KR20140004927A

KR20140004927A - 금속박 적층체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20140004927A
Application number: KR1020120072342A
Authority: KR
Inventors: 김훈식; 김주호; 성준희
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-14

Abstract

본 발명은 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 적층된 열전도 결정층과, 상기 열전도 결정층 상에 적층된 금속박을 포함하는 금속박 적층체에 있어서,
상기 열전도 결정층의 상하부에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체에 관한 것이다.

Description

금속박 적층체 및 이의 제조방법{LAMINATE OF METAL FOIL, AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THEREOF}

본 발명은 금속박 적층체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열전도율이 우수할 뿐만 아니라, 내전압성이 높은 금속박 적층체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

금속동박적층판(MCCL)은 메탈 인쇄회로기판(PCB) 핵심 소재로서, 종래에는 도 1에서와 같은 구조를 갖고 있다. 종래의 금속동박적층판(MCCL)는 열전도결정층에 사용하는 고분자가 전기적으로 부도체이며, 열전도도가 낮기 때문에 열전도도를 높이기 위해서 세라믹입자를 포함시키는 방법 등을 이용하여 열전도도를 높이고 있다.

그러나, 상기 세라믹입자의 경우, 주로 희토류를 이용하고 있으며, 이는 가격이 매우 비싸기 때문에 열전도결정층에 가격이 싸고 열전도성이 우수한 금속입자를 도입하여 열전도도를 높이는 것이 필요하다.

예를 들어, 한국공개특허 제10-2011-0115624호의 경우, 열전도결정층 내에 무기 충전제를 포함시킨 절연재 조성물을 사용한 금속 베이스 회로 기판을 개시하고 있다. 또, 한국공개특허 제10-2012-0010134호의 경우, 액정 폴리에스테르와 용매와 무기 충전재를 포함하는 액상 조성물을 사용한 동장 적층판의 제조 방법을 개시하고 있다.

하지만 무기충전재와 같은 대부분의 금속입자의 경우, 전기적인 도체의 특성을 가지기 때문에 상단의 도전층과 하단의 도전층사이의 전기적인 단락을 일으킬 위험이 있다는 문제점이 있어, 이에 대한 개선의 필요성이 요구되었다.

KR 10-2011-0115624 A KR 10-2012-0010134 A

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전도율이 우수할 뿐만 아니라, 내전압성이 높은 금속박 적층체 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 적층된 열전도 결정층과, 상기 열전도 결정층 상에 적층된 금속박을 포함하고, 상기 열전도 결정층의 상하부에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체를 제공한다.

또한, 본 발명은 금속박 및 금속기판의 표면에 세라믹 코팅하는 세라믹 코팅 형성 공정; 금속입자 또는 탄소계 필러를 포함하는 액정 폴리에스테르 조성물을 상기 금속기판의 세라믹 코팅된 표면에 도포하여 도막을 형성하는 도막 공정; 상기 도막을 건조시키는 건조 공정; 상기 건조된 도막을 열처리하여 열전도결정층을 얻는 열전도결정층 형성 공정; 상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 열전도결정층의 노출면에 상기 금속박의 세라믹 코팅된 면이 맞닿게 밀착시켜 적층 구조를 구성하는 적층 공정; 및 상기 적층 공정 후에, 적층체를 가열함으로써 상기 연전도결정층 및 금속박을 접착하는 열접착 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체의 제조 방법을 제공한다.

상기한 본 발명에 따른 금속박 적층체에 의하면, 종래에 비하여 열전도율이 우수할 뿐만 아니라, 내전압성이 높은 금속박 적층체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹의 함유량을 최소화하여 비용 절감의 효과를 가질 수 있다.

도 1은 종래의 열전도용 금속박 적층체이다.
도 2는 본 발명의 금속박 적층체의 일 실시예이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 금속박 적층체는 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 적층된 열전도 결정층과, 상기 열전도 결정층 상에 적층된 금속박을 포함하고, 상기 열전도 결정층의 상하부에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는 것을 특징으로 한다. 이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 금속박 적층체를 설명한다.

