TWI374201B - - Google Patents

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1374201 九、發明說眄： 【發明所屬之技術領域】 特別是指一種 一種基板，特 本發明是有關於一種基板的製造方法， 氧化鋁基板的製造方法。本發明另亦有關於 別是指一種氧化鋁基板。 【先前技術】 許多電子裝置【例如發光二極體（light_emitting di〇de • LED)裝置與生物晶片裝置】内都具有-基板（substrate)，其 _ 包含有一供各電子線路及元件設置的設置層，以及一遠離 ， 該等線路及元件而與該設置層相疊的底層。 該等電子裝置在使用時會持續地發熱；為盡量使熱量 快速散除，並降低電子裝置的整體重量，業界偏好使用層 疊狀之含鋁基板’其底層的材質即為鋁，而該設置層的材 質則有例如聚氯乙稀（polyvinyl chloride，PVC)之有機高分子 物質’或者是氧化鋁’其中，該設置層的材質為氧化鋁之 φ 基板，被稱為「氧化鋁基板」。 為了維持產品的強大功能、高安全性、較長的使用壽 命’並因應未來的技術發展趨勢，電子裝置製造商傾向於 使用可耐高電壓且耐高溫之基板，有的製造商甚至要求基 板中該設置層要有高達2 kV以上之耐電壓值（anti-voltage resistance)與 400°C 以上的财熱溫度（cracking temperature)。 •材質為PVC的設置層雖具有符合此標準的耐電壓值與 对熱溫度’但PVC的傳熱效果比氧化鋁差，容易堆積廢熱 ’因而限制了一基板上所能設置的元件或線路數目，且也 5 不利於裝設功率較高的元件，因此類元件更易產生廢熱β 一般乾化铭基板之設置層的耐電塵值與耐熱溫度雖僅 約500 V、150t，與上述標準相去甚遠。g，氧化铭基板 相對於高分子物質而言因已综合了鋁之高散熱性與氧化鋁 較佳傳熱性，故而較適合再深入發展技術以使其設置 層（材質為氡化鋁）可承受高溫與高電壓，最好能達到上述之 2 kV、4〇〇°c的嚴苛標準。 另氡化鋁基板中之氧化鋁層越厚者，也就能耐越高 的電壓，但越厚之氧化鋁層卻也越易累積熱量而導致裂痕 產生，這會使得電子裝置在使用時產生漏電現象，而降低 了裝置的使用壽命。為了拿捏其中的平衡點，目前大部分 電子裝置製造商所選用的氧化鋁基板厚度規格約在1〇 "m ，然上述氡化鋁基板之功效極限難免限制了電子裝置廠商 對於尚功率之新產品的開發，氧化鋁基板廠商也相對地失 去了偏好其他規格的客源。 目月1j乾化铭基板的製備方式是採陽極處理法（an〇dizing) ’其主要的兩大操控因素是所使用的電解液與電化學操作 參數’而以往因電源供應器僅能提供低電壓（約2〇 v〜60 V) ，以至於長久以來陽極處理法皆需使用具有高導電度的電 解液來配合進行，另一方面也使得低電壓之電化學操作模 式成了本業界的製程習慣。 丙二睃（malonic acid)雖可提升氧化鋁層的硬度，但其 導電性不佳，並會與鋁金屬錯合而致使鋁基板被溶解，因 此以往電解液中僅含有微量的丙二酸，而電解質中的主要 成份則通常為硫酸或草酸，以使該電解液具有較佳的 性二並縣特陽極處科减板被溶解的㈣；然而所 獲得之氧化鋁層的耐電壓值與耐熱溫度並不理想。 