KR100828867B1 - 고유전율 복합 재료와 이를 이용한 다층 배선판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속을 필수 성분으로 하고 무기 충전재를 분산시킨, 크기가 미크론 이하인 입자에 대하여 화성 처리 등의 절연 처리를 실시하고, 또한 유기 수지와의 상용성 향상을 위한 표면 처리를 실시한 후, 유기 수지와 복합화한 고유전율 복합 재료에 관한 것이다. 상기 고유전율 복합 재료는 유전율이 15 이상, 100 MHz 내지 80 GHz의 주파수 영역에서 유전정접이 0.1 이하이며, 다층 배선판 및 모듈 기판에 유효하게 사용할 수 있다.
고유전율 복합 재료, 유전정접, 절연 처리, 표면 처리, 무기 충전재

Description

고유전율 복합 재료와 이를 이용한 다층 배선판 {High Dielectric Constant Composite Material and Multilayer Wiring Board Using the Same}
도 1은 본 발명의 제1 및 제2의 실시예인 절연 처리 후의 금속분(金屬粉)의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 및 제2의 실시예인 표면 처리 후의 금속분의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2의 실시예인 고유전율 복합 재료의 단면도.
도 4는 본 발명의 제4의 실시예인 절연 처리 후의 응집된 금속분의 단면도.
도 5는 본 발명의 제4의 실시예인 표면 처리 후의 응집된 금속분의 단면도.
도 6은 본 발명의 제4의 실시예인 고유전율 복합 재료의 단면도.
도 7은 본 발명의 제5의 실시예인 도금 후의 응집된 금속분의 단면도.
도 8은 본 발명의 제5의 실시예인 절연 처리 후의 금속분의 단면도.
도 9는 본 발명의 제5의 실시예인 표면 처리 후의 금속분의 단면도.
도 10은 본 발명의 제5의 실시예인 고유전율 복합 재료의 단면도.
도 11은 본 발명의 제6의 실시예인 도금 후의 응집된 금속분의 단면도.
도 12는 본 발명의 제6의 실시예인 표면 처리 후의 금속 무기 복합재 분말의 단면도.
도 13은 본 발명의 제6의 실시예인 고유전율 복합 재료의 단면도.
도 14는 본 발명의 제7 및 제8의 실시예에 사용한 금속 무기 복합재 분말의 단면도.
도 15는 본 발명의 제7 및 제8의 실시예인 절연 처리 후의 금속 무기 복합재 분말의 단면도.
도 16은 본 발명의 제7 및 제8의 실시예인 표면 처리 후의 금속 무기 복합 재 분말의 단면도.
도 17은 본 발명의 제7 및 제8의 실시예인 고유전율 복합 재료의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 금속분
2: 절연 처리막
3: 표면 처리막
4: 수지
5: 무기 재료
6: 금속 무기 복합분
7: 도금막
본 발명은 수동 소자인 캐패시터를 다층 배선판 내에 형성한 다층 배선판의 재료인 고유전율 재료, 이를 이용한 다층 배선판 및 모듈 기판에 관한 것이다.
고밀도 표면 실장을 실현시키기 위해 기판에서는 비아 홀의 미세화, 배선 피치의 협애화, 빌드 업 방식의 채용 등이 검토되고 있다. 또한, IC 패키지의 소형화, 핀의 복수화 및 콘덴서 및 저항 등의 수동 부품의 소형화, 표면 실장화도 행해지고 있다. 한편, 수동 소자의 소형화 진전과 함께 제조 및 실장시의 취급이 더욱 어려워지고 있어 종래의 방식에서는 그 한계가 드러나고 있다. 그 해결 방법으로서 수동 소자를 직접 프린트 배선판의 표면 또는 내면에 형성하는 것이 제안되고 있다. 이에 따라 수동 소자의 칩 부품을 프린트 배선판 상에 탑재할 필요가 없어져 고밀도화와 함께 신뢰성 향상도 꾀할 수 있다. 세라믹 기판에서 행해지고 있는 바와 같은, 금속 및 절연체의 페이스트를 이용하여 도포 소결하는 방법은 특히 내열성이 떨어지는 유기 기판 상에는 그대로 적용할 수 없다.
