KR100361196B1 - 인쇄 회로 기판용 적층물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 향상된 열안정성을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판 적층물에 관한 것이다. 향상된 특성은 하기 분자식 Al2O3·nH2O (식중, 2.6 < n < 2.9) 으로 기재된 신규 수산화알루미늄의 용도에 기인한다.
Description
본 발명은 기타 난연제에 대한 필요없이 열안정성 수산화알루미늄을 이용하는 인쇄 회로 기판용 열안정성 난연 적층물에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판형 적층물은 미국 NEMA (National Electrical Manufacturers Association) 표준으로 정의되고, 용어는 전세계로 공인된다. 통상, 적층물을 사용되는 강화재의 형태에 따라, 즉 셀룰로스 제지 또는 유리로 분류한다. 전형적으로, FR-2 형은 제지만을 사용하고, CEM-1 은 제지 및 직물 유리를 사용하며, CEM-3 형은 직물 유리 및 부직물 유리를 모두 함유한다. FR-4 형은 직물 유리만을 함유한다.
미국 보험업자 실험실 표준 UL-94 에 따른 난연성의 필요 V0 수준을 달성하기 위해, 난연성 화학물을 중합체 계에 첨가하거나 할로겐 또는 인을 중합체 자체의 주쇄에 붙박는 것이 필요하다. 연소시, 상기 첨가제는 불을 소화시키는데 도움을 준다. 그러나, 상기 공정에서 첨가제는 독성 및 부식성 기체를 배출한다. 인 화합물을 함유하는 FR-2 적층물의 연소 경우, 인산을 형성한다. 브롬화 에폭시 수지를 함유하는 CEM-1, CEM-3 및 FR-4 적층물은 부식성 및 독성 브롬화수소를 연소시에 배출한다.
중합체가 수산화알루미늄과 동일한 온도 범위에서 분해하기 때문에 수산화알루미늄을 사용하여 예를 들어 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐 에스테르에 기재한 합성 중합체계의 난연성을 향상시킬 수 있다는 것은 종래 공지되어 있다. 그러나, 수산화알루미늄(Al(OH)3또는 Al2O3·3H2O 로 종종 나타냄)의 깁사이트 (gibbsite) 형태의 열안정성은 인쇄 회로 기판 적층물에 성분을 납땜하는데 사용되는 온도에 불충분하다. 이것은 적층물의 블리스터링(blistering)을 초래하여 불안정하게 한다.
깁사이트형 수산화알루미늄을 공기중에 열처리시키는 경우 이것은 열안정성을 향상시키지만 난연성을 악화시키는 단일 수화물 형태, 베마이트 (AlOOH 또는 Al2O3·H2O) 으로 부분적으로 전환되는 것이 공지되어 있다.
일본 특허 공보 JP-A 60/203438 은 표준 삼수산화알루미늄에 대해 열안정성을 향상시키지만 필요한 수준의 난연성을 제공하지 않아서 브롬화 에폭시 수지를 사용하여 UL 94 V0 등급을 달성하는 열처리 깁사이트형 수산화알루미늄을 함유하는 CEM-3 적층물을 기재한다. 상기 상황에서, 그리고 우수한 열특성의 부재하에서, 기타 무기 물질 예컨대 탈크 또는 점토를 사용할 수 있다.
본 발명의 목적은 열안정성이 양호하고, 할로겐/인이 없으며 UL 94 V0 필요조건을 충족시키는 CEM-3 적층물을 생산하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 필요한 특성을 적층물에 제공하는 열안정성 수산화알루미늄을 개발하는 것이다.
본 발명의 목적을 청구범위 제 19 항에 따른 인쇄 회로 기판용 적층물, 제 23 항에 따른 적층물의 제조 방법, 제 27 항에 따른 적층물로 제조된 인쇄 회로 기판 및 제 28 항에 따른 열안정성 수산화알루미늄으로 달성할 수 있다.
