JP2004277825A

JP2004277825A - 複合構造物及びその作製方法

Info

Publication number: JP2004277825A
Application number: JP2003071487A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshida; 篤史吉田; Masakatsu Kiyohara; 正勝清原; Hironori Hatono; 広典鳩野; Junichi Iwazawa; 順一岩澤
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】導電性を保持しながら日常生活における外的要因との接触により傷つきにくく磨耗しにくいＩＣカードやメモリーカードなどの電極端子及び電極端子保護方法を提供する。
【解決手段】基材上に薄膜の金属層が形成されており、その上にセラミックスを含む導電性構造物が接着層を介することなく直接接合して導電性の複合構造物を構成する。具体的には、複合構造物を構成している導電性構造物が一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックスと一種類以上の金属からなる複合体であることを特徴とする
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックスと金属の複合体である導電性構造物を基材上の金属層上に形成させた、基材と金属層と導電性構造物からなる複合構造物およびその作製方法に関する。
【０００２】
本発明に係る複合構造物は導電性と高い耐磨耗性をあわせもつので、例えばＩＣカードやメモリーカードの電極端子への利用が挙げられる。また、他にも携帯電話の充電用端子、磁気ヘッドの帯電防止用ハードコート、回路基板上に設けた入出力端子などに利用することが可能である。
【０００３】
【従来の技術】
一般にＩＣカードやメモリーカードはカード本体表面に電極端子を備えており、リーダ・ライタなどのカード挿入機構で電極端子と接続することにより、読みとり書き込みなどの操作が行われる。この電極端子部分は金属めっきやスパッタリングによって形成されているものが大部分であり、表面が剥き出しになっている。また、携帯電話の充電用端子なども表面が剥き出しになっていることが多い。
【０００４】
ＩＣカードやメモリーカードなどの電極端子部分は表面が剥き出しになっていることから日常生活において何らかの外的要因との接触により傷つきやすく破損しやすいことが問題とされている。また、長期間の使用により端子表面が劣化し接続障害が生じるという問題もある。さらに剥き出しの電極端子に静電気が誘発されやすくＩＣチップの静電耐力が低下する傾向にある。対処法の一つとして未接続時に電極端子をシャッターでカバーすることによって外部との接触を避けるといった方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２４２２９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、未接続時に電極端子をシャッターでカバーすることによって外部との接触を避けるといった方法においては、ＩＣカードやメモリーカードの電極端子部分にシャッターなどの機能を付加することは、カード製造工程やカードリーダ・ライタの構造も複雑化する問題がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、導電性を保持しながら日常生活における外的要因との接触により傷つきにくく磨耗しにくいＩＣカードやメモリーカードなどの電極端子及び電極端子保護方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る複合構造物は、基材上に薄膜の金属層が形成されており、その上にセラミックスを含む導電性構造物が接着層を介することなく直接接合されていることを特徴とする。このような複合構造物はセラミックスを含んでいる導電性構造物が金属層と接着層を介することなく直接接合されているため導電性とセラミックス並みの高い耐磨耗性をあわせもつといった効果がある。
なお、このような複合構造物はエアロゾルデポジション法によって形成することが可能である。エアロゾルデポジション法は脆性材料の微粒子を含むエアロゾルをノズルから高速で基板に向けて噴射し、基板に微粒子を衝突させて、その機械的衝撃力を利用して脆性材料の多結晶構造物を基板上にダイレクトに形成させる方法であり、特開平１１−２１６７７号公報、特開平２０００−２１２７６６号公報などに開示されている。
【０００９】
