JP6121333B2 - Microwave heating apparatus and microwave heating method - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法に関する。 The present invention relates to a microwave heating apparatus and a microwave heating method.
従来より、マイクロ波を使用して金属等の材料、またはそれらの薄膜を加熱処理する技術が知られている。マイクロ波を使用する場合、電界または磁界の作用により、加熱対象物を内部発熱させて選択的に加熱することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for heat-treating materials such as metals or their thin films using microwaves is known. When the microwave is used, the heating object can be selectively heated by generating heat internally by the action of an electric field or a magnetic field.
マイクロ波加熱の例としては、下記特許文献1(特に段落0073等)に、金属酸化物半導体の前駆体となる無機金属塩材料から形成された薄膜に、大気圧下(酸素の存在下)でマイクロ波を照射して半導体に変換する技術が開示されている。 As an example of microwave heating, in Patent Document 1 (particularly paragraph 0073, etc.) described below, a thin film formed from an inorganic metal salt material that is a precursor of a metal oxide semiconductor is subjected to atmospheric pressure (in the presence of oxygen). A technique for irradiating a microwave and converting it into a semiconductor is disclosed.
また、下記特許文献2(特に段落0024等)には、等間隔にマイクロ波源(マグネトロン)が配設されたトンネル内に超硬合金、サーメット又はセラミック製切断板等の加工材を通過させながら加熱する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2 (particularly, paragraph 0024), heating is performed while passing a workpiece such as a cemented carbide, cermet, or ceramic cutting plate through a tunnel in which microwave sources (magnetrons) are arranged at equal intervals. Techniques to do this are disclosed.
また、下記特許文献3(特に段落0019等)には、定在波(入射波と反射波の合成)の電界最大又は磁界最大の位置に砥石材料を設置し、効率よく加熱を行うマイクロ波加熱装置が開示されている。 Further, in the following Patent Document 3 (particularly paragraph 0019, etc.), microwave heating is performed by efficiently installing a grindstone material at a position where the electric field or magnetic field of a standing wave (combining incident wave and reflected wave) is maximum. An apparatus is disclosed.
一般に、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜をマイクロ波により加熱する場合、スパークの発生によりこれらの膜や膜を形成した基板が破損され、適切に加熱することが困難であるという問題がある。上記従来の技術には、この問題を解決する構成が開示されていない。 In general, when a conductor or semiconductor film or a film of a dispersion in which a conductor or semiconductor is dispersed is heated by microwaves, the substrate on which these films or films are formed due to the occurrence of sparks may be appropriately heated. There is a problem that it is difficult. The above conventional technology does not disclose a configuration that solves this problem.
本発明の目的は、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を適切に加熱することができるマイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a microwave heating apparatus and a microwave heating method capable of appropriately heating a conductor or semiconductor film or a dispersion film in which a conductor or semiconductor is dispersed.
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、マイクロ波加熱装置であって、導波管と、前記導波管に波長範囲1m〜1mmのマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記導波管内に、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を形成した基板を、前記膜の形成面が前記マイクロ波の電気力線方向と略平行に配置し、または移動させる基板供給手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a microwave heating apparatus, comprising: a waveguide; and a microwave supply unit that supplies a microwave having a wavelength range of 1 m to 1 mm to the waveguide. A substrate in which a conductor or semiconductor film or a dispersion film in which a conductor or semiconductor is dispersed is formed in the waveguide, and the film forming surface is arranged substantially parallel to the direction of the electric lines of force of the microwave. Or a substrate supply means to be moved.
また、上記マイクロ波加熱装置は、前記マイクロ波の進行方向に平行に、かつマイクロ波の進行方向と直交する方向に複数の前記導波管を隣接して並べ、複数の前記導波管内のマイクロ波の位相を互いに90度ずれた状態に維持し、前記基板供給手段は、前記基板を前記複数の導波管に連続して通過させることを特徴とする。 Further, the microwave heating apparatus includes a plurality of the waveguides arranged adjacent to each other in a direction parallel to the microwave traveling direction and perpendicular to the microwave traveling direction, and the microwaves in the plurality of waveguides are arranged. The phase of the waves is maintained at a state shifted by 90 degrees from each other, and the substrate supply means passes the substrate continuously through the plurality of waveguides.
