低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料的製作方法

2023-09-19 19:43:00

專利名稱：低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子介電複合材料，特別是涉及一種適用於電子產品熱傳界面、熱傳組件等應用，具有低熱阻(Low Thermal Resistance)且高導熱係數(High ThermalConductivity)的高分子介電複合絕緣材料。
背景技術：
目前LED的輸入功率只有15 20y。轉換成光，近80 85%轉換成熱，但LED發光所產生的熱如果無法適時排出，將使LED晶片的界面溫度(Junction Temperature)過高而影響其發光強度及使用壽命。因此隨著高功率LED的快速發展，LED的散熱問題乃愈來愈受到重視，而降低LED的界面溫度，必須從LED模塊的熱阻抗著手，其中最重要的就是封裝基板的材料選用及介電層(絕緣層)的熱傳導改善。
因此，為了改善傳統基板不易散熱的缺失，中國臺灣公告第M275672號「印刷電路複合板結構改良」專利案，提出了一種TFT-LCD的軟硬複合板結構，主要包括一軟板；第一絕緣層，該第一絕緣層系分別層疊於上述軟板一側的二面上至少一以上的第一導電層，各第一導電層系分別層疊於上述各第一絕緣層的一面上；以及第二絕緣層，該第二絕緣層系設置於上述兩第一導電層之間。
中國臺灣公告第M311116號「發光二極體載板的印刷電路板結構改良」專利案，提出了一種發光二極體載板的印刷電路板結構改良，其包括有一基板；一第一絕緣層，該第一絕緣層系層疊於上述基板的一面上；一銅層，該銅層層疊於上述第一絕緣層的一面上，且該銅層上系具有第二絕緣層；以及
表層，該表層系疊於上述銅層的一面上且鄰近於第二絕緣層的一側。並提出該基板系可為鋁板、鋁片。第一絕緣層系以陽極處理、硬式陽極處理、噴塗及其它化學處理等方式形成於基板的一面上。
中國臺灣專利公告第M302222號「印刷電路軟硬複合板結構改良」，提出了一種印刷電路軟硬複合板結構改良，其包括一軟板單元，系具有一玻璃纖維布基板(FR4),該玻璃纖維布基板的至少一表面設有覆蓋層結合層，設置在上述軟板單元的覆蓋層上；以及硬板單元，至少設於上述軟板單元的一側，該硬板單元系具有一層疊於結合層上的硬基板，該硬基板的一面上具有多數導體，該導體系覆蓋有防焊油墨，且該硬基板上系具有多數貫穿硬板單元、結合層及軟板單元的穿孔，穿孔的二端孔緣及內孔壁系延伸設有一導通部。該第一絕緣層為具有導熱效果的絕緣陶瓷薄膜等具有導熱效果的絕緣薄膜。銅層系以無電解化學方式、噴塗、濺鍍等方式形成於第一絕緣層的一面上。該第二絕緣層系可為塗布於銅層上的阻焊油墨、防焊綠漆、陶瓷薄膜。但上述於基板，其導熱性仍然不足。
發明人有鑑於前述先前技術的缺點，乃依其從事相關研究的經驗，針對上述缺失悉心研究各種解決的方法，在經過不斷的研究、實驗與改良後，終於開發設計出本發明的高導熱係數的高分子介電複合材料(Polymer Composite),得有效改善LED介電層(絕緣層
)的散熱問題。

發明內容
本發明的主要目的在於通過提供一種低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，以具有高熱傳導係數的納米碳材作為填充物(Filler)所製成的高分子複合絕緣材料。
本發明的另一個目的在於，使用具有高熱傳導係數的納米碳材作為填充物，故能有效降低介電層(絕緣層)與銅箔、鋁(箔)基板之間的接觸熱阻(Thermal Resistance),使LED所產生的熱可以快速傳導至空氣中。
本發明的再一個目的在於，本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，進一歩通過黑體輻射(Black Body Radiation)方式將廢熱傳遞至空氣分子，提升高亮度發光二極體(High Brightness Light-Emitting Diode; HB LED)的亮度效率、散熱效率及LED組件使用壽命，以符合環保及短小輕薄的電子產品的要求。
本發明是採用以下技術手段實現的
一種低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，包括 一導熱基板，該基板以預先表面官能基修飾後的碳材配方作為填充物(Filler)及高分子聚合物混煉所製成；
一個導熱介質層，設於上述導熱基板的上方； 一電極箔層，設於上述導熱基板的下方；以及一膠體層，形成於該導熱基板及電極箔層的外圍。