本発明に係る複合構造物は、複合構造物を構成している導電性構造物が一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックスと一種類以上の金属からなる複合体であることを特徴とする。このため、セラミックスや金属の種類や割合を変えることによって導電性などの電気的特性や、硬度・耐磨耗性といった機械的特性をさまざまに制御することが可能であるといった効果がある。
【００１０】
本発明に係る複合構造物は、複合構造物を構成しているセラミックスが多結晶であり、この多結晶部分を構成する結晶は実質的に結晶配向性がなく、また前記セラミックス同士の結晶界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、更に前記構造物の一部は前記金属層表面に食い込むアンカー部となって直接接合されていることを特徴とする。このような複合構造物は導電性構造物の一部が金属層表面に食い込むアンカー部となって直接接合していることから非常に密着性が高いといった効果がある。
【００１１】
本発明に係る複合構造物は、複合構造物を構成している薄膜の金属層の厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする。このような複合構造物は、複合構造物を構成している薄膜の金属層をめっき、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、印刷などによって簡単に形成することが可能である。また、既に形成されている金属層への適用も可能である。
【００１２】
本発明に係る複合構造物は、複合構造物を構成している金属層がＩＣチップの電極端子であることを特徴とする。ＩＣチップの電極端子に導電性構造物を形成させることで、電極端子の導電性を保持したまま耐磨耗性を大幅に向上させることが可能であり、例えばＩＣカードのＩＣチップ電極端子に適用することで耐久性や信頼性向上といった効果がある。
【００１３】
本発明に係る複合構造物は、ＩＣチップの電極端子表面に形成された導電性構造物が形成高さの違いにより模様を形成していることを特徴とする。導電性構造物をＩＣチップ電極端子に高さを変えて形成させることにより、濃淡のある模様を形成することが可能で、この模様を光学的に検出するようにすればカード真偽を確認することができることから、カード偽造防止やセキュリティ性の向上といった効果もある。また、模様は文字やマークなどでもよく、そうすることで視認性も向上する。さらにＩＣカードだけではなく、例えばメモリーカードや携帯電話のような表面に剥き出しの状態になっているあらゆる電極端子に適用可能である。
【００１４】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の一作製方法は、一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックス微粒子表面に一種類以上の金属をコーティングさせる工程もしくは一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックスを一種類以上の金属微粒子表面にコーティングさせる工程を経て複合微粒子を形成した後、該複合微粒子のエアロゾルを前記基材上の前記金属層表面に高速で衝突させて、前記複合微粒子の成分が前記金属層表面に食い込むアンカー部を形成し、同時に衝突の衝撃によって前記複合微粒子を変形または破砕させ、前記複合微粒子の成分同士を結合せしめ、前記アンカー部の上にセラミックスと金属の微細組織とが分散した導電性構造物を形成することを特徴とする。金属をセラミックスの微粒子表面にコーティングする方法としては、ＰＶＤやＣＶＤ、めっき、メカニカルアロイングを模した処理によっても良く、微粒子表面にさらに粒径の小さな超微粒子を混練などにて付着させるだけでもよい。また、好適な構造物を形成させるためにあらかじめ遊星ミルなどで内部歪を付与したセラミックス微粒子に金属をコーティングしてもよいし、コーティング時に同時に内部歪を付与してもよいし、コーティング後に内部歪を付与してもよい。また、セラミックスを金属の微粒子表面にコーティングする方法としては、ＰＶＤやＣＶＤ、メカニカルアロイングを模した処理によっても良く、微粒子表面にさらに粒径の小さな超微粒子を混練などにて付着させるだけでもよい。また、あらかじめ遊星ミルなどで内部歪を付与したセラミックス微粒子に金属をコーティングしてもよいし、コーティング時に同時に内部歪を付与してもよいし、コーティング後に内部歪を付与してもよい。
【００１５】
