JPH0544045A - 超微粒子膜の物性制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子膜を形成した後において超微粒子膜の
物理的性質や電気的特性、化学的性質その他の物性を簡
単にコントロールないし調整できるようにする。 【構成】 ガスデポジション法によって回路基板１の上
に超微粒子膜２を形成した後、超微粒子膜２にレーザ光
１５を照射して加熱し、超微粒子膜２の物理的性質や電
気的特性、化学的性質などを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超微粒子膜の物性制御方
法に関する。具体的にいうと、本発明は、ガスデポジシ
ョン法等によって形成された超微粒子膜の物理的性質や
電気的特性、化学的性質等を調整する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスデポジション法を用いれば、超微粒
子（例えば、粒径０.１μｍ程度、あるいはそれ以下）
の膜を形成できることが報告されている（第９０回ニュ
ーセラミックス懇話会研究会資料）。ここで、ガスデポ
ジション法とは、超微粒子生成室で発生させられた物質
蒸気を搬送管を通してＨｅガスと共に膜形成室へ送り、
空中で凝集した超微粒子を膜形成室において搬送管のノ
ズルから基体の表面へ噴射させ、超微粒子を基体の表面
に密着させて超微粒子膜を形成するものである。

【０００３】印刷ペーストを焼成する厚膜法、あるいは
真空蒸着やスパッタリング等の薄膜法では、基体に成膜
できる膜質が金属酸化物等に限られている。これに対
し、ガスデポジション法により基体に超微粒子膜を形成
する方法では、膜質に特に制限がなく、金属や無機物、
有機化合物などでも超微粒子膜を形成できる。

【０００４】また、ハイブリッド集積回路や配線基板等
においては、導電ペースト等をスクリーン印刷し、焼成
することによって形成された厚膜が用いられている。こ
の厚膜は、焼成によってペースト中の粒子（粒径１０μ
ｍ以上）と粒子を固相反応（例えば、固溶）させること
によって焼結体を形成するものである。これに対し、超
微粒子膜は比表面積（表面積／体積）が大きく活性が高
いため、小さなエネルギーで固相−固相反応が開始す
る。この固相−固相反応は粒子マトリックスが密である
ことによっても促進されている。この結果、超微粒子間
では固溶点が低くなる。

【０００５】さらに、厚膜法や薄膜法では、焼成や加熱
を伴うため基体にも耐熱性を要求され、使用できる基体
にも制限がある。これに対し、ガスデポジション法によ
って超微粒子膜を形成する方法では、加熱により基体を
損う心配もない。しかも、基体を加熱することなく超微
粒子を基体に噴射して得られる超微粒子膜の密着性は、
真空蒸着により加熱された基体の表面に蒸着膜を成膜す
る場合の密着性と同等になる。

【０００６】ガスデポジション法による超微粒子膜には
上記のような独自の特徴があるため、種々の材料を用い
て超微粒子膜を形成し、これらの物理的性質、電気的特
性、化学的性質等を様々な用途に利用することが考えら
れる。例えば、抵抗やコンデンサ、コイル、配線、各種
センサの機能材料などに用いることが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子や
センサ等として所望の特性や精度を得るためには、超微
粒子膜を基体に形成した後、超微粒子膜の物理量や電気
定数等を調整する必要がある。

【０００８】超微粒子膜のチューニング法としては、従
来より薄膜法などで用いられているように超微粒子膜に
レーザ光を照射して超微粒子膜を蒸発除去することによ
りトリミングする方法が考えられる。

【０００９】しかし、このような方法では、大きなパワ
ーのレーザ光が必要でエネルギーの消費が大きいばかり
か、基体がレーザ光により傷付けられたり、熱のために
内部の素子等が損われたりする恐れがあった。

【００１０】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、超微粒子
膜を形成した後において超微粒子膜の物理的性質や電気
的特性、化学的性質その他の物性を簡単にコントロール
ないし調整する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる超微粒子
膜の物性制御方法は、超微粒子膜に光を照射することに
より超微粒子膜の物性を変化させることを特徴としてい
る。また、前記超微粒子膜はガスデポジション法によっ
て形成することができる。

【００１２】

【作用】超微粒子は光の吸収能が高いため、超微粒子膜
に光を照射すると超微粒子が光エネルギーを吸収し、超
微粒子が凝集して粒径が大きくなったり、結晶粒界が変
化したりし、その結果、超微粒子膜の物理的性質や電気
的特性、化学的性質などが変化する。したがって、光の
照射時間や照射強度等を調整することにより超微粒子膜
の物性をチューニングすることができる。

【００１３】しかも、本発明の方法によれば、小さなエ
ネルギーで超微粒子膜の形状（パターン）を変化させる
ことなく、超微粒子膜の物性を調整することができる。
また、超微粒子膜をチューニングすることにより基体を
傷つけたりする恐れも無くなる。

