KR20200117985A

KR20200117985A - 절연막, 절연 도체, 금속 베이스 기판

Info

Publication number: KR20200117985A
Application number: KR1020207016740A
Authority: KR
Inventors: 후미아키 이시카와; 가즈히코 야마사키; 보르들레 가브리엘
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-10-14
Also published as: TW201936790A; TWI770355B; EP3699932A4; US20210166844A1; JP6562147B2; EP3699932A1; CN111448620A; PH12020500566A1; CN111448620B; JP2019140094A

Abstract

절연막 (10) 은, 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 수지 (11) 와, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 함유하고, 상기 α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량이 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내에 있다. 절연 도체 (20) 는, 도체 (21) 와, 상기 도체의 표면에 구비된 절연막을 갖는 절연 도체 (20) 로서, 상기 절연막이 상기의 절연막 (10) 으로 이루어진다. 금속 베이스 기판 (30) 은, 금속 기판 (31) 과, 절연막과, 금속박 (33) 이 이 순서로 적층된 금속 베이스 기판 (30) 으로서, 상기 절연막이 상기의 절연막 (10) 으로 이루어진다.

Description

절연막, 절연 도체, 금속 베이스 기판

본 발명은, 절연막과, 이 절연막을 사용한 절연 도체 및 금속 베이스 기판에 관한 것이다.

본원은, 2018년 2월 5일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-018268호 및 2018년 12월 28일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-246997호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

절연막은, 예를 들어, 코일이나 모터에 이용되는 절연 도체의 절연막, 반도체 칩이나 LED 소자 등의 전자 부품이나 회로 기판의 표면을 보호하는 보호막, 금속 베이스 기판의 절연막으로서 사용되고 있다.

절연막으로는, 수지와 무기 필러를 함유하는 수지 조성물로부터 형성된 막이 사용되고 있다. 수지로는, 폴리이미드나 폴리아미드이미드와 같은 내열성, 화학적 내성, 기계적 강도가 높은 수지가 이용되고 있다.

최근의 전자 부품의 작동 전압의 고전압화나 고집적화에 수반하여, 전자 부품의 발열량은 증가하는 경향이 있고, 열저항이 낮아, 방열성이 높은 절연막이 요구되고 있다. 절연막의 열저항을 저감시키는 방법으로서 열전도성이 높은 무기 필러를 첨가하는 방법이 있다. 그러나, 입자경이 큰 무기 필러를 첨가하면, 내전압 (절연 파괴 전압) 이 저하된다는 문제가 있다 (비특허문헌 1).

여기서, 절연막의 내전압 V_R 은, 절연막의 막두께를 h, 막두께당의 내전압을 V_F 로 하면, 하기의 식 (1) 로 나타내어진다.

V_R ＝ V_F × h … (1)

한편, 절연막의 열저항 R 은, 절연막의 막두께를 h, 절연막의 열전도도를 λ 로 하면 하기의 식 (2) 로 나타내어진다.

R ∝ h/λ … (2)

식 (1) 과 식 (2) 로부터, 절연막의 열저항 R 은, 하기의 식 (3) 으로 나타낼 수 있다.

R ∝ V_R/(λ × V_F)… (3)

상기의 식 (3) 으로부터, 절연막의 열저항 R 은, 절연막의 막두께당의 내전압 V_F × 열전도도 λ 의 역수에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 절연막의 열저항 R 을 저감시키기 위해서는, 절연막의 막두께당의 내전압 V_F × 열전도도 λ의 값 (이하,「성능치」라고도 한다) 을 크게 하는 것이 중요해진다.

특허문헌 1, 2 에는, 절연막의 내전압을 향상시키기 위하여, 무기 필러로서 나노 입자를 사용하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1 에는, 무기 필러로서 평균 최대 직경이 500 ㎚ 이하인 나노 입자를 사용한 절연막이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1 의 실시예에는, 나노 입자를 2.5 질량％, 5 질량％ 첨가한 절연막이 기재되어 있다.

특허문헌 2 에서는, 폴리아미드이미드 수지와 평균 일차 입자경이 200 ㎚ 이하인 절연성 미립자를 함유하는 절연막이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2 의 실시예에는, 절연성 미립자를 5 질량％ 첨가한 절연막이 기재되어 있다. 그러나, 일반적으로, 절연막에 나노 입자를 첨가해도, 열전도도는 별로 향상되지 않는 것으로 되어 있다.

특허문헌 3, 4 에는, 열전도도를 보다 향상시키기 위하여, 무기 필러로서 나노 입자와 마이크로 입자의 양자를 병용한 절연막이 기재되어 있다.

특허문헌 3 에는, 무기 필러로서, 마이크로 입자 사이즈의 제 1 무기 필러와, 소정의 재료로 이루어지는 나노 입자 사이즈의 제 2 무기 필러를 함유하는 전기 절연 재료용의 수지 조성물이 개시되어 있다.

