KR101975458B1 - 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물 - Google Patents

인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법은 알루미늄을 아노다이징하여 알루미나 막을 형성하는 단계, 및 상기 알루미나 막을 용융 및 분쇄하여 알루미나 파우더를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물 {Method of Manufacturing of the Alumina powder for printed circuit board filler and resin composition Including the same}
본 발명은 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물에 관한 것이다.
방열기판은 베이스 금속 위에 열전도성 PPG와 구리(Cu) 호일을 적층하여 제작된다. PPG 는 일반적으로 레진과 세라믹 필러를 혼합하여 제작된다.
기존 PPG 의 경우 레진에 알루미나, 질화알루미늄등의 파우더가 혼합된다.
알루미나(Al2O3)는 분자량이 101.96 이고, 비중이 3.965 이며, 용융점이 2072C인 백색 의 분말로서 육방정의 결정구조를 갖는다. 대부분의 알루미나는 보오크사이트(bauxite)광물을 원료로 하여 베이어(Bayer) 공정을 통하여 제조 되어지며, 높은 내열성과 내화학성, 내식성, 고강도 등에 기인하여 내마모재, 스파크 플러그, 절연애자, 연마재 내화물 세라믹 타일, 유리, 절삭공구, 생체재료, 촉매담체, 필터, 열교환기 부품, 내화물, 수지의 필러(resin filler), 섬유 등 광범위 하게 사용되고 있다. 대표적인 제조방법으로는 베이어(Bayer) 공정의 경우 수산화나트륨(NaOH)이 사용되어 최종파우더 제품에는 나트륨(Na) 불순물 함량이 높아 절연이 요구되는 전자부품에는 사용이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 일 측면으로 아노다이징 공법을 이용해 고순도 알루미나 파우더를 제작하는 방법을 제공하는데 있으며, 다른 측면으로는 상기 제작된 알루미나 파우더를 인쇄회로기판용 PPG 의 필러로 사용하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법은 알루미늄을 아노다이징 하여 알루미나 막을 형성하는 단계 및 상기 알루미나 막을 용융 및 분쇄하여 알루미나 파우더를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 알루미늄은 포일(foil) 또는 시트(sheet) 형태일 수 있다.
상기 알루미나 막을 형성하는 단계 이전에, 알루미늄을 세척하는 단계를 더 포함한다.
상기 알루미나 파우더 형성단계 이후에 파우더 중 철을 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기 알루미나 파우더 형성단계 이전에 알루미나 막을 분쇄하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판용 수지 조성물은 상기 제조된 알루미나 파우더를 필러로서 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판은 상기 제조된 알루미나 파우더를 필러로서포함하는 절연층 및 상기 절연층에 형성된 회로층을 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 아노다이징 공법으로 알루미나 파우더를 제작하여 PPG의 필러로 사용하는데 있어서, 기존에는 nm 크기에서 ㎛ 크기로 분말을 스케일 업 시켜, 절연파괴전압 및 열전도도를 높이는 효과를 도출할 수 있다.
또한 아노다이징 공법으로 알루미나 파우더를 제작할 시 고순도로 제작할 수 있어서, 불순물을 포함하지 않는다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판용 수지 조성물 제조 공정을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도 이다.
본 발명의 일 실시예는 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더를 제조 하는 방법으로 다음과 같다.
먼저, 알루미늄을 준비한다.
이때, 상기 알루미늄은 포일(foil) 또는 시트(sheet) 형태일 수 있는데, 여기서 상기 포일(foil) 형태는 수십 ㎛ 두께로 정의할 수 있으며, 상기 시트(sheet) 형태는 수백 ㎛ 두께로 정의할 수 있다.
다음으로, 알루미늄을 세척하는 공정을 수행한다.
상기 알루미늄을 세척하는 공정은 알루미늄 표면에 불순물을 제거하는 공정으로서, 상기 알루미늄 표면의 스크레치를 감소시키고, 균일한 면을 유지하기 위해서 시행 할 수 있다.
구체적으로, 계면활성제를 이용하여 표면 이물을 세척하거나, 산성 또는 알카리성 용액에 상기 알루미늄을 담궈 표면의 반응물을 제거해 줄 수 있다.
다음으로, 상기 알루미늄에 아노다이징 공정을 수행하여, 비정질 알루미나 막을 형성한다.