상기와 같은 수동 소자를 유기 기판 상에 형성하는 방법으로서는, 이미 유기 고분자와 고유전율 충전재와의 혼합물을 도포하는 방법 (P. Chanel 외, 제46회 Electric Components and Technology Conference, 125 내지 132쪽, 1996년, Y. Rao 외, 2000 Electric Components and Technology Conference, 615 내지 618쪽, 2000년), 일본 특개평 6-172618호 공보에 티탄산바륨 등의 무기 충전재를 고충전화하는 기술 및 저온에서 제막할 수 있는 전자 사이클로트론 공명 화학 기상 성장법(ECR-CVD)을 이용하는 방법 (마쯔이 데루히또 외, 서킷 테크놀러지 (Circuit Technology), 제9권, 497 내지 502쪽, 1994년) 등이 제안되어 있다.
유기 수지와의 복합재로서 유전율을 높이기 위해서는 충전재를 고충전해야 한다. 그러나, 수지 중에 상기 무기 충전재를 고충전화하면, 무기 충전재와 수지 와의 상용성이 나쁘기 때문에, 수지 경화시 공극이 발생하기 쉽다. 또한, 무기 충전재와 수지 계면과의 접착성이 낮기 때문에 계면에서의 박리가 발생하기 쉽다. 따라서, 무기 충전재를 고충전화한 수지 복합 재료를 절연 재료로서 사용할 때 절연 내압 또는 누설 전류의 관점에서 신뢰성이 떨어진다는 문제가 있었다.
또한, ECR-CVD를 이용하는 방법에서는 특수한 장치가 필요하고, 배치(batch) 처리로 저렴하게 유전체 박막을 형성할 수 없으며, 형상이 복잡한 유전체 박막의 형성이 곤란하다는 등의 문제가 있었다.
한편, 고유전율화하는 방법으로서, 금속 분말의 일반적인 크기인 평균 입경 수십 ㎛ 이상의 금속 분말을 유기 수지 중에 충전하는 방법이 고려되고 있다. 이들 복합 재료의 유전율은 수십 이상의 값으로 양호한 수치를 나타내기는 하지만, 표피 효과에 의한 유전정접이 0.1 이상의 큰 값을 나타내는 데다가, 더 커다란 문제로서 유기 수지/금속 복합재의 절연성이 매우 나쁘다. 또한, 유기 수지와 금속과의 혼합성이 무기 재료와 마찬가지로 좋지 않다.
본 발명의 목적은 체적 고유 저항이 109 Ω 이상이고, 수십 GHz 오더(order)의 고주파수에서도 15 이상의 높은 유전율과, 동시에 0.1 이하의 저유전정접을 갖는 고유전율 복합 재료, 이를 이용한 다층 배선판을 제공하는 데 있다.
또한, 수동 소자를 직접 프린트 배선판의 표면 또는 내부에 형성할 수 있는 가공성이 양호한 유기 수지와 복합화된 고유전율 복합 재료와, 이를 이용한 다층 배선판을 제공하는 데 있다.
본 발명은 유기 수지에 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재를 분산시켜 구성되는 유전율이 15 이상인 고유전율 복합 재료를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해서는, 주파수가 수십 GHz 오더에서도 표피 효과에 의한 에너지 손실이 발생하지 않는 금속분을 사용하는 것이 필수이며, 그러기 위해서는 금속분의 크기가 미크론일 것과, 그 금속분 하나 하나의 절연성을 확보하는 것이 중요하다. 개개의 금속분의 절연 처리에는 여러가지 방법이 있지만, 양호한 절연성을 얻기 위해서는 인산염, 크롬산염 등의 무기염에 의한 화성 처리가 유효하다. 이것은 무기염에 의한 화성 처리에 의해, 금속분 표면에 무기염에 의한 절연 피막이 형성되기 때문이다. 또한, 무기염 절연 피막은 다른 절연 피막과 비교하여 높은 내열, 내습 신뢰성을 갖는다.