특허문헌 4 에는, 무기 필러로서 마이크로 입자 사이즈의 열전도성 무기 구상 마이크로 필러와, 판상, 봉상, 섬유상, 혹은 인편상 형상의 마이크로 필러와, 나노 입자 사이즈의 열전도성 무기 나노 필러를 충전한 수지 조성물이 개시되어 있다.

그러나, 상기의 비특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 마이크로 입자를 첨가한 절연막은 내전압이 저하된다는 문제가 있다.

미국 특허출원 공개 제2007/0116976호 (A) 명세서 일본 공개특허공보 2013-60575호 (A) 일본 공개특허공보 2009-13227호 (A) 일본 공개특허공보 2013-159748호 (A)

Journal of International Council on Electrical Engineering Vol.2, No.1, pp.90 ∼ 98, 2012

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 열전도도와 내전압성의 양자가 높고, 또한 내열성, 화학적 내성, 기계 특성이 우수한 절연막, 이 절연막을 사용한 절연 도체 및 금속 베이스 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태인 절연막은, 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 수지와, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 α 알루미나 단결정 입자를 함유하고, 상기 α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 절연막에 의하면, 수지가 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지기 때문에, 내열성, 화학적 내성, 및 기계 특성이 향상된다.

또, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 미세한 α 알루미나 단결정 입자를, 8 체적％ 이상 60 체적％ 이하의 범위 내에서 함유하기 때문에, 폴리이미드나 폴리아미드이미드 등의 수지가 갖는 우수한 내열성, 화학적 내성, 및 기계 특성을 저해하지 않고, 내전압과 열전도도의 양자를 향상시키는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명의 절연막에 있어서는, 상기 α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 20 체적％ 이상 70 체적％ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 30 체적％ 이상 60 체적％ 이하의 범위 내이다.

이 경우에는, 내전압과 열전도도의 양자를 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 절연 도체는, 도체와, 상기 도체의 표면에 구비된 절연막을 갖는 절연 도체로서, 상기 절연막이, 상기 서술한 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 절연 도체에 의하면, 상기 서술한 내전압과 열전도도의 양자가 향상된 절연막이, 도체의 표면에 구비되어 있으므로, 절연 도체로서 우수한 내전성과 내열성을 발휘한다.

또, 본 발명의 금속 베이스 기판은, 금속 기판과, 절연막과, 금속박이 이 순서로 적층된 금속 베이스 기판으로서, 상기 절연막이, 상기 서술한 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 금속 베이스 기판에 의하면, 상기 서술한 내전압과 열전도도의 양자가 향상된 절연막이, 금속 기판과 금속박 사이에 배치되어 있으므로, 금속 베이스 기판으로서 우수한 내전성과 내열성을 발휘한다.

본 발명예에 의하면, 열전도도와 내전압성의 양자가 높고, 또한 내열성, 화학적 내성, 기계 특성이 우수한 절연막, 이 절연막을 사용한 절연 도체 및 금속 베이스 기판을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 절연막의 개략 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태인 절연 도체의 개략 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태인 금속 베이스 기판의 개략 단면도이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 절연막, 절연 도체, 금속 베이스 기판에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

(절연막)

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 절연막의 개략 단면도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태인 절연막 (10) 은, 수지 (11) 와, α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 함유한다.

수지 (11) 는, 절연막 (10) 의 기재가 된다. 수지 (11) 는, 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어진다. 이들의 수지는, 이미드 결합을 가지므로, 우수한 내열성과 화학적 안정과 기계 특성을 갖는다.

α 알루미나 단결정 입자 (12) 는, 절연막 (10) 의 내전압과 열전도도를 효율적으로 향상시키는 작용이 있다. α 알루미나 단결정 입자 (12) 는, α 알루미나 (αAl2O3) 의 결정 구조를 갖는 단결정 입자이다.

α 알루미나 입자가 단결정 입자인 것은, 예를 들어, 다음과 같이 하여 확인할 수 있다.

먼저 X 선 회절법에 의해, α 알루미나 입자의 피크의 반치폭 (Full width at half maximum (FWHM)) 을 취득한다. 취득한 피크의 반치폭을 Scherrer 의 식에 의해 결정자 직경 (r) 로 변환한다. 이것과는 별도로, SEM (주사형 전자 현미경) 을 사용하여 α 알루미나 입자 100 개의 입경을 측정하고, 그 평균을 평균 입경 (D) 로 하여 산출한다. 산출한 α 알루미나 입자의 평균 입경 (D) 에 대한 결정자 직경 (r) 의 비 (r/D) 를 산출하고, 이 비 (r/D) 가 0.8 이상인 경우에는 단결정으로 하였다.

