KR20160057468A - 알루미늄 기판용 유전체 페이스트 - Google Patents

알루미늄 기판용 유전체 페이스트 Download PDF

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Abstract

열전도율이 높은 유전체 물질 시스템 또는 페이스트는 LED 및 고출력 회로 애플리케이션 용 알루미늄 합금 기판에 유용하다.

Description

알루미늄 기판용 유전체 페이스트{DIELECTRIC PASTES FOR ALUMINUM SUBSTRATES}
본 발명은 LED 및 고출력 회로 애플리케이션용 알루미늄 합금 기판에 사용하기 위한 높은 열 전도성 유전체 시스템 및 페이스트를 제공한다.
알루미늄 및 이의 합금으로 제작된 기판상에 도포하기 위한 좋은 전기 절연성과 우수한 열 전도성을 갖는 무기 기반의 유전체를 제공하는 것에 대한 지속적인 관심이 있어왔다. 상기와 같은 기판은, 자동차 전자제품, 차세대 조명, TV, 고출력 전자제품, OLED, 및 태양광 애플리케이션에 사용되는 고발광, 고출력 LED용 기판과 같은 전자 애플리케이션용 유전체 코팅 금속 기판 위에 놓여있는 회로를 통해 높은 전류의 전도 및/또는 더 높은 전력량에서 작동하는 동안, 열 흡수원으로 작용하여 기기/유전체 계면으로부터 이들을 차갑게 유지하기 위해 열을 빼낸다.
본 발명에서 종래 알려진 시스템과 관련된 단점 및 어려움은 극복된다.
상대적으로 낮은 온도의 유량 및 소결 적용과(전형적으로 알루미늄 및 이의 합금의 경우 660℃ 또는 그 이하), 높은 사용 온도(최대 200 내지 300℃)를 위한 무기(유리, 유리-세라믹 또는 세라믹) 기반의 유전체 시스템이 요구된다. 이 외 바람직한 특성 중, 상기 유리 또는 유리-세라믹 기반 유전체는 알루미늄 및 이의 합금이 녹는 것을 피하기 위해 요구되는 저 유량 온도를 제공한다. 일반적으로 유리는 상대적으로 낮은 열 전도성 및 높은 절연 저항을 갖는다. 따라서, 상기 열 전도성을 증가시킴(우수한 열 소산)과 동시에 높은 항복 전압 및 절연 저항을 유지하는 것이 과제이다.
열 전도성을 향상시키기 위해 상기 유리 기반의 유전체에 금속 입자를 포함 시키려는 시도는 전기 절연성을 잃게 되는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 본 연구는 유리 기반의 무기 유도체에서 높은 열 전도성 및 높은 절연 저항(또는 다른 말로 더 높은 항복 전압)을 달성하기 위한 연구를 수행해 왔다.
본 발명의 한 실시예는 소성시 알루미늄 기판에 따라 유전체 층을 형성하는데 사용하기 위한 유리 성분을 포함하는 페이스트이다.
상기 유리 성분은 적어도 하기 군으로부터 선택되는 하나의 유리를 포함한다: (i) 알칼리 산화물 고농도 유리 (ii) 창연 산화물 고농도 유리
본 발명의 한 실시예는 하기를 포함하는 유전체 조성물이다: (a) (i) 30 내지 75 mol% SiO2, (ii) 5 내지 25 mol% TiO2, (iii) 5 내지 40 mol%(Li2O + Na2O + K2O + Rb2O + Cs2O), 및 (iv) 0.1 내지 15 mol%(P2O5 + Nb2O5 + V2O5)을 포함하는 유리 성분, (b) 유기 비히클, 및 (c) 용제. 상기 실시예 또는 본 명세서상 임의의 실시예의 유전체 조성물은 열 전도 증강제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 하기를 포함하는 전자 장치이다: (a) 알루미늄 기판, (b) 상기 알루미늄 기판의 적어도 일부분에 배치된, 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물의 적어도 하나의 층, (c) 구리, 알루미늄, 은, 백금 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 도전선, 및 (d) 전력 회로. 상기 기판에 있어서, 유전체 조성물 및 도전선을 배치하여 상기 유전체 조성물이 알루미늄 기판과 도전선 중 적어도 하나와 전기적으로 분리 및 물리적으로 분리되도록 하고, 여기서 상기 전력 회로는 오직 도전선에만 접해있다.