또한, 유기 수지를 사용한 복합 재료로서 유전율을 높이기 위해서는, 이 금속분의 유기 수지로의 고충전화가 중요한데, 그러기 위해서는 상기 금속분과 유기 수지와의 상용성을 향상시키는 것이 필수이다. 그러기 위해서는 금속 표면 및 금속 상의 절연 피막 표면과 화학 결합을 형성할 수 있고, 또한 유기 수지와도 화학 결합의 형성이 가능한 커플링 처리가 유효하다.
본 발명의 요지를 이하에 설명한다.
즉, 본 발명의 첫번째 특징은, 유기 수지에 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재를 분산시켜 구성하는 유전율 15 이상의 고유전율 복합 재료를 얻는 것이 다.
두번째 특징은, 상기 고유전율 재료가 100 MHz 내지 80 GHz의 고주파 영역에서 유전정접이 0.1 이하인 것이다.
100 MHz 내지 80 GHz의 주파수 영역에서 유전정접이 0.1 이하이기 위해서는, 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재 중의 각 성분의 평균 입경이 5 μm 이하인 것이 필요하다는 것도 본 발명에 의해 밝혀졌다. 여기에서 수지 바니시 중에서 금속분의 침강을 방지하기 위해 금속 산화물의 무기 충전재를 첨가할 수도 있다. 또한, 금속분과 금속분 이외의 무기 충전재와의 복합화에 의해 금속분의 입경을 미크론 이하로 한 복합 재료를 사용하는 것도 유효하다.
본 발명의 세번째 특징은, 금속분의 표면을 처리하여 산화막을 형성시키거나, 또는 유기 수지에 의한 코팅 등에 의해 절연 처리가 행해진 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재를 사용함으로써 고주파수 영역에서 유전정접을 보다 작게 하고, 동시에 충분한 절연성을 확보하는 것이다. 고유전율과 절연성을 양립시키기 위해서 금속 산화물을 병용하는 것이 더욱 효과적이며, 금속분의 주변을 금속 산화물로 피복하는 방법 등을 적용할 수 있다.
상기 절연 처리 또는 금속 산화물에 의한 피막에 의해, 본 발명의 고유전율 복합 재료는 체적 고유 저항 109 Ωcm 이상을 가지며, 전자 재료용 기판으로서 적합하다.
무기 충전재는 금속분을 필수 성분으로서 함유하는 것인데 평균 입경이 5 ㎛ 이하인 무기 충전재의 응집체를 포함할 수도 있다.
금속분으로서 사용되는 금속은 주기율표의 1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8, 2A, 3A, 4A, 5A족의 원소 (단, 붕소, 탄소, 질소, 인, 비소는 제외) 및 그들의 합금을 들 수 있다. 구체적으로는 Al, Mn, Si, Mg, Cr, Ni, Nb, Mo, Cu, Fe, W, Zn, Sn, Pb, Ag, Ti, Zr, Ta, Pt, Sb 및 그들의 합금을 들 수 있다.
금속분은 그 표면에 두께 1000 내지 1 ㎚의 Cr, Cd, Zn, Mn, Fe로부터 선택된 1종 이상의 금속 피복막, 예를 들어 도금막을 포함할 수도 있다.
본 발명에서 유기 수지란, 에폭시 수지, 페놀수지, 비스말레이미드 수지, 시아네이트 수지의 열경화성 수지 외에 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌술폰 등의 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물을 적용할 수 있다. 경우에 따라서는 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 메틸셀로솔브 등의 용매에 분산시켜 페이스트형 또는 분산시켜 스크린 인쇄 및 스핀 코팅으로 고유전층을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 네번째 특징은, 전극 사이에 유전체층이 개재되어 구성되는 캐패시터를 회로 중에 형성한 다층 배선판에 있어서, 캐패시터로서 유기 수지에 의해 표면이 절연 처리 및(또는) 커플링 처리(또는 표면 처리)된 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재를 분산시킨 복합체를 사용함으로써, 전기 용량이 큰 콘덴서를 내장한 다층 배선판을 얻을 수 있다는 점이다.
또한, 본 발명의 다섯번째 특징으로서, 전극 사이에 유전체층이 개재되어 구성되는 캐패시터를 회로 중에 형성한 모듈 기판에 있어서, 캐패시터로서 유기 수지에 의해 표면이 절연 처리 및(또는) 커플링 처리된 금속분을 필수 성분으로 하는 무기 충전재를 분산시킨 복합체를 사용함으로써, 전기 용량이 큰 콘덴서를 내장한 모듈 기판을 얻을 수 있다는 점이다.
