特許 7497912 高電気伝導性を持つ粒子、材料及びその関連の接続構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】高電気伝導性を持つ粒子、材料及びその関連の接続構造体

(51)【国際特許分類】

   C22C 1/04 20230101AFI20240604BHJP

   C04B 35/28 20060101ALI20240604BHJP

   B22F 3/02 20060101ALN20240604BHJP

   B82Y 30/00 20110101ALN20240604BHJP

   H01F 1/34 20060101ALN20240604BHJP

   H01R 11/01 20060101ALN20240604BHJP

【ＦＩ】

C22C1/04 F

C04B35/28

B22F3/02 R

B82Y30/00

H01F1/34 120

H01R11/01 501A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023031457

(22)【出願日】2023-03-01

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】322014392

【氏名又は名称】株式会社Ｍ３

(72)【発明者】

【氏名】神谷 江美

(72)【発明者】

【氏名】町田 哲男

【審査官】中西 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８５０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１５８５４５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｃ２２Ｃ １／０４－１／０５９

Ｃ２２Ｃ ３３／０２

Ｈ０１Ｒ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反強磁性体であるNiOのナノ粒子を、粉末冶金により、300℃～1200℃で焼成、あるいは、焼結させトポロジカル反強磁性化合物を生成し、このトポロジカル反強磁性化合物から、造粒、分級を行い、直径が約１０μmのマイクロ粒子を生成するマイクロ粒子の製造方法。

【請求項2】

請求項１の製造方法で製造したマイクロ粒子をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10²ガウス程度の磁場を加えて、トポロジカル反強磁性化合物の性質を持つ、マイクロ粒子のクラスター配列を生成するマイクロ粒子のクラスター配列の製造方法。

【請求項3】

請求項２の製造方法で製造したマイクロ粒子のクラスター配列において、加熱成形したトポロジカル反強磁性化合物の性質を付与した垂直方向に電流が流れる導電性シートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トポロジカル反強磁性金属として、６族を含むトポロジカル反強磁性金属の性質を有する粒子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体チップレットや電気機器の電気的接続において、対向する電極や配線間の電気的接続を行うために、異方性導電材料による接続が採用されているが、異方性導電材料は、導電性微粒子をバインダー樹脂などに混合した材料であり、例えば、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）異方性導電インク、異方性導電シートなどがある。また、異方性導電材料に利用される導電性微粒子として、金属粒子や、基材となる樹脂粒子の表面を導電性金属層で被覆したものなどが使われている。

【0003】

これらは、通常利用では便利なものであるが、昨今は、コンピュータ機器やネットワークの高速化、大容量化に伴い、半導体や、関連の電子機器においては、低損失特性、高速信号、大電流を取り扱う必要が出てきており、従来の異方性導電材料では、電流を流す際の抵抗が多いなど課題があり、世の中で要求される高速性能、大電流性能に追随できない状況が出てきている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許6079425

【文献】特許5755527

【文献】特許5777477

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献1では、粒子の飽和磁化は、45emu/cm³以下であるが、飽和磁化のみに言及し、残留磁化については、触れられていない。

【0006】

従来の導電性粒子は、めっき等の方法を使いNi等の導電性金属を表面に有し、電極間の電気的な接続に用いる。また、従来の導電性粒子では、磁性を有するNi等の導電性金属が製造工程等で磁化され、導電性粒子が磁性凝集することがある。

【0007】

上記課題を解決する方法としては、特許文献1等に提案されているように、めっき層にリンを含有させることで、飽和磁化の低減などが提案されている。

【0008】

しかしながら、めっき層におけるリンの含有率が高くなる場合には、導電性粒子の抵抗値が上昇し、該導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続すると、電極間の接続抵抗も高くなることも有りうる。

【0009】

本発明は、電極間の接続抵抗を効果的に低くすることができる省電力スピントロニクスの性質を有するトポロジカル反強磁性金属である導電性粒子を提供する。更に、本発明の目的は、上記導電性粒子を用いた導電材料及び接続構造体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、基材粒子として、粒径が10nm程度のNiOの反強磁性体を利用し、カルボニル法によりカルボニルニッケルを生成する。本発明の広い局面によれば、 上述した導電性粒子を300℃～1200℃において焼成、焼結させ、造粒、分級することにより、粒径10μm程度のマイクロ粒子の材料が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、電気伝導における低損失特性、高周波特性、大電流特性に優れた省電力スピントロニクスの性質を有するトポロジカル反強磁性金属である導電性微粒子を得ることを目的としている。

【0012】

上記課題の解決のために、トポロジカル反強磁性金属材料の素材として、NiOの単結晶素材等を利用し、トポロジカル反強磁性金属の性質を有する粒子を形成する。

【0013】

また、粒径は、数nm～数10μmとしていることを特徴とする。

【0014】

更に、本発明に関わる導電性粒子は、上記の構成によりトポロジカル反強磁性金属の性能が備えられているので、電気接続における抵抗値を効果的に低くすることができる。

【0015】

また、本発明では該微粒子を含む他のトポロジカル反強磁性金属材料も包含し、接続構造体も提供する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係るトポロジカル反強磁性金属であるナノ粒子１である。