【００１４】

【実施例】図１は超微粒子膜２を形成するためのガスデ
ポジション装置３を示す概略構成図である。これは、ガ
スデポジション法を利用して超微粒子膜を直接に描画す
る装置であって、超微粒子生成室４と膜形成室５を有
し、両室４，５は搬送管６によって結ばれている。ま
た、超微粒子生成室４内と膜形成室５内は真空ポンプ７
によって減圧できるようになっている。超微粒子生成室
４には流量調整弁８を介してＨｅガス等のガス９が供給
されている。この超微粒子生成室４には、抵抗加熱法を
熱源とする蒸発槽１０が設けられており、蒸発槽１０内
には超微粒子膜２を形成するための原材料１１が入れら
れている。一方、膜形成室５内には、回路基板１を保持
して移動させるためのマニピュレータ１２が設けられて
おり、搬送管６からマニピュレータ１２側へ向けてノズ
ル１３が突出している。さらに、膜形成室５内でノズル
１３の近傍に光ファイバ１４のレーザ光出射端１４ａが
配置されており、光ファイバ１４の他端１４ｂからはレ
ーザ発振器（図示せず）から出射されたレーザ光１５を
入射させるようにしている。

【００１５】しかして、回路基板１をマニピュレータ１
２に保持させ、真空ポンプ７により膜形成室５を減圧す
ると共に超微粒子生成室４にガス９を送り込んで加圧し
ながら、蒸発槽１０で原材料１１を加熱して蒸発させる
と、蒸発原子は空中で凝集して超微粒子となり、超微粒
子生成室４と膜形成室５との差圧によりＨｅガス等のガ
ス９と共に搬送管６を通って膜形成室５へ送られ、ノズ
ル１３から高速で回路基板１の表面へ噴射され、図２に
示すように超微粒子膜２が形成される。このとき回路基
板１を移動させて走査することにより所望パターンの超
微粒子膜２を得ることができる。

【００１６】この超微粒子膜２は、超微粒子生成室４と
膜形成室５との差圧、回路基板１の温度、超微粒子の温
度、噴射速度及び流量等によって超微粒子膜２の密度や
粒径、結晶粒界、結晶状態、基板への密着度等を変化さ
せることができ、また、回路基板１の移動速度や超微粒
子の噴射量等によって超微粒子膜２の膜厚を変えること
ができ、ノズル径によって超微粒子膜２の幅を変えるこ
とができる。したがって、これらの変量をコントロール
することにより超微粒子膜２の性質を変化させることが
でき、抵抗値やキャパシタンス等の特性値を広い範囲に
わたって調整できる。

【００１７】また、ガスデポジション法によれば、超微
粒子膜２として使用できる材料に特に制限はなく、金属
材料はもちろん、合金系、金属酸化物、窒化物、炭化
物、有機化合物等も用いることができる。

【００１８】また、蒸発槽内に沸点温度の等しい金属の
合金を入れておけば、合金の超微粒子膜２を形成するこ
ともできる。さらに、超微粒子生成室５内に２つ以上の
蒸発槽を設けて異なる金属材料を入れておけば、両金属
材料の沸点温度が異なる場合でも、２元系合金（共晶合
金）等の超微粒子膜２を形成できる。例えば、このよう
な合金作製法によれば、超微粒子膜２のオーミック接触
性を良好にしたり、適当なドーパントを母材金属に入れ
たりすることができる。なお、回路基板１は、セラミッ
ク基板等のほか、エポキシ樹脂等の有機化合物基板や金
属基板などでもよい。

【００１９】さらに、回路基板１に超微粒子膜２を形成
した後、レーザ光出射端１４ａから出射されたレーザ光
１５を超微粒子膜２の表面に照射すると、超微粒子の径
とレーザ光の波長とは近いオーダーの寸法であるから、
超微粒子膜２は光吸収能が高く、超微粒子がレーザ光１
５のエネルギーを吸収する。これにより、図４（ａ）
（ｂ）に示すように、超微粒子膜中の粒子１６ａ〜１６
ｃがレーザ光１５のエネルギーを吸収して溶解及び再結
晶し、より大きな結晶粒１７へ成長したり、結晶型が変
化したり、結晶粒界が変化したりし、超微粒子膜２の表
層部２ａの状態や物性が変わり、超微粒子膜２の物理的
性質や電気的特性、化学的性質等を微調整できる。しか
も、光によって効率的に加熱アニールすることができる
ので、回路基板１を熱で劣化させることもない。したが
って、例えば、超微粒子膜２を回路基板１への密着性の
良好な状態で形成し、この後レーザ光１５を照射して表
層部２ｃの物性を調整することができる。しかも、超微
粒子膜２は光を吸収し易いので、レーザ光によって効率
よく加熱アニールでき、回路基板１に熱ストレスを加え
る恐れがない。なお、超微粒子膜２にレーザ光１５を照
射する装置は、ガスデポジション法によって超微粒子膜
２を形成する装置とは別体とし、バンプ形成工程とレー
ザ光照射工程とは別々の工程としてもよい。

