JPWO2018212044A1 - 電磁シールドを有する電子部品およびその製造方法 - Google Patents

電磁シールドを有する電子部品およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

電磁シールドを有する新規な電子部品を提供する。電磁シールドを有する電子部品であって、電子部品の本体部と、前記本体部の表面を被覆し、電磁シールドとして機能するコーティング層とを含み、前記コーティング層が、複数の層を含む層状材料を含み、各層が、以下の式:Mn+1Xn(式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、nは、1、2または3である)で表され、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の修飾または終端Tを有する、電子部品。

Description

本発明は、電磁シールドを有する電子部品およびその製造方法に関する。
従来、電子機器等から電磁波(電磁ノイズ)が発生して空間伝導し、他の電子機器等に障害を与えることを防止するために、電磁シールドが使用されている。かかる電磁シールドを構成するための材料(以下、単に「電磁シールド材料」とも言う)として、金属やカーボンなどの導電性材料が用いられている。
携帯型の電子機器では、電子回路基板用の電磁シールドが電子機器の内部に配置されている。かかる電磁シールドとして、金属層を有する電磁シールドフィルムが知られている(特許文献1)。電磁シールドフィルムは、複数の電子部品が実装された電子回路基板の全面を覆うように設けられる。
近年、電子回路基板の高密度実装化により、電子回路で発生した電磁波が、その電子回路に備えられる電子部品に障害を与え得るという問題が生じるようになった。かかる現象は「自家中毒」とも称され、これを防止するために、個々の電子部品に電磁シールドを設けることが求められている。しかしながら、電磁シールドフィルムでは、サイズが小さい個々の電子部品を適切かつ十分に覆うことは困難である。
そこで、例えば、金属微粒子をフィラーとしてペースト状に分散させた金属ペーストを電磁シールド材料として用いて、1つの電子部品の表面に金属ペーストをディスペンサより吐出して金属層を形成することが提案されている(特許文献2の第0034段落)。また、1つの電子部品の表面に無電解めっきにより金属めっき膜を形成することも提案されている(特許文献3)。
国際公開第2013/077108号 特開2004−6973号公報 特開2014−123619公報 米国特許出願公開第2016/0360616号明細書 国際公開第2016/049109号
Faisal Shahzad, et al., "Electromagnetic interference shielding with 2D transition metal carbides (MXenes)", Science, 09 Sep 2016, Vol. 353, Issue 6304, pp. 1137-1140
しかしながら、上記した金属微粒子を含む金属ペーストをディスペンサより吐出して金属層を形成する方法では、一般的に、金属ペーストが電子部品の上に大量に供給され、金属ペースト中に電子部品が包埋された状態となるので、電子部品の表面に比較的薄いコーティング層として電磁シールドを形成するのに適さない。また、金属ペーストは、一般的に球形の金属微粒子が分散したものであるので、金属微粒子間に隙間が存在し易く、電磁波が透過し易いので、高いシールド効果を得ることができない。
また、上記した電子部品に無電解めっきにより金属めっき膜を形成する方法では、電子部品をめっき液(酸性またはアルカリ性であり得る)に浸漬するため、めっき液が電子部品に浸透したり、電子部品内に侵入したりして、電子部品の劣化や故障を招き得る。これを防止するには、封止や保護フィルムの適用等が必要となり、電子部品の製造工程が煩雑になる。
ところで、新たな電磁シールド材料として、二次元材料の1種であるグラフェンを利用した電磁シールド材料が知られている(特許文献4)。例えば、板状ナノグラフェンを液状媒体に分散させた導電性インクを用いて、薄膜や可撓性基材上に導電性インクを印刷してコーティング層としたものを、電磁シールドとして利用可能であることが知られている(特許文献4)。かかるグラフェン含有導電性インクは、導電性が十分でないため、電子部品の表面に適用したとしても、十分なシールド効果を得ることは困難であると考えられる。また、グラフェンは、その製法上、疎水性基および親水性基が表面に混在したものになるのが避けられず、このため、グラフェンと親和性の高い溶媒を選択することが困難であり、電子部品の表面に適用したとしても、濡れ広がり難く、厚さの均一なコーティング層を形成することは困難であると考えられる。