아노다이징법은 알루미늄 모재를 보통 산성 전해질 속에 침적한 상태에서 전기분해 반응을 통해 양극에서 발생하는 산소가 알루미늄 모재의 표면과 반응하여 알루미나 산화막이 형성되도록 한다. 그러나 아노다이징법으로 형성한 알루미나 산화막은 벌집보양으로 만들어지면서 수많은 기공들이 만들어지기 때문에 일반적으로 기공을 막아주는 봉공(sealing) 처리를 한다. 비등수 또는 아세트산니켈과 같은 금속염을 사용한 봉공 처리를 통해 얇은 아노다이징 산화막이라고 하더라도 약 500V 이상의 절연성을 확보할 수 있게 된다. 아노다이징 법은 이 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있으므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.
이때, 상기 아노다이징 공정에 사용되는 전해질 용액은 당업계에 공지된 어떤 용액을 사용해도 무방하다.
그리고 상기 알루미늄 표면 및 알루미늄 내부 전체를 산화처리 할 수 있다.
여기서, 고순도 비정질 알루미나 막을 형성 할 수 있다.
다음으로, 상기 비정질 알루미나 막을 용융한다.
이때, 상기 비정질 알루미나 막을 분쇄하는 공정을 추가하여 수행하여도 무방하다.
여기서, 본 발명에서는 아크 로(Arc Furnace)를 사용하였으나, 알루미나 막을 용융시킬 수 있는 적정 온도를 갖는 어떤 로(Furnace)도 사용가능하다.
다음으로, 상기 용융된 알루미나 용액을 주형에 흘려 넣어 굳히는 잉곳(ingot) 을 수행한다.
상기 잉곳(ingot)의 형태는 특별히 한정하지 않는다.
다음으로, 상기 잉곳(ingot) 공정을 통해 형성된 알루미나를 분쇄하여 결정질 알루미나 파우더를 제조한다.
이때, 상기 알루미나 파우더 크기는 수십 ㎛ 크기로 형성 할 수 있다.
이 과정에서 상기 분쇄된 알루미나 파우더를 크기별로 분류하는 과정을 수행 할 수 있다.
기존에 알루미나 제조를 위해 사용하던 솔-겔(sol-gel) 공법을 이용할 경우, 수십 ㎛ 크기의 알루미나 파우더를 제작하기 불가능하였으나, 본 발명의 방법에 따르면 원하는 크기로 분쇄할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존에는 베이어(Bayer) 공법을 사용하여 수십 ㎛ 크기의 알루미나 파우더 제작은 가능했으나, 고순도 알루미나를 제작하기 불가능하였다. 이에 따라 본 발명은 아노다이징 공법을 수행하여 고순도 알루미나 파우더 및 ㎛ 크기의 알루미나 파우더를 제작함으로써, 기존의 문제점을 해결 할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 상기 분쇄된 알루미나 파우더 중에서 철 성분을 제거하는 공정을 수행한다.
구체적으로, 본 발명에서는 자석을 이용하여 철 성분을 제거할 수 있다.
인쇄회로기판용 수지 조성물
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나 파우더를 필러로서 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물의 제조 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 알루미늄을 준비한다.
이때, 상기 알루미늄은 포일(foil) 또는 시트(sheet) 형태일 수 있는데, 여기서 상기 포일(foil) 형태는 수십 ㎛ 두께로 정의할 수 있으며, 상기 시트(sheet) 형태는 수백 ㎛ 두께로 정의할 수 있다.
다음으로, 알루미늄을 세척하는 공정을 수행한다.
상기 알루미늄을 세척하는 공정은 알루미늄 표면에 불순물을 제거하는 공정으로서, 상기 알루미늄 표면의 스크레치를 감소시키고, 균일한 면을 유지하기 위해서 시행 할 수 있다.
구체적으로, 계면활성제를 이용하여 표면 이물을 세척하거나, 산성 또는 알카리성 용액에 상기 알루미늄을 담궈 표면의 반응물을 제거해 줄 수 있다.
다음으로, 상기 알루미늄에 아노다이징 공정을 수행하여, 비정질 알루미나 막을 형성한다.