본 발명의 발명자들은, 주파수가 수십 GHz 오더에서도 15 이상의 유전율, 0.1 이하의 유전정접을 갖는 유기 수지를 포함하는 복합 재료를 얻기 위해서는, 무기염에 의한 화성 처리를 이용한 절연 처리를 실시하고, 또한 커플링 처리를 실시한 미크론 이하 크기의 금속분을 유기 수지에 충전하는 것이 유효하다는 것을 알게되었다.
여기에서, 미크론 이하 크기의 금속분을 사용하는 것은, 수십 GHz 오더의 주파수에서의 표피 효과에 의한 에너지 손실을 작게 하기 위해서이다. 또한, 동일한 이유에 의해 무기염을 사용한 화성 처리에 의해 개개의 금속분의 절연성을 확보하는 것도 중요하다. 절연 처리를 실시한 금속분에 대하여 커플링 처리를 행하는 것은, 수지와의 상용성을 향상시키는 것이 중요하기 때문이다. 이것은 수지에 대하여 금속분을 고충전화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 혼합물의 가공성 향상과 금속분 침강을 억제하기 위해서이다.
또한, 금속분의 절연 처리에 의해 유기물과 복합화된 고유전율 복합 재료는 109 Ωcm 이상의 체적 고유 저항을 갖는다.
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
본 발명의 제1의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한 다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP828 ((주) 유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 복합 재료의 원료로서 평균 입경 0.5 ㎛의 철분을 사용하였다. 철분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 0.5 μm의 철분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 철분의 단면도를 도 1에 나타내었다. 도 1과 같이, 절연 처리 후의 금속분(철분) (1)은 철분 (1)의 표면이 절연 처리막 (2)에 의해 피막된 형상이 된다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 철분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 철분의 단면도를 도 2에 나타내었다. 표면 처리 후의 철분 (1)은, 절연 처리막 (2)의 표면에 표면 처리막 (3)이 더 피막된 형상이 된다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP828에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 철분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 3에 나타내었다. 본 실시예의 고유전율 복합 재료는 유기 수지 (4)에, 금속분 (1)의 표면에 절연 처리막 (2)가 형성되고, 그 표면에 표면 처리막 (3)이 더 형성된 무기 충전재가 분산된 구조가 된다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율 및 유전정접에 대하여 설명한다. 100 MHz 내지 80 GHz의 주파수역의 측정에는, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 외형: 7-0.05 mm, 내경: 3.04+0.06 mm, 두께: 2 mm, 4 mm의 트로이달 형상으로 마무리한 시료를 사용하였다. 네트워크 분석기 (HP 제조 8720C)와 동축 에어 라인으로 구성되는 측정계에 의해, 시료의 유전율 및 유전정접을 측정하는 경우에는 자유 공간의 유전율이 1이 되도록 교정한 후, 동축 에어 라인에 시료를 삽입하고, 2개의 포트를 사용하여 측정하였다. 5 GHz 내지 10 GHz의 주파수역의 측정에는 본 발명의 고유전율 복합 재료를 1 mm×1 mm×100 mm의 각기둥형으로 한 시료를, 20 GHz 내지 40 GHz의 주파수역의 측정에는 본 발명의 고유전율 복합 재료를 100 ㎛ 두께의 필름으로 한 시료를 각각 사용하여, 아지렌트 테크놀러지사 제조의 8722 ES 네트워크 분석기에 의해 공동 공진법으로 측정하였다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 체적 고유 저항에 대하여 설명한다. 본 발명의 고유전율 복합 재료의 수지판 상에 주전극 외형 50 mm, 가드 전극 내경 52 mm, 외형 80 mm, 대향 전극 외형 80 mm의 전극을 제작하고, LCR 미터 (HP4248A)를 사용하여 주파수 100 kHz로 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112002004018908-pat00001
<실시예 2>
본 발명의 제2의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP1001((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 디시안디아미드 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 재료로서 평균 입경 0.5 μm의 아연분을 사용하였다. 아연분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소 (주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 0.5 μm의 아연분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가 하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 아연분의 단면도를 도 1에 나타내었다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 아연분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 아연분의 단면도를 도 2에 나타내었다.
