JPH11229187A - 絶縁性に優れた電子材料用基板及びその製造方法 - Google Patents

絶縁性に優れた電子材料用基板及びその製造方法

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JPH11229187A
JPH11229187A JP13713998A JP13713998A JPH11229187A JP H11229187 A JPH11229187 A JP H11229187A JP 13713998 A JP13713998 A JP 13713998A JP 13713998 A JP13713998 A JP 13713998A JP H11229187 A JPH11229187 A JP H11229187A
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oxide
insulating layer
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alloy
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JP13713998A
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Atsushi Hisamoto
淳 久本
Ikuo Hashimoto
郁郎 橋本
Fumio Kamikubo
文生 上窪
Takuya Masui
卓也 増井
Kohei Suzuki
康平 鈴木
Akimitsu Nakagami
明光 中上
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 割れにくく可撓性を有し、しかもガラス基板
よりも軽量化を図ることのできる絶縁性に優れた電子材
料用基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基体と表面絶縁層からなる電子材料用基
板において、上記表面絶縁層を1種以上の金属酸化物と
それ以外の非導電性物質から構成する。上記金属酸化物
としてはAl酸化物,Ti酸化物,Zr酸化物,Mg酸
化物,Si酸化物,Sn酸化物等が挙げられ、中でもA
l酸化物が好ましく、上記非導電性物質としては、A
l,Si,Ti,Zr,Li,Mg,Sn,Znよりな
る群から選択される1種以上の元素の酸化物,窒化物,
水酸化物または酸水酸化物が挙げられる。上記非導電性
物質としてはSi酸化物が好ましく、この場合にはSi
−O結合を有する化合物が溶解された溶液を陽極酸化皮
膜の表面に塗布し焼成すれば、Si酸化物を含有する表
面絶縁層を形成することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や液晶デ
ィスプレイ等の電子材料の絶縁基板として好適な絶縁性
に優れた電子材料用基板及びその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】上記電子材料の基板としては、ガラス基
板が汎用されているが、割れ易いことから取り扱いに十
分な注意が必要であると共に、フレキシブル性に欠ける
ことから使用範囲が限定されていた。更に、最近では住
宅等の建造物用の電力供給源として太陽電池が注目を集
めており、十分な供給電力を確保する上で、太陽電池の
大型化が不可欠であり、太陽電池の大面積化を図る上で
基板の軽量化が望まれている。しかしながら、軽量化を
目的として、ガラス基板を薄くすると一層割れ易くなっ
てしまうことから、割れにくくフレキシブルであり、し
かもガラス基板よりも軽量化を図ることのできる基板材
料の開発が要望されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、割れにくく可撓性を有
し、しかもガラス基板よりも軽量化を図ることのできる
絶縁性に優れた電子材料用基板及びその製造方法を提供
しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明の電子材料用基板とは、基体と表面絶縁層からなる電
子材料用基板であって、上記表面絶縁層が1種以上の金
属酸化物とそれ以外の非導電性物質からなるものである
ことを要旨とするものである。上記金属酸化物としては
Al酸化物,Ti酸化物,Zr酸化物,Mg酸化物,S
i酸化物,Sn酸化物等が挙げられ、中でもAl酸化物
が好ましく、上記非導電性物質としては、Al,Si,
Ti,Zr,Li,Mg,Sn,Znよりなる群から選
択される1種以上の元素の酸化物,窒化物,水酸化物ま
たは酸水酸化物が挙げられる。上記基体としては、基板
としての適度な機械的強度や耐食性を有する材料を用い
ればよいが、中でもAl又はAl合金やTi又はTi合
金等の軽金属材料が好ましく、基体としてAl又はAl
合金を採用する場合には、陽極酸化処理を施せば表面絶
縁層を形成することができる。
【0005】また前記課題を解決した本発明の電子材料
用基板としては、AlまたはAl合金製基体上に陽極酸
化皮膜が形成され、上記陽極酸化皮膜のポアが非導電性
物質で封鎖されてなる電子材料用基板であっても良く、
或いはAlまたはAl合金製基体上に陽極酸化皮膜が形
成され、上記陽極酸化皮膜の表面が非導電性物質で被覆
されてなる電子材料用基板であっても良い。更には、A
lまたはAl合金製基体上に陽極酸化皮膜が形成され、
上記陽極酸化皮膜が上記基体の陽極酸化によって生成さ
れた物質以外の非導電性物質を含有する電子材料用基板
であっても良い。
【0006】尚、上記非導電性物質としてはSi酸化物
が好ましく、この場合にはSi−O結合を有する化合物
が溶解された溶液を陽極酸化皮膜の表面に塗布し焼成す
れば、Si酸化物を含有する表面絶縁層を形成すること
が可能である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明者らは金属材料の高い強度
及び靭性と、薄板化した場合の可撓性に着目し、金属材
料を薄く形成して用いれば、ガラス基板より軽量化を図
ることも可能であることから、軽金属材料の基体の表面
に絶縁層を形成することにより電子材料用基板とするこ
とを考えた。そこでAl製基板を用いて、陽極酸化処理
を施すことによりAl表面にAl酸化物を主体とする陽
極酸化皮膜(Al−O,Al−OH,Al−O−OHの
混合相)を形成し、これを絶縁層とした基板を作製し、
その絶縁性を調べた。その結果、理論的には十分な絶縁
性を有するはずの陽極酸化皮膜から電流が漏れることが
確認された。
【0008】そこで本発明者らは更に鋭意研究を重ねた
結果、図1〜図3に示す方法により、上記陽極酸化皮膜
に非導電性物質を複合化するか、含有させれば上記陽極
酸化皮膜の絶縁性を高めることができることを見出し、
本発明に想到した。図1は、非導電性物質3を陽極酸化
皮膜2のポア内の一部又は全部に充填して空孔を封鎖す
る様に存在させる方法、図2は、陽極酸化皮膜2の表面
を非導電性物質3で被覆する方法、図3は陽極酸化皮膜
2の表面及び/又はポアから皮膜内部に非導電性物質4
を浸透させて存在させる方法である。図2または図3の
含有形態を選択する場合には、非導電性物質として、A
l,Si,Ti,Zr,Li,Mg,Sn,Znよりな
る群から選択される1種以上の元素の酸化物,窒化物,
水酸化物または酸水酸化物を用いれば良く、また図3の
含有形態を選択する場合には、非導電性物質として陽極
酸化皮膜の構成化合物以外の非導電性化合物を用いれば
良く、具体的にはSi,Ti,Zr,Li,Mg,S
n,Znよりなる群から選択される1種以上の元素の酸
化物,窒化物,水酸化物または酸水酸化物を用いるか、
或いはAl窒化物を用いれば良い。
【0009】尚、陽極酸化処理皮膜の細孔を無機酸化物
で封孔したり、或いは陽極酸化処理皮膜の表面を無機酸
化物によって被覆する技術については、特開平6−31
6787号公報及び特開平8−134694号公報に示
されているが、これらの技術はいずれも陽極酸化皮膜の
耐食性を向上させることを目的とするものであり、陽極
酸化皮膜の絶縁性に関する知見は何ら示されていない。
