专利名称：覆金属层压材料及其制造方法以及热辐射基材的制作方法
技术领域：
本发明涉及覆金属层压材料及其制造方法以及使用该覆金属层压材料的热辐射基材。
背景技术：
近来应用于多个领域的动力装置和动力模块具有热辐射问题，并且为了解决这种问题，正试图使用具有高热传导性的金属材料来制造各种热辐射基材。特别地，近来降低电子元件的尺寸和厚度的趋势增加了产生热量的装置的密度，该热量被热辐射基材的局部区域接收，由此日益要求从产生热量的装置散发的热量迅速散失至基材外部。由于覆金属层压材料优良的冲压加工性能和钻孔加工性能以及低成本，覆金属层压材料广泛用作热辐射基材的基础基材。就为了用于热辐射基材的覆金属层压材料来说， 认为热传导性比所有其它考虑因素都更重要。这种覆金属层压材料包括绝缘层和在绝缘层的上表面和下表面上形成的金属箔。 就上面的金属箔来说，形成电路图案，并且安装电子元件如半导体芯片。然而，下面的金属箔暴露于外部并由此用于散热。常规使用的是双面覆铜层压材料，该层压材料被配置成使得铜箔在高温下被压制并且与由陶瓷制成的绝缘层的上表面和下表面结合。然而，由于产生热量的装置的高性能和高密度，在将热量传递至外部方面，由于用于绝缘层的陶瓷的热传导性低，双面覆铜层压材料是不利的。为了改善热辐射功能，应该增大热辐射基材的尺寸，并且应该在外部安装热辐射装置，并且由此双面覆铜层压材料的热辐射功能可以增加的程度是有限的。此外，由于陶瓷是易碎的，其应用受到限制。就常规的双面覆铜层压材料来说，难以根据最终用途来控制热辐射特性和机械特性如强度。
发明内容
因此，着眼于相关领域中遇到的问题完成了本发明，并且本发明旨在提供一种覆金属层压材料，该层压材料包括具有掺入其中的碳纤维的预浸料坯、在预浸料坯的上表面和下表面上形成的碳纳米微粒层、以及与碳纳米微粒层结合的金属箔，使得由于碳纤维的热传导性和强度高，可以改善覆金属层压材料的热辐射功能和机械特性。本发明的一方面提供了一种覆金属层压材料，该层压材料含有包括树脂构件和单向布置并掺入该树脂构件中的碳纤维的预浸料坯、在预浸料坯的上表面上形成的碳纳米微粒的上层、以及在碳纳米微粒的上层的上表面上形成的上面的金属箔。
在该方面，覆金属层压材料还可以含有在预浸料坯的下表面上形成的碳纳米微粒的下层、以及在碳纳米微粒的下层的下表面上形成的下面的金属箔。在该方面，预浸料坯可以包括多个插入其中的金属层。在该方面，下面的金属箔可以比上面的金属箔更厚。在该方面，上面的金属箔、下面的金属箔和金属层可以由相同的金属制成。在该方面，树脂构件可以含有热固性树脂。在该方面，碳纳米微粒可以是选自碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)和炭黑中的任意一种。本发明的另一方面提供了一种热辐射基材，该热辐射基材含有覆金属层压材料， 该层压材料含有包括树脂构件和单向布置并掺入该树脂构件中的碳纤维的预浸料坯、在预浸料坯的上表面上的碳纳米微粒的上层、在预浸料坯的下表面上形成的碳纳米微粒的下层、在碳纳米微粒的上层的上表面上的电路层、和在碳纳米微粒的下层的下表面上形成的下面的金属箔、以及与电路层电连接的电子装置。在该方面，预浸料坯可以包括多个插入其中的金属层。在该方面，下面的金属箔可以比电路层更厚。本发明的进一步方面提供了一种覆金属层压材料的制造方法，该方法包括(A)形成预浸料坯，所述预浸料坯包括其中掺入有碳纤维的树脂构件，(B)在金属箔的结合表面上向预浸料坯施用碳纳米微粒的溶液，由此形成碳纳米微粒层，(C)干燥金属箔，以及(D)结合金属箔，使得碳纳米微粒层朝向预浸料坯的一个或两个表面。在该方面，在(A)中形成的预浸料坯可以通过将多个其中掺入有碳纤维的树脂构件与多个金属层交替堆叠由此形成预浸料坯来进行。在该方面，在(A)中形成的预浸料坯可以通过在碳纤维上施用树脂溶液随后进行干燥和滚动由此形成其中掺入有碳纤维的树脂构件来进行。在该方面，碳纳米微粒的溶液可以通过将碳纳米微粒与挥发性溶剂混合来制备。在该方面，在(D)中结合的金属箔可以使用压机来进行。
