KR20060115326A

KR20060115326A - 기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060115326A
Application number: KR1020057023996A
Authority: KR
Inventors: 후미아키 키쿠에; 아키오 모리시타; 마사토 야스오카
Original assignee: 가부시키가이샤 네오맥스 마테리아르
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-11-08
Also published as: EP1672969A1; CN1757269A; US20070072425A1; JPWO2005036939A1; WO2005036939A1

Abstract

본 발명의 기판은, 금속판과, 금속판의 표면상에 형성된, 침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 절연막을 갖는다. 본 발명의 기판은 절연성이 우수하여 공업상 실용적인 효율로 제조할 수 있다.

Description

기판 및 그 제조방법{SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 배선 기판에 이용되는 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 베이스 기판에 금속판을 이용한 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전자기기의 배선 기판에는, 예컨대, 엑폭시등을 이용한 수지 기판, 세라믹 기판 및 금속 베이스기판 등이 이용된다. 금속 베이스 기판은 수지 기판이나 세라믹 기판에 비해서 강도가 높고, 기계 가공성이 우수하여 원하는 형상을 부여하기 쉽다고 하는 이점이 있다.

금속판은 도전성을 갖기 때문에, 베이스 기판에 금속판을 이용하는 금속 베이스 기판에서는, 배선 패턴은 금속판의 표면상에 형성된 절연막상에 설치 가능하다. 금속판의 표면에 형성되는 절연막으로서는, 예컨대 폴리이미드막이나 폴리아미드막 등의 유기 절연막을 들 수 있다(예컨대 일본국 특허공개 평성 제6-104542호공보).

그러나, 폴리이미드막이나 폴리아미드막은 내열성이 낮기(예컨대 내열온도(350℃) 때문에, 이들의 유기 절연막이 표면에 형성된 금속베이스 배선 기판은 용도나 가공온도가 제한되어 버린다. 구체적으로는, 예를 들면 자동차의 제어용 기판 등에 이용하는 경우, 500℃ 이상의 내열성이 요구되는 것도 있고, 이러한 경우에는 상기 유기절연막을 가지는 금속 베이스 배선 기판을 적용할 수 없다. 또한, 상기 유기 절연막을 갖는 배선 기판은, 금속판에 절연막을 형성한 뒤 프레스가공 할 수 없다.

산화알루미늄이나 산화 규소로 형성된 무기 절연막은 내열성이 우수하지만, 이것들의 막은 통상, 스퍼터링법을 이용하여 형성되고 막의 형성에 장시간 요한다. 구체적으로 예를 들면 스퍼터링법을 이용하여 막 두께0.3㎛ 이상의 막을 베이스 기판 표면상에 형성하기 위해서는 10시간 이상의 성막 시간이 필요하다. 따라서, 이러한 성막방법은 공업상 실용적이지 않다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 공업상 실용적인 효율로 제조할 수 있다, 금속판의 표면상에 절연성이 우수한 무기막이 형성된 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기판은, 금속판과, 상기 금속판의 표면상에 형성된, 침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 절연막을 가지고, 이것에 의해 상기 문제가 해결된다.

상기 입상입자는 실리카 입자, MgO입자 및 TiO₂입자중의 적어도 하나를 포함해도 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태로서는, 상기 입상입자는 실리카 입자를 포함한다. 상기 침상 알루미나입자의 아스펙트비는 6 이상 15 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 침상 알루미나입자의 장축은 70㎚이상 300㎚ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 입상입자의 평균입경은 5㎚ 이상 80㎚ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 절연막은, 상기 침상 알루미나입자를 0.3질량% 이상 80질량% 이하 포함하는 것이 바람직하다.

상기 절연막의 두께는 0.3㎛ 이상 3.5㎛ 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

상기 절연막의 표면거칠기는 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 금속판은 Cu, Fe-Ni-Cr합금, Fe-Cr합금, Fe-Ni합금, Fe 또는 Al에서 형성되더라도 좋다.

상기 금속판은 0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태로서는, 배선 기판은 상기 기판과, 상기 기판의 상기 절연막의 표면상에 형성된 배선 패턴을 구비한다.

본 발명의 기판의 제조 방법은, 침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 분산액을 조제하는 공정과, 금속판에 상기 분산액을 부여하는 공정과, 상기 분산액이 부여된 상기 금속판을 건조시키는 공정과, 상기 건조공정의 후에, 상기 금속판을 소성하는 것에 의해서 상기 금속판의 표면상에 절연막을 얻는 공정을 포함하고, 이것에 의해 상기의 과제가 해결된다.

상기 분산액을 부여하는 공정은 도포법에 의해서 행하여지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들면, 분산액에 금속판을 침지한 후, 금속판을 끌어 올리는 것에 의해서 금속판상에 절연막을 형성하는 방법(디핑코트)를 이용할 수 있다.

상기 분산액의 PH는 3.5 이상 5.5 이하의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다.