また、前記膜の厚さは10nm〜1mmであるのが好適である。 The thickness of the film is preferably 10 nm to 1 mm.
また、前記基板はポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、紙フェノール、ガラスエポキシ、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリコンまたは炭化ケイ素を含む基材で構成されていることを特徴とする。 The substrate is made of a base material containing polyimide, polyester, polycarbonate, paper phenol, glass epoxy, alumina, silica, zirconia, titania, silicon or silicon carbide.
また、前記導体または半導体が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズであることを特徴とする。 The conductor or semiconductor is gold, silver, copper, aluminum, nickel, graphite, graphene, carbon nanotube, zinc oxide, tin oxide, or indium tin oxide.
また、本発明の一実施形態は、マイクロ波加熱方法であって、導波管中に波長範囲1m〜1mmのマイクロ波を供給し、前記導波管内に、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を形成した基板を、前記膜の形成面が前記マイクロ波の電気力線方向と略平行に配置し、または移動させる、ことを特徴とする。 Another embodiment of the present invention is a microwave heating method, in which a microwave having a wavelength range of 1 m to 1 mm is supplied into a waveguide, and a conductor or a semiconductor film or a conductor or semiconductor is provided in the waveguide. The substrate on which the film of the dispersion in which the film is dispersed is arranged or moved substantially parallel to the direction of the electric lines of force of the microwave.
本発明によれば、膜が形成された基板の面をマイクロ波の電気力線方向と略平行とすることによりスパークの発生を抑制し、適切に加熱することができる。 According to the present invention, the generation of sparks can be suppressed and heated appropriately by making the surface of the substrate on which the film is formed substantially parallel to the direction of the lines of electric force of microwaves.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態にかかるマイクロ波加熱装置の構成例が示される。図1において、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生部10、モニタ部12、チューナ部14、加熱部16、被加熱対象物供給部18及び可動短絡部20を含んで構成されている。
FIG. 1 shows a configuration example of a microwave heating apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, the microwave heating apparatus includes a
マイクロ波発生部10は、加熱部16を構成する導波管に供給するマイクロ波を発生する。ここで、マイクロ波とは、波長範囲が1m〜1mm(周波数が300MHz〜300GHz)の電磁波である。
The
モニタ部12は、マイクロ波発生部10が発生したマイクロ波の入射電力と、加熱部16からの反射電力を監視する装置である。
The
チューナ部14は、加熱部16を構成する導波管に上記マイクロ波が進入する際に発生する反射波と逆位相の電磁波を発生させて反射波を打ち消し、反射波がマイクロ波発生部10に戻ることを防止する。
The
加熱部16は、上述の通り、導波管により構成され、被加熱対象物をマイクロ波により加熱する。後述するように、本実施形態では、マイクロ波のエネルギーのうち電界のエネルギーを使用し被加熱対象物を加熱する。
As described above, the
被加熱対象物供給部18は、マイクロ波の漏洩防止機構を備え、加熱部16を構成する導波管に被加熱対象物を供給する。この被加熱対象物供給部18は、例えば導波管に形成した被加熱対象物の供給用の開口であってよい。この場合には、人手により被加熱対象物を上記開口から導波管内に挿入する。また、ロールツーロール等の適宜な供給装置により、被加熱対象物を導波管内に供給する構成としてもよい。なお、本実施形態において、被加熱対象物は、基板面上に形成された導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜である。
The heated
また、本願において半導体とは、抵抗率が10−3Ωcm〜106Ωcmの範囲の物質をいい、導体とは、半導体より抵抗率が小さい(10−3Ωcm未満)の物質をいう。In the present application, a semiconductor means a substance having a resistivity in the range of 10 −3 Ωcm to 10 6 Ωcm, and a conductor means a substance having a resistivity lower than that of the semiconductor (less than 10 −3 Ωcm).
