JP4904246B2 - Capacitor manufacturing method, capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサの製造方法などに関し、特に、静電爆発により得られるナノファイバを誘電体層に用いるコンデンサの製造方法などに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor, and more particularly to a method for manufacturing a capacitor using nanofibers obtained by electrostatic explosion as a dielectric layer.
昨今、携帯電話などの情報通信機器は、小型化かつ高機能化が求められておいる。従って、携帯電話等に採用されている回路基板も小型化を要求され、高機能を実現するために部品搭載のピッチを狭めることで対応している。 In recent years, information communication devices such as mobile phones are required to be downsized and highly functional. Accordingly, circuit boards used in mobile phones and the like are also required to be miniaturized, and in order to realize high functions, this is achieved by narrowing the component mounting pitch.
しかし、部品搭載ピッチは限界に達しつつあるため、受動素子などは回路基板に内包させて多層構造とすることにより、部品の集積度を高め回路基板の更なる小型化を図ることが考えられている。 However, since the component mounting pitch is reaching its limit, it is conceivable that passive elements and the like are included in the circuit board to form a multilayer structure, thereby increasing the degree of component integration and further miniaturizing the circuit board. Yes.
例えば、特許文献1に記載の回路基板は、複数枚の樹脂製基板の間に、チップ型のコンデンサ部品を挟み込み、多層化を図るものである。 For example, the circuit board described in Patent Document 1 is intended to be multilayered by sandwiching a chip-type capacitor component between a plurality of resin substrates.
また、特許文献2に記載の発明は、多層に積層されるセラミック基板の一部に一対の電極からなるコンデンサを形成することで多層化を図っている。
ところが、前記樹脂基板の間にチップ型のコンデンサ部品を挟み込む場合、チップ型コンデンサ部品に厚みがあるため、全体として基板を薄くできないという問題がある。 However, when a chip-type capacitor component is sandwiched between the resin substrates, there is a problem that the substrate cannot be thin as a whole because the chip-type capacitor component is thick.
また、セラミック基板の間にコンデンサを製造する場合、形成、焼成過程を経るため、正確な静電容量のコンデンサを得ることができない。また、大がかりな工程を繰り返す必要があり、製造が困難であるなどの問題がある。 In addition, when a capacitor is manufactured between ceramic substrates, a capacitor having an accurate capacitance cannot be obtained because it is formed and fired. In addition, it is necessary to repeat a large-scale process, and there is a problem that manufacturing is difficult.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、小型かつ大容量のコンデンサを簡易に製造しうるコンデンサ製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a capacitor manufacturing method capable of easily manufacturing a small-sized and large-capacity capacitor.
上記目的を達成するために、本願発明に係るコンデンサ製造方法は、導電体層形成ステップと誘電体層形成ステップとを含むコンデンサ製造方法であって、前記誘電体層を形成する誘電体層形成ステップは、誘電体材料を含む第一原料液を吐出口より吐出する第一吐出ステップと、前記第一原料液を帯電させる第一帯電ステップと、前記吐出口と前記導電体層との間に、帯電した前記第一原料液が前記導電体層に向かって飛行する方向に電界を発生させる第一電界発生ステップと、前記飛行中の第一原料液が静電爆発することにより前記誘電体材料を第一短繊維に形成する第一短繊維形成ステップと、透過孔を備えるマスク手段を用い、前記透過孔を通過した前記第一短繊維を前記導電体層上に堆積させる第一堆積ステップとを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a capacitor manufacturing method according to the present invention is a capacitor manufacturing method including a conductor layer forming step and a dielectric layer forming step, wherein the dielectric layer forming step forms the dielectric layer. Is a first discharge step of discharging a first raw material liquid containing a dielectric material from a discharge port, a first charging step of charging the first raw material liquid, and between the discharge port and the conductor layer, A first electric field generating step for generating an electric field in a direction in which the charged first raw material liquid flies toward the conductor layer; and the dielectric material is formed by electrostatic explosion of the first raw material liquid in flight. A first short fiber forming step for forming the first short fiber; and a first deposition step for depositing the first short fiber that has passed through the transmission hole on the conductor layer using a mask means having a transmission hole. Special to include To.
これにより、静電爆発で得られるナノファイバを堆積させてコンデンサの誘電体層が形成されるため、容易かつ局所的にコンデンサの誘電体層を形成することが可能となる。また、誘電体層がナノファイバで形成されるため、静電容量の向上を図ることが可能となる。 As a result, the dielectric layer of the capacitor is formed by depositing nanofibers obtained by electrostatic explosion, so that it is possible to easily and locally form the dielectric layer of the capacitor. In addition, since the dielectric layer is formed of nanofibers, the capacitance can be improved.
さらに、前記導電体層を形成する導電体層形成ステップは、導電体材料を含む第二原料液を吐出口より吐出する第二吐出ステップと、前記第二原料液を帯電させる第二帯電ステップと、前記吐出口と前記誘電体層との間に、帯電した前記第二原料液が前記誘電体層に向かって飛行する方向に電界を発生させる第二電界発生ステップと、前記飛行中の第二原料液が静電爆発することにより前記導電体材料を第二短繊維に形成する第二短繊維形成ステップと、透過孔を備えるマスク手段を用い、前記透過孔を通過した前記第二短繊維を前記誘電体層上に堆積させる第二堆積ステップとを含むものでもよい。 Furthermore, the conductor layer forming step for forming the conductor layer includes a second discharge step for discharging a second raw material liquid containing a conductive material from a discharge port, and a second charging step for charging the second raw material liquid. A second electric field generating step of generating an electric field in a direction in which the charged second raw material liquid flies toward the dielectric layer between the discharge port and the dielectric layer; and a second in flight A second short fiber forming step for forming the conductor material on the second short fiber by electrostatic explosion of the raw material liquid, and a mask means having a permeation hole, and the second short fiber passing through the permeation hole A second deposition step of depositing on the dielectric layer.