CEM-3 형 적층물은 통상 외부에 2 개층의 직물 섬유유리 및 중심부에 3 개층의 부직물 유리 조직으로 구성할 수 있다. 본 발명의 제 19 항에 있어서, 인쇄 회로 기판용 적층물은 경화성 수지주입 직물 유리로 이루어진 표면층 및 경화성 수지주입 부직물 유리로 이루어진 중간층을 갖고, 중간층이 분자식 Al2O3·nH2O (식중, 2.6 < n < 2.9) 의 열안정성 수산화알루미늄을 (수지에 대해) 200 중량% 내지 275 중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
경화성 수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시, 비닐 에스테르 또는, 열안정성 수산화알루미늄과 동일한 온도 범위에서 연소시 분해하는 임의 적당한 열경화성 화합물일 수 있다.
적층물을 배치(batch) 공정을 사용하는 에폭시 수지상에 기재할 수 있다. 또한 적층물을 불포화 폴리에스테르 또는 비닐 에스테르, 즉 유리 라디칼 메카니즘을 경유하여 중합화하는 수지를 이용하여 연속 공정으로 생산할 수 있다. 그러나 본 발명의 성질은 적층물의 제조 기술을 제한하지 않는다.
적층물의 제조가 에폭시 수지에 기재하는 경우, 통상 에폭시 수지로 예비주입된 2 개층의 직물 유리를 열안정성 수산화알루미늄을 함유하는 에폭시 수지로 예비주입된 3 개층의 부직물 유리와 조합시킨다. 그 다음 상기 5 개층을 통상 외부에서 1 또는 2 개층의 구리 호일과 조합시키고 조립물을 열 및 압력처리하여 수지를 중합시키고 적층물을 압밀시킨다.
전기 및 전자 용품에 사용되는 대부분의 에폭시 수지를 비스페놀 A 또는 시클로지방족 종으로부터 유도한다. 가장 통상적인 경화제는 디시안디아미드이다.
본 발명의 방법에 있어서, 경화성 수지 주입 부직물 유리를 포함하는 중간층은 경화성 수지의 중량에 대해 열안정성 수산화알루미늄을 200 중량% 내지 275 중량%, 바람직하게는 225 중량% 내지 250 중량% 함유한다.
분자식 Al2O3·nH2O 에서, n 은 바람직하게는 2.7 내지 2.8 의 값을 갖는다.
본 발명의 할로겐 및 인이 없는 에폭시 적층물의 특징은 단독 난연제로서 열안정성 수산화알루미늄의 용도이다.
종래 기술은 열안정성의 향상 수단으로서 수산화알루미늄의 수함량의 일부 제거를 기재한다. 만일 충분한 물을 제거하지 못하면, 수산화알루미늄을 함유하는 적층물은 납땜 작업을 견뎌내지 못한다. 그러나, 종래 기술의 한계는 만일 너무 많은 물을 제거하면 생성 수산화알루미늄이 구성성분의 물을 너무 적게 함유하여 난연제로서 효과적으로 작용할 수 없다는 것이다.
추가 문제는 본래 삼수산화알루미늄(깁사이트)으로서 물 양의 1/3 을 함유할 뿐만 아니라 물을 방출하기 전에 이를 520 ℃ 로 유지하는 고열안정성 수산화알루미늄상(베마이트)의 형성이다. 이것이 난연성 효능을 추가로 감소시킨다.
수산화알루미늄 출발 물질이 미세할수록, 가열시 원하지 않는 베마이트 상을 형성하는 경향이 적어진다는 것은 종래 기술에 공지되어 있다. 그러나, 베마이트 형성을 피하는데 필요한 입자 크기(< 1 ㎛)에서는, 실질적으로 합성 수지내 물질을 가공하는 것은 불가능해진다. 다른 한편으로, 가공가능한 열안정성 수산화알루미늄은 너무 많은 베마이트를 함유하여 UL 94 V0 를 통과하는 무할로겐 에폭시 적층물의 제조를 방해할 것이다.
본래, 본 발명의 열안정성 수산화알루미늄의 신규 특성은 평균 입자 크기에 대해 놀라울정도의 베마이트 저함량이다. 이것은 수득되는 n 의 값을 낮게 하여 방화성 효능과 타협없이 물 안정성을 향상시킨다. 그래서, n < 2.6 이면, (베마이트가 너무 많고) 물이 불충분하여 필요한 방화성을 달성할 수 없고, n > 2.9 이면, 여전히 너무 많은 물이 존재하여 납땜에 대한 필요한 내열성을 달성할 수 없다.