前述的碳材配方，為納米極或微米極的碳管、碳球、碳粉及碳纖維、碳複合材或石
墨o
前述的導熱介質層為銅箔。前述的電極箔層為鋁箔。
前述的膠體層為數微米至數百微米的碳材膠體或黑色膠體物質。一種低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，製造步驟如下
(l)選材步驟使用預先表面官能基修飾後的碳材，其中包含納米級或微米級的碳管、碳球、碳粉、碳纖維、碳複合材或各結晶態的石墨作為填充物；(2) 混合步驟將表面官能基修飾後的碳材和高分子聚合物等材料於有機溶液中均勻混合；
(3) 烘乾步驟將混和的材料烘乾，以去除溶劑；
(4) 混煉步驟將烘乾後的材料配方混合物於高溫下混煉，並進行抽版，使形成低熱阻且高導熱係數的高分子介電複合絕緣材料單元；
(5) 熱壓步驟將由上述步驟製得的高分子介電複合絕緣材料單元，以上蓋為銅箔、中間為高分子介電複合絕緣層單元、下蓋為鋁或箔基材位置疊壓後，熱壓成形LED散熱基材；
(6) 切割步驟將壓合完成的散熱基材，裁切成適當大小；
(7) 塗布步驟將散熱基材於銅箔以下的外圍部份，通過塗布或點膠等方式包覆厚度為數微米至數百微米的碳材膠體或黑色膠體等物質後予以成形。
本發明與現有技術相比，具有以下明顯的優勢和有益效果
經由上述步驟所製得的本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，有效運用碳材(如納米極與微米極的碳管、碳球、碳粉及碳纖維…等)、碳複合材(Carbon MatrixComposites)及各型態石墨(Graphite)的特性，構成容易生產製造、質輕、而且具有高熱傳導性的導熱基材，能符合現行高功率LED或其它電子產品的導熱散熱需求。


圖l為本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料的製造流程圖2為本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料的製造流程表示圖3為本發明的導熱基板切割後示圖4為本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料的剖面示圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施例加以說明
本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其高分子介電複合材料的製作步驟，請參照圖l，其包括
1. 選材步驟100:使用經過預先表面官能基修飾後的碳材(包含納米級與微米級的
碳管、碳球、碳粉及碳纖維、碳複合材(Carbon Hybrid Composites)、各結晶態的石墨(Graphite))等作為填充物(Filler);
2. 混合歩驟200:將表面官能基修飾後的碳材l和高分子聚合物2(Polymer)等材料於有機溶液3中均勻混合(如圖2 (A)所示)；3. 烘乾步驟300:將混和的材料烘乾，去除溶劑；
4. 混煉步驟400:將烘乾後的材料混合物於高溫下(約20(TC)混煉，並進行抽版，使形成低熱阻且高導熱係數的高分子介電複合絕緣材料基板單元4(如圖2 (B)所示)；
5. 熱壓步驟500:將經由上述步驟所製得的高分子介電複合絕緣材料基板單元4，以上蓋為銅箔5、中間為高分子介電複合絕緣材料基板單元4、下蓋為鋁(箔)基材6等位置相對疊壓，再熱壓成形(如圖2 (C)所示)，而壓製成LED散熱基材7(如圖2 (D)所示)；
6. 切割步驟600:將壓合完成的LED散熱基材7，於表面依預定大小劃線8 (如圖2 (E)所示)，再經切割刀具切割，而製得符合尺寸規格的導熱基板9(如圖3所示)；
7. 塗布步驟700:將導熱基板9於銅箔5以下的外圍部份，藉由塗布(Coating)或點膠(dipping)等方式包覆厚度為數微米至數百微米的碳材膠體ll、 12或黑色膠體等物質(如圖4所示)，最後製成低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料製成品800。
經由上述步驟所製得的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，由於在高分子材料中添加巳官能基修飾後的碳材作為填充物，在生產過程中能避免氣泡的產生，可大幅降低熱阻，提升分散度以及材料的兼容度，因此，本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其具有以下的優點.-