【００２０】また、図５に示すように、超微粒子のうち
レーザ光１５の波長とほぼ同じ径の粒子１８は光エネル
ギーを吸収し、レーザ光１５の波長と比較して大きな径
の粒子１９は光エネルギーを透過させるので、小さな粒
子ほど成長し易く、ホモジニアスな粒成長が可能とな
る。

【００２１】例えば、図３は回路基板１の上に誘電体材
料で超微粒子膜を形成することによりコンデンサ２１を
形成したものである。すなわち、回路基板１の表面に形
成された一対の櫛歯状電極２２，２３を噛み合わせるよ
うに対向させ、さらに、ガスデポジション法によって両
櫛歯状電極２２，２３間に誘電体２４の超微粒子膜を成
膜したものである。このような平面構成のコンデンサ２
１の誘電体２４にレーザ光１５を照射すると、誘電体２
４の表層部が変質して誘電率が変化するので、コンデン
サ２１のキャパシタンスを調整できる。

【００２２】上記の例では、超微粒子膜の誘電率を利用
してコンデンサを構成し、レーザ光を照射することによ
って誘電率を変化させ、コンデンサのキャパシタンスを
調整する場合について説明した。レーザ光を照射するこ
とによって調整することができる超微粒子膜の性質に
は、これ以外にも色々ある。まず、（１）基板との密着
度をレーザ光でチューニングすれば、表面潤滑コーティ
ングとしての利用や摩擦係数の調整手段としての利用が
ある。また、（２）超微粒子膜２の結晶粒ないし結晶粒
界の部分的なサイズあるいは全体のサイズをレーザ光に
よりチューニングすれば、超微粒子膜の電気特性や機械
特性、光学特性等を調整できる。

【００２３】電気特性としては、導電率や抵抗率、誘電
率等を調整することができる。そして、（２Ａ）導体や
絶縁体からなる超微粒子膜の導電率や絶縁抵抗をチュー
ニングすれば、回路基板の精密抵抗として利用でき、
（２Ｂ）誘電体からなる超微粒子膜の誘電率やキャパシ
タンスをチューニングすれば、コンデンサや電波フィル
タとして利用できる。

【００２４】また、機械特性としては、硬度やヤング
率、熱膨張係数、表面粗さ等を調整することができる。
そして、（２Ｃ）硬度やヤング率をチューニングすれ
ば、バンプやメッキとしての利用が考えられ、（２Ｄ）
熱膨張係数をチューニングすれば、バイメタルや線膨張
調節コーティングとして利用でき、（２Ｅ）表面粗さを
チューニングすれば、精密部品の表面粗さ調整手段や嵌
合い調整手段として利用できる。

【００２５】さらに、光学特性としては、屈折率や反射
強度、固有吸収波長、光散乱特性等を調整することがで
きる。そして、（２Ｆ）超微粒子膜の屈折率を調整すれ
ば、光記録用や読取り用として利用でき、（２Ｇ）反射
強度を調整すれば、偽造防止用コーティング剤としての
利用が考えられ、（２Ｈ）固有吸収波長（光学窓）や光
散乱特性等を調整して色をチューニングをすれば、顔料
や色材の色相調整用に用いることができる。

【００２６】これ以外にも、（３）超微粒子膜の物理吸
着量をチューニングすれば、ガスセンサの選択性を強化
でき、（４）化学親和性を調整すれば、湿度センサの選
択性を強化でき、（５）反応性を調整すれば、トランス
デューサの電気特性チューニングに利用することが考え
られる。

【００２７】なお、本発明の方法によれば、異なる材料
を相互に溶融する場合にも、超微粒子の状態で混合し、
レーザ光を照射することによってイオン拡散性を高くす
ることができ、化学量論的な制約を越えて組成をとるこ
とができ、不純物等をドーピングする用途にも適する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、超微粒子膜に光を照射
し、光の照射時間や照射強度等を調整することにより超
微粒子膜の物性をチューニングすることができる。

【００２９】しかも、小さなエネルギーで超微粒子膜の
形状（パターン）を変化させることなく、超微粒子膜の
物性を調整することができる。また、超微粒子膜をチュ
ーニングすることにより基体を傷つけたりする恐れも無
くなる。

【００３０】したがって、超微粒子膜をセンサや電子部
品等に用いる場合、精度及び信頼性の高いセンサや電子
部品等を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるガスデポジション装
置を示す概略構成図である。

【図２】同上の装置によりレーザ光を照射された後の超
微粒子膜を示す一部破断した正面図である。

【図３】超微粒子膜を用いたコンデンサとそのキャパシ
タンス調整方法を示す平面図である。

【図４】本発明の作用説明図である。

【図５】本発明の別な作用説明図である。

【符号の説明】

１ 回路基板 ２ 超微粒子膜 １５ レーザ光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超微粒子膜に光を照射することにより超
   微粒子膜の物性を変化させることを特徴とする超微粒子
   膜の物性制御方法。
2. 【請求項２】 前記超微粒子膜がガスデポジション法に
   よって形成されたものであることを特徴とする請求項１
   に記載の物性制御方法。