近年、高い導電性と高い熱伝導性を有する新規材料としてMXeneが注目されている(特許文献5)。MXeneは、いわゆる二次元材料の1種であり、後述するように、複数の層の形態を有する層状材料であって、各層は、Mn+1(式中、Mは少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、Xは炭素原子および/または窒素原子であり、nは1、2または3である)で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の表面に、例えば水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子などの終端(または修飾)Tを有する材料である。MXeneは、MXene単体のフィルムの形態で、またはMXene−ポリマー複合体のフィルムの形態で、単位厚さ当たりのシールド効果(EMI SE)が高いことが報告されている(非特許文献1)。より詳細には、MXeneの1つであるTi単体のフィルムの場合およびTi−アルギン酸ナトリウム複合体のフィルムの場合の双方において、10μm程度のフィルム厚さで、シールド効果50dB程度が得られている(非特許文献1のFig.4A参照)。しかしながら、かかるフィルムは、個々の電子部品に対して電磁シールドを提供する際、フィルムを折りたたみながら電子部品をフィルムに包み込む必要があり、プロセスが煩雑であるため、電子部品の電磁シールドに利用するのは困難である。
本発明者らは、かかる状況下、電磁シールドを有する新規な電子部品を提供すべく、更なる鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。
本発明の1つの要旨によれば、電磁シールドを有する電子部品であって、
(a)電子部品の本体部と、
(b)前記本体部の表面を被覆し、電磁シールドとして機能するコーティング層と
を含み、前記コーティング層が、複数の層を含む層状材料を含み、各層が、以下の式:
n+1
(式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、
Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、
nは、1、2または3である)
で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の修飾または終端Tを有する、電子部品が提供される。なお、電磁シールドは、EMI(Electromagnetic Interference)シールドとも称され得る。
本発明の電子部品においては、上記所定の層状材料(本明細書において「MXene」とも言う)を含むコーティング層を電磁シールドとして電子部品の本体部の表面に設けており、MXeneは、高い導電性(特に電磁波吸収能)を有するうえ、親水性であるので、後述するように簡便で電子部品に悪影響を与えない方法により、厚さの均一なコーティング層を形成できて、高いシールド効果を得ることができ、この結果、かかるコーティング層を電磁シールドとして有する新規な電子部品を得ることができる。
本発明の1つの態様において、前記コーティング層は、水溶性および/または親水性の有機バインダを更に含み得る。
本発明の別の要旨によれば、電磁シールドを有する電子部品の製造方法であって、
(i)複数の層を含む層状材料であって、各層が、以下の式:
n+1
(式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、
Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、
nは、1、2または3である)
で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の修飾または終端Tを有する層状材料を、液状媒体(または流動性媒体、以下同様)に分散させた分散物を調製すること、および
(ii)前記分散物を電子部品の本体部の表面に適用して、前記分散物に由来するコーティング層を形成すること
を含む、製造方法が提供される。