また、金属微粒子もしくはコーティングされた金属部分も衝突などの機械的衝撃による変形または破砕を伴うため、破砕し再接合したセラミックス結晶の境界に金属結晶が存在することにより、少ない金属含有率で１０^−１Ωｃｍ未満といった導電性を発現させることができる。また微粒子が破砕した断片粒子の再接合部であるため、結晶配向を持つことはなく、ほとんど緻密質である。さらに構造物の一部が基材表面に食い込むアンカー部となって直接接合されているため、ビッカース硬度ＨＶ５００以上の硬さ、耐磨耗性などの機械的特性に優れた導電性材料となる。例えば、セラミックスとして高硬度で耐磨耗性に優れた酸化アルミニウムを、金属として良好な導電性で比較的酸化劣化しにくいニッケルを用いれば、両方の特性を併せ持つような複合構造物が作製することが可能である。
【００１６】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の別の一作製方法は、一種類以上の金属微粒子と一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックス微粒子を混合させる工程を経て混合微粒子を形成した後、該混合微粒子のエアロゾルを前記基材上の前記金属層表面に高速で衝突させて、前記混合微粒子の成分が前記金属層表面に食い込むアンカー部を形成し、同時衝突の衝撃によって前記混合微粒子を変形または破砕させ、前記混合微粒子の成分同士を結合せしめ、前記アンカー部の上にセラミックスと金属の微細組織とが分散した導電性構造物を形成することを特徴とする。セラミックス微粒子と金属微粒子の混合微粒子のエアロゾルを予め作製し基材上の金属層表面に高速で衝突させてもよいし、別々に微粒子を準備しそれぞれのエアロゾルを発生させて別々に基材上の金属層表面に高速で衝突させるか、あるいはエアロゾルの混合比を変えつつ混合させ同時に衝突させてもよい。この場合は作製中に導電性と耐磨耗性の制御ができるので好適である。このように金属微粒子とセラミックス微粒子の種類や混合割合を自由に選択できることから、導電率、抵抗、硬度などの各種特性を制御することで目的にあった複合構造物の作製が可能である。
【００１７】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の作製方法は、用いるセラミックス微粒子が平均粒径が０．１〜５μｍで、金属微粒子が、平均粒径が０．０１〜５μｍであることを特徴とする。このような微粒子を用いることで、エアロゾルデポジション法により効率よく複合構造物の作製が可能となる。
【００１８】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の作製方法は、常温下で行なうことを特徴する。室温〜２００℃といった常温下で複合構造物の作製が可能なため、例えばプラスチックなどの熱に弱い基材へも適用することが可能である。また、例えば熱に弱いＩＣチップの電極端子などへも本作製方法は適用可能である。
【００１９】
本発明に係る複合構造物を作製する基材としては、金属、ガラス、セラミックス、半導体、プラスチック等の有機化合物等が好適な物として挙げられるが特にこれらに限定されるものではない。基材上の金属層としては鉄、ニッケル、クロム、コバルト、亜鉛、マンガン、銅、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、バナジウム、パラジウム、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、イットリウム、タンタル、ハフニウム、インジウム、タングステン、鉛、錫、ランタンなどの金属が好適である。高い導電性であれば、ポリアセチレンなどの導電性高分子やＩＴＯなどの導電性セラミックスなどでもよい。また、基材上の金属層の形成手段としては印刷、めっき、蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリングなどが好適な物として挙げられるが特にこれらに限定されるものではない。導電性構造物を構成しているセラミックスとしては酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化クロム、酸化ハフニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化珪素などの酸化物、ダイヤモンド、炭化硼素、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化クロム、炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化タンタルなどの炭化物、窒化硼素、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ニオブ、窒化タンタルなどの窒化物、硼素、硼化アルミニウム、硼化珪素、硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化バナジウム、硼化ニオブ、硼化タンタル、硼化クロム、硼化モリブデン、硼化タングステンなどの硼化物、あるいはこれらの混合物や多元系の固溶体、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸リチウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸アルミニウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴなどの圧電性・焦電性セラミックス、サイアロン、サーメットなどの高靭性セラミックス、水酸化アパタイト、燐酸カルシウムなどの生体適合性セラミックスなどが挙げられる。