WO2005036939A1 - 基板およびその製造方法 - Google Patents

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WO2005036939A1
WO2005036939A1 PCT/JP2004/015108 JP2004015108W WO2005036939A1 WO 2005036939 A1 WO2005036939 A1 WO 2005036939A1 JP 2004015108 W JP2004015108 W JP 2004015108W WO 2005036939 A1 WO2005036939 A1 WO 2005036939A1
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particles
insulating film
metal plate
substrate according
alumina particles
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PCT/JP2004/015108
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Fumiaki Kikui
Akio Morishita
Masato Yasuoka
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Neomax Materials Co., Ltd.
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    • H05K2201/0248—Needles or elongated particles; Elongated cluster of chemically bonded particles

Definitions

  • the present invention relates to a substrate used as a wiring substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a substrate using a metal plate as a base substrate and a method for manufacturing the same.
  • a wiring board of an electronic device for example, a resin board using epoxy resin or the like, a ceramic board, a metal base board, or the like is used.
  • Metal-based substrates have the advantages of higher strength, better machinability, and easier formation of a desired shape than resin substrates and ceramic substrates. Since the metal plate has conductivity, in a metal base substrate using a metal plate as the base substrate, the wiring pattern is provided on an insulating film formed on the surface of the metal plate. Examples of the insulating film formed on the surface of the metal plate include an organic insulating film such as a polyimide film and a polyimide film (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-104442).
  • the polyimide film / polyamide film has low heat resistance (for example, heat resistance temperature of 350 ° C). Therefore, the metal-based wiring substrate with these organic insulating films formed on the surface is not suitable for use or processing temperature. You will be restricted. Specifically, for example, when used as a control board for an automobile, heat resistance of 500 ° C. or more may be required. A metal-based wiring substrate having the organic insulating film cannot be applied. Further, the wiring substrate having the organic insulating film cannot be pressed after forming the insulating film on the metal plate.
  • inorganic insulating films formed of aluminum oxide or silicon oxide have excellent heat resistance
  • these films are usually formed by a sputtering method and require a long time for film formation.
  • a film formation time of 10 hours or more is required. Therefore, such a film forming method is not industrially practical. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a substrate which can be manufactured with industrial and practical efficiency and has an inorganic film having excellent insulating properties formed on the surface of a metal plate.
  • the substrate of the present invention has a metal plate and an insulating film formed on the surface of the metal plate and containing acicular alumina particles and granular particles, thereby solving the above-described problems.
  • granular particles, silica particles may comprise at least one of M g O particles, and T i ⁇ 2 particles.
  • the particulate particles include silica particles.
  • the aspect ratio of the acicular alumina particles is preferably in the range of 6 or more and 15 or less.
  • the major axis of the acicular alumina particles is preferably in the range from 70 nm to 300 nm.
  • the average particle size of the granular particles is preferably in the range of 5 nm to 80 nm.
  • the insulating film preferably contains the acicular alumina particles in a range of 0.3% by mass to 80% by mass.
  • the thickness of the insulating film is in the range from 0.3 m to 3.5 im.
  • the surface roughness of the insulating film is preferably 0.3 zm or less.
  • the metal plate may be made of Cu, Fe—Ni—Cr alloy, Fe—Cr alloy, Fe— It may be formed of Ni alloy, Fe, or A1. It is preferable that the metal plate has a thickness in a range from 0.05 mm to 0.5 mm.
  • a wiring substrate includes the substrate, and a wiring pattern formed on a surface of the insulating film of the substrate.
  • the method for producing a substrate according to the present invention includes the steps of: preparing a dispersion liquid containing needle-like alumina particles and granular particles; applying the dispersion liquid to a metal plate; and drying the metal plate provided with the dispersion liquid. And a step of baking the metal plate after the drying step to obtain an insulating film on the surface of the metal plate, thereby solving the above problem.
  • the step of applying the dispersion is preferably performed by a coating method. Specifically, for example, a method in which an insulating film is formed on a metal plate by immersing the metal plate in a dispersion liquid and then pulling up the metal plate (die coating) can be used. It is preferable that the pH of the dispersion is adjusted to a range of 3.5 or more and 5.5 or less.
  • the dispersion may include at least one of formic acid and acetic acid, salts thereof, and ammonia.
  • the total concentration of the acicular alumina particles and the granular particles is preferably in a range from 2% by mass to 6% by mass.
  • the particulate particles include silica particles.
  • the peak ratio of the acicular alumina particles is preferably in the range of 6 or more and 15 or less.
  • the average particle size of the granular particles is preferably in the range of 5 nm to 80 nm.
  • the insulating film preferably contains the acicular alumina particles in a range of 0.3% by mass to 80% by mass.
  • an inorganic material having excellent insulation properties on the surface of a metal plate with industrial and practical efficiency.
  • a substrate on which a film is formed can be manufactured.
  • FIG. 1A is a microscope (SEM) photograph of an insulating film surface of a substrate according to an example of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic diagram of the structure shown in FIG. 1A
  • Figure 2 is a micrograph (SEM) of the surface of the insulating film formed by silica particles only.
  • an inorganic insulating film on a metal plate surface using an industrially practical manufacturing method.
  • a method of forming an inorganic insulating film on the surface of a metal plate using fine inorganic particles as a material of an insulating film was studied.
  • simply forming an insulating film using particles does not produce an inorganic film having high insulating properties because pinholes are formed in the insulating film.
  • an inorganic film having no pinholes and having high insulating properties can be obtained by forming an insulating film by combining needle-like alumina particles and granular particles, leading to the present invention.
  • a substrate according to an embodiment of the present invention has a metal plate and an insulating film formed on a surface of the metal plate and containing acicular alumina particles and granular particles.
  • the acicular alumina particles are particles having a long axis and a short axis and having an elongated shape like a needle.
  • the granular particles do not include needle-like particles or scaly particles, and include, for example, spherical particles and irregular-shaped particles.
  • FIG. 1 (a) A micrograph (SEM) of the surface of the insulating film of the substrate of the example according to the present invention is shown in FIG. 1 (a), and a diagram schematically showing the structure is shown in FIG. 1 (b).
  • This insulating film is composed of acicular alumina particles (major axis: 100 nm, aspect ratio: 10) 2 and silica particles (spherical particles, average particle size: 3) as granular particles. 0 nm) 4 and.
  • This insulating film is set so as to contain the acicular alumina particles and the silica particles in a mass ratio of 7: 3.
  • Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b) it can be seen that the silica particles enter into the network structure formed by the acicular alumina particles, forming a dense structure with few gaps. . Further, in the insulating film, both the acicular alumina particles and the silica particles are uniformly dispersed, and the above-described dense structure with few gaps is formed almost all over the insulating film. I understand.
  • the insulating film of this substrate has excellent physical properties. Specifically, for example, even if the substrate is bent, the insulating film does not easily peel off from the metal plate, and is excellent in corrosion resistance and insulation.
  • FIG. 2 shows a microscopic (SEM) photograph of the surface of an insulating film formed only of silica particles (spherical particles, average particle size of 30 nm) without acicular alumina particles.
  • SEM microscopic
  • an inorganic material having excellent insulating properties and other physical properties can be obtained by a dense and uniform microstructure formed by the acicular alumina particles and the granular particles. It can be seen that a film is obtained.
  • Granular particles in addition to the above-mentioned silica particles, for example, may be a M G_ ⁇ particles or T i 0 2 particles, or can be a mixture of them.
  • the acicular alumina particles and the granular particles can be uniformly dispersed over almost the entire surface of the insulating film. Thereby, a dense structure with few gaps can be formed over almost the entire inside of the insulating film.
  • the aspect ratio (the ratio between the major axis and the minor axis) of the acicular alumina particles is preferably in the range of 6 or more and 15 or less. If the aspect ratio is less than 6, there may be a problem that the particles are aggregated in a part of the insulating film, and if it exceeds 15, the acicular alumina particles and the granular particles are separated. There is a case where a problem of separation from each other occurs.
  • the major axis of the acicular alumina particles is 7 It is preferably in the range of 0 nm or more and 300 nm or less.