本発明の1つの態様において、前記液状媒体は、水性溶媒および水溶性の有機バインダを含み得る。
本発明のもう1つの態様において、前記液状媒体は、親水性の有機バインダを含み得る。
本発明の1つの態様において、前記電子部品の本体部の表面は親水性であり得る。
本発明のもう1つの態様において、前記電子部品の本体部の表面は、予め親水化処理されたものであり得る。かかる態様において、前記親水化処理は、プラズマ処理、コロナ処理、紫外線照射、紫外線オゾン処理および親水性コーティング剤の適用から成る群より選択される少なくとも1つにより実施され得る。
本発明のもう1つの態様において、前記工程(ii)におけるコーティング層の形成は、前記分散物から前記液状媒体を少なくとも部分的に除去すること、または前記分散物を少なくとも部分的に硬化させることにより実施され得る。
本発明によれば、MXeneを含むコーティング層を電磁シールドとして電子部品の本体部の表面に設けており、MXeneは、高い導電性(特に電磁波吸収能)を有するうえ、親水性であるので、簡便で電子部品に悪影響を与えない方法により、厚さの均一なコーティング層を形成できて、高いシールド効果を得ることができ、この結果、かかるコーティング層を電磁シールドとして有する新規な電子部品を得ることができる。また、本発明によれば、かかる電子部品の製造方法も提供される。
本発明の1つの実施形態における電磁シールドを有する電子部品を示す概略模式断面図である。 図1の電磁シールドを有する電子部品の領域Xの部分を示す拡大概略模式断面図である。 本発明の1つの実施形態における電磁シールドに利用可能な層状材料であるMXeneを示す概略模式断面図である。 本発明の実施例における試験の結果を示す写真である。 本発明の比較例における試験の結果を示す写真である。
本発明の電磁シールドを有する電子部品およびその製造方法について、いくつかの実施形態を通じて以下に詳述するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
(実施形態1)
図1〜2を参照して、本実施形態の電磁シールドを有する電子部品20は、
(a)電子部品の本体部15と、
(b)上記本体部15の表面を被覆し、電磁シールドとして機能するコーティング層13と
を含み、上記コーティング層13が、複数の層を含む所定の層状材料を含む。
本実施形態において使用可能な所定の層状材料はMXeneであり、次のように規定される:
複数の層を含む層状材料であって、各層が、以下の式:
n+1
(式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、いわゆる早期遷移金属、例えばSc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、MoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種を含み得、
Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、
nは、1、2または3である)
で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の、好ましくは水酸基である修飾または終端Tを有する層状材料(これは「Mn+1」とも表され、sは任意の数であり、従来、sに代えてxが使用されることもある)。
かかるMXeneは、MAX相からA原子を選択的にエッチングすることにより得ることができる。MAX相は、以下の式:
n+1AX
(式中、M、Xおよびnは、上記の通りであり、Aは、少なくとも1種の第12、13、14、15、16族元素であり、通常はA族元素、代表的にはIIIA族およびIVA族であり、より詳細にはAl、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、SおよびCdからなる群より選択される少なくとも1種を含み得、好ましくはAlである)
で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、Mn+1で表される層の間に、A原子により構成される層が位置した結晶構造を有する。MAX相は、概略的には、n+1層のM原子の層の各間にX原子の層が1層ずつ配置され(これらを合わせて「Mn+1層」とも称する)、n+1番目のM原子の層の次の層としてA原子の層(「A原子層」)が配置された繰り返し単位を有する。MAX相からA原子が選択的にエッチングされることにより、A原子層が除去されて、露出したMn+1層の表面にエッチング液(通常、含フッ素酸の水溶液が使用されるがこれに限定されない)中に存在する水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子等が修飾して、かかる表面を終端する。
