具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板的制作方法

本实用新型属于电路板制造领域，具体是涉及一种具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板。

背景技术：

随着现代电子工业的迅猛发展，电子元器件日益小型化，功率密度越来越大，使得元器件的单位体积内的发热量步步攀升，这将严重影响元器件的性能稳定和工作的可靠性。因此如何寻求有效散热及结构设计的最佳方法、解决散热问题就成为电子工业设计的一个巨大的挑战。铝基板无疑是解决散热问题的有效手段之一，其用途十分广泛，包括音频设备、电源设备、通讯电子设备、办公自动化设备、汽车、计算机、功率模块、灯具灯饰等领域，其中，特别是LED灯、LED显示器对高散热性铝基板的需求更大。

铝基板是一种具有良好散热功能的覆铜板，一般以铝底板作为衬底，在衬底上面涂覆树脂类材料作为绝缘层，再在绝缘层上覆盖铜箔作为导电层，通过这三层结构复合而成。其应用方式必须按照传统单层印刷线路板的制造方式将铜箔用丝网印刷及蚀刻方式形成印制电路，用于实现器件的装配和连接。其不足之处:一是制备工艺复杂、耗能大、成本高、生产过程必然产生大量含铜废液；二是由于其刻蚀工艺精度和可控性较差，难以精确控制印刷电路的线宽；三是由于其加工工艺精度的问题，难以精确控制导热绝缘层的厚度，这必然导致铝基板热阻、绝缘强度和热膨胀系数存在较大的起伏，从而对器件的质量性能参数产生较大的影响，难以满足目前电子产品的高散热需求。

申请号为201210147858.1的专利文献公开了一种导热铝基板，包括依次设置的铝板层、绝缘导热层、导电层，所述绝缘导热层设置在铝板层与导电层之间，其中，在所述铝板层、绝缘导热层及导电层上贯穿有通孔，并在所述通孔内镶嵌有用于连接发热装置的铜柱。该申请通过在铝基板上设置通孔和铜柱，以增强导热效果。但是该导热铝基板需要在铝板层、绝缘导热层及导电层上加工通孔，结构较为复杂，加工工艺繁琐，导致其成本较高，且大大降低了导热铝基板的整体强度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、高散热性，又能符合国际环保趋势的高导热铝基板。

一种具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板，包括铝板层，贴覆在铝板层表面的绝缘层，以及设置在绝缘层表面的金属导电层，所述绝缘层包括至少两层，其中：表层为具有激光活化功能的聚合物基复合材料绝缘层，贴覆在铝板层表面的底层为含有陶瓷填料的聚合物基复合材料绝缘层。

本实用新型中，绝缘层采用至少两层，就能保证绝缘层表面具有激光活化功能，便于后续形成电路沟槽，进而利用现有的方法在电路沟槽中形成金属导电层；同时绝缘层底层采用含有陶瓷填料的聚合物基复合材料，保证更好的导热效率，满足换热需要。

作为优选，所述绝缘层包括三层，中间层为含有激光活化物质和陶瓷填料的聚合物基复合材料绝缘层。三层绝缘层均可采用现有的聚合物基复合材料层，比如绝缘层可以采用将现有的三层聚合物基复合材料层压制而成。采用该技术方案，保证绝缘层形成梯度结构，表层中激光活化功能物质含量较高，便于实现激光活化功能，底层含有陶瓷填料较高，保证较高的导热率。本实用新型采用由多层不同含量的高导热陶瓷粉和激光活化物质的绝缘材料层叠后，整体上形成从与铝板层接触位置到外层高导热陶瓷粉含量从多到少而激光活化物质含量从少到多的的逐步变化梯度结构，然后覆贴于铝板上，经过高温压合，得到具有激光直接成型结构化功能的高效导热铝基板。

本实用新型中，所述高导热绝缘层是由高导热的陶瓷填料、激光活化物质和聚合物材料复合而成。作为优选，所述高导热的陶瓷填料选自氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳纤维、氧化锌中的一种或几种组合。作为优选，所述激光活化物质包括氧化铜，三氧化二铬，铜铬黑，碳酸铜，磷酸铜，硫酸铜，氯化铜，二氧化锡，锡灰，锡酸钠，锡酸钾，三氧化二锑，五氧化二锑，锑酸钠，锑酸钾中的一种或几种组合。高导热绝缘层的基材可以选择相同的热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料，也可以采用不同的热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料。作为优选，所述聚合物基复合材料绝缘层为热塑性聚合物材料绝缘层或热固性聚合物材料绝缘层。所述热塑性聚合物材料可以为聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯睛-苯乙烯-丁二烯共聚合物、聚碳酸酯、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯乙烯、乙二醇改性聚酯及聚丙烯中的一种或几种组合；所述热固性聚合物材料选自聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

