一種石墨基新型電子電路板及其制作工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種石墨基新型電子電路板及其制作工藝，該電子電路板至少由石墨基層、絕緣涂層、金屬電路層構(gòu)成。石墨層至少包括一層石墨板，石墨板采用鱗片石墨膨脹后成型或與瀝青等高分子聚合物混合成型，絕緣涂層優(yōu)選氮化硼涂料或用耐溫高分子聚合物樹脂絕緣涂料，金屬電路層使用厚度不小于１０μｍ導(dǎo)電金屬薄膜。本發(fā)明專利技術(shù)的制作工藝采用天然鱗片石墨通過插層膨脹成型或與瀝青等高分子聚合物混合成型，經(jīng)切割制成石墨板，在石墨板表面噴涂、刷涂或浸漬一層絕緣涂料，干燥后膠合或電鍍上一層導(dǎo)電金屬薄膜制作而成。本發(fā)明專利技術(shù)石墨基新型電子電路板的導(dǎo)熱系數(shù)不小于２０Ｗ／ｍ.ｋ，且降低了產(chǎn)品重量、成本及運(yùn)行溫度，提高了電子器件壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種新型電子電路板，特別是一種為產(chǎn)生高熱量電子組件設(shè)計(jì) 的石墨基新型電子電路板及其制作工藝。
技術(shù)介紹
隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積尺寸越來越小，功率密度越來 越大，解決散熱的問題已經(jīng)被提到了一個(gè)新的高度，這是對電子工業(yè)設(shè)計(jì)的一 個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。面對電子產(chǎn)品越做越小，電子電路板上的組件日趨復(fù)雜；也產(chǎn)生越多不必 要的熱量。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為提高元器件和設(shè)備的熱可靠性以及對 各種惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)能力，使電子元器件和設(shè)備的熱控制和熱分析技術(shù)得 到了普遍的重視和發(fā)展。自1948年半導(dǎo)體器件問世以來，電子元器件的小型化、微小型化和集成技 術(shù)的不斷發(fā)展，使每個(gè)集成電路所包含的元器件數(shù)超過了 250000個(gè)，由于超大 規(guī)模集成電路(VLSIC)、專門集成電路(ASIC)、超高速集成電路(VHSIC) 等微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子器件和設(shè)備的組裝會(huì)造成熱量難以擴(kuò)散而產(chǎn) 生相對極端的溫度。研究表明，芯片級(jí)的熱流密度高達(dá)100W/cm2，它僅比太陽表面的熱流密度 低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，太陽表面的溫度可達(dá)6000°C，而半導(dǎo)體集成電路芯片的結(jié)溫應(yīng)低于10(TC，如此高的熱流密度，若不采取合理的熱控制技術(shù)，必將嚴(yán)重影響電 子元器件和設(shè)備的熱可靠性。這些熱量都是造成產(chǎn)品壽命變短、甚至無法使用 的元兇。電子設(shè)備熱控制的目的是要為芯片級(jí)、組件級(jí)、組件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)提供良好的 熱環(huán)境，保證它們在規(guī)定的熱環(huán)境下，能按預(yù)定的方案正常、可靠的工作。熱 控制系統(tǒng)必須在規(guī)定的使用期內(nèi)，完成所規(guī)定的功能，并以最少的維護(hù)保證其 正常工作的功能。防止電子元器件的熱失效是熱控制的主要目的。熱失效是指電子元器件直 接由于熱因素而導(dǎo)致完全失去其電氣功能的一種失效形式。嚴(yán)重的失效，在某 種程度上取決于局部溫度場、電子元器件的工作過程和形式，因此，就需要正 確地確定出現(xiàn)熱失效的溫度，而這個(gè)溫度應(yīng)成為熱控制系統(tǒng)的重要判據(jù)，在確 定熱控制方案時(shí)，電子元器件的最高允許溫度和最大功耗應(yīng)作為主要的設(shè)計(jì)參 數(shù)。傳統(tǒng)的電子電路板對于高熱組件難以提供其散熱。金屬基電子電路板由于 具有良好的導(dǎo)熱性(導(dǎo)熱系數(shù)大約為0.5 12W/m，k)、電氣絕緣性能和機(jī)械加 工性能而越來越得到廣泛應(yīng)用。金屬基電子電路板主要由導(dǎo)電金屬薄膜(如金、 銀、銅、鋁、鉑等)、導(dǎo)熱絕緣層及金屬基板三層組成，導(dǎo)電金屬薄膜為線路 板層，金屬基板多采用鋁或銅等導(dǎo)熱材料(鋁的導(dǎo)熱系數(shù)270W/m*k，銅的導(dǎo) 熱系數(shù)380W/m，k)，導(dǎo)熱絕緣層多采用進(jìn)口陶瓷基聚合物材料。但是金屬電子電路板也有一些不可克服的缺點(diǎn)(1) 金屬基板銅、鋁價(jià)格居高不下。對于電子電路板加工制造業(yè)，技術(shù)已 不是企業(yè)的核心競爭力，成本成為制約每個(gè)企業(yè)的瓶頸。(2) 金屬基板銅、鋁重量。金屬的重量過大容易引起電路板破裂。尤其當(dāng)散熱組件的散熱面積顯著大于電子器件的面積時(shí)，如純銅重8.96g/cm3，純鋁重 2.70 g/cm3，在許多應(yīng)用中，散熱部件需要設(shè)置在電路板(或類此的組件)上， 以散發(fā)來自板上各個(gè)組件的熱量。如果使用金屬散熱部件，板上金屬的重量會(huì) 增加板破裂的機(jī)會(huì)，并且也增加組件自身的重量，這對于便攜式電子裝置及順 應(yīng)目前電子器件小型化和輕量化的趨勢，尤其重要。