아노다이징법은 알루미늄 모재를 보통 산성 전해질 속에 침적한 상태에서 전기분해 반응을 통해 양극에서 발생하는 산소가 알루미늄 모재의 표면과 반응하여 알루미나 산화막이 형성되도록 한다. 그러나 아노다이징법으로 형성한 알루미나 산화막은 벌집보양으로 만들어지면서 수많은 기공들이 만들어지기 때문에 일반적으로 기공을 막아주는 봉공(sealing) 처리를 한다. 비등수 또는 아세트산니켈과 같은 금속염을 사용한 봉공 처리를 통해 얇은 아노다이징 산화막이라고 하더라도 약 500V 이상의 절연성을 확보할 수 있게 된다. 아노다이징 법은 이 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있으므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.
이때, 상기 아노다이징 공정에 사용되는 전해질 용액은 당업계에 공지된 어떤 용액을 사용해도 무방하다.
그리고 상기 알루미늄 표면 및 알루미늄 내부 전체를 산화처리 할 수 있다.
여기서, 고순도 비정질 알루미나 막을 형성 할 수 있다.
다음으로, 상기 비정질 알루미나 막을 용융한다.
이때, 상기 비정질 알루미나 막을 분쇄하는 공정을 추가하여 수행하여도 무방하다.
여기서, 본 발명에서는 아크 로(Arc Furnace)를 사용하였으나, 알루미나 막을 용융시킬 수 있는 적정 온도를 갖는 어떤 로(Furnace)도 사용가능하다.
다음으로, 상기 용융된 알루미나 용액을 주형에 흘려 넣어 굳히는 잉곳(ingot) 을 수행한다.
상기 잉곳(ingot)의 형태는 특별히 한정하지 않는다.
다음으로, 상기 잉곳(ingot) 공정을 통해 형성된 알루미나를 분쇄하여 결정질 알루미나 파우더를 제조한다.
이때, 상기 알루미나 파우더 크기는 수십 ㎛ 크기로 형성 할 수 있다.
이 과정에서 상기 분쇄된 알루미나 파우더를 크기별로 분류하는 과정을 수행 할 수 있다.
기존에 알루미나 제조를 위해 사용하던 솔-겔(sol-gel) 공법을 이용할 경우, 수십 ㎛ 크기의 알루미나 파우더를 제작하기 불가능하였으나, 본 발명의 방법에 따르면 원하는 크기로 분쇄할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존에는 베이어(Bayer) 공법을 사용하여 수십 ㎛ 크기의 알루미나 파우더 제작은 가능했으나, 고순도 알루미나를 제작하기 불가능하였다. 이에 따라 본 발명은 아노다이징 공법을 수행하여 고순도 알루미나 파우더 및 ㎛ 크기의 알루미나 파우더를 제작함으로써, 기존의 문제점을 해결 할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 상기 분쇄된 알루미나 파우더 중에서 철 성분을 제거하는 공정을 수행한다.
구체적으로, 본 발명에서는 자석을 이용하여 철 성분을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 제조된 알루미나 파우더에 수지를 혼합하는 공정을 수행한다.
여기서, 상기 제조된 알루미나 파우더는 필러로서 수지와 혼합하여 절연층을 이룰 수 있다.
구체적으로, 볼밀링, 믹싱 등 일반적인 믹싱 방식을 이용할 수 있으며, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 바이나프틸형 에폭시 수지, 안트라센형 에폭시 수지, 고무 변성형 에폭시 수지 및 사이클로알리파틱형 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제조된 알루미나 파우더는 수지 조성물중의 70 내지 90 중량% 비율일 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.
인쇄회로기판
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판은 상기 도 1 및 도 2에 도시된 방법으로 제조된 알루미나 파우더를 필러로서 포함하는 절연층 및 상기 절연층 상에 형성된 회로층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 아노다이징 공법으로 알루미나 파우더를 제작하여 절연층, 예를들어 PPG(prepreg)의 필러로 사용하는데 있어서, 기존에는 nm 크기에서 ㎛ 크기로 분말을 스케일 업 시켜, 절연파괴전압 및 열전도도를 높이는 효과를 도출할 수 있다.
또한, 아노다이징 공법으로 알루미나 파우더를 제작할 시 고순도로 제작할 수 있어서, 불순물을 포함하지 않는다는 장점이 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 아노다이징 공정으로 제조된 20㎛ 크기의 알루미나 파우더를 절연필름 필러로서 86중량% 혼합하였을 시 BDV(절연파괴전압)을 측정한 데이터이다.