베마이트 형성과 입자 크기간 관계의 짝풀림을 열 예비처리 단계에 앞서 수산화알루미늄의 상대적 조립자(평균 크기 약 60 ㎛)의 적당한 기계적 처리로 달성할 수 있다. 적당한 기계적 처리를 예를 들어 압축력을 수산화알루미늄에 사용하여 다결정성을 증가시키는 것으로 제공할 수 있다. 임의 특정 이론에 근거하지 않고, 상기 수단에 의한 구조적 분해는 결정의 외부로 물의 확산을 더욱 용이하게 하여 결정내 열수압력의 증진 경향을 감소시키고 따라서 베마이트 형성 경향을 감소시키는 상태를 만들어낸다.
실용에서, 본 발명의 생성물을 전형적인 바이어(Bayer) 공정-알루미늄산나트륨 용액으로부터 결정화된 40 내지 80 ㎛, 바람직하게는 50 내지 70 ㎛ 평균 입자 크기 D50 % 의 수산화알루미늄 응집물의 크기를 감소시켜 만들 수 있다.
단결정의 총파쇄가 거의 없거나 전혀없는 고조립자내에 존재하는 결정을 분리시키는 임의 크기 감소 기술, 예를 들어, 볼 분쇄를 사용할 수 있다. 마모로 인한 입자 크기 분포의 동시 확장 및 총파쇄에 의한 결정 절단의 부재는 개별 수지계에서 열안정성 수산화알루미늄의 가공성을 향상시킨다.
후속 열안정화를 점화시 물 손실을 34.5 wt.%(n = 3) 내지 본 발명에 따른 n 값에 대응하는 수준으로 감소시키는데 충분한 온도 및 시간동안 입자 감소 처리로부터 회수된 물질을 단순 가열시켜 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 열안정성 수산화알루미늄은 편의상 BET 법에 따라 측정된 비표면적 2 내지 10 m2/g 을 갖는다. 매우 중요한 점은 상대적 미세 평균 크기를 입자 크기의 폭과 조합하는 입자 크기 분포이다. 이것은 수지내 열안정성 수산화알루미늄의 분산성을 향상시키면서 동시에 가공동안 침전하는 고조립자의 경향을 최소화시키고 부직물 유리에 의한 어떠한 여과 효과도 피하게 한다. 최적 입자 크기 분포는 충전시 수지/충전제 혼합물의 최소 점도를 충분히 높은 수준으로 하여임의 기타 난연제를 첨가하지 않고 적층물의 원하는 난연성을 달성한다.
본 발명의 열안정성 수산화알루미늄의 평균 입자 크기 D50 % 는 5 내지 10 ㎛ 범위이다. 입자 크기 분포의 폭은 D10 % 범위(즉, 입자의 10 중량% 가 0.5 내지 1.5 ㎛ 보다 작다) 및 D90 % 범위(즉, 입자의 90 중량% 의 크기가 20 내지 35 ㎛ 미만이다)로 표시된다.
표준 DIN 53199 법에 따라 측정된 오일 흡수는 25 내지 35 ㎖/100 g 범위내이다.
열안정성 수산화알루미늄을 경화성 수지에 주입시키는 것은 종래 기술에 공지된 방법, 즉, 통상적으로 적당한 장비 예컨대 전단 헤드 혼합기를 이용하여 충전제를 수지 및 경화제의 예비용해 혼합물에 도입하여 달성할 수 있다. 필요하다면, 비록 하기의 어떤 것도 방화성을 상당히 강화시키지 못해도, 기타 무기 열안정성 충전제를 배합물 예컨대 실리카, 점토 또는 탈크에 첨가할 수 있다.