본 발명의 다른 하나의 실시예는 하기 단계를 포함하는 알루미늄 기판에 따라 유전체 층을 형성하는 방법이다: (a) 알루미늄 기판에 따라 유전체 조성물 페이스트를 도포하고, (b) 상기 기판에 따라 유전체 층이 형성되도록 상기 기판을 소성한다. 상기 유전체 조성물은 본 명세서에 개시된 임의의 것이다. 소성하기에 앞서 유전체 페이스트의 다중 층이 도포될 수 있다. 상기 소성은 400 내지 660℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예는 하기를 포함하는 전자 기기의 제조 방법이다: (a) 알루미늄 기판을 제공하는 단계, (b) 상기 알루미늄 기판에 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물의 적어도 하나의 층을 도포하는 단계, (c) 상기 유전체 조성물의 적어도 하나의 층에 도전 페이스트의 적어도 하나의 층을 도포하는 단계, (d) 상기 조립된 것을 400-660℃에서 소성하여 상기 유전체 및 도전 페이스트를 소결하는 단계, 및 (e) 상기 도전 페이스트의 적어도 하나의 층과 전기적 접점에 전력 회로를 배치하는 단계.
본 발명의 하나의 실시예는 하기 군으로부터 선택되는 전자 기기이다: 진공 절연 유리, 태양 전지 접촉부, 태양 전지, 태양 전지 모듈, 유기 PV 장치, 플라즈마 디스플레이 기기, 나노크리스탈 디스플레이, 전기 변색 장치, 전기 변색 재료 시스템, 센서, 부유 입자 장치, 마이크로-블라인드, 액정 장치, 스마트 윈도우, 전환성 윈도우, 스마트 유리, E-유리(eglass), 양자 점 소자, 열전 소자, 배터리, 발광 다이오드(LED), 표면-전도형 전자 방출 디스플레이(SED), 전계 방출 디스플레이(FED), 유기 발광 다이오드(OLED), 액정 디스플레이(LCD), 디지털 광 처리(DLP), 강유전성 액정(ferro-liquid display, FLD), 간섭 변조기 디스플레이(IMOD), 후막 유전 전계발광 디스플레이(TDEL), 양자 점 전계발광 디스플레이(QDLED), 티모스 디스플레이(time multiplexed optical shutter, TMOS), TPD(telescopic pixel display), 액정 레이저(LCL), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 유기 발광 트렌지스터(OLET), 및 이들의 조합, 상기 전자기기는 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물 중 적어도 하나의 층을 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 횡단면도이다.
본 발명은 다양한 용도로 사용할 수 있는 전기적으로 절연성이고, 저온 연소 가능한 유리-기반의 유전체 조성물을 제공한다. 본 발명의 특정 형태에서, 상기 조성물은 무 용매이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 조성물을 사용하는 전기적으로 도전성의 막, 회로, 선, 접촉부 등을 제공한다. 본 발명은 본 발명의 조성물 및 방법을 사용하여 형성된 장치, 제품 및/또는 코팅 기판을 포함한다.
상대적으로 낮은 온도의 유량 및 소결 적용과(전형적으로 알루미늄 및 이의 합금의 경우 660℃ 또는 그 이하), 높은 사용 온도(최대 200 내지 300℃)를 위한 무기(유리, 유리-세라믹 또는 세라믹) 기반의 유전체 시스템이 요구된다. 상기 유리 또는 유리-세라믹 기반 유전체는 알루미늄 합금이 녹지 않게 하기 위해 요구되는 저 유량 온도를 제공한다. 일반적으로 유리는 상대적으로 낮은 열 전도성 및 높은 절연 저항을 갖는다. 따라서, 상기 열 전도성을 증가시킴(우수한 열 소산)과 동시에 높은 항복 전압(BDV) 및 절연 저항(전기 절연)을 유지하는 것이 과제이다.
본 발명의 유전체 페이스트를 사용한 장치는 하기와 같이 제조된다.
도 1에 나타난 바와 같이, 표 1에 나타난 것과 같은 알루미늄 합금으로 만들어 질 수 있는, 알루미늄 기판(110)이 하기에 제공된다. 본 명세서에 개시된 임의의 유리 조성물을 포함하는 유전체 페이스트의 적어도 하나의 층(120, 130)이 상기 기판 110의 적어도 한 면에 도포된다. 도전 페이스트 140은 선택적으로 상기 유전체 페이스트 층에 도포된다. 조립체를 충분한 온도에서 연소하여 유전체 및 도전 페이스트를 소결한다. 최종적으로, (예를 들어) 전자 장치 또는 LED와 같은, 150으로 표시된, 전력 회로는 상기 도전 페이스트 140과 접촉되도록 위치시킨다. 각 층은 개별적으로 도포하고 소성하였으나, 다중 층을 동시에 소성하는 것도 고려되었다.