(3) 에폭시 수지 EP1001이 70 중량％가 되도록 메틸에틸케톤에 용해하였다.
(4) (3)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 EP1001에 (2)에서 표면 처리를 실시한 아연분을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 디시안디아미드를 에폭시 수지 100에 대하여 2.5 중량부가 되도록 첨가하고, 큐어 졸 CN을 에폭시 수지 100에 대하여 0.1 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 100 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 90분간 가열 경화함으로써 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 3에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
본 발명의 제3의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한 다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조) 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 복합 재료의 원료로서 평균 입경 3 ㎛의 아연분을 사용하였다. 아연분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 아연분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 3 μm의 아연분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 아연분의 단면도를 도 1에 나타내었다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 아연분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 아연분의 단면도를 도 2에 나타내었다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 철분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경 화함으로써, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 3에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 4>
본 발명의 제4의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP1001 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 디시안디아미드 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 복합 재료용 원료로서 볼 밀을 사용하여 분쇄한 평균 입경 0.1 ㎛의 아연분을 사용하였다. 이 아연분은 응집되어 있었기 때문에 메쉬 5 ㎛의 체를 사용하여, 최대 입경 5 ㎛ 이하의 응집된 아연분으로서 사용하였다. 아연분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 아연분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 최대 입경 5 μm의 아연분 응집물 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 아연분의 단면도를 도 4에 나타내었다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용 하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 아연분 응집물의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 아연분의 단면도를 도 5에 나타내었다.
(3) 에폭시 수지 EP1001이 70 중량％가 되도록 메틸에틸케톤에 용해하였다.
(4) (3)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 EP1001에 (2)에서 표면 처리를 실시한 아연분 응집물을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 디시안디아미드를 에폭시 수지 100에 대하여 2.5 중량부가 되도록 첨가하고, 큐어 졸 CN을 에폭시 수지 100에 대하여 0.1 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 100 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 90분간 가열 경화함으로써 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 6에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 5>
본 발명의 제5의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 복합 재료용 원료로서 평균 입경 1 ㎛의 구리분을 사용하였다. 크롬 도금한 구리분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 금속분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 구리분 표면의 크롬 도금에는 회전식 수평 배럴 장치를 이용한 전기 도금을 행하였다. 평균 도금막 두께는 10 nm로 하였다. 도금 후의 금속분의 단면도를 도 7에 나타내었다.
(2) (1)에서 제작한 평균 입경 1 μm의 크롬 도금한 구리분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 금속분의 단면도를 도 8에 나타내었다.
(3) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (2)에서 절연 처리를 실시한 금속분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 금속분의 단면도를 도 9에 나타내었다.
(4) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (3)에서 표면 처리를 실시한 금속분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN를 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경 화함으로써, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 10에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 6>
본 발명의 제6의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 복합 재료용 원료로서 평균 입경 1 ㎛의 크롬분 및 평균 입경 0.1 ㎛의 Al2O3분을 사용하였다. 크롬분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 크롬분과 Al2O3분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 1 μm의 크롬분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 크롬분의 단면도를 도 11에 나타내었다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 크롬분 및 Al2O3분의 표면 처리를 행하였다. 처 리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 크롬분 및 Al2O3분의 단면도를 도 12에 나타내었다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 크롬분 및 Al2O3분(체적 비율 3:1)을 60 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 13에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 7>
본 발명의 제7의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 ESCN190-2 ((주)스미또모 가가꾸 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 H900 (도또 가가꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 TPP (홋꼬 가가꾸(주) 제조)를 사용하였다. 고유전율 재료로서 나노 수준으로 혼합한 편평형의 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말을 사용하였다. 또한, 금속 무기 복합재 분말의 단축의 평균 크기는 0.2 ㎛이고, Fe의 Al2O3에 대한 체적 비율은 7:3이었다. 사용한 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 단면도를 도 14에 나타내었다. 도 14와 같이, 본 실시예의 금속 무기 복합재 분말은 복수의 금속분 (1)과 무기재 (5)가 일체가 된 구조가 된다. Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 단면도를 도 15에 나타내었다. 도 15와 같이, 금속 무기 복합재 분말 (6)의 표면에 절연 처리막 (2)가 피복된 형상이 된다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 단면도를 도 16에 나타내었다. 도 16과 같이, 절연 처리막 (2)의 표면에 표면 처리막 (3)이 피복된 형상이 된다.
