JP6049121B2 - 機能性材料、電子デバイス、電磁波吸収／遮蔽デバイス及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、機能性材料、電子デバイス、電磁波吸収/遮蔽デバイス及びそれらの製造方法に関する。
半導体デバイスによって代表される電子デバイスや、マイクロマシン等においては、微細な導体構造を形成しなければならないことがある。そのような微細構造を実現するための機能性材料として、従来より種々のタイプのものが知られている。
例えば、内部電極構造を持つ受動部品、例えば、積層セラミックコンデンサなどでは、特許文献１に開示されているように、Ｎｉを主成分とする導電性ペーストが用いられている。導電性ペーストは、有機質バインダを含んでおり、それが、脱バインダ工程において除去されるので、電極に有機質バインダ抜け跡が残り、連続する緻密な電極を得ることができない。
また、特許文献２、３は、三次元配線構造を実現するためのＴＳＶ（Through Silicon Via）技術に適用される機能性材料として、溶融金属材料を開示している。この技術には、空隙、隙間、空洞のない緻密な構造を持ち、しかも、応力の低い貫通電極を形成することができるという非常に優れた利点があるが、溶融金属を得るための熱エネルギーが必要である
本発明の課題は、緻密な金属/合金充填構造を実現し得る機能性材料を提供することである。
本発明のもう一つの課題は、電極材料のみならず、配線材又は電子部品接合材にも適用できる用途範囲の広い機能性材料を提供することである。
本発明の更にもう一つの課題は、スパッタ用ターゲット等にも適用できる機能性材料を提供することである。
本発明の更にもう一つの課題は、上述した機能性材料を機能部分に適用した電子デバイス及び電磁波吸収/遮蔽デバイスを提供することである。
本発明の更にもう一つの課題は、熱エネルギー消費が少なく、対象物に対する熱的ダメージを最小化し得る機能性材料又は機能部分、及びそれらの製造方法を提供することである。
上述した課題を達成するため、本発明に係る機能性材料、電子部品、電磁波吸収/遮蔽デバイス、及び、それらの製造は、次のような構成になる。
１．機能性材料
本発明に係る機能性材料には、２つの態様が含まれている。本明細書において、機能性材料とは、材料の持つ電気的性質、誘電体特性、磁性、光学特性、などの機能を発現させることを目的として用いられるタイプの材料をいう。
本発明に係る機能性材料には、２つの態様が含まれている。本明細書において、機能性材料とは、材料の持つ電気的性質、誘電体特性、磁性、光学特性、などの機能を発現させることを目的として用いられるタイプの材料をいう。
（１）第１機能性材料
第１機能性材料は、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子と、結合領域とを含んでおり、前記結合領域は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めている。
第１機能性材料は、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子と、結合領域とを含んでおり、前記結合領域は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めている。
上述したように、第１機能性材料は、金属/合金粒子とともに、結合領域を含んでおり、結合領域は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めているから、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域によって、金属/合金粒子が結合されることになる。このため、緻密な金属/合金充填構造が実現される。
結合領域は、金属間化合物又は金属化合物を含むが、ナノコンポジット構造であり、２００ｎｍ以下のサイズであるから、トンネル効果により、金属/合金粒子間では、実質的に連続した機能部分が形成されることになる。
しかも、金属/合金粒子及び結合領域を構成する結合材の選択により、電極材料、配線材又は電子部品接合材にも適用できる。これらの材料は、緻密な金属/合金充填構造により、高品質化、高機能化される。
更に、第１機能性材料は、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域によって、金属/合金粒子を結合したバルク状成形体であるから、緻密で高品質のスパッタ用タ−ゲットとして用いることができる。しかも、金属/合金粒子及び結合領域を構成する結合材の選択により、要求に応じた種々のスパッタ用ターゲットを実現することができる。
（２）第２機能性材料
第２機能性材料も、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子と、結合領域とを含んでいる。結合領域は、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めている。