본 발명자들은 하기와 같은 신규한 무기 유전체를 개발하였다: (a) 알루미늄 및 이의 합금상에 400-660℃에서 도포되고 소성될 수 있고(후막 소성 프로파일을 사용한 첨두 온도); (b) 전류 전도 경로를 제공하기 위해 상부에 구리, 알루미늄 또는 은 후막의 도전선을 가질 수 있고; (c) 유전체 층의 두께, 도체의 길이 및 층의 수에 따라 750 V/mil 또는 그 이상의 항복 전압을 제공할 수 있고; (d) 1.0 내지 5.0 W/m-K 만큼의 높은 열 전도성을 가질 수 있고; (e) 350℃만큼 높은 사용 온도를 가질 수 있고; 및 (f) 특정한 경우, 전기 절연성을 잃지 않고 1,000시간 동안 85℃/85% RH에서 및 그 이상에서 시험을 통과할 수 있다.
본 발명의 주요 구성 요소: 기판, 유리 조성물 및 유기 비히클은 이하에서 설명된다.
알루미늄 기판. 기판용 알루미늄 및 이의 합금의 사용은 상기 유전체 페이스트가 상기 합금의 고상점보다 낮은 온도에서 연소 될 것을 요구한다. 어느 알루미늄 합금도 적합하다. 적합한 알루미늄 합금의 예로는 AL 1050, AL 1060, AL 1100, AL 2024, AL 3003, AL 380, AL 384, AL 5052, AL 514, AL 6061, 및 AL 6063, 각각 독립적으로 또는 이의 조합을 포함하고, 표 1에서 나타난 바와 같다. 알루미늄 합금의 고상점에 따라 상기 소성 온도는 400 내지 660℃의 범위를 가지고, 이때 순수 알루미늄의 녹는점은 664℃이다. 보다 바람직하게 상기 소성 온도는 450-610℃이고, 가장 바람직하게 480-600℃이다.
알루미늄 합금의 고상점 및 열 전도성
합금 Al 함량 기타 고상점 열 전도성(@25℃)
Wt% ℃ W/m-°K
AL 1050 99.1+ Fe, Si 650 222
AL 1060 99.6+ Cu, Si 646 234
AL 1100 99.0+ Cu(0.2-0.5), Fe, Si, Zn, Mn 643 221
AL 3003 98.3+ Mn(1.5)-Cu(0.05-0.2), Fe, Si, Zn 643 193
AL 6063 98.5+ Mg(0.45-0.9); Si(0.2-0.6), Fe, Mn, Zn, Cr, Ti 616 218
AL 5052 96.8+ Mg(2.2-2.8); Cr(0.15-0.35)Fe, Cu, Si, Zn, Mn 607 138
AL 514 96.0 Mg(4.0) 599 138
AL 6061 97.2+ Mg(0.8-1.2)-Si(0.4-0.8)
Cr(0.15-0.35)-Cu(0.15-0.4)		 582 180
AL 384 77.3+ Si(10.5-12.0); Cu(3-4.5); Zn(0-3); Fe(1.3); Mg, Mn, Ni & Sn 516 92
AL 2024 90.7+ Cu(3.8-4.9); Mg(1.2-1.8); Mn(0.3-0.9)Fe, Si, Zn, Ti 502 121
유리 조성물.
유전체 층을 형성하기 위한 유전체 조성물(페이스트의 형태)은 유기 비히클을 하나 또는 그 이상의 유리 조성물과 혼합함으로써 얻을 수 있다. 상기 유전체 물질에서 유리 조성물(유리 프릿)의 적합한 비율은 소성 후, 상기 목적하는 유전체 층 조성물이 수득될 수 있도록 결정된다. 여기서, 유용한 상기 유리 프릿은 0.1 내지 10 마이크론, 바람직하게 3 내지 8 마이크론, 보다 바람직하게 3 내지 5 마이크론, 교대로 보다 바람직하게 5 내지 8 마이크론의 D50 입자 크기를 갖는다. 또 다른 실시예로, 상기 D50의 입자 크기는 0.1-2 마이크론, 바람직하게 0.1-1 마이크론이다. 또 다른 입자 파라미터는 D95이고, 15 마이크론 또는 그 이하이고, 바람직하게 12 마이크론 또는 그 이하, 보다 바람직하게 10 마이크론 또는 그 이하, 가장 바람직하게 5 마이크론 또는 그 이하이다. 최대 입자 크기, DMax는 50 마이크론 또는 그 이하이고, 바람직하게 30 마이크론 또는 그 이하, 보다 바람직하게 25 마이크론 또는 그 이하, 더욱 보다 바람직하게 20 마이크론 또는 그 이하, 한층 더 바람직하게 15 마이크론 또는 그 이하, 가장 바람직하게 10 마이크론 또는 그 이하이다. 상기 "또는 그 이하"로 상술된 범위는 각각의 경우 대체적으로 0.01 마이크론, 0.1 마이크론 또는 1 마이크론의 하한으로 제한될 수 있다. 입자 크기가 작을수록 더 얇은 유전체 층, 예를 들어 100 마이크론 미만, 80 마이크론 미만, 60 마이크론 미만, 50 마이크론 미만, 40 마이크론 미만, 30 마이크론 미만, 20 마이크론 미만, 10 마이크론 미만 및 5 마이크론 미만의 제조가 가능해 진다. 유전체 층이 얇을수록 열 전도성은 향상된다.