導電性構造物を構成している金属としては、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、亜鉛、マンガン、銅、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、バナジウム、パラジウム、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、イットリウム、タンタル、ハフニウム、インジウム、タングステン、鉛、錫、ランタンなどの金属材料、これらを主成分とした合金材料などが挙げられる。
【００２０】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の特徴の１つは、導電性構造物の形成高さを０．１μｍ〜５００μｍで自由に制御できることから導電性構造物の抵抗を制御することが可能である。例えば金属層表面にセラミックスと金属の複合体である導電性構造物を形成させる場合に、導電性構造物の形成高さをなるべく小さくして作製された電極端子の抵抗は、導電性構造物材料のみで作製された電極端子と比較すると十分小さく発熱量も小さいことから、ＩＣチップやメモリーカード、回路基板などの電極端子への利用に好適である。
【００２１】
本発明に係るエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の特徴の１つは、ある種のプラスチックのようなエアロゾルデポジション法で製膜されにくい基板に金属層をパターニングして形成させた基板を準備しその上に導電性構造物を形成させる場合において、基板上を一様にスキャニングしても金属層がパターニングされた部分にのみ導電性構造物を形成させることが可能である。このことは例えば回路基板などの複雑にパターニングされた電極端子への利用に好適である。また、基板上の金属層にマスキングなどをして導電性構造物を形成高さを変えて形成させることにより濃淡のある模様を形成することが可能である。例えばＩＣカードの電極端子に適用した場合に、この模様を光学的に検出するようにすればカード真偽を確認することができることから、カード偽造防止やセキュリティ性の向上といった効果もあるので好適である。また、模様は文字やマークなどでもよく、そうすることで視認性も向上するので好適である。さらにＩＣカードだけではなく、例えばメモリーカードや携帯電話のような表面に剥き出しの状態になっているあらゆる電極端子に適用可能である。
【００２２】
ここで、本発明を理解する上で重要となる語句の解釈を以下に行う。
（絶縁体・半導体）
本件では絶縁体を体積抵抗率が１０^１０Ωｃｍ以上、半導体を半金属の領域を除いた体積抵抗率１０^０Ωｃｍ〜１０^１０Ωｃｍの物質とする。
（導電性）
本件では体積抵抗率が１０^０Ωｃｍ未満を導電性とする。良好な導電性を示す物質としては半金属及び金属があげられる。例えば、良好な導電性の物質である金属ニッケルの体積抵抗率は６．８４×１０^−６Ωｃｍ（文献値）である。
（金属層）
本件では基材上に電極などの目的で形成させた金属の膜のことで、基材上にめっき、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、印刷、溶射などによって形成させる。一般的に電極として適当な膜厚は〜２μｍであり、めっきやスパッタリングで形成することが多い。特に耐磨耗用などの膜厚の大きいもので２５μｍ程度である。他の用途で膜厚を大きくする場合は、印刷で〜数百μｍ、溶射で〜数ｍｍ程度である。
（電極端子）
本件ではＩＣカードやメモリーカードなどの表面にある、読みとり書き込みなどの操作の際に接続するための接触端子のことである。この電極端子部分は金属めっきやスパッタリングによって形成されているものが大部分であり、表面が剥き出しになっていることが多い。
（多結晶）
本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常５ｎｍ以上である。ただし、微粒子が破砕されずに構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
（結晶配向性）