  • the size of the long axis If it is less than 70 nm, a problem that the particles aggregate may occur.
  • the average particle diameter of the granular particles is preferably in the range of 5 nm or more and 80 nm or less. If the average particle size is less than 5 nm, there may be a problem that the acicular alumina particles agglomerate and the acicular alumina particles and the granular particles are separated from each other. In some cases, a large gap is formed, and a pinhole is formed in the insulating film.
  • the content ratio of the acicular alumina particles and the granular particles contained in the insulating film also affects the fine structure formed in the insulating film.
  • the acicular alumina particles contained in the insulating film are: It is preferably in the range from 0.3% by mass to 80% by mass. If the content of the acicular alumina particles exceeds 80% by mass, the acicular alumina particles may aggregate with each other, and voids may be formed between the acicular alumina particles.
  • the content of the acicular alumina particles is less than 0.3% by mass, the effect of adding the acicular alumina particles is not exerted, and the granular particles aggregate to form voids between the granular particles.
  • a metal plate having a thickness in the range of 0.05 mm or more and 0.5 mm or less is suitably used so that the shape can be easily imparted by machining.
  • a stainless steel plate formed of an Fe—Ni—Cr alloy or an Fe—Cr alloy is used as the metal plate.
  • Can be Stainless steel plates have the property of being particularly excellent in corrosion resistance of cut surfaces.
  • the metal plate may be formed of a Fe—Ni alloy, Fe, Al, or Cu.
  • the use of an A1 plate has the advantage of being lightweight, for example.
  • the use of a Cu plate has an advantage of, for example, excellent thermal conductivity.
  • the thickness of the insulating film is preferably at least 0.3 m, more preferably at least 1.0 m, in consideration of the withstand voltage of the insulating film.
  • the upper limit of the film thickness is typically 3.5 m.
  • the surface roughness can be made approximately the same as the surface roughness of the metal plate (for example, 0.3 m or less).
  • the method for manufacturing a substrate according to the embodiment of the present invention includes: (a) a step of preparing a dispersion containing acicular alumina particles and silica particles; (b) a step of applying the dispersion to a metal plate; Drying the metal plate to which the liquid has been applied; and (d) firing the metal plate after the drying step.
  • a substrate having a film formed on the surface of a metal plate can be manufactured with higher efficiency than when, for example, a sputtering method is used.
  • the production is simple and the production cost is low.
  • a dispersion obtained by dispersing acicular alumina particles and silicium particles in water can be used as the dispersion.
  • the content ratio of the acicular alumina particles to the silica particles in the dispersion is set so that the content of the acicular alumina particles in the insulating film is in the range of 0.3% by mass to 80% by mass. Is preferred. This is because the above-described dense fine structure can be formed uniformly over the entire film, and the formation of pinholes in the insulating film can be suppressed.
  • the total concentration of the acicular alumina particles and the silica particles is set in a range from 2% by mass or more to 6% by mass or less. At this concentration, the needle-like alumina particles and the silica particles can be dispersed in a good state, so that a flat insulating film with small surface irregularities can be formed.
  • the pH of the dispersion in order to stabilize the dispersion of the particles in the dispersion, it is preferable to set the pH of the dispersion to a range of 3.5 or more and 5.5 or less.
  • the pH of the dispersion is adjusted, for example, by at least one of formic acid and acetic acid, salts thereof, and ammonia.
  • a dispersant may be added as necessary.
  • sodium hexametaphosphate can be used as the dispersant, and is added so that the concentration in the dispersion becomes about 0.1% by mass.
  • Whether or not the particles are uniformly dispersed in the dispersion is determined, for example, by observing the change over time in the transmittance of the dispersion. Specifically, for example, if no change in the transmittance is visually observed between the dispersion immediately after stirring and the dispersion after 0.5 to 1 hour after stirring, particles are dispersed in the dispersion. It is determined that they are uniformly dispersed.
  • a dispersion liquid in which particles are uniformly dispersed is used,
  • a flat insulating film with a small surface roughness (eg, surface roughness of 0.3 m or less) can be obtained.
  • the step (b) of applying the dispersion to the metal plate is preferably performed by a coating method. It is easy to manufacture and industrially practical. Specifically, for example, a dip coating method is used. In the dip coating method, the thickness of the obtained insulating film can be controlled by adjusting the speed at which the metal base plate is pulled up after dipping the metal base plate in the dispersion. Specifically, increasing the pulling speed can increase the thickness of the insulating film.
  • the drying step (c) is performed, for example, under a temperature condition in a range from 80 ° C to 120 ° C. Further, the firing step (d) is performed under a temperature condition in a range of 450 ° C. or more and 750 ° C. or less.
  • the substrate of Example 1 was manufactured by the method described below.
  • aqueous solution was prepared in which the total concentration of acicular alumina particles (major axis: 100 nm, aspect ratio: 10) and silica particles (spherical particles, average particle size: 20 nm) was 5% by mass. Acetic acid was added to this aqueous solution to adjust the pH to 4.5 to prepare a dispersion. The mass ratio between the acicular alumina particles and the silica particles was 3: 7.
  • a metal plate (size 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.1 mm) formed of an alloy of Fe and Cr was prepared.
  • the surface roughness Ra of this metal plate was 0.3 m.
  • the metal plate was immersed for 60 seconds in the above dispersion at a liquid temperature of 30 ° C, and the metal plate was pulled out of the dispersion (dip
  • the metal plate to which the dispersion was applied was placed in a dryer, heated to 100 t :, and dried.
  • the film thickness at this time was 1.2 m. Drying was performed by blowing hot air on the metal plate at a temperature of 100 and a drying time of 1 hour. After drying, the mixture was fired in the air to fire at a firing temperature of 550 ° C and a firing time of 5 minutes. Under these firing conditions, the insulating film was sufficiently fired.
  • the firing conditions were set on the basis that the hardness of the insulating film of the metal plate reached a certain value. Here, the firing time was set to 5 minutes, and the hardness of each sample fired at a temperature different by 50 ° C was measured. The difference in hardness between the two samples having a firing temperature difference of 50 ° C was 2 % Was determined to be sufficient firing. The hardness was measured using a micro hardness tester.
  • an insulating film having a thickness of 1.0 zm was obtained.
  • the content of alumina in the insulating film was 31% by mass.
  • the content of alumina in the insulating film was evaluated using EPMA.
  • the substrate of Example 2 was manufactured by the method described below.
  • aqueous solution was prepared in which the total concentration of acicular alumina particles (major axis: 100 nm, aspect ratio: 10) and silica particles (spherical particles, average particle size: 20 nm) was 5% by mass. Acetic acid is added to this aqueous solution to adjust the pH to 4.
  • the dispersion was adjusted to 6 to prepare a dispersion.
  • the mass ratio between the acicular alumina particles and the silica particles was 1: 9.
  • the same metal plate as in Example 1 was prepared. Using the same method as described in Example 1, an insulating film was formed on the surface of the metal plate.
  • the temperature of the dispersion was set at 30 ° C, the metal plate was immersed in the dispersion for 60 seconds, and the metal plate was pulled up from the dispersion at a lifting speed of 0.3 m / min. . Thereafter, drying was performed under the same conditions as in Example 1 to form an insulating film having a thickness of 0.9 m, and further sintering was performed.
  • the conditions of the firing step were the same as in Example 1.
  • an insulating film having a thickness of 0.7 m was obtained.
  • the content of alumina in the insulating film was 10% by mass.
  • the substrate of Example 3 was manufactured by the method described below.
  • aqueous solution having a total concentration of 3% by mass of acicular alumina particles (major axis: 80 nm, aspect ratio: 7) and silicic particles (spherical particles, average particle diameter: 30 nm) was prepared.
  • Acetic acid was added to this aqueous solution to adjust the pH to 4.7 to prepare a dispersion.
  • the mass ratio between the acicular alumina particles and the silica particles was 7: 3.
  • a metal plate (size 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.3 mm) formed of an alloy of Fe and Ni was prepared.
  • the surface roughness Ra of this metal plate was 0.2 m.
  • an insulating film was formed on the surface of the metal plate.
