高導熱型CEM—3覆銅板的開發與研究

葉致遠

摘要：研究了采用提高聚合物結晶度和填充無機絕緣導熱填料的方法，開發出一種具有良好導熱性的CEM一3復合基覆銅板。

關鍵詞：CEM-3；導熱；覆銅板

中圖分類號：TGll3.22+3

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4311（2016）32-0169-02

O引言

隨著社會和經濟的快速發展，由于過度開發而導致全球面臨能源短缺與全球環境劇變的威脅，研究一種新型的具有節能功能的LED光源就成為了二十一世紀的新課題。LED光源需要解決的最大問題是“散熱”，目前LED光源主要采用具有導熱性能的PCB進行散熱，常見的導熱型PCB主要為具有導熱性的覆銅板制成。

目前商品化的導熱覆銅板主要包括鋁基覆銅板和導熱型CEM-3覆銅板等。鋁基覆銅板具有優越的導熱性能，但是由于絕緣層很薄的緣故，其電絕緣性能相比導熱型CEM-3覆銅板有很大差距，尤其是燈條板線路和板材邊緣的距離比較近，電絕緣性能很難保證。而傳統的CEM-3覆銅板雖然有很好的電絕緣性能，但是熱導率很低，只有0.4W/M·K左右，無法滿足LED散熱的要求，因此，有必要開發一種既具有良好的導熱性，同時又具有良好的電絕緣性的覆銅板。

1.開發重點及開發思路

復合基CEM-3覆銅板板材結構如圖l所示。

從圖l可以看出，CEM-3覆銅板主要由銅箔、玻纖布、玻纖紙、環氧樹脂等構成，其中玻璃纖維和環氧樹脂是熱的不良導體，熱導率分別不到0.1W/M·K和0.2W/M·K。由上述結構組成的CEM-3覆銅板，其熱導率僅有約0.4W/M·K。但是和鋁基覆銅板相比，CEM-3覆銅板除了良好的電絕緣性外，還具有良好的機-械加I-，l生和低成本、高性價比等優點。因此，在傳統CEM-3覆銅板基礎上，提高基材的熱導率是我們技術開發的重點，其次，具有導熱功能的CEM-3應具有與普通CEM-3相同的可靠性和機械加工性。

2.導熱機理的探討

熱動力學認為熱是一種聯系到分子、原子、電子等以及其組成部分的移動、轉動和振動的能量，因而物質的導熱機理必然與組成物質的微觀粒子的運動密切相關。所有物質的熱傳導，無論其處于何種狀態，都是由物質內部微觀粒子相互碰撞和傳遞的結果。CEM-3覆銅板是一種由金屬、無機非金屬材料和高分子材料構成的復雜材料。除了金屬之外，其組成中雖然還有玻璃纖維和環氧樹脂兩種成分，但是它們已經結合為復合材料。玻璃纖維成分雖然是石英玻璃，但是作為纖維材料已經不再是均勻的連續介質，而是一種多孔性物質，其換熱形式有空氣導熱和纖維導熱，其中空氣導熱是主要的熱傳導方式。在結構中，環氧樹脂替代空氣填充了玻璃纖維的空隙，因此，從本質上來看，這種復合材料是一種高分子材料導熱，其導熱性高低取決于基體環氧樹脂的熱導率高低。在結構中，環氧樹脂與雙氰胺固化劑反應形成聚合物，體系處于飽和狀態，沒有自由電子存在，分子運動困難，熱傳導主要是晶格振動的結果，聲子是主要熱能載荷者。由于高分子鏈的無規纏結、巨大分子量及分子量多分散性，導致聚合物無法形成完整晶體，加之分子鏈振動加劇了聲子的散射，所有因素疊加導致了聚合物熱導率很低。因而，普通CEM-3覆銅板導熱性很差。

要提高CEM-3覆銅板的熱導率，只有從提高環氧聚合物的導熱性著手。其方法無外乎兩種，一是改良環氧樹脂固化結構，改變材料分子和鏈接結構獲得特殊物理結構，通過提高聚合物結晶度來提高熱導率：二是在環氧樹脂中填充導熱絕緣填料，通過物理共混賦予聚合物導熱性能。目前，能夠改善聚合物結構且性價比較好的材料是聯苯類材料，如聯苯類環氧樹脂、酚醛樹脂等：常用的導熱絕緣填料主要是一些無機填料，如A1N、si3N4、BN、A12O3、Mgo、SiC等。

3.實驗部分

3.1主要原材料

環氧樹脂A環氧當量350-500g/eq溴含量16-50%：

環氧樹脂B環氧當量190-500g/eq；

聯苯型環氧樹脂：

固化劑：

固化促進劑：

溶劑：

填料為BN、A1203，平均粒徑為0.1-100um；

E玻纖布，玻纖紙：

電解銅箔。