상기 분산액은 포름산 및 아세트산, 이들의 염 및 암모니아중의 적어도 하나를 포함해도 바람직하다.

상기 분산액에 있어서, 상기 침상 알루미나입자 및 상기 입상입자의 합계 농도는, 2질량% 이상 6질량% 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태로서는, 상기 입상 입자는 실리카 입자를 포함한다.

상기 침상 알루미나입자의 아스펙트비는 6 이상 15 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 입상입자의 평균입경은 5nm 이상 80nm 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 침상 알루미나입자 및 입상입자을 이용하여 금속베이스 기판상에 절연막을 형성하는 것에 의해 공업상, 실용적인 효율로 금속판의 표면상에 절연성이 우수한 무기막이 형성된 기판을 제조할 수 있다.

도 1a은 본 발명에 의한 실시예의 기판의 절연막 표면의 현미경(SEM)사진 이고, 도 1b는 도 1a에 표시된 구조의 모식도이다.

도 2는 실리카 입자만에 의해서 형성된 절연막 표면의 현미경(SEM)사진이다.

상술한 바와 같이 종래, 공업상 실용적인 제조 방법을 이용하여, 무기절연막을 금속판 표면상에 형성할 수가 없었다. 본 발명자는, 절연막의 재료에 미세한 무기입자를 이용하여, 금속판 표면상에 무기 절연막을 형성하는 방법을 검토했다. 그러나, 단순히 입자를 이용하여 절연막을 형성하는 것 만으로는 절연막에 핀홀(pinhole)이 형성되어 버리기 때문에, 높은 절연성을 가지는 절연막이 얻어지지 않는다. 연구의 결과, 침상 알루미나입자와 입상입자를 조합하여 절연막을 형성하면 핀홀이 없다. 높은 절연막을 가지는 무기막이 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 실시형태에 의한 기판은 금속판과, 금속판의 표면상에 형성된 침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 절연막을 갖는다. 여기서, 침상 알루미나입자는 장축과 단축을 가지고, 침과 같이 가늘고 긴 형상을 갖는 입자이다. 입상입자는, 침상 입자나 비늘 조각 형상입자를 포함하지 않고, 예를 들면, 구상입자 나 부정형입자를 포함한다.

본 발명에 의한 실시예의 기판의 절연막 표면의 현미경(SEM)사진을 도 1(a)에 도시하고, 그 구조를 모식적으로 도시한 도면을 도 1b에 나타낸다.

이 절연막은 침상 알루미나입자(장축 1OOnm, 아스펙트비 10)(2)와, 입상입자로서 실리카입자(구상입자, 평균입경 30nm)(4)을 포함하고 있다. 이 절연막은, 침상 알루미나입자와 실리카입자를 7:3의 질량비로 포함하도록 설정되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 침상 알루미나입자에 의해서 형성되는 그물코 구조중에 실리카 입자가 들어가 간격이 적은 치밀한 구조가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 절연막중에서 침상 알루미나입자 및 실리카입자는 모두 균일하게 분산하고 있고, 절연막내의 거의 전체에 걸쳐서, 상기 간격이 적은 치밀한 구조가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 기판의 절연막은 물리적 특성이 우수하다. 구체적으로는 예를 들면, 기판을 휘더라도 금속판으로부터 절연막이 박리하기 어렵고, 또한, 내식성 및 절연성에 우수하다. 또한, 절연막의 재료에 입자을 이용하므로 입자분산액을 이용하여 성막 가능하기 때문에 공업적으로 양산 가능하다. 또한, 제조 방법이 쉽다. 또한, 제조 방법에 있어서는 이후 상세히 설명한다.

비교를 위해서 침상 알루미나입자를 포함하지 않고, 실리카입자(구상입자,평균입경 30㎚)만으로 형성된 절연막 표면의 현미경(SEM)사진을 도 2에 나타낸다. 절연막이 침상 알루미나입자를 포함하지 않고, 입상입자만으로 형성되어 있는 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이 국소적으로 입자가 누락된 것 같은 공간이 형성된 다. 이 결과 얻어지는 절연막에는 핀홀이 형성되어 충분한 절연성 및 내식성을 얻을 수 없다.

또한, 도시되지 않았지만 침상 알루미나입자만으로 형성한 절연막 표면을 SEM 관찰한 결과, 침상 알루미나입자의 사이에 간격이 형성되는 것을 알았다. 이 결과 얻어지는 절연막에는 다수의 핀홀이 형성되어 기판과의 밀착성이 나빠 충분한 절연성 및 내식성를 얻을 수 없다.

상술한 바와 같이, 침상 알루미나입자와 입상입자를 조합하면, 침상알루미나입자와 입상입자에 의해서 형성되는 치밀하고 균일한 미세 구조에 의해 절연성 및 그 밖의 물리적 특성이 우수한 무기막을 얻을 수 있었다.

입상입자는 상술한 실리카입자 이외에 예컨대, Mg0입자 또는 TiO₂입자라도 좋고 혹은, 이들을 혼합하여 이용할 수 있다.