これにより、誘電体層に加え、導電体層も静電爆発により得られるナノファイバで形成されるため、誘電体層におけるナノファイバと相俟って、静電容量の更なる向上を図ることが可能となる。また、導電体層を容易かつ局所的に形成できる点は上記と同じである。 As a result, in addition to the dielectric layer, the conductor layer is also formed of nanofibers obtained by electrostatic explosion, so that the capacitance can be further improved in combination with the nanofibers in the dielectric layer. It becomes possible. Moreover, the point which can form a conductor layer easily and locally is the same as the above.
さらに、前記第二堆積ステップを複数回繰り返すコンデンサの製造方法であって、一の第二堆積ステップでは、誘電体層から一方向にはみ出るように前記第二短繊維を堆積させ、前記一の第二堆積ステップに隣り合う導電体層を形成する他の第二堆積ステップでは、誘電体層から他方向にはみ出るように前記第二短繊維を堆積させることが好ましい。 Further, in the capacitor manufacturing method in which the second deposition step is repeated a plurality of times, in the second deposition step, the second short fibers are deposited so as to protrude in one direction from the dielectric layer, and the first first deposition step is performed. In another second deposition step of forming a conductor layer adjacent to the second deposition step, it is preferable to deposit the second short fibers so as to protrude in the other direction from the dielectric layer.
これにより、各導電体層を接続することができ、本願発明に係る方法のみによって、積み重ねる層の数を調整するだけで、静電容量を容易に調整することが可能となる。さらに、基板上に設けられる電極等とも、接続することが可能となる。 Thereby, each conductor layer can be connected, and the capacitance can be easily adjusted only by adjusting the number of layers to be stacked only by the method according to the present invention. Further, it is possible to connect to an electrode or the like provided on the substrate.
また、上記方法により得られるコンデンサは、ナノファイバが不織布状に堆積した層を備えているため、形状の特徴によりその性能を発揮することができる。 Moreover, since the capacitor obtained by the above method includes a layer in which nanofibers are deposited in a nonwoven fabric shape, its performance can be exhibited by the shape characteristics.
本発明によれば、比較的低温でコンデンサを製造することができるため、回路基板に内包されるコンデンサなど、製造条件に制約のある部分にでも容易にコンデンサを製造することが可能である。 According to the present invention, since a capacitor can be manufactured at a relatively low temperature, it is possible to easily manufacture a capacitor even in a part with limited manufacturing conditions such as a capacitor included in a circuit board.
次に、本発明にかかるコンデンサ製造方法の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Next, an embodiment of a capacitor manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、コンデンサの誘電体層や導電体層などの層を形成する層形成装置を模式的に示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a layer forming apparatus for forming layers such as a dielectric layer and a conductor layer of a capacitor.
図2は、層形成装置を模式的に示す斜視図である。
これらの図に示すように、層形成装置100は、層構造をなすコンデンサの各層を形成することができる装置である。層形成装置100は、原料液200(誘電体層を形成する場合は、誘電体材料を含む第一原料液、導電体層を形成する場合は導電体材料を含む第二原料液、以下同じ)を帯電させて噴霧し、噴霧された原料液200を、空間中で静電爆発させながら基板210の所定部位(基板210に予め設けられている電極、または、導電体層、または、誘電体層)に向かって飛行させ、基板210上にナノファイバ(誘電体層を形成する場合は、誘電体材料からなる第一短繊維。導電体層を形成する場合は、導電体材料からなる第二短繊維、以下同じ)を堆積させる装置であり、第一吐出体101と、流体ノズル102と、帯電手段としての電荷供給電源103と、電界発生手段としての電界発生電極104と、電界発生電源105と、マスク手段201とを備えている。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the layer forming apparatus.