本件では多結晶である構造物中での結晶軸の配向具合を指し、配向性があるかないかは、一般には実質的に配向性のないと考えられる粉末Ｘ線回折などによって標準データとされたＪＣＰＤＳ（ＡＳＴＭ）データを指標として判断する。
構造物中のセラミックス結晶を構成する物質をあげたこの指標における主要な回折３ピークのピーク強度を１００％として、構造物の同物質測定データ中、最も主要なピークのピーク強度をこれに揃えた場合に、他の２ピークのピーク強度が指標の値と比較して３０％以内にそのずれが収まっている状態を、本件では実質的に配向性がないと称する。
（界面）
本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。
（粒界層）
界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み（通常数ｎｍ〜数μｍ）を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
（アンカー部）
本件の場合には、基材と構造物の界面に形成された凹凸を指し、特に、予め基材に凹凸を形成させるのではなく、構造物形成時に、元の基材の表面精度を変化させて形成される凹凸のことを指す。
（コーティング）
本件においては、セラミックス微粒子の周囲に金属部分をめっき・ＰＶＤ・ＣＶＤ・ハイブリダイゼーション・メカノフュージョン・遊星ミルなどによって形成させること、もしくは金属微粒子の周囲にセラミックス部分をＰＶＤ・ＣＶＤ・ハイブリダイゼーション・メカノフュージョン・遊星ミルなどによって形成させることを指す。
（常温）
本件においては、セラミックスの焼結温度や金属の融点に対して十分低い温度のことを指し、実質的に室温〜２００℃の範囲を指す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明における複合構造物の作製方法の一実施形態について述べる。
サブミクロン粒径のセラミックス微粒子粉体の表面に金属をコーティングした複合微粒子粉体を予め準備して、これを用いてエアロゾルデポジション法により基板上の金属層表面に導電性構造物を形成させた。図１に使用したエアロゾルデポジション法の装置図を示す。
【００２４】
図１では、複合構造物作製装置１０は、ヘリウムガスボンベ１０１が、搬送管１０２を介してエアロゾル発生器１０３に接続され、その下流側に解砕器１０４が、さらに下流側に分級器１０５が設置されている。これらを通じている搬送管１０２の先に構造物形成室１０６内に設置されたノズル１０７が配置される。ノズル１０７の開口の先には表面に金属を蒸着した基板１０８がＸＹステージ１０９に取り付けられて設置されている。構造物形成室１０６は真空ポンプ１１０に接続されている。エアロゾル発生器１０３は前記複合微粒子粉体１０３ａを内蔵している。
【００２５】
以上の構成からなる複合構造物作製装置１０の作用を次に述べる。予め図示しない歪付与装置である遊星ミルにて粉砕することにより、前記複合微粒子粉体１０３ｂを準備し、これをエアロゾル発生器１０３内に充填する。ヘリウムガスボンベ１０１より搬送管１０２を通じて複合微粒子粉体を装填したエアロゾル発生器１０３内にヘリウムガスを導入し、エアロゾル発生器１０３を作動させて複合微粒子を含むエアロゾルを発生させる。エアロゾル中の微粒子は凝集しており、おおよそ１００μｍの二次粒子を形成しているが、これを搬送管１０２を通じて解砕器１０４に導入して一次粒子を多く含むエアロゾルに変換する。その後分級器１０５に導入して、解砕器１０４では解砕しきれずにエアロゾル中にまだ存在している粗大な二次粒子を除去してさらに一次粒子リッチなエアロゾルに変換し、導出する。その後構造物形成室１０６内に設置されたノズル１０７から高速で基板１０８に向けて噴射させる。ノズル１０７の先に設置された基板１０８にエアロゾルを衝突させつつ、基板１０８をＸＹステージ１０９により揺動させて、基板１０８上の一定面積に薄膜の構造物を形成させた。構造物形成室１０６は真空ポンプ１１０により１ｋＰａ以下の減圧環境下に置かれる。
【００２６】
なお、上述する構造物形成工程のうち、エアロゾル発生器１０３、解砕器１０４、分級器１０５は別体でもよいし、一体でもよい。解砕器の性能が十分であれば分級器は必要ない。また微粒子のミル粉砕は、金属をコーティングする後でも良いし、同時でも良い。同時の場合は例えば金属微粒子とセラミックス微粒子を混合した粉体を装填したミルにより解砕中にコーティングが行なわれる。勿論コーティング方法は様々考えられ、例えばＰＶＤ、ＣＶＤ、めっき、ゾルゲル法などの様々な手法を用いて予め作製しておくことができる。
【００２７】
セラミックス微粒子の種類は一種類に限らず、いくつも混合させることは容易であるし、また金属も同様である。その混合比も任意に設定できるため、構造物の組成を自由に制御でき好適である。使用するガスもヘリウムガスに限らず、窒素、アルゴンなど任意である。