침상 알루미나입자의 아스펙트비를 조정하면, 침상 알루미나입자 및 입상입자를 절연막의 거의 전면에 균일하게 분산할 수 있기 때문에 상술한 바와 같이 침상 알루미나입자와 입상입자에 의해서 절연막내의 거의 전체에 걸쳐 간격이 적은 치밀한 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로는, 침상 알루미나입자의 아스펙트비(장축과 단축의 비)는 6 이상 15 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 아스펙트비가 6 미만에서는 절연막의 일부에서 입자끼리 응집해 버리는 문제가 발생하는 경우가 있고, 15를 넘으면 침상 알루미나입자와 입상입자가 서로 분리해 버리는 문제가 발생하는 경우가 있다.

침상 알루미나입자의 아스펙트비 뿐만아니라, 침상알루미나입자의 장축의 사이즈나 입상입자의 평균입경도 절연막내에 형성되는 미세 구조에 영향을 부여한다. 상술한 바와 같이 침상 알루미나입자와 입상입자에 의해서 절연막내의 거의 전체에 걸쳐 간격이 적은 치밀한 구조를 형성하기 위해서는 구체적으로는 침상 알루미나입자의 장축이 70nm 이상 300nm 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 장축의 사이즈가 70nm 미만에서는, 입자끼리 응집하는 문제가 발생하는 경우가 있다. 장축의 사이즈가 300nm을 넘으면 입자 사이에 큰 간격이 형성되어, 절연막에 핀홀이 형성되는 문제가 발생하는 경우가 있다. 또한, 입상입자의 평균입경은 5nm 이상 80nm 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 평균입경이 5nm 미만에서는 침상 알루미나 입자끼리 응집하여, 침상 알루미나입자와 입상입자가 서로 분리되는 문제가 발생하는 경우가 있고, 80nm을 넘으면, 입자 사이에 큰 간격이 형성되어, 절연막에 핀홀이 형성되는 문제가 발생하는 경우가 있다.

또한, 절연막에 포함되는 침상 알루미나입자와 입상입자의 함유비율도 절연막내에 형성되는 미세 구조에 영향을 미친다. 상술한 바와 같이 침상알루미나입자와 입상입자에 의해서 절연막내의 거의 전체에 걸쳐 간격이 적은 치밀한 구조를 형성하기 때문에 구체적으로 절연막에 포함되는 침상 알루미나입자는 0.3 질량% 이상 80질량% 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 침상 알루미나입자의 함유량이 80질량%을 넘으면, 침상 알루미나입자끼리 응집하고, 침상 알루미나입자의 사이에 공극이 형성되어 버린다. 한편, 침상 알루미나입자의 함유량이 0.3질량% 미만에서는, 침상 알루미나입자를 첨가한 효과가 발휘되지 않고, 입상입자끼리 응집하여 입 상입자의 사이에 공극이 형성되어 버린다.

금속판에는 기계가공에 의해서 용이하게 형상을 부여할 수 있도록, 막 두께가 0.05mm 이상 0.5mm 이하의 범위내에 있는 것이 적합하게 이용된다. 금속판에는 구체적으로 예를 들면, Fe-Ni-Cr 합금 또는 Fe-Cr 합금등으로 형성되는 스테인레스판이 이용된다. 스테인레스판은 특히, 절단면의 내부식성에 우수한 성질을 갖고 있다. 혹은, 금속판은 Fe-Ni합금, Fe, Al 또는 Cu에서 형성되어 있더라도 좋다. Al판을 이용하면 예컨대 경량인 이점이 있다. 또한, Cu 판을 이용하면, 예를 들면 열전도성이 우수하는 이점이 있다.

절연막의 두께는 절연막의 내전압성을 고려하면 0.3㎛ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0㎛ 이상이다. 막 두께의 상한값은 전형적으로는 3.5㎛이다.

본 실시형태의 기판에서는, 예를 들면 막 두께 1㎛의 절연막을 금속판에 형성한 경우에, 금속판의 표면거칠기와 같은 정도(예컨대 0.3㎛ 이하)로 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 의한 기판의 제조 방법을 설명한다. 이하의 설명으로서는 입상입자에 실리카입자를 이용한 경우를 예시한다.

본 발명의 실시형태에 의한 기판의 제조 방법은 (a) 침상 알루미나입자 및 실리카 입자를 포함하는 분산액을 조제하는 공정과, (b) 금속판에 분산액을 부여하는 공정과, (c) 분산액이 부여된 금속판을 건조시키는 공정과, (d) 건조공정의 후에 금속판을 소성하는 공정을 포함한다.

이 제조 방법에서는 입자를 포함하는 분산액을 이용하므로 예를 들면, 스퍼 터링법을 이용하는 경우보다도 높은 효율로 금속판의 표면상에 피막이 형성된 기판을 제조할 수 있다. 또한, 제조가 간편하고 제조비용이 낮다. 분산액으로서는 예를 들면, 물에 침상 알루미나입자 및 실리카입자를 분산시킨 분산액을 이용할 수 있다.