【図2】図２は、ナノ粒子１を、粉末冶金により、300℃～1200℃で焼成、あるいは、焼結させたトポロジカル反強磁性金属２である。

【図3】図３は、トポロジカル反強磁性金属２から、造粒、分級を行い生成した、直径が約１０μmのマイクロ粒子３である。

【図4】図４は、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10²ガウス程度の磁場を加えた際に得られる、トポロジカル反強磁性金属の性質を持つ、マイクロ粒子３のクラスター配列４である。ここでは、各クラスター配列がお互いの斥力により、離れて並んでいることが観測される。

【図5】図５は、クラスター配列４生成の際に印加する磁場強度による変化のイメージ図である。マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10²ガウス程度の磁場を加えた際に、マイクロ粒子３のトポロジカル反強磁性金属の性質を持つクラスター配列４が得られる。このクラスター配列４は、スピン流抵抗（Ｒｓ）≒０、電気抵抗（Ｒｅ）≒０の状態となり、TMRの性質を示す。 次に、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10³ガウス程度の磁場を加えた際には、トポロジカル反強磁性金属の性質の乱れを持つ、マイクロ粒子３のクラスター配列５が得られる。このクラスター配列５は、トポロジカル反強磁性金属の性質の乱れを含むため、電気抵抗（Ｒｅ）＞０となる。更に、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10⁴ガウス程度以上の磁場を加えた際には、飽和着磁の状態となっている、マイクロ粒子３のクラスター配列６が得られる。このクラスター配列６は、電気抵抗（Ｒｅ）＞＞０となる。

【図6】図６には、クラスター配列４を、約直径２０μmに成型したコインタブレット７を示す。

【図7】図７は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８である。ここでは、クラスター配列９、クラスター配列１０、クラスター配列１１、クラスター配列１２、クラスター配列１３が並んでいる例を示しているが、クラスター配列９、クラスター配列１０、クラスター配列１１、クラスター配列１２、クラスター配列１３がお互いの斥力により、離れて配列していることが観測される。

【図8】図８は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの垂直方向から観測した際の概念図である。ここでは、クラスター配列１５、クラスター配列１６、クラスター配列１７、クラスター配列１８、クラスター配列１９が並んでいる例を示しているが、クラスター配列１５、クラスター配列１６、クラスター配列１７、クラスター配列１８、クラスター配列１９がお互いの斥力により、離れて配列していることが観測される。

【図9】図９は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８の複数個を、導電面同士が接続する方向にて直列に接続し生成した伝送路構造形状２０である。

【図10】図１０は、伝送路構造形状２０を、絶縁体２１にて被覆した伝送路構造２２である。

【図11】図１１は、伝送路構造２２の断面形状２３である。

【図12】図１２は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８の導電面とコインタブレット７の導電面を交互に接続し、構成した伝送路構造形状２４である。

【図13】図１３は、絶縁素材２５の溝部分に、バインダー２６を入れ、そのバインダー２６の中にマイクロ粒子３を入れた、伝送路素材２７である。

【表1】

表１には、コインタブレット７と、同等形状を有するＡＣＦとの比較を示す。ＡＣＦでは、ＡＣ１５０Ｖで、電流を１Ａ以下しか流せていない。
一方、コインタブレット７は、ＡＣ１５０Ｖで、電流を３Ａ以上流せることが観測でき、低損失、高電流に対応できていることが確認できた。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら、実施形態を説明する。

【0018】

尚、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複の説明を省略する。
また、図面は理解することを目的としており、実際の寸法比率は実際のものと必ずしも一致しない。

【0019】

図１は、本発明の第1の実施形態に係るナノ粒子を示す断面図である。
ナノ粒子１は、直径が約１ｎｍのサイズとなっており、材質は、反強磁性体の酸化ニッケル（ＮｉＯ）である。このＮｉＯは、カルボニルニッケルであり、また、格子欠陥を内包しており、導電性粒子となっている。

【0020】

図２は、ナノ粒子１を、粉末冶金により、300℃～1200℃で焼成、あるいは、焼結させたトポロジカル反強磁性金属２である。

【0021】

図３は、トポロジカル反強磁性金属２から、造粒、分級を行い生成した、直径が約１０μmのマイクロ粒子３である。

【0022】

図４は、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10²ガウス程度の磁場を加えた際に得られる、トポロジカル反強磁性金属の性質を持つ、マイクロ粒子３のクラスター配列４である。このクラスター配列はTMRの性質を有する。

【0023】

図５に、クラスター配列４生成の際に印加する磁場強度による変化のイメージ図を記載する。
マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10²ガウス程度の磁場を加えた際に、マイクロ粒子３のトポロジカル反強磁性金属の性質を持つクラスター配列４が得られる。
このクラスター配列４は、スピン流抵抗（Ｒｓ）≒０、電気抵抗（Ｒｅ）≒０の状態となり、TMRの性質を示す。