  • the temperature of the dispersion was set at 30, the metal plate was immersed in the dispersion for 60 seconds, and the metal plate was pulled up from the dispersion at a lifting speed of 0.3 mZ. Thereafter, drying was performed under the same conditions as in Example 1 to form an insulating film having a thickness of 0.5 m, and calcination was further performed.
  • the conditions of the firing step were the same as in Example 1.
  • an insulating film having a thickness of 0.4 m was obtained.
  • the content of alumina in the insulating film was 72% by mass.
  • the substrate of Example 4 was manufactured by the method described below.
  • aqueous solution was prepared in which the total concentration of acicular alumina particles (major axis: 120 nm, aspect ratio: 10) and silica particles (spherical particles, average particle size: 30 nm) was 5% by mass. Acetic acid was added to this aqueous solution to adjust the pH to 4.7 to prepare a dispersion. The mass ratio between the acicular alumina particles and the silica particles was 7: 3.
  • Example 3 The same metal plate as in Example 3 was prepared. Using the same method as described in Example 1, an insulating film was formed on the surface of the metal plate. The temperature of the dispersion was set at 30 ° C., the metal plate was immersed in the dispersion for 60 seconds, and the metal plate was pulled up from the dispersion at a lifting speed of 0.3 mZ. Thereafter, the insulating film was dried under the same conditions as in Example 1 to form an insulating film having a thickness of 1.0 m, and further baked. The conditions of the firing step were the same as in Example 1.
  • an insulating film having a thickness of 0.8 m was obtained.
  • the content of alumina in the insulating film was 74% by mass.
  • a substrate of Example 5 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 except that the needle-like alumina particles having an aspect ratio of 5 were used.
  • the thickness of the insulating film was 1.0 m.
  • the content of the acicular alumina particles in the insulating film was 32% by mass.
  • Example 6 A substrate of Example 6 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 except that spherical particles having an average particle size of 90 nm were used as the silica particles.
  • the thickness of the insulating film was 1.2 / m.
  • the content of the acicular alumina particles in the insulating film was 30% by mass.
  • the substrate of Example 7 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 2, except that the dispersion liquid used had a mass ratio of acicular alumina particles to silica particles of 85:15.
  • the thickness of the insulating film was 0.8 / m.
  • the content of the acicular alumina particles in the insulating film was 88% by mass.
  • a substrate of Example 8 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 2, except that the needle-like alumina particles having a major axis of 350 nm were used.
  • the thickness of the insulating film was 0.7 m.
  • the content of the acicular alumina particles in the insulating film was 12% by mass.
  • the substrate of Comparative Example 1 was manufactured by the method described below.
  • a substrate was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 except that only silica particles (spherical particles, average particle size: 20 nm) were used without using acicular alumina particles as a material of the insulating film.
  • the thickness of the insulating film was 0.4 m.
  • Comparative Example 2 in the method of manufacturing a substrate of Comparative Example 1, after the drying step, the coating step was performed again to produce a substrate.
  • the thickness of the insulating film was 0.8 / Xm.
  • the substrate of Comparative Example 3 was manufactured by the method described below.
  • Example 3 In the material of the insulating film described in Example 3, except that granular alumina particles (spherical particles, average particle diameter of 80 nm) were used instead of the acicular alumina particles, the same method and conditions as in Example 3 were used. A substrate was prepared. The thickness of the insulating film was 0.4 m.
  • the 90 ° bending test was performed three times on the same sample.
  • the insulation film on the surface of the metal plate was subjected to a corrosion resistance test (fexile xyl test) in accordance with JIS-H1867-17, and then to a predetermined position on the insulation film (1 mm intervals).
  • the electrical resistance was measured by touching the test rod of the tester to the position (measurement at 0).
  • it was more than 200 ⁇ it was judged that there was no conduction, and it was evaluated that no pinhole was formed in the insulating film, that is, it was excellent in corrosion resistance and insulation.
  • the resistance is less than 200 ⁇ , it is determined that there is conduction, and it is evaluated that a pinhole is formed in the insulating film.
  • the insulating film was evaluated as covering the metal plate uniformly.
  • the insulating film formed by using the combination of the acicular alumina particles and the silica particles as in the substrates of Examples 1 to 8 hardly peels off from the metal plate and has excellent corrosion resistance and insulation properties. (Excellent insulative properties and other physical properties). In addition, SEM view From the observation, it was found that the insulating film uniformly covered the metal plate surface.
  • the granular particles alone cannot form a dense microstructure with few gaps, and an insulating film having desired insulating properties and other physical properties cannot be obtained.
  • the insulating film is formed using a combination of the alumina particles and the granular particles, the acicular alumina particles and the granular particles are dispersed over almost the entire surface of the insulating film, and the acicular alumina particles and the granular particles have a small fine space. It was found that the structure could be formed. It was also found that the fine structure formed by the acicular alumina particles and the granular particles can enhance the insulating properties and other physical properties of the insulating film.
  • an insulating film is formed only with granular particles, even if the thickness of the insulating film is increased, a dense microstructure with few gaps cannot be formed, and an insulating film having desired physical characteristics cannot be obtained. I understood that.
  • the aspect ratio of the acicular alumina particles is somewhat large (aspect ratio is more than 5).
  • Example 9 I understand that it is good. Comparison between Example 1 and Example 6 shows that it is preferable that the average particle size of the spherical particles is not too large (less than 90 nm). Furthermore, a comparison between Example 2 and Example 7 shows that it is preferable that the amount of acicular alumina particles is too large (less than 88% by mass). Also, a comparison between Example 2 and Example 8 shows that it is preferable that the long axis of the acicular alumina particles is not too long (less than 350 nm).
  • samples 1 to 4 Four types of samples (samples 1 to 4) were prepared by changing the major axis of the acicular alumina particles and the aspect ratio, and a 90 ° bending test, pinhole test, and SEM observation were performed.
  • the details of the 90 ° bending test, pinhole test, and SEM observation are as described above.
  • Each of the four types of sampler contains acicular alumina particles and silica particles as the material of the insulating film.
  • Spherical particles having an average particle diameter of 30 nm were used as the silica particles, and the mass ratio of the contents of the acicular alumina particles and the silica particles in the insulating film was set to be 7: 3.
  • a 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.2 mm iron plate was used as the metal plate of the base substrate, and a 0.4 m-thick insulating film was formed on the surface of the iron plate.
  • Table 2 shows the results of the bending test, the pinhole test, the SEM observation, and the overall evaluation of Example 9. [Table 2]
  • Table 2 shows that the long axis size and the aspect ratio of the acicular alumina particles affect the morphology of the microstructure formed in the insulating film and the physical properties of the insulating film.
  • the insulating films (samples 1 and 2) with the major axis length of the acicular alumina particles exceeding 300 nm were found to have poor physical properties. According to SEM observation, in the insulating films of Samples 1 and 2, the acicular alumina particles and the silica particles were separated from each other, and a region where the acicular alumina particles were aggregated and a region where the silica particles were aggregated were formed. I understood that.
  • insulating films with the major axis length of the acicular alumina particles less than 300 nm were found to have high insulation properties and other physical properties.
  • SEM observation showed that the insulating film uniformly covered the metal plate surface.
  • the aspect ratio of the acicular alumina particles also affects the morphology of the fine structure formed in the insulating film and the physical properties of the insulating film.
  • the peak ratio of the acicular alumina particles is small, the shape of the alumina particles approaches a sphere, and a dense microstructure with few gaps cannot be formed.
  • the alumina particles and the silica particles are uniformly dispersed over substantially the entire surface of the insulating film, and the alumina particles and the silica particles are uniformly dispersed. It was found that dense microstructure with few gaps could be formed by the force particles. It was also found that the fine structure formed by the alumina particles and the silica particles can enhance the insulating properties and other physical characteristics of the insulating film.
  • samples 5 to 8 were prepared in order to evaluate the heat resistance of the substrate of the present invention.
  • the above four types of samples were manufactured by changing the firing temperature or the film thickness of the insulating film.
  • All four types of samples contain acicular alumina particles and silica particles as the material of the insulating film.