분산액중의 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 함유비율은 절연막중의 침상알루미나입자의 함유율이 0.3질량% 이상 80질량% 이하의 범위내가 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 상기와 같은 치밀한 미세 구조를 막 전체에 걸쳐 균일하게 형성할 수 있고 절연막에 핀홀이 형성되는 것을 억제할 수 있는 때문이다.

또한, 분산액은 침상 알루미나입자 및 실리카입자의 합계의 농도를 2질량% 이상 6질량% 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 농도로 설정하면, 침상 알루미나입자 및 실리카입자를 양호한 상태로 분산시킬수 있으므로, 표면요철이 작은 평탄한 절연막을 형성할 수 있다.

또한, 분산액중의 입자의 분산을 안정되도록 하기 위해서 분산액의 pH를 3.5 이상 5.5 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 분산액의 pH는 예를들면 포름산 및 아세트산, 이들의 염 및 암모니아중의 적어도 하나에 의해서 조정된다. 또한 침상 알루미나입자 및 실리카입자를 용액중에 보다 균일하게 분산시키기 위해서 필요에 따라서 분산제를 첨가해도 좋다. 분산제로서는 예를 들면 헥사메틸렌산나트륨을 이용할 수 있고, 분산액에 대한 농도가 0.1질량% 정도가 되도록 첨가한다.

분산액에 있어서 입자가 균일하게 분산하고 있는가 아닌가는, 예를 들면, 분산액의 투과율의 시간변화를 관찰하는 것에 의해 판단된다. 구체적으로는, 예를 들면 교반(攪拌) 직후의 분산액과 교반 후 0.5에서 1시간 경과시의 분산액과의 사이에 투과율의 변화가 목시적으로 확인되지 않는 경우, 분산액중에 입자가 균일하게 분산되어 있다고 판단된다. 본 실시형태의 제조 방법에서는, 입자가 균일하게 분산된 분산액을 이용한 경우 표면요철이 작은 평탄한 절연막(예를 들면 표면거칠기 0.3㎛ 이하)을 얻을 수 있다.

금속판에 분산액을 부여하는 공정(b)은 도포법에 의해서 행하여지는 것이 바람직하다. 제조가 간편하고 공업상으로 실용적 때문이다. 구체적으로 예를 들면 디핑코트법이 이용된다. 디핑코트법에서는 분산액에 금속베이스판을 침지한 후 금속베이스판을 끌어 올리는 속도를 조정함으로써 얻어지는 절연막의 두께를 제어할 수 있다. 구체적으로 끌어 올리는 속도를 빨리하면 절연막의 두께를 크게 할 수 있다.

건조공정(c)은 예를 들면 80℃ 이상 120℃ 이하의 범위의 온도 조건하에서 행하여진다. 또한, 소성공정(d)은 450℃ 이상 750℃ 이하의 범위의 온도 조건하에서 행해진다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명한다.

[ 실시예 1 ]

이하에 설명하는 방법에 의해 실시예 1의 기판을 제작했다.

침상 알루미나입자(장축 1OOnm, 아스펙트비 10) 및 실리카입자(구상입자, 평균입경 20nm)의 합계농도가 5질량%인 수용액을 준비했다. 이 수용액에 아세트산을 첨가하여 pH를 4.5로 조정하여 분산액을 조제했다. 또한, 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 질량비율은 3:7로 했다.

Fe와 Cr의 합금으로 형성된 금속판(사이즈 50mm×50mm×0.1mm)를 준비했다. 이 금속판의 표면거칠기(Ra)는 0.3㎛이다. 액온도를 30℃로 설정한 상기 분산액에 금속판을 60초간 침지시켜서 분산액중에서 금속판을 끌어 올렸다(디핑코트법). 금속판을 침지시키고 나서 끌어 올리기까지의 사이, 분산액을 계속해서 교반했다. 끌어 올리는 속도는 0.3m/분으로 했다.

분산액이 도포된 금속판을 건조기에 넣어 100℃로 가열하고 건조시켰다. 이때의 막 두께는 1.2㎛이었다. 건조는 금속판에 온풍을 불어서 100℃ 온도, 건조 시간 1시간으로 행했다. 건조 후, 대기중에서 소성시키는 것에 의해 소성온도 550℃, 소성시간 5분 동안 소성했다. 이 소성 조건에 의해 절연막은 충분히 소성되었다. 또한, 소성 조건은 금속판의 절연막의 경도가 일정값에 도달하는 것을 기준으로서 설정했다. 여기에서는 소성 시간을 5분으로 설정하여, 50℃씩 다른 온도에서 각각 소성한 샘플의 경도를 측정하고, 소성온도의 차이가 50℃에서 2개의 샘플의 경도 차이가 2% 이하로 된 경우에 충분히 소성되었다라고 판단했다. 또한, 경도는 미소경도계을 이용하여 측정했다.

