(57)【要約】  セラミック複合材料を含むコンデンサ、及び関連する方法が示される。選択された例では、コンデンサ誘電体向けのセラミック材料は、ポリマー成分等の低温成分の組み込みを可能にする低温で加工される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の電極及び第2の電極と;
第1の電極と第2の電極との間に配置された複合誘電材料であって、
冷間焼結の第1の相成分;及び
自己修復ポリマーの第2の相成分
を含む、複合誘電材料と
を備える、コンデンサ。
【請求項２】
自己修復ポリマーの第2の相成分は、約2.0未満である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する。請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項３】
自己修復ポリマーの第2の相成分は、約1.5未満である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項４】
自己修復ポリマーの第2の相成分は、およそ0.5である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項５】
自己修復ポリマーの第2の相成分は半結晶性ポリマーを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項６】
自己修復ポリマーの第2の相成分は非晶質ポリマーを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項７】
自己修復ポリマーの第2の相成分はポリオレフィンを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項８】
自己修復ポリマーの第2の相成分はポリプロピレンを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項９】
自己修復ポリマーの第2の相成分はフッ素化ポリマーを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項１０】
第1の電極及び第2の電極は、互いに少なくとも部分的に挟み込まれている多層プレートを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項１１】
或る量の焼結微細構造と比較した或る量の分散相誘電体が、第1の電極及び第2の電極の一方又は両方に対する熱膨張係数に実質的に整合する、複合誘電材料の改変された熱膨張係数を提供する、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項１２】
第1の電極及び第2の電極と複合誘電材料とを囲む密封シール封止材を更に含む、請求項1に記載のコンデンサ。
【請求項１３】
密封シール封止材はエポキシを含む、請求項12に記載のコンデンサ。
【請求項１４】
第1の電極及び第2の電極と;
第1の電極と第2の電極との間に配置された耐破壊性複合誘電材料であって、
冷間焼結の第1の相成分;
耐破壊性複合誘電材料の弾性率を低下させる、自己修復ポリマーの第2の相成分;
を含む、耐破壊性複合誘電材料と
を備えるフレキシブルコンデンサであって、
第1の電極、第2の電極及びフレキシブル複合誘電材料は、平面積層を形成しており、
前記フレキシブルコンデンサは更に、平面積層の両側に、第1の電極に接続されている第1の接続端及び第2の電極に接続されている第2の接続端を備え、平面積層は、第1の接続端と第2の接続端との間に吊り下げられ且つ撓むことができる、フレキシブルコンデンサ。
【請求項１５】
第1の電極及び第2の電極は、互いに少なくとも部分的に挟み込まれている多層プレートを含む、請求項14に記載のフレキシブルコンデンサ。
【請求項１６】
フレキシブル複合誘電材料の厚さは、1層当たりおよそ0.5ミクロンである、請求項14に記載のフレキシブルコンデンサ。
【請求項１７】
自己修復ポリマーの第2の相成分はポリプロピレンを含む、請求項14に記載のコンデンサ。
【請求項１８】
フレキシブル複合誘電材料において、冷間焼結の第1の相はマトリックス相を形成し、自己修復ポリマーの第2の相成分は分散相を形成している、請求項14に記載のコンデンサ。
【請求項１９】
フレキシブル複合誘電材料において、冷間焼結の第1の相は分散相を形成し、自己修復ポリマーの第2の相成分はマトリックス相を形成している、請求項14に記載のコンデンサ。
【請求項２０】
コンデンサを形成する方法であって、
冷間易焼結性セラミック粉末とポリマー粉末とを含む、或る量の粉末をアセンブルする工程と、
活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程と、
十分な熱及び圧力をかけてポリマー粉末の破壊温度未満で粉末の焼結を活性化して、冷間焼結複合誘電材料を形成する工程と、
冷間焼結複合誘電材料を少なくとも2つの電極の間に配置してコンデンサを形成する工程と
を含む、方法。
【請求項２１】
或る量の粉末をアセンブルする工程は、冷間易焼結性セラミック粉末と自己修復ポリマー粉末とを含む、或る量の粉末をアセンブルする工程を含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
冷間焼結複合誘電材料は、一単位としての少なくとも2つの電極と接触して形成される、請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
十分な熱及び圧力をかける工程は、ポリマーのガラス転移温度を超える熱をかける工程を含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２４】
十分な熱及び圧力をかける工程は、ポリマーの溶融温度を超える熱をかける工程を含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２５】
活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、水を或る量の粉末に適用する工程を含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２６】
活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、アルコールを含む溶媒を或る量の粉末に適用する工程を含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２７】
電極のうちの少なくとも一方は銅を含む、第1の電極及び第2の電極と;
第1の電極及び第2の電極に接触して、第1の電極と第2の電極との間の所定の位置に形成された複合誘電材料であって、
冷間焼結の第1の相成分;及び
自己修復ポリマーの第2の相成分
を含む、複合誘電材料と
を備える、コンデンサ。
【請求項２８】
電極のうちの少なくとも一方はアルミニウムを含む、第1の電極及び第2の電極と;
第1の電極及び第2の電極に接触して、第1の電極と第2の電極との間の所定の位置に形成された複合誘電材料であって、
冷間焼結の第1の相成分;及び
自己修復ポリマーの第2の相成分
を含む、複合誘電材料と
を備える、コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2016年8月26日出願、米国仮特許出願第62/379,861号について優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、セラミック複合材料、セラミック複合材料を使用して作製された応用例及び製品、並びにセラミック複合材料を伴うデバイスを製造する方法に関する。一例では、本発明は、焼結微細構造内に一体化された少なくとも1つのポリマーを含むセラミック複合材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