【００２８】
次に本発明における複合構造物の作製方法の別の一実施形態を述べる。
図２は、複合構造物作製装置２０を示す図であり、複合構造物作製装置２０では、窒素ガスボンベ２０１ａ、２０１ｂが、搬送管２０２ａ、２０２ｂを介してエアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂにそれぞれ接続され、さらに下流側に解砕器２０４ａ、２０４ｂが設置され、さらに下流に分級器２０５ａ、２０５ｂが設置され、さらに下流にエアロゾル濃度測定器２０６ａ、２０６ｂが設置されている。これらを通じている搬送管２０２ａ、２０２ｂはエアロゾル濃度測定器２０６ａ、２０６ｂの下流にて合流し、構造物形成室２０７内に設置されたノズル２０８に通じている。
尚、金属微粒子を内蔵するエアロゾル発生器の下流側には解砕器を設けなくてもよい。
【００２９】
ノズル２０８の開口の先には表面に金属めっきを施した基板２０９がＸＹステージ２１０に取り付けられて設置されている。構造物形成室２０７は真空ポンプ２１１に接続されている。またエアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂおよびエアロゾル濃度測定器２０６ａ、２０６ｂは制御装置２１２に配線されている。エアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂの一方には平均粒径が０．５μｍ程度のセラミックス微粒子２１３ａを、他方には金属微粒子２１３ｂをそれぞれ内蔵している。
【００３０】
以上の構成からなる複合構造物作製装置２０の作用を次に述べる。セラミックス微粒子２１３ａと金属微粒子２１３ｂをそれぞれエアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂ内に装填する。次に窒素ガスボンベ２０１ａ、２０１ｂを開栓し、窒素ガスを搬送管２０２ａ、２０２ｂを通じてエアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂ内へそれぞれ導入する。制御装置２１２の制御を受けてエアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂが作動し、微粒子のエアロゾルをそれぞれ発生させる。これらのエアロゾル中のセラミックス微粒子は凝集しており、おおよそ１００μｍの二次粒子を形成しているが、解砕器２０４ａ、２０４ｂに導入して、一次粒子を多く含むエアロゾルに変換する。その後分級器２０５ａ、２０５ｂに導入して、解砕器２０４ａ、２０４ｂでは解砕しきれずにエアロゾル中にまだ存在している粗大な二次粒子を除去されてさらに一次粒子リッチなエアロゾルに変換し導出する。その後これらのエアロゾルはエアロゾル濃度測定器２０６ａ、２０６ｂ内を通り、エアロゾル中の微粒子の濃度をモニタリングした後、合流させ、構造物形成室２０９内にてノズル２０７より高速で基板２０９に向けて噴射する。
【００３１】
基板２０９はＸＹステージ２１０により揺動されており、エアロゾルの基板２０９への衝突位置を刻々と変化させることにより、セラミックス微粒子２１３ａと金属微粒子２１３ｂを基板２０９上の広面積に衝突させる。この衝突の際にセラミックス微粒子２１３ａが破砕あるいは変形し、これらが接合して結晶が一次粒子の平均粒径以下の結晶サイズ、すなわちナノメートルサイズで独立に分散して存在する緻密質の構造物が形成される。また、構造物形成室２１１内は真空ポンプ２１１により排気され、内部の気圧を１ｋＰａ以下の一定値に制御されている。
【００３２】
このようにして基板２０９上にセラミックスと金属が分散した構造物を形成させるが、この際エアロゾル濃度測定器２０６ａ、２０６ｂのモニター結果を制御装置２１２により解析し、エアロゾル発生器２０３ａ、２０３ｂにフィードバックしてエアロゾル発生量、濃度を制御することにより、構造物中のセラミックスと金属の存在比率を一定あるいは傾斜的に制御することができる。このような傾斜材料を作製する場合は、ＸＹステージとの連動により、堆積高さ方向で存在比率を変えたり、基板２０９の面方向で存在分布を変えたりすることが容易である。また複数のエアロゾルを合流させずに別々のノズルを用いて噴射させて構造物を形成させることもできる。この場合は薄い堆積層からなる構造物が得られ、その厚みの制御による傾斜化も容易である。またエアロゾル発生器に内蔵させる微粒子は複合微粒子であっても良いし複数のセラミックスと金属の混合微粒子であっても良く、目的とする構造物の構造を達成するに都合の良い内蔵方法を選択すればよい。ガスの組成も任意である。また金属においては、予め微粒子粉体を用意する、記載のエアロゾル発生器ではなく、バルクを蒸発させた後急冷して微粒子を形成させるガス中蒸発法などを用いても良い。