例えば、MAX相は、TiAlCであり、MXeneは、Tiである。
なお、本発明において、MXeneは、残留するA原子を比較的少量、例えば元のA原子に対して10質量%以下で含んでいてもよい。
図3に模式的に示すように、このようにして得られるMXene10は、Mn+1層1a、1b、1cが修飾または終端T 3a、5a、3b、5b、3c、5cで表面修飾または終端されたMXene層7a、7b、7c(これは「Mn+1」とも表され、sは任意の数である)を2つ以上有する層状材料であり得る(図中、3つの層を例示的に示しているが、これに限定されない)。MXene10は、かかる複数のMXene層が個々に分離されて存在するもの(単層構造体)であっても、複数のMXene層が互いに離間して積層された積層体(多層構造体)であっても、それらの混合物であってもよい。MXeneは、個々のMXene層(単層)および/またはMXene層の積層体の集合体(粒子、粉末またはフレークとも称され得る)であり得る。積層体である場合、隣接する2つのMXene層(例えば7aと7b、7bと7c)は、必ずしも完全に離間していなくてもよく、部分的に接触していてもよい。
本実施形態を限定するものではないが、MXeneの各層(上記のMXene層7a、7b、7cに相当する)の厚さは、例えば0.8nm以上5nm以下、特に0.8nm以上3nm以下であり(主に、各層に含まれるM原子層の数により異なり得る)、層に平行な平面(二次元シート面)内における最大寸法は、例えば0.1μm以上200μm以下、特に0.5μm以上100μm以下、より特に1μm以上40μm以下である。MXeneが積層体である場合、個々の積層体について、層間距離(または空隙寸法、図3中にdにて示す)は、例えば0.8nm以上10nm以下、特に0.8nm以上5nm以下、より特に約1nmであり、層の総数は、2以上であればよいが、例えば50以上100,000以下、特に1,000以上20,000以下であり、積層方向の厚さは、例えば0.1μm以上200μm以下、特に1μm以上40μm以下であり、積層方向に垂直な平面(二次元シート面)内における最大寸法は、例えば0.1μm以上100μm以下、特に1μm以上20μm以下である。なお、これら寸法は、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)写真に基づく数平均寸法(例えば少なくとも40個の数平均)として求められる。
MXeneは、キャリア密度(キャリア濃度)が極めて高く、面内方向に高い導電率を有すると共に、金属原子Mを含有していることから、(例えばグラフェンに比べて)厚さ方向の導電率も高い。厚さ方向の導電率が高いと、MXene(単層および/または積層体)同士の導通を得やすく、(例えばMXene単体でも、あるいは、MXeneを成形体材料に分散させた状態であっても)高いシールド効果を得ることができる。特に、MXeneは、層状材料であり、電磁波の内部多重反射により高い電磁波吸収能を有する。更に、MXeneは、金属原子Mを含有していることから、(例えばグラフェンに比べて)高い熱伝導性も有する。
加えて、MXeneは、表面修飾または終端Tを有し、かかるTは極性またはイオン性であり得ることから、高い親水性表面を有する。MXeneの表面における水の接触角は、例えば45度以下、代表的には20度以上35度以下であり得る。MXeneにおいて、修飾または終端Tは、Mn+1の結晶構造に応じて周期的または規則的に存在し得る(なお、グラフェンには、規則的に配置した極性またはイオン性の修飾または終端等が存在しない点に留意されたい)。
コーティング層13は、層状材料であるMXene10を含むものであればよい。コーティング層13におけるMXeneの含有割合は、例えば約50質量%以上100質量%以下であり得る。