α 알루미나 단결정 입자 (12) 는, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다. 평균 입자경이 0.3 ㎛ 미만이면 응집 입자를 형성하기 쉬워져, α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 수지 (11) 중에 균일하게 분산시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, α 알루미나 단결정 입자 (12) 가 응집 입자를 형성하면, 절연막 (10) 의 기계적 강도가 저하되어, 절연막 (10) 이 물러진다. 한편, 평균 입자경이 1.5 ㎛ 를 초과하면, 절연막 (10) 의 내전압이 저하될 우려가 있다. α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 평균 입자경은, 바람직하게는 0.3 ㎛ 이상 0.7 μnm 이하의 범위 내이다.

α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 평균 입자경은, α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 분산액을 사용하여, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정한 체적 누적 평균 직경 (Dv50) 의 값이다. 평균 입자경 측정용의 α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 분산액은, 예를 들어, α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 분산제와 함께 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 용매 중에 투입하고, 초음파 분산에 의해 α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 분산시킴으로써 조제할 수 있다.

α 알루미나 단결정 입자 (12) 로는, 예를 들어, 스미토모 화학 주식회사로부터 판매되고 있는 어드밴스드 알루미나 (AA) 시리즈의 AA-03, AA-04, AA-05, AA-07, AA-1.5 등을 사용할 수 있다.

절연막 (10) 의 α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량은, 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내로 되어 있다. 함유량이 8 체적％ 미만이면, 절연막 (10) 의 열전도도를 향상시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 한편, 함유량이 80 체적％ 를 초과하면, 절연막 (10) 의 기계적 강도가 저하되어, 절연막 (10) 이 물러진다. 또, 수지 (11) 와 α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 혼합하기 어려워져, α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 수지 (11) 중에 균일하게 분산시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 절연막 (10) 의 내전압과 열전도도의 양자를 보다 확실하게 향상시키는 관점에서, α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량의 하한은 20 체적％ 이상인 것이 바람직하고, 30 체적％ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또, α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량의 상한은, 70 체적％ 이하인 것이 바람직하고, 60 체적％ 이하인 것이 특히 바람직하다.

절연막 (10) 의 α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량은, 예를 들어, 다음과 같이 하여 구할 수 있다.

절연막 (10) 을, 대기 중, 400 ℃ 에서 12 시간 가열하여, 수지 (11) 를 열분해 제거하고, 잔분의 α 알루미나 단결정 입자 (12) 를 회수한다. 회수한 α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 중량을 측정하여, 가열 전의 절연막 (10) 의 중량으로부터, α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량 (중량 베이스) (중량％) 을 산출한다. 중량 베이스의 함유량을, 수지의 밀도, α 알루미나의 밀도를 사용하여 체적 베이스의 함유량 (체적％) 으로 변환한다.

구체적으로는, 가열하여 회수한 α 알루미나 입자의 중량을 Wa (g), 가열 전의 절연막의 중량을 Wf (g), α 알루미나의 밀도를 Da (g/㎤), 수지의 밀도를 Dr (g/㎤) 로 하여, α 알루미나 단결정 입자의 함유량 (중량％) 을 하기의 식으로부터 산출한다.

α 알루미나 단결정 입자의 함유량 (중량％) ＝ Wa/Wf × 100

＝ Wa/{Wa ＋ (Wf － Wa)} × 100

다음으로, α 알루미나 단결정 입자의 함유량 (체적％) 을 하기의 식으로부터 산출한다.

α 알루미나 단결정 입자의 함유량 (체적％)

＝ (Wa/Da)/{(Wa/Da) ＋ (Wf － Wa)/Dr} × 100

절연막 (10) 의 막두께는, 용도에 따라서도 상이하지만, 통상적으로는, 1 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하의 범위 내, 바람직하게는 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내이다.

본 실시형태의 절연막 (10) 은, 예를 들어, 에나멜선의 에나멜막과 같이, 코일이나 모터에 이용되는 절연 도체의 절연막으로서 사용할 수 있다. 또, 전자 부품이나 회로 기판의 표면을 보호하는 보호막으로서 사용할 수 있다. 또한, 금속 베이스 기판 등에 있어서, 금속박 (회로 패턴) 과 기판 사이에 배치하는 절연막으로서 사용할 수 있다. 또, 단독의 시트 또는 필름으로서, 예를 들어, 플렉시블 프린트 기판 등의 회로 기판용의 절연재로서 사용할 수 있다.

전착법은, 폴리이미드 혹은 폴리아미드이미드와 용매와 물과 빈용매와 염기를 함유하는 전착액을, 도전성 기판의 표면에 전착시켜 전착막을 형성하고, 이어서 전착막을 건조시켜, 얻어진 건조막을 가열하여 경화시키는 방법이다.

본 실시태의 절연막은, 예를 들어, 도포법 혹은 전착법에 의해 형성할 수 있다.