(3) 에폭시 수지 ESCN190-2 및 경화제 H100이 각각 70 중량％가 되도록 메틸 에틸케톤에 용해하였다.
(4) (3)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 ESCN190-2에 (2)에서 표면 처리를 실시한 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 H100을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, TPP를 에폭시 수지 100에 대하여 0.4 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 90 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 6시간 가열 경화함으로써 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 17에 나타내었다. 도 17과 같이, 본 실시예의 고유전율 복합 재료는 수지 (4)에, 금속분 (1)과 무기재 (5)가 일체가 된 금속간 복합재 분말의 표면에 절연 처리막 (2)가 형성되고, 절연 처리막 (2)의 표면에 표면 처리막 (3)이 더 형성된 무기 충전재가 분산된 구조가 된다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 8>
본 발명의 제8의 실시예인 고유전율 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 에폭시 수지로서 에피코트 828 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 고유전율 재료로서 나노 수준 으로 혼합한 편평형의 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말을 사용하였다. 또한, 금속 무기 복합재 분말의 단축의 평균 크기는 0.2 ㎛이고, Fe의 BaTiO3에 대한 체적 비율은 7:3이었다. 사용한 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합 재료분의 단면도를 도 14에 나타내었다. Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말의 고유전율 재료의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다. 절연 처리 후의 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합 재료분의 단면도를 도 15에 나타내었다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다. 표면 처리 후의 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합 재료분의 단면도를 도 16에 나타내었다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP828에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 발명의 고유전율 복합 재료를 얻을 수 있었다. 고유전율 복합 재료의 단면도를 도 17에 나타내었다.
이어서, 본 발명의 고유전율 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 1 내지 8의 결과로부터, 본 고유전율 복합 재료를 사용한 기판은 높은 유전율과 낮은 유전정접을 가지며, 동시에 높은 체적 고유 저항을 갖기 때문에 필터, A/D 변환, 말단, 디커플링 콘덴서, 에너지 저장용 콘덴서 내장 기판으로서 양호한 특성을 갖는 것을 알았다.
<비교예 1>
제1의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP828 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 평균 입경 5 ㎛의 철분을 사용하였다. 철분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 5 ㎛의 철분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 철분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP828에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 철분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는, 유전율 및 체적 고유 저항은 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전정접이 큰 값이 되어 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 2>
제2의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP1001 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 디시안디아미드 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 평균 입경 0.5 ㎛의 아연분을 사용하였다. 아연분의 절연 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여 아연분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(2) 에폭시 수지 EP1001이 70 중량％가 되도록 메틸에틸케톤에 용해하였다.
(3) (2)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 EP1001에, (2)에서 표면 처리를 실시한 평균 입경 0.5 ㎛의 아연분을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 디시안디아미드를 에폭시 수지 100에 대하여 2.5 중량부가 되도록 첨가하고, 큐어 졸 CN을 에폭시 수지 100에 대하여 0.1 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 100 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 90분간 가열 경화함으로써 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는, 유전율에 대해서는 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전정접 및 체적 고유 저항이 큰 값이 되어 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 3>
제3의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 평균 입경 20 ㎛의 아연분을 사용하였다. 아연분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 아연분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 평균 입경 20 ㎛의 아연분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 아연분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 철분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물 에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 체적 고유 저항에 대해서는 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전율에 대해서는 값이 작고, 유전정접은 큰 값이 되어 고유전율 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 4>
제4의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP1001 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 디시안디아미드 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 볼 밀을 사용하여 분쇄한 평균 입경 0.1 ㎛의 아연분을 사용하였다. 이 아연분은 응집되어 있었기 때문에 메쉬 50 ㎛의 체를 사용하여, 최대 입경 50 ㎛ 이하의 응집된 아연분으로서 사용하였다. 아연분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인 산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 아연분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 최대 입경 50 ㎛의 아연분 응집물 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 아연분 응집물의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(3) 에폭시 수지 EP1001이 70 중량％가 되도록 메틸에틸케톤에 용해하였다.