  • Spherical particles having an average particle size of 30 nm were used for the silica particles, and those having a major axis size of 100 nm and an aspect ratio of 10 were used for the acicular alumina particles.
  • the mass ratio of the contents of the acicular alumina particles and the silica particles in the insulating film was set to be 7: 3.
  • a metal plate of 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.099 mm made of an alloy of Fe and Ni was used as the metal plate of the base substrate. After heating the above four types of samples to 900 for 10 minutes, a 90 ° bending test and a pinhole test were performed.
  • Table 3 shows the results of the bending test, pinhole test, SEM observation, and overall evaluation of Example 6.
  • the substrate of the present invention is used for wiring boards of various electronic devices.
  • the substrate of the present invention has excellent physical properties such as insulation and heat resistance, and can be used, for example, as a control substrate for an automobile.

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Abstract

本発明の基板は、金属板と、金属板の表面上に形成された、針状アルミナ粒子および粒状粒子を含む絶縁膜とを有する。本発明の基板は、絶縁性に優れ、工業上実用的な効率で製造できる。

Description

明 細 書 基板およびその製造方法 技術分野
本発明は、 配線基板に用いられる基板およびその製造方法に関し、 特に、 ベース基板に金属板を用いた基板およびその製造方法に関す る。 背景技術
電子機器の配線基板には、 例えば、 エポキシ樹脂などを用いた樹 脂基板や、 セラミック基板、 金属ベース基板などが用いられる。 金 属ベース基板は、 樹脂基板やセラミック基板に比べて、 強度が高く、 機械加工性に優れ、 所望の形状を付与しやすいという利点がある。 金属板は導電性を有するので、 ベース基板に金属板を用いる金属 ベース基板では、 配線パターンは、 金属板の表面上に形成された絶 縁膜の上に設けられる。 金属板の表面に形成される絶縁膜としては、 例えばポリイミ ド膜やポリアミ ド膜などの有機絶縁膜が挙げられる (例えば特開平 6— 1 0 4 5 4 2号公報） 。
しかしながら、 ポリイミ ド膜ゃポリアミ ド膜は耐熱性が低い （例 えば耐熱温度 3 5 0 °C ) ので、 これらの有機絶縁膜が表面に形成さ れた金属ベース配線基板は、 用途や加工温度が制限されてしまう。 具体的には、 例えば、 自動車の制御用基板などに用いる場合、 5 0 0 °C以上の耐熱性が求められることがあり、 このような場合には上 記有機絶縁膜を有する金属ベース配線基板を適用することができな レ また、 上記有機絶縁膜を有する配線基板は、 金属板に絶縁膜を 形成した後にプレス加工できない。
酸化アルミや酸化ケィ素で形成された無機絶縁膜は耐熱性に優れ るが、 これらの膜は、 通常、 スパッタリング法を用いて形成され、 成膜に長時間要する。 具体的には、 例えば、 スパッタリング法を用 いて膜厚 0 . 3 以上の膜をべ一ス基板表面上に形成するには、 1 0時間以上の成膜時間が必要である。 従って、 このような成膜方 法は、 工業上、 実用的でない。 発明の開示
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、 工業上、 実用的 な効率で製造できる、 金属板の表面上に絶縁性に優れた無機膜が形 成された基板を提供することを目的とする。
本発明の基板は、 金属板と、 前記金属板の表面上に形成された、 針状アルミナ粒子および粒状粒子を含む絶縁膜とを有し、 これによ り上記の課題が解決される。
前記粒状粒子は、 シリカ粒子、 M g O粒子、 および T i 〇2粒子 のうちの少なくとも 1つを含んでもよい。
ある好ましい実施形態では、 前記粒状粒子はシリカ粒子を含む。 前記針状アルミナ粒子のァスぺクト比は 6以上 1 5以下の範囲に あることが好ましい。
前記針状アルミナ粒子の長軸は 7 O n m以上 3 0 0 n m以下の範 囲にあることが好ましい。 前記粒状粒子の平均粒径は 5 nm以上 8 0 nm以下の範囲にある ことが好ましい。
前記絶縁膜は、 前記針状アルミナ粒子を 0. 3質量％以上 8 0質 量％以下含むことが好ましい。
前記絶縁膜の厚さは、 0. 3 ^m以上 3. 5 im以下の範囲内に あることが好ましい。
前記絶縁膜の表面粗さは、 0. 3 zm以下であることが好ましレ^ 前記金属板は、 C u、 F e—N i — C r合金、 F e - C r合金、 F e— N i合金、 F e、 または、 A 1で形成されていてもよい。 前記金属板は、 0. 0 5mm以上 0. 5 mm以下の範囲の厚さを 有することが好ましい。
ある好ましい実施形態では、 配線基板は、 上記基板と、 前記基板 の前記絶縁膜の表面上に形成された配線パターンとを備える。
本発明の基板の製造方法は、 針状アルミナ粒子および粒状粒子を 含む分散液を調製する工程と、 金属板に前記分散液を付与する工程 と、 前記分散液が付与された前記金属板を乾燥させる工程と、 前記 乾燥工程の後に、 前記金属板を焼成することによって、 前記金属板 の表面上に絶縁膜を得る工程とを包含し、 これにより上記の課題が 解決される。
前記分散液を付与する工程は塗布法によって行われることが好ま しい。 具体的には、 例えば、 分散液に金属板を浸潰した後、 金属板 を引き上げることによって金属板の上に絶縁膜を形成する方法 （デ イッブコート） を用いることができる。 前記分散液の PHは 3. 5以上 5. 5以下の範囲に調整されてい ることが好ましい。
前記分散液は、 蟻酸および酢酸、 これらの塩、 ならびにアンモニ ァのうちの少なくとも 1つを含んでいてもよい。
前記分散液において、 前記針状アルミナ粒子および前記粒状粒子 の合計の濃度は、 2質量％以上から 6質量％以下の範囲にあること が好ましい。
ある好ましい実施形態では、 前記粒状粒子はシリカ粒子を含む。 前記針状アルミナ粒子のァスぺク ト比は 6以上 1 5以下の範囲に あることが好ましい。
前記粒状粒子の平均粒径は 5 nm以上 8 0 nm以下の範囲にある ことが好ましい。
前記絶縁膜は、 前記針状アルミナ粒子を 0. 3質量％以上 8 0質 量％以下含むことが好ましい。