结合附图，由以下详细说明将更清楚地理解本发明的特征和优点，其中图1至图5是显示根据本发明的一种实施方式的覆金属层压材料的截面图；和图6是显示根据本发明的一种实施方式的热辐射基材的截面图；以及图7至图11是依次显示制造根据本发明的实施方式的覆金属层压材料的工艺的视图。
具体实施例方式下文中，将参考附图详细说明本发明的实施方式。贯穿全部附图所使用的相同的附图标记指代相同或类似的元件。而且，即使与本发明相关，当已知技术的说明使本发明的特征和说明不清楚时，认为已知技术的说明是不必要的且可以省略。此外，在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为对典型含义或字典定义的限制，而应基于规则，被解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念，所述规则是指发明人根据此规则能够合适地定义术语所隐含的概念以便为了实施本发明最好地描述他或她已知的方法。图1是根据本发明的一种实施方式的覆金属层压材料10的截面图。覆金属层压材料10包括预浸料坯20，该预浸料坯20包括树脂构件22和单向布置并掺入该树脂构件 22中的碳纤维M、在预浸料坯20的上表面上形成的碳纳米微粒的上层32、以及粘附于碳纳米微粒的上层32的上面的金属箔42。由于根据本发明的覆金属层压材料10包括具有掺入其中的碳纤维M的预浸料坯20，覆金属层压材料10具有优于常规类型的热传导特性和机械特性如强度。参考附图，以下描述覆金属层压材料10的各元件。配置预浸料坯20，使得碳纤维M掺入到半固化的树脂构件22中。树脂构件22可以包括绝缘材料如可固化树脂如UV固化树脂、热固性树脂或类似物、热塑性树脂或液晶聚合物。以预浸料坯20为标准，所含的树脂构件22的量为总重量的40-70%。树脂构件22可以包括热固性树脂。由于热固性树脂通过热量来固化，在随后的工艺中使用压机80施加的热量和压力促进金属箔40的粘附，并且还导致当用于热辐射基材 100时的低形变以及导致低制造成本。与金属具有高粘附性的热固性树脂的实例可以包括尿素树脂、三聚氰胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、含苯并恶嗪环的树脂、氰酸酯树月旨、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、以及双酚S和双酚F的共聚物环氧树脂。碳纤维M是指通过加热有机纤维前体而得到的含碳的纤维。碳纤维的重量轻如钢重量的1/5，而强度比钢高10倍，并由此广泛用于航天行业、防御行业等。根据制造方法， 纤维举例说明有基于聚丙烯腈的碳纤维对、基于浙青的碳纤维M或基于人造丝的碳纤维 24。如图2所示，相对于树脂构件22的平面，碳纤维M可以在各种方向布置，包括水平方向(图1)、垂直方向(图2A)或对角线方向(图2B)。根据掺入到预浸料坯20中的碳纤维 24的布置方向，可以提高在特定方向的传热效果。随着掺入到预浸料坯20中的碳纤维M 的量变大，热传导特性变得优良，并且可以提高覆金属层压材料10的强度。此外，可以进一步掺入纤维材料，如玻璃纤维或有机纤维的织造或非织造织物。碳纳米微粒的层30在预浸料坯20的一个或两个表面上形成，并且借助于具有数 nm的小颗粒尺寸的碳微粒用于增强金属箔40与预浸料坯20之间的粘附力。这种碳纳米微粒可以是碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)、炭黑等。在碳纳米微粒的层30上形成金属箔40。由金属制成的金属箔40表现出高传热效果和高强度，并由此导致高抗翘曲。