【００３３】
なお、上述する構造物形成工程のうち、ＩＣカードの電極端子に構造物を形成させる場合にはＩＣカード基材にＩＣチップを埋め込んだ後に必要に応じてマスキングを施したものでもよいし、ＩＣチップのみで電極端子に構造物を形成させ、構造物形成後にＩＣカード基材に埋め込んでもよい。また、必要に応じて構造物を形成高さを変えて形成させることにより濃淡のある模様を形成する手段を付加してもよい。さらに、ＩＣカードの電極端子に限ることなく、スマートメディアやメモリーカードなどの電極端子でもよい。電極の形成方法も様々考えられ、例えばめっき、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、印刷、溶射などによって予め基材上に形成させておくことができる。
【００３４】
（実施例１）
セラミックス微粒子として純度９９．８％平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウム微粒子を、金属微粒子として純度９９．６％平均粒径０．４μｍの金属ニッケル微粒子を準備した。酸化アルミニウム微粒子に金属ニッケル微粒子を重量比で３０％添加してミリングすることにより粉体を調製した。このようにして調製した粉体を図１に相当する複合構造物作製装置のエアロゾル発生器に装填し、搬送ガスをヘリウム１０ｌ／ｍｉｎ．として、ポリエチレンテレフタラートに金電極をスパッタリングでパターニングして形成させた基板にスキャニング面積１７×１０ｍｍ、形成高さ約５μｍの複合構造物を形成させた。このときの構造物形成室の圧力は０．２ｋＰａであった。形成させた複合構造物は黒みを帯びた色となった。形成させた構造物のＮｉ含有率、体積抵抗率とビッカース硬度を測定した結果を表１に示す。形成させた構造物のＮｉ含有率［ｗｔ％］は日立製作所製走査型電子顕微鏡Ｓ−４１００と堀場製作所製エネルギー分散型Ｘ線分析装置ＥＭＡＸ−７０００により測定した。体積抵抗率は三菱化学製低抵抗率計ＬＯＲＥＳＴＡ−ＧＰＭＣＰ−Ｔ６００を用いて四端子法にて測定を行った。ビッカース硬度は島津製作所製ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−Ｗ２０１を用いて測定した。これらの値の算出に必要な構造物の形成高さはアルバック製触針式表面形状測定器Ｄｅｋｔａｋ３０３０を用いて測定した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１より、作製した複合構造物の体積抵抗率は一般的なアルミナの体積抵抗率１０^１５Ωｃｍより大幅に低下し１０^−２Ωｃｍといった金属並みの導電性を示した。また、硬度は金属ニッケルのビッカース硬度ＨＶ９０〜１２０（文献値）よりはるかに大きいことがわかった。そこで、比較として導電性構造物を形成させる前の基板と実施例の複合構造物をダイヤモンドペースト（粒子径６μｍ）で研磨したところ、導電性構造物を形成させる前の基板の金電極は軽く研磨しただけではがれてしまったが、実施例１の複合構造物はかなりの時間強く研磨してもはがれることはなく、形成高さもほとんど変化しなかった。
【００３７】
（実施例２）
実施例１と同様の条件で調製した粉体を図１に相当する複合構造物作製装置のエアロゾル発生器に装填し、搬送ガスをヘリウム１０ｌ／ｍｉｎ．として、マスキングをおこなったＩＣカードの金電極端子上にスキャニング面積２０×１０ｍｍ、形成高さ約３μｍの導電性構造物を形成させた。このときの構造物形成室の圧力は０．３ｋＰａであった。形成させた導電性構造物は黒みを帯びた色で、体積抵抗率は２×１０^−２Ωｃｍであった。また形成させた導電性構造物をダイヤモンドペーストで長時間研磨してもほとんどはがれなかった。図３に示したＩＣカードの電極端子３０２に導電性構造物を形成させた際の電極端子部分の画像を図４に示した。図４において電極端子の左半分４０１に導電性構造物を形成させた。また、その中心付近４０２は１００μｍ間隔の格子模様を形成させた部分である。比較のために電極端子の右半分４０３にはマスキングすることにより複合構造物を形成しなかった。図５には図４における直線Ａでの断面模式図を示した。図５において５０１が基材、５０２が電極端子、５０３が導電性構造物、５０４が形成高さを変えて模様を形成させた部分である。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように本発明に係る複合構造物は、基材上の金属層上に導電性構造物が接着層を介することなく直接接合されて形成されているので機械的・電気的特性に優れた材料を提供することができる。導電性と高い耐磨耗性をあわせもっていることから、例えばＩＣカードなどの電極端子に好適である。また、本発明に係る複合構造物の作製方法によれば、パターニングや任意形状の複合構造物を作製できるので、その用途をあらゆる分野に拡大することができる。更に、基材上に複合構造物を形成する場合にも、低温（室温程度）で、加熱焼成などの工程を経ないので、任意の基材を選定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エアロゾルデポジション法による複合構造物作製装置の概略図