(금속 기판)

본 발명에서 사용되는 금속 기판으로는, 열 전도율 30W/mK 이상의 금속판을 사용할수 있다. 이러한 금속 기판을 구성하는 금속 재료로는, 구리, 알루미늄, 철 혹은 이들의 합금 등 들 수 있다. 당해 금속 기판의 두께는, 0.5∼1.5mm로 하는 것이 바람직하다.

상기 금속 기판은 열전도 결정층과 접하는 표면에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는다.

(금속박)

본 발명에서 사용되는 금속박으로는, 구리박, 알루미늄박이 바람직하고, 그 두께는, 20∼100㎛로 하는 것이 바람직하다.

상기 금속박은 열전도 결정층과 접하는 표면에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는다.

(열전도 결정층)

본 발명에서 사용되는 열전도 결정층은 이방성 액정 폴리에스테르 조성물을 금속박 또는 금속 기판의 일방의 표면(접착면)에 도포하여 도막을 구성하고, 이 도막을 건조시킨 후, 건조에 의해 얻어진 도막을 열처리하여, 조성물을 구성하는 수지 성분의 분자량이 열처리에 의해 증가함으로써 얻어진다.

상기 열전도 결정층의 열 전도율은 1W/mK 이상인 것이 바람직하며, 이를 위하여 열전도 결정층의 내부에 금속입자 또는 탄소계 필러를 포함할 수 있다. 상기 금속입자로는 구리, 알루미늄, 철로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 금속의 입자를 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소계 필러로는 탄소입자, 그래핀, 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기와 같이 열전도 결정층의 내부에 금속입자 또는 탄소계 필러를 포함하는 경우에는 적층체의 열전도성을 향상시킬 수 있으며, 특히 탄소계 필러를 포함하는 경우에는 적층체의 비중을 낮추면서 열전도성을 향상시킬 수 있다.

상기 열전도 결정층의 두께는 바람직하게는 50 내지 200 ㎛, 보다 바람직하게는 70 내지 100 ㎛로 할 수 있다. 상기 열전도 결정층의 두께가 50 미만이면 절연특성이 약하고, 200를 초과하면 열전도율이 낮아지는 문제가 있다.

본 발명의 이방성 액정 폴리에스테르 조성물은, 액정 폴리에스테르에 용매를 혼합한 후 80~130℃의 온도에서 1~3시간 동안 녹여 제조한다.

본 발명에 있어서, 상기 액정 폴리에스테르는, 용융 상태에서 액정성을 나타내는 액정 폴리에스테르이며, 450℃ 이하의 온도에서 용융되는 것이 바람직하다. 또한, 액정 폴리에스테르는, 액정 폴리에스테르아미드이어도 좋고, 액정 폴리에스테르에테르이어도 좋고, 액정 폴리에스테르카르보네이트이어도 좋고, 액정 폴리에스테르이미드이어도 좋다. 액정 폴리에스테르는, 원료 단량체로서 방향족 화합물만을 사용하여 이루어지는 전체 방향족 액정 폴리에스테르인 것이 바람직하다.

액정 폴리에스테르의 전형적인 예로서는, 방향족 히드록시카르복실산과 방향족 디카르복실산과 방향족 디올, 방향족 히드록시아민 및 방향족 디아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물을 중합(중축합)시켜 이루어지는 것, 복수종의 방향족 히드록시카르복실산을 중합시켜 이루어지는 것, 방향족 디카르복실산과 방향족 디올, 방향족 히드록시아민 및 방향족 디아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물을 중합시켜 이루어지는 것 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르와 방향족 히드록시카르복실산을 중합시켜 이루어지는 것을 들 수 있다. 여기서, 방향족 히드록시카르복실산, 방향족 디카르복실산, 방향족 디올, 방향족 히드록시아민 및 방향족 디아민 각각의 일부 또는 전부 대신, 그 중축합 가능한 유도체를 사용해도 좋다.

