CN116113139A - 一种高导热铝基线路板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及线路板加工的领域，公开了一种高导热铝基线路板及其制备工艺，一种高导热铝基线路板，包括铝基板层、导热绝缘层和电路层，铝基板层为表面改性铝基板，导热绝缘层为导热绝缘胶，电路层为铜箔，铝基板层采用以下步骤制得：A1:采用表面处理剂对铝基板表面进行处理，在铝基板表面形成若干个微孔，处理时间为5‑15min；A2:采用表面改性剂对A1步骤中清洗的铝基板进行表面改性，改性时间为10‑20min；A3:将A2步骤中经过表面改性后的铝基板进行烘干，烘干温度为110‑130℃，烘干时间5‑15min。本申请的高导热铝基线路板具有较好的导热性能，提升铝基线路板的散热性能，延长铝基线路板使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及线路板加工的领域，更具体地说，它涉及一种高导热铝基线路板及其制备工艺。
背景技术
激光投影仪是使用激光光束来透射出画面的仪器，激光投影仪的壳体中通过光阀发出红、绿、蓝三色激光，三色激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后进行投射，激光投影仪内设置有用于连接多种电学元件线路和光学元件线路的线路板，随着激光投影仪的长时间运行，线路板产生较高的热量，这些热量局部聚集于线路板上，使得整个线路板的温度较高，较难进行散热，因此需要导热性能较好的线路板，以使线路板能及时散热，减少高温损坏线路板的情况。
线路板的导热性能主要依靠线路板基板，目前通常采用的线路板基板主要分为两种：第一种是有机树脂基板，常规使用的有玻纤板基板，玻纤板基板散热效率较低，只能适用于功率较小的电子设备；第二种是金属基板，常用的金属基板一般为铝基板，相对玻纤板基板来说，铝基板具有优良的散热性能和力学性能，因此被广泛应用于线路板基板。
常规采用的铝基线路板通常是由铝基板层、导热绝缘层和电路层直接通过热压工艺形成，电路连接在电路层，器件运行时所产生的热量通过导热绝缘层快速传导到铝基板层，然后由铝基板层将热量传递出去，从而实现对器件的散热，然而在铝基板层、导热绝缘层和电路层进行热压贴合时，铝基板层、导热绝缘层和电路层之间容易出现空隙，使得形成的铝基线路板出现导热不均匀的现象，产生的热量容易局部集中，没有办法较好地进行分散，降低了铝基线路板的导热性能，长期使用容易损坏线路板。
发明内容
为了提升铝基线路板贴合时层间容易出现空隙，使得铝基线路板的导热性能降低的问题，本申请提供一种高导热铝基线路板及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种高导热铝基线路板，采用如下的技术方案：
一种高导热铝基线路板，包括从下至上依次设置的铝基板层、导热绝缘层和电路层，所述铝基板层为表面改性铝基板，所述导热绝缘层为导热绝缘胶，所述电路层为铜箔，其中，所述铝基板层采用以下步骤制得：
A1、表面处理：采用表面处理剂对铝基板表面进行处理，在铝基板表面形成若干个微孔，处理时间为5-15min；
A2、表面改性：采用表面改性剂对A1步骤中经表面处理后的铝基板进行表面改性，改性时间为10-20min；
A3、烘干：将A2步骤中经过表面改性后的铝基板进行烘干，烘干温度为110-130℃，烘干时间5-15min，形成铝基板层。
通过采用上述技术方案，对铝基板进行表面处理，使得铝基板形成均匀腐蚀的微孔，便于表面改性剂在铝基板表面进行附着，表面改性剂对铝基板起到表面改性的作用，表面改性剂内嵌于铝基板表面形成的微孔内，在形成的微孔孔壁形成附着膜，提升铝基板与导热绝缘胶的粘接作用和附着作用，使得在将铝基板层与导热绝缘层进行贴合时，铝基板层与导热绝缘层之间不易出现空隙现象，可以实现稳定贴合，使得制得的铝基线路板的导热均匀，导热稳定性好，进而提升铝基线路板的散热性能，提升线路板的使用寿命。
优选的，所述表面处理剂由以下重量份的原料组成：5-15份五水偏硅酸钠、3-8份氨水、2-5份异丙醇胺、0.5-2.5份钼酸钠和60-80份水。
通过采用上述技术方案，对铝基板进行表面处理，使得铝基板的表面形成均匀腐蚀的微孔，五水偏硅酸钠起到腐蚀铝基材表面的作用，钼酸钠轻微沉积于铝基板的表面，起到均匀缓蚀的作用，氨水和异丙醇胺起到均匀渗透的作用，采用较优比例的碱性体系的表面处理剂对铝基板表面进行处理，使得铝基板表面形成稳定均匀的微孔，以提升后续表面改性剂在铝基板表面的稳定结合性。
优选的，五水偏硅酸钠和钼酸钠的质量比为1：(0.1-0.3)。