표 2는 광범위하게 본 발명에서 유용한 몇 가지 주요 유리 조성물을 열거한다. "Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O 5-40"과 같은 항목은 전체 유리 조성물의 5 내지 40 mol%의 양으로 어느 한 조합의 형태로 존재하는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O 및/또는 Cs2O의 전부 또는 일부를 뜻한다.
유리 함량에 대한 산화물 범위
Mole % A B C D E F G H J K
Bi2O3 ＜25 ＜15 ＜10 2-8 2-8 2-8 0 0 0 2-8
B2O3 ＜30 ＜20 ＜15 ＜5 ＜5 1-3 0 0 0 1-3
ZnO ＜20 ＜15 ＜12 ＜5 ＜5 1-4 0 0 0 1-4
SiO2 30-75 30-70 35-70 42-70 42-60 50-68 53-61 50-68 50-68 42-68
TiO2 ＜25 ＜20 ＜15 5-14 5-14 7-15 8-14 9-13 10-12 9-15
Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O 5-40 10-40 11-37 15-30 15-30 18-27 19-26 20-25 15-30
Nb2O5+P2O5+V2O5 ＜15 ＜10 ＜10 2-8 ＜8 1-7 2-7 2-7
Li2O 2-7 2-7 2-7 2-7 2-7
Na2O 9-15 9-15 11-15 11-14 9-15
K2O 4-8 4-8 4.5-7 5-7 4-8
표 2는 상기에 기재된 모든 범위를 추가로 개시하는 것으로 해석되고, 여기서 상기 하한은 0.1 또는 1 mol% 대신이다. 5-25 mol% TiO2의 범위는 A열로부터 알 수 있다. 표에서 각 다른 열의 값들은 조합될 수 있고, 특정 실시예들은 일부, 전부는 아니지만, 주어진 열의 값들을 포함한다. 또 다른 실시예들은 표로부터 몇몇을, 모든 함량(산화물)은 아니지만, 특정할 수 있다. 예를 들어 한 실시예는 표 2의 (동일한 열에 있을 수 있고 그렇지 않을 수 있는)두 값을 포함한다. 어느 한 표의 어느 한 유리 프릿은 또한 하기 군으로부터 선택되는 최소 하나 이상을 포함한다: (a) 0.1 내지 10 mol% Bi2O3, (b) 0.1 내지 15 mol% B2O3, 및 (c) 0.1 내지 12 mol% ZnO. 여기서 모든 조합은이 고려된다.
하기 유리 조성물 또한 적합하다:
선택된 유리군에서 주요 유리 조성물
산화물/Mole% A B C D E
Bi2O3 0 4.92 0 6.17 0
B2O3 0 2.28 0 2.86 0
ZnO 0 2.2 0 2.76 0
SiO2 67.73 57.58 57.03 43.59 59.77
TiO2 10.17 9.31 12.43 11.67 11.64
Li2O 3.01 5.15 3.69 6.46 3.45
Na2O 11.64 11.22 14.23 14.08 13.32
K2O 4.92 4.51 6.02 5.66 5.64
Nb2O5 0 0.42 0 0.53 0
P2O5 0.49 0.45 0.6 0.56 0.56
V2O5 2.04 1.86 6 5.66 5.62
통합 100 100 100 100 100
적합한 상업용 유리로는, Ferro Corporation, Cleveland Ohio에서 구입 가능한, EG 2871, EG 2934, EG 2964, EG 3046, EG 3600, EG 3608, GL 4317, 등을 포함한다.
유기 비히클 .