セラミック材料の焼結は、通常は、ポリマー結合剤を使用して、未焼結状態でセラミック粉末をくっつけさせることを含む。セラミック粉末及びポリマー結合剤は非常に高温に加熱され、ここで、ポリマー結合剤は燃焼除去されてセラミック材料のみがあとに残る。高温では、セラミック粉末のグレインは接触点で一緒に融合し始め、その結果、セラミック材料のみの焼結微細構造を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
焼結セラミック複合材料は、マトリックス相と分散相との両方からの材料特性の可能な組合せによるものであることが望ましい。しかし、未焼結状態製造でのポリマー結合剤の燃焼除去と同様に、焼結におけるセラミック粉末の高温処理により、多くのセラミック複合材料が無効となる。セラミックとポリマーとの複合材料等の、種々の複合体の組合せを可能にするより低い温度で焼結セラミック構造物を形成できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第1の電極及び第2の電極と;
第1の電極と第2の電極との間に配置された複合誘電材料であって、
冷間焼結の第1の相成分;及び
自己修復ポリマーの第2の相成分
を含む、複合誘電材料と
を備える、コンデンサに関する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１Ａは、本発明の一例による、加熱工程前の粉末粒子の混合物を示す図である。図１Ｂは、本発明の一例による、ある程度の加熱工程後の図1Aの材料を示す図である。
【図２】本発明の一例による複合誘電材料の微細構造のダイヤグラムを示す図である。
【図３】本発明の一例による複合誘電材料の微細構造の別のダイヤグラムを示す図である。
【図４】本発明の一例によるコンデンサを示す図である。
【図５】本発明の一例によるコンデンサを示す図である。
【図６】本発明の一例によるコンデンサを形成する方法を示す図である。
【図７】図７Ａ〜Ｃは、本発明の一例による選択された複合誘電材料に関する誘電率データを示す図である。
【図８】図８Ａ〜Ｃは、本発明の一例による、選択された複合誘電材料に関する誘電損失データを示す図である。
【図９】図９Ａ〜Ｃは、本発明の一例によるさらなる複合誘電材料に関する誘電率データを示す図である。
【図１０】図１０Ａ〜Ｃは、本発明の一例によるさらなる複合誘電材料に関する誘電損失データを示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜Ｃは、本発明の一例によるさらなる複合誘電材料に関する誘電率データを示す図である。
【図１２】図１２Ａ〜Ｃは、本発明の一例によるさらなる複合誘電材料に関する誘電損失データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を形成し、且つ本発明を実施されうる特定の実施形態が例示によって示されている、添付の図面が参照される。図面では、いくつかの図を通して同一の番号は実質的に類似の成分を云う。これらの実施形態は、当業者であれば本発明を実施できるように十分に詳細に記載されている。その他の実施形態を採用することができ、構造的、又は論理的な変更等は本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【０００８】
本文書全体を通して、範囲形式で表現された値は、範囲の限界として明確に示した数値を包含するばかりでなく、また、あたかも各数値及び部分的範囲が明確に記載されているかのように、その範囲内に含まれる個々の数値も部分的範囲も全部包含するといった、柔軟な様式で解釈されるべきである。例えば、「約0.1%〜約5%」又は「約0.1%〜5%」の範囲には約0.1%〜約5%ばかりでなく、また、その示した範囲内の個々の値(例えば1%、2%、3%及び4%)及び部分範囲(例えば0.1%〜0.5%、1.1%〜2.2%、3.3%〜4.4%)も含まれると解釈されるべきである。記載「約X〜Y」とは、別段の指定がない限り、「約X〜約Y」と同じ意味を有する。同様に、記載「約X、Y、又は約Z」とは、別段の指定がない限り、「約X、約Y、又は約Z」と同じ意味を有する。
【０００９】
本文書において、用語「1つの(a)」、「1つの(an)」又は「その(the)」とは、文脈上明確に他の指示がある場合を除き、1つ又は2つ以上を含めるために使用される。用語「又は(or)」とは、別段の指示がない限り非排他的な「又は(or)」を指すために使用される。記載「AとBのうちの少なくとも1つ」とは、「A、B、又はAとB」と同じ意味を有する。加えて、本明細書において採用され、別途定義されていない表現又は語法は、説明のみを目的としたものであり、限定を目的としたものではないことが理解されるべきである。節見出しの使用は、本文書を読みとく際の助けとなることを意図したものであり、限定するものと解釈すべきではない。ある節見出しに関連する情報が、その特定の節の中に現れることもあれば外に現れることもある。
【００１０】
本明細書に記載する方法において、動作は、時間的順序又は操作順序が明示的に記載されている場合を除いて、本発明の原理から逸脱することなく任意の順序で実施することができる。更に、特定の動作は、明示的な請求項の文言が別々に実施されることを述べていない限り、同時に実施することができる。例えば、Xを行う特許請求された動作とYを行う特許請求された動作とは、単一の操作において同時に実施することができ、結果として生じる方法は、特許請求された方法の文字通りの範囲内に含まれる。
【００１１】
用語「約」とは、本明細書で使用する場合、値又は範囲においてある程度、例えば、記載された値又は範囲の記載された限界の10%以内、5%以内、又は1%以内の変動を許容することができ、且つ正確な記載された値又は範囲を含む。用語「実質的に」とは、本明細書で使用する場合、少なくとも約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%、又は少なくとも約99.999%以上というような、大多数又は大部分を、或いは100%を指す。
【００１２】
本明細書で使用する場合、用語「ポリマー」とは、少なくとも1つの反復単位を有する分子を指し、コポリマーを含むことができる。
【００１３】
本明細書に記載のポリマーは、適切な任意の方法で終結させることができる。一部の実施形態では、ポリマーは、適切な重合開始剤、-H、-OH、-O-、置換若しくは非置換-NH-、及び-S-から独立して選択される0、1、2、又は3つの基で中断されている置換又は非置換(C1〜C20)ヒドロカルビル(例えば、(C1〜C10)アルキル又は(C6〜C20)アリール)、ポリ(置換又は非置換(C1〜C20)ヒドロカルビルオキシ)、並びにポリ(置換又は非置換(C1〜C20)ヒドロカルビルアミノ)から独立して選択される末端基で終結させることができる。
【００１４】
図1Aに、本発明の一例による加熱工程前の粉末粒子の混合物100を示す。混合物100は、接触点106で互いに接触しているいくつかのセラミック粒子102を含む。接触点106での粒子102どうしの間の干渉の結果として、いくつかの空隙104がいくつかのセラミック粒子102の間に示されている。いくつかの二次粒子110も混合物100の一部として示されている。焼結後、いくつかの二次粒子110は最終材料の微細構造内に残留し、焼結セラミックマトリックス相内の分散相となって、焼結セラミック複合材料を形成する。
【００１５】
一例として丸い粉末顆粒が図1A及び図1Bの例示に使用されているが、本発明はそのようには限定されない。セラミック粒子102及び二次粒子110の両方について粒子の他の形状には、ウィスカー、ロッド、フィブリル、繊維、小板、及び図1Aに例示の互いに接触点を提供する他の物理的形態が含まれてよい。図1の混合物100に示されている粒子の多数はセラミック粒子102であり、少数が二次粒子110であるが、本発明はそのように限定されない。下記の他の例ではこういった関係が反転している場合もある。更に他の例では、セラミック粒子102と二次粒子110との間の比がより等しい混合物100が含まれる場合もある。何種類かの様々な比が本発明の範囲内である。