이상에 의해 막 두께 1.O㎛의 절연막을 얻었다. 절연막중의 알루미나의 함유량은 31질량%이다. 또한, 절연막중의 알루미나의 함유량은 EPMA을 이용하여 평가했다.

(실시예2)

이하에 설명하는 방법에 의해 실시예 2의 기판을 제작했다.

침상 알루미나입자(장축 1OOnm, 아스펙트비 10) 및 실리카입자(구상입자, 평균입경 20nm)의 합계농도가 5질량%인 수용액을 준비했다. 이 수용액에 아세트산을 첨가하고 pH를 4.6으로 조정하여 분산액을 조제했다. 또한, 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 질량비율은 1:9으로 했다.

실시예 1과 같은 금속판을 준비했다. 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 금속판의 표면에 절연막을 형성했다. 또한, 분산액의 액온도는 30℃로 설정하고, 이 분산액에 금속판을 60초간 침지시켜서 끌어 올려 0.3m/분의 속도로 분산액중에서 금속판을 끌어 올렸다. 이후, 실시예 1과 같은 조건으로 건조시켜 두께 0.9㎛의 절연막을 형성하여 소성을 행했다. 소성공정의 조건도 실시예 1과 동일한 방법으로 행했다.

이상에 의해 막 두께 0.7㎛의 절연막을 얻었다. 절연막중의 알루미나의 함유량은 10질량%이다.

(실시예 3)

이하에 설명하는 방법에 의해 실시예 3의 기판을 제작했다.

침상 알루미나입자(장축 80nm, 아스펙트비 7) 및 실리카입자(구상입자, 평균입경 30nm)의 합계농도가 3질량%인 수용액을 준비했다. 이 수용액에 아세트산을 첨가하고 pH를 4.7로 조정하여 분산액을 조제했다. 또한, 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 질량비율은 7:3으로 했다.

Fe와 Ni와의 합금으로 형성된 금속판(사이즈, 50mm×50mm×0.3mm)를 준비했 다. 이 금속판의 표면거칠기(Ra)는 0.2㎛ 였다. 실시예 1에 기재한 것과 같은 방법을 이용하여 금속판의 표면에 절연막을 형성했다. 또한, 분산액의 액온도는 30℃로 설정하고, 이 분산액에 금속판을 60초간 침지시킨 후 끌어 올려 0.3m/분의 속도로 분산액중에서 금속판을 끌어 올렸다. 이후, 실시예 1과 동일한 조건으로 건조시켜 두께 0.5㎛의 절연막을 형성하고, 또한 소성을 했다. 소성공정의 조건도 실시예 1과 동일한 방법으로 실행했다.

이상에 의해 막두께 O.4㎛의 절연막을 얻었다. 절연막중의 알루미나의 함유량은 72질량%이다.

(실시예 4)

이하에 설명하는 방법에 의해 실시예 4의 기판을 제작했다.

침상 알루미나입자(장축 120nm, 아스펙트비 10) 및 실리카입자(구상입자, 평균입경 30nm)의 합계농도가 5질량%인 수용액을 준비했다. 이 수용액에 아세트산을 첨가하고 pH를 4.7로 조정하여 분산액을 조제했다. 또한, 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 질량비율은 7:3으로 했다.

실시예 3와 같은 금속판을 준비했다. 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 금속판의 표면에 절연막을 형성했다. 또한, 분산액의 액온도를 30℃에 설정하고, 이 분산액에 금속판을 60초간 침지시켜 끌어 올려서 0.3m/분으로 속도로 분산액중에서 금속판을 끌어 올렸다. 이후, 실시예 1과 같은 조건으로 건조시키고 두께 l.O㎛의 절연막을 형성하여, 또한 소성을 했다. 소성공정의 조건도 실시예 1과 동일하게 했다.

이상에 의해 막두께 0.8㎛의 절연막을 얻었다. 절연막중의 알루미나의 함유량은 74질량%이다.

(실시예 5)

침상 알루미나입자로서 아스펙트비가 5인 것을 이용한 이외는 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 실시예 5의 기판을 제작했다. 절연막의 두께는 1.0㎛이었다. 절연막중의 침상 알루미나입자의 함유율은 32질량%였다.

(실시예 6)

실리카입자로서, 평균입경 90nm의 구상입자를 이용한 이외는 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 실시예 6의 기판을 제작했다. 절연막의 두께는 1.2㎛였다. 절연막중의 침상 알루미나입자의 함유율은 30질량%였다.

(실시예 7)

분산액으로서, 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 질량비율이 85:15의 것을 이용한 이외는 실시예 2와 동일한 방법 및 조건으로 실시예 7의 기판을 제작했다. 절연막의 두께는 0.8㎛였다. 절연막중의 침상 알루미나입자의 함유율은 88 질량% 였다.

(실시예 8)

침상 알루미나입자로서, 장축이 350nm인 것을 이용한 이외는 실시예 2와 동일한 방법 및 조건으로 실시예 8의 기판을 제조했다. 절연막의 두께는 0.7㎛이었다. 절연막중의 침상알루미나의 함유율은 12질량%였다.