通过采用上述技术方案，较优比例的五水偏硅酸钠和钼酸钠可以使得铝基板表面形成均匀稳定的腐蚀微孔,当五水偏硅酸钠的含量较高时，腐蚀的微孔不均匀，不利于后续表面改性剂附着，当钼酸钠的含量较高时，容易在铝基板表面过度沉积，不利于对铝基板进行表面微腐蚀处理。
优选的，经过A1步骤中处理过后的铝基板的表面粗糙度Ra为5.5-7.5μm。
通过采用上述技术方案，适中的粗糙度使得表面改性剂易于与铝基板表面进行附着和结合，同时也可以提升铝基板层和导热绝缘层的贴合稳定性。
优选的，所述表面改性剂由以下重量份的原料组成：5-25份N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、10-20份乙醇、2.5-5.5份苯并三氮唑和58-78份水。
通过采用上述技术方案，以此形成的表面改性剂具有较好的附着性和粘接性，使得表面改性剂易于附着于铝基板形成的微孔的孔壁，同时也提升了铝基板层与导热绝缘层的粘接作用，降低了铝基板层与导热绝缘层之间由于粘接不稳产生空隙的情况，进而提升制得的铝基线路板的导热和散热性能，提高工作效率。
优选的，N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑的质量比为1：(0.2-0.5)。
通过采用上述技术方案，N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷稳定附着于铝基板形成的微孔孔壁，且其具有交联的网状结构，与导热绝缘层的粘贴稳定性好，可以降低形成的铝基板层和导热绝缘层之间由于粘接不稳容易产生空隙的问题，苯丙三氮唑本身为油性物质，与有机体系的导热绝缘层具有较好的吸附结合作用，能相容、渗透掺杂至有机体系的导热绝缘层中，提高铝基板层与导热绝缘层之间的结合性，较优比例的N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑进行组合使用，有助于提升铝基板层与导热绝缘层之间的附着作用，使得铝基板层与导热绝缘层稳定结合。
优选的，将表面改性剂涂覆于电路层的内表面后进行烘烤，烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为10-20min。
通过采用上述技术方案，表面改性剂可以提升电路层与导热绝缘层的附着稳定性，同时苯并三氮唑对铜箔具有较好的配位缓蚀作用，可在铜箔表面形成均匀的配位缓蚀膜，有助于提升电路层与导热绝缘层的结合稳定性；经过表面改性处理的铝基板层、以及经过表面改性剂涂覆烘烤处理的电路层，均能与导热绝缘层较好地相结合，能提高铝基板层、导热绝缘层和电路层的层间结合性，进而提升制得的铝基线路板的导热稳定性。
优选的，所述导热绝缘层为导热硅胶。
通过采用上述技术方案，导热硅胶具有较好的导热绝缘性能，同时具有较好的耐高温性能和流平性，可以与电路层和经过表面改性的铝基板层进行稳定附着，降低层间出现空隙的情况。
第二方面，本申请提供一种高导热铝基线路板的制备工艺，采用如下的技术方案：一种高导热铝基线路板的制备工艺，包括以下步骤：
S1、贴合：将导热绝缘层涂覆于铝基板层，后将电路层附着于导热绝缘层表面，进行贴合，制得铝基覆铜板；
S2、开料钻孔：将S1步骤中制得的铝基覆铜板按照线路设计要求进行开料、钻孔和前处理；S3、线路图成型：对S2步骤中开料钻孔后的铝基覆铜板涂覆感光油墨，烘干温度为120-140℃，烘干后进行曝光，曝光后采用显影液进行显影，显影液为质量浓度为0.8-1.2％的碳酸钠溶液；
S4、蚀刻去膜：采用蚀刻剂对S3步骤中显影处理的铝基覆铜板进行蚀刻，去除感光油墨，后进行干燥清洗；
S5、阻焊：对步骤S4去除感光油墨的铝基覆铜板进行图形印刷，后进行干燥，干燥温度为130-150℃，在电路层表面形成阻焊图形；
S6、曝光及显影：将电路层表面形成的将阻焊图形进行对位后进行曝光，采用上述显影液进行显影，后清洗干燥；
S7、后处理：最后采用常规PCB板制程对上述形成的线路板进行冲孔、V割和防氧化处理，形成高导热铝基线路板。
通过采用上述技术方案，在特定的压力作用下，使得导热绝缘层、铝基板层和电路层进行稳定贴合，形成铝基覆铜板，提升了铝基板层、导热绝缘层和电路层之间的贴合稳定性，减少了铝基板层、导热绝缘层和电路层之间容易出现空隙的情况，提升了形成的铝基线路板的导热均匀性，进而提升铝基线路板的散热性能，提高了线路板的工作效率，不易损坏。
再通过特定的工艺对形成的铝基覆铜膜进行处理，以形成线路板成品，其中，通过线路图成形工艺，使得电路层上形成电路的图形，后通过蚀刻去膜工艺形成线路，以此形成的线路板层间结合力好，具有较好的导热和散热性能，工作效率高，该工艺制备方法简单，操作便捷。