도포법은, 폴리이미드 혹은 폴리아미드이미드 혹은 이들의 전구체 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 수지 재료가 용해된 용액과, 그 용액에 분산되어 있는 α 알루미나 단결정 입자를 함유하는 α 알루미나 단결정 입자 분산 수지 용액을 조제하고, 이어서 이α 알루미나 단결정 입자를 기판에 도포하여 도포막을 형성하고, 이어서 도포막을 건조시켜, 얻어진 건조막을 가열하여 경화시키는 방법이다. α 알루미나 단결정 입자 분산 수지 용액을, 금속 기판의 표면에 도포하는 방법으로는, 스핀 코트법, 바 코트법, 나이프 코트법, 롤 코트법, 블레이드 코트법, 다이코트법, 그라비아 코트법, 딥 코트법 등을 사용할 수 있다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 절연막 (10) 에 의하면, 수지 (11) 가 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지기 때문에, 내열성, 화학적 내성, 및 기계 특성이 향상된다. 또, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 미세한 α 알루미나 단결정 입자 (12) 를, 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내에서 함유하기 때문에, 폴리이미드나 폴리아미드이미드 등의 수지가 갖는 우수한 내열성, 화학적 내성, 및 기계 특성을 저해하지 않고, 내전압과 열전도도의 양자를 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태의 절연막 (10) 에 의하면, α 알루미나 단결정 입자 (12) 의 함유량을 20 체적％ 이상 70 체적％ 이하의 범위 내, 더욱 바람직하게는 30 체적％ 이상 60 체적％ 이하의 범위 내로 함으로써, 내전압과 열전도도의 양자를 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.

(절연 도체)

다음으로, 본 발명의 일 실시형태인 절연 도체에 대해 설명한다. 또한, 상기 서술한 절연막과 동일한 구성의 것에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 기재하고, 상세한 설명을 생략한다.

도 2 는, 본 발명의 일 실시형태인 절연 도체의 개략 단면도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태인 절연 도체 (20) 는, 도체 (21) 와 도체 (21) 의 표면에 구비된 상기 서술한 절연막 (10) 을 갖는다.

도체 (21) 는, 높은 도전성을 갖는 금속으로 이루어진다. 도체 (21) 로는, 예를 들어, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또한, 도 2 에서는, 도체 (21) 는 단면이 원형상이지만, 도체 (21) 의 단면 형상은 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 타원형, 사각형이어도 된다.

절연막 (10) 은, 도체 (21) 를 외부와 절연하기 위한 부재이다.

본 실시형태의 절연 도체 (20) 는, 예를 들어, 도체의 표면에 도포법 혹은 전착법에 의해 절연막을 형성함으로써 제조할 수 있다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 절연 도체 (20) 는, 절연막으로서 내전압과 열전도도의 양자가 향상된 상기 서술한 절연막 (10) 이, 도체 (21) 의 표면에 구비되어 있으므로, 절연 도체로서 우수한 내전성과 내열성을 발휘한다.

(금속 베이스 기판)

다음으로, 본 발명의 일 실시형태인 금속 베이스 기판에 대해 설명한다. 또한, 상기 서술한 절연막과 동일한 구성인 것에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 기재하고, 상세한 설명을 생략한다.

도 3 은, 본 발명의 일 실시형태인 금속 베이스 기판의 개략 단면도이다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태인 금속 베이스 기판 (30) 은, 금속 기판 (31) 과, 상기 서술한 절연막 (10) 과, 밀착막 (32) 과, 금속박 (33) 이 이 순서로 적층된 적층체이다.

금속 기판 (31) 은, 금속 베이스 기판 (30) 의 베이스가 되는 부재이다. 금속 기판 (31) 으로는, 구리판, 알루미늄판 및 이들의 적층판을 사용할 수 있다.

절연막 (10) 은, 금속 기판 (31) 과 금속박 (33) 을 절연하기 위한 부재이다.

밀착막 (32) 은, 절연막 (10) 과 금속박 (33) 의 밀착성을 향상시키기 위하여 형성되어 있는 부재이다.

밀착막 (32) 은, 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 수지로는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다. 실리콘 수지는, 각종 유기기를 도입한 변성 실리콘 수지를 함유한다. 변성 실리콘 수지의 예로는, 폴리이미드 변성 실리콘 수지, 폴리에스테르 변성 실리콘 수지, 우레탄 변성 실리콘 수지, 아크릴 변성 실리콘 수지, 올레핀 변성 실리콘 수지, 에테르 변성 실리콘 수지, 알코올 변성 실리콘 수지, 불소 변성 실리콘 수지, 아미노 변성 실리콘 수지, 메르캅토 변성 실리콘 수지, 카르복시 변성 실리콘 수지를 들 수 있다. 에폭시 수지의 예로는, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 지방족형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지를 들 수 있다. 이들의 수지는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

밀착막 (32) 은, 열전도성을 향상시키기 위하여, 무기물 입자를 분산시켜도 된다. 무기물 입자로는, 세라믹 입자를 사용할 수 있다. 세라믹 입자의 예로는, 실리카 입자, 알루미나 입자, 질화붕소 입자, 산화티탄 입자, 알루미나 도프 실리카 입자, 알루미나 수화물 입자, 질화알루미늄 입자를 들 수 있다.