방향족 히드록시카르복실산 및 방향족 디카르복실산과 같은 카르복실기를 갖는 화합물의 중축합 가능한 유도체의 예로서는, 카르복실기를 알콕시카르보닐기나 아릴옥시카르보닐기로 변환하여 이루어지는 것, 카르복실기를 할로포름일기로 변환하여 이루어지는 것, 카르복실기를 아실옥시카르보닐기로 변환하여 이루어지는 것을 들 수 있다. 방향족 히드록시카르복실산, 방향족 디올 및 방향족 히드록시아민과 같은 히드록실기를 갖는 화합물의 중축합 가능한 유도체의 예로서는, 히드록실기를 아실화하여 아실옥실기로 변환하여 이루어지는 것을 들 수 있다. 방향족 히드록시아민 및 방향족 디아민과 같은 아미노기를 갖는 화합물의 중축합 가능한 유도체의 예로서는, 아미노기를 아실화하여 아실아미노기로 변환하여 이루어지는 것을 들 수 있다.

액정 폴리에스테르는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위(이하「반복 단위 (1)」이라고 하는 경우가 있다)와, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위(이하 「반복 단위 (2)」라고 하는 경우가 있다)와, 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위(이하, 「반복 단위 (3)」이라고 하는 경우가 있다)를 갖는 것이 바람직하다.

화학식 1

-O-Ar¹-CO-

화학식 2

-CO-Ar²-CO-

화학식 3

-X-Ar¹-Y-

(Ar¹은 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 비페닐릴렌기를 나타내고, Ar² 및 Ar³는 각각 독립적으로 페닐렌기, 나프틸렌기, 비페닐릴렌기 또는 하기 화학식 4로 표시되는 기를 나타내며, X 및 Y는 각각 독립적으로 산소 원자 또는 이미노기(-NH-)를 나타내고, Ar¹, Ar² 또는 Ar³로 표시되는 상기 기에 있는 수소 원자는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 알킬기 또는 아릴기로 치환될 수도 있음)

화학식 4

-Ar⁴-Z- Ar⁵-

(Ar⁴ 및 Ar⁵는 각각 독립적으로 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Z는 산소 원자, 황 원자, 카르보닐기, 술포닐기 또는 알킬리덴기를 나타냄)

여기서, 할로겐 원자의 예로서는 불소 원자, 염소 원자 및 브롬 원자를 들 수 있다. 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, s-부틸기, t-부틸기 및 2-에틸헥실기를 들 수 있고, 그 탄소수는 통상 1 내지 10이다. 아릴기의 예로서는, 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 1-나프틸기 및 2-나프틸기를 들 수 있고, 그 탄소수는 통상 6 내지 20이다. 알킬리덴기의 예로서는 메틸렌기, 에틸리덴기, 이소프로필리덴기, n-부틸리덴기 및 2-에틸헥실리덴기를 들 수 있으며, 그 탄소수는 통상 1 내지 10이다.

반복 단위 (1)은 방향족 히드록시카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, Ar1로서는 p-페닐렌기(p-히드록시벤조산에 유래) 및 2,6-나프틸렌기(6-히드록시-2-나프토에산에 유래)가 바람직하다.

반복 단위 (2)는 방향족 디카르복실산에 유래하는 반복 단위이며, Ar2로서는 p-페닐렌기(테레프탈산에 유래), m-페닐렌기(이소프탈산에 유래), 2,6-나프틸렌기(6-히드록시-2-나프토에산에 유래) 및 디페닐에테르-4,4'-디일기(디페닐에테르-4,4'-디카르복실산에 유래)가 바람직하다.

반복 단위 (3)은 방향족 디올, 방향족 히드록실아민 또는 방향족 디아민에 유래하는 반복 단위이며, Ar3로서는 p-페닐렌기(히드로퀴논, p-아미노페놀 또는 p-페닐렌디아민에 유래) 및 4,4'-비페닐릴렌기(4,4'-디히드록시비페닐, 4-아미노-4'-히드록시비페닐 또는 4,4'-디아미노비페닐에 유래)가 바람직하다.