本発明によると、 針状アルミナ粒子および粒状粒子を用いて金属 ベース基板上に絶縁膜を形成することにより、 工業上、 実用的な効 率で、 金属板の表面上に絶縁性に優れた無機膜が形成された基板を 製造できる。 図面の簡単な説明
図 1 ( a) は本発明による実施例の基板の絶縁膜表面の顕微鏡 (S EM) 写真であり、 図 1 (b) は図 1 ( a) に示された構造の 模式図である。 図 2は、 シリカ粒子のみによって形成された絶縁膜の表面の顕微 鏡 （S EM) 写真である。 発明を実施するための最良の形態
上述したように、 従来、 工業上実用的な製造方法を用いて、 無機 絶縁膜を金属板表面上に形成することができなかった。 本発明着は、 絶縁膜の材料に微細な無機粒子を用い、 金属板表面上に無機絶緣膜 を形成する方法を検討した。 しかしながら、 単純に、 粒子を用 て 絶縁膜を形成しただけでは、 絶縁膜にピンホールが形成されてしま うため、 高い絶縁性を有する無機膜が得られない。 鋭意研究の結果、 針状アルミナ粒子と粒状粒子とを組み合わせて絶縁膜を形成すれば、 ピンホールのない、 高い絶縁性を有する無機膜が得られることを見 出し、 本発明に至った。
本発明の実施形態による基板は、 金属板と、 金属板の表面上に形 成された、 針状アルミナ粒子および粒状粒子を含む絶縁膜とを有す る。 ここで、 針状アルミナ粒子は、 長軸と短軸とを有し、 針のよ う に細長い形状を有する粒子である。 粒状粒子は、 針状粒子や鱗片状 粒子を含まず、 例えば球状粒子や不定形粒子'を含む。
本発明による実施例の基板の絶縁膜表面の顕微鏡 （S EM) 写真 を図 1 ( a) に示し、 その構造を模式的に示す図を図 1 (b) に示 す。
この絶縁膜は、 針状アルミナ粒子 （長軸 1 0 0 nm、 ァスぺク ト 比 1 0 ) 2と、 粒状粒子としてシリカ粒子 （球状粒子、 平均粒径 3 0 n m ) 4と.を含んでいる。 この絶縁膜は、 針状アルミナ粒子とシ リカ粒子とを 7 ： 3の質量比で含むように設定されている。
図 1 ( a ) および図 1 ( b ) に示すように、 針状アルミナ粒子に よって形成される網目構造の中にシリカ粒子が入り込み、 隙間の少 ない緻密な構造が形成されていることが分かる。 また、 絶縁膜中に おいて、 針状アルミナ粒子およびシリカ粒子はいずれも均一に分散 しており、 絶縁膜内のほぼ全体に亘つて、 上記隙間の少ない緻密な 構造が形成されていることが分かる。 この基板の絶縁膜は、 物理的 特性に優れている。 具体的には、 例えば、 基板を折り曲げても金属 板から絶縁膜が剥離しにくく、 また、 耐食性および絶縁性に優れて いる。 また、 絶縁膜の材料に粒子を用いているので、 粒子分散液を 用いて成膜可能であるため、 工業的に量産可能である。 また、 製造 方法が容易である。 なお、 製造方法については後で詳細に説明する。 比較のために、 針状アルミナ粒子を含まず、 シリカ粒子 （球状粒 子、 平均粒径 3 0 n m ) のみによって形成された絶縁膜の表面の顕 微鏡 （S E M ) 写真を図 2に示す。 絶縁膜が針状アルミナ粒子を含 まず、 粒状粒子のみによって形成されている場合、 図 2 に示すよう に、 局所的に粒子が抜け落ちたような空隙が形成される。 この結果 得られる絶縁膜にはピンホールが形成され、 十分な絶縁性および耐 食性が得られない。
なお、 図示しないが、 針状アルミナ粒子のみによって形成した絶 縁膜表面を S E M観察した結果、 針状アルミナ粒子の間に隙間が形 成されることがわかった。 この結果得られる絶縁膜には多数のピン ホールが形成され、 基板との密着性が悪く、 十分な絶縁性および耐 食性が得られない。
上述したように、 針状アルミナ粒子と粒状粒子とを組み合わせれ ば、 針状アルミナ粒子と粒状粒子とによって形成される緻密で均一 な微細構造により、 絶縁性およびその他の物理的特性に優れた無機 膜が得られることが分かる。
粒状粒子は、 上述したシリカ粒子以外に、 例えば、 M g〇粒子、 または T i 0 2粒子であってもよいし、 あるいは、 これらを混合し て用いることもできる。
針状アルミナ粒子のァスぺク ト比を調整すれば、 針状アルミナ粒 子および粒状粒子を絶縁膜のほぼ全面に均一に分散できるので、 上 述したように針状アルミナ粒子と粒状粒子とによつて絶縁膜内のほ ぼ全体に亘つて隙間の少ない緻密な構造を形成できる。 具体的には、 針状アルミナ粒子のアスペク ト比 （長軸と短軸との比） は、 6以上 1 5以下の範囲内にあることが好ましい。 ァスぺク ト比が 6未満で は、 絶縁膜の一部で粒子同士が凝集してしまう という問題が発生す る場合があり、 1 5を超えると、 針状アルミナ粒子と粒状粒子とが 互いに分離してしまうという問題が発生する場合がある。
針状アルミナ粒子のァスぺク 卜比だけでなく、 針状アルミナ粒子 の長軸のサイズや粒状粒子の平均粒径も、 絶緣膜内に形成される微 細構造に影響を与える。 上述したように針状アルミナ粒子と粒状粒 于とによって絶縁膜内のほぼ全体に亘つて隙間の少ない緻密な構造 を形成するには、 具体的には、 針状アルミナ泣子の長軸が 7 0 n m 以上 3 0 0 n m以下の範囲にあることが好ましい。 長軸のサイズが 7 0 n m未満では、 粒子同士が凝集するという問題が発生する場合 がある。 長軸のサイズが 3 0 0 n mを超えると、 子間に大きな隙 間が形成されて、 絶縁膜にピンホールが形成される という問題が発 生する場合がある。 また、 粒状粒子の平均粒径は、 5 n m以上 8 0 n m以下の範囲にあることが好ましい。 平均粒径が 5 n m耒満では、 針状アルミナ粒子同士が凝集し、 針状アルミナ粒子と粒状粒子とが 互いに分離するという問題が発生する場合があり、 8 0 n mを超え ると、 粒子間に大きな隙間が形成されて、 絶縁膜にピンホールが形 成されるという問題が発生する場合がある。
また、 絶縁膜に含まれる針状アルミナ粒子と粒状粒子の含有比率 も絶縁膜内に形成される微細構造に影響を与える。 上述したように 針状アルミナ粒子と粒状粒子とによって絶縁膜内のほぼ全体に亘っ て隙間の少ない緻密な構造を形成するには、 具体的には、 絶縁膜に 含まれる針状アルミナ粒子は、 0 . 3質量％以上 8 0質量％以下の 範囲内にあることが好ましい。 針状アルミナ粒子の含有量が 8 0質 量％を超えると、 針状アルミナ粒子同士が凝集し、 針状アルミナ粒 子の間に空隙が形成されてしまうことがある。 一方、 針状アルミナ 粒子の含有量が 0 . 3質量％未満では、 針状アルミ ナ粒子を添加し た効果が発されず、 粒状粒子同士が凝集して粒状粒子の間に空隙が 形成されてしまうことがある。
金属板には、 機械加工によって容易に形状を付与できるように、 膜厚が 0 . 0 5 mm以上 0 . 5 mm以下の範囲内にあるものが好適 に用いられる。 金属板には、 具体的には、 例えば、 F e— N i — C r合金または F e— C r合金などで形成されるステンレス板が用い られる。 ステンレス板は、 特に、 切断面の耐腐食性に優れるという 性質を有している。 あるいは、 金属板は、 F e— N i合金、 F e 、 A l、 または C uで形成されていてもよい。 A 1板を用いれば、 例 えば軽量であるという利点がある。 また、 C u板を用いれば、 例え ば熱伝導性に優れる利点がある。
絶縁膜の厚さは、 絶縁膜の耐電圧性を考慮すると 0 . 3 m以上 であることが好ましく、 より好ましくは、 1 . 0 m以上である。 膜厚の上限値は典型的には 3 . 5 mである。
本実施形態の基板では、 例えば膜厚 1 の絶縁膜を金属板に形 成した場合に、 金属板の表面粗さと同程度 （例えば 0 . 3 m以 下） にすることができる。
次に、 本発明の実施形態による基板の製造方法を説明する。 以下 の説明では、 粒状粒子にシリカ粒子を用いた場合を例示する。