(3)絕緣層一般為聚合物材料，進(jìn)口的陶瓷聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)2.2 W/m*k，可以耐回焊溫度7 8次不起泡，國產(chǎn)陶瓷聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)1.5 W/m*k，可以耐回焊溫度1 2次不起泡，由于高分子的老化現(xiàn)象而不能保證電 路板及產(chǎn)品的問題。目前如何增加電子電路板的導(dǎo)熱系數(shù)，穩(wěn)定性能、降低重量、降低成本以 滿足不同熱管理系統(tǒng)的需要，已成為一個(gè)急待解決的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是克服現(xiàn)有電子電路板的缺點(diǎn)，順應(yīng)電子產(chǎn)業(yè)需求，提供了一 種以石墨為導(dǎo)熱材料的新型電子電路板。石墨是一種很好的散熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)高，可達(dá)100 1000W/mA。在相 同面積下，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比銅、鋁高3 5倍，而重量卻是銅的1/8，是鋁的 1/2，尤其符合電子行業(yè)的發(fā)展方向——輕薄短小高功能產(chǎn)品的散熱要求。國內(nèi)石墨資源豐富，幵采工藝簡單，耗費(fèi)較少。石墨原料與銅鋁性能、價(jià) 格對比見下表。<table>table see original document page 9</column></row><table>由表中可以看出，在同等體積下，以石墨為原料來制作散熱材料，具有重 量最小、原料價(jià)格便宜，導(dǎo)熱性能好的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)給出的石墨基新型電子電路板的構(gòu)成包括石墨基 層、絕緣涂層和金屬電路層，絕緣涂層位于石墨基層上，金屬電路層位于絕緣涂層上；該電子電路板的導(dǎo)熱系數(shù)不小于20W/m-k。在上述技術(shù)方案中，所述的石墨基層至少包含一層石墨板，該石墨板采用 鱗片石墨膨脹后成型或鱗片石墨與瀝青、樹脂等高分子聚合物混合成型，因具 有高導(dǎo)熱及重量輕性能而被使用；其中鱗片石墨膨脹壓制成型的石墨板含碳量 不低于90%，而與瀝青、樹脂等高分子聚合物混合成型的石墨板含碳量不低于 60%。其中與瀝青、樹脂等高分子聚合物混合成型的石墨板具有更高的強(qiáng)度。在上述技術(shù)方案中，所述的絕緣涂層因?yàn)槭哂懈邔?dǎo)電性而起到絕緣作 用，絕緣層也可用耐溫250攝氏度以上的高分子聚合物樹脂或采用導(dǎo)熱陶瓷無 機(jī)絕緣物質(zhì)。所述的高分子聚合物樹脂，如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、間苯二酚樹脂 等；所述的導(dǎo)熱陶瓷材料，如氮化硼、氮化鋁、氧化鋁等，其中氮化硼因自身 的優(yōu)良導(dǎo)熱性、電絕緣性能、抗高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性而被優(yōu)選，該材料可長 時(shí)間耐溫500攝氏度，導(dǎo)熱系數(shù)高于2.2 W/m，k，且作為絕緣涂料時(shí)氮化硼的含 量不低于90%;絕緣涂層均勻布于石墨板或石墨紙上，使具有絕緣涂層的石墨板一面具有電絕緣性和優(yōu)良的導(dǎo)熱性。在上述技術(shù)方案中，所述的金屬電路層要求具有很大的載流能力，從而應(yīng)使用較厚的高導(dǎo)電金屬薄膜，如金、銀、銅、鋁、鉑等，厚度不小于10pm。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)給出了兩種石墨基新型電子電路板的制作工藝， 其一是該制作工藝包括以下步驟和條件，(1) 插層對含碳量不低于90%的天然鱗片石墨進(jìn)行插層，插層處理時(shí)的插層劑為硫酸(80% 98%)、硝酸(65% 90%)、高氯酸(50% 70°/。)或 者是其中二者或二者以上的混合酸；氧化劑采用雙氧水(30% 50%)、高錳酸 鉀或重鉻酸鉀；在30 60°C的溫度下插層處理30 60分鐘；(2) 水洗插層后的產(chǎn)物水洗至pH值4 7，離心脫水；(3) 干燥將經(jīng)過離心脫水后的物料于80 10(TC的溫度下干燥至含水量 低于1%;(4) 高溫膨脹化高溫膨化處理在800 110(TC的溫度下進(jìn)行，時(shí)間不超 過60秒，制備出膨脹石墨蠕蟲；(5) 成型將膨脹石墨蠕蟲壓制成型為厚度不小于0.05mm，密度為不小 于1.0g/cn^的石墨板；(6) 切割把石墨板切割或裁切為所需大小的石墨板；(7) 敷絕緣涂料使用噴涂方式，即使用壓力為0.35 0.42MPa的噴槍將極細(xì)的絕緣涂料均勻 噴在石墨板的一個(gè)表面上；(8) 千燥將表面的石墨板在適合溫度的真空干燥箱中，干燥30 60分鐘；(9) 涂層處理涂層干燥后用干燥的軟棉布進(jìn)行處理、修平和拋光，控制涂層的厚度本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種石墨基新型電子電路板，其特征在于：該電子電路板構(gòu)成包括石墨基層、絕緣涂層和金屬電路層，絕緣涂層位于石墨基層上，金屬電路層位于絕緣涂層上。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：耿世達(dá)，陳宣甫，
申請(專利權(quán))人：晟茂青島先進(jìn)材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：37[]