可動短絡部20は、被加熱対象物の材質により加熱部16を構成する導波管内のマイクロ波の波長に短縮が生じ、定在波が変化したときに、導波管内に定在波を維持するための部材であり、モニタ部12の反射電力を監視し、定在波を維持するための最適な位置に先端部20aが配置される。
The movable short-
図2には、加熱部16を構成する導波管の構成例(TE10モードの空洞共振器)が示される。図2において、導波管には、マイクロ波を受け入れる側に上記チューナ部14が設けられている。また、マイクロ波の入り口には、アイリス部22が形成され、マイクロ波はこのアイリス部22の開口から導波管16aに進入する。図2中のマイクロ波Mwの波は電界強度の曲線(波(振幅)の最高点(曲線の最上点)が電界最大点、最下点(曲線の最下限)が電界最小点)を示している。
FIG. 2 shows a configuration example (TE10 mode cavity resonator) of a waveguide constituting the
導波管16aのアイリス部22と反対側の端部付近には、上記可動短絡部20が設けられており、アイリス部22と可動短絡部20の先端部20aとの間に存在するマイクロ波Mwの電界により被加熱対象物供給部18から供給された被加熱対象物すなわち基板24上に形成された上記膜が加熱される。なお、アイリス部22と先端部20aとの間にマイクロ波Mwの定在波を発生させるためには、アイリス部22と先端部20aとの距離Lを、
L=(2n−1)λg/2
λgはマイクロ波Mwの導波管内における波長、nは自然数
とすればよい。ただし、導波管16a中に発生するマイクロ波は、定在波に限定されず、進行波であってもよい。The movable short-
L = (2n−1) λg / 2
λg may be a wavelength of the microwave Mw in the waveguide, and n may be a natural number. However, the microwave generated in the
図3(a)、(b)、(c)には、導波管16a中に発生するマイクロ波の電磁界分布の説明図が示される。
FIGS. 3A, 3B and 3C are explanatory diagrams of the electromagnetic field distribution of the microwave generated in the
図3(a)は、導波管16aの斜視図であり、図のx−y平面に直交する方向(z軸方向)に導波管16aが伸びている。導波管16aにマイクロ波が供給されると、y軸方向(x−z平面に直交する方向)に電界が発生する。このときの電界の方向及び強さを表す電気力線が実線の矢印で表示されている。また、磁界は電界と直交するx軸方向に発生し、磁界の方向及び強さを表す磁力線が破線の矢印で表示されている。
FIG. 3A is a perspective view of the
図3(b)は、導波管16aのx−z平面に平行な面での断面図である。図3(b)では、マイクロ波の電気力線が白丸(○)と黒丸(●)で示されており、白丸が紙面の手前側から裏側に向かう向き、黒丸が紙面の裏側から手前側に向かう向きの電気力線である。なお、磁力線は破線で示されている。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the xz plane of the
基板24は、図3(b)に示されるように、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜が形成された面をマイクロ波の電気力線方向(電界の方向)と略平行に維持した状態で導波管16a中に配置し、または導波管16a中を移動させる。ここで、略平行とは、基板24の面とマイクロ波の電気力線方向とが平行または電気力線方向に対して30度以内の角度を維持した状態をいう。なお、上記30度以内の角度とは、基板24の面に立てた法線と電気力線方向とが60度以上の角度をなしている状態をいう。基板24の面には、被加熱対象物である、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜が形成されている。このため、電界によるジュール損失及び/または誘電損失により、基板24の面に形成された被加熱対象物である上記膜の加熱を行うことができる。なお、上記膜の抵抗率が1MΩcm未満の場合にはジュール損失が主となり、1MΩcm以上の場合は誘電損失が主となると考えられる。これにより、上記膜の電気抵抗が、絶縁体の状態から導体の状態まで加熱及び焼結を行うことができる。この結果、導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜においても、その抵抗率を下げることができる。
As shown in FIG. 3B, the
上述したように、被加熱対象物として形成されている導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜の面は、マイクロ波の電気力線方向と平行または30度以内の角度で交わっている(略平行である)ので、上記膜を貫通する電気力線の本数が制限され、スパークの発生を抑制できる。また、マイクロ波の電界では、上記導体もしくは半導体を含む膜を内部発熱により選択的に加熱できる。従って、オーブン等により基板24ごと加熱する必要はない。なお、シリコンまたは炭化ケイ素等の半導体基板を使用した場合には、マイクロ波で加熱する際に基板自体も発熱するが、短時間で膜の焼結が完了する。これらのことから、基板24及びその表面に形成された導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を破損せずに適切に加熱することができる。
