[发明专利]一种具有选择性沉积金属的导热材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂组合物，尤其涉及具有激光直接成型（Laser Direct Structuring）功能的导热树脂组合物，其制备方法以及该树脂组合物的应用。

背景技术

激光直接成型（LDS）技术是指利用计算机控制激光扫描的区域，将激光照射到含有激光敏感添加剂的制件上，活化出电路图案，该制件上被活化的区域可以在无电化学镀中沉积金属铜、镍、金等金属，从而实现在三维塑料制件上制造出导电图案。

随着激光直接成型（LDS）技术的快速发展，模塑互联器件（Moulded Interconnect Device）的生产速度更迅捷，流程更简化，成本更可控，应用领域更宽广，其最大的优势在于，它能够减少电子产品的元器件数量并节约空间。比如，采用LDS技术制造的天线被广泛地应用在智能手机、笔记本电脑等移动终端上，采用LDS技术制造的传感器，最小导线宽度可达150μm，最小线间宽度可达150μm，这不但减少了元器件的数量，还达到了节约空间和减重的目的。

此外，LDS技术的优势还体现在它的灵活性上。如果需要改变元器件上导电路径，只需要更改CAD中的电路图形设计即可，不需重新设计模具。因为LDS技术不需要掩膜，所以其加工过程更加简便，加工成本更低。应用于LDS技术的材料科学也得到了快速的发展。树脂基体覆盖了通用塑料、工程塑料以及特种工程塑料。其中比较典型的应用是聚碳酸酯、聚碳酸酯与丙烯腈/丁二烯/苯乙烯的合金，用它们来制作的LDS天线已经广泛地应用在智能手机、平板电脑以及笔记本电脑上。

应用于表面贴装技术（SMT）的制件，对树脂基体有着特殊的要求：耐高温。通常，SMT制程的加工温度高达270℃，在此温度下，树脂基体不能软化或熔化，否则容易出现变形、起泡等不良现象。能够满足SMT制程的材料有高温尼龙、液晶聚合物以及聚芳醚酮等聚合物等。

电子技术及材料科技飞速发展，电子电气元器件向小型化密集化发展，集成电路中产生大量的热，而热量是影响设备可靠性的重要因素。据统计，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%；温升50℃的寿命只有温升25℃时寿命的1/6。这就要求材料既具有优良的电绝缘性和低的线性热膨胀系数，又具有优良导热性能。可以说，没有新的导热塑料制备的散热和热传导材料，将功能更强大的微电子器件放入更小的空间是不可能的。

用导热塑料作为导热材料，能够将塑料成型的简易性与优异的热传导性相结合，可以通过注射成型实现某些金属或陶瓷一样的热传递能力。常用的导热材料优选铝，其导热系数可达到150W/mK。根据最新的研究发现，金属至产品表面的传热速率如果高于空气对流能将热从表面散走的速率，其高热传导就不能有效的实现，此时热迁移受对流限制，相对金属而言，导热塑料就是适宜之选。导热塑料具有比铝还低的热膨胀系数(CTE)，因此降低了热膨胀引起的应力；导热塑料比铝轻约40%，提供了比铝更大的设计自由度，还省去了高成本的后加工过程，使用导热塑料更耐腐蚀、更柔韧、成本更低。

现在，LED产业是热门产业，其散热越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命直接与其结温有关。散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷尼乌斯方程温度每降低10℃寿命会延长2倍。而且，结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率。此外，LED的发热还会使得其光谱移动、色温升高、正向电流增大（恒压供电时）、反向电流也增大、热应力增高、荧光粉环氧树脂老化加速等种种问题。所以，改善散热控制结温是LED照明设计中最为重要的一个问题。

目前LED封装的主要形式有分立器件、COB（Chip on board）封装两大类。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出可见光，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求。分立器件在应用时，需要插件或者通过表面贴装工艺焊接到系统基板上。COB封装则省去一个支架，直接将芯片封装到系统电路板上，减少了界面和支架本身的热阻。然而，散热技术发展到今天，界面引起的热阻越来越突出。COB虽然减少了界面，但是在应用过程中依然需要固定在散热器上，中间界面为中空紧贴或者加上导热硅脂。这一界面热阻的存在使得整体散热效能并不佳。

在LDS技术中，起着关键作用的是激光敏感添加剂，他在激光束的照射下，释放出金属粒子，并在后续的无电化学镀中起着活化中心的作用，加速镀液中的氧化还原反应而沉积金属。通常所使用的激光敏感添加剂是一种含有金属铜的尖晶石，也含有重金属铬，其在激光的作用下，重金属铬具有转变成六价铬（有毒）的潜在环境风险。

发明内容