一种导热复合膜、绝缘金属板及其制备方法和应用

1.本发明属于绝缘金属板技术领域，特别涉及一种导热复合膜、绝缘金属板及其制备方法和应用。


背景技术：

2.在功率器件、双面散热晶体管、闸流晶体管、cpu等发热性电子器件中，如何高效的散热成为重要的课题。常用的散热方法为在安装有发热性电子部件的绝缘金属板上设置导热复合膜。该导热复合膜一般为在有机硅树脂、环氧树脂中添加陶瓷粉末经固化而成。
3.随着发热性电子部件内电路的高速集成化，导热复合膜要求具有更高的导热系数，要求其能在横向和纵向上均实现高散热性。现有传热构件一般具有较好的横向散热性能，但难以提升其纵向散热性能。
4.因此，亟需提供一种具有高散热性的导热复合膜。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种导热复合膜、绝缘金属板及其制备方法和应用，具有高散热性。
6.本发明的第一方面提供一种导热复合膜，所述导热复合膜包括热固性树脂颗粒；所述热固性树脂颗粒包括氮化硼颗粒；所述热固性树脂颗粒的粒径为0.1-40μm。
7.根据本发明的一些实施例，所述导热复合膜包括60-80wt％的所述热固性树脂颗粒。优选地，所述导热复合膜包括65wt％的所述热固性树脂颗粒。
8.根据本发明的一些实施例，所述热固性树脂颗粒包括粒径为0.1-1.5μm的所述第一热固性树脂颗粒、粒径为5-10μm的所述第二热固性树脂颗粒以及粒径为20-40μm的所述第三热固性树脂颗粒。
9.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述热固性树脂颗粒包括5-15份的所述第一热固性树脂颗粒、15-25份的所述第二热固性树脂颗粒以及60-80份的所述第三热固性树脂颗粒。
10.优选地，按重量份数计，所述热固性树脂颗粒包括8-11份的所述第一热固性树脂颗粒、18-22份的所述第二热固性树脂颗粒以及65-83份的所述第三热固性树脂颗粒。
11.优选地，按重量份数计，所述热固性树脂颗粒包括10份的所述第一热固性树脂颗粒、20份的所述第二热固性树脂颗粒以及70份的所述第三热固性树脂颗粒。
12.根据本发明的一些实施例，所述氮化硼颗粒的粒径为0.05-2.5μm。
13.根据本发明的一些实施例，所述氮化硼颗粒的d50粒径为1.9-2.1μm。优选地，所述氮化硼颗粒的d50粒径为2.0μm。
14.根据本发明的一些实施例，所述热固性树脂颗粒包括70-90wt％的氮化硼颗粒。
15.根据本发明的一些实施例，所述热固性树脂颗粒的组分包括所述氮化硼颗粒、偶联剂、热固性树脂以及固化剂。
16.根据本发明的一些实施例，所述偶联剂为硅烷偶联剂。优选地，所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
17.优选地，所述氮化硼颗粒与硅烷偶联剂的重量比为(90-99.5):1。
18.根据本发明的一些实施例，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、密胺树脂、不饱和聚酯、聚氨酯树脂、有机硅树脂中的至少一种。
19.根据本发明的一些实施例，所述热固性树脂为环氧树脂。优选地，所述热固性树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂。
20.根据本发明的一些实施例，所述固化剂为酚醛树脂。优选地，所述固化剂为线性酚醛树脂。
21.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述热固性树脂颗粒包括90-99.5份的所述氮化硼颗粒、1份的偶联剂、5-28份的热固性树脂以及2-14份的固化剂。
22.根据本发明的一些实施例，所述导热复合膜还包括热塑性树脂。所述热塑性树脂为聚苯醚树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂或氟树脂中的至少一种。
23.根据本发明的一些实施例，所述导热复合膜的厚度为60-500μm。优选地，所述导热复合膜的厚度为150-300μm。优选地，所述导热复合膜的厚度为200μm。
24.本发明的第二方面提供上述导热复合膜的制备方法，所述导热复合膜的制备方法包括以下步骤：
25.将热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，得所述导热复合膜。
26.根据本发明的一些实施例，所述导热复合膜的制备方法还包括以下步骤：将氮化硼颗粒与硅烷偶联剂混合，干燥；然后与热固性树脂以及固化剂混合，固化，压合，粉碎，得所述热固性树脂颗粒。
27.优选地，所述干燥的温度为80-120℃。
28.优选地，所述压合的压力为10-100mpa，温度为180-200℃，时间为1-4h。
29.根据本发明的一些实施例，所述导热复合膜的制备方法包括以下步骤：
30.(1)将氮化硼颗粒与硅烷偶联剂混合，搅拌均匀后在80-120℃下干燥；然后与热固性树脂混合，固化，压合，粉碎，筛选，得粒径为0.1-40μm的热固性树脂颗粒；
31.(2)将所述热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得所述导热复合膜。
32.本发明的第三方面提供一种绝缘金属板，所述绝缘金属板包括上述的导热复合膜。
33.根据本发明的一些实施例，所述绝缘金属板包括铜箔、导热复合膜以及金属板。
34.优选地，所述金属板为铜板、铝板或铁板。
35.本发明的第四方面提供上述绝缘金属板的制备方法，所述绝缘金属板的制备方法包括以下步骤：
36.将铜箔、导热复合膜以及金属板依次层叠，在50-70mpa的压力、260-370℃下压合1-3h，得所述绝缘金属板。
37.本发明的第五方面提供上述的导热复合膜在制备电子设备中的应用。
38.因此，本发明的有益效果包括：
39.1、本发明提供的导热复合膜，将氮化硼颗粒包覆在热固性树脂颗粒中；通过不同
粒径的热固性树脂颗粒的相互作用，使得导热复合膜的散热性能得到提升。
40.2、本发明提供的导热复合膜应用于绝缘金属板，有助于提高绝缘金属板的纵向散热性能，提升半导体器件的寿命；
41.3、本发明提供的导热复合膜的制备工艺简单、易于实现。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
43.以下结合具体实施例介绍本发明实施例提供的技术方案。
44.实施例1
45.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