As described above, the surface of the conductor or semiconductor film formed as the object to be heated or the film of the dispersion film in which the conductor or semiconductor is dispersed is parallel to the direction of the electric lines of microwave or an angle within 30 degrees. Are intersected (substantially parallel), the number of lines of electric force passing through the film is limited, and the occurrence of sparks can be suppressed. In addition, in a microwave electric field, the film containing the conductor or semiconductor can be selectively heated by internal heat generation. Therefore, it is not necessary to heat the
図3(c)は、導波管16aのy−z平面に平行な面での断面図である。図3(c)でも、マイクロ波の電気力線が実線の矢印で示されている。なお、図2、図3(b)および図3(c)では基板表面に形成された導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜の面がy−z平面に平行である場合を例示しているが、マイクロ波の電気力線方向と略平行になるような他の配置、例えばx−y平面に平行となるように配置してもよい。
FIG. 3C is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the yz plane of the
基板24は、電気力線の密度が高い(電界強度が高い)領域を通過させるのが、より短時間で加熱でき、好適である。この際、上述のように、基板24の面がマイクロ波の電気力線方向と略平行に配置される。図2および図3では、y軸方向(x−z平面に直交する方向)に電界が発生、x軸方向(y−z平面に直交する方向)に磁界が発生する場合を例示しているが、x軸方向(y−z平面に直交する方向)に電界が発生、y軸方向(x−z平面に直交する方向)に磁界が発生する構成とすることもできる。
The
図4には、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜が形成された基板24の断面図が示される。図4において、基板24の少なくとも一方の面には、導体もしくは半導体の膜26または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜26が形成されている。上記基板の厚さは0.01〜10mmの範囲が好適である。また、上記膜の厚さは10nm〜1mmの範囲、好ましくは100nm〜100μmの範囲とする。10nmより薄い膜は形成しにくく、1mmより厚い膜は、貫通する電気力線の数が増え、スパークが生じやすいからである。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a
導体または半導体の例としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ等を挙げることができる。また、上記導体または半導体を分散させる分散媒としては、公知の樹脂を用いることができる。これらの樹脂の例としては、セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エポキシ樹脂等を挙げることができる。また、上記基板24の材料の例としては、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、紙フェノール、ガラスエポキシ、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリコンまたは炭化ケイ素を含む基材を挙げることができる。上記基板24は、導波管に設けられた被加熱対象物供給部18から導波管16a中に挿入され、図示していない基板保持、移動手段によって上記膜の形成面が導波管中のマイクロ波の電気力線方向と略平行になるようにして導波管中に配置または導波管中を移動させてもよい。
Examples of the conductor or semiconductor include gold, silver, copper, aluminum, nickel, graphite, graphene, carbon nanotube, zinc oxide, tin oxide, and indium tin oxide. A known resin can be used as a dispersion medium for dispersing the conductor or semiconductor. Examples of these resins include cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and epoxy resin. Examples of the material of the
