[发明专利]一种石墨烯织物改性各向异性导热聚酰亚胺薄膜、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯织物改性各向异性导热聚酰亚胺薄膜、制备方法及应用。石墨烯织物改性各向异性导热聚酰亚胺薄膜，其是以含硅脂环族二胺和芳香族四酸二酐为原料，同时添加无机纳米导热填料经缩聚反应得到聚酰胺酸‑导热填料胶液，然后浸染到具有3D网状结构的石墨烯织物层积板中，经热酰亚胺化获得。由上述各向异性导热聚酰亚胺薄膜制备得到的高散热铝基覆铜板具有较高的导热性，其中横向导热系数大于8.0W/m·K，纵向导热系数大于5.0W/m·K。作为元器件电路基板可以定向传递热量，不会使热量在元器件内部积累，从而减少冷却器件。同时该铝基覆铜板具有较高的剥离强度，高温粘结性好。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯织物改性制备各向异性导热聚酰亚胺薄膜、制备方法及该薄膜在高散热铝基覆铜板的应用，主要解决目前同种类产品无法兼顾高导热性与制造成本、低介电性能及高尺寸稳定性的技术问题，主要应用在高散热电路板上，属于高分子材料应用领域。

背景技术

高散热铝基覆铜板(TCCAS)作为新兴基板将是大功率电源、军用电子及高频微电子设备使用的主流基板，相比FR-4和普通铝基覆铜板，具有近10倍以上的热导率，高击穿电压，高体、表电阻率，以及优良耐高温等优异性能，满足高频微电子发展的趋势和需求。

大功率LED作为照明光源具有体积小、耗电小、发热小、寿命长、响应速度快、安全低电压、耐候性好、方向性好等优点，在油田、石化、铁路、矿山、部队等特殊行业、舞台装饰、城市景观照明、显示屏以及体育场馆等，特种工作灯具中的具有广泛的应用前景。但大功率LED需要进行热处理，这极大地增加了LED的成本。在设计过程中，最昂贵的附加物就是散热片，散热片可以由各种金属材料制作，这些材料既包括相对便宜的铝，也包括导电性能更好但却更昂贵的材料(如铜和银)。而新兴的高散热铝基覆铜板具有散热效率高，制作工艺简单、成本低等特点在大功率LED中将有广阔的发展前景。

目前大多数铝基覆铜板中使用的是在环氧树脂或热固性聚酰亚胺中添加导热填料作为导热胶膜，CN102673048A报道了一种环氧树脂导热胶膜，由环氧树脂(A-80)、环氧树脂(E-51)、马克、氮化铝、丁腈橡胶、丙酮、二甲基甲酰胺，合成为高导热树脂，其热阻≤0.50℃/W，导热系数≥2.0W/mk，但柔韧性不好。CN104708869A报道了一种热固性聚酰亚胺导热绝缘层，其主要成分为热固性聚酰亚胺树脂与氧化铝纤维制成，得到导热绝缘层，但导热效果依然达不到大功率LED使用要求，而且热固性树脂机械能差，如果长时间在高温下使用会产生分解，影响使用寿命。

发明内容

本发明目的是提供一种石墨烯织物改性各向异性导热聚酰亚胺薄膜、制备方法及该薄膜在高散热铝基覆铜板中的应用。

石墨烯织物改性各向异性导热聚酰亚胺薄膜，其是以含硅脂环族二胺和芳香族四酸二酐为原料，同时添加无机纳米导热填料经缩聚反应得到聚酰胺酸-导热填料胶液，然后浸染到具有3D网状结构的石墨烯织物层积板中，经热酰亚胺化获得。

按上述方案，本发明所述的含硅脂环族二胺包括含硅氧烷二胺和含硅烷二胺，分子通式分别如式2、3，其中R₁为含1～14个碳原子的单价烃基或取代烃基，如甲基、乙基、苯基等，R₂为烷基、亚苯基和取代亚苯基等，n为大于等于1的整数，一般优选小于10。优先选用1,3-二氨丙基四甲基二硅氧烷(GAPD)、二[4-(对苯氧基)-苯氧基]二甲基硅烷(APPMS)、1,3-二氨苯基四甲基二硅氧烷和含有多个二甲基硅氧烷链的α,ω-二氨丙基衍生物中的一种或两种以上混合物。

按上述方案，本发明所述的芳香族四酸二酐单体结构式如式4所示，式4中R基代表苯基、联苯基、芳香醚、芳香酮，优选包括均苯四甲酸二酐(PMDA)、联苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯甲酮四酸二酐(BTDA)、二苯醚四酸二酐(ODPA)和六氟二酐(6FDA)中的一种或两种以上混合物；