"프리프레그(prepreg)" 단계 및 그 다음 경화 적층물로 수지/충진제 혼합물의 추가 공정은 종래 기술의 공통 상태이고 문헌, 예를 들어 맥그로-힐 북사 (McGraw-Hill Book Company)에 의해 출판된 "Handbook of Epoxide Resins" 에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 경화 적층물은 우수한 열안정성을 나타내며; 260 ℃ 에서 용융 땜납에 침적되는 경우, 이것은 90 초 이상 동안 블리스터링 또는 기포발생의 징후를 나타내지 않는다. 또한 적층물은 우수한 난연 특성을 갖고 UL 94 V-0 의 필요조건을 충족시킨다.
도면:
도 1 은 X 선 회절에 의해 형성되는 베마이트(AlOOH)의 퍼센트에 대한 상이한 입자 크기의 수산화알루미늄의 가열 효과 ("LOI(발화시 손실) 의 측정에 기재) 를 나타낸다.
곡선 1 내지 3 은 본 발명의 열안정성 수산화알루미늄(곡선 4)과 비교하여 입자 크기 60 ㎛ (ON, 곡선 1), 10 ㎛ (ON-310, 곡선 2) 및 1.5 ㎛ (OL-104, 곡선 3) 의 표준 수산화알루미늄 (독일, 베르그하임, 마르틴스베르크 게엠베하(Martins-werk GmbH)의 마르티날(Martinal)(등록상표) ON 형) 을 나타낸다.
도 2 는 표준 수산화알루미늄 (독일, 베르그하임, 마르틴스베르크 게엠베하의 마르티날(등록상표) ON-310 형) 과 비교하여 본 발명의 열안정성 수산화알루미늄의 시차주사열량계를 나타낸다.
실시예:
수산화알루미늄의 미세 결정(평균 크기 1 - 2 ㎛)을 하기 농도: Na2O - 140 kg/dm3, Al2O3- 150 kg/dm3, 전체 Na2O - 150 kg/dm3의 50 kg/dm3알루미늄산나트륨 용액의 시드 공급을 이용하여 약 60 ㎛ 평균 크기로 응집시킨다. 결정화기의 작업 성능은 1 m3이다. 결정화 온도는 24 시간의 유지시간 동안 75 ℃ 이다.
알루미나 액체 생산성은 약 40 kg/dm3이다. 결정화 생성물을 탈이온수로 세정하고 4 시간 동안 105 ℃ 에서 건조시킨다.
수산화알루미늄 입자의 크기 감소는 진동 밀 (KHD 사의 Palla 200 형) 에 의해 영향을 받는다. 분쇄 조건은 하기이다: 모터 - 1000 rpm; 실페브(cylpebs)의 부하 - 약 65 부피%; 실페브 면적 - 12 mm ×12 mm 산화알루미늄; 밀 산출량 약 50 kg/h. 상기 조건하에서, 공급 수산화알루미늄의 크기를 표 1 에 제공된 면적으로 감소시킨다.
열안정화의 최종 단계를 약 2 시간 동안 220 ℃ 온도에서 작동하는 전기 오븐에서 가열시켜 점화시 물 손실을 크기 감소 물질의 34.5 wt.% 로부터 약 31 wt.% 로 저하시켜 달성한다. 열안정성 물질의 특성을 또한 표 1 에 제공한다.
본 발명에 따른 수산화알루미늄의 물리적 특성을 독일 베르그하임 마르틴스베르크 게엠베하의 표준 수산화알루미늄 및 JP-A 60/203 438 에 기재된 종래 기술의 열처리 수산화알루미늄과 비교하여 나타낸다.
표 1
표준 수산화알루미늄 (독일, 베르그하임, 마르틴스베르크 게엠베하의 마르티날(등록상표) ON-310 형) 및 종래 기술의 열안정성 수산화알루미늄 (JP-A 60/203 438) 과 비교하여 열안정성 수산화알루미늄의 특성
물리적 변수 | 본 발명의수산화알루미늄 | 표준수산화알루미늄 | 종래 기술의수산화알루미늄 |
Al2O3·nH2O "n" | 2.7 | 3.0 | 2.4 |
입자 크기 D10 % (㎛) | 1.0 | 2.0 | 0.6 |
입자 크기 D50 % (㎛) | 7.5 | 10.0 | 1.0 |
입자 크기 D90 % (㎛) | 28.0 | 20.0 | 1.8 |
비표면적 (m2/g) | 6.0 | 2.5 | 50.0 |
오일 흡수 (㎖/100 g) | 28.0 | 27 | 33.0 |
시차주사열량계는 마르티날(등록상표) ON-310 으로 나타내는 표준 수산화알루미늄과 비교되는 베마이트로 인한 임의 흡열량의 가상 부재를 나타낸다(참조 도 2).