金属箔40可以由铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、镁(Mg)、钛 (Ti)、锌(Si)、钽(Ta)或其合金形成。特别有用的是由Cu制成的金属箔40。Cu具有397W/ mK的高热传导性，并且在电路图案的形成上容易加工。如图3所示，覆金属层压材料10可以进一步包括在覆金属层压材料10的下表面上形成的碳纳米微粒的下层34和粘附于碳纳米微粒的下层34的下面的金属箔44。由于在覆金属层压材料下面提供下金属箔44，可以提高向与下面的金属箔44相邻的外部的传热效果，并且可以平衡覆金属层压材料10对外部应力的抗性，由此当经受冲击时降低覆金属层压材料10的形变。下面的金属箔44可以由具有高热传导性的Cu或Al制成。如图4所示，下面的金属箔44可以比上面的金属箔42更厚。由于在上面的金属箔42上安装产生热量的装置如电子装置70，所形成的下面的金属箔44较厚，因此由产生热量的装置所产生的热量传递至上面的金属箔42，并由此散发至外部。因此，暴露于外部的下面的金属箔44可以快速吸热。另外，热辐射装置如散热器可以进一步与下面的金属箔 44连接。如图5所示，可以配置覆金属层压材料10使得多个金属层50插入预浸料坯20中。 具体地，其中掺入有碳纤维M的树脂构件22与金属层50交替堆叠。在电子装置70的热值高的情况下，形成多层结构，由此提高热传导性。另一方面，在热值不高的情况下，可以减少堆叠层的数量，并由此制造更轻的覆金属层压材料10。此外，插入金属层50，使得覆金属层压材料10可以具有提高的热传导性和强度，并且翘曲特性能根据金属层50的类型而变化。可以在金属层50的上表面和下表面上形成碳纳米微粒的层30，以便提高金属层50与预浸料坯20的粘附性。因此，上面的金属箔42、下面的金属箔44和金属层50可以由相同的金属制成。当上面的金属箔42、下面的金属箔44和金属层50由相同的金属制成时，可以降低热膨胀系数的差距，由此降低当加热至高温时的热应力。此外，由于它们的翘曲特性相同，在制造工艺中容易操作，并且很少出现由于受到外部冲击而引起的破坏。上面的金属箔42、下面的金属箔44和金属层50可以是相同类型的金属如Cu或Al。如图6所示，根据本发明的热辐射基材100包括覆金属层压材料10，该覆金属层压材料10由预浸料坯20组成，该预浸料坯20包括树脂构件22和单向布置并掺入树脂构件22中的碳纤维M、在预浸料坯20的上表面上形成的碳纳米微粒的上层32、在预浸料坯 20的下表面上形成的碳纳米微粒的下层34、在碳纳米微粒的上层32的上表面上形成的电路层60、和在碳纳米微粒的下层34的下表面上形成的下面的金属箔44，以及与覆金属层压材料10的电路层60的上表面电连接的电子装置70。使用蚀刻，通过使覆金属层压材料10的上面的金属箔42形成图案而形成电路层60。因此，可以使用半添加工艺(semi-additive process)、添加工艺、脱除工艺 (subtractive process)形成电路层60。虽然在图6中举例说明单一的电路层60，但是本发明不局限于此，可以进一步在其上形成包括绝缘层、电路层60和通孔的累加层。电子装置70包括在其下面的连接终端，以便与电路层60的上表面电连接，从而在热辐射基材100上进行安装。电子装置70可以包括半导体装置、无源装置、有源装置等，或者可以使用具有高热值的装置。例如，可以使用绝缘门双极晶体管(IGBT)或二极管，并且可以提供LED包装。由电子装置70产生的热量依次通过电路层60、预浸料坯20和下面的金属箔44，并由此散失至外部。可以配置热辐射基材100的覆金属层压材料10使得其中掺入有碳纤维M的树脂构件22与金属层50交替堆叠，由此形成预浸料坯20，在预浸料坯20的上表面和下表面上形成碳纳米微粒的层30，并且在碳纳米微粒的层30的一个或两个表面上形成金属箔40。在热辐射基材100中，所形成的下面的金属箔44可以比电路层60厚。图7至图11依次显示根据本发明的实施方式的覆金属层压材料10的制造工艺。 根据本发明的覆金属层压材料10的制造方法包括(A)形成预浸料坯20，所述预浸料坯20 包括其中掺入有碳纤维M的树脂构件22，(B)在金属箔40的结合表面上向预浸料坯20施用碳纳米微粒的溶液，由此形成碳纳米微粒的层30，(C)干燥金属箔40，以及⑶结合金属箔40，使得碳纳米微粒的层30朝向预浸料坯20的一个或两个表面。下文中参考附图来描述所述工艺的步骤。