加えて、コーティング層13は、他の成分を更に含んでいてよい。例えば、コーティング層13は、カーボンナノチューブを更に含んでいてよい。カーボンナノチューブは、グラフェンシートが単層または多層で管状に構成された材料であって、ナノオーダー以下の直径(外径)を有する。カーボンナノチューブを添加することにより、コーティング層13の導電性を向上させ、シールド特性を向上させることができる。カーボンナノチューブは、MXeneの複数の層の表面および/または隣接する2つの層間に担持されていてよい。カーボンナノチューブの寸法は適宜選択され得るが、平均直径は、例えば0.5nm以上200nm以下、特に1nm以上50nm以下であり得、平均長さは、例えば0.5μm以上200μm以下、特に1μm以上50μm以下であり得る。なお、これら寸法は、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)写真に基づく数平均寸法(例えば少なくとも40個の数平均)として求められる。
カーボンナノチューブの担持割合は、特に限定されないが、MXene100質量部に対して、例えば1質量部以上50質量部以下、特に1質量部以上10質量部以下であり得る。
また例えば、コーティング層13は、任意の適切な成形用材料12、例えばバインダおよび場合により添加剤(例えば粘度調節剤、硬化剤など)を含んでいてもよい。図2(図1に示す電子部品の領域Xの部分拡大図である)を参照して、成形用材料12にMXene10が分散されていてよく、MXene10は、成形用材料12に包埋され得、完全に被覆された状態および部分的に露出した状態のいずれであってもよい。
上記バインダは、水溶性および/または親水性の有機バインダであり得る。水溶性および/または親水性の有機バインダは、親水性表面を有するMXeneに対する濡れ性がよく、MXeneをその内部に分散させ易く、かつ、MXeneの層間に含浸させ易いため、好適に利用され得る。MXeneの積層体の場合、有機バインダがMXeneの層間に含浸することにより、MXeneの各層の層間距離が拡張され得るが、これに限定されない。
水溶性および/または親水性の有機バインダは、様々なものが存在し、豊富な種類から適宜選択され得る。水溶性の有機バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール等が挙げられる。親水性の有機バインダとしては、例えば、ポリピロール、(メタ)アクリル樹脂、セルロースなどのポリマーや、ポリビニルブチラール、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂、フェノール硬化型エポキシ樹脂、ポリウレタンなどの硬化性樹脂を使用できる。これらポリマー(もしくは高分子材料)および/または樹脂は、他のモノマーユニットを含んでいても、任意の適切な置換基および/または修飾基等を有していてもよい。
あるいは、コーティング層13は、実質的にMXene10から成っていてよく、MXene10の層および/または積層体間の隙間は空間になっていてもよい。
かかるコーティング層13は、電子部品20の本体部15の表面を少なくとも部分的に被覆するものであればよい。図1中、電子部品20の本体部15を簡素化して示しているが、電子部品20には、電極(図示せず)が任意の適切な数で備えられ得、電極は、例えばニッケル、銅、銀および/または金などで構成され得る。本実施形態を限定するものではないが、コーティング層13は、電子部品20の本体部15の表面のうち、できるだけ大部分、好ましくは実質的に全部を被覆することが好ましい(但し、コーティン層13は、電子部品20を動作させるための電極とは直接接触しないように配置され得るが、グランド電極とは直接接触して電気的に接続されていてもよい)。
コーティング層13の厚さは、使用するコーティング層の材料および所望されるシールド特性に応じて適宜選択され得るが、例えば0.1μm以上200μm以下、好ましくは1μm以上40μm以下であり得る。
電子部品20は、特に限定されるものではないが、例えば、チップ部品およびその他(例えばQFP、SOP、BGA等)の表面実装部品およびリード部品のいずれであってもよく、代表的にはチップ部品であり得、これらは電子部品単体であっても、基板上に実装されて電子回路基板を構成していてもよい。電子部品20の本体部15の表面は、任意の適切な材料で構成され得、例えば、セラミック、ガラス、プラスチックまたは樹脂(例えばエポキシ樹脂、ABS樹脂)、金属などであってよく、これらは、電子部品の電気特性を担う構成部材であっても、保護層、筐体、電極などであってもよい。
本実施形態の電子部品20は、高い導電性を有するMXeneを含むコーティング層13を有し、かかるコーティング層13は電磁シールドとして機能する。本実施形態の電子部品20が電磁波に曝された場合、MXeneにより電磁波を吸収および/または反射することができ、好ましくは、MXeneならではの多重反射により、高いシールド効果を得ることができる。また、MXeneは層状材料であり、コーティング層13においてMXeneが、コーティング層13と本体部15との界面に対して略平行に存在し易く(図2参照)、電磁波がMXeneの隙間を透過し難いので、高いシールド効果を得ることができる。