図5には、本実施形態にかかるマイクロ波加熱装置の他の構成例が示される。図5において、特徴的な点は、二つの導波管16aがマイクロ波の進行方向(図の矢印A1、A2の方向)に平行に、かつマイクロ波の進行方向と直交する方向に隣接して並べられており、二つの導波管16a中のマイクロ波の位相が互いに90度ずれた状態に維持されていることである。なお、上記説明では、「マイクロ波の進行方向」との文言を使用しているが、これはマイクロ波が定在波であることを否定していない。定在波は互いに反対方向に進行する進行波の合成により生じるからである。また、本実施形態では、二つの導波管16aが平行に並べられているが、導波管16aの数は二つに限るものではない。被加熱対象物である上記膜が形成された基板24等の形状、被加熱面積その他の事情により適宜な数の導波管16aを使用することができる。
FIG. 5 shows another configuration example of the microwave heating apparatus according to this embodiment. In FIG. 5, the characteristic point is that the two
図5に示された実施形態においても、被加熱対象物供給部18が設けられており、基板24を、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜が形成されている面が各導波管16a中のマイクロ波の電気力線方向と略平行に維持した状態で図示していない基板保持、移動手段によって導波管16a中を連続して通過させる。ここで、連続して通過とは、基板24が一つの導波管16aを通過した後、これに隣接するマイクロ波の位相が90度ずれた導波管16aを続けて通過することをいう。図5の例では、基板24が、図の上から下の方向(矢印B方向)に移動している。なお、本実施形態における被加熱対象物供給部18も、導波管に形成した被加熱対象物の供給用の開口であってよい。
Also in the embodiment shown in FIG. 5, the heated
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below. In addition, the following examples and comparative examples are for facilitating understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
実施例1
基板として東レ・デュポン社製ポリイミドフィルム;カプトン150EN(フィルム厚 37.5μm)を使用し、この基板の表面に銀(Ag)ペースト(ドータイトFA−353N 藤倉化成株式会社製)を塗布した。Example 1
A polyimide film manufactured by Toray DuPont Co., Ltd .; Kapton 150EN (film thickness: 37.5 μm) was used as a substrate, and a silver (Ag) paste (Dotite FA-353N manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was applied to the surface of the substrate.
上記銀ペーストの塗布は、上記基板にスクリーン印刷により2cm×2cmの正方パターンを印刷することにより行った。印刷したパターン(銀ペースト層)の厚さは、乾燥後で15μm(3点平均値)であった。 The silver paste was applied by printing a 2 cm × 2 cm square pattern on the substrate by screen printing. The thickness of the printed pattern (silver paste layer) was 15 μm (three-point average value) after drying.
以上のようにして銀ペーストを塗布して銀ペースト層を形成した基板を、図2に示した装置によりマイクロ波加熱を行った。この際、基板24は、マイクロ波の電界の最大点を含み、かつ上述したように、銀ペーストを塗布した面が、マイクロ波の電気力線方向と略平行となる方向に配置した。使用したマイクロ波の周波数は2.45GHzであり、このときの電界の最大点は理論上アイリス部22からλg/4離れた位置(2.45GHzのマイクロ波を使用する場合λgは148mm)となるが、基板をセットすると基板の中を進むマイクロ波が波長短縮し、共振位置がずれる。そのため、アイリス部22からλg/4離れた電界の最大点にマイクロ波検出器を配置し、マイクロ波検出器に接続した導波管内電圧計の電圧が最大値を示す位置にプランジャーの位置を微調整する。加熱時間は30秒〜60秒である。これにより、銀ペースト層の表面温度が200℃程度まで上昇し、銀粒子が焼結して銀膜を生成した。このとき、基板24には熱変形等の損傷が生じなかった。また、マイクロ波加熱中にスパークの発生はなく、基板24を破損させずにその表面上に銀膜が形成できた。形成された銀膜の膜厚は16μmであった。加熱処理前後の銀ペースト層及び銀膜の抵抗率を、三菱化学アナリテック株式会社製ロレスタGPを用いて3点平均値として測定した。測定結果を表1に示す。
The substrate on which the silver paste was applied as described above to form the silver paste layer was subjected to microwave heating using the apparatus shown in FIG. At this time, the
実施例2
以下の手順によりアルミニウム粒子を分散させたインクを作製した。Example 2
An ink in which aluminum particles were dispersed was prepared by the following procedure.