상기 유기 비히클은 유기 용매에서 결합제 또는 물에서 결합제이다. 본 명세서에서 사용된 상기 결합체는 중요하지 않다; 에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 부탄올, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 이의 조합과 같은 종래 결합제는 용매와 조합하는 것이 적합하다. 유기 용매는 중요하지 않으며, 특정 도포 방법에 따라(즉, 인쇄 또는 판금), 부틸 카르비톨, 아세톤, 톨루엔, 에탄올, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 등과 같은 종래 유기 용매; 2,2,4-트리메틸 펜탄디올 모노이소부티레이트(TexanolTM); 알파-테르피네올; 베타-테르피네올; 감마 테르피네올; 트리데실 알콜; 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르(CarbitolTM), 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(Butyl CarbitolTM) 및 프로필렌 글리콜; 및 이의 혼합물부터 선택될 수 있고, Texanol® 상표로 판매되는 제품은 Eastman Chemical Company, Kingsport, TN으로부터 구입할 수 있고; Dowanol® 및 Carbitol® 상표로 판매되는 제품은 Dow Chemical Co., Midland, MI로부터 구입할 수 있다. 대안적으로, 상기 결합제는 물과 결합된 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리비닐 아세테이트(PVAC)로부터 선택될 수 있다. 또한, Ferro Corporation으로부터 구입 가능한 제품번호 ER2750, ER2761, ER2766 및 ER2769, 등과 이들의 조합 비히클도 적합하다.
상기 페이스트의 유기 비히클의 함량에 특별한 제한은 없다. 통상 상기 페이스트는 유전체 구성요소(유전체 층)를 이루기 위한 균형있게 1 내지 5 wt%의 결합제 및 10 내지 50 wt%의 유기 용매를 포함한다. 원한다면, 상기 각 유전체 조성물은 최대 10 wt% 까지 분산제, 가소제 및 요변성 첨가제와 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다.
도체는 해당 분야에 알려진 임의의 것일 수 있고, 공동 소유의 미국 특허 No. 7,176,152에 공개된 것들을 포함하고, 이로써 상기 도체들은 660℃ 또는 그 이하에서 소성될 수 있다는 점을 참조하여 포함할 수 있다.
소성.
상기 유전체 페이스트는 대기 중, 660℃ 미만의 온도, 또는 500℃ 내지 660℃, 바람직하게 560-620℃, 보다 바람직하게 570-600℃에서 소성된다. 여기서, 상기 유전체 조성물은 상기 유전체의 완전한 융착 및 소결의 효과를 얻기 위해, 660℃ 보다 높은 온도를 요구하지 않는다. 상기 소성 온도는 밀도를 강화시키기 위해, 10 내지 30분 동안 유지된다. 1°, 2°, 10°, 15° 또는 20°의 다른 램프 속도(분당 섭씨 온도)을 사용할 수 있지만, 소성 온도 램프는 일반적으로 분당 5°이다. 상기 페이스트는 일반적인 벨트 용광로에서 소성될 수 있다. 벨트 용광로는 서로 다른 온도로 각각 2-15 구역을 가질 수 있다.
기판으로 알루미늄 및 이의 합금의 사용은 상기 유전체 페이스트가 상기 합금의 고상점보다 낮은 온도에서 소성되야 함을 수반한다. 상기 알루미늄 합급은 표 1에 나타난 임의의 것일 수 있다. 상기 알루미늄 합금의 고상점에 따라 소성 온도는 400 내지 660℃의 범위를 가질 수 있고, 여기서, 순수 알루미늄의 녹는점은 664℃이다. 보다 바람직하게 상기 소성 온도는 450-610℃이고, 가장 바람직하게 480-600℃이다.
상기와 같은 낮은 소성 온도를 위해 고납 유리 또는 고창연 유리 또는 고알칼리 유리가 사용될 수 있다. 특정 용도에서는 납을 피해야 한다. 0의 값을 포함해서, 알칼리 산화물의 함량이 조절되기만 하면, 고납 및 고창연 함량을 가지는 유리는 높은 항복 전압(BDV)를 가질 수 있으나, 알루미늄의 팽창 불균일이 높을 것이다. 만약 상기 알칼리 함량이 증가하여 상기 확장이 증가한다면 전기적 특성이 저하된다.
본 발명자들은 다양한 유리 조성물 및 이의 혼합물을 유리 단일의 구성 및 산화물 첨가제와 함께 유리의 구성으로 연구하였다. 바람직한 조성 범위 및 공식은 표 2 및 표 3에 유리 성분을 나타내었고, 한편 표 4에 나타낸 상기 유전체 페이스트는 <660℃의 온도에서 소성될 수 있고, 전기적 요건뿐만 아니라 전기 절연성을 잃지 않고 1,000시간 동안 85C/85% RH를 통과한 적합한 유전체를 제공한다.