【0010】また図4に示した様に、図1と図3の方法
を組み合わせた形態のものや、図5に示した様に、図2
と図3の方法を組み合わせた形態のものを採用すれば、
より一層絶縁性が向上して望ましい。例えば、図1の形
態により陽極酸化皮膜(厚さ10μm)にSi酸化物を
2.5×10-7g/mm2 で封孔した基板では、後述する実施例
と同じ方法で測定した漏れ電流が 2.5×10-6A/mm2 であ
るのに対して、図4の形態を採用した以外は同様の条件
で得た基板の漏れ電流は 1.0×10-8A/mm2 まで小さくな
っており、数10分の1以下に低減できた。この様に陽
極酸化皮膜自体のバルクマトリックス中に、陽極酸化皮
膜の構成化合物以外の非導電性物質を存在させることが
絶縁特性を得る上で極めて有効であり、更に陽極酸化処
理皮膜の細孔を非導電性物質で封孔するか、或いは陽極
酸化処理皮膜の表面を非導電性物質によって被覆すれば
絶縁性が飛躍的に向上するので特に望ましい。
【0011】更に、本発明に係る電子材料用基板では、
図1〜5のいずれか単独の形態を採用してもよいが、図
1〜5の形態の2種以上の組合わせであってもよく、例
えば波型やその他の形状に成形された基板の場合におい
ては、適用部位に応じて採用する形態を適宜選択して複
数の形態を組み合わせてもよい。
【0012】尚、上記図1及び図2の形態と、図3の形
態は、含有させる際の化合物の状態によって決まると考
えられ、また化合物を何らかの媒体(例えば、アルコー
ル類等)に分散または溶解させて溶液状にした場合に
は、化合物の濃度や溶液中での物質のクラスタ状態(分
子団の大きさ)などに依存し、例えば後述する塗布ガラ
スの場合には、原料物質(ex. ポリメチルシルセスキオ
キサン)の分子量や、溶媒に分散させた際に何個の分子
が集合体としても分子団を形成しているかということ等
に依存することが考えられる。更に、溶媒自身の粘度や
溶液とした場合の粘度、または含浸させる際の溶液温度
などによっても含有形態は変化すると考えられる。即
ち、陽極酸化処理皮膜等の表面絶縁層のバルクマトリッ
クス内に侵入できれば、図3の形態が得られ、バルクマ
トリックス内に侵入できない状態であれば、図1または
図2の形態となり、更にそれらの状態が混在する場合に
は図4または図5の形態が得られるものと考えられる。
【0013】また、Al合金製基体1の表面に形成され
た陽極酸化皮膜2には、Al合金中に不可避的に含まれ
るFeや添加元素の一つであるSi等の化合物からなる
析出物や晶出物5が存在する場合もあり[図6(a) ]、
これらの析出物や晶出物が何らかの要因で陽極酸化皮膜
から脱離してその後に欠陥部が生じた場合にリーク電流
が発生することも予想される。本発明の電子材料用基板
では図3に示す様に、陽極酸化皮膜のマトリックス中に
非導電性物質4を存在させることにより膜質自体を変化
させて優れた絶縁特性を発現させるか、或いは/更には
図1,図2,図4,図5や図6(b) の様に、非導電性物
質3で陽極酸化皮膜のポア及び/又は上記欠陥部に補填
することにより電流の漏れを防止して確実な絶縁性が得
られるものである。
【0014】陽極酸化皮膜の膜厚としては、十分な絶縁
性を得る上で、0.01μm以上が望ましく、0.1μ
m以上であればより望ましい。但し、厚過ぎると内部応
力が高まり陽極酸化皮膜が割れる恐れが生じると共に、
厚く形成するには陽極酸化処理溶液中に長時間浸漬する
ことが必要であり、電解溶液に長時間さらされると最表
面の表面性状が粗くなるので50μm以下が望ましく、
30μm以下であればより望ましい。
【0015】本発明は陽極酸化処理に用いる電解溶液を
限定するものでなく、例えば硫酸溶液,しゅう酸溶液,
ほう酸系溶液,りん酸系溶液等を単独で、又は混合して
用いれば良く、溶液濃度,電解電圧,電解電流等の条件
を制御することにより、所定の膜厚とすればよい。尚、
陽極酸化処理中には上記電解溶液からS,C,N,P,
Bなどの元素が陽極酸化皮膜に含まれるものであり、通
常上記元素の1種以上が0.01質量%以上含まれる。
【0016】陽極酸化皮膜内に含有させる非導電性物質