46.该热固性树脂颗粒包括10wt％的第一热固性树脂颗粒(d50粒径为0.5μm)、20wt％的第二热固性树脂颗粒(d50粒径为5μm)、70wt％的第三热固性树脂颗粒(d50粒径为20μm)；该第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性颗粒中均包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂为线性酚醛树脂。
47.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
48.该导热复合膜的制备方法为：
49.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
50.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒以及第三热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
51.(3)将第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
52.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
53.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采在60mpa的压力，300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
54.实施例2
55.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
56.该热固性树脂颗粒包括10wt％的第一热固性树脂颗粒(d50粒径为1μm)、20wt％的第二热固性树脂颗粒(d50粒径为7μm)、70wt％的第三热固性树脂颗粒(d50粒径为25μm)；该第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性颗粒中均包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂为线性酚醛树脂。
57.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
58.该导热复合膜的制备方法为：
59.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
60.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒以及第三热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
61.(3)将第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
62.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
63.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采用60mpa的压力，在300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
64.实施例3
65.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
66.该热固性树脂颗粒包括10wt％的第一热固性树脂颗粒(d50粒径为1.5μm)、20wt％的第二热固性树脂颗粒(d50粒径为10μm)、70wt％的第三热固性树脂颗粒(d50粒径为35μm)；该第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性颗粒中均包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂为线性酚醛树脂。
67.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
68.该导热复合膜的制备方法为：
69.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
70.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒以及第三热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
71.(3)将第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
72.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
73.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采用60mpa的压力，在300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
74.实施例4
75.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
76.该热固性树脂颗粒为第一热固性树脂颗粒(d50粒径为0.5μm)，包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂
为线性酚醛树脂。
77.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
78.该导热复合膜的制备方法为：
79.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
80.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第一热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
81.(3)将第一热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
82.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
83.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；在60mpa的压力，300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
