专利名称：一种高导热镁基合金材料、覆铜板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高导热镁基合金材料及其制备方法，同时涉及ー种采用该高导热镁基合金材料的覆铜板及其制备方法。
背景技术：
随着电子器件向大功率、集成化的发展，电子电路基板的散热问题日趋突出。要保证电子器件工作性能稳定，要保持LED发光效率及寿命，覆铜基板的散热问题一直是生产企业难以解决的核心问题之ー。目前世界各国也正在积极研发覆铜基板，试图制备ー种高导热材料覆铜基板用于微电子电路或LED基板，虽然已开发出氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、金属铝、复合材料覆铜基 板，如中国专利申请号200620032367. 2公开了ー种高导热的金属基覆铜板，在金属基板上通过掺混无机填料的树脂绝缘介质层粘结导体层，满足大功耗电子器件和部件安装的需要。但覆铜基板很难迅速地传导出去，其散热性需要进ー步的提高，否则直接影响电子器件的稳定性，影响LED的发光效率、使用寿命及产品的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导热的镁基合金材料。本发明的另ー目的是提供一种高导热的镁基合金材料的制备方法。另ー目的是提供一种采用高导热的镁基合金材料的覆铜板。另ー目的是提供一种覆铜板的制备方法。为了实现以上目的，本发明高导热的镁基合金材料所采用的技术方案是ー种高导热镁基合金材料，是由以下重量百分比的组分制成Li 10 20%，Zn I 2% ,AlO. 5 2%，CaO. 5 1%，稀土金属 REM O. 2 I. 2%，余量为 Mg。所述稀土金属REM为Ce。本发明的高导热的镁基合金材料采用如下方法制备I)取配方量的Li、Zn、Al、Ca和稀土金属REM，在惰性气体保护下于680 700°C熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；2)将中间合金及余量的Mg，在惰性气体保护下于720 750°C熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到铸锭；3)将铸锭进行均匀化退火处理，退火温度为220 260°C，退火时间为26 30小时；4)将均匀化退火后的铸锭进行再结晶退火处理，退火温度为200 250°C，退火时间为5 20分钟，得到高导热镁基合金材料。步骤I)、2)中的惰性气体为氩气。步骤I)的熔炼时间为20 30分钟。步骤2)的熔炼时间为20 30分钟。本发明采用高导热的镁基合金材料的覆铜板所采用的技术方案是ー种采用高导热镁基合金材料的覆铜板，是由金属基板、树脂导热绝缘层和铜箔层依次叠合构成，所述金属基板采用高导热镁基合金材料。本发明采用高导热的镁基合金材料的覆铜板采用如下方法制备一种制备采用高导热的镁基合金材料的覆铜板的方法，具体的制备方法如下I)材料的准备A、将高导热镁基合金材料轧制成镁基合金板，厚度为O. 5 5. Omm ;B、将40 59wt%环氧树脂和聚酰胺固化剂、40 59%的粒度为I 3 μ m的氮化铝和I 3%硅烷偶联剂加入到丙酮溶剂中混合均匀，得到半固化态树脂；C、将铜锭去除氧化层，惰性气体保护于300 350°C下均匀化退火2 4小时，热轧成铜板，再于200 250°C退火I. 5 3小时，冷轧成O. 05 O. 20mm的铜箔；
2)覆铜板的制备将半固化态树脂涂覆在镁基合金板表面，再与铜箔叠合，于100 150°C压合固化制成覆铜板，其中固化后固化态树脂形成所述的树脂导热绝缘层。其中环氧树脂与聚酰胺固化剂的配比为100 45 ;所述环氧树脂优化选择环氧树脂E51。所述聚氨酯固化剂优化选择聚氨酯651。所述硅烷偶联剂优化选择KH550。步骤2)涂覆方式为喷淋、刮涂或刷涂。所述树脂导热绝缘层的厚度为O. 075 O. 3mm。本发明的镁基合金材料具有很好的导热性能和延展性，导热系数达到了 140W/(m. k)以上，抗拉强度为140 170MPa,延伸率15-39%，比热容:1260 1520J/ (kg. K);树脂导热绝缘层的导热系数达到了 O. 8 2. 2ff/(m. k)，击穿电压为6. 7 8. 7kV。本发明的覆铜板中，金属基板选择本发明的高导热镁基合金材料，绝缘导热层选用高导热的树脂复合材料，再与铜箔叠合从而得到了导热系数高、绝缘性能好的覆铜板。适用于微电子电路、LED领域的应用，节能了电子器件及LED的散热问题，充分发挥其效能延长其使用寿命。
