高导热型CEM—3覆铜板的开发与研究

叶致远

摘要：研究了采用提高聚合物结晶度和填充无机绝缘导热填料的方法，开发出一种具有良好导热性的CEM一3复合基覆铜板。

关键词：CEM-3；导热；覆铜板

中图分类号：TGll3.22+3

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2016）32-0169-02

O引言

随着社会和经济的快速发展，由于过度开发而导致全球面临能源短缺与全球环境剧变的威胁，研究一种新型的具有节能功能的LED光源就成为了二十一世纪的新课题。LED光源需要解决的最大问题是“散热”，目前LED光源主要采用具有导热性能的PCB进行散热，常见的导热型PCB主要为具有导热性的覆铜板制成。

目前商品化的导热覆铜板主要包括铝基覆铜板和导热型CEM-3覆铜板等。铝基覆铜板具有优越的导热性能，但是由于绝缘层很薄的缘故，其电绝缘性能相比导热型CEM-3覆铜板有很大差距，尤其是灯条板线路和板材边缘的距离比较近，电绝缘性能很难保证。而传统的CEM-3覆铜板虽然有很好的电绝缘性能，但是热导率很低，只有0.4W/M·K左右，无法满足LED散热的要求，因此，有必要开发一种既具有良好的导热性，同时又具有良好的电绝缘性的覆铜板。

1.开发重点及开发思路

复合基CEM-3覆铜板板材结构如图l所示。

从图l可以看出，CEM-3覆铜板主要由铜箔、玻纤布、玻纤纸、环氧树脂等构成，其中玻璃纤维和环氧树脂是热的不良导体，热导率分别不到0.1W/M·K和0.2W/M·K。由上述结构组成的CEM-3覆铜板，其热导率仅有约0.4W/M·K。但是和铝基覆铜板相比，CEM-3覆铜板除了良好的电绝缘性外，还具有良好的机-械加I-，l生和低成本、高性价比等优点。因此，在传统CEM-3覆铜板基础上，提高基材的热导率是我们技术开发的重点，其次，具有导热功能的CEM-3应具有与普通CEM-3相同的可靠性和机械加工性。

2.导热机理的探讨

热动力学认为热是一种联系到分子、原子、电子等以及其组成部分的移动、转动和振动的能量，因而物质的导热机理必然与组成物质的微观粒子的运动密切相关。所有物质的热传导，无论其处于何种状态，都是由物质内部微观粒子相互碰撞和传递的结果。CEM-3覆铜板是一种由金属、无机非金属材料和高分子材料构成的复杂材料。除了金属之外，其组成中虽然还有玻璃纤维和环氧树脂两种成分，但是它们已经结合为复合材料。玻璃纤维成分虽然是石英玻璃，但是作为纤维材料已经不再是均匀的连续介质，而是一种多孔性物质，其换热形式有空气导热和纤维导热，其中空气导热是主要的热传导方式。在结构中，环氧树脂替代空气填充了玻璃纤维的空隙，因此，从本质上来看，这种复合材料是一种高分子材料导热，其导热性高低取决于基体环氧树脂的热导率高低。在结构中，环氧树脂与双氰胺固化剂反应形成聚合物，体系处于饱和状态，没有自由电子存在，分子运动困难，热传导主要是晶格振动的结果，声子是主要热能载荷者。由于高分子链的无规缠结、巨大分子量及分子量多分散性，导致聚合物无法形成完整晶体，加之分子链振动加剧了声子的散射，所有因素叠加导致了聚合物热导率很低。因而，普通CEM-3覆铜板导热性很差。

要提高CEM-3覆铜板的热导率，只有从提高环氧聚合物的导热性着手。其方法无外乎两种，一是改良环氧树脂固化结构，改变材料分子和链接结构获得特殊物理结构，通过提高聚合物结晶度来提高热导率：二是在环氧树脂中填充导热绝缘填料，通过物理共混赋予聚合物导热性能。目前，能够改善聚合物结构且性价比较好的材料是联苯类材料，如联苯类环氧树脂、酚醛树脂等：常用的导热绝缘填料主要是一些无机填料，如A1N、si3N4、BN、A12O3、Mgo、SiC等。

3.实验部分

3.1主要原材料

环氧树脂A环氧当量350-500g/eq溴含量16-50%：

环氧树脂B环氧当量190-500g/eq；

联苯型环氧树脂：

固化剂：

固化促进剂：

溶剂：

填料为BN、A1203，平均粒径为0.1-100um；

E玻纤布，玻纤纸：

电解铜箔。