금속박 (33) 은, 회로 패턴상으로 형성된다. 그 회로 패턴상으로 형성된 금속박 (33) 위에, 전자 부품이 솔더를 통하여 접합된다. 금속박 (33) 의 재료로는, 구리, 알루미늄, 금 등을 사용할 수 있다.

본 실시형태의 금속 베이스 기판 (30) 은, 예를 들어, 금속 기판 (31) 위에, 절연막 (10) 과 밀착막 (32) 을 이 순서로 적층하고, 이어서 밀착막 (32) 위에 금속박 (33) 을 첩부하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 절연막 (10) 은, 도포법 혹은 전착법에 의해 형성할 수 있다. 밀착막 (32) 은, 예를 들어, 밀착막 형성용의 수지와 용제와 필요에 따라 첨가되는 무기물 입자를 함유하는 밀착막 형성용 도포액을, 절연막 (10) 의 표면에 도포하여 도포막을 형성하고, 이어서 도포막을 가열하고, 건조시킴으로써 형성할 수 있다. 금속박 (33) 은, 밀착막 (32) 위에 금속박 (33) 을 중첩시키고, 이어서, 금속박 (33) 을 가압하면서 가열함으로써 첩합 (貼合) 시킬 수 있다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 금속 베이스 기판 (30) 에 의하면, 절연막으로서 내전압과 열전도도의 양자가 향상된 상기 서술한 절연막 (10) 이, 금속 기판 (31) 과 금속박 (33) 사이에 배치되어 있으므로, 금속 베이스 기판으로서 우수한 내전성과 내열성을 발휘한다.

실시예

다음으로, 본 발명의 작용 효과를 실시예에 의해 설명한다.

[본 발명예 1 ∼ 19, 비교예 1 ∼ 8]

표 1 에 나타내는 제조 방법을 사용하여, 무기물 입자와 수지를 함유하는 절연막을 제조하였다. 각 본 발명예 및 비교예에서 제조한 절연막의 구체적인 제조 방법은, 다음과 같다.

＜본 발명예 1 ∼ 11, 비교예 1 ∼ 7＞

(폴리아믹산 용액의 조제)

용량 300 ㎖ 의 세퍼러블 플라스크에, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 및 NMP (N-메틸-2-피롤리돈) 를 주입하였다. NMP 량은, 얻어지는 폴리아믹산의 농도가 40 질량％ 가 되도록 조정하였다. 상온에서 교반하여, 4,4'-디아미노디페닐에테르을 완전하게 용해시킨 후, 내온이 30 ℃ 를 초과하지 않도록, 소정량의 테트라카르복실산 2 무수물을 소량씩 첨가하였다. 그 후, 질소 분위기 하에서 16 시간의 교반을 계속하여 폴리아믹산 (폴리이미드 전구체) 용액을 조제하였다.

(세라믹 입자 분산 폴리아믹산 용액의 조제)

하기의 표 1 에 나타내는 세라믹 입자를 준비하였다. 준비한 세라믹 입자를, NMP 10 g 에 대해 1.0 g 투입하고, 30 분간 초음파 처리하여, 세라믹 입자 분산액을 조제하였다.

이어서, 조제한 폴리아믹산 용액과 조제한 세라믹 입자 분산액과 NMP 를, 최종적으로 용액 중의 폴리아믹산의 함유량이 5 질량％ 이고, 수지 성분과 세라믹 입자의 합계량에 대한 세라믹 입자의 함유량이 하기의 표 1 에 나타내는 체적％ 가 되도록 혼합하였다. 계속해서 얻어진 혼합물을, 스기노 머신사 제조 스타 버스트를 사용하여, 압력 50 ㎫ 의 고압 분사 처리를 10 회 반복함으로써 분산 처리를 실시하여, 세라믹 입자 분산 폴리아믹산 용액을 조제하였다.

(도포법 의한 절연막의 제조)

조제한 세라믹 입자 분산 폴리아믹산 용액을, 두께 0.3 ㎜ 이고 30 ㎜ × 20 ㎜ 의 구리 기판의 표면에, 가열 후의 막두께가 20 ㎛ 가 되도록 도포하여 도포막을 형성하였다. 이어서 도포막을 형성한 구리 기판을 핫 플레이트 상에 배치하여, 3 ℃/분의 승온 속도로 실온으로부터 60 ℃ 까지 승온하고, 60 ℃ 에서 100 분간 가열한 후, 추가로 1 ℃/분의 승온 속도로 120 ℃ 까지 승온하고, 120 ℃ 에서 100 분간 가열하여, 건조시켜 건조막으로 하였다. 그 후, 건조막을 250 ℃ 에서 1 분간, 이어서 400 ℃ 에서 1 분간 가열하여, 절연막 부착 구리 기판을 제조하였다.

