铝基板【高导热性铝基覆铜板研制】

1、高耐热性、高导热性铝基覆铜板的研制国营第七0四厂研究所 刘阳、孟晓玲摘要：本文采用改性双马来酰亚胺树脂（BMI ）和高导热性无机填料制作了一种高耐热性、高导热性铝基覆铜板。关键词：双马来酰亚胺树脂（BMI ）、增韧剂、导热系数、导热填料。1、引言随着电子产业的迅速发展，对铝基覆铜板提出了更高、更新的要求。尤其在一些大功率、高负载的电子元器件中，要求铝基覆铜板在100250的温度下具有良好的机械、电气性能，这就要求绝缘层有高的耐热性。而铝基覆铜板绝缘层耐热性提高，最好的途径是提高绝缘层树脂的玻璃化温度。日本有公司，近年推出了“TH-1”型金属基覆铜板，基板的Tg 由原来的104，大幅提高到165

2、，它的导热性、耐电压性等也比原一般的铝基覆铜板有较大的提高。另外，美国Bergquist 公司也推出了超高导热型的铝基覆铜板。因此，高耐热性、高导热性铝基覆铜板的开发显得尤为重要。2、材料的选择树脂的选择铝基覆铜板绝缘介质层树脂主要以制作覆铜板树脂体系为主，表1是国内常用的几种覆铜板树脂的性能比较。表1 几种常用覆铜板树脂性能比较 2.1料之一。另外PI 树脂在高温下，还具有良好的介电性能、力学性能、耐燃性、耐磨性、耐溶剂性及制品尺寸稳定性。不仅如此，PI 树脂的低温性能也较优良，但作为复合材料基体使用的PI 树脂，其工艺性、热物理性和力学性能必须满足实际应用的需要，然而大多数PI 树脂分子链

3、中含有大量的芳杂环结构，这些结构的存在，降低了树脂的溶解性、增加了树脂的熔体粘度，提高了树脂的熔点，使树脂体系的工艺性变差。因此如何改性PI 树脂显得尤为关键。近年来，高温复合材料主要采用双马来酰亚胺树脂（简称BMI ）进行改性，BMI 不仅具有与热固性树脂相似的流动性、可模塑性及加工成型性，而且具有耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优良性能。采用BMI 改性，既克服了环氧树脂耐热性相对较低，又解决了PI 树脂成型时温度高、压力大的缺点。因此选用改性BMI 树脂作为主体树脂较为理想。2.2 增韧剂的选择环氧改性BMI 树脂体系流动性好，但脆性大，韧性差，所以必须增加其韧性。增韧的

4、方法很多，通常采用高性能热塑性树脂（TP ）进行增韧，可获得高韧性和高湿热稳定性的树脂。这种树脂通常可形成半互穿网络（S-IPN ），正是由于S-IPN 中TP 与BMI 相互贯穿，所以两相之间分散性良好，相界面大，能充分发挥协同效应，从而达到了韧性与耐热性的统一。2.3 填料的选择上述树脂体系尽管韧性和耐热性较好，但导热性相对较低，所以要显著提高绝缘介质层的导热性，必须加入导热性良好的绝缘无机填料，常见的无机填料导热系数见表2。表2 常见的无机填料导热系数序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10填 料 名 称 金刚石 立方体氮化硅 六方体氮化硼 碳化硅 四氮化三硅 氧化铍 三氧化二铝

5、 氧化镁 二氧化硅 氮化硼导热系数（W/mk）2000 1300 200 25100 50 260 2540 2550 9.6 100250从表2可以看出，金刚石、立方体氮化硅的导热性已达到了金属的标准，但价格非常昂贵，而六方体氮化硼、氧化铍、氮化铝也具有较高的导热性，但氧化铍有毒，氮化铝价格也较贵，因而采用六方体氮化硼和其它填料配合进行试验。3、绝缘介质层配方的确定增韧剂用量对绝缘介质层的影响在不降低基体树脂耐热性和力学性能的前提下，采用耐热性较高的热塑性树脂（TP ）进行增韧。目前常用的TP 树脂主要有聚苯并咪唑（PBI ）、聚醚砜（PES ）、聚醚酰亚胺（PEI ）、聚海因（PH ）、改