표 1에 도시된 바와 같이, 상기 저 소다 20㎛ 필러는 당업계에 공지된 베이어(Bayer) 공정을 통하여 제조된 알루미나 파우더이며, 고순도 nm 필러는 당업계에 공지된 솔-겔(sol-gel) 공정을 통하여 제조된 알루미나 파우더이다.
여기서, 상기 저 소다 20㎛ 필러 및 고순도 nm 필러를 절연필름 필러로서 각각 86중량% 혼합하였을 시 BDV(절연파괴전압)을 측정한 데이터이다.
BDV(절연파괴전압) 측정 시, 절연필름의 두께는 100㎛로 측정하였다.
이때, 본 발명의 상기 아노다이징 공정으로 제조된 20㎛ 크기의 알루미나 파우더를 절연필름의 필러로서 혼합할 경우가 베이어(Bayer) 공법, 솔-겔(sol-gel) 공정으로 제조된 알루미나 파우더를 절연필름 필러로서 혼합할 경우보다 높은 BDV(절연파괴전압)이 측정된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 표 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 아노다이징 공정으로 제조된 20㎛ 크기의 알루미나 파우더를 절연필름에 86중량% 혼합하였을 시 열 전도도를 측정한 데이터이다.
표 2에 도시된 바와 같이, 상기 저 소다 20㎛ 필러는 당업계에 공지된 베이어(Bayer) 공정을 통하여 제조된 알루미나 파우더이며, 고순도 nm 필러는 당업계에 공지된 솔-겔(sol-gel) 공정을 통하여 제조된 알루미나 파우더이다.
여기서, 상기 저 소다 20㎛ 필러 및 고순도 nm 필러를 절연필름 필러로서 각각 86중량% 혼합하였을 시 열전도도를 측정한 데이터이다.
열 전도도 측정 시, 절연필름의 두께는 100㎛ 로 측정하였다.
이때, 본 발명의 상기 아노다이징 공정으로 제조된 20㎛ 크기의 알루미나 파우더를 절연필름의 필러로서 혼합할 경우가 베이어(Bayer) 공법, 솔-겔(sol-gel) 공정으로 제조된 알루미나 파우더를 절연필름 필러로서 혼합할 경우 보다 높은 열 전도도 값이 측정된 것을 확인 할 수 있었다.
BDV(절연파괴전압), 단위 : kV
저 소다 20㎛ 필러 고순도 nm 필러 본발명 20㎛ 필러
1 3.5 4.7 4.9
2 3.4 4.7 5.1
3 3.2 4.6 5
4 3.5 4.7 4.9
5 3.6 4.5 5.1
열 전도도, 단위 : W/mk
저 소다 20㎛ 필러 고순도 nm 필러 본발명 20㎛ 필러
1 2.8 3.1 3.5
2 2.7 3.1 3.4
3 2.7 3.2 3.4
4 2.6 3 3.3
5 2.8 3.1 3.4
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (7)

  1. 알루미늄을 아노다이징하여 알루미나 막을 형성하는 단계; 및
    상기 알루미나 막을 용융 및 분쇄하여 알루미나 파우더를 형성하는 단계;
    를 포함하는 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄은 포일(foil) 또는 시트(sheet) 형태인 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미나 막을 형성하는 단계 이전에,
    알루미늄을 세척하는 단계;
    를 더 포함하는 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미나 파우더 형성단계 이후에
    파우더 중 철을 제거하는 단계;
    를 더 포함하는 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미나 파우더 형성단계 이전에
    알루미나 막을 분쇄하는 단계;
    를 더 포함하는 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법.
  6. 청구항 1에 따라 제조된 알루미나 파우더를 필러로서 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물.
  7. 청구항 1에 따라 제조된 알루미나 파우더를 필러로서 포함하는 절연층; 및
    상기 절연층에 형성된 회로층;
    을 포함하는 인쇄회로기판.

KR1020130083745A 2013-07-16 2013-07-16 인쇄회로기판 필러용 알루미나 파우더 제조 방법 및 이를 포함하는 인쇄회로기판용 수지 조성물 KR101975458B1 (ko)

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