JP2010515238A - 導電性または半導電性有機材料を有する電圧で切替可能な誘電体 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3A
Description
大雑把に、実施の形態は、体積百分率で、5〜99%の結合剤、0〜70%の導体、0〜90%の半導体、および0.01〜95%の導電性または半導電性有機材料を含むVSD材料の使用を提供する。1つ以上の実施の形態は、体積百分率で、20〜80%の結合剤、10〜50%の導体、0〜70%の半導体、および導電性または半導電性であり、かつ0.01〜40%の範囲にある組成物の体積を有する有機材料を含むVSD材料の使用を提供する。さらにまた、ある実施の形態は、体積百分率で、30〜70%の結合剤、15〜45%の導体、0〜50%の半導体、および導電性または半導電性であり、かつ0.01〜40%の範囲にある組成物の体積を有する有機材料を含むVSD材料の使用を提供する。結合剤の例としては、シリコーンポリマー、エポキシ、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ゾルゲル材料、セラマーおよび無機ポリマーが挙げられる。導体の例としては、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、クロムおよび他の合金などの金属が挙げられる。半導体の例としては、有機と無機両方の半導体が挙げられる。いくつかの無機半導体の例としては、シリコン、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ビスマス、および酸化鉄が挙げられる。有機半導体の例としては、ポリ−3−ヘキシルチオフェン、ペンタセン、ペリレン(またはその誘導体)、カーボン・ナノチューブ、C60フラーレンおよびダイヤモンドが挙げられる。VSD材料の特別な用途に最もよく合う機械的性質および電気的性質について、特定の配合物および組成物が選択されるであろう。
ここに記載した実施の形態による化合物は以下のように配合される:カーボン・ナノチューブ(CNT)などの有機材料を適切な樹脂混合物に加える。ある実施の形態において、樹脂混合物は、Epon 828およびシランカップリング剤を含有する。NMP(N−メチル−2ピロリドン)を樹脂混合物に加えてもよい。その後、導体または半導体粒子を混合物に加えてよい。ある実施の形態において、二酸化チタンを、窒化チタン、二ホウ化チタン、硬化性化合物または硬化剤、および触媒と共に、樹脂に混合する。混合物は、例えば、超音波と共にロータ・ステータ式ミキサを用いて、数時間(例えば8時間)も続く混合期間に亘り均一に混合してもよい。この混合期間に、NMPを必要に応じて加えてよい。得られた混合物は、#50巻線ロッドを用いてコーティングとして施しても、所望の標的にスクリーン印刷してもよい。ある実施の形態において、コーティングは、2つの電極間の5ミル(約0.127mm)の間隙に亘り施される。その後、様々な硬化プロセスを行ってよい。硬化プロセスの1つは、75℃で10分間、125℃での10分間、175℃での45分間、および187℃での30分間の硬化を含む。
カーボン・ナノチューブには、アスペクト比の高い有機充填剤であるという利点がある。長さまたはアスペクト比は、材料の切替電圧などの所望の性質を達成するために様々であってよい。
1つ以上の実施の形態は、金属粒子の外面の被覆されたかまたは他の様式で組み合わされた導電性または半導電性微小充填剤の使用を含むVSD材料の配合を含む。そのような配合により、金属粒子のサイズおよび/またはそうしなければ金属粒子により占められるであろう体積をさらに減少させることができる。そのような減少により、他の実施の形態に記載されたような様式で、VSD材料の全体の物理的性質が改善されるであろう。
ここに記載された実施の形態のいずれによるVSD材料にも、数多くの用途がある。特に、実施の形態により、プリント回路基板、半導体パッケージ、個別素子、並びにLEDや無線デバイス(例えば、RFIDタグ)などのより具体的な用途などの基板デバイス上に設けられるべきVSD材料が提供される。さらに、他の用途は、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、エレクトロクロミック・ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、またはそのようなデバイスのバックプレーンドライバにここに記載したようなVSD材料を使用することを提供するであろう。VSD材料を含める目的は、ESD事象により生じるであろうような、過渡条件および過電圧条件の対処を向上させることにあるであろう。VSD材料の別の用途としては、L.Kosowskyに発行された米国特許第6797145号明細書(ここにその全てを引用する)に記載されているような、金属付着が挙げられる。
例えば、ESD事象に対処するためにデバイス上にVSD材料を含ませることに加え、1つ以上の実施の形態は、基板上のトレース要素、およびビアなどの相互接続要素を含む、基板デバイスを形成するためのVSD材料の使用を検討する。米国特許第6797145号明細書(ここにその全てを引用する)には、VSD材料を用いた、基板、ビアおよび他のデバイスを電気メッキするための様々な技法が列挙されている。ここに記載された実施の形態により、本出願における実施の形態のいずれかに記載されているように、有機VSD材料の使用が可能になる。
図8は、ここに記載された実施の形態によるVSD材料がその上に設けられる電子デバイスの単純化図である。図8は、基板810、コンポーネント820、および随意的なケーシングまたはハウジング830を含むデバイス800を示している。VSD材料805を、表面802上、表面802の下(トレース要素の下またはコンポーネント820の下などの)、または基板810の厚さ内の位置を含む、多くの位置の任意の1つ以上に組み込んでもよい。あるいは、VSD材料はケーシング830に組み込んでもよい。各場合において、VSD材料805は、固有の電圧を超える電圧が存在するときに、トレースリード線などの導電性要素と連結するように組み込んでもよい。それゆえ、VSD材料805は、特定の電圧条件の存在下で導電性要素である。