第２機能性材料も、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子と、結合領域とを含んでいる。結合領域は、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めている。
結合領域は、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むが、ナノコンポジット構造であり、２００ｎｍ以下のサイズであるから、トンネル効果により、金属/合金粒子間では、連続した導電路が確保されることになる。
第機能性材料においても、結合領域は、２００ｎｍ以下のサイズで前記金属/合金粒子の周りを埋めているから、金属/合金粒子が２００ｎｍ以下というナノサイズ領域で充填されることになる。このため、緻密な金属/合金充填構造が実現される。
また、金属/合金粒子及び結合領域を構成する結合材の選択により、電極材料、配線材又は電子部品接合材にも適用できる。これらの材料は、緻密な金属/合金充填構造により、高品質化、高機能化される。
更に、第２機能性材料は、金属/合金粒子が、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域で充填されたバルク状成形体であるから、緻密で高品質のスパッタ用タ−ゲットとして用いることができる。しかも、金属/合金粒子及び結合領域を構成する結合材の選択により、要求に応じた種々のスパッタ用ターゲットを実現することができる。
（３）共通事項
第１機能性材料及び第２機能性材料の両者とも、前記金属/合金粒子は、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下であることが好ましい。金属/合金粒子は、球状、鱗片状、扁平状等、薄片状、針状等、任意の形状をとることができる。このような任意の形状において、最小差し渡しサイズが１μｍ以下という趣旨は、長さ、幅及び厚みの３ディメンションにおいて、最小となるサイズが１μｍ以下というにある。
第１機能性材料及び第２機能性材料の両者とも、前記金属/合金粒子は、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下であることが好ましい。金属/合金粒子は、球状、鱗片状、扁平状等、薄片状、針状等、任意の形状をとることができる。このような任意の形状において、最小差し渡しサイズが１μｍ以下という趣旨は、長さ、幅及び厚みの３ディメンションにおいて、最小となるサイズが１μｍ以下というにある。
最小差し渡しサイズが１μｍ以下のナノコンポジット構造であれば、量子サイズ効果で代表されるナノサイズ効果により、金属/合金粒子の融解点の制御、応力制御等、従来では得られない物性コントロールが可能である。
また、第１機能性材料及び第２機能性材料は、金属/合金粒子及び結合領域とともに、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。
更に、第１機能性材料及び第２機能性材料は、電極材、配線材又は電子部品接合材として用いることができる。この点については、既に述べたとおりである。
２．電子デバイス
本発明に係る電子デバイスは、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。
本発明に係る電子デバイスは、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。
したがって、本発明に係る電子デバイスは、第１機能性材料及び第２機能性材料で述べた作用効果が、そのまま得られることになる。本発明において、電子デバイスとは、電子の働きを応用しものをいう。代表的には、システムＬＳＩ、メモリＬＳＩ、イメージセンサ又はＭＥＭＳ等である。アナログやデジタルの回路、ＤＲＡＭのようなメモリ回路、ＣＰＵのようなロジック回路などを含む電子デバイスであってもよいし、アナログ高周波回路と低周波で低消費電力の回路といった異種の回路を、別々のプロセスによって作り、それらを積層した電子デバイスであってもよい。更には、センサーモジュル、光電気モジュール、ユニポーラトランジスタ、ＭＯＳ ＦＥＴ、ＣＭＯＳＦＥＴ、メモリーセル、もしくは、それらの集積回路部品（ＩＣ）、又は各種スケールのＬＳＩ等、凡そ、電子回路を機能要素とする電子デバイスのほとんどのものが含まれ得る。本発明において、集積回路ＬＳＩと称する場合、小規模集積回路、中規模集積回路、大規模集積回路、超大規模集積回路ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等の全てを含む。更に、能動デバイスに限らず、受動デバイスであってもよいし、能動素子と受動素子を合わせ備える複合デバイスであってもよい。
３．電磁波吸収/遮蔽デバイス
