(57)【要約】開示されるさまざまな例は、基板に関する。基板は冷間焼結ハイブリッド材料を含む。冷間焼結ハイブリッド材料は、ポリマー要素およびセラミック要素を含む。基板は、冷間焼結ハイブリッド材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた導体をさらに含む。基板は、導体に接続されたビアをさらに含む。冷間焼結ハイブリッド材料は、約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する。2020532144.tif 000006
2020532144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下:
ポリマー要素; および
セラミック要素;
を含む冷間焼結ハイブリッド材料と;
冷間焼結ハイブリッド材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた導体と;
導体に接続されたビアと
を含み、
冷間焼結ハイブリッド材料が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、
基板。
【請求項２】
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、請求項1記載の基板。
【請求項３】
ポリマー要素が、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、請求項1または2のいずれか一項記載の基板。
【請求項４】
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、請求項1〜3のいずれか一項記載の基板。
【請求項５】
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約20 wt%〜約40 wt%の範囲にある、請求項1〜4のいずれか一項記載の基板。
【請求項６】
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、請求項1〜5のいずれか一項記載の基板。
【請求項７】
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、またはプレートレットとして形状化される、請求項6記載の基板。
【請求項８】
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、請求項6または7のいずれか一項記載の基板。
【請求項９】
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、請求項6〜8のいずれか一項記載の基板。
【請求項１０】
セラミック要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%〜約95 wt%の範囲にある、請求項1〜9のいずれか一項記載の基板。
【請求項１１】
冷間焼結ハイブリッド材料の複数の層を含む、請求項1〜10のいずれか一項記載の基板。
【請求項１２】
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、請求項1〜11のいずれか一項記載の基板。
【請求項１３】
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を、溶媒と接触させる工程; ならびに
冷間焼結混合物を生成させるために少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程
を含む、基板を作製する方法。
【請求項１４】
混合物の温度を、ある量の結合剤を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させる工程をさらに含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
第1のバッキング層を切断して、混合物の第1の部分および混合物の第2の部分を生成させる工程; ならびに
第1の部分を第2の部分に対し積み重ねてスタックを形成し、
スタックが焼結された後に、第1の部分が第1の冷間焼結ハイブリッド層を形成し、第2の部分が第2の冷間焼結ハイブリッド層を形成する、工程
をさらに含む、請求項13または14のいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも部分的に乾燥した混合物が、約100℃〜約400℃の範囲の温度で焼結される、請求項13〜15のいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
圧力が約200 Psi〜約3000 Psiの範囲にある、請求項13〜16のいずれか一項記載の方法。
【請求項１８】
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、請求項13〜17のいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
セラミック要素が、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またはそれらの混合物から選択される1つまたは複数のセラミック粒子を含む、請求項13〜18のいずれか一項記載の方法。
【請求項２０】
以下の工程を含む方法によって形成された基板:
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を溶媒と接触させる工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2017年8月25日付で出願された「SUBSTRATE INCLUDING POLYMER AND CERAMIC COLD-SINTERED MATERIAL」と題する米国仮特許出願第62/550,417号の優先権の恩典を主張するものであり、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
背景
高周波セラミック誘電体基板は、電気的特性を容易に調整する能力(例えば、適当な誘電率を有し、共振周波数または誘電率の平坦な温度係数を有すること)が制限されうる。さらに、高周波セラミック誘電体基板は、高い機械的安定性(亀裂に対する耐性)および高い熱伝導性を欠きうる。