As shown in these drawings, the
さらに、層形成装置100は、電界制御板106と、電界制御電源107と、流体としてのガス110を供給するガス供給源111と、原料供給源120とを備えている。ここで使用するガスは、エアでよく、特に限定するものではない。また、窒素ガスのような不活性ガスを使用して、原料液200とガスとを混合させてよい。
The
第一吐出体101は、原料供給源120から供給される原料液200が吐出される第一吐出口108を有するノズルであり、原料液200の供給路の先端に接続され、第一吐出口108に向かって縮径されるノズルである。また、第一吐出体101は、その少なくとも第一吐出口108周縁部が導電性物質で構成されており、電荷供給電源103から供給される電荷を原料液200に付与して帯電させる電荷供給電極としても機能している。
The
流体ノズル102は、ガス供給源111から供給されるガス110が吐出される流体ノズル口109を有するノズルである。流体ノズル102は、第一吐出体101を取り囲むように配置されており、流体ノズル口109は、第一吐出口108を取り囲む円環形状となっている。また、流体ノズル102は、第一吐出体101と同心状に配置される円筒形状となされ、流体ノズル口109の反対側の端部は、第一吐出体101の外周と密着し閉塞状態となっている。また、流体ノズル102の周壁には、ガス110が導入される導入孔が設けられている。
The
以上、第一吐出体101と流体ノズル102とは、いわゆる2流体ノズルを形成している。
As described above, the
電荷供給電源103は、第一吐出体101を介して原料液200に電荷を供給する帯電手段として機能する直流電源であり、2KV以上、200KV以下の範囲の電圧となる電位を電荷供給電極としても機能する第一吐出体101に印加できるものとなっている。
The charge
基板210は、コンデンサを製造するための土台となる部材である。また、基板210は、回路基板の所定の層を構成する構成部材であり、表面に回路パターンが設けられると共に、基板210の裏面から表面の回路パターンに導通するために基板210の厚さ方向に貫通する貫通パターンが設けられている。基板210は、層形成装置100にとっては、ナノファイバの堆積対象であり、原則としては層形成装置100の構成部材ではない。ただし、基板210が備える回路パターンは、電界発生電極104として機能する。なお、後述する導電体層は、回路パターンと電気的に導通し、電界発生電極104として機能する。
The
電界発生電源105は、電界発生電極104として機能する基板210上の回路パターンや導電体層に所定の電位を印加する直流電源であり、第一吐出体101から流出した原料液200が帯電し、空間を浮遊している前記帯電した原料液が電界発生電極104上に効率よく堆積させることができる。前記電界発生電源は、前記帯電した原料液の極性の逆極性を有した電圧を印加し、数百Vから100KV以下の範囲で電圧を選定している。第一吐出体101に対し2KV以上、200KV以下の範囲の電圧となる電位を電界発生電極104に印加できるものとなっている。
The electric field
電界制御板106は、原料液200の飛行空間に発生する電界を調節して、できる限り多くの原料液200を基板210上の電界発生電極104に集中させ、ナノファイバを効率よく堆積させるための部材である。また、電界制御板106は、図2に示すように、中空の真球の一部の形状であり、いわゆるお椀を伏せた状態で流体ノズル102の近傍に配置されている。電界制御板106の上端部には円形の孔が設けられており、当該孔の中心に第一吐出口108が位置するものとなっている。なお、基板210が大きい場合には、電界制御板は必要なく、基板210全体に原料液200が広がるようにし、マスク手段201により、特定の場所に前記原料液200が堆積すればよい。
The electric
電界制御電源107は、電界発生電極104に対し2KV以上、200KV以下の範囲の電圧となる電位を電界制御板106に印加する直流電源である。
The electric field
マスク手段201は、基板210上に設けられた回路パターンの所定の箇所にのみ飛行してきた原料液(ナノファイバ)を堆積させるための部材であり、コンデンサ形成箇所と対応する部分に貫通孔203が設けられた薄い金属板である。
The mask means 201 is a member for depositing the raw material liquid (nanofiber) that has flew only at a predetermined location of the circuit pattern provided on the
マスク電源202は、電界発生電極104に対し所定の電圧を印加するようにしている。電圧としては、数百V以下の範囲の電圧となる電位をマスク手段201に印加する直流電源である。また、マスク電源202の代わりに、マスク手段201を接地してもよい。
The
ここで、電荷供給電源103と、電界発生電源105と、電界制御電源107と、マスク電源202とは、独立に接地電位を基準として印加電位の設定が可能である。第一吐出体101と電界発生電極104との電圧が2KV以上、200KV以下であればよく、電界発生電極104の電圧の極性は、噴霧された原料液200の帯電電荷の逆極性であればよい。また、第一吐出体101と電界発生電極104とのいずれか一方が接地状態であっても構わない。なお、誘電体材料がカチオン、または、カチオン性の官能基を有する場合、電界発生電極104の極性は負が好ましく、誘電体材料がアニオン、または、アニオン性の官能基を有している場合、電界発生電極104の極性は正が好ましい。
Here, the charge
ガス供給源111は、流体ノズル口109から吐出される流体としてのガスを供給する手段であり、ガス110を所定の圧力で供給することのできるガスボンベである。なお、ガスの種類は特に限定されるものではなく、噴霧される原料液の種類などにより適宜選定される。また、ガス110がエアである場合には、特にガスボンベは必要なく、一般の工場で使用されているエアを所定の値に乾燥させて供給すればよい。
The
原料供給源120は、誘電体材料や導電体材料と溶剤などとを混合や攪拌などして原料液200を製造しつつ、溶液を加熱して所定の粘度に調整した後、所定の圧力で第一吐出体101に原料液200を供給することのできる装置であり、ホッパー121と、加熱ヒータ122とを備えている。
The raw
ホッパー121は、有機系や無機系の材料や有機系の溶媒などが投入される装置であり、ホッパー121の先には2軸押出機等の混合機が接続されている。
The
加熱ヒータ122は、混合機で混合されている第一原料液を加熱する加熱手段であり、吐出すべき第一原料液の粘度を調整する手段の一つである。
The
原料液200は、コンデンサの必要とする容量や特性、回路基板の用途などによって好適な原料液200が選定される。
As the
例えば第一原料液としては、エポキシ系樹脂や、ポリイミド系樹脂、LCP(液晶ポリマー)樹脂などに、有機溶媒を溶解、混合するものが例示できる。また、当該溶液に、無機の強誘電体材料を混入してもよい。強誘電体材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)や酸化チタンなど等であり、また、Mg、Ca、Nb、Co、Mn、Ni、Si、B、Bi、Zn、Cu、Ho、Zr、HfおよびSrの群から選ばれる少なくとも1種類の元素を含むチタン酸等でもよい。 For example, as a 1st raw material liquid, what melt | dissolves and mixes an organic solvent in an epoxy resin, a polyimide resin, a LCP (liquid crystal polymer) resin etc. can be illustrated. Further, an inorganic ferroelectric material may be mixed in the solution. Examples of the ferroelectric material include barium titanate (BaTiO 3 ) and titanium oxide, and Mg, Ca, Nb, Co, Mn, Ni, Si, B, Bi, Zn, Cu, Ho, Zr, It may be titanic acid containing at least one element selected from the group of Hf and Sr.