본 발명의 실시와 관련하여, 유리 성분은 단일 유리, 유리의 혼합물, 또는 유리 및 무기 산화물 첨가제의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표 2 및 표 3의 유리 성분은 다양한 유리뿐만 아니라 결정질 첨가제가 더해진 유리를 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 성분은 고농도 창연 산화물 유리, 다른 유리로 석영, 트리다이마이트, 크리스토발라이트 또는 미누실(minusil)과 같은 상업적으로 알려진 등급의 것; 아연 실리케이트(willemite)와 같은 실리케이트 또는 아연 티탄산염 또는 창연 티탄산염과 같은 티탄산염 등의 광물 형태의 실리카와 같은 결정질 첨가제를 포함하거나 포함하지 않는 알칼리 고농도 유리를 가질 수 있다.
몇 가지의 적용에 있어, 납(Pb) 함유 유리를 피해야 하지만, 25-75 mol% PbO 및 30 mole% 미만 함량의 B2O3를 포함하는 조성물과 저 융점 납유리가 <540℃의 소성 온도를 달성하기 위해 첨가될 수 있는 것을 구상할 수 있어, 이에 본 발명에서 활용될 수 있다.
상기의 유리 성분에 더하여 최종 유전체 페이스트는 선택적으로 통상적인 열 전도율(K) 1-2 W/m-K의 범위의 열전도 강화 첨가제(열전도 증강제)를 포함할 수 있다. 이것은 0.5 W/m-K의 일반적인 유리 열 전도율과 대조적이다. 첨가제의 열 전도율은, 바람직한 실시의 형태로, K≥30(질화 붕소 등과 같은), 보다 바람직하게 K≥50(탄화 붕소), 나아가 더 바람직하게 K≥80(탄화 규소), 한층 더 바람직하게 K≥149(규소)이다. 계속해서 더 바람직하게는 K≥150-200(질화 알루미늄), 및 가장 바람직하게는 금속 결합 다이아몬드 분말(MDP), 수지 결합 다이아몬드 분말(RDP), 다결정질 다이아몬드 분말(PDP), 또는 천연 다이아몬드 분말(NDP)(Advanced Abrasives Corporation, Pennsauken, NJ 08109) 등과 같은 최대 500 W/m-K의 열 전도율을 가지는 다이아몬드 분말을 첨가한다. 본 단락에서 설명된 상기 첨가제는 본 발명에 사용하기에 적합하다. 금속 분말은, 만약 알루미늄 기재 상단의 상기 유전체에 전류 도전 회로 소자를 갖는다면, 상기 금속 분말이 포함된 유전체 조성물의 전기적 특성을 저하할 수 있으므로 피해한다.
실시예 .
표 4는 알루미늄 LED 기판용 유전체로 시험된 본 발명의 주요 유전체 조성물을 열거하였다. 유전체 페이스트는 표준 후막 소성 프로파일의 580-600℃의 첨단 온도에서 AL3003 기판사에 도포되고 소성되었다. 상기 소성은 분당 3.6"(9.1 cm)의 벨트 속도의 Watkin-Johnson 12-구역 벨트 용광로에서 수행되었다. 비히클은 Ferro Corporation에서 구입 가능한 에틸-셀룰로오스-기반의 비히클이다. 알루미늄 기판상의 유전체 층의 서열은 도 1에 도시하였고 표 5에 열거하였다. 소성 후, 상기 유전체의 열 전도율을 ASTM E1461 레이져 플레쉬법을 사용하여 측정한다. 상기 측정값을 표 5에 나타내었다.