本実施形態の電子部品20において、コーティング層13は、上述のように親水性表面を有するMXene10を含み、全体として親水性を示すように構成される。コーティング層13で被覆される電子部品20の本体部15の表面は、親水性であり得、あるいは場合に応じて、簡便で電子部品に悪影響を与えない方法で予め親水化処理され得る。このように、MXene10と、それを含むコーティング層13および電子部品20の本体部15の表面を親水性にすることができ、本体部15の表面でコーティング層13の材料が十分に濡れ広がって親和するので、コーティング層13を均一な厚さで形成することができる。
(実施形態2)
本実施形態は、実施形態1にて上述した電磁シールドを有する電子部品を製造するための方法に関する。なお、特に説明のない限り、実施形態1にて説明した内容が、本実施形態においても同様に当て嵌まり得る。
まず、少なくともMXeneを液状媒体に分散させた分散物を調製する。MXeneは、実施形態1にて述べたものと同様のものを使用し得る。MXeneおよびカーボンナノチューブを液状媒体に分散させた分散物を調製してもよい。分散物は、コーティング液(「インク」とも称され得る)またはペーストの形態であり得る。
液状媒体は、水溶性および/または親水性の有機バインダ、水性溶媒、親水性有機溶媒のいずれかまたはそれらの2種以上の混合物であり得、適宜、添加剤等を含み得る。
例えば、液状媒体は、水性溶媒および水溶性の有機バインダを含むものであってよい(以下、かかる液状媒体を「水性液状媒体」とも言う)。水溶性の有機バインダは、実施形態1にて述べた材料を使用してよく、液状媒体において水性溶媒に溶けた状態で存在し得る。水性溶媒は、代表的には水であるが、これに限定されず、任意の適切な水ベースの組成物であってもよい。
また例えば、液状媒体は、親水性の有機バインダを含むものであってよい(以下、かかる液状媒体を「親水性液状媒体」とも言う)。親水性の有機バインダは、実施形態1にて述べた材料を使用してよく、液状媒体において単独で存在しても、親水性有機溶媒に溶けた状態で存在してもよい。親水性有機溶媒としては、例えばアルコール(代表的にはエタノール、メタノール)などが挙げられる。
かかる液状媒体は、水性または親水性であるので、親水性表面を有するMXeneに対する濡れ性がよく、MXeneをその内部に(分散剤を用いなくても)分散させ易く、かつ、MXeneの層間に含浸し易い。
その後、上記操作により得られるMXeneを液状媒体中に含む分散物を、電子部品の本体部の表面に適用する。
電子部品およびその本体部の表面は、実施形態1にて述べたものと同様であり得る。電子部品の本体部の表面が親水性である場合、そのままの表面に上記分散物を適用してよい。電子部品の本体部の表面が親水性でないか、親水性が十分に高くない場合、予め親水化処理を施して表面改質し、親水化処理された表面に上記分散物を適用してよい。親水化処理は、例えばプラズマ処理、コロナ処理、紫外線照射、紫外線オゾン処理および親水性コーティング剤の適用から成る群より選択される少なくとも1つにより実施され得る。かかる親水化処理は、いずれも簡便であり、電子部品に悪影響を与えないという利点がある。プラズマ処理、コロナ処理、紫外線照射、紫外線オゾン処理は、ドライプロセスで、真空下での実施を要さないという利点がある。これらの実施条件は、使用する本体部の表面に応じて適宜選択され得る。親水性コーティング剤の適用は、コーティング剤を電子部品の本体部の被コート表面に付着させればよく、使用する親水性コーティング剤にもよるが、常圧下にて比較的高い温度に曝すことなく実施できる。親水性コーティング剤としては、任意の適切な親水性コーティング剤を使用してよく、例えばLAMBICシリーズ(大阪有機化学工業株式会社製)などを使用できる。
分散物が適用される直前において、電子部品の本体部の表面おける水の接触角は、例えば45度以下、代表的には20度以上35度以下であり得る。
電子部品の本体部の表面への分散物の適用方法は、特に限定されないが、例えば塗布、浸漬、噴霧などにより実施してよい。これら適用方法は、極めて簡便である。