반복 단위 (1)의 함유량은, 액정 폴리에스테르를 구성하는 전체 반복 단위의 합계량(액정 폴리에스테르를 구성하는 각 반복 단위의 질량을 각 반복 단위의 식량으로 나눔으로써 각 반복 단위의 물질량 상당량(몰)을 구하고, 그들을 합계한 값)에 대하여 바람직하게는 30 내지 80몰%이며, 보다 바람직하게는 30 내지 60몰%이고, 더욱 바람직하게는 30 내지 40몰%이다. 반복 단위 (1)의 함유량이 많을수록 액정 폴리에스테르의 액정성이 향상되는 경향이 있고, 반복 단위 (1)의 함유량이 적을수록 액정성 폴리에스테르의 용매에 대한 용해성이 향상되는 경향이 있다.

반복 단위 (2)의 함유량은, 액정 폴리에스테르를 구성하는 전체 반복 단위의 합계량에 대하여, 바람직하게는 10 내지 35몰%이며, 보다 바람직하게는 20 내지 35몰%이며, 더욱 바람직하게는 30 내지 35몰%이다. 반복 단위 (2)의 함유량이 많을수록 액정성 폴리에스테르의 용매에 대한 용해성이 향상되는 경향이 있고, 반복 단위 (2)의 함유량이 적을수록 액정 폴리에스테르의 액정성이 향상되는 경향이 있다.

반복 단위 (3)의 함유량은, 액정 폴리에스테르를 구성하는 전체 반복 단위의 합계량에 대하여, 바람직하게는 10 내지 35몰%이며, 보다 바람직하게는 20 내지 35몰%이며, 더욱 바람직하게는 30 내지 35몰%이다. 반복 단위 (3)의 함유량이 많을수록 액정성 폴리에스테르의 용매에 대한 용해성이 향상되는 경향이 있고, 반복 단위 (3)의 함유량이 적을수록 액정 폴리에스테르의 액정성이 향상되는 경향이 있다.

반복 단위 (2)와 반복 단위 (3)의 함유 비율은, [반복 단위 (2)]/[반복 단위 (3)](몰/몰)로 나타내고, 0.9/1 내지 1/0.9인 것이, 액정 폴리에스테르가 높은 액정성을 발현하므로, 바람직하다.

액정 폴리에스테르는, 반복 단위 (3)으로서, X 및/또는 Y가 이미노기인 것을 갖는 것, 즉 방향족 히드록실아민에 유래하는 반복 단위 및/또는 방향족 디아민에 유래하는 반복 단위를 갖는 것이, 용매에 대한 용해성이 우수하므로 바람직하고, 실질적으로 모든 반복 단위 (3)의 X 및/또는 Y가 이미노기인 것이 보다 바람직하다.

액정 폴리에스테르는 원료 단량체를 용융 중합시켜 얻어진 중합물(예비중합체)을 고상 중합시킴으로써 제조하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 내열성이나 강도가 높은 고분자량의 액정 폴리에스테르를 조작성 높게 제조할 수 있다. 상기 용융 중합은 촉매의 존재 하에서 행해도 좋고, 이 촉매의 예로서는, 아세트산마그네슘, 아세트산 제1 주석, 테트라부틸티타네이트, 아세트산납, 아세트산나트륨, 아세트산칼륨, 삼산화안티몬 등의 금속 화합물이나, N,N-디메틸아미노피리딘, N-메틸이미다졸 등의 질소 함유 복소환식 화합물을 들 수 있고, 질소 함유 복소환식 화합물이 바람직하게 사용된다.

액정 폴리에스테르는 그 유동 개시 온도가 250℃ 이상인 것이 바람직하고, 250℃ 내지 350℃인 것이 보다 바람직하고, 260℃ 내지 330℃인 것이 더욱 바람직하다. 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도가 높을수록 액정 폴리에스테르의 내열성이나 강도가 향상되는 경향이 있지만, 너무 높으면 액정 폴리에스테르의 용매에 대한 용해성이 저하되거나, 액정 폴리에스테르 조성물의 점도가 증가되거나 하여, 취급하기 어려워진다.