本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスも、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。
本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスも、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。
したがって、本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスにおいても、第１機能性材料及び第２機能性材料で述べた作用効果が、そのまま得られることになる。なお、電磁波吸収/遮蔽デバイスとは、電磁波吸収デバイス及び電磁波遮蔽デバイスの両者を含む意味である。
４．機能性材料及び機能部分の製造方法
本発明に係る方法は、バルク状成形体でなる機能性材料、又は、機能部分を製造する方法であって、まず、金属/合金粒子を、揮発性有機分散媒または水性分散媒に分散させた分散系を調製する。次に、前記分散系を型入れした後、前記型内において、前記分散媒を気化させることにより２００ｎｍ以下のサイズの空隙を形成する。次に、加熱・加圧して前記空隙を埋める結合領域を生じさせ、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有するバルクを成形する工程を含む。
本発明に係る方法は、バルク状成形体でなる機能性材料、又は、機能部分を製造する方法であって、まず、金属/合金粒子を、揮発性有機分散媒または水性分散媒に分散させた分散系を調製する。次に、前記分散系を型入れした後、前記型内において、前記分散媒を気化させることにより２００ｎｍ以下のサイズの空隙を形成する。次に、加熱・加圧して前記空隙を埋める結合領域を生じさせ、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有するバルクを成形する工程を含む。
本明細書において、分散系とは、微細な固体粒子が液体の分散媒中に分散した懸濁液又はペーストを言い、同じ粒度の粒子がそろった単分散系，粒度が不ぞろいに変化する多分散系の両系を含む。また、粗粒の分散系のみならず、コロイダルな分散系をも含む。分散媒としては、水性分散媒又は揮発性有機分散媒を用いることができる。分散系は、更に、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。前記金属/合金粒子は、前にも述べたとおり、好ましくは、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下である。
本発明に係る方法では、金属/合金粒子を、分散媒中に分散した分散系を用いるから、本来、取扱の困難な微粉末形態を有する金属/合金粒子を、分散系材料の流動性を利用して、機能性材料又は機能部分を形成することができる。したがって、熱エネルギー消費が少なく、対象物に対する熱的ダメージを最小化し得る低温系の機能性材料を提供することができる。
また、分散媒は、揮発性有機分散媒または水性分散媒であるから、分散系を型入れした後、前記型内において、前記分散媒を気化させることにより２００ｎｍ以下のサイズの空隙を形成し、その後、加熱・加圧して前記空隙を埋める結合領域を生じさせ、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有するバルクを成形する工程を含むから、本発明に係る機能性材料、機能部分を有する電子デバイス、および、電磁波吸収/遮蔽デバイスを製造することができる。
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）緻密な金属/合金充填構造を実現し得る機能性材料を提供することができる。
（ｂ）電極材料のみならず、配線材又は電子部品接合材にも適用できる用途範囲の広い機能性材料を提供することができる。
（ｃ）スパッタ用ターゲット等にも適用できる機能性材料を提供することができる。
（ｄ）上述した機能性材料を機能部分に適用した電子デバイス及び電磁波吸収/遮蔽デバイスを提供することができる。
（ｅ）熱エネルギー消費が少なく、対象物に対する熱的ダメージを最小化し得る機能性材料又は機能部分の製造方法を提供することができる。
（ａ）緻密な金属/合金充填構造を実現し得る機能性材料を提供することができる。
（ｂ）電極材料のみならず、配線材又は電子部品接合材にも適用できる用途範囲の広い機能性材料を提供することができる。
（ｃ）スパッタ用ターゲット等にも適用できる機能性材料を提供することができる。
（ｄ）上述した機能性材料を機能部分に適用した電子デバイス及び電磁波吸収/遮蔽デバイスを提供することができる。
（ｅ）熱エネルギー消費が少なく、対象物に対する熱的ダメージを最小化し得る機能性材料又は機能部分の製造方法を提供することができる。
１．機能性材料