6、性聚醚酮（PEK-C ）及改性聚醚砜（PEC-C ）等，通过对综合性能考察，选用了PEK-C 对BMI 树脂进行改性，改性后的树脂性能见表3。表3 含有 PEK-C的环氧改性BMI 树脂性能体系PEK-C/%（wt ） 冲击强度（kJ m -2） 玻璃化温度Tg/ 初始热分解温度（）3.1由表可知，PEK-C 的加入明显提高了树脂的冲击强度，当PEK-C 为20%时，树脂的冲提高了近2.5倍左右，但随着PEK-C 击强度高达18.9 kJm -2 与未加PEK-C 的冲击强度相比，含量的增大，体系中热塑性成份增多，易造成分布不均，并形成一些较大颗粒，造成应力集中，使树脂韧性随着PEK-C 的增

7、加而降低，而当PEK-C 的用量在15%左右时，树脂体系不仅共混性好，而且韧性和耐热性也较好。 3.2 填料及其配比的确定氮化硼虽然具有较高的导热性，但其用量不宜过多，这是因为氮化硼密度较小，而一般填料的密度大多在3.5g/cm3左右，所以当氮化硼用量超过树脂体系的（2.25g/cm3）40%时，树脂粘度增大、分布不均、混胶工艺也非常困难， 40%的用量虽然可以使绝缘介质层的导热性提高很多，但不足以达到要求。考虑到工艺操作性，可适当加入也具有较高导热系数的三氧化二铝、氧化镁、碳化硅等。碳化硅是一种半导体，少量加入可提高板材的防电晕性和击穿电压。一般认为无机填料的用量与树脂用量为（80150）：

8、100（质量比），结合CEM-1、CEM-3 树脂填料的用量进行试验。结果表明，填料用量越大导热性越好，但填料量超过150%，填料分散不均，胶液粘度增大，板材耐热性及剥离强度等性能下降。而当填料用量为120130%时胶液的共混、涂覆及板材的各种性能均能得到提高。综上所述，确定填料各组份配比为：BN ：AI 2O 3：MgO ：SiC = 4：6：2：0.5。另外，对无机填料还需进行表面处理，这样不仅可以降低胶液粘度，减少溶剂用量，而且可以提高无机填料与树脂的结合力，消除界面影响，从而提高板材的各项性能。 3.3 树脂配比的确定综上所述，确定的树脂配比见表4。表4 高导热性铝基覆铜板的树脂配比序

9、 号 1材 料 名 称 环氧改性BMI 树脂规 格 自制 工业 工业 工业 工业 工业 工业配 比 100 15 3040 6070 1020 510 适量2O 37 8表面处理剂 溶剂4、高导热性铝基覆铜板试制中应注意的问题4.1 混胶 根据配方计算用量，可先将充分溶解好的PEK-C 加入环氧改性BMI 树脂中，充分搅拌后，加入用偶联剂处理过的BN 、AI 2O 3、MgO 、SiC 填料，为了使无机填料能均匀分散在胶液中，可先用溶剂润湿分散无机填料后，加入树脂，混合均匀，熟化8h 后使用。 4.2 凝胶化时间的测定 测定环氧改性BMI 树脂的凝胶化时间，以便确定烘陪时间和层压时间。4.3

10、涂胶量 绝缘介质层的厚度根据要求和用途不同而不同，一般为30500um，但不管采用喷淋、刮涂、刷涂、漏印或制成绝缘胶膜，其厚度一定要均匀。4.4 压制 按照离型膜涂胶基板铜箔离型膜的顺序装模，装模完毕，推入压机，按设定的层压程序加热、加压制成铝基覆铜板。由于胶层无增强材料，流动性难以控制，若采用普通压机，胶层中的气泡难以完全排除，形成空洞，影响板材性能。为了提高产品的性能，应采用真空压机，这样可消除板材内气泡，降低板材的残余应力使板更加平整，全面提高板材性能。4.5 后固化 BMI树脂的成型温度较高，一般常规固化成型后，即可满足要求。若常规成型后，再在200的真空干燥箱后固化2h 。则产品的玻璃化温度还可提高。5、高耐热性、高导热性铝基覆铜板的工艺流程按上述配比，制作铝基覆铜板，其主要工艺流程见图1.图1 高耐热性、高导热性铝基覆铜板的工艺流程图6、结论将美国Bergquist 公司、日本“TH-1”型和聚酰亚胺型铝基覆铜板进行性能比较：项目 抗剥强度N/cm 平均热阻/W 表面电阻（） 体积电阻（） 击穿电压（KV ）介电常数 玻璃化温度美国BergquistTH-1普通型（环氧玻璃布）聚酰亚胺型1013 101410131213 10141314从表可见，聚酰亚胺型铝基覆铜板的玻璃化温度可以达到230，而且物理性能和电性能与国外同类产品无太大的差距，