としては、前述の通り、Si,Ti,Zr,Li,M
g,Sn,Znよりなる群から選択される1種以上の元
素の酸化物,窒化物,水酸化物または酸水酸化物を用い
るか、或いはAl窒化物を用いればよいが、いずれの化
合物であっても絶縁性を十分に発揮させる上で、金属換
算で1×10-10 g/mm2 以上含有させることが好ま
しく、1×10-8g/mm2 以上であればより好まし
い。
【0017】また、陽極酸化皮膜の表面及び/又はポア
から内部に侵入して存在させる非導電性物質の量は、現
状技術では正確な定量値を得ることは困難であるが、概
算では金属に換算して1×10-13 g/mm2 以上が好
ましいものと考えられる。尚、正確な定量値は得られて
いないものの、上記非導電性物質の存在はAES(オー
ジェ分光分析),IMA(イオンマイクロ分析),TE
M(透過電子顕微鏡)等の物理解析手法により確認する
ことが可能である。
【0018】更に、前記非導電性物質の中でもSi酸化
物は、優れた絶縁性を得る上で、また電子材料として用
いた場合に汚染源とならないため、特に好ましい化合物
である。上記陽極酸化皮膜にSi酸化物を含有させる方
法としては、Si−O結合を有する化合物を溶媒に溶か
した溶液を、陽極酸化皮膜に塗布するか含浸させ、焼成
することが推奨される。上記Si−O結合を有する化合
物は、モノマー,オリゴマー,ポリマーのいずれの形態
であってもよく、側鎖にメチル基やフェニル基等の官能
基を有するオルガノポリシロキサンやオルガノシルセス
キオキサン(例えば、フェニルシルセスキオキサン
等),シラノール等を用いれば良く、これらの化合物を
溶媒に溶かし、陽極酸化皮膜に塗布するか、或いは含浸
させた後、焼成してSi酸化物とすればよい。尚、上記
Si−O結合を有する化合物としては、電子工業の分野
でSOG(spin on glass)や塗布ガラスと呼ばれている
ものを用いることができる。
【0019】また上記Si−O結合を有する化合物を溶
かす溶媒としては、トルエン,エタノール,イソプロパ
ノール,ブタノール,メチルイソブチルケトン(MIB
K),アセトン,酢酸エチル,酢酸ブチル等の有機溶媒
を用いれば良い。
【0020】焼成温度条件は、Si−O結合を有する化
合物の種類等に応じて適宜設定すれば良く、例えば側鎖
にメチル基とフェニル基を2:1のモル比で有するオル
ガノポリシロキサンの場合、250〜300℃で焼成す
れば良く、また側鎖がメチル基だけのオルガノポリシロ
キサンの場合には、200℃以下で焼成することが可能
である。焼成により側鎖のフェニル基は取れ易く、メチ
ル基は残り易いが、有機官能基が陽極酸化皮膜中に存在
することによりAl酸化物層の可撓性の向上にも有効に
作用するものと考えられる。
【0021】尚、Si−O結合を有する化合物としてフ
ェニルシルセスキオキサンを用い、これをアルコールや
ケトン類(例えば、MIBK)に溶解する場合には、濃
度を5〜40%とすれば良く、焼成は、まず80〜20
0℃で1〜5分間加熱し、次に250〜350℃で10
〜30分間加熱することが推奨される。
【0022】また本発明の電子材料用基板としては、基
体と表面絶縁層からなる基板であって、上記表面絶縁層
が1種以上の金属酸化物とそれ以外の非導電性物質から
なるものを採用してもよい。上記表面絶縁層を、金属酸
化物とそれ以外の非導電性物質により構成し、金属酸化
物と上記非導電性物質の混合相とすることにより、残留
応力が緩和され、耐久性も向上するという作用を有し、
しかも電気的回路を形成する上層との密着性を向上させ
るという作用も有する。
【0023】上記金属酸化物としてはAl酸化物,Ti
酸化物,Zr酸化物,Mg酸化物,Si酸化物,Sn酸
化物等が挙げられ、中でもAl酸化物が好ましい。Al
酸化物を主体として、Al酸化物以外の非導電性物質を
含有する表面絶縁層はAlまたはAl合金(1000系,30
00系,5000系,6000系等が適用でき、特に限定されな
い)製基板を陽極酸化することによりAl酸化物皮膜を
形成した後、図1〜図5の表面絶縁層とすればよいが、
Al酸化物皮膜は前記陽極酸化処理以外の方法で形成し