（１）第１機能性材料
図１を参照すると、第１機能性材料は、バルク状成形体でなり、結合領域１と、金属/合金粒子３とを含んでおり、結合領域１は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めている。結合領域１と金属/合金粒子３との間には、拡散結合等が生じている。
（１）第１機能性材料
図１を参照すると、第１機能性材料は、バルク状成形体でなり、結合領域１と、金属/合金粒子３とを含んでおり、結合領域１は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めている。結合領域１と金属/合金粒子３との間には、拡散結合等が生じている。
上述したように、第１機能性材料は、金属/合金粒子３とともに、結合領域１を含んでおり、結合領域１は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めているから、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域によって、金属/合金粒子３が結合されることになる。このため、緻密な金属/合金充填構造が実現される。
結合領域１は、金属間化合物又は金属化合物を含むが、ナノコンポジット構造であり、２００ｎｍ以下のサイズであるから、トンネル効果により、金属/合金粒子３−３間は、機能的には、実質的に連続した状態になる。
しかも、金属/合金粒子３、及び、結合領域１を構成する結合材の選択により、電極材料、配線材又は電子部品接合材にも適用できる。これらの材料は、緻密な金属/合金充填構造により、高品質化、高機能化される。
更に、第１機能性材料は、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域１によって、金属/合金粒子３を結合したバルク状成形体であるから、緻密で高品質のスパッタ用タ−ゲットとして用いることができる。しかも、金属/合金粒子３及び結合領域１を構成する結合材の選択により、要求に応じた種々のスパッタ用ターゲットを実現することができる。
結合領域１において、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造とは、結晶粒内にｎｍサイズの金属間化合物又は金属化合物を分散（粒内ナノコンポジット結晶構造）させるか、粒界にｎｍサイズの金属間化合物又は金属化合物を分散（粒界ナノコンポジット結晶構造）させた複合体をいう。金属化合物には、酸化物、塩化物、珪化物、硫化物、炭化物、水素化物、又はそれらの組合せを含むことができる。金属間化合物又は金属化合物を構成する金属には、単一元素金属の他、合金も含まれる。
金属/合金粒子３の外形形状は、粒径が不揃いであっても、統一されていてもよい。また、球状、鱗片状、扁平状等、薄片状、針状等、任意の形状をとることができる。
金属/合金粒子３として用い得る金属には、特に制限はなく、目的の機能性材料に適したものを、随時選択使用することができる。代表例としては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｇａ、In、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ又はＮｉの群から選択された少なくとも１種を挙げることができる。
金属/合金粒子３は、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下であることが好ましい。金属/合金粒子３は、球状、鱗片状、扁平状等、薄片状、針状等、任意の形状において、最小差し渡しサイズが１μｍ以下という趣旨は、長さ、幅及び厚みの３ディメンションにおいて、最小となるサイズが１μｍ以下というにある。金属/合金粒子３におけるナノコンポジット構造にも、粒内ナノコンポジット結晶構造及び粒界ナノコンポジット結晶構造の２つの態様がある。
上述したように、最小差し渡しサイズが１μｍ以下のナノコンポジット構造であれば、量子サイズ効果で代表されるナノサイズ効果により、金属/合金粒子３の融解点の制御、応力制御等、従来では得られない物性コントロールが可能である。例えば、１００ｎｍ以下、特に、２０ｎｍ以下のサイズでは、量子サイズ効果があらわれ、金属/合金粒子３に含まれる金属成分の融解点が、金属の本来の融点よりも、著しく低下する。
もっとも、機能性材料の用途によっては、その耐熱性を向上させることが必要になる場合もある。そのような要求に対応する手段の一つは、金属/合金粒子３の表面を、金属酸化物被膜によって被覆することである。
次に、図２に図示された機能性材料は、金属/合金粒子３とともに、カーボンナノチューブ５を含んでいる。カーボンナノチューブ５としては、単層のシングルウォールナノチューブ (SWNT)の他、多層のマルチウォールナノチューブ (MWNT) も知られており、何れのタイプのカーボンナノチューブ５であっても、これを用いることができる。