さらに、他の誘電体材料としては、誘電率の高い物質が好ましいと考えられる。ただし、本願発明に係るコンデンサの製造方法を用いると、第一短繊維が不織布状に堆積して誘電体層を形成するため、単に物質の誘電率だけでコンデンサの特性が決定しないのであらゆる物質に誘電体材料としての可能性があるとも考えられる。現在、誘電体材料として例示できる物質は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等である。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Furthermore, as another dielectric material, a substance having a high dielectric constant is considered preferable. However, when the capacitor manufacturing method according to the present invention is used, the first short fibers are deposited in a non-woven fabric to form a dielectric layer. It is also considered that there is a possibility as a dielectric material. Currently, examples of the dielectric material include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyvinylidene fluoride, Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, polycaprolactone, Examples thereof include polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, and polypeptide. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
また、他の無機質固体材料としては、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を例示することができる。これらの無機物を混入することで、誘電体層の特性を調整することが可能となる。例えば、金属など導電物質を混入することで、誘電体層の電気的特性(誘電率など)や、機械的、物理的特性(耐熱性や耐候性、経時的安定性、温度特性など)を調整することも可能である。 Examples of other inorganic solid materials include metals, oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, sulfides, and the like. By mixing these inorganic substances, it is possible to adjust the characteristics of the dielectric layer. For example, the electrical properties (dielectric constant, etc.), mechanical and physical properties (heat resistance, weather resistance, stability over time, temperature characteristics, etc.) of the dielectric layer can be adjusted by mixing conductive materials such as metals. It is also possible to do.
無機質固体材料の具体例としては、Al2O3、SiO2、TiO2、Li2O、Na2O、MgO、CaO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、SnO2、ZrO2、K2O、Cs2O、ZnO、Sb2O3、As2O3、CeO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、HfO2、Nb2O5等を挙示できる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Specific examples of the inorganic solid material include Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, B 2 O 3 , P 2 O 5 , SnO 2 , ZrO. 2 , K 2 O, Cs 2 O, ZnO, Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , CeO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 , Nb 2 O 5 and the like. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
使用できる溶媒としては、原料液200が空間を飛行中に蒸発(揮発)するものが好ましい。具体的には、アセトニトリル、トルエン、ジクロロメタン、メタノール、エタノールなどのアルコール、アセトンなどが例示できる。さらには、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。
As the solvent that can be used, a solvent in which the
また、第二原料液としては、導電体材料としての有機質バインダーを有機溶媒と混合して得られる溶液を用いればよい。有機質バインダーとしては、従来、積層セラミックコンデンサの内部電極用ペーストに用いられてきたメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル樹脂、酢酸ビニル− アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂誘導体等が例示できる。また、これら樹脂を単独若しくは2種以上混合して使用してもよい。 Moreover, what is necessary is just to use the solution obtained by mixing the organic binder as a conductor material with an organic solvent as a 2nd raw material liquid. Examples of organic binders include cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohols, polyvinyl pyrrolidones, acrylic resins, vinyl acetate-acrylic ester Examples thereof include butyral resin derivatives such as coalescence and polyvinyl butyral. Moreover, you may use these resin individually or in mixture of 2 or more types.
これらの樹脂を溶解、分散させる溶剤としては、例えば、ジオキサン、ヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、テルピネオール、ベンジルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等を例示することができる。また、これらは単独でも2種以上混合して使用してもかまわない。 Examples of the solvent for dissolving and dispersing these resins include dioxane, hexane, toluene, ethyl cellosolve, cyclohexanone, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diacetone alcohol, terpineol, Examples include benzyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
また、オクチル酸NiなどNiレジネート化合物とアクリル樹脂など有機バインダーとを主成分とするNiレジネート塗料を用いてもかまわない。 Further, a Ni resinate paint mainly composed of a Ni resinate compound such as Ni octylate and an organic binder such as an acrylic resin may be used.
また、上記誘電体材料など導電性を有さない有機物質に、金属などの導電物質を混入させ、生成される第二短繊維全体として導電性を付与するものでもかまわない。 Alternatively, a conductive material such as a metal may be mixed into an organic material that does not have conductivity, such as the dielectric material, and conductivity may be imparted to the entire generated second short fiber.
次に、上記層形成装置100を用いて、基板210に誘電体材料からなる第一短繊維、または、導電体材料からなる第二短繊維を堆積させる誘電体層と導電体層とを形成してコンデンサを製造する方法を説明する。
Next, using the
図3は、インラインに配置された複数の層形成装置を模式的に示す図である。
図4は、層形成の様子を段階的に示す模式図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a plurality of layer forming apparatuses arranged inline.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of layer formation step by step.