ても良く、例えば、溶射,CVD,イオンプレーティン
グ,スパッタリング,蒸着等により基体上に形成しても
良い。また基体としては、AlまたはAl合金以外にも
他の金属を用いても良く、TiまたはTi合金やステン
レス鋼等の鋼材,Ni合金,Mg合金等を用いることも
でき、上記非導電性物質としては、上記金属酸化物と異
なる化合物であれば、Al,Si,Ti,Zr,Li,
Mg,Sn,Znよりなる群から選択される1種以上の
元素の酸化物,窒化物または水酸化物を用いることがで
きる。
【0024】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【0025】
【実施例】実施例1 Al合金(A5052)からなる冷延板に、電解液として硫酸
溶液(200g/l ;10℃)を用いて陽極酸化処理を行い10
μmの厚さの陽極酸化皮膜を形成した。上記陽極酸化皮
膜にポリメチルシルセスキオキサンをメチルイソブチル
ケトンで溶解・分散させた溶液(濃度16%)を、Si
換算で2.5 ×10-7g/mm2 塗布した。次いで、大気中
において80℃で5分間加熱した後、さらにN2 雰囲気
中250℃で30分間加熱する焼成を行い試験用基板N
o.1を作製した。
【0026】次に、Al合金(A3004)からなる冷延板
に、電解液としてしゅう酸溶液(30g/l ;10 ℃)を用い
て陽極酸化処理を行い5μmの厚さの陽極酸化皮膜を形
成した。上記陽極酸化皮膜にポリフェニルシルセスキオ
キサンをエタノール・ブタノール混合液で溶解/分散さ
せた溶液(濃度30%)を、Si換算で6.0 ×10-7g/
mm2 塗布した。次いで、大気中において140℃で5
分間加熱した後、さらにN2 雰囲気中350℃で30分
間加熱する焼成を行い試験用基板No.2を作製した。
【0027】更に陽極酸化処理条件と上記溶液の塗布量
を変化させて試験用基板No.3〜6を作製した。
【0028】また試験用基板No.7は陽極酸化処理に
代えてAl23 を常圧でプラズマスプレー溶射するこ
とによりAl酸化物層を形成し、また試験用基板No.
8は、Ti合金を用いてその表面にAl23 を溶射
し、次いで上記No.1と同様にしてAl酸化物層中に
Si酸化物を含有させた。
【0029】比較例として、Al合金製基体に陽極酸化
皮膜を形成しただけで、Si酸化物を含有させていない
試験用基板No.9〜11を用意し、またAl合金製基
体にAl酸化物層を形成せずに直接前記溶媒を塗布し焼
成してSi酸化物からなる絶縁層を形成した試験用基板
No.12〜13を準備した。
【0030】これらの試験用基板No.1〜13を用い
て、図7に示す形状にAl電極(膜厚1μm)をスパッ
タリングで形成し、図8に示す構成により任意の電極を
選択して、電圧を0Vから100Vまで上昇させてパラ
メータアナライザ(ヒューレット・パッカード社製 HP4
156A)により漏れ電流を測定した。結果は、焼成後の絶
縁層中のSi酸化物含有量(Si量換算)と共に、表1
に示す。
【0031】
【表1】
【0032】No.1〜8は本発明に係る基板であり、
絶縁層中にSi酸化物が含有されていないNo.9〜1
1と比較して、漏れ電流の値が非常に小さいことが分か
る。尚、Al酸化物層を形成せずにSi酸化物層を形成
したNo.12,13は、絶縁耐圧不足で測定不能であ
った。
【0033】また、No.1の基板における絶縁層中の
Si酸化物の存在形態を分析したところ、図4に示す形
態のものであった。
【0034】実施例2 絶縁層に含有させる非導電性物質として、Si酸化物以
外の化合物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして
表2に示す基板を作製し、漏れ電流を測定した。結果は
表2に併記する。
【0035】
【表2】
【0036】No.21〜28は本発明に係る基板であ
り、絶縁層中にSi酸化物が含有されていない前記N
o.9〜11と比較して、漏れ電流の値が非常に小さい
ことが分かる。
【0037】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、割れにくく、可撓性を有し、しかもガラス基板より