本実施形態によれば、上述のように親水性表面を有するMXeneと、水性または親水性の液状媒体と、電子部品の本体部の親水性の表面とを組み合わせているので、MXeneおよび液状媒体を含む分散物が、電子部品の本体部の表面で十分に濡れ広がって、均一な前駆体膜を形成することができる。このとき、電子部品の本体部の表面に適用された分散物(前駆体膜)中のMXeneは、通常の重力下では、MXeneの二次元シート面が電子部品の本体部の被コート表面の面内方向に対して略平行になるように配向され易い(図2参照)。なお、図1および図2は、電子部品の断面図であるが、側方から見た場合も上方または下方からみた場合も同様となる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、被コート表面とMxeneの二次元シート面との相互作用が、重力の影響よりも大きいものと理解され得る。
その後、本体部の表面に適用された分散物(前駆体膜)から、これに由来するコーティング層を形成する。かかるコーティング層は、均一な厚さを有し得る。
コーティング層の形成は、例えば、上記分散物から液状媒体を少なくとも部分的に除去する(例えば乾燥により溶媒を除去する)こと、または上記分散物を少なくとも部分的に硬化させる(例えば有機バインダを硬化させる)ことにより実施され得る。
以上により、図1に示すような電磁シールドとしてコーティング層13を有する電子部品20が製造される。本実施形態によれば、極めて簡便で、電子部品に悪影響を与えない方法により、厚さの均一なコーティング層を形成できて、高いシールド効果を得ることができる。
しかしながら、実施形態1にて上述した電磁シールドを有する電子部品は、実施形態2にて説明した製造方法に限られず、他の適切な方法により製造してもよい。
(試験)
次の手順でモデル実験を行った。
まず、試験片として、縦方向の長さ40mm、横方向の幅10mm、厚さ0.5mmの銅板に、縦方向の一方の端部(図4の位置Aに対応する。以下、「底部」という)から縦方向に高さ20mmの位置(図4の位置Bに対応する)までニッケルめっきを施したものを準備した。この試験片は、表面が親水性でない材料の例示的なモデルである。また、コーティング層を形成するためのコーティング液として、MXeneの1種であるTiの粉末(単層および/または数層のMXeneの黒色粉末、TEM写真に基づく数平均寸法で、積層方向の厚さ(単層の場合の厚さも含む平均値)は約200nmで、アスペクト比は約50以上100以下であった)を水に分散させた分散液(MXene含量 約1質量%)を調製した。得られたコーティング液は、均一な黒色を呈し、MXeneが均一に分散していた。MXeneは水に対して濡れやすいことが確認された。
上記で準備した試験片を、UV照射装置(型式 H0011、波長308nm、ウシオ電機株式会社製)を用いて試験片の前面および裏面の全体に紫外線照射する(照射条件 5.5mW/cmと理解される)ことにより、親水化処理を行った。これにより得られた親水化処理済み試験片を、上記で調製したコーティング液(MXene−水分散液)に、試験片の底部(図4の位置Aに対応する)から高さ20mmより高い位置(図4の位置Cに対応する)まで鉛直方向に降下させて浸漬し、そのまま保持した後に引き上げた(降下速度 2mm/sec、保持 30sec、引上速度、2mm/sec)。
上記の操作を2つの試験片について実施した。引き上げた後の2つの試験片の写真を図4に示す。図4から理解されるように、親水化処理された試験片のコーティング液に浸漬された領域の全表面にコーティング液が塗布され、均一に濡れ広がった。その後、乾燥させて水を除去することによって、Mxeneから成るコーティング層を均一な厚さで形成できた。
よって、親水化処理されたニッケルおよび親水化処理された銅に対して、コーティング液として用いたMXene−水分散液が高い濡れ性を示すこと、およびMXeneから成るコーティング層を均一な厚さで形成できることが確認された。
また、比較例として、親水化処理を施さなかったこと以外は上記と同様の操作を3つの試験片について実施した。引き上げた後の3つの試験片の写真を図5に示す。図5から理解されるように、親水化処理を施さなかった試験片では、コーティング液に浸漬された領域の表面でコーティング液が濡れ広がらなかった。
以上の結果は、表面が親水性でない材料の例としてニッケルおよび銅の表面を有する試験片を用い、親水化処理の有無によるMXene−水分散液の濡れ性の違いを確認したものであるが、他の材料であっても、表面が親水性であれば(元々親水性であっても、親水化処理が施されていてもよい)、同様に高い濡れ性を示すものと考えられ、よって、上記と同様の結果が得られるものと考えられる。