(誘電体層の形成)
以下のようにして誘電体層形成ステップを実行する。まず、基板210を誘電体層形成用の層形成装置100aに配置し、基板210上に事前に設けられる電極a(図4(a)参照)と電界発生電源105とを接続する。
(Formation of dielectric layer)
The dielectric layer forming step is executed as follows. First, the
これにより、基板210上の電極aが電界発生電極104として機能する。なお、基板上の電界発生電極104と電界発生電源105との接続は、回路基板として完成した際に表面実装される電子部品と接続するために、基板210の厚さ方向に貫通するように設けられる貫通電極151(ビアホールなど)を用いればよい。
As a result, the electrode a on the
次に、必要な誘電体材料や溶媒などを原料供給源120aに投入し、第一原料液200aを製造する。
Next, necessary dielectric materials, solvents, and the like are charged into the raw
次に、電荷供給電源103と、電界発生電源105と、電界制御電源107と、マスク電源202とを動作させる。これにより、吐出された第一原料液200aが基板210の方向に飛行するような電界が発生する(第一電界発生ステップ)。
Next, the charge
次に、第一原料液200aを第一吐出口108から吐出させ(第一吐出ステップ)、同時にガスを流体ノズル口109から吐出させる。
Next, the first raw material liquid 200 a is discharged from the first discharge port 108 (first discharge step), and at the same time, gas is discharged from the
ここで、第一吐出口108から吐出される第一原料液200aは、電荷供給電源103に接続される第一吐出体101を通過し、当該通過の際に電荷が供給され帯電する(第一帯電ステップ)。
Here, the first raw material liquid 200a discharged from the
以上により、帯電した第一原料液200aは、2流体ノズルの効果によって、かなり小さな粒となって飛散する。 As described above, the charged first raw material liquid 200a is scattered as quite small particles due to the effect of the two-fluid nozzle.
次に、小さな粒子の第一原料液200aは、電界(電気力線)に沿って、基板210方向に力が加えられ、基板210に向かって飛行する。また、第一原料液200aが空間を飛行中に静電爆発が生じ、第一原料液200aの粒子が繊維状に細分化される(第一短繊維形成ステップ)。
Next, the first raw material liquid 200 a having small particles is applied with a force in the direction of the
ここで静電爆発とは次のような現象を意味する。すなわち、帯電した第一原料液200aが空間中を飛行する際に、溶媒が蒸発する。そして、溶媒が蒸発するに伴い空間中を飛行中の第一原料液200aの電荷密度が上昇する。電荷密度が高まった第一原料液200aに発生する反発方向のクーロン力が第一原料液200aの表面張力より勝った時点で第一原料液200aが爆発し、第一原料液200aが繊維状に細分化される。 Here, electrostatic explosion means the following phenomenon. That is, the solvent evaporates when the charged first raw material liquid 200a flies through the space. Then, as the solvent evaporates, the charge density of the first raw material liquid 200a in flight in the space increases. The first raw material liquid 200a explodes when the repulsive Coulomb force generated in the first raw material liquid 200a having an increased charge density exceeds the surface tension of the first raw material liquid 200a, and the first raw material liquid 200a becomes fibrous. Subdivided.
この静電爆発が、空間においてねずみ算式に次々と発生することで、非常に微小な第一原料液200aが第一短繊維に変化していく。 As the electrostatic explosions occur one after another in the space, the very small first raw material liquid 200a changes to the first short fibers.
以上により、第一吐出体101と基板210との間の空間は、微小な粒子の第一原料液200aから第一短繊維までが分布している。
As described above, in the space between the
最後に、マスク手段201の貫通孔203を通過した誘電体材料からなる第一短繊維が基板210上の電界発生電極104上の所定箇所に堆積する(第一堆積ステップ)(図4(b)参照)。
Finally, a first short fiber made of a dielectric material that has passed through the through
(第二導電体層の形成)
次に、導電体層を形成するために、誘電体層が形成された基板210を導電体層形成用の層形成装置100bに移動させて配置し、電極aと電界発生電源105とを接続する。なお、ここで形成される導電体層は、電極bと電気的に接続される第二導電体層となる。
(Formation of second conductor layer)
Next, in order to form the conductor layer, the
次に、必要な導電体材料や溶媒などを原料供給源120bに投入し、第二原料液200bを製造する。
Next, necessary conductor materials, solvents, and the like are charged into the raw
次に、電荷供給電源103と、電界発生電源105と、電界制御電源107と、マスク電源202とを動作させる。これにより、吐出された第二原料液200bが基板210の方向に飛行するような電界が発生する(第二電界発生ステップ)。
Next, the charge
次に、第二原料液200bを第一吐出口108から吐出させ(第二吐出ステップ)、同時にガスを流体ノズル口109から吐出させる。
Next, the second raw material liquid 200 b is discharged from the first discharge port 108 (second discharge step), and at the same time, gas is discharged from the
ここで、第一吐出口108から吐出される第二原料液200bは、電荷供給電源103に接続される第一吐出体101を通過し、当該通過の際に電荷が供給され帯電する(第二帯電ステップ)。
Here, the second raw material liquid 200b discharged from the
次に、噴霧された第二原料液200bは、電界(電気力線)に沿って、基板210方向に力が加えられ、基板210に向かって飛行する。また、第二原料液200bが空間を飛行中に静電爆発が生じ、第二原料液200bの粒子が繊維状に細分化される(第二短繊維形成ステップ)。この静電爆発が、空間においてねずみ算式に次々と発生することで、非常に微小な第二原料液200bが第二短繊維に変化していく。
Next, the sprayed second raw material liquid 200 b is applied with a force in the direction of the
最後に、マスク手段201の貫通孔203を通過した誘電体材料からなる第一短繊維が基板210上の電界発生電極104上の所定箇所に堆積する(第二堆積ステップ)(図4(c)参照)。
Finally, a first short fiber made of a dielectric material that has passed through the through
ここで、第二堆積ステップにおけるマスク手段201の貫通孔203の位置は、図4(c)に示すように、先に堆積された誘電体層からは電極b側に若干ずれた状態で配置されている。そして当該第二堆積ステップでは、誘電体層から電極b側にはみ出るように導電体層となる第二短繊維を堆積している。
Here, the position of the through
これにより、電極bと導電体層とを電気的に接続することが可能となる。 Thereby, it becomes possible to electrically connect the electrode b and the conductor layer.