作为优选，所述表层的厚度为10-100μm；所述底层的厚度为10-100μm。作为进一步优选，所述表层的厚度为20-80μm；所述底层的厚度为20-80μm。

作为优选，所述绝缘层的厚度为40-200μm。

作为优选，所述铝板层的厚度为0.4-3.2mm。

作为优选，金属导电层厚度为10-80μm。

作为优选，所述表层的厚度为20-60μm；所述中间层的厚度为10-60μm；所述底层的厚度为10-80μm。

本实用新型可采用现有的方法加工电路沟槽和导电金属层，比如，利用激光在高导热绝缘层表面活化出电路图案，并且用化学方法在被激光活化的图形部位沉积铜形成导电金属层，从而在铝基板的绝缘导热层上形成金属线路。

本实用新型的绝缘层为导热系数大于1.0W/(m·k)的高导热聚合物基复合材料。所述绝缘层的击穿电压为大于8KV。

本实用新型在所述铝基板表面贴覆多层聚合物基复合材料绝缘层，形成具有梯度结构的高导热绝缘层，所述具有梯度结构的高导热绝缘层表层是带有激光活化功能的热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料层，利用激光在其表面活化出电路图案，并且用化学方法在被激光活化的图形部位沉积铜形成导电金属层，从而在铝基板的绝缘热层上形成金属线路。

与传统三层结构绝缘导热铝基板相比，本实用新型的铝基板具有结构简单，成本低，设计灵活的特点。由于无需借助化学腐蚀的方法对导电层进行蚀刻来形成电路，因此减少了大量生产过程以及化学废液的污染，环境更友好。同时这种结构具有很高的绝缘强度，极低的热阻，粘接能力优异，良好的操作性、低膨胀系数、高导热高耐热等优异特性，能较好地满足铝基板在高温环境下实现高导热的需求，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板的结构示意图。

图2(a)为本实用新型的具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板中绝缘层的一种结构示意图；

图2(b)为本实用新型的具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板中绝缘层的另一种结构示意图；

图3为本实用新型的具有激光直接成型结构化功能和层结构绝缘层的铝基板的加工过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作详细说明。

如图1所示：一种具有激光直接成型结构化功能的高效导热铝基板，包括铝板层1，铝板层1上贴覆一层高导热绝缘层2，高导热绝缘层2表层是具有激光活化功能的区域，该高导热绝缘层2上设有电路沟槽，该电路沟槽内粘附有金属导电层3。

如图2(a)所示，高导热绝缘层2为两层结构，分别是表层2a和底层2c，表层2a直接采用现有的含有激光活化物质的热塑性聚合物材料绝缘层或热固性聚合物材料绝缘层，底层2c采用仅含有陶瓷填料的聚合物基复合材料绝缘层，聚合物基复合材料可以是热塑性聚合物材料或者热固性聚合物材料，具体厚度可根据实际需要选择。表层、底层均采用市售的层产品即可。比如表层的厚度为10-100μm；底层的厚度为10-100μm。其中，含有激光活化物质的为日本三菱PC料，牌号为XANTAR LDS 3734；含有陶瓷填料的为LG导热PC料，牌号为LUCON PN-9007。

作为另外一个实施例，如图2(b)所示，高导热绝缘层2为三层结构，分别是最靠外的表层2a，中间层2b和贴覆在铝板层1上的底层2c。表层2a为具有激光活化功能的聚合物基复合材料绝缘层，含有激光活化物质较多；中间层2b为含有激光活化物质和陶瓷填料的聚合物基复合材料绝缘层，含有激光活化物质较表层2a较低；底层为含有陶瓷填料的聚合物基复合材料绝缘层，含有陶瓷填料最高。

整体上讲，高导热绝缘层2是由高导热的陶瓷填料、激光活化物质和聚合物材料复合而成。形成具有梯度结构的高导热绝缘层，其梯度结构形成从与铝板层接触位置到外层高导热陶瓷粉含量从多到少而激光活化物质含量从少到多的的逐步变化。表层2a，中间层2b、底层2c均可采用现有的聚合物基复合材料层，当然也可由现有的方法制备得到，均是现有产品(比如表层2a的重量百分比组成为：陶瓷填料10％、激光活化物质15％和聚合物材料75％；中间层2b的重量百分比组成为：陶瓷填料20％、激光活化物质10％和聚合物材料70％、底层2c的重量百分比组成为：陶瓷填料40％、激光活化物质5％和聚合物材料55％等)。其中表层2a的厚度为50μm、中间层2b的厚度为50μm、底层2c的厚度为70μm。