本発明の実施形態による基板の製造方法は、 （ a ) 針状アルミナ 粒子およびシリカ粒子を含む分散液を調製する工程と、 （b ) 金属 板に分散液を付与する工程と、 （ c ) 分散液が付与された金属板を 乾燥させる工程と、 （d ) 乾燥工程の後に金属板を焼成する工程と を包含する。
この製造方法では、 粒子を含む分散液を用いるので、 例えば、 ス パッタリング法を用いる場合よりも高い効率で、 金属板の表面上に 被膜が形成された基板を製造することができる。 また、 製造が簡便 で製造コストが低い。 分散液としては、 例えば、 水に針状アルミナ 粒子およびシリ力粒子を分散させた分散液を用いることができる。 分散液中の針状アルミナ粒子とシリカ粒子との含有比率は、 絶縁 膜中の針状アルミナ粒子の含有率が 0 . 3質量％以上 8 0質量％以 下の範囲内になるように設定されていることが好ましい。 上述した 緻密な微細構造を膜全体に亘つて均一に形成でき、 絶縁膜にピンホ ールが形成されるのを抑制できるからである。
さらに、 分散液は、 針状アルミナ粒子およびシリカ粒子の合計の 濃度を 2質量％以上から 6質量％以下の範囲に設定することが好ま しい。 この濃度に設定すると、 針状アルミナ粒子およびシリカ粒子 を良好な状態で分散できるので、 表面凹凸の小さい平坦な絶縁膜を 形成できる。
また、 分散液中の粒子の分散を安定にするために、 分散液の P H を 3 . 5以上 5 . 5以下の範囲に設定することが好ましい。 分散液 の P Hは、 例えば、 蟻酸および酢酸、 これらの塩、 ならびにアンモ ニァのうちの少なくとも 1つによって調整される。 さらに、 針状ァ ルミナ粒子およびシリカ粒子を溶液中により均一に分散させるため に、 必要に応じて、 分散剤を添加してもよい。 分散剤としては例え ばへキサメタリン酸ナトリゥムを用いることができ、 分散液に対す る濃度が 0 . 1質量％程度になるように添加する。
分散液において粒子が均一に分散しているか否かは、 例えば、 分 散液の透過率の時間変化を観察することにより判断される。 具体的 には、 例えば、 攪拌直後の分散液と、 攪拌後 0 . 5から 1時間経過 時の分散液との間で、 透過率の変化が目視で確認されない場合、 分 散液中に粒子が均一に分散していると判断される。 本実施形態の製 造方法では、 粒子が均一に分散した分散液を用いた場合、 表面凹凸
0 の小さい平坦な絶縁膜 （例えば表面粗さ 0. 3 m以下） が得られ る。
金属板に分散液を付与する工程 （b) は、 塗布法によって行われ ることが好ましい。 製造が簡便で、 工業上、 実用的だからである。 具体的には、 例えば、 ディップコート法が用いられる。 ディップコ ート法では、 分散液に金属べ一ス板を浸漬した後、 金属べ一ス板を 引き上げる速度を調整することによって、 得られる絶縁膜の厚さを 制御することができる。 具体的には、 引き上げ速度を速くすると、 絶縁膜の厚さを大きくできる。
乾燥工程 （ c ) は例えば 8 0 °C以上 1 2 0 °C以下の範囲の温度条 件の下で行われる。 また、 焼成工程 （d) は、 4 5 0 °C以上 7 5 0 °C以下の範囲の温度条件の下で行われる。
以下、 本発明の実施例および比較例を説明する。
(実施例 1 )
以下に説明する方法により、 実施例 1の基板を作製した。
針状アルミナ粒子 （長軸 1 0 0 nm、 アスペク ト比 1 0 ) および シリカ粒子 （球状粒子、 平均粒径 2 0 nm) の合計濃度が 5質量％ である水溶液を準備した。 この水溶液に酢酸を添加して P Hを 4. 5に調整し、 分散液を調製した。 なお、 針状アルミナ粒子とシリカ 粒子との質量比率は、 3 ： 7とした。
F eと C rとの合金で形成された金属板 （サイズ 5 0 mm X 5 0 mmx 0. 1 mm) を準備した。 この金属板の表面粗さ R aは 0. 3 mであった。 液温を 3 0 °Cに設定した上記分散液に、 金属板を 6 0秒間浸漬させて、 分散液中から金属板を引き上げた （ディップ
1 コート法） 。 金属板を浸漬させてから引さ上げるまでの間、 分散液 を攪拌し続けた。 引き上げ速度は 0. 3m/分とした。
分散液が塗布された金属板を乾燥機に入れて 1 0 0 t:に加熱し、 乾燥させた。 このときの膜厚は 1. 2 mであった。 乾燥は、 金属 板に温風をあてて、 温度 1 0 0 、 乾燥時間 1時間で行った。 乾燥 後、 大気中で焼成させることにより、 焼成温度 5 5 0 °C、 焼成時間 5分で焼成した。 この焼成条件により、 絶縁膜は十分に焼成された。 なお、 焼成条件は、 金属板の絶縁膜の硬度が一定値に達することを 基準として設定した。 ここでは、 焼成時間を 5分に設定して、 5 0 °Cずつ異なる温度でそれぞれ焼成したサンプルの硬度を測定し、 焼成温度の差が 5 0 °Cの 2つのサンプルの硬度の差が 2 %以下とな つた場合に十分焼成されたと判断した。 また、 硬度は微小硬度計を 用いて測定した。
以上により、 膜厚 1. 0 zmの絶縁膜を得た。 絶縁膜中のアルミ ナの含有量は 3 1質量％であった。 なお、 絶縁膜中のアルミナの含 有量は E PMAを用いて評価した。
(実施例 2)
以下に説明する方法により、 実施例 2の基板を作製した。
針状アルミナ粒子 （長軸 1 0 0 nm、 アスペク ト比 1 0 ) および シリカ粒子 （球状粒子、 平均粒径 2 0 n m) の合計濃度が 5質量％ である水溶液を準備した。 この水溶液に酢酸を添加して P Hを 4.
6に調整し、 分散液を調製した。 なお、 針状アルミナ粒子とシリカ 粒子との質量比率は、 1 ： 9とした。 実施例 1 と同じ金属板を準備した。 実施例 1に記載したのと同じ 方法を用いて、 金属板の表面に絶縁膜を形成した。 なお、 分散液の 液温は 3 0 °Cに設定し、 この分散液に、 金属板を 6 0秒間浸漬させ て、 引き上げ速度 0 . 3 m /分で分散液中か ら金属板を引き上げた。 この後、 実施例 1 と同じ条件で乾燥させて厚さ 0 . 9 mの絶縁膜 を形成し、 さらに焼成を行った。 焼成工程の条件も実施例 1 と同様 とした。
以上により、 膜厚 0 . 7 mの絶縁膜を得た。 絶縁膜中のアルミ ナの含有量は 1 0質量％であった。
(実施例 3 )
以下に説明する方法により、 実施例 3の基板を作製した。
針状アルミナ粒子 （長軸 8 0 n m、 アスペク ト比 7 ) およびシリ 力粒子 （球状粒子、 平均粒径 3 0 n m) の合計濃度が 3質量％であ る水溶液を準備した。 この水溶液に酢酸を添加して P Hを 4 . 7に 調整し、 分散液を調製した。 なお、 針状アルミナ粒子とシリカ粒子 との質量比率は、 7 ： 3とした。
F eと N i との合金で形成された金属板 （サイズ 5 0 m m X 5 0 m m x 0 . 3 m m) を準備した。 この金属板の表面粗さ R aは 0 . 2 mであった。 実施例 1に記載したのと同 じ方法を用いて、 金属 板の表面に絶縁膜を形成した。 なお、 分散液の液温は 3 0 に設定 し、 この分散液に、 金属板を 6 0秒間浸漬させて、 引き上げ速度 0 . 3 m Z分で分散液中から金属板を引き上げた。 この後、 実施例 1 と 同じ条件で乾燥させて厚さ 0 . 5 mの絶緣膜を形成し、 さらに焼 成を行った。 焼成工程の条件も実施例 1と同様とした。 以上により、 膜厚 0. 4 ; mの絶縁膜を得た。 絶縁膜中のアルミ ナの含有量は 7 2質量％であった。
(実施例 4)
以下に説明する方法により、 実施例 4の基板を作製した。