【００１６】
一例では、セラミック粒子102は、酸化モリブデン(MoO3)等の二元セラミックを含む。他の例では、セラミック粒子は、酸化物、フッ化物、塩化物、ヨウ化物、炭酸塩、リン酸塩、ガラス、バナジン酸塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩、テルル酸塩、又はホウ酸塩のファミリーから選択される、二元、三元、又は四元の化合物を含むことができる。三元セラミック粒子の一例としては、K2Mo2O7が挙げられる。こういった例のセラミック系を例として使用しているが、リストは網羅的なものではない。本開示に記載の冷間焼結を行うことができるあらゆるセラミックが本発明の範囲内である。
【００１７】
冷間焼結を行うことができるセラミック材料の選択された例としては、それらに限定されないが、BaTiO3、Mo2O3、WO3、V2O3、V2O5、ZnO、Bi2O3、CsBr、Li2CO3、CsSO4、LiVO3、Na2Mo2O7、K2Mo2O7、ZnMoO4、Li2MoO4、Na2WO4、K2WO4、Gd2(MoO4)3、Bi2VO4、AgVO3、Na2ZrO3、LiFeP2O4、LiCoP2O4、KH2PO4、Ge(PO4)3、Al2O3、MgO、CaO、ZrO2、ZnO-B2O3-SiO2、PbO-B2O3-SiO2、3ZnO-2B2O3、SiO2、27B2O3-35Bi2O3-6SiO2-32ZnO、Bi24Si2O40、BiVO4、Mg3(VO4)2、Ba2V2O7、Sr2V2O7、Ca2V2O7、Mg2V2O7、Zn2V2O7、Ba3TiV4O15、Ba3ZrV4O15、NaCa2Mg2V3O12、LiMg4V3O12、Ca5Zn4(VO4)6、LiMgVO4、LiZnVO4、BaV2O6、Ba3V4O13、Na2BiMg2V3O12、CaV2O6、Li2WO4、LiBiW2O8、Li2Mn2W3O12、Li2Zn2W3O12、PbO-WO3、Bi2O3-4MoO3、Bi2Mo3O12、Bi2O-2.2MoO3、Bi2Mo2O9、Bi2MoO6、1.3Bi2O3-MoO3、3Bi2O3-2MoO3、7Bi2O3-MoO3、Li2Mo4O13、Li3BiMo3O12、Li8Bi2Mo7O28、Li2O-Bi2O3-MoO3、Na2MoO4、Na6MoO11O36、TiTe3O8、TiTeO3、CaTe2O5、SeTe2O5、BaO-TeO2、BaTeO3、Ba2TeO5、BaTe4O9、Li3AlB2O6、Bi6B10O24、Bi4B2O9、が挙げられる。個々のセラミック材料が列挙されているが、本開示はそのように限定されない。選択された例では、セラミック成分は、それらに限定されないが、上に列挙のセラミック材料を含む、2つ以上のセラミック材料の組合せを含むことができる。
【００１８】
一例では、本開示に記載の冷間焼結操作で使用されるセラミック材料は、ある程度の圧電挙動を保有してよい。一例では、本開示に記載の冷間焼結操作で使用されるセラミック材料は、ある程度の強誘電的挙動を保有してよい。そのような材料の一例としては、それに限定されないが、上の例の非限定的なリストに含まれているように、BaTiO3を挙げることができる。
【００１９】
一例では、二次粒子110はポリマー粒子を含む。一例では、ポリマーは、そうでなければ混合物100に、例えば流動性温度で、又は後に重合又は硬化される樹脂として導入してよい。
【００２０】
ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は、ポリプロピレン等の熱可塑性ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は、エポキシ等の熱硬化性ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は非晶質ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は半結晶性ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は、混和性又は非混和性ブレンド等のブレンドを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110はホモポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は、ランダムコポリマー又はブロックコポリマー等のコポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は分枝ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110は架橋ポリマーを含んでよい。ポリマー粒子の一例では、ポリマー110はイオン性又は非イオン性ポリマーを含んでよい。
【００２１】
許容されるポリマーの一部の具体例としては、それらに限定されないが、ポリエチレン、ポリエステル、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、イソフタレートテレフタレート(ITR)、ナイロン、HTN、ポリフェニルスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、フルオロポリマー、PES、ポリスルホン(PSU)、PPSU、SRP(Paramax(商標))、PAI(Torlon(商標))、及びそれらのブレンド、が挙げられる。
【００２２】
一例では、混合物100は、混合物100の他の成分と共に、射出成形金型等の金型内、又は他のツーリング面内で重合してもよい1つ若しくは複数の樹脂又はオリゴマーを含んでよい。一例では、樹脂は流動性である。一例では、流動性樹脂は、混合物100の組成物の適切な任意の割合、例えば約50wt%〜約100wt%、約60wt%〜約95wt%、又は約50wt%以下、又は60wt%、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.9、99.99よりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれより大きい、又は約99.999wt%以上、を形成することができる。流動性樹脂内に1つ又は複数の硬化性樹脂を含ませてよい。流動性樹脂中の1つ又は複数の硬化性樹脂は、任意の1つ又は複数の硬化性樹脂、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)ポリマー、アクリルポリマー、セルロイドポリマー、セルロースアセテートポリマー、シクロオレフィンコポリマー(COC)、エチレン-酢酸ビニル(EVA)ポリマー、エチレンビニルアルコール(EVOH)ポリマー、フッ素樹脂、アイオノマー、アクリル/PVCアロイ、液晶ポリマー(LCP)、ポリアセタールポリマー(POM又はアセタール)、ポリアクリレートポリマー、ポリメチルメタクリレートポリマー(PMMA)、ポリアクリロニトリルポリマー(PAN又はアクリロニトリル)、ポリアミドポリマー(PA、例えばナイロン)、ポリアミド-イミドポリマー(PAI)、ポリアリールエーテルケトンポリマー(PAEK)、ポリブタジエンポリマー(PBD)、ポリブチレンポリマー(PB)、ポリブチレンテレフタレートポリマー(PBT)、ポリカプロラクトンポリマー(PCL)、ポリクロロトリフルオロエチレンポリマー(PCTFE)、ポリテトラフルオロエチレンポリマー(PTFE)、ポリエチレンテレフタレートポリマー(PET)、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートポリマー(PCT)、ポリカーボネートポリマー(PC)、ポリ(1,4-シクロヘキシリデンシクロヘキサン-1,4-ジカルボキシレート)(PCCD)、ポリヒドロキシアルカノエートポリマー(PHA)、ポリケトンポリマー(PK)、ポリエステルポリマー、ポリエチレンポリマー(PE)、ポリエーテルエーテルケトンポリマー(PEEK)、ポリエーテルケトンケトンポリマー(PEKK)、ポリエーテルケトンポリマー(PEK)、ポリエーテルイミドポリマー(PEI)、ポリエーテルスルホンポリマー(PES)、ポリエチレンクロリネートポリマー(PEC)、ポリイミドポリマー(PI)、ポリ乳酸ポリマー(PLA)、ポリメチルペンテンポリマー(PMP)、ポリフェニレンオキシドポリマー(PPO)、ポリフェニレンスルフィドポリマー(PPS)、ポリフタルアミドポリマー(PPA)、ポリプロピレンポリマー、ポリスチレンポリマー(PS)、ポリスルホンポリマー(PSU)、ポリトリメチレンテレフタレートポリマー(PTT)、ポリウレタンポリマー(PU)、ポリ酢酸ビニルポリマー(PVA)、ポリ塩化ビニルポリマー(PVC)、ポリ塩化ビニリデンポリマー(PVDC)、ポリアミドイミドポリマー(PAI)、ポリアリレートポリマー、ポリオキシメチレンポリマー(POM)、及びスチレン-アクリロニトリルポリマー(SAN)、とすることができる。