배치 공정
아세톤 30 부에 용해된 에폭시 당량 400 - 500 (DOW DER 652) 의 에폭시 수지 100 부를 2-메톡시 에탄올 36 부에 예비용해된 디시안디아미드 4 부에 혼합시킨다. 상기 혼합물에 2-메틸 이미다졸 0.1 부를 첨가하여 수지 경화를 촉진시킨다(혼합물 A).
직물 유리 (인터글래스(Interglass)제 스타일 7628) 를 혼합물 A 와 함께 주입시켜 수지 함량 42 % 가 되게 하고, 수지 B 단계를 2 분 동안 160 ℃ 에서 유지하여 건조 프리프레그를 생산한다.
개별적으로, 혼합물 A 에 표 2 에 나타낸 상이한 형태의 수산화알루미늄 250 phr (즉, 수지 당 백분율(parts per hundred resin)) 을 첨가한다. 상기 혼합물 각각을 부직물 유리 (오웬스 코닝(Owens Corning)제 E 105 형) 에 주입하여 전체의 90 % 에 해당하는 중량을 제공한다. 수산화알루미늄을 최종 혼합 점도를 달성하는데 적당한 아세톤의 양으로 예비분산시킨다. 그 다음 수지계를 B 단계로 3 분 동안 160 ℃ 에서 유지시켜 건조 수동성 프리프레그를 생산한다.
3 개의 부직물 유리 프리프레그층을 2 개의 직물 유리 프리프레그층 사이에 샌드위치시킨다. 상기 조합물에는 양면에 배치된 구리 호일 및 180 ℃ 에서 50 바(bar) 압력으로 90 분 동안 적층된 팩이 있어 1.6 mm 두께의 구리피복 적층물을 생산한다.
연속 공정
상기 실시예에서, 에폭시 수지를 미약한 수준의 휘발성 방출을 발생시키는 유리 라디칼 중합 반응으로 경화시키는 수지계로 대체할 수 있다. 상기 예는 불포화 폴리에스테르, 에폭시 아크릴레이트 또는 비닐 에스테르 수지이다.
연속 공정에서, 직물 유리 옷감(스타일 7628, 인터글래스)을 예를 들어 수지 100 중량부 및 벤조일 퍼옥시드 1.5 중량부를 함유하는 액체 비닐 에스테르 수지(DOW derakane) 를 통해 연속적으로 주입시킨다. 개별적으로, 부직물 유리를 본 발명의 수산화알루미늄 250 phr 를 함유하는 비닐 에스테르/벤조일 퍼옥시드를 통해 연속적으로 주입시킨다.
10 분 동안 120 ℃ 에서 터널 오븐내 초기 경화후, 층들을 외부에 구리 호일의 2 개층을 결합시키고 7 개 층을 15 분 동안 150 ℃ 에서 컨베이어화 이동 플랫폼에서 가열 및 가압하에 압밀시킨다. 상기 제조된 연속 적층물의 두께는 1.6 mm 이다.
시험 결과
상기 기술로 제조된 적층물의 열안정성 및 난연성은 중합체 또는 적층물 제조 기술이 아니라, 수산화알루미늄의 특성 및 수준에 달려 있다.
표 2 에서는 비할로겐화 에폭시 수지를 이용하는 경우 수득된 결과를 제공한다. 이것은 기재된 모든 중합체 형태의 전형 및 대표예로서 택할 수 있다.
본 발명의 열안정성 수산화알루미늄을 표준 수산화알루미늄 (독일, 베르그하임, 마르틴스베르크 게엠베하의 마르티날(등록상표) ON-310 형) 및 종래 기술의 열안정성 수산화알루미늄 (JP-A 60/203 438) 과 비교한다.