另申讀人亦發現，該氧化銘層在以上述方法製出時， 其氧原子與㉝原子之數量比值（以τ簡稱為「咖值」）實際 上已超過1.8’而非一般認知的15(此值是源自於分子式： Al2〇3」）’另已知Ο/Al越高時，金屬性質就越低，因此其 傳熱效果也越差，且其耐電壓值與耐熱溫度也就越低。就 此趨勢看來，申請人認為〇/Α1值介於丨5〇〜丨8〇的氧化鋁 層傳熱效果較好，且其耐電壓值與耐熱溫度應是較高的， 而為品質較佳的氧化紹基板。 而依上述方式所製出的氧化鋁基板，當使其在空氣中 歷經逐步提高的溫度，以模擬屆時各裝置實際上運作狀況 時，申請人更發現，其氧化鋁層中的〇/Α1值也逐步提高。 申請人推測此情形暗示在各裝置之運作過程中，該氧化鋁 層不僅因O/Al值提高而致使傳熱效果降低，且該氧化鋁層 的結構也因越來越多的〇加入其中而逐步地被破壞，因此 無法承受高電塵與高溫而裂開，導致裝置受損。 ’文 S. Ono·，M. Saito “Self-order of anodic porous alumina formed in organic acid electrolyte» Electrochimica Acta 51 (5) 827」揭示以高濃度的丙二酸水溶液（每公升令含 450 g)，配合低電位值之電化學操作模式來進行陽極處理以 製備氧化链基板；其氧化鋁層確實具有稍高的耐電壓值（約 1 kV)與耐熱溫度（約3〇〇它），功效上雖可說是差強人意然 而丙_酸屬尚單價物質，因此顯然地此法需耗費高成本。 無疑地’目前氧化銘基板確實存有諸多技術瓶頸；業 界所期待的除了一低成本之製備方法以外，亦需要一種其 t化紹層可对高電壓與高溫的氧化鋁基板；進一步地，包 含有該氧純基板之各式電子裝置，例如LED纟置、生物 晶片裝置等，也都是被需要的。 【發明内容】 與則述一般方法相反地，申請人發現當改以丙二酸為 主要電解質來配製電解液，並搭配較高電位值來對一鋁基 板施以陽極處理，即能在不大量耗費丙二酸的情況下，製 出可承受高電壓與高溫，甚至其氧化鋁層的〇/A1值是介於 1.50〜1.80之間的優質氧化鋁基板。 因此，本發明之第一目的，即在提供一種成本合理且 及產品具有良好功效之氧化鋁基板製備方法；其包含預備 一電解液，以及在該電解液中地於〇〜65<»c的溫度範圍内對 一純度90%以上的鋁基板施以一陽極處理，該電解液包含 有一電解質以及用以溶解該電解質的水；其特徵在於：以 一公升之電解液計，是包含2〇克〜25〇克的一電解質，且 該電解質疋包含有丙二酸、醋酸錢（amm〇nium acetate， CHsCOONH4)’以及一添加劑；丙二酸是佔該電解質的7〇 wt%〜98 wt% ’醋酸銨是佔該電解質的1评伐〜15 wt% ， 該添加劑則是佔該電解質的0 05 wt%〜15 wt% ，該添加劑 疋擇自於下基°比〇定叛酸g旨【Benzyipyridinjum carb〇Xyiate，純 度為48 %者，簡稱為r BPc 48」】、聚乙烯亞胺 1374201 (polyethylenimine)、聚乙烯醇（p〇iyVinyi alcohol，PVA)、葫 蘆巴驗（trigonelline)、氣化銦（indium(ni) chloride，InCl3)， 或此等之一組合；該陽極處理的操作電位則是介於8〇 v〜 350 V之間’其電流密度則是介於3〇 A/m2〜2〇〇 A/m2之間 〇 本發明之第二目的，即在提供一種氧化鋁基板，其包 含一铭層’以及一設置在該鋁層上之氧化鋁層；其特徵在 於：該氧化鋁層中的0/A1值是介於1.50〜1.80之間。 