具体实施例方式实施例I本实施例的高导热镁基合金材料是由以下重量百分比的组分制成LilO %，Znl %, A10. 5%, CaO. 75%，Ce (稀土金属REM) O. 2%，余量为Mg。其采用如下方法制备I)取 IOwt% Li、Iwt% Zn、0. 5wt% Α1、0· 75wt% Ca 和 0. 2wt% Ce,在惰性气体保护下于680°C熔炼20分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；2)将中间合金及余量的Mg，在惰性气体保护下于720°C熔炼30分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到铸锭；3)将铸锭进行均匀化退火处理，退火温度为220°C，退火时间为26小时；4)将均匀化退火后的铸锭进行再结晶退火处理，退火温度为200°C，退火时间为5分钟，得到高导热镁基合金材料。本实施例的高导热镁基合金材料的导热系数为148W/(m. k)，抗拉强度为170MPa,延伸率15%,比热容:1260J/(kg. K)。本实施例的覆铜板是由金属基板、树脂导热绝缘层和铜箔层依次叠合构成，具体的制备方法如下I)材料的准备A、将本实施例的高导热镁基合金材料轧制成镁基合金板，厚度为O. 5mm ；B、将40wt%环氧树脂E51和聚酰胺固化剂651、40%氮的粒度为I μ m化铝和1%硅烷偶联剂KH550加入到丙酮溶剂中混合均匀，得到半固化态树脂；其中环氧树脂E51与聚酰胺固化剂651的配比为100 45 ；C、将铜锭去除氧化层，惰性气体保护于300°C下均匀化退火2. 5小时，热轧成铜板，再于200°C退火2小时，冷轧成O. 05mm的铜箔；2)覆铜板的制备将半固化态树脂采用喷淋涂覆在镁基合金板表面，再与铜箔叠合，于100°C压合固化制成覆铜板 ，其中固化后固化态树脂形成所述的树脂导热绝缘层，厚度为O. 075mm。本实施例的覆铜板，其金属基板高导热镁基合金材料的导热系数达到148Wパm. k)，抗拉强度为170MPa，延伸率15%，比热容1260^/(kg. K);树脂导热绝缘层的导热系数达到了 O. 85W/(m. k),击穿电压为6. 9kV。实施例2本实施例的高导热镁基合金材料是由以下重量百分比的组分制成Lil5%，Znl. 5%, All. 2%, Cal%, Ce (稀土金属REM) O. 7%，余量为Mg。其采用如下方法制备I)取 15wt% Li、I. 5wt% Zn、I. 2wt% Al、Iwt% Ca,O. 7wt% Ce，在惰性气体保护下于690°C熔炼20分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；2)将中间合金及余量的Mg，在惰性气体保护下于735°C熔炼30分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到铸锭；3)将铸锭进行均匀化退火处理，退火温度为240°C，退火时间为28小时；4)将均匀化退火后的铸锭进行再结晶退火处理，退火温度为225°C，退火时间为12分钟，得到高导热镁基合金材料。本实施例的高导热镁基合金材料的导热系数为145W/(m. k)，抗拉强度为150MPa，延伸率:24%，比热容1312J/kg. K。本实施例的覆铜板是由金属基板、树脂导热绝缘层和铜箔层依次叠合构成，具体的制备方法如下I)材料的准备A、将本实施例的高导热镁基合金材料轧制成镁基合金板，厚度为2. 5mm ；B、将50wt%环氧树脂E51和聚酰胺固化剂651、48%的粒度为2 μ m化铝和2%硅烷偶联剂KH550加入到丙酮溶剂中混合均匀，得到半固化态树脂；其中环氧树脂E51与聚酰胺固化剂651的配比为100 45 ；C、将铜锭去除氧化层，惰性气体保护于325°C下均匀化退火3小时，热轧成铜板，再于225°C退火2小时，冷轧成O. 12mm的铜箔；2)覆铜板的制备将半固化态树脂采用刮涂涂覆在镁基合金板表面，再与铜箔叠合，于125°C压合固化制成覆铜板，其中固化后固化态树脂形成所述的树脂导热绝缘层，厚度为O. 085mm。本实施例的覆铜板，其金属基板高导热镁基合金材料的导热系数达到145Wパm. k)，抗拉强度为150MPa，延伸率24%,比热容1312J/(kg. K);树脂导热绝缘层的导热系数达到了 I. 45W/(m. k),击穿电压为8. 2kV。实施例3本实施例的高导热镁基合金材料是由以下重量百分比的组分制成Li20%，Zn2%, A12%, CaO. 5%，Ce (稀土金属REM) I. 2%，余量为Mg。其采用如下方法制备
I)取 20wt% Li>2wt% Zn>2wt% Α1、0· 5wt% Ca, I. 2wt% Ce,在惰性气体保护下于700°C熔炼20分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；2)将中间合金及余量的Mg，在惰性气体保护下于750°C熔炼30分钟，然后倒入水冷锭模中，冷却得到铸锭；3)将铸锭进行均匀化退火处理，退火温度为260°C，退火时间为30小时；4)将均匀化退火后的铸锭进行再结晶退火处理，退火温度为250°C，退火时间为20分钟，得到高导热镁基合金材料。本实施例的高导热镁基合金材料的导热系数为141W/(m. k)，抗拉强度为140MPa，延伸率:39%，比热容1520J/(kg. K)。本实施例的覆铜板是由金属基板、树脂导热绝缘层和铜箔层依次叠合构成，具体的制备方法如下