또한, 유동 개시 온도는 플로우 온도 또는 유동 온도라고도 하며, 내경 1mm, 길이 10mm의 노즐을 갖는 모세관레오미터를 사용하여, 9.8MPa(100kg/cm2)의 하중 하에서 4℃/분의 승온 속도로 액정 폴리에스테르의 가열 용융체를 노즐로부터 압출할 때에 용융 점도가 4800Pa*s(48,000포아즈)를 나타내는 온도이며, 액정 폴리에스테르의 분자량의 기준이 되는 것이다(문헌[고이데 나오유키 편, 「액정 중합체-합성,성형,응용」, 가부시끼가이샤CMC, 1987년 6월 5일, P.95] 참조).

본 발명의 액정 폴리에스테르 조성물은, 전술한 바와 같은 액정 폴리에스테르에 용매를 혼합하는 것이며, 용매로서는, 사용하는 액정 폴리에스테르가 용해 가능한 것, 구체적으로는 50℃에서 1질량% 이상의 농도([액정 폴리에스테르]/[액정 폴리에스테르+용매])로 용해 가능한 것이 적절하게 선택되어 사용된다.

용매의 예로서는, 디클로로메탄, 클로로포름, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2,2-테트라클로로에탄, o-디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소; p-클로로페놀, 펜타클로로페놀 등의 할로겐화페놀; 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산 등의 에테르; 아세톤, 시클로헥사논 등의 케톤; 아세트산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르; 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트 등의 카르보네이트; 트리에틸아민 등의 아민; 피리딘 등의 질소 함유 복소환 방향족 화합물; 아세토니트릴, 숙시노니트릴 등의 니트릴; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드, 테트라메틸요소 등의 요소 화합물; 니트로메탄, 니트로 벤젠 등의 니트로 화합물; 디메틸술폭시드, 술포란 등의 황 화합물; 및 헥사메틸인산아미드, 트리n-부틸인산 등의 인 화합물을 들 수 있고, 필요에 따라 그들 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

용매로서는, 부식성이 낮아, 취급하기 쉽다는 점에서, 비양성자성 화합물, 특히 할로겐 원자를 갖지 않는 비양성자성 화합물을 주체로 하는 용매가 바람직하고, 용매 전체에 차지하는 비양성자성 화합물의 비율은, 바람직하게는 50 내지 100질량%, 보다 바람직하게는 70 내지 100질량%, 더욱 바람직하게는 90 내지 100질량%이다.

또한, 상기 비양성자성 화합물로서는, 액정 폴리에스테르를 용해하기 쉽다는 점에서, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드가 바람직하다.

또한 용매로서는, 액정 폴리에스테르를 용해하기 쉽다는 점에서, 쌍극자 모멘트가 3 내지 5인 용매가 바람직하고, 액상 조성물의 유연 후에 제거되기 쉽다는 점에서, 1기압에서의 비점이 220℃ 이하인 용매가 바람직하다.

액정 폴리에스테르 조성물 중의 액정 폴리에스테르의 함유량은, 액정 폴리에스테르 및 용매의 합계량에 대하여 통상 5 내지 60질량%, 바람직하게는 10 내지 50 질량%, 보다 바람직하게는 15 내지 45질량%이며, 원하는 점도의 액상 조성물이 얻어지면서 또한 원하는 두께의 액정 폴리에스테르층이 얻어지도록 적절히 조정된다.

본 발명의 액정 폴리에스테르 조성물은 바람직하게 첨가제를 더 포함할 수 있으며,상기 첨가제로는 부착력을 향상시키기 위해 일반적으로 사용되는 실란화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 액정 폴리에스테르 조성물은 액정 폴리에스테르 용액에 필요에 따라 3~5㎛ 크기의 금속입자 또는 탄소계 필러를 첨가 한 후, 다른 첨가제를 상기 용제에 용해·분산시켜 액정 폴리에스테르 조성물(바니시)을 만들 수 있다. 상기 액정 폴리에스테르 조성물(바니시)을 제조하는 경우, 균일하게 분산시키는 것이 중요하기 때문에, 예를 들어, 먼저 액정 폴리에스테르 용액에 실란커플링제, 티탄커플링제 등의 커플링제와, 필요에 따라 이온 흡착제 등을 첨가하고, 이들을 용제에 용해 분산시킬 수 있다. 그 후, 금속입자 또는 탄소계 필러를 적당량 첨가하여 볼 밀, 3본 롤, 원심 교반기 및 비즈 밀 등에 의해 분쇄하면서, 액정 폴리에스테르 조성물 중에 분산시킨다. 상기 분산은 분산기에서 200~1000rpm으로 10분 내지 1시간 동안 수행할 수 있다. 이후 상기 액정 폴리에스테르 조성물을 금속박 또는 금속 기판의 세라믹 코팅이 된 면에 도포하여 도막을 형성한 후, 80~120℃에서 10~60분간 건조한 후, 이를 250~350℃의 온도에서 1~3시간 동안 열처리 하여 액정 폴리에스테르 복합체를 제조할 수 있다.