基於其氧化铭層具有傳熱效率高（因其〇/A1值較小而較 有金屬性）、耐高電壓與高溫的特性，本發明氧化鋁基板即 便疋裝設上多量的線路或元件，或者是較會發熱的元件， 也旎使得該等元件繼續正常運作，如此等同於延長了所對 應之裝置的使用壽命，另一方面本發明氧化鋁基板因具有 較佳的上述特性，而有利於其他高規格電子裝置之開發。 因此本發明之第三與第四目的，則分別是提供一種led裝 置與一生物晶片裝置，其等之特徵皆是在於：包含有本發 明氧化鋁基板。 【實施方式】 基於上述之本發明製備方法及本發明氧化鋁基材的基 本技術要件’為一併顧及到所製出之氧化鋁基板的品質(例 如該氧化鋁層之傳熱效率、耐電壓值、耐熱溫度、硬度、 平整度:亮度等等）以及製備時所耗費的成本，就電解液之 配方而言，以每公升來估計，較佳地，是含有乃克〜2〇〇 克的該電解質’更佳地’是含有25克〜15()克的該電解質 9 1374201 而在電解質之各組成物質方面，丙二酸較佳地是佔該電 解質的80 wt%〜98 wt% ;醋酸銨較佳地是佔該電解質的 1-5 wt%〜5 wt% ，·添加劑較佳地是佔該電解質的〇5〜伐 〜5 wt% 。另建議該添加劑是擇自於苄基吡啶羧酸酯、聚乙 烯亞胺、聚乙烯醇、萌蘆巴鹼、氣化銦，或此等之一組合 〇 另就陽極處理之各操作參數而言，在電位方面，較佳 地是介於100 V〜300 V之間。另在所使用之陰極材料方面 基本上建議使用鉛、白金、銅、不銹鋼；而當進一步地考 慮所製出之氧化鋁基板的品質、成本，與陰極材料之導電 度及氧化性時，則更佳的選擇是白金、鉛，及不鏽鋼。 於以下本發明方法實施例所採用的，其每公升電解液 中疋含有20.50〜180.92克的電解質；而於該電解質中，丙 二酸佔 87.80 wt% 〜97.03 wt% 、醋酸銨佔 2.48 wt% 〜9.76 wt% 、添加劑（所選用者為内含有48%之节基吡啶羧酸酯的 PC 48知產巴驗’及氦化銦）佔〇. 11 wt%〜2.44 wt% ;該 陽極處理之溫度為5〜5〇〇c、所施加的電位值為13〇〜2〇〇 v 、電流密度為110〜]5〇 A/m2、施行時間則是4〇〜8〇分鐘 ，所使用的陰極材質為鉛、銅，或白金。 本發明氧化鋁基板中，該氧化鋁層之厚度基本上並不 阳制而基於其具有較低的Ο/Al值，該氧化銘層已具有較 佳的傳熱效果；為符合下游廠商（即裝置製造商）對於規格的 各式需求，較佳地該氧化鋁層之厚度是介於1〇〜15() μπι之 間’更佳地是介於1G〜55 μιη之間，因其中大部分廉商的 10 1374201 規格需求為此。就功效方面，本發明氧化鋁基板之氧化鋁 層的对熱溫度可達400〜550°C之間，对電昼值則可達ί ο〜 2.5 kV之間。 就以T實施例所製出的氧化鋁基板，其氧化鋁層的厚 度是介於31〜55 //m之間，Ο/Al值於耐熱測試前是介於 1.6〜1.8之間，耐熱測試後則是介於155〜175之間，而其 耐熱溫度是介於4〇5。〇〜46〇它之間，耐電壓值則介於15 kV〜2.1 kV之間。 以下將以實施例與比較例來說明本發明各目的之實施 方式與功效。該等實施例與比較例所使用的化學品如下所 示；須注意的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應 被解釋為本發明實施之限制。若無特別說明溫度、壓力， 則該實施例之施行或製備，以及後續的各項測試與評估， 皆是在常溫、常壓的環境下進行。 <化學品〉 1. 丙二酸、醋酸銨：皆由美國Merck公司所製造。 2. 硫酸：由美國Alfa公司所製造，型號為38751，密度為 1.84 g/cm3。 3. 草酸：由美國Alfa公司所製造，型號為4441〇。 4. BPC 48、葫蘆巴鹼：皆由德國BASF公司所製造。 5. 銘基板：由台灣賀華實業公司所製造，型號為卿卜 其純度在為90%以上。 6. 鉛板：由台灣三群股份有限公司所製造。 7·銅板、白金板：皆由美國Aldrich公司所製造。 11 1374201 [實施例】 各實施例與比較例之操作方式如下：以水及電解質配 製好所欲之電解液後，將一鋁基板置入於該電解液中以進 行陽極處理’經過-預定時間後取出形成好的氧化銘基板 ’並進行下述測試或分析- L EDS分析：以一能量散射光譜儀（Energy Dispersive Spectrometer’ EDS)來分析該基板_氧化鋁層之所含原子 種類與O/Al值。 2.耐熱溫度測試：將該氧化鋁基板置於特定高溫的烘箱中 小時’測s式該氧化鋁層在維持表面完整的前提下所 月忍觉的最尚溫β 耐電壓值測試：以一耐壓機（AC ΗΙ·ρ〇τ如如；由固緯 公司所提供，型號為GPT-715A)直接對該氧化鋁層由〇 V起持續地施加電壓至鋁基板產生火花電壓為止。 各實施例之電解液配方（以每公升計）、陽極處理之電化 學操作條件，以及所獲得之氧化鋁基板的各項測試或分析 結果，係如以下表一所列；其中「_」代表不予記錄。Bpc 48之「實際用量」則是以其内之苄基。比咬缓酸酯的實際含 量來記錄： 12 1374201 表一 操作條件 氧化鋁基板

各實施例與比較例所製出之氧化鋁基板，不論是在耐 熱測試前後，其氧化鋁層之EDS分析圖譜皆類似圖丨所示 地出現了由0、A1所形成的波峰，然而各例子的〇/A丨值各 有不同，於耐熱測試前後亦有差異。就實施例4而言，進 行耐熱測試前之氧化銘層中〇、A1 Μ素所佔的原子數量 百分率分別為61.54%、38.蝴（即0 i所示），兩者比值為 1.6〇 U在歷經耐熱測試後，〇所佔的原子數量百 為60.78%，A1者則提井兔 ^ 奴幵為39.22% ，兩者比值降為155。 一〜兩比較例* s，#⑽丨值在耐熱測試前分別 13 1374201 1·90、1.87，皆超過1.8 ,而在耐熱測試後則分別提升為2 〇 、1.9，顯然地該等氧化鋁層在接受耐熱測試之後，其ο/m 值比原來的更大，此表示在接受高溫的過程中，確實有氧 原子摻入該等氧化鋁層β另，該兩氧化鋁層之耐熱溫度分 別僅有99t與250°C，耐電壓值則僅為〇.25 1^與〇32 kv 〇 反觀該等實施例，其Ο/Al值在耐熱測試前是介於1 6〇 〜1.80之間，在耐熱測試後則是降為155〜175之間顯 然地該等氧化銘層之O/Ai值不管在何階段下皆未超過1 8〇 ，且該等氧化鋁層在接受耐熱測試之後，其〇/A丨值比原來 的更小，不但更接近1.50之完美比值，也因其金屬比例的 增加而呈現出較高的傳熱性。另其等之耐熱溫度、耐電壓 值則分別介於405〜46(TC之間、1.5〜2·1 lcV之間，亦明顯 地比兩比較例者要來得高。 