流動性樹脂組成物としては、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリ(p-フェニレンオキシド)(PPO)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエチレン(PE)(例えば、超高分子量ポ���エチレン(UHMWPE)、超低分子量ポリエチレン(ULMWPE)、高分子量ポリエチレン(HMWPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、高密度架橋ポリエチレン(HDXLPE)、架橋ポリエチレン(PEX又はXLPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)及び超低密度ポリエチレン(VLDPE)、ポリプロピレン(PP)、又はそれらの組合せ、を挙げることができる。流動性樹脂は、ポリカーボネート、ポリアクリルアミド、又はそれらの組合せとすることができる。
【００２３】
種々の実施形態では、流動性樹脂組成物はフィラーを含む。流動性樹脂は1つのフィラー又は2つ以上のフィラーを含むことができる。1又は複数のフィラーは、流動性樹脂組成物の約0.001wt%〜約50wt%、又は約0.01wt%〜約30wt%、又は約0.001wt%以下、又は約0.01wt%、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45wt%、又は約50wt%以上を形成することができる。フィラーは流動性樹脂組成物中に均一に分布することができる。フィラーは繊維状又は粒子状とすることができる。フィラーは、ケイ酸アルミニウム(ムライト)、合成ケイ酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、溶融シリカ、結晶質シリカグラファイト、天然ケイ砂等;ホウ素粉末、例えば窒化ホウ素粉末、ケイ酸ホウ素粉末等;酸化物、例えばTiO2、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等;硫酸カルシウム(その無水物、脱水物又は三水和物として);炭酸カルシウム、例えばチョーク、石灰石、大理石、合成沈降炭酸カルシウム等;繊維状の、モジュラーの、針状の、薄板状のタルク等を含むタルク;珪灰石;表面加工済み珪灰石;ガラス球、例えば中空の及び中実のガラス球、ケイ酸塩の球、セノスフェア、アルミノケイ酸塩(アルモスフェア(armospheres))等;カオリン、これには、硬質カオリン、軟質カオリン、焼成カオリン、ポリマーマトリックス樹脂との相溶性を促進する、当技術分野で知られている種々のコーティング剤を含むカオリン等がある;単結晶繊維又は「ウィスカー」、例えば炭化ケイ素、アルミナ、炭化ホウ素、鉄、ニッケル、銅等;繊維(連続繊維及び短繊維を含む)、例えばアスベスト、炭素繊維、ガラス繊維;硫化物、例えば硫化モリブデン、硫酸亜鉛等;バリウム化合物、例えばチタン酸バリウム、バリウムフェライト、硫酸バリウム、重晶石等;金属及び金属酸化物、例えば微粒子の又は繊維状のアルミニウム、青銅、亜鉛、銅及びニッケル等;フレーク状フィラー、例えばガラスフレーク、フレーク状炭化ケイ素、二ホウ化アルミニウム、アルミニウムフレーク、スチールフレーク等;繊維状のフィラー、例えば、ケイ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、及び硫酸カルシウムの半水化物等のうちの少なくとも1つを含んでいる混紡由来のもの等の無機短繊維;天然のフィラー及
び強化剤、例えば木材を微粉砕することにより得られる木粉、繊維製品、例えばケナフ、セルロース、綿、サイザル麻、ジュート、亜麻、デンプン、トウモロコシ粉、リグニン、ラミー、籐、アガベ、竹、タイマ、粉砕ナッツ殻、トウモロコシ、ココナッツ(コイア)、米のもみ殻等;有機フィラー、例えばポリテトラフルオロエチレン、繊維を形成することが可能である有機ポリマーより形成される強化用の有機繊維状フィラー、例えば、ポリ(エーテルケトン)、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリ(硫化フェニレン)、ポリエステル、ポリエチレン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、アクリルレジン(アクリル樹脂)、ポリ(ビニルアルコール)等;並びに、フィラー、例えばマイカ、クレイ、長石、煙塵、フィライト、石英、珪岩、パーライト、トリポリ石、珪藻土、カーボンブラック等、或いは前述のフィラーのうちの少なくとも1つを含む組合せ、とすることができる。フィラーはタルク、ケナフ繊維、又はそれらの組合せとすることができる。フィラーは、導電性を促進するために金属材料の層で、又は、流動性樹脂組成物との接着性及び分散性の改善へとシラン、シロキサン、又はシランとシロキサンとの組合せで処理した面で、コーティングすることができる。フィラーは、炭素繊維、鉱物フィラー、又はそれらの組合せから選択することができる。フィラーは、マイカ、タルク、クレイ、珪灰石、硫化亜鉛、酸化亜鉛、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックコーティンググラファイト、二酸化チタン、又はそれらの組合せから選択することができる。
【００２４】
一例では、混合物100中のポリマー相は、下の例に記載のコンデンサの誘電体の自己修復成分として機能する。一例では、二次粒子110に使用されるポリマーには、炭素の酸素及び水素の合計に対する比(C/(O+H))が低いポリマーが含まれる。一例では、比は2.0未満である。一例では、比は1.5未満である。一例では、比は2.0から1.5の間である。一例では、比は1.5から0.5の間である。一例では、比は2.0から0.5の間である。ポリプロピレンは、0.5の望ましい比を有するポリマーの一例である。
【００２５】
一例では、炭素の酸素及び水素の合計に対する比が低いことは、アーク放電等の、熱にさらされたときにポリマー材料が炭化する性向が低いことを示す。コンデンサの一部の破損モードでは、電極を隔てる誘電体を横切ってコンデンサの電極間にアークが形成することがある。こういったアーク放電の1つの原因としては、誘電材料の破壊、又は誘電体の領域が不必要に薄いことを挙げてよい。アークが発生すると、誘電材料は燃焼するにつれて炭化し、炭素堆積物があとに残る可能性がある。炭化物、又は炭素堆積物は十分に導電性であり、電極間を電気が流れる経路を提供する可能性がある。このようなシナリオでは、破損箇所がそれ自体を回路の残りの部分から隔離できない場合、コンデンサは短絡状態で故障したとみなしうる。短絡状態は、継続的なアーク放電、爆発をもたらす、又はコンデンサに接続されているその他の成分を更に損傷する等の、他の望ましくない影響を引き起こす可能性がある。破損が仮に発生した場合、かかる破損はフェイル「オープン」となり、それ自体を回路の残りの部分から隔離する、構成を有することが望ましい。
【００２６】