＜본 발명예 12＞

용매 가용형의 폴리이미드와 폴리아미드이미드를 중량비 1 : 1 로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 NMP 에 용해시켜, 폴리이미드와 폴리아미드이미드의 혼합물 용액을 조제하였다. 이 혼합물 용액과 세라믹 입자 분산액과 NMP 를, 최종적으로 용액 중의 폴리이미드와 폴리아미드이미드의 합계 함유량이 5 질량％ 이고, 세라믹 입자의 함유량이 하기의 표 1 에 나타내는 양이 되도록 혼합하여, 세라믹 입자 분산 수지 용액을 조제한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여, 도포법을 사용하여 절연막 부착 구리 기판을 제조하였다.

＜비교예 8＞

가열 경화형에서 1 액성의 용제 가용형 에폭시 수지를 준비하였다. 이 용제 가용형 에폭시 수지와, 세라믹 분산 용액과, NMP 를, 최종적으로 용액 중의 에폭시 수지의 함유량이 8 질량％ 이고, 세라믹 입자의 함유량이 하기의 표 1 에 나타내는 양이 되도록 혼합하여, 세라믹 입자 분산 수지 용액을 조제한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여, 도포법을 사용하여 절연막 부착 구리 기판을 제조하였다. 또한, 세라믹 입자 분산 수지 용액의 도포막은, 3 ℃/분의 승온 속도로 실온으로부터 60 ℃ 까지 승온하고, 60 ℃ 에서 100 분간 가열한 후, 추가로 1 ℃/분의 승온 속도로 120 ℃ 까지 승온하고, 120 ℃ 에서 100 분간 가열하여, 건조, 경화시켜, 절연막으로 하였다.

＜본 발명예 13 ∼ 19＞

(세라믹 입자 분산 수지 용액의 조제)

하기의 표 1 에 나타내는 세라믹 입자를 준비하였다. 준비한 세라믹 입자 1.0 g 을, NMP 를 62.5 g, 1M2P (1-메톡시-2-프로판올) 를 10 g, AE (아미노에테르) 를 0.22 g 의 비율로 함유하는 혼합 용매에 투입하고, 30 분간 초음파 처리하여, 세라믹 입자 분산액을 조제하였다.

이어서, 폴리아미드이미드 용액 3.3 g 에 조제한 세라믹 입자 분산액을, 수지 성분과 세라믹 입자의 합계량에 대한 세라믹 입자의 함유량이 하기의 표 1 에 나타내는 체적％ 가 되도록 첨가하여, 세라믹 입자 분산 폴리아미드이미드 용액을 조제하였다.

(세라믹 입자 분산 폴리아미드이미드 전착액의 조제)

조제한 세라믹 입자 분산 폴리아미드이미드 용액을, 5000 rpm 의 회전 속도로 교반하면서, 그 세라믹 입자 분산 폴리아미드이미드 용액에 물을 21 g 적하하여, 세라믹 입자 분산 폴리아미드이미드 전착액을 조제하였다.

(전착법에 의한 절연막의 제조)

조제한 전착액에, 두께 0.3 ㎜ 이고 30 ㎜ × 20 ㎜ 의 구리 기판과, 스테인리스 전극을 침지시키고, 구리 기판을 정극 (正極), 스테인리스 전극을 부극 (負極) 으로 하여, 100 V 의 직류 전압을 인가하여, 구리 기판의 표면에 전착막을 형성하였다. 또한, 구리 기판의 이면은 보호 테이프를 첩부하여, 전착막이 형성되지 않도록 보호하였다. 전착막의 막두께는, 가열에 의해 생성되는 절연막의 막두께가 20 ㎛ 가 되는 두께로 하였다. 이어서, 전착막을 형성한 구리 기판을, 대기 분위기 하, 250 ℃ 에서 3 분간 가열하여, 전착막을 건조시켜, 절연막 부착 구리 기판을 제조하였다.

＜절연막 부착 구리 기판의 평가＞

본 발명예 1 ∼ 19 및 비교예 1 ∼ 8 에서 제조한 절연막에 대해, 하기의 항목을 평가하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.

(내전압)

내전압은, 주식회사 계측 기술 연구소의 다기능 안전 시험기 7440 을 사용하여 측정하였다. 절연막 부착 구리 기판의 절연막의 표면에 전극 (φ6 ㎜) 을 배치하였다. 절연막 부착 구리 기판의 구리 기판과 절연막의 표면에 배치한 전극을 각각 전원에 접속하고, 6000 V 까지 30 초로 승압하였다. 구리 기판과 전극 사이에 흐르는 전류치가 5000 ㎂ 가 된 시점의 전압을 절연막의 내전압으로 하였다.

(상대 내전압)

세라믹 입자를 분산시키지 않았던 것 이외에는, 본 발명예 1 ∼ 19 및 비교예 1 ∼ 8 과 동일하게 하여 수지 단독의 절연막을 제조하고, 그 내전압을 상기의 방법으로 측정하였다. 이 수지 단독의 절연막의 내전압을 1 로 했을 때의 본 발명예 1 ∼ 19 및 비교예 1 ∼ 8 의 절연막의 내전압을 상대 내전압으로서 산출하였다.