も軽量化を図ることのできる絶縁性に優れた電子材料用
基板及びその製造方法が提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板における表面絶縁層の形態
(封鎖タイプ)を模式的に示す説明図である。
【図2】本発明に係る基板における表面絶縁層の形態
(被覆タイプ)を模式的に示す説明図である。
【図3】本発明に係る基板における表面絶縁層の形態
(含有タイプ)を模式的に示す説明図である。
【図4】本発明に係る基板における表面絶縁層の形態
(封鎖+含有タイプ)を模式的に示す説明図である。
【図5】本発明に係る基板における表面絶縁層の形態
(被覆+含有タイプ)を模式的に示す説明図である。
【図6】本発明に係る基板の断面説明図である。
【図7】実施例における漏れ電流測定時の電極形成パタ
ーンを示す説明図である。
【図8】実施例における漏れ電流の測定方法を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 Al合金製基体 2 陽極酸化皮膜 3 非導電性物質 4 非導電性物質 5 晶出物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増井 卓也 神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 鈴木 康平 神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 中上 明光 神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体と表面絶縁層からなる電子材料用基
    板であって、上記表面絶縁層が1種以上の金属酸化物と
    それ以外の非導電性物質からなるものであることを特徴
    とする絶縁性に優れた電子材料用基板。
  2. 【請求項2】 前記非導電性物質が、Al,Si,T
    i,Zr,Li,Mg,Sn,Znよりなる群から選択
    される1種以上の元素の酸化物,窒化物,水酸化物また
    は酸水酸化物である請求項1に記載の電子材料用基板。
  3. 【請求項3】 前記基体が金属からなる請求項1または
    2に記載の電子材料用基板。
  4. 【請求項4】 前記基体がAlまたはAl合金である請
    求項3に記載の電子材料用基板。
  5. 【請求項5】 前記表面絶縁層が陽極酸化処理により形
    成されたものである請求項4に記載の電子材料用基板。
  6. 【請求項6】 AlまたはAl合金製基体上に陽極酸化
    皮膜が形成され、上記陽極酸化皮膜のポアが非導電性物
    質で封鎖されてなることを特徴とする絶縁性に優れた電
    子材料用基板。
  7. 【請求項7】 AlまたはAl合金製基体上に陽極酸化
    皮膜が形成され、上記陽極酸化皮膜の表面が非導電性物
    質で被覆されてなることを特徴とする絶縁性に優れた電
    子材料用基板。
  8. 【請求項8】 AlまたはAl合金製基体上に陽極酸化
    皮膜が形成され、上記陽極酸化皮膜が上記基体の陽極酸
    化によって生成された物質以外の非導電性物質を含有す
    ることを特徴とする絶縁性に優れた電子材料用基板。
  9. 【請求項9】 AlまたはAl合金からなる基体に、陽
    極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成した後、Si−
    O結合を有する化合物が溶解された溶液を上記陽極酸化
    皮膜の表面に塗布し焼成することにより、表面絶縁層を
    形成することを特徴とする絶縁性に優れた電子材料用基
    板の製造方法。
JP13713998A 1997-12-11 1998-05-19 絶縁性に優れた電子材料用基板及びその製造方法 Pending JPH11229187A (ja)

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