図面を参照して記載された実施の形態は、例示と考えられ、本出願人の特許請求の範囲は、そのような例示の実施の形態の詳細に制限されるべきではない。記載された実施の形態に関して、異なる例示の実施の形態と別々の記載された特徴の組合せを含む、様々な改変および変更が含まれる。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により定義されることが意図されている。さらに、個別にまたは実施の形態の一部のいずれかとして記載された特定の特徴は、他の特徴および実施の形態が特定の特徴を言及していない場合でさえ、他の個別に記載された特徴、または他の実施の形態の部分と組み合わせられることが考えられる。
Claims (41)
- 組成物において、
導電性または半導電性である有機材料であって、溶媒可溶性または前記組成物内にナノスケールで分散される有機材料、および
前記有機材料以外の導体および/または半導体粒子、
を有してなり、
前記有機材料および前記導体および/または半導体粒子が組み合わされて、前記組成物に、(i)固有の電圧レベルを超える電圧の印加されていない状態で誘電性であり、(ii)前記固有の電圧レベルを超える電圧が印加された状態で導電性である特徴が付与されることを特徴とする組成物。 - さらに結合剤を含み、前記有機材料および前記導体および/または半導体粒子が該結合剤中に分布していることを特徴とする請求項1記載の組成物。
- 組成物において、
結合剤、
導電性または半導電性である有機材料であって、前記結合剤中に可溶性であるまたは前記結合剤内にナノスケール粒子として分散される有機材料、および
前記有機材料以外の導体および/または半導体粒子であって、前記結合剤中に分布している導体および/または半導体粒子、
を有してなり、
前記有機材料および前記導体および/または半導体粒子が組み合わされて、前記組成物に、(i)固有の電圧レベルを超える電圧の印加されていない状態で誘電性であり、(ii)前記固有の電圧レベルを超える電圧が印加された状態で導電性である特徴が付与されることを特徴とする組成物。 - 前記有機材料および前記導体および/または半導体粒子が前記結合剤の全厚内に実質的に均一に分布していることを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が単層および/または多層カーボン・ナノチューブを含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料がC60またはC70フラーレンを含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が、導電性または半導電性モノマー、オリゴマー、またはポリマーを含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が電子供与体および/または電子受容体分子またはポリマーを含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が、チオフェン、アニリン、フェニレン、ビニレン、フルオレン、ナフタレン、ピロール、アセチレン、カルバゾール、ピロリドン、シアノ材料、アントラセン、ペンタセン、ルブレン、およびペリレンからなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)、(8−ヒドロキシキノリノラート)アルミニウム(III)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル−N,N’−ジフェニルベンジジン)[TPD]、N,N’−ジ[(ナフタレニル)−N,N’ジフェニル]−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン[NPD]から選択される化合物を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が、カーボン・グラファイト、炭素繊維、またはダイヤモンド粉末の内の1つに対応する純粋な炭素化合物を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子が金属または金属錯塩を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記金属錯塩が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属硫化物、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項12記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子がチタン化合物を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子が二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項14記載の組成物。
- 前記チタン化合物が、二ホウ化チタンまたは窒化チタンを含むことを特徴とする請求項14記載の組成物。