优选的，S1步骤中的贴合压力为0.1-0.3KPa，贴合时间为15-30min。
通过采用上述技术方案，使得电路层、导热绝缘层和铝基板层稳定贴合，不易出现由于贴合不稳而出现空隙的情况。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的高导热铝基线路板，通过采用表面处理剂对铝基板表面进行表面腐蚀，使得铝基板表面形成均匀的腐蚀微孔，后采用表面改性剂提升铝基板的表面附着性能，使得形成的铝基板层与导热绝缘层之间能够稳定结合，减少出现空隙的情况，提升形成的铝基线路板的导热均匀性，进而提升形成的整个铝基线路板的散热性能，提升铝基线路板的工作效率和使用寿命。
2、通过将表面改性剂涂覆于电路层的内表面，进一步提升电路层与导热绝缘层的结合能力，使制得的铝基线路板的层间结合力较好。
3、本申请高导热铝基线路板的制备工艺，操作简单便捷，制备得到的高导热铝基线路板具有较好的导热均匀性和散热性。
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。
以下为本申请中部分原料的来源和规格，参见表1。
表1部分原料来源和规格表
铝基板层的制备例
制备例1
铝基板层采用以下步骤制得：
A1、表面处理：将0.5kg五水偏硅酸钠、0.3kg氨水、0.5kg异丙醇胺、0.25kg钼酸钠和7kg水进行混合溶解，搅拌均匀形成表面处理剂，采用配制得到的表面处理剂对铝基板进行表面处理，具体处理方式为浸泡处理，处理时间为5min，表面处理后水洗烘干，经过上述表面处理后的铝基板的粗糙度Ra为6.2μm；
A2、表面改性：将0.5kg N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1.5kg乙醇、0.55kg苯并三氮唑进行搅拌溶解，溶解均匀后加入7.8kg水搅拌均匀，制备得到表面改性剂，采用配制得到的表面改性剂对经过A1步骤处理后的铝基板进行表面改性，具体表面改性方式为浸泡处理，改性时间为10min；
A3、烘干：将A2步骤中经过表面改性后的铝基板直接进行烘干，烘干温度为110℃，烘干时间5min，制得铝基板层。
制备例2-3
制备例2-3与制备例1的区别在于，制备例2-3与制备例1的区别在于，使用的表面处理剂和表面改性剂的组成原料配比不同，对铝基板进行表面改性的条件和参数也不同，具体参见下表2。
表2制备例1-3的原料和条件参数表
制备例4
制备例4与制备例2的区别在于，A1步骤中使用的表面处理剂中的五水偏硅酸钠和钼酸钠的配比不同，制备例4中，五水偏硅酸钠的用量为0.8kg，钼酸钠的用量为0.24kg，其他条件和参数不变，经过A1步骤处理后的铝基板的粗糙度Ra为6.5μm。
制备例5
制备例5与制备例2的区别在于，A1步骤中使用的表面处理剂中的五水偏硅酸钠和钼酸钠的配比不同，制备例5中，五水偏硅酸钠的用量为0.95kg，钼酸钠的用量为0.1kg，其他条件和参数不变，经过A1步骤处理后的铝基板的粗糙度Ra为6.7μm。
制备例6
制备例6与制备4的区别在于，A2步骤中使用的表面改性剂中的N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑的配比不同，制备例5中，N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的用量为1.45kg，苯并三氮唑的用量为0.3kg，其他条件和参数不变。
制备例7
制备例7与制备4的区别在于，A2步骤中使用的表面改性剂中的N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑的配比不同，制备例7中，N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的用量为1.17kg，苯并三氮唑的用量为0.58kg，其他条件和参数不变。
制备对比例1
制备对比例1与制备例6的区别在于，将A1步骤中使用的表面处理剂中的钼酸钠等量替换为水，其他条件和参数不变，经过A1步骤处理后的铝基板的粗糙度Ra为8.3μm。
制备对比例2
制备对比例2与制备例6的区别在于，将A2步骤中使用的表面改性剂中的苯并三氮唑等量替换为水，其他条件和参数不变。
实施例
实施例1
一种高导热铝基线路板，通过采用如下步骤制得：