(비교예 1)

이하에 설명하는 방법에 의해 비교예 1의 기판을제조했다.

절연막의 재료에 침상 알루미나입자를 이용하지 않고, 실리카입자(구상입자, 평균입경 20nm)만을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 기판을 제작했다. 절연막의 막 두께는 0.4㎛였다.

(비교예 2)

비교예 2에서는, 비교예 1의 기판의 제조 방법에 있어서, 건조공정 후에, 다시 한번 도포공정을 행하여 기판을 제작했다. 절연막의 막 두께는 0.8㎛이었다.

(비교예 3)

이하에 설명하는 방법에 의해, 비교예 3의 기판을 제작했다.

실시예 3에서 설명한 절연막의 재료에 있어서, 침상 알루미나입자 대신에 입상알루미나입자(구상입자, 평균입경 80nm)을 이용한 것 이외는 실시예 3와 동일한 방법 및 조건으로 기판을 제작했다. 절연막의 막 두께는 O.4㎛이다.

(평가)

실시예 및 비교예의 기판을 평가하기 위해서 각각의 기판을 이용하여, 90°휨 시험, 핀홀시험 및 SEM 관찰을 했다.

90°휨 시험에서, 얻어진 기판의 중앙 부분에 부하를 가하여 90°꺽기 , 금속판 표면상의 절연막이 박리하는가 아닌가를 평가했다. 90°휨시험(bending test)은 동일 샘플에 대하여 3회 실시했다.

핀홀 시험에서는 금속판 표면상의 절연막에 대하여 JIS-H-8617에 의한 내식성시험(페록실시험)을 행한 후, 절연막상의 소정의 위치(5mm 간격으로, 10개 측정) 에 테스터의 테스트막대를 대어 전기 저항을 측정했다. 200Ω초인 경우 도통(導通)이 없다고 판단하여 절연막에 핀홀이 형성되어 있지 않다, 즉, 내식성 및 절연성이 우수하다고 평가했다. 한편, 200Ω 이하인 경우, 도통(導通)하고 있다고 판단하여 절연막에 핀홀이 형성되어 있다고 평가했다.

절연막의 표면을 SEM 관찰한 결과, 알루미나입자 및 실리카입자가 절연막의 거의 전면에 분산하고 있고, 또한, 알루미나입자 및 실리카입자에 의해서 간격이 적은 치밀한 미세 구조가 형성되어 있는 경우, 절연막은 금속판을 균일하게 피막되어 있다고 평가했다.

(결과)

실시예 1∼8 및 비교예 1∼3의 90°휨 시험, 핀홀 시험 및 SEM 관찰의 결과 및 종합평가를 하기의 표 l에 나타낸다. 또한, 종합평가는 휨 시험, 핀홀 시험 및 SEM 관찰의 모두에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었던 경우, 즉, 90°휨 시험에 의해 절연막의 박리가 없고, 또한, 핀홀 시험에 의해 실질적으로 도통이 없고, 또한, SEM 관찰에 의해 금속판 표면상에 절연막이 거의 균일하게 피막되어 있다고 평가한 경우는 ○이고, 이외의 경우에는 ×이다. 또한 완전히 도통이 없고, 또한, SEM 관찰에 의해 금속판 표면상의 절연막에 응집부 및 공극부가 인정을 받을 수 없는 경우를 ◎로 했다.

[표 1]

	꺽기시험	핀홀시험	SEM 관찰	종합평가
실시예1	박리없음	도통없음	피막 균일	◎
실시예2	박리없음	도통없음	피막 균일	◎
실시예3	박리없음	도통없음	피막 균일	◎
실시예4	박리없음	도통없음	피막 균일	◎
실시예5	박리없음	도통없음	피막 균일 (일부에 침상 알루미나의 응집부)	○
실시예6	박리없음	도통없음	피막균일 (일부에 작은 공극부)	○
실시예7	일부에 작은 박리 가짐	도통없음 (일부에 근소한 도전부)	피막균일 (일부에 침상 알루미나의 응집부)	○
실시예8	일부에 작은 박리 가짐	도통없음 (일부에 근소한 도전부)	피막균일 (일부에 작은 공극부)	○
비교예1	박리있음	도통있음	공극이 관찰되고, 피막불충분)	×
비교예2	박리있음	도통있음	공극이 관찰되고, 피막불충분)	×
비교예3	박리있음	도통있음	공극이 관찰되고, 피막불충분)	×

표 1에 의해, 실시예 1∼8의 기판과 같이 침상 알루미나입자와 실리카입자의 조합을 이용하여 형성된 절연막은 금속판으로부터 박리하기 어렵고, 내식성 및 절연성이 우수한(절연성 및 그 밖의 물리적 특성에 우수하다)것을 알 수 있었다. 또한, SEM 관찰에 의해 절연막이 금속판 표면을 균일하게 피막하고 있는 것을 알 수 있다.