84.实施例5
85.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括的组分为65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
86.该热固性树脂颗粒为d50粒径为5μm的第二热固性树脂颗粒，包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂为线性酚醛树脂。
87.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
88.该导热复合膜的制备方法为：
89.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
90.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第二热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
91.(3)将第二热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
92.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
93.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采用60mpa的压力，在300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
94.实施例6
95.本实施例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的热固性树脂颗粒以及35份的热塑性树脂。
96.该热固性树脂颗粒为d50粒径为20μm的第三热固性树脂颗粒，包括80wt％的氮化硼颗粒(d50粒径为2μm)、1.24wt％的偶联剂、12.51wt％的环氧树脂以及6.25wt％的固化剂。该偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，该环氧树脂为邻甲酚酚醛型环氧树脂，该固化剂为线性酚醛树脂。
97.该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
98.该导热复合膜的制备方法为：
99.(1)将氮化硼颗粒与偶联剂混合，搅拌均匀后在100℃下干燥；
100.(2)将干燥后产物与热固性树脂和固化剂混合，经固化，压合，粉碎，得第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒以及第三热固性树脂颗粒；该压合的压力为80mpa、压合的温度为190℃、压合的时间为3h；
101.(3)将第一热固性树脂颗粒、第二热固性树脂颗粒、第三热固性树脂颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
102.本实施例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本实施例提供的导热复合膜以及铜板。
103.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采用60mpa的压力，在300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
104.对比例1
105.本对比例提供一种导热复合膜，按重量份数计，包括65份的氮化硼颗粒以及35份的热塑性树脂。
106.该氮化硼颗粒的d50粒径为2μm，该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
107.该导热复合膜的制备方法为：将氮化硼颗粒与热塑性树脂混合，流延成膜，干燥后收卷，得厚度为200μm的导热复合膜。
108.本对比例还提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、本对比例提供的导热复合膜以及铜板。该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；然后采用60mpa的压力，在300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
109.对比例2
110.本对比例提供一种导热复合膜，包括热塑性树脂。
111.该导热复合膜的制备方法为将热塑性树脂流延成膜，得厚度为200μm的导热复合膜。该热塑性树脂为聚苯醚树脂。
112.本对比例提供一种绝缘金属板，该绝缘金属板包括铜箔、导热复合膜以及铜板。
113.该绝缘金属板的制备方法为：将铜箔、导热复合膜以及铜板依次层叠；在60mpa的压力，300℃下压合2h，得该绝缘金属板。
114.性能测试
115.对本发明实施例1-6以及对比例1-2提供的绝缘金属板进行纵向导热系数测定
116.依据标准：美国标准《astm-d5470》；
117.尺寸：2.5cm
×
2.5cm；
118.测试设备：台湾瑞领科技公司提供的longwin9389导热系数测试仪；
119.测定方法：通过热流法自动获得绝缘金属板的纵向导热系数；
120.测试结果如表1所示。
121.表1各绝缘金属板的纵向导热系数
122.样品纵向导热系数w/(m
·
k)实施例1提供的绝缘金属板3.6实施例2提供的绝缘金属板3.9实施例3提供的绝缘金属板4.2实施例4提供的绝缘金属板2.5
实施例5提供的绝缘金属板2.7实施例6提供的绝缘金属板3.1对比例1提供的绝缘金属板2.8对比例2提供的绝缘金属板0.2
123.依据表1，在绝缘金属板的导热复合膜中不添加氮化硼颗粒，其导热系数几乎不具有导热性能；在绝缘金属板的导热复合膜中添加氮化硼颗粒有助于提高该绝缘金属板的导热性能；在绝缘金属板的导热复合膜中添加包覆有偶联剂及热固性树脂的氮化硼颗粒，可节省氮化硼颗粒的使用量；采用同等含量氮化硼颗粒的绝缘金属板，通过调整添加的热固性树脂颗粒的粒径范围，有利于提高绝缘金属板的导热性能；以及通过不同粒径范围的热固性树脂颗粒的协同增效，本发明提供的绝缘金属板具有更佳的导热性能。
124.最后应说明的是，以上实施例方式仅用以说明本发明的技术方案并非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。