針状アルミナ粒子 （長軸 1 2 0 nm、 アスペク ト比 1 0) および シリカ粒子 （球状粒子、 平均粒径 3 0 nm) の合計濃度が 5質量％ である水溶液を準備した。 この水溶液に酢酸を添加して P Hを 4. 7に調整し、 分散液を調製した。 なお、 針状アルミナ粒子とシリカ 粒子との質量比率は、 7 ： 3とした。
実施例 3と同じ金属板を準備した。 実施例 1に記載したのと同じ 方法を用いて、 金属板の表面に絶縁膜を形成した。 なお、 分散液の 液温は 3 0 °Cに設定し、 この分散液に、 金属板を 6 0秒間浸漬させ て、 引き上げ速度 0. 3 mZ分で分散液中から金属板を引き上げた。 この後、 実施例 1と同じ条件で乾燥させて厚さ 1. 0 mの絶縁膜 を形成し、 さらに焼成を行った。 焼成工程の条件も実施例 1 と同様 とした。
以上により、 膜厚 0. 8 mの絶縁膜を得た。 絶縁膜中のアルミ ナの含有量は 74質量％であった。
(実施例 5 )
針状アルミナ粒子として、 アスペク ト比が 5のものを用いた以外 は実施例 1 と同様の方法および条件で、 実施例 5の基板を作製した。 絶縁膜の厚さは 1. 0 mであった。 絶縁膜中の針状アルミナ粒子 の含有率は 3 2質量％であった。
(実施例 6) シリカ粒子として、 平均粒径 9 0 nmの球状粒子を用いた以外は 実施例 1と同様の方法および条件で、 実施例 6の基板を作製した。 絶縁膜の厚さは 1. 2 /mであった。 絶緣膜中の針状アルミナ粒子 の含有率は 3 0質量％であった。
(実施例 7 )
分散液として、 針状アルミナ粒子とシリ 力粒子との質量比率が 8 5 : 1 5のものを用いた以外は実施例 2と同様の方法および条件で、 実施例 7の基板を作製した。 絶縁膜の厚さは 0. 8 /mであった。 絶縁膜中の針状アルミナ粒子の含有率は 8 8質量％であった。
(実施例 8)
針状アルミナ粒子として、 長軸が 3 5 0 nmのものを用いた以外 は、 実施例 2と同様の方法および条件で、 実施例 8の基板を作製し た。 絶縁膜の厚さは 0. 7 mであった。 絶縁膜中の針状アルミナ 粒子の含有率は 1 2質量％であった。
(比較例 1 )
以下に説明する方法により、 比較例 1の基板を作製した。
絶縁膜の材料に針状アルミナ粒子を用いず、 シリカ粒子 （球状粒 子、 平均粒径 2 0 nm) のみを用いたこと以外は、 実施例 1 と同様 の方法および条件で基板を作製した。 絶緣膜の膜厚は 0. 4 mで あった。
(比較例 2 )
比較例 2では、 比較例 1の基板の製造方法において、 乾燥工程の 後に、 再度塗布工程を行って基板を作製した。 絶縁膜の膜厚は 0. 8 /X mであった。
5 (比較例 3 )
以下に説明する方法により、 比較例 3の基板を作製した。
実施例 3で説明した絶縁膜の材料において、 針状アルミナ粒子に 代えて粒状アルミナ粒子 （球状粒子、 平均粒径 8 0 n m ) を用いた こと以外は、 実施例 3と同様の方法および条件で基板を作製した。 絶縁膜の膜厚は 0 . 4 ^ mであった。
(評価）
実施例および比較例の基板を評価するために、 それぞれの基板を 用いて、 9 0 ° 曲げ試験、 ピンホール試験および S E M観察を行つ た。
9 0 ° 曲げ試験では、 得られた基板の中央部分に負荷を加えて 9 0 ° 折り曲げ、 金属板表面上の絶縁膜が剥離するか否かを評価した。
9 0 ° 曲げ試験は同一サンプルに対して 3回行った。
ピンホール試験では、 金属板表面上の絶縁膜について J I S— H 一 8 6 1 7による耐食性試験 （フエ口キシル試験） を行った後、 絶 縁膜上の所定の位置 （ 5 m m間隔で、 1 0箇所測定） にテスタのテ スト棒を当てて電気抵抗を測定した。 2 0 0 Ω超である場合、 導通 なしと判断し、 絶縁膜にピンホールが形成されていない、 すなわち、 耐食性および絶縁性に優れていると評価した。 一方、 2 0 0 Ω以下 である場合、 導通していると判断し、 絶縁膜にピンホールが形成さ れていると評価した。
絶縁膜の表面を S E M観察した結果、 アルミナ粒子およびシリ力 粒子が絶縁膜のほぼ全面に分散しており、 かつ、 アルミナ粒子およ
6 びシリカ粒子によって、 隙間の少ない緻密な微細構造が形成されて いる場合、 絶縁膜は金属板を均一に被膜していると評価した。
(結果）
実施例 1〜 8および比較例 1〜 3の 9 0 ° 曲げ試験、 ピンホール 試験および S E M観察の結果ならびに総合評価を下記の表 1に示す。 なお、 総合評価は、 曲げ試験、 ピンホール試験および S E M観察の 全てにおいて良好な結果が得られた場合、 すなわち、 9 0 ° 曲げ試 験により絶縁膜の剥離が無く、 かつ、 ピンホール試験により実質的 に導通が無く、 かつ、 S E M観察により金属板表面上に絶縁膜がほ ぼ均一に被膜されていると評価した場合、 〇であり、 これ以外の場 合には Xである。 さらに完全に導通が無く、 且つ、 S E M観察によ り金属板表面上の絶縁膜に凝集部および空隙部が認められない場合 を◎とした。
[表 1 ]
Figure imgf000020_0001
表 1より、 実施例 1〜 8の基板のように針状アルミナ粒子とシリ 力粒子との組み合わせを用いて形成された絶縁膜は、 金属板から剥 離しにくく、 耐食性および絶縁性に優れている （絶縁性およびその 他の物理的特性に優れている） ことが分かった。 さらに、 S E M観 察により、 絶縁膜が金属板表面を均一に被膜していることが分かつ た。
これに対して、 比較例 1のようにシリカ粒子のみを用いて形成さ れた絶縁膜、 または比較例 3のように粒状アルミナ粒子とシリカ粒 子との組み合わせを用いて形成された絶縁膜では、 絶縁性およびそ の他の物理的特性が劣っていることが分かった。 さらに、 S E M観 察により、 粒状粒子の間に空隙が形成されているのが観察された。 また、 比較例 2のようにシリカ粒子のみを用いて形成された膜厚の 大きい絶縁膜でも、 物理的特性を高くできず、 粒状粒子の間の空隙 が形成されるのを抑制できないことが分かつた。
上記の結果より、 粒状粒子のみでは、 隙間の少ない緻密な微細構 造を形成できず、 所望の絶縁性およびその他の物理的特性を有する 絶縁膜が得られないのに対して、 針状アルミナ粒子と粒状粒子との 組み合わせを用いて絶縁膜を形成すれば、 針状アルミナ粒子および 粒状粒子を絶縁膜のほぼ全面に分散させ、 かつ、 針状アルミナ ¾子 および粒状粒子によって隙間の少ない緻密な微細構造を形成できる ことが分かった。 また、 この針状アルミナ粒子および粒状粒子によ つて形成される微細な構造により、 絶縁膜の絶縁性およびその他の 物理的特性を高くできることが分かった。 また、 粒状粒子のみで絶 縁膜を形成した場合、 絶縁膜の膜厚を大きくしても、 隙間の少ない 緻密な微細構造を形成できず、 所望の物理的特性を有する絶縁膜が 得られないことが分かつた。
また、 実施例 1 と実施例 5との比較から、 針状アルミナ粒子のァ スぺク ト比はある程度大きい （アスペク ト比 5超である） ことが好
9 ましいことがわかる。 実施例 1 と実施例 6との比較から、 球状粒子 の平均粒径は大き過ぎない （ 9 0 nm未満である） ことが好ましい ことがわかる。 さらに、 実施例 2と実施例 7との比較から、 針状ァ ルミナ粒子が多過ぎなレ ^ ( 8 8質量％未満である） ことが好ましい ことがわかる。 また、 実施例 2と実施例 8との比較から、 針状アル ミナ粒子の長軸は長過ぎない （ 3 5 0 nm未満である） ことが好ま しいことがわかる。
(実施例 9)
針状アルミナ粒子の長軸とァスぺク ト比とを変化させて、 4種類 のサンプル （サンプル 1 〜 4) を作製し、 9 0 ° 曲げ試験、 ピンホ ール試験および S EM観察を行った。 9 0 ° 曲げ試験、 ピンホール 試験および S EM観察の詳細は、 上述した通りである。