I)材料的准备A、将本实施例的高导热镁基合金材料轧制成镁基合金板，厚度为5. Omm ；B、将58wt%环氧树脂E51和聚酰胺固化剂651、45%的粒度为3 μ m化铝和3%硅烷偶联剂KH550加入到丙酮溶剂中混合均匀，得到半固化态树脂；其中环氧树脂E51与聚酰胺固化剂651的配比为100 45 ；C、将铜锭去除氧化层，惰性气体保护于350°C下均匀化退火3. 5小时，热轧成铜板，再于250°C退火2小时，冷轧成O. 2mm的铜箔；2)覆铜板的制备将半固化态树脂采用刷涂涂覆在镁基合金板表面，再与铜箔叠合，于125°C压合固化制成覆铜板，其中固化后固化态树脂形成所述的树脂导热绝缘层，厚度为O. 125mm。本实施例的覆铜板，其金属基板高导热镁基合金材料的导热系数达到141Wパm. k)，抗拉强度为140MPa，延伸率39%，比热容1520X/(kg. K);树脂导热绝缘层的导热系数达到了 2. Off/(m. k),击穿电压为8. 7kV。
权利要求
1.一种高导热镁基合金材料，其特征在干是由以下重量百分比的组分制成Li 10 20%, Zn I 2%，Al O. 5 2%，CaO. 5 1%，稀土金属 REM O. 2 I. 2%，余量为 Mg。
2.根据权利要求I所述的高导热镁基合金材料，其特征在于所述稀土金属REM为Ce。
3.—种如权利要求I所述高导热镁基合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)取配方量的Li、Zn、Al、Ca和稀土金属REM，在惰性气体保护下于680 700°C熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金； 2)将中间合金及余量的Mg，在惰性气体保护下于720 750°C熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到铸锭； 3)将铸锭进行均匀化退火处理，退火温度为220 260°C，退火时间为26 30小时； 4)将均匀化退火后的铸锭进行再结晶退火处理，退火温度为200 250°C，退火时间为5 20分钟，得到高导热镁基合金材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤I)、2)中的惰性气体为氩气。
5.一种采用如权利要求I所述高导热镁基合金材料的覆铜板，其特征在于是由金属基板、树脂导热绝缘层和铜箔层依次叠合构成，所述金属基板采用高导热镁基合金材料。
6.一种制备如权利要求5所述覆铜板的方法，其特征在于具体的制备方法如下 1)材料的准备 A、将高导热镁基合金材料轧制成镁基合金板，厚度为O.5 5. Omm ; B、将40 59wt%环氧树脂和聚酰胺固化剂、40 59%的粒度为I 3μ m的氮化铝和I 3%硅烷偶联剂加入到丙酮溶剂中混合均匀，得到半固化态树脂； C、将铜锭去除氧化层，惰性气体保护于300 350°C下均匀化退火2 4小时，热轧成铜板，再于200 250°C退火I. 5 3小时，冷轧成O. 05 O. 20mm的铜箔； 2)覆铜板的制备 将半固化态树脂涂覆在镁基合金板表面，再与铜箔叠合，于100 150°C压合固化制成覆铜板，其中固化后固化态树脂形成所述的树脂导热绝缘层。
7.根据权利要求6所述的制备覆铜板的方法，其特征在于所述环氧树脂与聚酰胺固化剂的重量配比为100 45。
8.根据权利要求6所述的制备覆铜板的方法，其特征在干步骤2)涂覆方式为喷淋、刮涂或刷涂。
9.根据权利要求6所述的制备覆铜板的方法，其特征在于所述树脂导热绝缘层的厚度为 O. 075 O. 3mm。
全文摘要
本发明公开了一种由高导热镁基合金材料、高导热绝缘树脂复合材料与铜箔复合制备覆铜板的方法。其中高导热镁基合金材料是由以下重量百分比的组分制成Li 10～20％，Zn 1～2％，Al 0.5～2％，Ca0.5～1％，稀土金属REM 0.2～1.2％，余量为Mg。其中覆铜板是采用高导热镁基合金材料为金属基板，与铜箔采用掺混氮化铝的树脂粘结而成，具有导热性好和绝缘性高的优点。
文档编号C22F1/06GK102676893SQ20121001171
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月15日 优先权日2012年1月15日
发明者张兴渊, 张苹, 李丽华, 殷镖, 郑国恩, 顾永军, 黄金亮 申请人:河南科技大学