アルミニウムパウダー(RD10−3560 東洋アルミニウム株式会社製 D50=13μm)4.0g、フェノキシタイプエポキシ樹脂(jER1256 三菱化学株式会社製)の35%γ−ブチロラクトン溶液4.0g、γ−ブチロラクトン4.0gを良く混合して、均一な分散剤とした。なお、上記アルミニウムパウダーの粒径は、日機装株式会社製 マイクロトラック粒度分布測定装置 MT3000IIシリーズ USVRを使用して測定した。 4.0 g of aluminum powder (RD10-3560 manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., D50 = 13 μm), 4.0 g of 35% γ-butyrolactone solution of phenoxy type epoxy resin (jER1256 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and 4.0 g of γ-butyrolactone are better. Mix to make a uniform dispersant. The particle size of the aluminum powder was measured using a Microtrack particle size distribution measuring device MT3000II series USVR manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
上記分散剤を、実施例1と同様にして、東レ・デュポン社製 カプトン150EN(フィルム厚 37.5μm)の基板表面にスクリーン印刷により2cm×2cmの正方パターンで印刷し、アルミニウムが分散された膜(アルミニウム分散層)を形成した。乾燥後の膜厚は83μm(3点平均値)であった。その後、実施例1と同様にして、マイクロ波加熱を行った。マイクロ波加熱中に基板を熱変形させず、またスパークの発生もなく、基板を損傷させずにその表面上にアルミニウム膜を形成できた。形成されたアルミニウム膜の膜厚は102μmであった。実施例1と同様にして加熱処理前後のアルミニウム分散層及びアルミニウム膜の抵抗率を測定した。測定結果を表1に示す。 In the same manner as in Example 1, the above dispersant was printed on a substrate surface of Kapton 150EN (film thickness 37.5 μm) manufactured by Toray DuPont with a square pattern of 2 cm × 2 cm by screen printing, and a film in which aluminum was dispersed (Aluminum dispersion layer) was formed. The film thickness after drying was 83 μm (three-point average value). Thereafter, microwave heating was performed in the same manner as in Example 1. The substrate was not thermally deformed during microwave heating, no spark was generated, and an aluminum film could be formed on the surface without damaging the substrate. The formed aluminum film had a thickness of 102 μm. The resistivity of the aluminum dispersion layer and the aluminum film before and after the heat treatment was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1.
実施例3
以下の手順により銅粒子を分散させたインクを作製した。Example 3
An ink in which copper particles were dispersed was prepared by the following procedure.
銅パウダー(1100Y 三井金属鉱業株式会社製 D50=1.1μm)4.0g、フェノキシタイプエポキシ樹脂(jER1256 三菱化学株式会社製)の20%γ−ブチロラクトン溶液2.0g、グリセリン1.0gを良く混合して、均一な分散剤とした。なお、上記銅パウダーの粒径は、日機装株式会社製 ナノ粒度分布測定装置 UPA-UT151を使用して測定した。 Copper powder (1100Y, Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., D50 = 1.1 μm) 4.0 g, phenoxy type epoxy resin (jER1256, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 20% γ-butyrolactone solution 2.0 g, glycerin 1.0 g are mixed well. Thus, a uniform dispersant was obtained. The particle size of the copper powder was measured using a nano particle size distribution measuring device UPA-UT151 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
上記分散剤を、実施例1と同様にして、東レ・デュポン社製 カプトン150EN(フィルム厚 37.5μm)の基板表面にスクリーン印刷により2cm×2cmの正方パターンで印刷し、銅が分散された膜(銅分散層)を形成した。乾燥後の膜厚は14μm(3点平均値)であった。その後、実施例1と同様にして、マイクロ波加熱を行った。マイクロ波加熱中に基板を熱変形させず、またスパークの発生もなく、基板を損傷させずにその表面上に銅膜を形成できた。形成された銅膜の膜厚は17μmであった。実施例1と同様にして加熱処理前後の銅分散層及び銅膜の抵抗率を測定した。測定結果を表1に示す。 In the same manner as in Example 1, the above dispersant was printed on a substrate surface of Kapton 150EN (film thickness: 37.5 μm) manufactured by Toray DuPont with a square pattern of 2 cm × 2 cm by screen printing, and a film in which copper was dispersed (Copper dispersion layer) was formed. The film thickness after drying was 14 μm (three-point average value). Thereafter, microwave heating was performed in the same manner as in Example 1. A copper film could be formed on the surface of the substrate without causing thermal deformation of the substrate during microwave heating, generation of sparks, and damage to the substrate. The film thickness of the formed copper film was 17 μm. In the same manner as in Example 1, the resistivity of the copper dispersion layer and the copper film before and after the heat treatment was measured. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示されるように、実施例1の加熱処理前の銀ペースト層は、抵抗率が2.12E−04(2.12×10−4)Ωcmであったものが、マイクロ波加熱処理後の銀膜では6.81×10−6Ωcmまで抵抗率が低下した。また、実施例2のアルミニウム粒子を分散させたインクで形成したアルミニウム分散層では、抵抗率が測定できなかった(上記測定装置の測定上限より高い抵抗率であった)が、マイクロ波加熱処理後のアルミニウム膜では抵抗率が4.39×10−5Ωcmまで低下した。また、実施例3の銅粒子を分散させたインクで形成した銅分散層では、抵抗率が測定できなかった(上記測定装置の測定上限より高い抵抗率であった)が、マイクロ波加熱処理後の銅膜では抵抗率が3.42×10−3Ωcmまで低下した。As shown in Table 1, the silver paste layer before the heat treatment of Example 1 had a resistivity of 2.12E-04 (2.12 × 10 −4 ) Ωcm after the microwave heat treatment. In the silver film, the resistivity decreased to 6.81 × 10 −6 Ωcm. Moreover, in the aluminum dispersion layer formed with the ink in which the aluminum particles of Example 2 were dispersed, the resistivity could not be measured (the resistivity was higher than the upper limit of measurement of the measurement apparatus), but after the microwave heat treatment In the aluminum film, the resistivity decreased to 4.39 × 10 −5 Ωcm. Moreover, in the copper dispersion layer formed with the ink in which the copper particles of Example 3 were dispersed, the resistivity could not be measured (the resistivity was higher than the measurement upper limit of the measuring device), but after the microwave heat treatment In the copper film, the resistivity decreased to 3.42 × 10 −3 Ωcm.
以上のように、銀、アルミニウム、銅の分散物の膜を基板上に形成し、マイクロ波加熱することにより、抵抗率の低い金属膜を形成できた。本実施例によれば、マイクロ波によるスパークを発生させずに各金属粒子を内部発熱させることができ、効率よく金属膜の抵抗率を下げることができた。 As described above, a metal film having a low resistivity could be formed by forming a film of a dispersion of silver, aluminum, and copper on a substrate and performing microwave heating. According to the present example, each metal particle could be internally heated without generating a microwave spark, and the resistivity of the metal film could be reduced efficiently.
比較例1
実施例1と同様にして、銀ペーストを、東レ・デュポン社製 カプトン150EN(フィルム厚 37.5μm)の基板表面にスクリーン印刷により2cm×2cmの正方パターンで印刷した。印刷したパターン(銀ペースト層)の厚さは、乾燥後で15μm(3点平均値)であった。Comparative Example 1
In the same manner as in Example 1, the silver paste was printed in a square pattern of 2 cm × 2 cm by screen printing on the substrate surface of Kapton 150EN (film thickness: 37.5 μm) manufactured by Toray DuPont. The thickness of the printed pattern (silver paste layer) was 15 μm (three-point average value) after drying.
以上のようにして銀ペーストを塗布して銀ペースト層を形成した基板24を、図2、図3(b)、(c)に示した導波管内に、図7、図8(b)、(c)に示されるように配置し、マイクロ波加熱を行った。本比較例1の基板24の配置では、図7、図8(b)、図8(c)に示されるように、基板24の銀ペーストを塗布した面が、マイクロ波の電気力線方向と略直交する方向となる。このため、マイクロ波の電気力線の大部分を上記銀ペーストの塗布面で受けるようになり、スパークが発生して基板24および銀ペースト層が破損した。この結果から、実施例1〜3のように、基板面の方向をマイクロ波の電気力線方向と略平行となる方向に配置する必要があることがわかる。
The
比較例2〜4
実施例1〜3において、マイクロ波の代わりに、電気オーブン(恒温槽)により200℃で1時間外部加熱し、加熱処理前後の各金属の分散層及び各金属膜の抵抗率を測定した。測定結果を表2に示す。Comparative Examples 2-4
In Examples 1 to 3, external heating was performed at 200 ° C. for 1 hour using an electric oven (a constant temperature bath) instead of microwaves, and the resistivity of each metal dispersion layer and each metal film before and after the heat treatment was measured. The measurement results are shown in Table 2.