多層のカーボンナノチューブ５は、導電性、弾性、強度に優れ、ヤング率は0.9TPa、比強度は最大150GPaのものも知られている。一方、単層のカーボンナノチューブ５は、優れた熱伝導性を持つ。ヤング率は１TPa以上であり、比強度は、構造によって異なるが、13〜126GPaの範囲にある。
カーボンナノチューブ５の直径は０．４〜５０ｎｍであり、基本的には一様な平面のグラファイト（グラフェンシート）を丸めて円筒状にしたような構造をしている。カーボンナノチューブ５の長さは、例えば、１００ｎｍ〜数百ｎｍの範囲に設定する。
カーボンナノチューブ５は、銅の1,000倍以上の高電流密度耐性、銅の１０倍の高熱伝導特性、高機械強度、細長い、などの特徴がある。これらの特徴により、機能性材料の電気特性、熱特性、耐久性及び機械的強度が著しく改善される。
図１及び図２に示した第１機能性材料は、スパッタ用ターゲットの他、電極材、配線材又は電子部品接合材としても、用いることができる。
（２）第２機能性材料
第２機能性材料も、図３に図示するように、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子３と、結合領域１とを含んでいる。その点では、第１機能性材料と共通であるが、結合領域１の構成が、第１機能性材料と異なる。結合領域１は、第２機能性材料では、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むナノコンポジット構造を有し、200ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めている。
第２機能性材料も、図３に図示するように、バルク状成形体でなり、金属/合金粒子３と、結合領域１とを含んでいる。その点では、第１機能性材料と共通であるが、結合領域１の構成が、第１機能性材料と異なる。結合領域１は、第２機能性材料では、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むナノコンポジット構造を有し、200ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めている。
結合領域１は、結晶または非結晶のガラス成分もしくはセラミックを含むが、ナノコンポジット構造であり、２００ｎｍ以下のサイズであるから、トンネル効果により、金属/合金粒子３−３間では、連続した導電路が確保されることになる。
第２機能性材料においても、結合領域１は、２００ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めているから、緻密な金属/合金充填構造が実現される。
また、金属/合金粒子３及び結合領域１を構成する結合材の選択により、電極材料、配線材又は電子部品接合材にも適用できる。これらの材料は、緻密な金属/合金充填構造により、高品質化、高機能化される。
更に、第２機能性材料は、２００ｎｍ以下というナノサイズ領域の結合領域１によって、金属/合金粒子３を結合したバルク状成形体であるから、緻密で高品質のスパッタ用タ−ゲットとして用いることができる。しかも、金属/合金粒子３及び結合領域１を構成する結合材の選択により、要求に応じた種々のスパッタ用ターゲットを実現することができる。
第２機能性材料においても、金属/合金粒子３は、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下であることが好ましい。最小差し渡しサイズが１μｍ以下のナノコンポジット構造であれば、第１機能性材料で述べた作用効果が得られる。第２機能性材料においても、金属/合金粒子３及び結合領域１とともに、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。
２．電子デバイス
図1乃至図３に示した機能性材料は、上述した各種電子デバイスにおいて、機能部分を構成するために適用することができる。機能部分は、一例として代表的に例示すれば、例えば、コンデンサやインダクタ等の受動部品又は半導体チップ等の能動部品における電極や、半導体基板もしくはインターポーザにおける貫通電極等である。その一例を、図４〜図６に示す。
図1乃至図３に示した機能性材料は、上述した各種電子デバイスにおいて、機能部分を構成するために適用することができる。機能部分は、一例として代表的に例示すれば、例えば、コンデンサやインダクタ等の受動部品又は半導体チップ等の能動部品における電極や、半導体基板もしくはインターポーザにおける貫通電極等である。その一例を、図４〜図６に示す。