(전기 저항층)

본 발명에서 사용되는 전기 저항층은, 상기 금속박 및 금속기판의 열전도 결정층과 접하는 표면에 세라믹 코팅되어 이루어진다. 상기와 같이 세라믹 코팅된 전기 저항층은 상기 열전도결정층이 전기전도성이 많은 도전성 필러를 포함하여도 열전도결정층의 상하단에 위치하여 금속박 적층체의 전기적인 부도체 특성을 유지시키면서 열전도성만을 향상 시킬 수 있다.

상기 전기저항층이 상기 금속박 및 금속기판의 표면에 세라믹 코팅되는 경우, 조도를 갖는 것이 바람직하다. 상기와 같이 금속박의 표면에 세라믹 코팅되어 조도를 부여하는 경우, 열전도도가 더 높아질 수 있다. 이는 세라믹의 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 조도로 인하여 열전도 결정층과 맞붙는 표면적의 넓이가 커지기 때문에 빠르게 열을 전달 시킬 수 있는 것이다. 상기 금속박 및 금속기판의 표면에 코팅되는 세라믹으로는 산화알루미나, 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 세라믹을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 전기저항층의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 50 ㎛로 할 수 있다. 상기 전기저항층의 두께가 5 미만이면 전기저항특성에 문제가 있고, 100를 초과하면 전기저항층이 깨지기 쉬운 문제가 있다.

(적층체의 접착)

먼저, 상기 금속박 및 금속기판의 표면에 세라믹 코팅하는 세라믹 코팅 형성 공정을 수행한다. 상기 세라믹 코팅 형성 공정은 일반적인 코팅 공정에 의하여 수행되며, 바람직하게는 스프레이 공정에 의하여 수행될 수 있다.

이후, 금속입자 또는 탄소계 필러를 포함하는 액정 폴리에스테르 조성물을 상기 금속기판의 세라믹 코팅된 표면에 도포하여 도막을 형성하는 도막 공정을 수행한다.

그리고, 상기 도막을 건조시키는 건조 공정을 수행한다. 상기 건조 공정에 의하여 조성물 내의 용제를 제거할 수 있는데, 이는 일반적인 건조 공정에 의할 수 있으며, 바람직하게는 50~200℃의 온도에서 0.5~3시간 동안 건조를 수행할 수 있다.

상기와 같이 도막을 건조시킨 후, 상기 건조된 도막을 열처리하여 열전도결정층을 얻는 열전도결정층 형성 공정을 수행한다. 상기 열전도결정층 형성 공정은 건조에 의해 얻어진 도막을 열처리하여 얻어진다.

상기와 같이 열전도결정층의 도막이 형성된 후에는, 상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 열전도결정층의 노출면에 상기 금속박의 세라믹 코팅된 면이 맞닿게 밀착시켜 적층 구조를 구성하는 적층 공정을 수행한다. 이는 도막이 형성되지 않는 타방인 금속박 또는 금속 기판을 도막된 열전도결정층에 적층한다.