如图7所示，形成预浸料坯20，所述预浸料坯20包括其中掺入有碳纤维M的树脂构件22。预浸料坯20可以通过如下方式形成将碳纤维M浸渍在通过将树脂溶解于溶剂中而得到的树脂溶液中或者在碳纤维M上施用树脂溶液，随后进行干燥和轧制。树脂溶液可以包括无机填料(如二氧化硅、氢氧化铝或碳酸钙)或有机填料(如交联的丙烯酰基)， 以便调节介电常数和热膨胀系数。干燥和轧制工艺可以依次进行或同时进行。干燥工艺用于从预浸料坯20中除去溶剂，轧制工艺用于将预浸料坯20的厚度控制到期望的水平。因此，可以提供通过将多个其中掺入有碳纤维M的树脂构件22与金属层50交替堆叠而得到的预浸料坯20。由于形成包括金属层50和其中掺入有碳纤维M的树脂构件 22的多层结构，可以根据最终用途来控制覆金属层压材料10的热传导特性和机械特性如强度。接着，如图8所示，在金属箔40的结合表面上向预浸料坯20施用碳纳米微粒的溶液，由此形成碳纳米微粒的层30。碳纳米微粒的溶液可以通过将具有数nm或数μπι的颗粒尺寸的碳微粒(如CNTs、石墨烯、炭黑等)在挥发性溶剂中分散来制备。所述挥发性溶剂可以是丙酮或甲醇。如图9所示，将在其上施用碳纳米微粒的溶液的金属箔40干燥。当使用热空气通过干燥金属箔40将挥发性溶剂挥发时，在金属箔40上形成碳纳米微粒的层30。当采用这种方式在金属箔40的结合表面上形成碳纳米微粒的层30时，可以提高与预浸料坯20的粘附力。将在其上形成碳纳米微粒的层30的金属箔40结合，使得碳纳米微粒的层30朝向预浸料坯20的一个或两个表面。因此，通过压机，在高温和高压下进行压制，可以将金属箔40与预浸料坯20结合。如图10所示，在碳纳米微粒30的层30的两个表面上形成金属箔40，接着，如图11所示，使用压机80将各层压制。压制工艺可以在150-180°C的温度和 9-20MPa的压力下进行，但是不特别限定温度和压力条件，并且可以根据预浸料坯20的特性、压机80的性能或覆金属层压材料10的厚度而适当调节。如前所述，本发明提供了一种覆金属层压材料、制造该层压材料的方法以及热辐射基材。根据本发明，配置覆金属层压材料使得在上面的金属箔和下面的金属箔与预浸料坯的结合表面之间形成碳纳米微粒的层，由此提高粘附力，并且预浸料坯具有掺入其中的碳纤维，由此改善热传导特性和机械特性。另外，具有多个插入其中的金属层的预浸料坯能通过将其中掺入有碳纤维的树脂构件与金属层交替堆叠来制造。将金属层插入预浸料坯中，由此改善热传导特性，并且堆叠层的数量能根据最终用途而变化，由此控制覆金属层压材料的热传导特性和机械特性。另外，在预浸料坯下面形成的下面的金属箔能比上面的金属箔形成得更厚。当暴露于外部的下面的金属箔形成得较厚时，能提高至外部的传热效果。根据本发明，由于在金属箔的结合表面上向预浸料坯施用碳纳米微粒的溶液，由此增强金属箔与预浸料坯之间的粘着力，因此该制造覆金属层压材料的方法是有利的。虽然出于举例说明的目的公开了关于覆金属层压材料、制造该层压材料的方法以及热辐射基材的本发明的实施方式，但是本领域技术人员应认识到的是，在不偏离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神下，多种不同的修改、添加和替代是可能的。因此，这些修改、添加和替代也应理解为落入本发明的范围之内。
权利要求