내납땜성을 용융 납땜에 260 ℃ 에서 완전히 침적시켜 측정한다. 수산화알루미늄이 분해하기 시작하는 경우 적층물이 블리스터링하는 것을 들을 수 있고 탈출수가 땜납 표면에 "파동"을 일으킨다. 시간은 블리스터링/파동을 검출할 때까지 측정한다.
인화성을 연소시 수행을 V-0 (최고), V-1 및 HB (최악) 으로 분류하는 미국보험업자 실험실 표준 UL-94 로 정의한다. pcb 응용에 대해 적층물은 V-0 분류를 충족시켜야 한다.
내납땜성 및 인화성 시험 결과
시험 | 본 발명의 수산화알루미늄의 적층물 | 표준 수산화알루미늄의 적층물 | 종래 기술의 수산화알루미늄의 적층물 | |
"n" 의 값 | 2.7 | 3.0 | 2.9 | 2.4 |
수산화알루미늄 | 250 phr | 250phr | 250phr | 250phr |
내납땜성 | 90s | 20s | 20s | 90s |
인화성 UL 94 | V0 | V0 | V0 | HB |
Claims (30)
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- 중간층이 분자식 Al2O3·nH2O (식중, 2.6 < n < 2.9) 의 열안정성 수산화알루미늄을 중간층내의 수지에 대해 200 중량% 내지 275 중량% 함유하고, BET 법으로 측정된 수산화알루미늄의 비표면적이 2 내지 10 m2/g 이며 입자 크기가 D50 % 범위에서 5 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 경화성 수지주입 직물 유리로 이루어진 표면층 및 경화성 수지주입 부직물 유리로 이루어진 중간층을 갖는 인쇄 회로 기판용 적층물.
- 제 19 항에 있어서, 열안정성 수산화알루미늄의 입자 크기가 D10 % 범위에서 0.5 내지 1.5 ㎛ 이고 D90 % 범위에서 20 내지 35 ㎛ 인 적층물.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 열안정성 수산화알루미늄의 오일 흡수성이 25 내지 35 ㎖/100 g 인 적층물.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 경화성 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 또는 비닐 에스테르가 사용되는 적층물.
- 경화성 수지주입 부직물 유리가 분자식 Al2O3·nH2O (식중, 2.6 < n < 2.9) 의 열안정성 수산화알루미늄을 중간층내의 수지에 대해 200 중량% 내지 275 중량% 함유하고, BET 법으로 측정된 열안정성 수산화알루미늄의 비표면적이 2 내지 10 ㎡/g 이며 입자 크기가 D50 % 범위에서 5 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 경화성 수지주입 직물 유리로 이루어진 표면층 및 경화성 수지주입 부직물 유리로 이루어진 중간층을 함께 조립하는 인쇄 회로 기판용 적층물의 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서, 열안정성 수산화알루미늄의 입자 크기가 D10 % 범위에서 0.5 내지 1.5 ㎛ 이고 D90 % 범위에서 20 내지 35 ㎛ 인 방법.
- 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 열안정성 수산화알루미늄의 오일 흡수성이 25 내지 35 ㎖/100 g 인 방법.
- 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 경화성 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 또는 비닐 에스테르가 사용되는 방법.
- 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 적층물로 만들어지거나, 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 수득가능한 인쇄 회로 기판.
- n 의 값이 > 2.6 내지 < 2.9 이고, BET 법으로 측정된 비표면적이 2 내지 10 m2/g 이며 입자 크기가 D50 % 범위에서 5 내지 10 ㎛ 인, 분자식 Al2O3·nH2O 의 열안정성 수산화알루미늄.
- 제 28 항에 있어서, 입자 크기가 D10 % 범위에서 0.5 내지 1.5 ㎛ 이고 D90 % 범위에서 20 내지 35 ㎛ 인 열안정성 수산화알루미늄.
- 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 오일 흡수성이 25 내지 35 ㎖/100 g 인 열안정성 수산화알루미늄.
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