まず、図４を参照すると、積層コンデンサにおいて、誘電体層７１の内部に多数埋設された内部電極のうち、隣接する対の内部電極９１，９２が図示されている。内部電極９１，９２は、図１又は図２に示したような構造を持つ。即ち、内部電極９１，９２は、図３に図示したように、金属/合金粒子３と、結合領域１とを有している。結合領域１は、金属間化合物又は金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、２００ｎｍ以下のサイズで金属/合金粒子３の周りを埋めている。金属/合金粒子３は、好ましくは、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下である。結合領域１は、より具体的には、融解後、凝固した金属でなる。
内部電極９１，９２を構成する機能性材料の融解温度が、誘電体材料の焼成温度よりも低すぎると、強誘電体材料が焼結する前に、機能性材料が融解し、それが、誘電体層７１中に拡散して、特性を劣化させることがある。そこで、機能性材料は、融解温度が、強誘電体層１９の焼成温度付近になるように、そのサイズ、材料等が選定される。或いは、金属/合金粒子３の表面を金属化合物層によって覆ってもよい。内部電極９１，９２は、図２に例示したように、金属/合金粒子３とともに、カーボンナノチューブ５を含むことができる。
次に、図５は、機能部分として、半導体基板もしくはインターポーザ基板７２に設けられた貫通電極９３を示している。貫通電極９３は、図１又は図２に示した機能性材料によって構成されたもので、金属/合金粒子３と、結合領域１とを含む。金属/合金粒子３は、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下である。結合領域１は、金属/合金粒子３の周りを非結晶及び、ナノコンポ構造域で埋めている。この場合も、機能部分は、金属/合金粒子３とともに、カーボンナノチューブを含むことができる。
図１、図２に図示したバルク状機能性材料は、例えば、図６に図示するように、電子デバイスにおいて、基板７３に薄膜電極９４を形成するためのスパッタ用ターゲットとして用いることができる。
３．電磁波吸収/遮蔽デバイス
本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスも、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。したがって、本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスにおいても、第１機能性材料及び第２機能性材料で述べた作用効果が、そのまま得られることになる。特に、図３に示した第２機能性材料が、電磁波吸収/遮蔽デバイスとして好適である。
本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスも、上述した機能性材料を、機能部分に適用したもので、第１機能性材料に従うものと、第２機能性材料に従うものの２つの態様があり、更に、それらに共通の事項も適用される。したがって、本発明に係る電磁波吸収/遮蔽デバイスにおいても、第１機能性材料及び第２機能性材料で述べた作用効果が、そのまま得られることになる。特に、図３に示した第２機能性材料が、電磁波吸収/遮蔽デバイスとして好適である。
４．機能性材料及び機能部分の製造方法
図１〜図６に示したバルク状機能性材料及び電子デバイス等における機能部分は、図７〜図９に図示したプロセスに従って製造することができる。図７は、図１に示したバルク状機能性材料又は機能部分を形成する方法である。まず、金属/合金粒子３を、揮発性有機分散媒または水性分散媒に分散させた分散系を調製する。分散系とは、微細な固体粒子が液体の分散媒中に分散した懸濁液又はペーストを言い、同じ粒度の粒子がそろった単分散系，粒度が不ぞろいに変化する多分散系の両系を含む。また、粗粒の分散系のみならず、コロイダルな分散系をも含む。分散媒としては、水性分散媒又は揮発性有機分散媒を用いることができる。金属/合金粒子３は、好ましくは、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下である。
図１〜図６に示したバルク状機能性材料及び電子デバイス等における機能部分は、図７〜図９に図示したプロセスに従って製造することができる。図７は、図１に示したバルク状機能性材料又は機能部分を形成する方法である。まず、金属/合金粒子３を、揮発性有機分散媒または水性分散媒に分散させた分散系を調製する。分散系とは、微細な固体粒子が液体の分散媒中に分散した懸濁液又はペーストを言い、同じ粒度の粒子がそろった単分散系，粒度が不ぞろいに変化する多分散系の両系を含む。また、粗粒の分散系のみならず、コロイダルな分散系をも含む。分散媒としては、水性分散媒又は揮発性有機分散媒を用いることができる。金属/合金粒子３は、好ましくは、ナノコンポジット構造を有し、最小差し渡しサイズが１μｍ以下である。
次に、型１１の成型室１１１の内部に、図１に示した分散系１３を充填（流し込み、型入れ）する（図７（ａ））。この分散系１３は、分散媒１３１と、金属/合金粒子３とを含む機能性材料であって、分散媒１３１は、揮発性有機分散媒または水性分散媒である。金属/合金粒子３は、最小差し渡し径が１μm以下サイズであって、金属化合物を含むナノコンポジット構造を有し、分散媒１３１中に分散している。