(절연막의 열전도도)

열전도도 (절연막의 두께 방향의 열전도도) 는, NETZSCH-GeratebauGmbH 제조의 LFA477 Nanoflash 를 사용하여, 레이저 플래시법에 의해 측정하였다. 열전도도는, 계면 열저항을 고려하지 않은 2 층 모델을 사용하여 산출하였다. 또한, 구리 기판의 두께는 이미 서술한 바와 같이 0.3 ㎜, 구리 기판의 열확산율은 117.2 ㎟/초로 하였다. 절연막의 열전도도의 계산에는, α 알루미나 입자의 밀도 3.89 g/㎤, α 알루미나 입자의 비열 0.78 J/gK, 실리카 입자의 밀도 2.2 g/㎤, 실리카 입자의 비열 0.76 J/gK, 질화붕소의 밀도 2.1 g/㎤, 질화붕소의 비열 0.8 J/gK, 폴리아미드이미드 수지의 밀도 1.41 g/㎤, 폴리아미드이미드 수지의 비열 1.09 J/gK, 폴리이미드의 밀도 1.4 g/㎤, 폴리이미드의 비열 1.13 J/gK, 에폭시의 밀도 1.2 g/㎤, 에폭시의 비열 1.05 J/gK 를 사용하였다.

(상대 열전도도)

세라믹 입자를 분산시키지 않은 것 이외에는, 본 발명예 1 ∼ 19 및 비교예 1 ∼ 8 과 동일하게 하여 수지 단독의 절연막을 제조하고, 그 열전도도를 상기의 방법으로 측정하였다. 이 수지 단독의 절연막의 열전도도를 1 로 했을 때의 본 발명예 1 ∼ 19 및 비교예 1 ∼ 8 의 절연막의 열전도도를 상대 열전도도로 하여 산출하였다.

(상대 성능치)

상대 내전압과 상대 열전도를 곱한 값을, 상대 성능치로 하여 산출하였다. 이 값이 클수록 열저항이 작은 것을 나타낸다.

α 알루미나의 다결정 입자를 사용한 비교예 1 의 절연막은, 열전도도가 낮아졌다. α 알루미나 단결정 입자의 첨가량이 본 발명의 범위보다 적은 비교예 2 의 절연막은, 열전도도가 낮아졌다. α 알루미나 단결정 입자의 첨가량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 3 의 절연막은, 내전압이 낮아졌다. α 알루미나 단결정 입자의 평균 입자경이 본 발명의 범위보다 큰 비교예 4, 5 의 절연막은, 내전압이 낮아졌다. α 알루미나 단결정 입자 대신에 실리카의 나노 입자를 사용한 비교예 6 의 절연막은, 내전압과 열전도도의 양자가 낮아졌다. α 알루미나 단결정 입자 대신에 질화붕소의 나노 입자를 사용한 비교예 7 의 절연막은, 내전압이 낮아졌다. 또한, 수지로서 에폭시를 사용한 비교예 8 의 절연막은, 내전압이 낮아지고, 그 결과, 상대 성능치가 3 이하로 낮아졌다.

이에 반하여, 수지로서 폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물을 사용하고, 세라믹 입자로서 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 α 알루미나 단결정 입자를 사용하고, 이 α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내에 있는 본 발명예 1 ∼ 19 의 절연막은, 내전압과 열전도도가 밸런스가 양호하게 향상되고, 높은 상대 성능치를 나타내는 것이 확인되었다. 특히, α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 20 체적％ 이상 70 체적％ 이하의 범위 내에 있는 본 발명예 3 ∼ 6, 8 ∼ 12, 15 ∼ 18 의 절연막은, 내전압과 열전도도가 더욱 밸런스가 양호하게 향상되고, 5.0 이상의 높은 상대 성능치를 나타내는 것이 확인되었다.

＜본 발명예 20＞

본 발명예 4 에서 조제한 세라믹 입자 분산 폴리아믹산 용액을, 이형 필름 (유니티카사 제조, 유니필) 상에, 건조 후의 막두께가 20 ㎛ 가 되도록 도포하여 도포막을 형성하였다. 이어서 도포막을 형성한 이형 필름을, 핫 플레이트상에 배치하여, 실온으로부터 3 ℃/분의 승온 속도로 60 ℃ 까지 승온하고, 60 ℃ 에서 100 분간 가열한 후, 추가로 1 ℃/분에 120 ℃ 까지 승온하고, 120 ℃ 에서 100 분간 가열하여, 건조시켜 건조막으로 하였다. 그 후, 이형 필름으로부터 박리하고, 자립성 필름으로 한 후, 스테인리스제 형틀에 클립으로 수 지점 고정시킨 후, 건조막을 250 ℃ 에서 1 분간, 400 ℃ 에서 1 분간 가열하여, 자립성 절연막을 제조하였다.