S1、贴合铝基覆铜板：将导热硅胶涂覆于制备例1制得的铝基板层，导热硅胶的导热系数为1W/m.K，形成导热绝缘层，后将铜箔附着于导热绝缘层表面，电路层为铜箔，在压力为0.1KPa的条件下贴合处理15min，制得铝基覆铜板；
S2、开料钻孔：将S1步骤中制得的铝基覆铜板按照线路设计要求进行开料、钻孔和前处理；
S3、线路图成型：对S2步骤中制得的铝基覆铜板涂覆感光油墨，在温度为120℃的条件下烘干后进行曝光，曝光后采用质量浓度为0.8％的碳酸钠溶液进行显影；
S4、蚀刻去膜：采用蚀刻剂对S3步骤中制得的铝基覆铜板进行蚀刻，去除感光油墨，后进行干燥清洗；
S5、阻焊：采用阻焊黑油对步骤S4去除感光油墨的铝基覆铜板进行图形印刷，后在温度为130℃的条件下进行干燥，，干燥后在电路层表面形成阻焊图形；
S6、曝光、显影：将电路层形成的阻焊图形进行对位后进行曝光，显影液进行显影，后清洗干燥；
S7、后处理：最后采用常规PCB板制程对上述形成的线路板进行冲孔、V割和防氧化处理，形成高导热铝基线路板。
实施例2-3
实施例2-3与实施例1的区别在于，实施例2-3与实施例1的铝基板层的来源和制备条件不同，其他与实施例1相同，具体参见下表3。
表3实施例1-3的区别参数对比表
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，铝基板层的来源不同，实施例4中采用制备例4中制得的的铝基板层，其他和实施例2相同。
实施例5
实施例5和实施例2的区别在于，铝基板层的来源不同，实施例5中采用制备例5中制得的铝基板层，其他与实施例2相同。
实施例6
实施例6和实施例2的区别在于，铝基板层的来源不同，实施例6中采用制备例6中制得的铝基板层，其他与实施例2相同。
实施例7
实施例7和实施例2的区别在于，铝基板层的来源不同，实施例7中采用制备例7中制得的铝基板层，其他与实施例2相同。
实施例8
实施例8与实施例7的区别在于，在实施例8中，使用的电路层的内表面也采用制备例2中配制的表面改性剂进行改性，具体改性方式为，将制备例2中配制的表面改性剂涂覆于电路层的内表面，在温度为110-130℃的条件下烘烤10-20min，优选的，本实施例中的烘烤温度为110℃，烘烤时间为10min，其他与实施例7相同。
对比例
对比例1
对比例1与实施例7的区别在于，对比例1中的铝基板层的来源不同，对比例1中采用制备对比例1制得的铝基板层，其他与实施例7相同。
对比例2
对比例2与实施例7的区别在于，对比例2中的铝基板层的来源不同，对比例2中采用制备对比例2制得的铝基板层，其他与实施例7相同。
对比例3
对比例3与实施例7的区别在于，采用的铝基板层不经过A2步骤中表面改性剂的处理，其他与实施例7相同。
对比例4
对比例4与实施例7的区别在于，采用的铝基板层不经过A1步骤中表面处理剂的处理，其他与实施例7相同。
性能检测试验
以下分别采用上述实施例1-8以及对比例1-4制备得到的高导热铝基线路板进行性能测试，其中，高导热铝基线路板的规格参数如下：
长度*宽度*厚度为10cm*5cm*0.5cm；
1.导热系数测试
采用导热系数测试仪，参照ASTM D5470-2017《导热绝缘材料的热传输特性的标准试验方法》，对制备得到的高导热铝基线路板进行导热系数(单位：W/m.K)检测并记录结果。
2.层间结合力测试
参照ASTM-D3330《剥离强度测试方法》，对制备得到的高导热铝基线路板的导热绝缘层和铝基板层之间的剥离强度(单位：N/mm)进行检测并记录结果。
实施例1-8与对比例1-4对高导热铝基线路板的导热系数和剥离强度的检测数据如下表4所示。
表4实施例1-8与对比例1-4的性能测试数据
结合实施例1-5和对比例1并结合表4可以看出，当采用较优比例的五水偏硅酸钠和钼酸钠配制形成的表面处理剂对铝基材表面进行表面处理时，在铝基板表面形成均匀的腐蚀微孔，形成的铝基板层与导热绝缘层之间的附着结合力提升，使得形成的线路板的导热均匀，减少线路板的热量集聚，进而提升线路板的散热性能。
结合实施例1-3、4-5和对比例2并结合表4可以看出，当采用较优比例的N-(Β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑对经过表面处理的铝基板进行表面改性时，能够较好地提升铝基板层和导热绝缘层之间的附着力，能够实现均匀稳定地附着，降低了铝基材与导热绝缘层之间出现空隙的情况，较好地提升了形成的铝基线路板的层间结合力和导热性能。
结合实施例6-8并结合表4可以看出，当采用表面改性剂对电路层的内表面进行表面改性时，对制得的的铝基线路板的导热性能和层间结合力性能有促进作用。
