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明 可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供 这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。除了自制树脂外的所有 原料均可商购获得。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要 特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件 可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1：
本实施例提供一种均匀且耐高电压的铝基板及其制备工艺。
有机硅改性环氧树脂的制备：向洁净的反应釜内加入100kg环氧树脂E44， 加热升温至120℃，加入8kg二苯基硅二醇、1kgKH560及乙酰丙酮铝648g；维 持体系温度在120℃～130℃，保温反应3h，取样测试环氧当量在300±20g/mol 时，降温而成。
改性氰酸酯树脂的制备：向洁净的反应釜内加入100kg氰酸酯，加热升温 至100℃保温至氰酸酯融化完全，开动搅拌，加入12kg双马来酰亚胺、6kg二 烯丙基双酚A，缓慢升温至160℃保温反应4h即可。
填料处理：向反应釜内加入500kg无水酒精，搅拌下加入经过干燥处理的 硅微粉500kg，再加入KH560与无水酒精的混合溶液14.5kg(KH560与无水酒 精按质量比7:3混合)，调整体系PH値在5～6之间后，升温至80℃回流反应 5h后降至室温，静置12h后抽滤，再将粉体放入80℃烘箱中干燥24h后得到处 理后的填料。
准确按下表的材料及数量称量，加入高速搅拌器中均匀分散制备绝缘胶：
将上述绝缘胶按照特定的4次涂胶方式，每涂一次胶经烘炉烘焙至半固化 状态，经4次涂胶4次烘焙处理，严格控制胶层流动度和厚度，制备完成后去 压合固化成型。
涂胶工艺如下：
压合工艺参数设定：
铝板性能测试数据见表1。
实施例2
本实施例提供一种均匀且耐高电压的铝基板及其制备工艺。
有机硅改性环氧树脂及改性氰酸酯与实施例1相同。
填料处理：向反应釜内加入500kg无水酒精，搅拌下加入经过干燥处理的 硅微粉300kg、氮化硼200kg，再加入KH560与无水酒精的混合溶液14.5kg (KH560与无水酒精按质量比7:3混合)，调整体系PH値在5～6之间后，升 温至80℃回流反应5h后降至室温，静置12h后抽滤，再将粉体放入80℃烘箱 中干燥24h后得到处理后的填料。
准确按下表的材料及数量称量，加入高速搅拌器中均匀分散制备绝缘胶：
将绝缘胶按照涂胶工艺涂覆于离型膜及铜箔上，严格控制胶层厚度、胶层 流动度。制备完成后送到压合车间压制，涂胶及压制工艺与实施例1相同。冷 却后取出铝板，按尺寸裁剪后而得最终产品铝基板，性能测试数据见表1。
实施例3
本实施例提供一种均匀且耐高电压的铝基板及其制备工艺。
有机硅改性环氧树脂及改性氰酸酯与实施例1相同。
填料处理：向反应釜内加入500kg无水酒精，搅拌下加入经过干燥处理的 硅微粉100kg、氮化硼400kg，再加入KH560与无水酒精的混合溶液14.5kg (KH560与无水酒精按质量比7:3混合)，调整体系PH値在5～6之间后，升 温至80℃回流反应5h后降至室温，静置12h后抽滤，再将粉体放入80℃烘箱 中干燥24h后得到处理后的填料。
准确按下表的材料及数量称量，加入高速搅拌器中均匀分散制备绝缘胶：
将绝缘胶按照涂胶工艺涂覆于离型膜及铜箔上，严格控制胶层厚度、胶层 流动度。制备完成后送到压合车间压制，涂胶及压制工艺与实施例1相同。冷 却后取出铝板，按尺寸裁剪后而得最终产品铝基板，性能测试数据见表1。
实施例4
本实施例提供一种均匀且耐高电压的铝基板及其制备工艺。
有机硅改性环氧树脂及改性氰酸酯与实施例1相同，填料处理与实施例3 相同。
准确按下表的材料及数量称量，加入高速搅拌器中均匀分散制备绝缘胶：
将绝缘胶按照涂胶工艺涂覆于铜箔上，严格控制胶层厚度、胶层流动度。 制备完成后送到压合车间压制，涂胶及压制工艺与实施例1相同。冷却后取出 铝板，按尺寸裁剪后而得最终产品铝基板，性能测试数据见表1。
铝基板性能测试方法按GJB1651中相关条款，数据见表1：
表1各实施例铝基板性能测试数据：
表1 各实施例铝基板性能测试数据：
从表1中可看出，本发明提供的均匀且耐高电压的铝基板及其制备工艺， 以此涂胶工艺制备的铝基板具有很优异的耐电压击穿性能，导热率高，综合性 能优异，可以广泛用于大功率LED照明、汽车控制器、电源、音频放大器等等 领域。
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本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。
Claims (6)
1.一种均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述铝基板由下到上依次包括保护层、基材层、绝缘层、及导电层；制备工艺为，在导电层上进行涂胶，涂胶过程进行四次或以上进行涂胶形成绝缘层，后导电层通过压合方式将绝缘层与基材层压合连接固化，冷却后将保护膜包覆在基材层；
所述绝缘层包括如下组分：
环氧树脂 100份；
有机硅改性环氧树脂 15～30份；
改性氰酸酯 5～10份；
增韧剂 5～10份；
固化剂 5～15份；
促进剂 1～2份；
导热填料 300～600份；
溶剂 300份；
所述有机硅改性环氧树脂为自制而得，方法为在催化剂及KH560的作用下，将二苯基硅二醇与双酚A型环氧树脂在适宜温度下反应一定时间而得；
所述导热填料为包含氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化硅或滑石粉中的一种或多种组合；
导热填料需经过表面处理，处理工艺为：将干燥处理后的填料分散于无水乙醇中，加入KH560与乙醇的混合溶液搅拌，调整PH值为5～6，于80℃下反应5h，室温静置24h后抽滤，再放入80℃的真空烘箱中干燥24h而制得。
2.根据权利要求1所述的均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述保护层为PI膜、PET膜或PP膜；
所述基材层为铝板、铜板、铁板或钢板；
所述导电层为电解铜箔。
3.根据权利要求1所述的均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、脂环族环氧树脂、海因环氧树脂中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述改性氰酸酯采用将双酚A型氰酸酯、双马来酰亚胺及二烯丙基双酚A按重量比10:1:0.5于160℃下反应3h制备而得；所述增韧剂为带环氧基的丙烯酸橡胶EVA、柔性环氧DY965、柔性环氧MX154中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述固化剂为双氰胺、二氨基二苯基醚、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜中的一种或多种组合；所述的促进剂为2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的均匀且耐高电压的铝基板的制备工艺，其特征在于：所述溶剂包含甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氧六环中的一种或多种组合。
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