제조한 자립성 절연막에 대해, 내전압, 상대 내전압, 열전도도, 상대 열전도도를 측정하고, 성능치를 산출하였다. 그 결과, 내전압은 4.5 ㎸, 상대 내전압은 1.1, 열전도도는 1.4 w/mK, 상대 열전도도는 7, 성능치는 7.5 였다.

또한, 내전압은, 자립성 절연막의 양면에 전극 (φ6 ㎜) 을 대향하도록 배치한 것 이외에는, 상기 서술한 방법과 동일하게 하여 측정하였다. 열전도도는, 1 층 모델을 사용하여 산출한 것 이외에는, 상기 서술한 방법과 동일하게 하여 측정하였다.

＜본 발명예 21＞

본 발명예에 관련된 절연 도체는, 도선에 절연막을 피복하여 제조할 수 있다.

본 발명예 16 에서 조제한 전착액에, φ3 ㎜ 의 구리선과 스테인리스 전극을 침지시키고, 구리선을 정극, 스테인리스 전극을 부극으로 하여, 100 V 의 직류 전압을 인가하여, 구리선의 표면에 전착막을 형성하였다. 전착막의 막두께는, 가열에 의해 생성되는 절연막의 막두께가 20 ㎛ 가 되는 두께로 하였다. 이어서, 전착막을 형성한 구리선을, 대기 분위기 하, 250 ℃ 에서 3 분간 가열하여, 전착막을 건조시켜, 절연막 부착 구리선 (절연 구리선) 을 제조하였다.

＜본 발명예 22＞

본 발명예에 관련된 금속 베이스 기판은, 금속 기판과 절연막과 금속박을 적층하여 제조할 수 있다.

본 발명예 4 에서 조제한 세라믹 입자 분산 폴리아믹산 용액을, 두께 1 ㎜ 이고 20 ㎜ × 20 ㎜ 의 구리 기판의 표면에, 가열 후의 막두께가 20 ㎛ 가 되도록 도포하여 도포막을 형성하였다. 이어서 도포막을 형성한 구리 기판을 핫 플레이트상에 배치하여, 3 ℃/분의 승온 속도로 실온으로부터 60 ℃ 까지 승온하고, 60 ℃ 에서 100 분간 가열한 후, 추가로 1 ℃/분의 승온 속도로 120 ℃ 까지 승온하고, 120 ℃ 에서 100 분간 가열하여, 건조시켜 건조막으로 하였다. 그 후, 건조막을 250 ℃ 에서 1 분간, 이어서 400 ℃ 에서 1 분간 가열하여, 절연막 부착 구리 기판을 제조하였다. 얻어진 절연막 부착 구리 기판의 절연막에 대해, 열전도도와 내전압을 각각 측정한 결과, 열전도도는 1.4 w/mk 이고, 내전압은 4.1 ㎸ 였다.

얻어진 절연막 부착 구리 기판의 이면에 보호 테이프를 첩부한 후, 농도 25 질량％ 의 폴리아미드이미드 용액에 침지시켜, 절연막의 위에 폴리아미드이미드 용액의 도포막을 형성하였다.

이어서, 도포막을, 250 ℃ 에서 30 분간 가열하여, 절연막의 위에 밀착막을 형성하였다.

다음으로, 밀착막 위에, 두께 18 ㎛ 이고 폭 1 ㎝ 의 구리박 (CF-T4X-SV-18 : 후쿠다 금속박분 공업 (주) 제조) 을 중첩시키고, 이어서, 카본 지그를 사용하여 5 ㎫ 의 압력을 부여하면서, 진공 중에서 215 ℃ 의 온도에서 20 분간 가열하여, 밀착막과 동박을 첩합시켰다. 이상과 같이 하여, 구리 기판과 절연막과 밀착막과 동박이 이 순서로 적층된 금속 베이스 기판을 제조하였다.

산업상 이용가능성

10 : 절연막
11 : 수지
12 : α 알루미나 단결정 입자
20 : 절연 도체
21 : 도체
30 : 금속 베이스 기판
31 : 금속 기판
32 : 밀착막
33 : 금속박

Claims

폴리이미드, 또는 폴리아미드이미드, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 수지와, 평균 입자경이 0.3 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 α 알루미나 단결정 입자를 함유하고, 상기 α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 8 체적％ 이상 80 체적％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 절연막.
제 1 항에 있어서,
상기 α 알루미나 단결정 입자의 함유량이 20 체적％ 이상 70 체적％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 절연막.
도체와, 상기 도체의 표면에 구비된 절연막을 갖는 절연 도체로서,
상기 절연막이, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연 도체.
금속 기판과, 절연막과, 금속박이 이 순서로 적층된 금속 베이스 기판으로서,
상기 절연막이, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 기판.