이것에 대하여, 비교예 1과 같이 실리카입자만을 이용하여 형성된 절연막, 또는 비교예 3와 같이 입상알루미나입자와 실리카입자와의 조합을 이용하여 형성된 절연막에서는 절연성 및 그 이외의 물리적 특성이 뒤떨어지고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, SEM 관찰에 의해 입상입자의 사이에 공간이 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 또한, 비교예 2와 같이 실리카입자만을 이용하여 형성된 막 두께가 큰 절 연막이더라도, 물리적 특성을 높게 할 수 없고, 입상입자 사이의 공간이 형성되는 것을 억제할 수 없다.

상기의 결과에 의해 입상입자만으로는 간격이 적은 치밀한 미세 구조를 형성할 수 없고, 소망하는 절연성 및 그 밖의 물리적 특성을 갖는 절연막를 얻을 수 없는 것에 대하여 침상 알루미나입자와 입상입자의 조합을 이용하여 절연막을 형성하면, 침상 알루미나입자 및 입상입자를 절연막의 거의 전면에 분산시켜, 또한, 침상알루미나입자 및 입상입자에 의해서 간격이 적은 치밀한 미세 구조를 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 침상 알루미나입자 및 입상입자에 의해서 형성되는 미세한 구조에 의해 절연막의 절연성 및 그 밖의 물리적 특성을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 입상입자만으로 절연막을 형성한 경우, 절연막의 막두께를 크게 하더라도, 간격이 적은 치밀한 미세 구조를 형성할 수 없고, 소망하는 물리적 특성을 갖는 절연막을 얻을 수 없었다.

또한, 실시예 1과 실시예 5의 비교로부터, 침상 알루미나입자의 아스펙트비는 어느 정도 큰(아스펙트비 5초이다) 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 실시예 1과 실시예 6와의 비교에 의해 구상입자의 평균입경은 너무 크지 않는(90nm 미만이다) 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2와 실시예 7와의 비교에 의해 침상알루미나입자가 과다하지 않은(88질량% 미만이다) 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2와 실시예 8와의 비교에 의해 침상 알루미나입자의 장축은 너무 길지 않는(350nm 미만이다) 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

(실시예 9)

침상 알루미나입자의 장축과 아스펙트비를 변화시켜 4종류의 샘플(샘플1∼4)을 제작하고, 90°휨 시험, 핀홀시험 및 SEM 관찰을 했다. 90°휨 시험, 핀홀시험 및 SEM 관찰의 상세한 설명은 상술한 바와 같다.

이 4종류의 샘플은 모두 절연막의 재료로서 침상 알루미나입자와 실리카입자를 포함한다. 실리카입자에는 평균입경 30nm의 구상입자를 이용하고, 절연막에 있어서 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 함유량의 질량비율은 7:3가 되도록 설정했다. 또한, 베이스 기판의 금속판에는 50mm×50mm×0.2mm의 철판을 이용하고, 철판의 표면에 막 두께 O.4㎛의 절연막을 형성했다.

실시예 9의 휨 시험, 핀홀시험 및 SEM 관찰의 결과 및 종합평가를 하기의 표 2에 나타낸다.

[표 2]

샘플번호	침상 알루미나입자의 장축의 길이(nm)	침상알루미나입자의 아스펙트비	핀홀 시험	SEM 관찰	종합평가
1	500	10	도통있음	아루미나입자와 실리카입자가 상호 분리하고, 피막불충분	×
2	400	6	도통있음	아루미나입자와 실리카입자가 상호 분리하고, 피막불충분	×
3	300	10	도통없음	피막균일	○
4	100	10	도통없음	피막균일	○

표 2에 의해, 침상 알루미나입자의 장축사이즈 및 아스펙트비가 절연막내에 형상되는 미세구조의 형태 및 절연막의 물리적 특성에 영향을 부여하는 것을 알 수 있었다.

침상 알루미나입자의 장축의 길이가 300nm을 넘는 절연막(샘플1 및 2)은 물리적 특성이 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, SEM 관찰에 의해 샘플 1 및 2의 절연막에서는 침상 알루미나입자와 실리카입자가 서로 분리하여 침상 알루미나입자가 응집한 영역과 실리카입자가 응집한 영역이 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 이에 대해 침상 알루미나입자의 장축의 길이가 300nm 이하의 절연막(샘플3 및 4)은 절연성 및 그 밖의 물리적 특성이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, SEM 관찰에 의해 절연막이 금속판 표면을 균일하게 피막하고 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 특히 상세한 결과는 나타내지 않지만, 침상 알루미나입자의 아스펙트비도 절연막내에 형성되는 미세 구조의 형태 및 절연막의 물리적 특성에 영향을 부여하는 것을 알 수 있었다. 침상 알루미나입자의 아스펙트비가 작으면 알루미나입자의 형상이 구상에 접근하기 때문에 간격이 적은 치밀한 미세 구조를 형성할 수 없다.