炭素の酸素及び水素の合計に対する比が低いポリマーが使用されているコンデンサ構成では、低炭素含有量に起因して炭化物が低減する又はなくなることになる。炭化物がなくなる又は低減する構成では、コンデンサはフェイル「オープン」になる性向を有することになる。本開示では、コンデンサの誘電体において「フェイリングオープン」に寄与するポリマーを、自己修復ポリマーとして記載する。
【００２７】
セラミック材料の高誘電率等の特性を、コンデンサの柔軟性/耐久性、低損失、高い絶縁破壊強さ、及び「自己修復」等のポリマー特性と組み合わせることが望ましい。本開示に記載の冷間焼結技法は、この組合せを達成することができる製造方法を提供する。
【００２８】
一例では、混合物100は、2種以上の二次粒子110を含む。例えば、二次粒子110は、複数種のポリマー粒子又はポリマー粒子と他の誘電材料とを含んでよい。
【００２９】
図1Aに、混合物100の微細構造内に少なくとも部分的に、存在する活性化溶媒108を更に示す。一例では、活性化溶媒108は水を含む。導入してよい、水及び/又は水適用の種々の形態には、液体の水、霧状の水又は噴霧水、水蒸気等が含まれる。一例では、活性化溶媒108はアルコールを含む。その他の例は、活性化溶媒108を形成する様々な液体又は気体の混合物を含む。本開示の利益を得る当業者であれば、活性化溶媒108の選択は、セラミック粒子102の選択及び二次粒子110の選択によって変わることを認識するであろう。効果的な活性化溶媒108は、セラミック粒子102どうしの間の接触点106における低温拡散及び/又は材料輸送を活性化することが可能になる。効果的な活性化溶媒108はまた、二次粒子110の材料特性に悪影響を及ぼさないであろう。例えば、セラミック粒子102の焼結又は活性化温度より下で二次粒子110が揮発性であるように、効果的な活性化溶媒108は二次粒子110と反応しないであろう。
【００３０】
図1Bに、図1Aによる混合物100を処理した後に形成された複合材料101を示す。図1Bに示す微細構造によって、焼結又は部分焼結微細構造が例示されている。図1Aに示す接触点106で材料は移行して、焼結前にはかつては隔てられていた焼結領域103をセラミック粒子102とつなげる接合領域107を形成する。一例では、活性化溶媒108によって、活性化溶媒108が無い場合可能となるよりも低い温度で、セラミック粒子102から接合領域107へと材料を移動させるメカニズムを提供する。一例では、活性化溶媒108によって焼結に必要な温度が十分に低く低下するので、ポリマーを含む二次粒子110が焼結中に気化しないことになり、且つ、図1Bに示すように、最終的な微細構造内に残留することになる。低い焼結温度を必要とするポリマーとは別にその他の材料もまた、低温焼結の結果として残留する場合もある。
【００３１】
焼結後、図1Bの微細構造は、実質的に連続したマトリックス相として焼結領域103と接合領域107とを含む複合材料101である。二次粒子110の少なくとも一部は居残り、複合材料101の残留している気孔105内に分散相111を形成する。上述のように、低温焼結の結果として、二次粒子110の少なくとも一部分、例えばポリマー粒子は気化せず、微細構造内に残留している。
【００３２】
図1Bに示す例では、セラミックマトリックス相はある程度の独立気泡気孔性を含む。換言すると、焼結後、いくつかの残留している気孔105はセラミックマトリックス相によって完全に囲まれ、もはや微細構造の外側からはアクセスできない。ポリマー粒子等の残留しているあらゆる二次粒子110は、焼結中に混合物100内に位置し、且つ、気化を下回る焼結温度の結果として存在したままでいるので、独立気泡孔内にのみ存在することができる。焼結後に独立気泡孔の内部に分散相材料を導入することは不可能である。
【００３３】
一例では、ポリマー二次粒子110は、焼結中に、ポリマーのガラス転移温度(Tg)を超えるがポリマーの揮発温度を超えない温度に引き上げられる。一例では、ポリマー二次粒子110は、焼結中に、ポリマーの溶融温度(Tm)を超えるがポリマーの揮発温度を超えない温度に引き上げられる。ポリマー二次粒子110が、残留している気孔105内を流動し、流動挙動を促進する圧力及び温度で、焼結中にその空間を埋めることが望ましい場合もある。分散相111と周囲のセラミックマトリックスとの間のより大きい接触面積を、かかる構成で提供してよい。一例では、Tg及びTm未満の温度で十分な材料輸送を達成しうる。接触面積が拡大する利点としては、靭性の上昇、破壊強度の改善等の機械特性の改善、及び/又は物体はひび割れるが崩壊しない等の、より望ましい破損モードを挙げてよい。
【００３４】
一例では、セラミック材料とポリマー二次粒子110との組合せを選択して、複合材料101の特性を高める。例えば、2つの相(セラミック及びポリマー)の間の面エネルギーが低いと、セラミック相とポリマー相との間の界面における吸着率はより連続的となる。このことは、複合材料101の機械的特性の改善につながりうる。セラミック相とポリマー相との間の界面における吸着率がより連続的であることはまた、電気的性能の改善、例えば、コンデンサ等のデバイスにおける誘電損失のより高い改善又は誘電率の改善につながりうる。一例では、セラミック相とポリマー相との間の界面における吸着率がより連続的であることは、複合材料101内のより連続的なポリマーネットワークの結果として、ポリマー相の自己修復能力のより信頼性のある作動につながりうる。
【００３５】
改善されたデバイス向けに特に選択してよいセラミック-ポリマー系のその他の特性としては、それらに限定されないが、セラミックとポリマーとの間の低い反応性、及びセラミックとポリマーとの間の界面における高い接着性が挙げられる。
【００３６】
本開示の利益を得る当業者であれば、十分な活性化温度及び圧力が、セラミック材料の選択、活性化溶媒の選択、及び活性化溶媒のpH等のいくつかの要因によって変わることを認識するであろう。非限定的な一例は、活性化溶媒としての水の使用、及び系を活性化するための100℃を上回る温度を含む。
【００３７】
図1Bに、少なくともある程度の独立気泡気孔性、及び焼結微細構造の独立気泡の少なくとも一部内の、ポリマー分散相等の分散相111を例示する。分散相111はもともとの二次粒子110から主として生じるので、分散相111の材料は上記の二次粒子110の材料と実質的に類似又は同一である。
【００３８】
他の例では、独立気泡気孔性が存在しなくてもよいが、冷間焼結微細構造が物理的に観察可能となり、且つ従来の高温焼結と区別可能となる。一例では、X線回折を使用して結晶構造を検出することができる。高温焼結は、微細構造の結晶構造の変化をもたらす場合もある。こういった変化の均一性のレベルは、エネルギー集約度の低いプロセスであることに起因して、冷間焼結微細構造では類似していない可能性がある。
【００３９】
別の例では、元素分析を使用して、水酸化物及び炭酸塩等の化合物の有無を検出することができる。高温焼結プロセスでは、こういった化合物は燃焼除去され、微細構造には見いだされないことになる。冷間焼結構造では、焼結中の温度がかかる化合物を燃焼除去するのに十分高い点に達していなかったことになるので、水酸化物及び炭酸塩等の化合物が依然として存在し、且つ検出可能となる場合もあり、このことは、冷間焼結技法を使用して焼結微細構造が形成されたことを示している。
【００４０】
別の例では、結晶化の量を測定することができる。高温焼結プロセスでは、セラミック成分は冷間焼結プロセスにおけるよりも十分に結晶になる可能性がある。
【００４１】
図2に、一例による冷間焼結材料の微細構造200を示す。いくつかの焼結グレイン206及び結晶粒界207を有する冷間焼結の第1の相204が示されている。ポリマーの第2の相202も微細構造200内に示されている。図2の例では、冷間焼結の第1の相204はマトリックス相であり、ポリマーの第2の相202は分散相である。一例では、冷間焼結の第1の相204は、上の例に記載のセラミック材料を含む。一例では、ポリマーの第2の相202は、例えば二次粒子に関するものとして、上の例に記載のポリマー材料を含む。