(4) (3)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 EP1001에, (2)에서 표면 처리를 실시한 아연분 응집물을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 디시안디아미드를 에폭시 수지 100에 대하여 2.5 중량부가 되도록 첨가하고, 큐어 졸 CN을 에폭시 수지 100에 대하여 0.1 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 100 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 90분간 가열 경화함으로써 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 체적 고유 저항에 대해서 는 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전율에 대해서는 값이 작고, 유전정접은 큰 값이 되어 고유전율 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 5>
제5의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 평균 입경 1 ㎛의 구리분을 사용하였다. 크롬 도금한 구리분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 구리분 표면의 크롬 도금에는 회전식 수평 배럴 장치를 이용한 전기 도금을 행하였다. 평균 도금막 두께는 10 nm로 하였다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 크롬 도금한 구리분의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(3) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (2)에서 표면 처리를 실시한 금속분을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(4) (3)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경 화함으로써, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 유전율에 대해서는 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전정접이 크고, 체적 고유 저항은 작은 값이 되어 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 6>
제6의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 EP806 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 평균 입경 1 ㎛의 크롬분 및 평균 입경 0.1 ㎛의 Al2O3분을 사용하였다. 크롬분의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EF104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다.
(1) 평균 입경 1 ㎛의 크롬분 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다.
(2) 액상 에폭시 수지의 EP806에 대하여 (1)에서 절연 처리를 실시한 크롬분 및 Al2O3분 (체적 비율 3:1)을 60 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼 련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 그러나, 본 비교예에서 제작한 유기 수지 금속 복합 재료는 균일하게 혼합할 수 없었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 고유전율 기판용으로서 사용하기에는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 7>
제7의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 ESCN190-2 ((주)스미또모 가가꾸 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 H900 (도또 가가꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 TPP (홋꼬 가가꾸(주) 제조)를 사용하였다. 유기 수지 복합 재료용 원료로서 구형의 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말을 사용하였다. 또한, 금속 무기 복합재 분말의 평균 크기는 10 ㎛이고, Fe의 Al2O3에 대한 체적 비율은 7:3이었다. Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 절연 처리액에는 방청제로서 벤조트리아졸 0.4 mol/l, 계면활성제로서 EP104 (토켐 프로덕츠 제조)를 0.1 중량％ 함유시킨 인산염 화성 처리액을 사용하였다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말 1 kg에 대하여 절연 처리액 200 ml를 첨가하고, V 믹서로 30분 교반한 후, 180 ℃에서 60분의 열처리를 행하였다.
(2) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, (1)에서 절연 처리를 실시한 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(3) 에폭시 수지 ESCN190-2 및 경화제 H100이 각각 70 중량％가 되도록 메틸에틸케톤에 용해하였다.
(4) (3)의 메틸에틸케톤에 용해된 에폭시 수지 ESCN190-2에, (2)에서 표면 처리를 실시한 Fe-Al2O3 금속 무기 복합재 분말을 수지 경화 후에 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 H100을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, TPP를 에폭시 수지 100에 대하여 0.4 중량부가 되도록 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(5) (4)에서 생성된 혼합물을 90 ℃의 조건으로 용매 제거한 후, 180 ℃에서 6시간 가열 경화함으로써 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접, 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 유전율, 및 체적 고유 저항은 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전정접이 큰 값이 되어 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
<비교예 8>
제8의 비교예인 유기 수지 금속 복합 재료의 제작 방법을 이하에 설명한다. 본 비교예에서는, 에폭시 수지로서 에피코트 828 ((주)유까 쉘 제조), 에폭시 수지의 경화제로서 메타페닐렌디아민 (와꼬 쥰야꾸(주) 제조), 및 경화 촉진제로서 2E4MZ-CN (시꼬꾸 가세이(주) 제조)을 사용하였다. 유기 수지 금속 복합 재료용 원료로서 나노 수준으로 혼합한 편평형의 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말을 사용하였다. 또한, 금속 무기 복합재 분말의 단축 평균 크기는 0.2 ㎛이고, Fe의 BaTiO3에 대한 체적 비율은 7:3이었다. 절연 처리 후의 철분의 표면 처리액으로서 S510 (칙소(주) 제조)을 사용하였다.