また、上記の結果は、コーティング液として、MXeneを水に分散させた分散液を使用した場合のものであるが、コーティング液として、MXeneを、水と水溶性の有機バインダとを混合して成る液状媒体に分散させた分散液を使用した場合にも、MXeneと液状媒体と被コート表面との濡れ性の関係は同様であると考えられ、よって、上記と同様の結果が得られるものと考えられる。
本発明の電磁シールドを有する電子部品は、電子機器等から電磁波(電磁ノイズ)が発生して空間伝導し、他のまたは同一の電子機器等に障害を与えることが懸念される幅広い用途において使用され得る。
本願は、2017年5月16日付けで出願された米国出願第15/596,445号に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。
1a、1b、1c Mn+1
3a、5a、3b、5b、3c、5c 修飾または終端T
7a、7b、7c MXene層
10 MXene(層状材料)
12 成形用材料(有機バインダ等)
13 コーティング層
15 本体部
20 電子部品

Claims (9)

  1. 電磁シールドを有する電子部品であって、
    (a)電子部品の本体部と、
    (b)前記本体部の表面を被覆し、電磁シールドとして機能するコーティング層と
    を含み、前記コーティング層が、複数の層を含む層状材料を含み、各層が、以下の式:
    n+1
    (式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、
    Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、
    nは、1、2または3である)
    で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の修飾または終端Tを有する、電子部品。
  2. 前記コーティング層が、水溶性および/または親水性の有機バインダを更に含む、請求項1に記載の電子部品。
  3. 電磁シールドを有する電子部品の製造方法であって、
    (i)複数の層を含む層状材料であって、各層が、以下の式:
    n+1
    (式中、Mは、少なくとも1種の第3、4、5、6、7族金属であり、
    Xは、炭素原子、窒素原子またはそれらの組み合わせであり、
    nは、1、2または3である)
    で表され、かつ、各XがMの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し、各層の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方に、水酸基、フッ素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種の修飾または終端Tを有する層状材料を、液状媒体に分散させた分散物を調製すること、および
    (ii)前記分散物を電子部品の本体部の表面に適用して、前記分散物に由来するコーティング層を形成すること
    を含む、製造方法。
  4. 前記液状媒体が、水性溶媒および水溶性の有機バインダを含む、請求項3に記載の電子部品の製造方法。
  5. 前記液状媒体が、親水性の有機バインダを含む、請求項3に記載の電子部品の製造方法。
  6. 前記電子部品の本体部の表面が親水性である、請求項3〜5のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
  7. 前記電子部品の本体部の表面が、予め親水化処理されている、請求項3〜5のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
  8. 前記親水化処理が、プラズマ処理、コロナ処理、紫外線照射、紫外線オゾン処理および親水性コーティング剤の適用から成る群より選択される少なくとも1つにより実施される、請求項7に記載の電子部品の製造方法。
  9. 前記工程(ii)におけるコーティング層の形成が、前記分散物から前記液状媒体を少なくとも部分的に除去すること、または前記分散物を少なくとも部分的に硬化させることにより実施される、請求項3〜8のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
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