【００４２】
図3に、一例による冷間焼結材料の微細構造300を示す。図3の例では、冷間焼結の第1の相304が示されている。冷間焼結の第1の相304は、いくつかの焼結グレイン303及び結晶粒界305を含みうる。図3に、ポリマーの第2の相302を更に示す。図3の例では、冷間焼結の第1の相304は分散相であり、ポリマーの第2の相302はマトリックス相である。一例では、冷間焼結の第1の相304は、上の例に記載のセラミック材料を含む。一例では、ポリマーの第2の相302は、例えば二次粒子に関するものとして、上の例に記載のポリマー材料を含む。
【００４３】
図4に、コンデンサ400のブロック図を示す。第1の電極402及び第2の電極404を示す。複合誘電材料406を、第1の電極402と第2の電極404との間に配置する。コンデンサ400を電子デバイス内の他の成分に接続している、回路408を示す。一例では、複合誘電材料406は、冷間焼結の第1の相とポリマーの第2の相とを含む。一例では、冷間焼結の第1の相は分散相であり、ポリマーの第2の相はマトリックス相である。一例では、冷間焼結の第1の相はマトリックス相であり、ポリマーの第2の相は分散相である。他の例では、冷間焼結の第1の相のポリマーの第2の相に対する比は、いずれの相もマトリックスでも分散でもないような場合もあり、微細構造はより均質である。冷間焼結の第1の相とポリマーの第2の相とのあらゆる組合せが、本発明の範囲内である。
【００４４】
図4に、平らなプレート構造が例示の目的で示されているが、本発明はそのように限定されない。本開示の利益を得る当業者であれば、ロール状、湾曲状、円筒状又は他の複雑な形状等の他の構成が本発明の範囲内であることを認識するであろう。
【００４５】
一例では、複合誘電材料406は、炭素の酸素及び水素の合計に対する比(C/(O+H))が低いポリマーを含む。上記のように、コンデンサ400が、複合誘電材料406を横切って仮に破壊又はそうでなければ故障した場合、炭素の酸素及び水素の合計に対する比が低いポリマーの第2の相の存在によって、フェイルオープンとなる可能性が高くなる。
【００４６】
一例では、本開示に記載の複合誘電材料の熱膨張率(CTE)は、それぞれの量の冷間焼結の第1の相成分及び自己修復ポリマーの第2の相成分を選択することによって改変しうる。選択された例の複合誘電材料を試験して、それらのCTEを決定した。
【００４７】
一例では、冷間焼結ハイブリッド材料のCTEをTA instruments社の熱機械分析計TMA Q400を使用して測定し、データをTA instruments社製のUniversal Analysis V4.5Aを使用して解析した。
【００４８】
試料は形状を変えて、TMA Q400装置に適合するように、円の直径13mm、厚さ2mmのペレットを形成した。試料を、一旦TMA Q400に置き、150℃(@20℃/分)に加熱し、その点で水分ストレスを取り除き、次いで-80℃(@20℃/分)に冷却して、実際の熱膨張率測定を開始した。温度にわたって変異が測定される、毎分5℃で-80℃から150℃に試料を加熱した。
【００４９】
次いで、測定データを分析ソフトウェアにロードし、Alpha x1-x2法を使用して熱膨張率を計算した。この方法によって、温度T1から温度T2までの寸法変化を測定したが、次式
【００５０】
【数１】
2019532498.tif 000002
【００５１】
を使用して寸法変化を熱膨張率の値に変換する。
式中:
ΔL=長さの変化(μm)
ΔT=温度の変化(℃)
L0=試料の長さ(m)
【００５２】
LiMn2O4(LMO)冷間焼結試料においてそれぞれ、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスチレン(PS)及びポリエステルを含む、3つのポリマーの熱膨張率を、異なるレベルで、TMA Q400を用いて試験した。結果は下のTable 1(表1)
【００５３】
【表１】
2019532498.tif 000003
【００５４】
に見いだすことができる。
【００５５】
図5に、一例による多層コンデンサ500を示す。第1の電極502及び第2の電極506とを示す。複合誘電材料510を、第1の電極502と第2の電極506との間に配置する。上記の図4と同様に、一例では、複合誘電材料510は冷間焼結の第1の相とポリマーの第2の相とを含む。一例では、冷間焼結の第1の相は分散相であり、ポリマーの第2の相はマトリックス相である。一例では、冷間焼結の第1の相はマトリックス相であり、ポリマーの第2の相は分散相である。他の例では、冷間焼結の第1の相のポリマーの第2の相に対する比は、いずれの相もマトリックスでも分散でもないような場合もあり、微細構造はより均質である。冷間焼結の第1の相とポリマーの第2の相とのあらゆる組合せが、本発明の範囲内である。
【００５６】
一例では、複合誘電材料510は自己修復ポリマーを含む。一例では、複合誘電材料510は、炭素の酸素及び水素の合計に対する比(C/(O+H))が低いポリマーを含む。上記のように、コンデンサ500が、複合誘電材料510を横切って仮に破壊又はそうでなければ故障した場合、炭素の酸素及び水素の合計に対する比が低いポリマーの第2の相の存在によって、フェイルオープンとなる可能性が高くなる。
【００５７】
一例では、第1の電極502はいくつかの多層プレート504を含む。一例では、第2の電極506はいくつかの多層プレート508を含む。図5に示す例では、多層プレート504、508は、互いに少なくとも部分的に挟み込まれている。一例では、複合誘電材料510の厚さは、一層当たりおよそ0.5ミクロンであるが、本発明はそのように限定されない。
【００５８】
図5の例では、メタライゼーション512が、第1の電極502及び第2の電極506の一部分を覆って含まれる。一例では、メタライゼーション512は、第1の接続端524及び第2の接続端526を提供する。コンデンサ500は、例えばはんだ514を使用して回路基板520に取り付けられて示されている。
【００５９】
一例では、コンデンサ500を囲む密封シール封止材等の封止材522が更に含まれる。一例では、封止材522はエポキシを含む。医療デバイス用途等の選択された用途では、封止材522を使用してコンデンサ500を周囲環境から隔離することが望ましい場合もある。他の例では、封止材は、普通なら成分の特性に悪影響を与える恐れのある湿気への曝露から、コンデンサ500の成分を実質的に隔離しうる。一例では、湿気は、本開示に示す複合誘電体のポリマー成分の誘電特性に影響を及ぼしうる。封止材を使用すると、湿気曝露による悪影響を防ぐことが可能である。
【００６０】
図5に示す例では、第1の接続端524と第2の接続端526とは、多層プレート504、多層プレート508及び複合誘電材料510によって形成された平面積層530を固定して離間している。平面積層530は、第1の接続端524と第2の接続端526との間に吊り下げられ、且つ撓むことができる。一例では、複合誘電材料510は、複合誘電材料510の弾性率を低くする、ポリマーの第2の相成分を含む。コンデンサ500が向上した柔軟性を有することは有利である。回路基板520が製造中又は装置の使用中に撓む場合、複合誘電材料510が撓み、破壊しないことが望ましい。
【００６１】
図6に、一例によるコンデンサを形成する方法を示す。操作602において、或る量の粉末をアセンブルする。或る量の粉末は、冷間易焼結性セラミック粉末とポリマー粉末とを含む。操作604では、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する。操作606では、十分な熱及び圧力をかけて、ポリマー粉末の破壊温度未満で粉末の焼結を活性化して、冷間焼結複合誘電材料を形成する。操作608では、冷間焼結複合誘電材料を少なくとも2つの電極の間に配置してコンデンサを形成する。
【００６２】