(1) 碳材的高導熱係數能予維持，而且可避免加入過多含量的碳材而降低高分子的絕緣特性。
(2) 當鋁(箔)基板(金屬核心)層、銅箔(電路)層及介電(絕緣)成形後，在該散熱基材外圍塗布(Coating)碳材膠體或黑色膠體等物質，能同時兼顧導熱(Heat Spread)及輻射(Radiation),將基材表面熱能轉換成紅外線電磁波以黑體輻射(Black Body Radiation)的方式直接傳遞至空氣中，以主動方式將廢熱通過黑體輻射傳遞至空氣分子，能有效強化發光組件使用壽命及發光效率。
綜合上所述，經由上述步驟所製得的本發明的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，有效運用碳材(如納米極與微米極的碳管、碳球、碳粉及碳纖維…等)、碳複合材(Carbon Matrix Composites)及各型態石墨(Graphite)的特性，構成容易生產製造、質輕、而且具有高熱傳導性的導熱基材，能符合現行高功率LED或其它電子產品的導熱散熱需求。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而並非限制本發明所描述的技術方案；因此，儘管本說明書參照上述的各個實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換；而一切不脫離發明的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1、一種低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於包括一導熱基板，該基板以預先表面官能基修飾後的碳材配方作為填充物及高分子聚合物混煉所製成；一導熱介質層，設於上述導熱基板的上方；一電極箔層，設於上述導熱基板的下方；以及一膠體層，形成於該導熱基板及電極箔層的外圍。
2. 根據權利要求1所述的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於所 述的碳材配方，為納米極或微米極的碳管、碳球、碳粉及碳纖維、碳複合材或石墨。
3. 根據權利要求l所述的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於-所述的導熱介質層為銅箔。
4. 根據權利要求l所述的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於 所述的電極箔層為鋁箔。
5. 根據權利要求l所述的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於 所述的膠體層為數微米至數百微米的碳材膠體或黑色膠體物質。
6. 根據權利要求l所述的低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，其特徵在於-以下列製造歩驟所形成-(1) 選材步驟使用預先表面官能基修飾後的碳材，其中包含納米級或微米級的碳 管、碳球、碳粉、碳纖維、碳複合材或各結晶態的石墨作為填充物；(2) 混合步驟將表面官能基修飾後的碳材和高分子聚合物等材料於有機溶液中均勻 混合；(3) 烘乾步驟將混和的材料烘乾，以去除溶劑；(4) 混煉歩驟將烘乾後的材料配方混合物於高溫下混煉，並進行抽版，使形成低熱 阻且高導熱係數的高分子介電複合絕緣材料單元；(5) 熱壓步驟將由上述步驟製得的高分子介電複合絕緣材料單元，以上蓋為銅箔、 中間為高分子介電複合絕緣層單元、下蓋為鋁或箔基材位置疊壓後，熱壓成形LED散熱基 材；(6) 切割步驟將壓合完成的散熱基材，裁切成適當大小；(7) 塗布步驟將散熱基材於銅箔以下的外圍部份，通過塗布或點膠方式包覆厚度為 數微米至數百微米的碳材膠體或黑色膠體等物質後予以成形。
全文摘要
本發明公開了一種低熱阻且高導熱係數高分子介電複合材料，包括一導熱基板，該基板以預先表面官能基修飾後的碳材配方作為填充物(Filler)及高分子聚合物混煉所製成；一導熱介質層，設於上述導熱基板的上方；一電極箔層，設於上述導熱基板的下方；以及一膠體層，形成於該導熱基板及電極箔層的外圍。本發明結構簡單、製造方便、質輕、且具有高熱傳導性的介電材料。
文檔編號B32B33/00GK101524902SQ200810007649
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者巫宜燐, 李為鈞, 王鍏晴 申請人:佳邦科技股份有限公司