상기 적층 공정 후에, 적층체를 가열함으로써 상기 연전도결정층 및 금속박을 접착하는 열접착 공정을 수행한다. 열접착 공정은 적층체를 250~350℃의 온도에서 1시간 내지 10시간 열처리를 행하는 것이 바람직하며, 상기 열처리시에는, 적층체를 두께 방향으로 10~20MPa의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 사용하는 열전도결정층은, 필름 형상으로 별체로서 형성한 것을 사용해도 된다. 이 경우, 필름 형상의 열전도결정층을 금속박과 금속 기판 사이에 배치하고, 이 적층체를 가열함으로써 금속박 및 금속 기판에 대한 접착을 실행한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1~4 및 비교예 1~2:

액정 폴리에스테르의 제조

교반 장치, 토크 미터, 질소 가스 도입관, 온도계 및 환류 냉각기를 구비한 반응기에 6-히드록시-2-나프토에산 197.6g, 4-히드록시아세토아닐리드 147.4g, 이소프탈산 162g 및 무수 아세트산 237.4g을 투입했다. 반응기 내를 충분히 질소 가스로 치환한 후, 질소 가스 기류 하에서 15분에 걸쳐 150℃까지 승온하다가, 온도를 유지하여 3시간 환류시켰다. 그 후, 유출되는 부생 아세트산 및 미반응의 무수 아세트산을 증류 제거하면서, 170분에 걸쳐 300℃까지 승온하다가, 토크의 상승이 확인된 시점에서 내용물을 취출하여 실온까지 냉각했다. 얻어진 고형물을, 분쇄기로 분쇄하여 분말 상태의 액정 폴리에스테르를 얻었다. 이 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도는 235℃이었다. 계속하여 이 액정 폴리에스테르를 질소 분위기 하에서, 223℃에서 3시간, 가열 처리함으로써 고상 중합을 행했다. 이 고상 중합 후의 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도는 270℃이었다.

액정 폴리에스테르 조성물( 바니쉬 )의 제조

상기 액정폴리에스테르 10g을 NMP 40g과 혼합한 후 100℃에서 1시간 동안 녹여 액정 폴리에스테르 조성물(바니쉬)를 제조하였다.

금속박 적층체의 제조

[실시예 1]

상기 액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 산화알루미늄 30g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 바를 사용하여 산화알루미나가 코팅된 알루미나판에 도막화하고 건조과정을 거쳐 도막을 100um의 두께로 제조하였다. 알루미나판 위에 분산도막을 위치하게 한 뒤, 산화알루미나가 코팅된 동박을 상단에 위치하게 하여 300℃ 온도에서 10MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다.

[실시예 2]

액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 구리입자 30g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 바를 사용하여 지르콘이 코팅된 알루미나판에 도막화하고 건조과정을 거쳐 도막을 100um의 두께로 제조하였다. 알루미나판 위에 분산도막을 위치하게 한 뒤, 지르콘이 코팅된 동박을 상단에 위치하게 하여 300℃ 온도에서 10MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다.

[실시예 3]

액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 탄소입자 30g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 바를 사용하여 산화알루미나가 코팅된 알루미나판에 도막화하고 건조과정을 거쳐 도막을 100um의 두께로 제조하였다. 알루미나판 위에 분산도막을 위치하게 한 뒤, 산화알루미나가 코팅된 동박을 상단에 위치하게 하여 300℃ 온도에서 10MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다.

[실시예 4]

액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 그래핀 10g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 바를 사용하여 산화알루미나가 코팅된 알루미나판에 도막화하고 건조과정을 거쳐 도막을 100um의 두께로 제조하였다. 알루미나판 위에 분산도막을 위치하게 한 뒤, 산화알루미나가 코팅된 동박을 상단에 위치하게 하여 300℃ 온도에서 10MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다.

[비교예 1]

액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 산화알루미늄 30g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 바를 사용하여 알루미나판에 도막화하고 건조과정을 거쳐 도막을 100um의 두께로 제조하였다. 알루미나판 위에 분산도막을 위치하게 한 뒤, 동박을 상단에 위치하게 하여 300℃ 온도에서 10MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다.

[비교예 2]

액정 폴리에스테르 바니쉬 50g과 3um의 평균크기를 갖는 구리입자 30g을 분산기에 넣고 500 rpm으로 30분간 분산을 하여 분산액을 제조한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 적층체를 제조하였다.