この 4種類のサンプリレはいずれも、 絶縁膜の材料として針状アル ミナ粒子とシリカ粒子とを含む。 シリカ粒子には平均粒径 3 0 nm の球状粒子を用い、 絶縁膜における針状アルミナ粒子とシリカ粒 子との含有量の質量比率は 7 ： 3となるように設定した。 また、 ベ —ス基板の金属板には、 5 0 mmX 5 0 mmX 0. 2 mmの鉄板を 用い、 鉄板の表面に膜厚 0. 4 mの絶縁膜を形成した。
実施例 9の曲げ試験、 ピンホール試験および S EM観察の結果な らびに総合評価を下記の表 2に示す。 [表 2 ]
Figure imgf000023_0001
表 2よ り、 針状アルミナ粒子の長軸サイズおよびァスぺク ト比が、 絶縁膜内に形成される微細構造の形態および絶縁膜の物理的特性に 影響を与えることが分かった。
針状アルミナ粒子の長軸の長さが 3 0 0 n mを超える絶縁膜 （サ ンプル 1 および 2 ) は、 物理的特性が低いことが分かった。 また、 S E M観察により、 サンプル 1および 2の絶縁膜では、 針状アルミ ナ粒子とシリカ粒子とが互いに分離して、 針状アルミナ粒子が凝集 した領域と、 シリカ粒子が凝集した領域とが形成されていることが 分かった。
これに対して、 針状アルミナ粒子の長軸の長さが 3 0 0 n m以下 の絶縁膜 （サンプル 3および 4 ) は、 絶縁性およびその他の物理的 特性が高いことが分かった。 また、 S E M観察により、 絶縁膜が金 属板表面を均一に被膜していることが分かった。 なお、 特に詳細な結果は示さないが、 針状アルミナ粒子のァスぺ ク ト比も、 絶縁膜内に形成される微細構造の形態および絶縁膜の物 理的特性に影響を与えることが分かった。 針状アルミナ粒子のァス ぺク ト比が小さいとアルミナ粒子の形状が球状に近付くので、 隙間 の少ない緻密な微細構造を形成できない。
上記の結果より、 針状アルミナ粒子の長軸サイズおよびァスぺク ト比を適宜調整することにより、 アルミナ粒子およびシリカ粒子を 絶縁膜のほぼ全面に均一に分散させ、 かつ、 アルミナ粒子およびシ リ力粒子によって隙間の少ない緻密な微細構造を形成できることが 分かった。 また、 このアルミナ粒子およびシリカ粒子によって形成 される微細な構造により、 絶縁膜の絶縁性およびその他の物理的特 性を高くできることが分かった。
(実施例 1 0 )
本実施例では、 本発明の基板の耐熱性の評価を行うために、 4種 類のサンプル （サンプル 5〜 8 ) を作製した。 絶縁膜の焼成温度、 または膜厚を変化させて上記 4種類のサンプルを作製した。 この 4 種類のサンプルはいずれも、 絶縁膜の材料として針状アルミナ粒子 とシリカ粒子とを含む。 シリカ粒子には平均粒径 3 0 n mの球状粒 子を用い、 針状アルミナ粒子には長軸のサイズ 1 0 0 n m、 ァスぺ ク ト比 1 0のものを用いた。 絶縁膜における針状アルミナ粒子とシ リカ粒子との含有量の質量比率は 7 ： 3となるように設定した。 ま た、 ベース基板の金属板には、 5 0 mm X 5 0 m m X 0 . 0 9 9 m mの F e と N i との合金で形成された金属板を用いた。 上記 4種類のサンプルを 9 0 0 に 1 0分間加熱した後、 9 0 ° 曲げ試験およびピンホ一ル試験を行った。
実施例 6の曲げ試験、 ピンホール試験および S E M観察の結果、 ならびに総合評価を表 3に示す。
[表 3 ]
Figure imgf000025_0001
表 3より、 実施例 1 0のサンプル 5〜 8の基板は、 9 0 0 °Cに加 熱した後も、 高い物理的特性が得られることが分かった。 また、 9 0 0 °Cに加熱した後も、 S E M観察により、 絶縁膜が金属板表面を 均一に被膜していることが分かった。
このことから、 実施例 1 0の基板は、 9 0 0 °C以上の耐熱性を有 することが分かった。 産業上の利用可能性
本発明の基板は、 様々な電子機器の配線基板に用いられる。 本発 明の基板は、 絶縁性や耐熱性などの物理的特性に優れるので、 例え ば自動車の制御用基板に用いることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 金属板と、
前記金属板の表面上に形成された、 針状アルミナ粒子および粒状 粒子を含む絶縁膜とを有する、 基板。
2. 前記粒状粒子は、 シリカ粒子、 M g O粒子、 および T i 〇 2粒子のうちの少なくとも 1つを含む、 請求項 1に記載の基板。
3. 前記粒状粒子はシリカ粒子を含む、 請求項 2に記載の基板。
4. 前記針状アルミナ粒子のァスぺク ト比は 6以上 1 5以下の 範囲にある、 請求項 1から 3のいずれかに記載の基板。
5 · 前記針状アルミナ粒子の長軸は 7 0 nm以上 3 0 0 nm以 下の範囲にある、 請求項 4に記載の基板。
6. 前記粒状粒子の平均粒径は 5 nm以上 8 0 n m以下の範囲 にある、 請求項 1から 5のいずれかに記載の基板。
7. 前記絶縁膜は、 前記針状アルミナ粒子を 0. 3質量％以上 8 0質量％以下含む、 請求項 1から 6のいずれかに記載の基板。
8. 前記絶縁膜の厚さは、 0. 3
Figure imgf000027_0001
以上 3. 以下の範 囲内にある、 請求項 1から 7のいずれかに記載の基板。
9. 前記絶縁膜の表面粗さは、 0. 3 m以下である、 請求項 1から 8のいずれかに記載の基板。
1 0. 前記金属板は、 C u、 F e—N i — C r合金、 F e— C r合金、 F e— N i合金、 F e、 または、 A 1で形成されている、 請求項 1から 9のいずれかに記載の基板。
1 1. 前記金属板は、 0. 0 51!1111以上 0. 5 mm以下の範囲 の厚さを有する、 請求項 1から 1 0のいずれかに記載の基板。
1 2. 請求項 1から 1 1のいずれかに記載の基板と、 前記基板の前記絶縁膜の表面上に形成された配線パターンとを備 える、 配線基板。
1 3. 針状アルミナ粒子および粒状粒子を含む分散液を調製す る工程と、
金属板に前記分散液を付与する工程と、
前記分散液が付与された前記金属板を乾燥させる工程と、 前記乾燥工程の後に、 前記金属板を焼成することによって、 前記 金属板の表面上に絶縁膜を得る工程とを包含する基板の製造方法。
1 4. 前記分散液を付与する工程は塗布法によって行われる、 請求項 1 3に記載の基板の製造方法。
1 5. 前記分散液の PHは 3. 5以上 5. 5以下の範囲に調整 されている、 請求項 1 3または 14に記載の基板の製造方法。
1 6. 前記分散液は、 蟻酸および酢酸、 これらの塩、 ならびに アンモニアのうちの少なくとも 1つを含む、 請求項 1 5に記載の基 板の製造方法。
1 7. 前記分散液において、 前記針状アルミナ粒子および前記 粒状粒子の合計の濃度は、 2質量％以上から 6質量％以下の範囲に ある、 請求項 1 3から 1 6のいずれかに記載の基板の製造方法。
1 8. 前記粒状粒子はシリカ粒子を含む、 請求項 1 3から 1 7 のいずれかに記載の基板の製造方法。
1 9 · 前記針状アルミナ粒子のァスぺク 卜比は 6以上 1 5以下 の範囲にある、 請求項 1 3から 18のいずれかに記載の基板の製造 方法。
2 0. 前記粒状粒子の平均粒径は 5 nm以上 80 nm以下の範 囲にある、 請求項 1 3から 1 9のいずれかに記載の基板の製造方法。
2 1. 前記絶縁膜は、 前記針状アルミナ粒子を 0. 3質量％以 上 8 0質量％以下含む、 請求項 1 3から 2 0のいずれかに記載の基 板の製造方法。
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