(誘電体層の形成)
次に、誘電体層を形成するために、先の工程で導電体層が形成された基板210を誘電体層形成用の層形成装置100cに移動させ、上記と同様にして誘電体層を形成する(図4(d)参照)。
(Formation of dielectric layer)
Next, in order to form the dielectric layer, the
この場合、電極bおよび第二導電体層が電界発生電極104とすればよい。もっとも上位の層に第二導電体層が位置しているからである。
In this case, the electrode b and the second conductor layer may be the electric
(第一導電体層の形成)
さらに、導電体層を形成するために、誘電体層が形成された基板210を導電体層形成用の層形成装置100dに移動させ、上記と同様にして導電体層を形成する(図4(e)参照)。
(Formation of the first conductor layer)
Further, in order to form the conductor layer, the
ここで、当該第二堆積ステップにおけるマスク手段201の貫通孔203の位置は、図4(e)に示すように、先に堆積された誘電体層からは電極a側に若干ずれた状態で配置されており、先に導電体層を形成した第二堆積ステップ(図4(c)参照)とは、誘電体に対しずれる方向を異にしている。そして当該第二堆積ステップでは、誘電体層から電極a側にはみ出るように導電体層となる第二短繊維を堆積している。
Here, the position of the through
さらに、図4(f)、図4(g)に示すように、順次誘電体層と導電体層とを形成していけば、図5に示すように誘電体層、及び導電体層は、静電爆発により形成されたナノファイバ(短繊維)からなる不織布状の薄膜からなるコンデンサを製造することができる。 Furthermore, as shown in FIG. 4 (f) and FIG. 4 (g), if the dielectric layer and the conductor layer are sequentially formed, the dielectric layer and the conductor layer as shown in FIG. A capacitor made of a non-woven thin film made of nanofibers (short fibers) formed by electrostatic explosion can be manufactured.
さらに、誘電体層から交互にはみ出すように導電体層を形成することで、導電体層は、電極aにつながる第一導電体層と電極bにつながる第二導電体層とを交互に備え、第一導電体層は、電極a方向の端部が接続された櫛歯状に形成され、第二導電体層は、電極b方向の端部が接続された櫛歯状に形成されたコンデンサを製造することができる。 Furthermore, by forming the conductor layer so as to protrude alternately from the dielectric layer, the conductor layer alternately includes a first conductor layer connected to the electrode a and a second conductor layer connected to the electrode b, The first conductor layer is formed in a comb-teeth shape connected to the end in the electrode a direction, and the second conductor layer is a capacitor formed in a comb-teeth shape connected in the electrode b direction. Can be manufactured.
以上のようにして、基板210上にコンデンサを製造した後、基板210のコンデンサが形成される部分以外に、回路基板を構成する各層を設け、図6に示すように、コンデンサを内包した回路基板を形成することが可能となる。
After the capacitor is manufactured on the
以上の方法でコンデンサを製造すれば、静電爆発により得られる直径が300nm以下のナノファイバ(短繊維)が不織布状に堆積された誘電体層が形成される。この誘電体層は、多孔質であり非常に表面積が広くなる。従って、誘電体層の孔の部分に存在する空気も誘電体層として機能させることが可能となり、静電容量の高いコンデンサを製造することが可能となる。 When the capacitor is manufactured by the above method, a dielectric layer in which nanofibers (short fibers) having a diameter of 300 nm or less obtained by electrostatic explosion are deposited in a nonwoven fabric shape is formed. This dielectric layer is porous and has a very large surface area. Accordingly, air existing in the hole portion of the dielectric layer can also function as the dielectric layer, and a capacitor having a high capacitance can be manufactured.
さらに、ナノファイバが不織布状に堆積された導電体層を形成することにより、電荷を保持するための表面積が広くなるため、コンパクトかつ静電容量の高いコンデンサを製造することが可能となる。 Furthermore, by forming a conductor layer in which nanofibers are deposited in a non-woven form, the surface area for holding electric charges is widened, so that it is possible to manufacture a compact and high-capacitance capacitor.
また、上記コンデンサ製造方法によれば、過熱するための炉や基板を真空中に配置するためのチャンバなど大規模な設備は必要とならず、容易にコンデンサを製造することができる。しかも、コンデンサにおける層の数や層の状態を容易に調整することができ、静電容量の調整を容易に行うことが可能となる。 Further, according to the above capacitor manufacturing method, a large-scale facility such as a furnace for superheating and a chamber for placing a substrate in a vacuum is not required, and the capacitor can be manufactured easily. In addition, the number of layers and the state of the layers in the capacitor can be easily adjusted, and the capacitance can be easily adjusted.
さらに、上記方法により形成されたコンデンサを回路基板に内包すれば、比較的低温でコンデンサが形成されるため、基板210の材質としてセラミクスばかりでなく樹脂を採用してもよく、回路基板の柔軟性や軽量性を向上させることが可能となる。また、小型かつ静電容量の高いコンデンサが形成されるため、回路基板全体の厚みを薄くすることが可能である。
Furthermore, if the capacitor formed by the above method is included in the circuit board, the capacitor is formed at a relatively low temperature. Therefore, not only ceramics but also resin may be adopted as the material of the
なお、上記実施の形態では、導電体層をナノファイバで形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、金属の吹きつけなどにより導電体層を形成してもかまわない。 In the above embodiment, the conductor layer is formed of nanofibers, but the present invention is not limited to this. For example, the conductor layer may be formed by spraying metal.
また、上記誘電体層をセパレータとし、回路基板内のコンデンサが形成されている空間に電解液を充填し、電解コンデンサとすることも可能である。 It is also possible to use the dielectric layer as a separator and fill the space in the circuit board where the capacitor is formed with an electrolytic solution to form an electrolytic capacitor.