실험예

열전도율, 내전압성 및 비중의 측정

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 금속박 적층체에 대하여, 열전도율 측정기(LFA447 네취사, ASTM E 1461)를 사용하여 30℃에서의 열전도율을 측정하였다. 또, 내전압성에 대해서는 특정 전압을 가하여 20초간 유지시켜 단락이 되지 않는 최고 전압을 기록하였다. 또한, 비중에 대해서는 내부의 열전도결정층의 비중을 측정하여 기록하였다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 열전도율, 내전압성 및 비중의 측정치를 하기 표 1에 기재하였다.

	열전도율(W/mK)	내전압성	비중
실시예 1	5.3	6KV	3.5
실시예 2	5.7	6KV	3.4
실시예 3	3.9	6KV	2.0
실시예 4	6.3	6KV	1.9
비교예 1	4.3	6KV	3.5
비교예 2	5.1	X	3.4

상기 표 1을 살펴보면,

비교예 1의 경우 일반적으로 사용되는 열전도율이 낮은 것을 알 수 있으며, 비교예 2의 경우, 도정성입자가 도입되면서 열전도성은 약간 상승하는 결과를 얻었으나 내전압성에서 상하 도전성 판에서 단락이 되는 것을 확인 할 수 있다. 비교예 2의 경우, 상기와 같이 단락이 일어나면(전기가 통하면) 전자부품(회로부품)으로 사용할 수 없게 된다.

이에 비하여, 세라믹 코팅층이 도입된 실시예 1의 경우 금속판의 표면에 세라믹 코팅이 도입되어 열전달을 효율적으로 일으켜 열전도율이 높아지는 결과를 얻었다. 또한 실시예 2의 경우, 전도성 입자가 도입되어도 금속판의 표면에 도입된 세라믹 코팅으로 인하여 내전압특성이 유지되는 것을 알 수 있다. 실시예 3 및 4의 경우, 비중이 낮은 탄소계 입자를 도입하면 금속 내지 세라믹 입자와 비교하여 약간 열전도율이 낮은 것을 알 수 있지만 비중이 낮아지는 효과를 얻었다. 또한 그래핀과 같은 나노크기를 가지는 탄소 입자를 도입하면 상대적으로 적은 양이 도입되었지만, 매우 높은 열전도율과 높은 내전압성을 유지시키면서 비중도 낮아지는 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수가 있다.

Claims

금속 기판과,
상기 금속 기판 상에 적층된 열전도 결정층과,
상기 열전도 결정층 상에 적층된 금속박을 포함하는 금속박 적층체에 있어서,
상기 열전도 결정층의 상하부에 세라믹 코팅된 전기저항층을 갖는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 1에 있어서,
상기 전기저항층은 산화알루미나, 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 세라믹에 의하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도 결정층은 액정 폴리에스테르 용액을 포함하고, 열 전도율이 1W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도 결정층이 금속입자 또는 탄소계 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 4에 있어서,
상기 금속입자는 구리, 산화알루미나, 철로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 금속입자인 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 4에 있어서,
상기 탄소계 필러는 탄소입자, 그래핀, 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 탄소계 필러인 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 1에 있어서,
상기 전기저항층은 금속기판 및 금속박의 표면에 세라믹 코팅되어 조도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체.
청구항 1에 기재된 금속박 적층체의 제조 방법에 있어서,
금속박 및 금속기판의 표면에 세라믹 코팅하는 세라믹 코팅 형성 공정;
금속입자 또는 탄소계 필러를 포함하는 액정 폴리에스테르 조성물을 상기 금속기판의 세라믹 코팅된 표면에 도포하여 도막을 형성하는 도막 공정;
상기 도막을 건조시키는 건조 공정;
상기 건조된 도막을 열처리하여 열전도결정층을 얻는 열전도결정층 형성 공정;
상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 열전도결정층의 노출면에 상기 금속박의 세라믹 코팅된 면이 맞닿게 밀착시켜 적층 구조를 구성하는 적층 공정; 및
상기 적층 공정 후에, 적층체를 가열함으로써 상기 연전도결정층 및 금속박을 접착하는 열접착 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박 적층체의 제조 방법.