铝板层1的厚度为0.4-3.2mm，起到支撑保护导电线路、增加线路耐弯折能力和高效导热的作用。与铝板层接触处有较高含量的高导热陶瓷填料，可以减少铝板层、高导热绝缘层间的热阻，保持较好的绝缘强度和导热能力；而同时梯度结构的表层是富含激光活化物质的区域，赋予表层激光直接成型结构化功能；金属导电层3厚度为10-80μm。

本实用新型中高导热绝缘层可以由高导热的陶瓷填料、激光活化物质、聚合物材料和加工助剂混合而成；所述高导热的陶瓷填料选自氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳纤维、氧化锌中的一种或几种组合。所述激光活化物质包括氧化铜，三氧化二铬，铜铬黑，碳酸铜，磷酸铜，硫酸铜，氯化铜，二氧化锡，锡灰，锡酸钠，锡酸钾，三氧化二锑，五氧化二锑，锑酸钠，锑酸钾中的一种或几种组合。高导热绝缘层的基材可以选择相同的热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料，也可以采用不同的热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料。所述热塑性聚合物材料可以为聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯睛-苯乙烯-丁二烯共聚合物、聚碳酸酯、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯乙烯、乙二醇改性聚酯及聚丙烯中的一种或几种组合；所述热固性聚合物材料选自聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

如图2(a)和2(b)所示，高导热绝缘层的厚度在40-200μm范围，其可以由高导热的陶瓷填料、激光活化物质、聚合物材料和加工助剂混合配制，现由现有的方法加工成现有的层，然后由多层(比如三层、两层)不同含量的高导热陶瓷粉和激光活化物质的绝缘材料层叠后形成从与铝板层接触位置到外层高导热陶瓷粉含量从多到少而激光活化物质含量从少到多的逐步变化梯度结构，然后覆贴于铝板上，经过高温压合，得到具有激光直接成型结构化功能的高效导热铝基板。

其最终结构只包括铝基板层和具有激光直接成型结构化功能的高导热绝缘层，所述高导热绝缘层的表层是富含激光活化物质的区域，其线路板制造方式为利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动，将激光选择性地投照到绝缘层表面需制作导电图形的区域，活化出电路图案，并且用化学方法在被激光活化的图形部位沉积铜层形成导电金属层，从而在铝基板的绝缘导热层上形成具有优异的粘附强度和可焊性的导电线路。这种结构的最大特点就是没有第三层铜箔作为导电金属层，而是利用激光直接成型技术在导热绝缘层表面设计线路并通过化学方法形成导电线路，从而简化了电路结构制作过程。

本实用新型涉及一种成本低、结构简单、导热性能好的具有激光直接成型结构化功能的高效导热铝基板，其结构包括铝板层，所述铝板层表面贴覆具有梯度结构的高导热绝缘层，该高导热绝缘层是由激光活化物质、高导热陶瓷粉和聚合物材料复合而成，其梯度结构形成从与铝基板接触位置到表层其高导热陶瓷粉含量从多到少而激光活化物质含量从少到多的逐步变化。这种梯度结构的优点在于减少铝板层、高导热绝缘层间的热阻，保持较好的绝缘强度和导热能力，同时可以减少各功能助剂的添加量，在节约成本的同时提高了效率。同时梯度结构的表层是富含激光活化物质的区域，该区域设有电路沟槽，该电路沟槽内粘附有金属导电层；所述高导热绝缘层为热塑性聚合物材料层。本实用新型的高效导热铝基板具有简化电路结构制作过程，对比传统铝基板具有结构简单，成本更低，设计更灵活的特点。更重要的是，由于无需借助化学腐蚀的方法对导电层进行蚀刻来形成电路，因此减少了大量生产过程以及化学废液的污染，环境更友好。同时这种结构不仅具有很高的绝缘强度，极低的热阻，粘接能力优异，而且具备良好的操作性、低膨胀系数、高导热高耐热等特性，能较好地满足铝基板在高温环境下实现高导热的需求，具有很高的实用价值。

本实用新型高导热型铝基板，引入梯度结构和激光直接成型技术对常规铝基板的组合结构进行简化和创新而得到高导热铝基板，具有很高的绝缘强度，极低的热阻，粘接能力优异，具备良好的操作性、低膨胀系数、高导热高耐热和激光活性等特性。线路板制造过程中引入激光直接成型技术，简化了电路结构制作过程，对比传统铝基板具有结构简单，成本更低，设计更灵活，环境更友好的特点。

以上是本实用新型的优选实施方式，当然不能以此来限定本实用新型之保护范围，应当指出，对本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出改进和变动，而这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。