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について、図面に基づき説明する。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 will be described with reference to the drawings.
図7は、実施の形態2にかかる層形成装置を概略的に示す断面図である。
同図に示すように、層形成装置100は、装置構成において上記実施の形態1と近似している。従って、同一の機能を有する部材などはその説明を省略する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the layer forming apparatus according to the second embodiment.
As shown in the figure, the
層形成装置100は、第一吐出体101と、電荷供給電極131と、マスク手段としても機能する電界発生電極104と、電界発生電源105と、チャンバ230と、チャンバ電源220とを備えている。
The
第一吐出体101は、原料液200を噴霧することのできる装置であり、テーパ形状の先端に噴霧用の微小な第一吐出口108が設けられている。第一吐出体101は、チャンバ230の天井から垂れ下がるL字状の取り付け部材に取り付けられている。
The
電荷供給電極131は、原料液200に電荷を供給するための電荷供給手段の一つであり、本実施の形態では第一吐出体101内部を通過する原料液200に対し電荷を付与するものとなっている。電荷供給電極131は、電荷供給電源103と接続されている。
The
電界制御板106は、第一吐出体101から噴霧された原料液200の極性と同じ極性の電位が印加されることで、噴霧され乱雑に飛行しようとする原料液200を電場の形成により所定の方向に誘導する部材である。電界制御板106は、中空の真球の一部の形状であり、いわゆるお椀を伏せた状態でチャンバ230につり下げられた状態で取り付けられている。電界制御板106の上端部には円形の孔が設けられており、当該孔の中心に第一吐出体101が配置されている。換言すれば、前記孔の中心に配置されている第一吐出体101を取り囲むように電界制御板106が配置されている。チャンバ230と電界制御板106とは絶縁状態となっている。
The electric
この電界制御板106の存在により、噴霧された原料液200の量に対する堆積した素子材料の量を向上させることが可能となる。
The presence of the electric
電界発生電極104は、基板210の所定の電極に電荷を誘導する板状の部材であり、図8(a)に示すように、必要な部分のみ貫通孔203が設けられ、マスク手段201としても機能している。ここで、図8(a)のハッチングは、電界発生電極104の実体部分であることを示している。また、電界発生電極104は、2層構造となっており、図8(b)に示すように、絶縁体層141と、導電体層142を備えている。絶縁体層141を、電界制御板106側に配置すると、電界制御板106側から導電体層142が見えなくなり、電界制御板106から電界発生電極104に向かって直接電界(電気力線)が発生しなくなる。
The electric
チャンバ230は、原料液200にほこりなどが混入することを回避するための箱体であり、少なくとも内面は、導電性の物質で構成されている。チャンバ230は、原料液200を堆積している状態では、原料液200と同極性の電位がチャンバ電源220により付与され、原料液200の堆積に必要な電場の形成に寄与している。また、チャンバ230は、原料液200の堆積が終了した状態では、原料液200と逆極性の電位がチャンバ電源220により付与され、チャンバ230内の空間に残存する原料液200を吸着して、チャンバ230内の清浄度を上昇させる。つまり、チャンバ230が吸着部材として機能する。また、種々の部材が帯電し、コロナ放電など異常な放電の発生が懸念されるときは、チャンバ230に交流電圧がチャンバ電源220により付与され、種々の部材の除電が行われる。
The
原料供給源120は、第一吐出体101に原料液200を供給する装置であり、原料タンク123と、ポンプ124とを備えている。
The raw
原料タンク123は、第一原料液、または、第二原料液を貯蔵するタンクである。
ポンプ124は、第一吐出体101から原料液200を噴霧するために必要な圧力を原料液200に付与するポンプである。
The
The
次に、実施の形態2にかかる層形成装置100を用いた層の形成方法を説明する。
まず、基板210を層形成装置100に配置し、基板210上に予め設けられた回路パターンとしての電極を接地する。
Next, a layer forming method using the
First, the
次に、電荷供給電源103と、電界発生電源105と、電界制御電源107とを動作させる。これにより、吐出された原料液200が基板210の方向に飛行するような電界が発生する(第一電界発生ステップ、第二電界発生ステップ)。
Next, the charge
ここで、本実施の形態2では、電界発生電源105により電界発生電極104の導電体層142に、接地電位に対し、高電圧を印加する。これにより、基板210上の電極には電荷が誘導される。
Here, in the second embodiment, a high voltage is applied to the
次に、原料液200を第一吐出口108から吐出させ(第一吐出ステップ、第二吐出ステップ)る。
Next, the
ここで、第一吐出口108から吐出される原料液200は、電荷供給電源103に接続される電荷供給電極131により電荷が供給され帯電する(第一帯電ステップ、第二帯電ステップ)。
Here, the
次に、小さな粒子の原料液200は、電界(電気力線)に沿って、基板210方向に力が加えられ、基板210に向かって飛行する。
Next, the small-particle
また、原料液200が空間を飛行中に静電爆発が生じ、原料液200の粒子がさらに繊維状に細分化される。
Further, electrostatic explosion occurs while the
以上により、第一吐出体101と基板210との間の空間は、微小な粒子の原料液200が分布している。
As described above, in the space between the
最後に、誘電体材料、または、導電体材料(かなり溶媒が蒸発した)が基板210上の電界発生電極104上の所定位置に堆積する(第一堆積ステップ、第二堆積ステップ)。
Finally, a dielectric material or a conductive material (the solvent has considerably evaporated) is deposited at a predetermined position on the electric
以上のようにしてナノファイバとなった誘電体材料、または、ナノファイバとなった導電体材料を堆積し不織布状の層を形成することで、必要な箇所にのみコンデンサを形成するための誘電体層、または、導電体層を形成することが可能となる。 Dielectric material for forming capacitors only where needed by depositing the dielectric material that became nanofibers or the conductive material that became nanofibers to form a non-woven layer. A layer or a conductor layer can be formed.