- 前記結合剤中に分布した無機半導体粒子をさらに含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記無機半導体粒子が、シリコン、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ビスマス、酸化セリウムおよび酸化鉄からなる群より選択される粒子を含むことを特徴とする請求項17記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子の少なくともある程度が、前記有機材料により表面結合されていることを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子を表面被覆している前記有機材料がカーボン・ナノチューブを含むことを特徴とする請求項19記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子が、二酸化チタン、窒化チタン、および二ホウ化チタンの内の1つを含むことを特徴とする請求項20記載の組成物。
- 前記導体および/または半導体粒子を表面被覆している前記有機材料が、前記結合剤中の個々の導体粒子の表面にグラフト結合した有機導電性粒子を含むことを特徴とする請求項19記載の組成物。
- 前記結合剤が、シリコーンポリマー、エポキシ、ポリイミド、ポリエチレン、フェノール樹脂、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ゾルゲル材料、およびセラマーからなる群より選択される材料から形成されることを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 前記有機材料が、前記結合剤と共有結合する化学部位を含むことを特徴とする請求項3記載の組成物。
- 多量のカーボン・ナノチューブが中に分布した、電圧で切替可能な誘電体材料。
- さらに結合剤を含み、前記多量のカーボン・ナノチューブが該結合剤の一部として分布していることを特徴とする請求項25記載の電圧で切替可能な誘電体材料。
- 前記結合剤中に分布した二酸化チタンをさらに含むことを特徴とする請求項26記載の電圧で切替可能な誘電体材料。
- 組成物において、
前記組成物の結合剤の少なくとも一部を構成する結合剤であって、前記組成物の体積の20から80%の範囲にある前記組成物中の体積を有する結合剤、
前記組成物の体積の10から60%の範囲にある前記組成物中の体積を有する導体粒子、および
導電性または半導電性であり、0.01から40%の範囲の前記組成物中の体積を有する有機材料、
を有してなり、
前記結合剤、前記導体粒子、および前記有機材料が組み合わされて、前記組成物に、(i)固有の電圧レベルを超える電圧の印加されていない状態で誘電性であり、(ii)前記固有の電圧レベルを超える電圧が印加された状態で導電性である特徴が付与されることを特徴とする組成物。 - 前記有機材料が前記結合剤中の溶媒可溶物であることを特徴とする請求項28記載の組成物。
- 前記有機材料が、前記結合剤中にナノスケール粒子として分布していることを特徴とする請求項28記載の組成物。
- 電圧で切替可能な誘電体材料を形成する方法であって、
混合物であって、(i)誘電性である結合剤、(ii)金属および/または無機導体または半導体粒子、および(iii)溶媒可溶物またはナノスケール粒子のいずれかとして前記混合物中に分布した導電性または半導電性有機材料を含有する混合物を形成する工程であって、前記混合物が、硬化したときに、(i)固有の電圧を超える電圧が印加されていない状態で誘電性であり、(ii)該固有の電圧を超える電圧が印加された状態で導電性であるように、前記結合剤、前記金属および/または無機導体または半導体粒子、および前記有機材料の各々を所定の量で使用する工程を含む工程、および
前記混合物を硬化させる工程、
を有してなる方法。 - 前記混合物をデバイスの標的位置に施す工程をさらに含み、前記混合物を硬化させる工程が、前記標的位置で前記混合物を硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項31記載の方法。
- 前記混合物を形成する工程が、前記有機材料としてフラーレンを用いて前記混合物を形成する工程を含むことを特徴とする請求項32記載の方法。
- 前記フラーレンが、官能化されたC60またはC70であることを特徴とする請求項33記載の方法。
- 前記フラーレンがカーボン・ナノチューブであることを特徴とする請求項33記載の方法。
- 前記金属および/または無機導体または半導体粒子が、銅、アルミニウム、ニッケル、スチール、シリコン、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ビスマス、酸化セリウム、および酸化鉄からなる群より選択されることを特徴とする請求項31記載の方法。
- 前記金属および/または無機導体または半導体粒子がチタン化合物を含むことを特徴とする請求項31記載の方法。
- 前記金属および/または無機導体または半導体粒子が二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項31記載の方法。
- 電圧で切替可能な誘電体材料であって、
混合物であって、(i)誘電性である結合剤、(ii)金属および/または無機導体または半導体粒子、および(iii)溶媒可溶物またはナノスケール粒子のいずれかとして前記混合物中に分布した導電性または半導電性有機材料を含有する混合物を形成する工程であって、前記混合物が、硬化したときに、(i)固有の電圧を超える電圧が印加されていない状態で誘電性であり、(ii)該固有の電圧を超える電圧が印加された状態で導電性であるように、前記結合剤、前記金属および/または無機導体または半導体粒子、および前記有機材料の各々を所定の量で使用する工程を含む工程、および
前記混合物を硬化させる工程、
により形成されたことを特徴とする電圧で切替可能な誘電体材料。 - 請求項1から24いずれか1項記載の組成物を有してなる電子デバイス。
- 前記デバイスが、個別素子、半導体パッケージ、ディスプレイデバイスまたはバックプレーン、発光ダイオード、および無線識別デバイスからなる群より選択されるデバイスであることを特徴とする請求項40記載の電子デバイス。
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