一例では、冷間焼結複合誘電材料は、一単位（一ユニット）としての少なくとも2つの電極と接触して形成される。他の例では、冷間焼結複合誘電体を別々に形成し、後で電極と組み合わせてコンデンサを形成する。一例では、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、水を或る量の粉末に適用する工程を含む。一例では、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、アルコールを含む溶媒を或る量の粉末に適用する工程を含む。
【００６３】
一例では、冷間焼結技法を使用して低温で複合誘電体を形成する能力の結果として、以前には利用できなかった様々な金属の選択を使用しうる。例えば、高温セラミック焼結技法を使用して電極とともにコンデンサ誘電体を同時に形成する場合、パラジウム、ニッケル又は白金等の高温金属のみが電極に使用可能である。本開示に記載の成形方法を使用すると、冷間焼結技法を使用する場合、損傷を受けないので、より低温の金属が使用可能である。例えば、アルミニウム又は銅等の改善された伝導特性を有する金属を耐火金属の代わりに使用して、本発明の方法を使用して電極とともにコンデンサ誘電体を同時に形成することが可能である。
【００６４】
複合誘電体と同時に形成された低温電極を有するコンデンサは製造後に物理的に検出可能となる。例えば、電極と誘電体との間の界面は、電極が誘電体と接触して形成されたことを示すことになる、製造中に形成された検出可能な金属間化合物を含む可能性がある。電極内のグレイン成長/グレイン構造等の他の検出可能な特徴は、複合誘電体の形成及び/又は焼結中に、電極が存在し、誘電材料と接触していたかどうかを示すことになる。他の例では、電極は、誘電材料の形成後に、例えばスパッタリングによって、又は物理蒸着によって、別々に形成してよい。
【００６５】
一例では、ポリマー樹脂、モノマー、オリゴマー、又は同様の前駆体ポリマー分子を、或る量の冷間易焼結性セラミック粉末に導入し、冷間易焼結性セラミック粉末と同時に熱及び/又は圧力にかけてよい。一例では、第1の温度及び圧力を使用して冷間焼結プロセスを活性化してよく、一方、第2の温度及び圧力を使用してポリマー前駆体分子の重合及び/又は硬化を活性化してよい。他の例では、単一の温度及び圧力を使用してポリマー前駆体分子の重合及び/又は硬化を活性化し、同時に冷間焼結プロセスを活性化してよい。
【００６６】
一例では、圧力をかける工程は、成形金型中の流動性樹脂組成物を、適切な任意の圧力に、例えば約1MPa〜約5,000MPa、約20MPa〜約80MPa、又は例えば約0.1MPa以下、又は0.5MPa、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、125、150、175、200、250、300、400、500、750、1,000、1,500、2,000、2,000、3,000、4,000、よりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれより大きい、又は約5,000MPa以上に圧縮する工程を含んでよい。方法は、所定の期間、例えば、約0.1秒〜約10時間、約1秒から約5時間、又は約5秒から約1分、又は約0.1秒以下、又は約0.5秒、1、2、3、4、5、10、20、30、45秒、1分、2、3、4、5、10、15、20、30、45分、1時間、2、3、4、又は約5時間以上、(樹脂組成物及び冷間易焼結性セラミック粉末と共に)成形金型キャビティを圧縮状態に保つ工程を含んでよい。
【００６７】
図7〜図12に、本開示による選択された例の複合誘電材料の誘電特性に関する電気試験データを例示する。材料選択の選択された例が示されているが、本発明はそのように限定されない。
【００６８】
試験にあたって、試料の厚さを、±0.2μmの精度を持つHeidenhain Metroゲージを使用して測定した。メタライゼーション前の膜厚測定にあたって13mmの領域内の3か所を選択し、それらの平均値を誘電率計算に使用した。誘電率及び誘電損失の測定にあたっては、直径13mmの円形マスクを使用して、真空オーブン中120℃で2時間乾燥させた後に、Metalon(登録商標)HPS-FG32銀インクを各サンプル上に堆積させた。次いで、銀インクコーティング試料を120℃で2時間硬化させた。Tenney社の湿度及び温度チャンバーと同期させたAgilent E4980A Precision LCR Meterを使用して、23℃、60℃、120℃で周波数の関数として誘電率及び誘電損失を測定した。LCRメータからの接続は、2つのスプリングプローブにはんだ付けされたKeysight 16048Aテストリードキットを用いて作製した。
【００６９】
図7a〜図7cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、ポリスチレン(PS)及びポリエステルを有するモリブデン酸リチウム(LMO)に関する誘電率（DIELECTRIC CONSTANT, DK）データを示す。
【００７０】
図8a〜図8cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、PS及びポリエステルを有するLMOに関する誘電損失（DIELECTRIC LOSS, DF）データを示す。
【００７１】
図9a〜図9cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、ポリエーテルイミド(PEI)を有するLMO及びモリブデン酸ナトリウム(NMO)に関する誘電率データを示す。
【００７２】
図10a〜図10cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、ポリエーテルイミド(PEI)を有するLMO及びモリブデン酸ナトリウム(NMO)に関する誘電損失データを示す。
【００７３】
図11a〜図11cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、ポリプロピレン(PP)を有するNMOに関する誘電率データを示す。
【００７４】
図12a〜図12cに、それぞれ、23、60、及び120度Cでの、ポリプロピレン(PP)を有するNMOに関する誘電損失データを示す。
【００７５】
本明細書に開示の方法及び装置をよりよく例示するために、実施形態の非限定的なリストをここに提供する。
【００７６】
例1はコンデンサを含む。コンデンサは、第1の電極及び第2の電極を含む。コンデンサは、第1の電極と第2の電極との間に配置された複合誘電材料を含み、この場合、複合誘電材料は、冷間焼結の第1の相成分、及び自己修復ポリマーの第2の相成分を含む。
【００７７】
例2は例1のコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分は、約2.0未満である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する。
【００７８】
例3は例1又は2のコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分は、約1.5未満である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する。
【００７９】
例4は例1〜3のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分は、およそ0.5である炭素の(水素+酸素)に対する比を有する。
【００８０】
例5は例1〜4のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分は半結晶性ポリマーを含む。
【００８１】
例6は例1〜5のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分は非晶質ポリマーを含む。
【００８２】
例7は例1〜6のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分はポリオレフィンを含む。
【００８３】
例8は例1〜7のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分はポリプロピレンを含む。