1.一种覆金属层压材料，所述覆金属层压材料含有预浸料坯，所述预浸料坯包括树脂构件和单向布置并掺入该树脂构件中的碳纤维； 碳纳米微粒的上层，所述碳纳米微粒的上层在所述预浸料坯的上表面上形成；以及上面的金属箔，所述上面的金属箔在所述碳纳米微粒的上层的上表面上形成。
2.根据权利要求1所述的覆金属层压材料，所述覆金属层压材料进一步含有 碳纳米微粒的下层，所述碳纳米微粒的下层在所述预浸料坯的下表面上形成；以及下面的金属箔，所述下面的金属箔在所述碳纳米微粒的下层的下表面上形成。
3.根据权利要求1所述的覆金属层压材料，其中，所述预浸料坯包括多个插入其中的
4.根据权利要求2所述的覆金属层压材料，其中，所述下面的金属箔比所述上面的金属箔更厚。
5.根据权利要求2所述的覆金属层压材料，其中，所述上面的金属箔、所述下面的金属箔和所述金属层由相同的金属制成。
6.根据权利要求1所述的覆金属层压材料，其中，所述树脂构件含有热固性树脂。
7.根据权利要求1所述的覆金属层压材料，其中，所述碳纳米微粒为选自碳纳米管、石墨烯和炭黑中的任意一种。
8.一种热辐射基材，所述热辐射基材含有覆金属层压材料，所述覆金属层压材料含有包括树脂构件和单向布置并掺入该树脂构件中的碳纤维的预浸料坯、在所述预浸料坯的上表面上的碳纳米微粒的上层、在所述预浸料坯的下表面上形成的碳纳米微粒的下层、在所述碳纳米微粒的上层的上表面上的电路层、和在所述碳纳米微粒的下层的下表面上形成的下面的金属箔；以及电子装置，所述电子装置与所述电路层电连接。
9.根据权利要求8所述的热辐射基材，其中，所述预浸料坯包括多个插入其中的金属层。
10.根据权利要求8所述的热辐射基材，其中，所述下面的金属箔比所述电路层更厚。
11.一种覆金属层压材料的制造方法，所述方法包括(A)形成预浸料坯，所述预浸料坯包括其中掺入有碳纤维的树脂构件；(B)在金属箔的结合表面上向所述预浸料坯施用碳纳米微粒的溶液，由此形成碳纳米微粒的层；(C)干燥所述金属箔；以及(D)结合所述金属箔，使得所述碳纳米微粒的层朝向所述预浸料坯的一个或两个表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在(A)中形成所述预浸料坯通过将多个其中掺入有碳纤维的树脂构件与多个金属层交替堆叠，由此形成预浸料坯来进行。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在(A)中形成所述预浸料坯通过在所述碳纤维上施用树脂溶液随后进行干燥和轧制，由此形成其中掺入有所述碳纤维的所述树脂构件来进行。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在(B)中，所述碳纳米微粒的溶液通过将碳纳米微粒与挥发性溶剂混合来制备。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述在(D)中结合所述金属箔使用压机来进行。
全文摘要
本文公开了一种覆金属层压材料、制造该层压材料的方法以及使用该层压材料的热辐射基材。由于在上面的金属箔和下面的金属箔与预浸料坯的结合表面之间形成碳纳米微粒的层而增加了所述覆金属层压材料的粘附力，并且由于所述预浸料坯具有掺入其中的碳纤维而改善了热传导特性和机械特性。另外，其中掺入有碳纳米纤维的树脂构件可与金属层交替堆叠，并且可将金属层插入所述预浸料坯中，由此改善热传导特性，并且堆叠层的数量可以根据最终用途而变化，从而控制所述覆金属层压材料的热传导特性和机械特性。
文档编号B32B27/14GK102463722SQ201110104188
公开日2012年5月23日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年11月11日
发明者崔硕文, 李宽镐, 金泰贤 申请人:三星电机株式会社