유전체 페이스트
유리/wt% 페이스트 E1 페이스트 B1 페이스트 C1 페이스트 C2 페이스트 D1
유리 B 67.59
유리 C 56.23 53
유리 D 55.13
유리 E 66.72
V9250 청색 안료 1.35 1.46 1.35 1.35 1.46
규소 분말 11.77
MDP 분말 15.01 12.46
비히클 25.68 26 25.7 25.69 26
Texanol 용매 6.25 4.95 4.95 4.95 4.95
통합 100 100 100 100 100
알루미늄 기판상 유전체 및 이의 열 전도율
페이스트 A I II III
기판 AL3003 AL3003 AL3003 AL3003
하단 유전체 페이스트 E1 페이스트 E1 페이스트 C1 페이스트 C2
상단 유전체-층 I 페이스트 B1 페이스트 D1 페이스트 D1 페이스트 D1
상단 유전체-층 II 페이스트 C1 페이스트 D1 페이스트 D1 페이스트 D1
실온
유전체 단일(두께, mm) 0.074 0.068 0.094 0.074
금속 기판+유전체 단일(두께, mm) 1.63 1.631 1.649 1.625
유전체의 평균 부피 밀도(gm/cc) 3.08 3.23 3.18 3.25
유전체의 비열(Cp, J/g-K) 0.673 0.706 0.718 0.705
유전체의 확산계수(α, mm2/sec 0.576 0.664 1.05 1.25
열 전도율(K, W/m-K)
열 전도율(유전체 단일)(W/m-K) 1.19 1.51 2.39 2.86
열 전도율(금속 기판+유전체)(W/m-K) 22.8 30 33.9 46.2
본 발명의 실시예는 진공 절연 유리, 태양 전지 접촉부, 태양 전지, 태양 전지 모듈, 유기 PV 장치, 플라즈마 디스플레이 기기, 나노크리스탈 디스플레이, 전기 변색 장치, 전기 변색 재료 시스템, 센서, 부유 입자 장치, 마이크로-블라인드, 액정 장치, 스마트 윈도우, 전환성 윈도우, 스마트 유리, E-유리(eglass), 양자 점 소자, 열전 소자, 배터리, 발광 다이오드(LED), 표면-전도형 전자 방출 디스플레이(SED), 전계 방출 디스플레이(FED), 유기 발광 다이오드(OLED), 액정 디스플레이(LCD), 디지털 광 처리(DLP), 강유전성 액정(ferro-liquid display, FLD), 간섭 변조기 디스플레이(IMOD), 후막 유전 전계발광 디스플레이(TDEL), 양자 점 전계발광 디스플레이(QDLED), 티모스 디스플레이(time multiplexed optical shutter, TMOS), TPD(telescopic pixel display), 액정 레이저(LCL), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 유기 발광 트렌지스터(OLET), 및 이들의 조합으로부터 선택되는 전자 기기이고, 상기 전자기기는 본 명세서에 개시된 유리 조성물을 포함하는 적어도 하나의 유전체 층을 포함한다.
본 기술의 향 후 적용과 개발로부터 수 많은 이점이 분명해질 것은 의심할 여지가 없다. 모든 특허, 공개된 출원, 및 본 명세서에 언급된 것은 본원에 그 전체가 참조로 인용된다.
본 명세서에 전술된 바와 같이, 본 발명은 종래 기기들과 관련된 많은 문제를 해결한다. 그러나, 첨부된 청구 범위에 표현된 바와 같이, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않고, 본 명세서에 본 발명의 본질을 설명하기 위해 기술되고 설명된 세부 사항, 재료 및 제형에 있어 다양한 변경이 해당 분야의 당업자에 의해 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 하기를 포함하는 유전체 조성물:
    a. 하기 i 내지 iv를 포함하는 유리 성분;
    i. 30 내지 75 mol%의 SiO2,
    ii. 5 내지 25 mol%의 TiO2,
    iii. 5 내지 40 mol%의 (Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O), 및
    iv. 0.1 내지 15 mol%의 (P2O5+Nb2O5+V2O5)

    b. 유기 비히클; 및
    c. 용매.
  2. 제1항에 있어서,
    열 전도성 강화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    열 전도성 강화제는 질화 붕소, 탄화 붕소, 탄화 규소, 규소, 질화 알루미늄, 금속이 결합된 다이아몬드 분말, 수지가 결합된 다이아몬드 분말, 다결정 다이아몬드 분말, 및 천연 다이아몬드 분말로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    유리 성분은 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 35 내지 70 mol%의 SiO2,
    b. 1 내지 15 mol%의 TiO2,
    c. 11 내지 37 mol%의 (Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O), 및
    d. 1 내지 10 mol%의 (P2O5+Nb2O5+V2O5).
  5. 제4항에 있어서,
    유리 성분은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 0.1 내지 10 mol%의 Bi2O3,
    b. 0.1 내지 15 mol%의 B2O3, 및
    c. 0.1 내지 12 mol%의 ZnO.
  6. 제1항에 있어서,
    하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 42 내지 70 mol%의 SiO2,
    b. 5 내지 14 mol%의 TiO2,
    c. 15 내지 30 mol%의 (Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O), 및
    d. 2 내지 8 mol%의 (P2O5+Nb2O5+V2O5).
  7. 제6항에 있어서,
    유리성분은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 2 내지 8 mol%의 Bi2O3,
    b. 0.1 내지 5 mol%의 B2O3, 및
    c. 0.1 내지 5 mol%의 ZnO.
  8. 제1항에 있어서,
    하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 42 내지 60 mol%의 SiO2,
    b. 8 내지 14 mol%의 TiO2,
    c. 2 내지 7 mol%의 Li2O,
    d. 10 내지 15 mol%의 Na2O,
    e. 4 내지 7 mol%의 K2O,
    f. 0.1 내지 1 mol%의 P2O5, 및
    g. 1 내지 7 mol%의 V2O5.