該等實施例證實本發明之其氧化鋁層〇/A1值介於i 5〇 〜1.80之間的氧化鋁基板，確實可透過本發明方法而被製 出，且該氧化鋁層也確實具有傳熱快、耐高電壓且耐高溫 等特性，故本發明氧化鋁基板適用於作為各種電子裝置（例 如LED裝置與生物晶片裝置等）中的基板；另考量本發明方 法所具有之操作簡單、成本合理等優點，顯然本發明確實 能解決習知的困擾、提供符合業界需求之氧化鋁基板及其 製備方法，並進一步地提供品質更優異之例如LEd裝置與 生物晶片裝置之電子裝置。 惟以上所述者’僅為本發明之較佳實施例而已，當不 14 1374201 能以此限定本發明實施之範圍 範圍及發明說明内容所作之簡 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 ，即大凡依本發明申請專利 單的等效變化與修飾，皆仍 圖1是一元素分析圖，為實施例4氧化鋁 熱測試前之氧化鋁層的EDS分析結果。 【主要元件符號說明】

基板進行耐 益

15

Claims (1)

1374201 告本 X 第097125534¾專利号請案補充、修正後無劃線之說明書替換頁 正本 十、申請專利範圍： ------ 1· 一種氧化鋁基板的製備方法，包含預備一電解液，以及 在該電解液中地於0〜65°c的溫度範圍内對一純度90% 以上的鋁基板施以一陽極處理’該電解液包含有一電解 質以及用以溶解該電解質的水；其特徵在於：以一公升 之電解液計’是包含20克〜250克的一電解質，且該電 解質是包含有丙二酸、醋酸銨，以及一添加劑；丙二酸 是佔該電解質的70 wt%〜98 wt% ，醋酸銨是佔該電解 質的1 wt%〜15 wt% ，該添加劑則是佔該電解質的〇 wt%〜15 wt% ，該添加劑是擇自於苄基吡啶羧酸酯、聚 乙烯亞胺、聚乙烯醇、萌蘆巴鹼、氯化銦，或此等之一 組合；該陽極處理的操作電位則是介於8〇 v〜35〇 v之 間，其電流密度則是介於3〇 A/m2〜2〇〇 A/m2之間。 2. 依據申請專利範圍第i項所述之方法，其特徵在於：以 -公升之電解液計，是包含25克〜2〇〇克的一電解質。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之方法，其特徵在於.以 -公升之電解液計，是包含25克〜15〇克的一電解質。 4·依針請專利範圍第1項所述之方法，其特徵在於：丙 二酸是佔該電解質的8〇wt%〜98_% ^ 其特徵在於：醋 其特徵在於：添 5·依據申請專利範圍第〗項所述之方法 酸銨是佔該電解質的1.5 wt%〜5 wt% 6.依據申請專利範圍第丨項所述之方法 加劑是佔該電解質的〇.5 wt%〜5 wt% 16 1374201 第097125534號專利_請案補充、修正後無劃線之說明書替換頁 7.依據申請專利範圍第1項所述之方法 添加劑是擇自於苄基吡啶羧酸酯、聚 醇、韌盧巴驗、氯化銦，或此等之一組合。 替換曰期：101年4月 ’其特徵在於：該 乙烯亞胺、聚乙烯 8.依據申請專利範圍第丨項所述之方法，其特徵在於：該 操作電位是介於1〇〇 V〜300 V之間。

9. 一種氧化鋁基板，是以如申請專利範圍第丨項所述之製 備方法而製得並包含一鋁層，以及一設置在該鋁層上之 氧化鋁層，其特徵在於：該氧化鋁層中的氧原子數量與 鋁原子數量之比值是介於丄咒〜丨.^之間，該氧化鋁層 的厚度是介於10 μπ1〜150 μηι之間、耐熱溫度是介於 4〇〇eC〜550°C之間，及埘電壓值是介於1〇 kv〜2 5 kv 之間。 10.依據申請專利範圍第9項所述之氧化鋁基板，其特徵在 於：該氧化铭層的厚度是介於10 μιη〜55 μιη之間。 17