本実施の形態によれば、基板210の電極自体は接地電位であるため、異常放電などにより基板210や、コンデンサの各層が損傷することを可及的に回避することが可能となる。
According to the present embodiment, since the electrode of the
本発明は、キャパシタであるコンデンサの製造に利用でき、特に回路基板内に内包されるコンデンサの製造に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for manufacturing a capacitor that is a capacitor, and in particular, can be used for manufacturing a capacitor included in a circuit board.
100 層形成装置
101 第一吐出体
102 ノズル
103 電荷供給電源
104 電界発生電極
105 電界発生電源
106 電界制御板
107 電界制御電源
108 第一吐出口
109 流体ノズル口
111 ガス供給源
120 原料供給源
121 ホッパー
122 ヒータ
123 タンク
124 ポンプ
131 電荷供給電極
141 絶縁体層
142 導電体層
151 貫通電極
200 原料液
200a 第一原料液
200b 第二原料液
201 マスク手段
202 マスク電源
203 貫通孔
210 基板
220 チャンバ電源
230 チャンバ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記誘電体層を形成する誘電体層形成ステップは、
誘電体材料を含む第一原料液を吐出口より吐出する第一吐出ステップと、
前記第一原料液を帯電させる第一帯電ステップと、
前記吐出口と前記導電体層との間に、帯電した前記第一原料液が前記導電体層に向かって飛行する方向に電界を発生させる第一電界発生ステップと、
前記飛行中の第一原料液が静電爆発することにより前記誘電体材料を第一短繊維に形成する第一短繊維形成ステップと、
透過孔を備えるマスク手段を用い、前記透過孔を通過した前記第一短繊維を前記導電体層上に堆積させる第一堆積ステップとを含み
前記導電体層を形成する導電体層形成ステップは、
導電体材料を含む第二原料液を吐出口より吐出する第二吐出ステップと、
前記第二原料液を帯電させる第二帯電ステップと、
前記吐出口と前記誘電体層との間に、帯電した前記第二原料液が前記誘電体層に向かって飛行する方向に電界を発生させる第二電界発生ステップと、
前記飛行中の第二原料液が静電爆発することにより前記導電体材料を第二短繊維に形成する第二短繊維形成ステップと、
透過孔を備えるマスク手段を用い、前記透過孔を通過した前記第二短繊維を前記誘電体層上に堆積させる第二堆積ステップとを含む
コンデンサ製造方法。 A capacitor manufacturing method including a conductor layer forming step and a dielectric layer forming step,
The dielectric layer forming step for forming the dielectric layer comprises:
A first discharge step of discharging a first raw material liquid containing a dielectric material from a discharge port;
A first charging step for charging the first raw material liquid;
A first electric field generating step for generating an electric field in a direction in which the charged first raw material liquid flies toward the conductor layer between the discharge port and the conductor layer;
A first short fiber forming step of forming the dielectric material into the first short fibers by electrostatic explosion of the first raw material liquid in flight;
Using the mask means comprising a transmission hole, saw including a first deposition step of depositing the first short fibers having passed through the transmitting hole in the conductor layer
The conductor layer forming step for forming the conductor layer includes:
A second discharge step of discharging the second raw material liquid containing the conductor material from the discharge port;
A second charging step for charging the second raw material liquid;
A second electric field generating step for generating an electric field in a direction in which the charged second raw material liquid flies toward the dielectric layer between the discharge port and the dielectric layer;
A second short fiber forming step in which the conductive material is formed into second short fibers by electrostatic explosion of the second raw material liquid in flight;
And a second deposition step of depositing the second short fibers that have passed through the transmission hole on the dielectric layer using a mask means having a transmission hole .
一の第二堆積ステップでは、誘電体層から一方向にはみ出るように前記第二短繊維を堆積させ、
前記一の第二堆積ステップに隣り合う導電体層を形成する他の第二堆積ステップでは、誘電体層から他方向にはみ出るように前記第二短繊維を堆積させる
請求項1に記載のコンデンサ製造方法。 A method of manufacturing a capacitor in which the second deposition step is repeated a plurality of times,
In one second deposition step, the second short fibers are deposited so as to protrude in one direction from the dielectric layer,
In another second deposition step of forming a conductive layer adjacent to the one second deposition step, the capacitor manufacture according to claim 1 of depositing said second short fibers so as to extend to the outside of the other direction from the dielectric layer Method.
前記誘電体層は、静電爆発により形成された短繊維からなる不織布状の薄膜を備え、
前記導電体層は、静電爆発により形成された短繊維からなる不織布状の薄膜を備え
るコンデンサ。 A capacitor comprising a plurality of conductor layers and a plurality of dielectric layers in a layer form,
The dielectric layer comprises a non-woven thin film made of short fibers formed by electrostatic explosion ,
The capacitor, wherein the conductor layer includes a non-woven thin film made of short fibers formed by electrostatic explosion .
第一導電体層は、一方向の端部が接続された櫛歯状に形成され、
第二導電体層は、他方向の端部が接続された櫛歯状に形成される
請求項3に記載のコンデンサ。 The conductor layer comprises a first conductor layer and a second conductor layer alternately,
The first conductor layer is formed in a comb-like shape with end portions in one direction connected,
The capacitor according to claim 3 , wherein the second conductor layer is formed in a comb-teeth shape in which ends in other directions are connected.
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