상기의 결과에 의해 침상 알루미나입자의 장축 사이즈 및 아스펙트비를 적절히 조정함으로써, 알루미나입자 및 실리카입자를 절연막의 거의 전면에 균일하게 분산시키고, 더욱이, 알루미나입자 및 실리카입자에 의해서 간격이 적은 치밀한 미세 구조를 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 알루미나입자 및 실리카입자에 의해서 형성되는 미세한 구조에 의해 절연막의 절연성 및 그 밖의 물리적 특성을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

(실시예 10)

본 실시예에서는 본 발명의 기판의 내열성의 평가를 하기 위해서, 4종류의 샘플(샘플5∼8)을 제작했다. 절연막의 소성온도 또는 막 두께를 변화시켜 상기 4종류의 샘플을 제작했다. 이 4종류의 샘플은 모두 절연막의 재료로서 침상 알루미나입자와 실리카입자를 포함한다. 실리카입자에는 평균입경 30nm의 구상입자를 이용하고, 침상 알루미나입자에는 장축의 사이즈 1OOnm, 아스펙트비 10의 것을 이용했다. 절연막에 있어서의 침상 알루미나입자와 실리카입자와의 함유량의 질량비율은 7:3가 되도록 설정했다. 또한, 베이스 기판의 금속판에는 50mm×50mm× 0.099mm의 Fe와 Ni와의 합금으로 형성된 금속판을 이용했다.

상기 4종류의 샘플을 900℃에 10분간 가열한 뒤, 90°휨 시험 및 핀홀 시험을 실행했다.

실시예 6의 휨 시험, 핀홀 시험 및 SEM 관찰의 결과 및 종합평가를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

샘플번호	소성온도 (℃)	절연막의 막 두께(㎛)	휨 시험	핀홀시험	SEM 관찰	종합평가
5	500	0.5	박리없음	도통없음	피막균일	○
6	600	0.5	박리없음	도통없음	피막균일	○
㎛㎛┽㎛7	600	0.7	박리없음	도통없음	피막균일	○
8	750	0.7	박리없음	도통없음	피막균일	○

표 3에 의해, 실시예 10의 샘플 5∼8의 기판은, 900℃에 가열한 후에도, 높은 물리적특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 900℃에 가열한 후에도, SEM 관찰에 의해 절연막이 금속판 표면을 균일히 피막하고 있는 것을 알 수 있었 다.

이것으로 부터 실시예 10의 기판은 900℃ 이상의 내열성을 가지는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 기판은, 여러가지 전자기기의 배선 기판에 이용된다. 본 발명의 기판은 절연성이나 내열성 등의 물리적 특성에 우수하기 때문에, 예를 들면 자동차의 제어용 기판에 이용할 수 있다.

Claims

금속판과,

상기 금속판의 표면상에 형성된 침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 절연막을 갖는 기판.
제1항에 있어서,

상기 입상입자는, 실리카입자, MgO입자 및 TiO₂입자중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
제2항에 있어서,

상기 입상입자는 실리카입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침상 알루미나입자의 아스펙트비는 6 이상 15 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 기판.
제4항에 있어서,

상기 침상 알루미나입자의 장축은 70nm 이상 300nm 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입상입자의 평균입경은 5nm 이상 80nm 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막은 상기 침상 알루미나입자를 0.3질량% 이상 80질량% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막의 두께는 0.3㎛ 이상 3.5㎛ 이하의 범위내에 있는 것을 특징으로하는 기판.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막의 표면거칠기는 0.3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속판은 Cu, Fe-Ni-Cr합금, Fe-Cr합금, Fe-Ni합금, Fe 또는 Al로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속판은 0.05mm 이상 0.5mm 이하의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항 기재의 기판과, 상기 기판의 상기 절연막의 표면상에 형성된 배선 패턴을 구비하는 배선 기판.
침상 알루미나입자 및 입상입자를 포함하는 분산액을 조제하는 공정과,

금속판에 상기 분산액을 부여하는 공정과,

상기 분산액이 부여된 상기 금속판을 건조시키는 공정과,

상기 건조공정의 후에, 상기 금속판을 소성하는 것에 의해서, 상기 금속판의 표면상에 절연막을 얻는 공정을 포함하는 기판의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 분산액을 부여하는 공정은 도포법에 의해서 행하여지는 것을 특징으로하는 기판의 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 분산액의 pH는 3.5 이상 5.5 이하의 범위로 조성되는 것을 특징으로 하 는 기판의 제조 방법.
제15항에 있어서,

상기 분산액은 포름산 및 아세트산, 이들의 염 및 암모니아중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분산액에 있어서, 상기 침상 알루미나입자 및 상기 입상입자의 합계의 농도는, 2질량% 이상 6질량% 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입상입자는 실리카입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침상 알루미나입자의 아스펙트비는 6 이상 15 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입상입자의 평균입경은 5nm 이상 80nm 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막은 상기 침상 알루미나입자를 0.3질량% 이상 80질량% 이하 포함한하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.