结合实施例1-8和对比例3-4并结合表4可以看出，当不采用表面改性剂对铝基材表面进行改性时，或者不采用表面处理剂对铝基板表面进行处理时，制得的铝基线路板的导热系数和层间结合力明显较低，说明本申请依次采用表面处理剂对铝基板进行处理、采用表面改性剂对铝基板进行改性，能有效提高铝基线路版的导热性能及层间结合力。
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。
Claims (10)
1.一种高导热铝基线路板，其特征在于：包括从下至上依次设置的铝基板层、导热绝缘层和电路层，所述铝基板层为表面改性铝基板，所述导热绝缘层为导热绝缘胶，所述电路层为铜箔，其中，所述铝基板层采用以下步骤制得：
A1、表面处理：采用表面处理剂对铝基板表面进行处理，在铝基板表面形成若干个微孔，处理时间为5-15min；
A2、表面改性：采用表面改性剂对A1步骤中处理后的铝基板进行表面改性，改性时间为10-20min；
A3、烘干：将A2步骤中经过表面改性后的铝基板进行烘干，烘干温度为110-130℃，烘干时间5-15min，形成铝基板层。
2.根据权利要求1所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：所述表面处理剂由以下重量份的原料组成：5-15份五水偏硅酸钠、3-8份氨水、2-5份异丙醇胺、0.5-2.5份钼酸钠和60-80份水。
3.根据权利要求2所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：五水偏硅酸钠和钼酸钠的质量比为1：（0.1-0.3）。
4.根据权利要求1所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：经过A1步骤中处理过后的铝基板的表面粗糙度Ra为5.5-7.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：所述表面改性剂由以下重量份的原料组成：5-25份N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、10-20份乙醇、2.5-5.5份苯并三氮唑和58-78份水。
6.根据权利要求5所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和苯并三氮唑的质量比为1：（0.2-0.5）。
7.根据权利要求5所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：将表面改性剂涂覆于电路层的内表面后进行烘烤，烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为10-20min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高导热铝基线路板，其特征在于：所述导热绝缘层为导热硅胶。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的一种高导热铝基线路板的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、贴合：将导热绝缘层涂覆于铝基板层，后将电路层附着于导热绝缘层表面，进行贴合，制得形成铝基覆铜板；
S2、开料钻孔：将S1步骤制得的铝基覆铜板按照线路设计要求进行开料、钻孔和前处理；
S3、线路图成型：对S2步骤中开料钻孔处理后的铝基覆铜板涂覆感光油墨，烘干后进行曝光，烘干温度为120-140℃，曝光后采用显影液进行显影，显影液为质量浓度为0.8-1.2%的碳酸钠溶液；
S4、蚀刻去膜：采用蚀刻剂对S3步骤中显影处理后的铝基覆铜板进行蚀刻，去除感光油墨，后进行干燥清洗；
S5、阻焊：采用阻焊黑油对S4步骤中去除感光油墨的铝基覆铜板进行图形印刷，后进行干燥，干燥温度为130-150℃，在电路层表面形成阻焊图形；
S6、曝光、显影：将电路层形成的阻焊图形进行对位后进行曝光，采用上述显影液进行显影，后清洗干燥；
S7、后处理：最后采用常规PCB板制程对上述形成的线路板进行冲孔、V割和防氧化处理，形成高导热铝基线路板。
10.根据权利要求9所述的一种高导热铝基线路板的制备工艺，其特征在于：S1步骤中的贴合压力为0.1-0.3 KPa，贴合时间为15-30min。
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2022
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