  9. 제8항에 있어서,
    유리 성분은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 3 내지 7 mol%의 Bi2O3,
    b. 1 내지 4 mol%의 B2O3,
    c. 2 내지 4 mol%의 ZnO, 및
    d. 0.1 내지 1 mol%의 Nb2O5.
  10. 제1항에 있어서,
    하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 50 내지 68 mol%의 SiO2,
    b. 9 내지 13 mol%의 TiO2,
    c. 2 내지 7 mol%의 Li2O,
    d. 9 내지 15 mol%의 Na2O,
    e. 4 내지 8 mol%의 K2O,
    f. 0.2 내지 1.1 mol%의 P2O5, 및
    g. 1.5 내지 7 mol%의 V2O5.
  11. 제10항에 있어서,
    유리 성분은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물:
    a. 2 내지 8 mol%의 Bi2O3,
    b. 1 내지 3 mol%의 B2O3,
    c. 1 내지 4 mol%의 ZnO, 및
    d. 0.1 내지 1.5 mol%의 Nb2O5.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 성분은 0.1-10 마이크론의 D50 입자 크기 및 0.1-15 마이크론의 D95 입자 크기를 가지는 유리 프릿 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  13. 하기를 포함하는 전자 기기:
    a. 알루미늄 기판,
    b. 상기 알루미늄 기판의 최소 하나의 부분 위에 배치된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 최소 하나의 층,
    c. 도전선, 및
    d. 전력 회로,
    여기서, 상기 기판, 유전체 조성물 및 도전선은 유전체 조성물이 알루미늄 기판 및 도전선을 물리적으로 분리 및 전기적으로 분리 중 최소 하나 이상의 형태로 분리되게 배열되었고, 이때 상기 전력 회로는 오직 도전선과 접촉되어 있다.
  14. 제13항에 있어서,
    알루미늄 기판은 AL 1050, AL 1060, AL 1100, AL 2024, AL 3003, AL 380, AL 384, AL 5052, AL 514, AL 6061, 및 AL 6063로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  15. 제13항에 있어서,
    도전선은 구리, 알루미늄, 은, 백금 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  16. 하기를 포함하는 알루미늄 기판 위 유전체 층 형성 방법:
    a. 알루미늄 기판 위에 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 최소 하나 이상의 층을 도포하는 단계, 및
    b. 상기 유전체 조성물을 소성하여 상기 기판 위에 유전체 층을 형성하는 단계.
  17. 제15항에 있어서,
    소성은 400℃ 내지 660℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유전체 층 형성 방법.
  18. 하기를 포함하는 전자 기기 제조 방법:
    a. 알루미늄 기판을 제공하는 단계,
    b. 상기 알루미늄 기판에 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 최소 하나 이상의 층을 도포하는 단계,
    c. 상기 유전체 조성물의 최소 하나 이상의 층에 도전 페이스트의 최소 하나 이상의 층을 도포하여 조립체를 형성하는 단계,
    d. 상기 조립체를 400-660℃에서 소성하여 상기 유전체 및 도전 페이스트를 소결하는 단계, 및
    e. 전력 회로를 상기 도전 페이스트의 최소 하나 이상의 층과 전기적으로 접촉되도록 위치시키는 단계.
  19. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 최소 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 전자 기기:
    진공 절연 유리, 태양 전지 접촉부, 태양 전지, 태양 전지 모듈, 유기 PV 장치, 플라즈마 디스플레이 기기, 나노크리스탈 디스플레이, 전기 변색 장치, 전기 변색 재료 시스템, 센서, 부유 입자 장치, 마이크로-블라인드, 액정 장치, 스마트 윈도우, 전환성 윈도우, 스마트 유리, E-유리(eglass), 양자 점 소자, 열전 소자, 배터리, 발광 다이오드(LED), 표면-전도형 전자 방출 디스플레이(SED), 전계 방출 디스플레이(FED), 유기 발광 다이오드(OLED), 액정 디스플레이(LCD), 디지털 광 처리(DLP), 강유전성 액정(ferro-liquid display, FLD), 간섭 변조기 디스플레이(IMOD), 후막 유전 전계발광 디스플레이(TDEL), 양자 점 전계발광 디스플레이(QDLED), 티모스 디스플레이(time multiplexed optical shutter, TMOS), TPD(telescopic pixel display), 액정 레이저(LCL), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 유기 발광 트렌지스터(OLET), 및 이들의 조합.
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