【図２】エアロゾルデポジション法による複合構造物作製装置の概略図
【図３】実施例２に記載のＩＣカード
【図４】実施例２に記載のＩＣカードの電極端子部分の拡大図
【図５】実施例２に記載のＩＣカードの電極端子部分の断面模式図
【符号の説明】
１０…複合構造物作製装置、１０１…ヘリウムガスボンベ、１０２…搬送管、１０３…エアロゾル発生器、１０３ａ…微粒子粉体、１０４…解砕器、１０５…分級器、１０６…構造物形成室、１０７…ノズル、１０８…基板、１０９…ＸＹステージ、１１０…真空ポンプ。
２０…複合構造物作製装置、２０１ａ、２０１ｂ…窒素ガスボンベ、２０２ａ、２０２ｂ…搬送管、２０３ａ、２０３ｂ…エアロゾル発生器、２０４ａ、２０４ｂ…解砕器、２０５ａ、２０５ｂ…分級器、２０６ａ、２０６ｂ…エアロゾル濃度測定器、２０７…構造物形成室、２０８…ノズル、２０９…基板、２１０…ＸＹステージ、２１１…真空ポンプ，２１２…制御装置、２１３ａ…セラミックス微粒子、２１３ｂ…金属微粒子。
３０１…ＩＣカード、３０２…電極端子
４０１…導電性構造物を形成させた部分、４０２…格子模様に導電性構造物を形成させた部分、５０３…導電性構造物を形成させていない部分
５０１…基材、５０２…金電極層、５０３…導電性構造物、５０４…形成高さを変えて模様を形成させた部分

Claims

基材上に薄膜の金属層が形成されており、その上にセラミックスを含む導電性構造物が接着層を介することなく直接接合されていることを特徴とする基材と金属層と導電性構造物からなる複合構造物。
前記導電性構造物が一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックスと一種類以上の金属からなる複合体であることを特徴とする請求項１に記載の複合構造物。
前記セラミックスは多結晶であり、この多結晶部分を構成する結晶は実質的に結晶配向性がなく、また前記セラミックス同士の結晶界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、更に前記構造物の一部は前記金属層表面に食い込むアンカー部となって直接接合されていることを特徴とする請求項２に記載の複合構造物。
前記金属層の厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の複合構造物。
前記金属層がＩＣチップの電極端子であることを特徴とする請求項４に記載の複合構造物。
前記ＩＣチップの電極端子表面に形成された導電性構造物が、形成高さの違いにより模様を形成していることを特徴とする請求項５に記載の複合構造物。
一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックス微粒子表面に一種類以上の金属をコーティングさせる工程もしくは一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックスを一種類以上の金属微粒子表面にコーティングさせる工程を経て複合微粒子を形成した後、該複合微粒子のエアロゾルを前記基材上の前記金属層表面に高速で衝突させて、前記複合微粒子の成分が前記金属層表面に食い込むアンカー部を形成し、同時に衝突の衝撃によって前記複合微粒子を変形または破砕させ、前記複合微粒子の成分同士を結合せしめ、前記アンカー部の上にセラミックスと金属の微細組織とが分散した導電性構造物を形成することを特徴とする複合構造物の作製方法。
一種類以上の金属微粒子と一種類以上の絶縁体もしくは半導体のセラミックス微粒子を混合させる工程を経て混合微粒子を形成した後、該混合微粒子のエアロゾルを前記基材上の前記金属層表面に高速で衝突させて、前記混合微粒子の成分が前記金属層表面に食い込むアンカー部を形成し、同時衝突の衝撃によって前記混合微粒子を変形または破砕させ、前記混合微粒子の成分同士を結合せしめ、前記アンカー部の上にセラミックスと金属の微細組織とが分散した導電性構造物を形成することを特徴とする複合構造物の作製方法。
前記セラミックス微粒子は平均粒径が０．１〜５μｍで、前記金属微粒子は、平均粒径が０．０１〜５μｍであることを特徴とする請求項７又は８に記載の複合構造物の作製方法。
前記複合構造物の作製を常温下で行なうことを特徴とする請求項７〜９何れか一項に記載の複合構造物の作製方法。