【0024】

次に、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10³ガウス程度の磁場を加えた際には、トポロジカル反強磁性金属の性質の乱れを持つ、マイクロ粒子３のクラスター配列５が得られる。このクラスター配列５は、トポロジカル反強磁性金属の性質の乱れを含むため、電気抵抗（Ｒｅ）＞０となる。

【0025】

更に、マイクロ粒子３をバインダーの中に組み込み、磁場強度として、10⁴ガウス程度以上の磁場を加えた際には、飽和着磁の状態となっている、マイクロ粒子３のクラスター配列６が得られる。このクラスター配列６は、電気抵抗（Ｒｅ）＞＞０となる。

【0026】

図６には、クラスター配列４を、直径２０μmに成型したコインタブレット７を示す。

【0027】

図７は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８である。
ここでは、クラスター配列９、クラスター配列１０、クラスター配列１１、クラスター配列１２、クラスター配列１３が並んでいる例を示しているが、クラスター配列９、クラスター配列１０、クラスター配列１１、クラスター配列１２、クラスター配列１３がお互いの斥力により、離れて配列していることが観測される。

【0028】

図８は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの垂直方向から観測した際の概念図である。
ここでは、クラスター配列１５、クラスター配列１６、クラスター配列１７、クラスター配列１８、クラスター配列１９が並んでいる例を示しているが、クラスター配列１５、クラスター配列１６、クラスター配列１７、クラスター配列１８、クラスター配列１９がお互いの斥力により、離れて配列していることが観測される。

【0029】

図９は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８の複数個を、導電面同士が接続する方向にて直列に接続し生成した伝送路構造形状２０である。

【0030】

図１０は、伝送路構造形状２０を、絶縁体２１にて被覆した伝送路構造２２である。

【0031】

図１１は、伝送路構造２２の断面形状２３である。

【0032】

図１２は、クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図８の導電面とコインタブレット７の導電面を接続し、構成した伝送路構造形状２４である。
これらの伝送路構造を利用することにより、低損失かつ高電流に対応できる伝送方式を可能にできる。

【0033】

図１３は、絶縁素材２５の溝部分に、バインダー２６を入れ、そのバインダー２６の中にマイクロ粒子３を入れた、伝送路素材２７である。

【0034】

表１には、コインタブレット７と、同等形状を有するＡＣＦとの比較を示す。ＡＣＦでは、ＡＣ１５０Ｖで、電流を１Ａ以下しか流せていない。

【0035】

一方、コインタブレット７は、ＡＣ１５０Ｖで、電流を３Ａ以上流せることが確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明は、電極間の接続抵抗を効果的に低くすることができる省電力スピントロニクスの性質を有するトポロジカル反強磁性金属である導電性粒子を提供する。更に、本発明の目的は、上記導電性粒子を用いた導電材料及び接続構造体を提供することである。そのため、本発明を半導体およびチップレットなどの応用することで、低消費電力、高速伝送、大電流の対応が可能となり、また、発電所から送電する伝送路に応用することで、電力損失を防ぎ、低消費電力社会に貢献することが可能となる。

【符号の説明】

【0037】

１・・・ナノ粒子
２・・・焼結させたトポロジカル反強磁性金属
３・・・マイクロ粒子
４・・・クラスター配列
５・・・クラスター配列
６・・・クラスター配列
７・・・コインタブレット
８・・・クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの水平方向から観測した際の概念図
９・・・クラスター配列
１０・・・クラスター配列
１１・・・クラスター配列
１２・・・クラスター配列
１３・・・クラスター配列
１４・・・クラスター配列４を、シートの中に埋め込んだ状態のシートの垂直方向から観測した際の概念図
１５・・・クラスター配列
１６・・・クラスター配列
１７・・・クラスター配列
１８・・・クラスター配列
１９・・・クラスター配列
２０・・・伝送路構造形状
２１・・・絶縁体
２２・・・被覆した伝送路構造
２３・・・伝送路構造２２の断面形状
２４・・・伝送路構造形状
２５・・・絶縁素材
２６・・・バインダー
２７・・・伝送路素材

【要約】      （修正有）

【課題】本発明は、電気伝導における低損失特性、高周波特性、大電流特性に優れた省電力スピントロニクスの性質を有するトポロジカル反強磁性金属である導電性微粒子を得ることを目的としている。
【解決手段】トポロジカル反強磁性金属材料の素材として、NiOの単結晶素材等を利用し、トポロジカル反強磁性金属の性質を有する粒子を形成する。また、粒形は、数nm～数10μmとしていることを特徴とする。更に、本発明に関わる導電性粒子は、上記の構成によりトポロジカル反強磁性金属の性能が備えられているので、電気接続における抵抗値を効果的に低くすることができる。また、本発明では該微粒子を含む他のトポロジカル反強磁性金属材料も包含し、接続構造体も提供する。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】