表2に示されるように、アルミニウム粒子を分散させたインクを使用して形成したアルミニウム分散層、及び銅粒子を分散させたインクを使用して形成した銅分散層については抵抗率が測定できなかった(上記測定装置の測定上限より高い抵抗率であった)。また、Agペーストを使用して形成した膜(銀ペースト層)についても、マイクロ波加熱処理(実施例1)の場合よりも抵抗率が高いことが分かる。 As shown in Table 2, the resistivity cannot be measured for an aluminum dispersion layer formed using an ink in which aluminum particles are dispersed and a copper dispersion layer formed using an ink in which copper particles are dispersed. (The resistivity was higher than the upper limit of measurement of the measuring device). Moreover, it turns out that the resistivity (film | membrane silver paste layer) formed using Ag paste is higher than the case of a microwave heat processing (Example 1).
比較例5
2.6×7.6cmのスライドガラス(厚さ2mm)にカプトンテープを2枚重ねて貼り付け、図6に示すように、1×6cmの枠を作製した。この枠内に、実施例2、3で作製した各インクをガラス棒で均一に塗布した後、恒温槽中で100℃、1時間乾燥し、予備乾燥サンプルとした。Comparative Example 5
Two pieces of Kapton tape were laminated and pasted on a 2.6 × 7.6 cm slide glass (thickness 2 mm) to produce a 1 × 6 cm frame as shown in FIG. Each ink produced in Examples 2 and 3 was uniformly applied with a glass rod in this frame, and then dried in a thermostatic bath at 100 ° C. for 1 hour to prepare a pre-dried sample.
次に、上記予備乾燥サンプルを500℃で加熱し、加熱処理後に抵抗率を測定した。銅粒子を分散させたインクを使用して形成した膜では、抵抗率が測定できなかった(上記測定装置の測定上限より高い抵抗率であった)。一方、アルミニウム粒子を分散させたインクを使用して形成した膜については、抵抗率が1.76E−4(1.76×10−4)Ωcmまで抵抗率が下がったが、実施例2よりも一桁抵抗率が高かった。Next, the pre-dried sample was heated at 500 ° C., and the resistivity was measured after the heat treatment. In the film formed using the ink in which the copper particles were dispersed, the resistivity could not be measured (the resistivity was higher than the measurement upper limit of the measuring device). On the other hand, regarding the film formed using the ink in which the aluminum particles are dispersed, the resistivity decreased to 1.76E-4 (1.76 × 10 −4 ) Ωcm. Single-digit resistivity was high.
10 マイクロ波発生部、12 モニタ部、14 チューナ部、16 加熱部、16a 導波管、18 被加熱対象物供給部、20 可動短絡部、20a 先端部、22 アイリス部、22a プランジャー、24 基板、26 膜。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記導波管に波長範囲1m〜1mmのマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
前記導波管内に、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を形成した基板を、前記膜の形成面が前記マイクロ波の電気力線方向と略平行に配置し、または移動させる基板供給手段と、
を備えることを特徴とするマイクロ波加熱装置。A waveguide;
Microwave supply means for supplying a microwave having a wavelength range of 1 m to 1 mm to the waveguide;
A substrate in which a conductor or semiconductor film or a dispersion film in which a conductor or semiconductor is dispersed is formed in the waveguide, and a surface on which the film is formed is arranged substantially parallel to the direction of the electric lines of force of the microwave, Or a substrate supply means to be moved;
A microwave heating apparatus comprising:
前記導波管内に、導体もしくは半導体の膜または導体もしくは半導体を分散させた分散物の膜を形成した基板を、前記膜の形成面が前記マイクロ波の電気力線方向と略平行に配置し、または移動させる、
ことを特徴とするマイクロ波加熱方法。Supplying microwaves in the wavelength range of 1 m to 1 mm into the waveguide;
A substrate in which a conductor or semiconductor film or a dispersion film in which a conductor or semiconductor is dispersed is formed in the waveguide, and a surface on which the film is formed is arranged substantially parallel to the direction of the electric lines of force of the microwave, Or move,
The microwave heating method characterized by the above-mentioned.
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