(1) 물과 에탄올의 혼합 용매로 희석한 1 중량％ 함유의 S510 처리액을 사용하여, Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말의 표면 처리를 행하였다. 처리 조건은 150 ℃, 1시간으로 하였다.
(2) 액상 에폭시 수지의 EP828에 대하여 (1)에서 표면 처리를 실시한 Fe-BaTiO3 금속 무기 복합재 분말을 50 체적％가 되도록 첨가하고, 3축 롤을 사용하여 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물에 메타페닐렌디아민을 경화 반응에 관하여 에폭시 수지와 당량이 되도록 첨가하고, 2E4MZ-CN을 에폭시 수지에 대하여 0.5 중량부 더 첨가하여 동일하게 3축 롤을 사용하여 혼련하였다.
(3) (2)에서 생성된 혼합물을 80 ℃에서 4시간 및 180 ℃에서 4시간 가열 경화함으로써, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료를 얻을 수 있었다.
이어서, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료의 유전율, 유전정접 및 체적 고유 저항에 대해서는 실시예 1과 동일하게 하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과, 본 비교예의 유기 수지 금속 복합 재료는 유전율에 대해서는 양호한 값을 얻을 수 있었지만, 유전정접 및 체적 고유 저항이 큰 값이 되어 기판 재료로서는 부적합한 것을 알았다.
본 발명에 의해 얻어진 고유전율 복합 재료는 무기염에 의한 화성 처리를 이용한 절연 처리를 실시하고, 또한 유기 수지와 상용성 향상을 위한 표면 처리를 실시한 미크론 이하의 크기의 금속분을 유기 수지에 충전한 재료이기 때문에, 주파수가 GHz 오더에서도 15 이상의 유전율, 0.1 이하의 유전정접을 갖는다.
본 고유전율 복합 재료를 사용한 기판은 높은 유전율과 낮은 유전정접을 가지며, 동시에 높은 체적 고유 저항을 갖기 때문에 필터, A/D 변환, 말단, 디커플링 콘덴서, 에너지 저장용 콘덴서 내장 기판으로서 양호한 특성을 갖는다.
상기 기재는 실시예에 대해서 이루어졌지만, 본 발명은 그 주제와 첨부한 클레임의 주제 범위 내에서 여러가지 변경 및 수정이 가능하다는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다.

Claims (12)

  1. 유기 수지 및 그 안에 분산된 무기 충전재를 포함하며, 무기 충전재가 평균 입경이 5 ㎛ 이하인 코어 금속분 또는 평균 응집체 크기가 5 ㎛ 이하인 금속분의 코어 응집체, 코어를 피복하는 절연막 및 절연막을 피복하는 표면 처리막을 포함하는 복합 충전재를 포함하고, 표면 처리막이 절연막 및 유기 수지에 화학적으로 결합된 것인, 100 MHz 내지 40 GHz의 주파수 영역에서 유전율이 15 이상인 고유전율 복합 재료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 코어가 평균 응집체 크기가 5 ㎛ 이하인 금속분의 응집체인 고유전율 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서, 복합 충전재의 코어가 그 표면에 두께 1000 내지 1 nm의 Cr, Cd, Zn, Mn, Fe 중 1종 이상의 금속 피복막을 더 포함하는 고유전율 복합 재료.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 무기염을 사용한 화성 처리에 의해 제공되는 고유전율 복합 재료.
  8. 제1항에 있어서, 무기 충전재가 복합 충전재와 혼합된 금속 산화물을 더 포함하는 고유전율 복합 재료.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 전극 사이에 유전체층이 개재되어 구성되는 캐패시터를 회로 중에 형성한 다층 배선판이며, 상기 캐패시터가 제1항에 따른 고유전율 복합 재료인 것인 다층 배선판.
  12. 적어도 캐패시터를 내장하고 반도체 칩을 탑재하여 구성되는 모듈 기판이며, 상기 캐패시터가 제1항에 따른 고유전율 복합 재료인 것인 모듈 기판.
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