【００８４】
例9は例1〜8のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分はフッ素化ポリマーを含む。
【００８５】
例10は例1〜9のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、第1の電極及び第2の電極は、互いに少なくとも部分的に挟み込まれている多層プレートを含む。
【００８６】
例11は例1〜10のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、或る量の焼結微細構造と比較した或る量の分散相誘電体が、第1の電極及び第2の電極の一方又は両方に対する熱膨張係数に実質的に整合する、複合誘電材料の改変された熱膨張係数を提供する。
【００８７】
例12は例1〜11のいずれか一つのコンデンサを含み、第1の電極及び第2の電極と複合誘電材料とを囲む密封シール封止材を更に含む。
【００８８】
例13は例1〜12のいずれか一つのコンデンサを含み、この場合、密封シール封止材はエポキシを含む。
【００８９】
例14は、フレキシブルコンデンサ（または「可撓性コンデンサ」ともいう）を含む。フレキシブルコンデンサは、第1の電極及び第2の電極を含む。フレキシブルコンデンサは、第1の電極と第2の電極との間に配置されたフレキシブル複合誘電材料を含み、この場合、複合誘電材料は、冷間焼結の第1の相成分と、フレキシブル複合誘電材料の弾性率を低下させる、自己修復ポリマーの第2の相成分とを含み、この場合、第1の電極、第2の電極、及びフレキシブル複合誘電材料は、平面積層を形成する。フレキシブルコンデンサは、平面積層の両側に、第1の電極に接続されている第1の接続端及び第2の電極に接続されている第2の接続端を備え、この場合、平面積層は、第1の接続端と第2の接続端との間に吊り下げられ且つ撓むことができる。
【００９０】
例15は、例14のフレキシブルコンデンサを含み、この場合、第1の電極及び第2の電極は、互いに少なくとも部分的に挟み込まれている多層プレートを含む。
【００９１】
例16は、例14又は15のフレキシブルコンデンサを含み、この場合、フレキシブル複合誘電材料の厚さは、1層当たりおよそ0.5ミクロンである。
【００９２】
例17は、例14〜16のいずれか一つのフレキシブルコンデンサを含み、この場合、自己修復ポリマーの第2の相成分はポリプロピレンを含む。
【００９３】
例18は、例14〜17のいずれか一つのフレキシブルコンデンサを含み、この場合、フレキシブル複合誘電材料において、冷間焼結の第1の相はマトリックス相を形成し、自己修復ポリマーの第2の相成分は分散相を形成している。
【００９４】
例19は、例14〜18のいずれか一つのフレキシブルコンデンサを含み、この場合、フレキシブル複合誘電材料において、冷間焼結の第1の相は分散相を形成し、自己修復ポリマーの第2の相成分はマトリックス相を形成している。
【００９５】
例20はコンデンサを形成する方法を含む。方法は、冷間易焼結性セラミック粉末とポリマー粉末とを含む、或る量の粉末をアセンブルする工程と、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程と、十分な熱及び圧力をかけてポリマー粉末の破壊温度未満で粉末の焼結を活性化して、冷間焼結複合誘電材料を形成する工程と、冷間焼結複合誘電材料を少なくとも2つの電極の間に配置してコンデンサを形成する工程とを含む。
【００９６】
例21は例20の方法を含み、この場合、或る量の粉末をアセンブルする工程は、冷間易焼結性セラミック粉末と自己修復ポリマー粉末とを含む、或る量の粉末をアセンブルする工程を含む。
【００９７】
例22は、例20又は21の方法を含み、この場合、冷間焼結複合誘電材料は、一単位としての少なくとも2つの電極と接触して形成される。
【００９８】
例23は、例20〜22のいずれか一つの方法を含み、この場合、十分な熱及び圧力をかける工程は、ポリマーのガラス転移温度を超える熱をかける工程を含む。
【００９９】
例24は、例20〜23のいずれか一つの方法を含み、この場合、十分な熱及び圧力をかける工程は、ポリマーの溶融温度を超える熱をかける工程を含む。
【０１００】
例25は例20〜24のいずれか一つの方法を含み、この場合、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、水を或る量の粉末に適用する工程を含む。
【０１０１】
例26は例20〜25のいずれか一つの方法を含み、この場合、活性化溶媒を或る量の粉末に適用する工程は、アルコールを含む溶媒を或る量の粉末に適用する工程を含む。
【０１０２】
例27はコンデンサを含む。コンデンサは、電極のうちの少なくとも一方は銅を含む、第1の電極及び第2の電極と、第1の電極及び第2の電極に接触して、第1の電極と第2の電極との間の所定の位置に形成された複合誘電材料とを含み、この場合、複合誘電材料は、冷間焼結の第1の相成分、及び自己修復ポリマーの第2の相成分を含む。
【０１０３】
例28はコンデンサを含む。コンデンサは、電極のうちの少なくとも一方はアルミニウムを含む、第1の電極及び第2の電極と、第1の電極及び第2の電極に接触して、第1の電極と第2の電極との間の所定の位置に形成された複合誘電材料とを含み、この場合、複合誘電材料は、冷間焼結の第1の相成分、及び自己修復ポリマーの第2の相成分を含む。
【０１０４】
本セラミック複合デバイス、材料、及び関連する方法のこれらの及び他の例並びに特徴は、上の詳細な説明において一部は記載されているであろう。この概要は、本主題の非限定的な例を提供することを意図するものであり、それは、排他的又は網羅的な説明を提供することを意図するものではない。
【０１０５】
本明細書に記載の実施形態のいくつかの利点が上に列挙されているが、リストは網羅的なものではない。上記の実施形態の他の利点は、本開示を読むことで、当業者であれば明らかであろう。本明細書では特定の実施形態を例示し説明してきたが、同じ目的を達成するために計算された任意の構成は示された特定の実施形態の代わりとなりうることは当業者であれば理解されよう。本出願は、本発明のあらゆる適合形態又は変形形態を包含することが意図されている。上の説明は例示的であり、限定的ではないことを意図していることを理解されたい。上の実施形態と他の実施形態との組合せは、上の説明を検討すれば当業者であれば明らかであろう。本発明の範囲は、上の構造及び製造方法が使用される他の任意の用途を含む。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に与えられる均等物の完全な範囲と共に、添付の特許請求の範囲への参照により決定されるべきものである。
【符号の説明】
【０１０６】
100  粉末粒子の混合物、混合物
101  複合材料
102  セラミック粒子
103  焼結領域
104  空隙
105  気孔
106  接触点
107  接合領域
108  活性化溶媒
110  二次粒子
111  分散相
200  微細構造
202  ポリマーの第2の相
204  冷間焼結の第1の相
206  焼結グレイン
207  結晶粒界
300  冷間焼結材料の微細構造
302  ポリマーの第2の相
303  焼結グレイン
304  冷間焼結の第1の相
305  結晶粒界
400  コンデンサ
402  第1の電極
404  第2の電極
406  複合誘電材料
408  回路
500  多層コンデンサ
502  第1の電極
504  多層プレート
506  第2の電極
508  多層プレート
510  複合誘電材料
512  メタライゼーション
514  はんだ
520  回路基板
522  封止材
524  第1の接続端
526  第2の接続端
530  平面積層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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