次に、成型室１１１の内部において、分散媒１３１を蒸発させる（図７（ｂ））。これにより、金属/合金粒子３の間に隙間Ｇ１が生じる。
次に、加圧・加熱して、金属/合金粒子３の一部を溶解させ、結合領域１を生じさせる。このような操作は、金属/合金粒子３の一部を、溶解点の低い材料又は粒子サイズとし、他を融解点の高い材料又は粒子サイズとすることによって実現することができる。熱溶解した金属/合金粒子３は、加圧しながら冷却し、硬化させることが好ましい。
この後、成型室１１１から、成型体１５と取り出すことにより、目的のバルク状機能性材料１５が得られる（図７（ｄ））。
この製造方法では、金属/合金粒子３を、分散媒１３１中に分散させた分散系１３を用いるので、溶融金属を用いる従来技術と異なって、溶融プロセスが不要である。低温状態にある分散系１３を成型室１１１の内部に充填して成型することができ、溶融のための熱エネルギーを必要としないから、消費エネルギーを低減し得る。
また、熱溶解した金属/合金粒子３を加圧しながら冷却し、硬化させると、冷却時の体積縮小によって成型室１１１と成型体１５との間に生じることのある巣の発生を、加圧によって回避し、巣のない高品質のバルク状機能性材料を得ることができる。
更に、熱溶解した金属/合金粒子３を加圧しながら冷却し、硬化させると、金属の粒成長、結晶成長が抑制される。この結果、柱状結晶の成長が抑制され、等軸晶化が促進され、高品質のバルク状機能性材料が得られる。
分散媒１３１は、揮発性有機分散媒または水性分散媒である。揮発性の分散媒１３１としては、特に、常温で揮発するような揮発性有機分散媒が好ましい。そのような液状の分散媒１３１としては、種々のものが知られているので、それらを選択使用すればよい。
金属/合金粒子３は、上述したような多種の金属、金属間化合物及び金属化合物を含有し得るから、金属の種類に応じた各種の物性を得ることができる。
しかも、金属/合金粒子３を、分散媒１３１中に分散した分散系１３を用いるから、本来、取扱の困難な微粉末形態を有する金属/合金粒子３を、分散系１３の流動性を利用して、画定されたパターンとなるように付与し、または、微細区間もしくは微細空間内に充填し、機能部分を形成することができる。したがって、熱エネルギー消費が少なく、対象物に対する熱的ダメージを最小化し得る低温系の機能性材料を提供することができる。
また、分散媒１３１は、揮発性有機分散媒または水性分散媒であるから、これを蒸発させ、金属成分による緻密な電極、配線、接合配線等の構造を実現し得る。
次に、図８は、図２に示したバルク状機能性材料の製造方法を示している。図において、図７に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付してある。図８に図示された製造方法の特徴は、カーンボンナノチューブ５を含む分散系１３を用いる点である。その他は、図７に示した製造方法と、実質的に異なる点はない。よって、図６で説明した製造上の利点を全て奏する。
図９は、図３に示したバルク状機能性材料の製造方法を示す図である。図において、図７に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付してある。図９に図示された製造方法の特徴は、成形室１１１の内に流し込まれた分散系１３（図９（ａ））から、分散媒１３１を蒸発（図９（ｂ））させた後、金属/合金粒子３の周囲の隙間Ｇ１に流動性のある液状結合材１を含浸させ、加圧・加熱により、硬化（図９（ｃ））させる点にある。
結合材１は、液体ガラスであってもよいし、有機樹脂であってもよい。有機樹脂としては、熱硬化型樹脂が好的である。
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様及び説明されない他の適用技術分野を想到しえることは自明である。
１ 結合領域
３ 金属/合金粒子
５ カーボンナノチューブ
３ 金属/合金粒子
５ カーボンナノチューブ
Claims (1)
- 機能部分を有する電子デバイスであって、前記機能部分は、金属粒子又は合金粒子と、結合領域とを含んでおり、
前記結合領域は、金属間化合物を含み、200ｎｍ以下のサイズで前記金属粒子又は合金粒子の周りを埋めており、
前記金属粒子又は合金粒子は、前記結合領域によって結合されており、
前記金属粒子または合金粒子は、融解点の高い金属または合金材料でなり、
前記結合領域は、前記金属粒子または合金粒子よりも融解点の低い金属または合金材料でなり、
前記金属間化合物は、前記融解点の高い金属または合金材料と、前記融解点の低い金属または合金材料との拡散に由来しており、
前記金属粒子または合金粒子は、CuまたはCu合金であり、
前記結合領域は、SnまたはSn合金である、
電子デバイス。
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