【発明の概要】
【０００３】
開示の概要
本開示によれば、セラミック/ポリマー複合材料は、上述の問題に対処する、電子用途における高周波デバイス基板としての用途のための基板として、冷間焼結プロセス(CSP)を介して開発された。複合基板は、単層構造(例えば、金属、絶縁体、金属および/もしくは金属、絶縁体)または層状構造(例えば、金属、絶縁体、互いに積み重ねられた金属、もしくは互いに積み重ねられた絶縁体の複数層を包含する)でありうる。基板は低温共焼成セラミック(LTCC)デバイスとして動作することができる。LTCCデバイスは、レジスタ、インダクタ、コンデンサ、アクティブコンポーネント、誘電体共振器などの組み入れにより、複数の機能を有することができる。
【０００４】
開示されたセラミック/ポリマー構造は、さまざまな例にしたがって、いくつかの利点を含むことができる。例えば、この構造は、調整可能な誘電率(アンテナの小型化に役立ちうる)ならびにポリマー相の流れによる機械的および電気的性能の向上(例えば、硬い粒子として残存しない)を有する能力がある。これらの特性は、ポリマーの組み入れのため、ショート故障モードの防止に役立ちうる。より高いDk同調性のため材料に未溶融ポリマーを充填することもできる。この設計では、基板と集積デバイスまたは金属電極のいずれかとの間で熱膨張係数を一致させることも可能である。加えて、さまざまな例によれば、開示された基板は、ポリマーフィルムコンデンサよりもセラミックコンデンサのユニークな特徴の多くを保持することができる。セラミック/ポリマー材料構造は、高周波基板用途向けの各材料クラスの最高特性を含むことができる。
【０００５】
別の利点は、いくつかの例によれば、複合材料のセラミック/ポリマー比を柔軟に変えられることであり、これによって個々の成分から構築されるポリマーとセラミック間の特定の電気特性性能を標的化することが可能とされうる。
【０００６】
別の利点は、いくつかの例によれば、ポリマー材料の添加により機械的特性を改善できることである。ポリマーの存在は、クラックが形成され、伝播し、層間で電気的短絡/故障が発生するLTCCの脆弱性の問題に対処することができる。屈曲による高周波基板の破損は、このポリマー/セラミックハイブリッドシステムを用いて改善できる可能性がある問題である。さらに、いくつかの例によれば、高周波基板の耐久性および全体的な堅牢性は、その電気的性能と併せて改善することができる。いくつかの例によれば、ハイブリッドシステムは、純粋なセラミックベースのコンデンサと比較して、圧縮/屈曲後もその誘電特性(例えば、静電容量変化、IR、ESRなど)を維持することもできる。さらなる例によれば、ポリマーの添加は、耐熱衝撃性を改善することができ、熱応力亀裂を制限または防止することができる。これは、本開示において用いられるポリマーが、高周波基板の適用および製造における過渡的な温度スイング中の応力の緩和を支援するために行われる可能性がある。
【０００７】
いくつかの例によれば、セラミック/ポリマー材料は、商業規模の製造のためにテープにすることができる。材料を個別の層の中に作製することができ、それらを積み重ね共焼成して基板を形成する。いくつかの例によれば、複合材料を作製するために、冷間焼結プロセス(CSP)は、ポリマー材料をセラミックに導入して複合材料を作製しうる低温焼結プロセスを含むことができる。冷間焼結できることにより、少なくとも85%の密度を有する基板の形成が可能になる。密度を増加させ(例えば、少なくとも85%までまたは90%超まで)、所望の電気特性を得るための焼結温度は極端に高く(例えば、400℃超)、ポリマー材料の温度限界を超えるため、これは、従来のセラミックベースのコンデンサでは不可能であろう。従来の方法では、ポリマーを分解または焼失させるであろう。したがって、本明細書において提示される例では、複合材/ポリマー構造ならびに所望の電気的および機械的特性を有する基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図面は、本書面において論じられているさまざまな態様を、限定ではなく、例として、一般的に例示する。
【０００９】
【図１】さまざまな態様による、冷間焼結ハイブリッド材料を含む基板の断面図である。
【図２】さまざまな態様による、冷間焼結ハイブリッド材料を形成する方法を例示する流れ図である。
【図３】さまざまな態様による、冷間焼結ハイブリッド材料のソフトウェア分析レポートを示すグラフである。
【図４】さまざまな態様による、冷間焼結ハイブリッド材料の熱膨張係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
これから、開示された主題のある種の態様を詳細に参照するが、その例は添付の図面に部分的に例示されている。開示された主題は、列挙された特許請求の範囲と併せて記述されるが、例示された主題は、特許請求の範囲を開示された主題に限定することを意図しないことが理解されよう。
【００１１】
本書面を通して、範囲形式で表現された値は、範囲の限定として明示的に列挙された数値を含むだけでなく、各数値および部分範囲が明示的に列挙されているかのようにその範囲内に包含される全ての個々の数値または部分範囲を含むように柔軟に解釈されるべきである。例えば、「約0.1%〜約5%」または「約0.1%〜5%」の範囲は、約0.1%〜約5%だけでなく、個々の値(例えば: 1%、2%、3%、および4%)ならびに示された範囲内の部分範囲(例えば、0.1%〜0.5%、1.1%〜2.2%、3.3%〜4.4%)を含むと解釈されるべきである。「約X〜Y」という文は、別段の指示がない限り、「約X〜約Y」と同じ意味を有する。同様に、「約X、Y、または約Z」という文は、別段の指示がない限り、「約X、約Y、または約Z」と同じ意味を有する。
【００１２】
本書面では、「1つの(a)」、「1つの(an)」、または「その(the)」という用語は、文脈からそうでないことが明確に示されていない限り、1つまたは2つ以上を含むように用いられる。「または」という用語は、別段の指示がない限り、非排他的な「または」をいうように用いられる。「AおよびBの少なくとも1つ」という文は、「A、B、またはAおよびB」と同じ意味を有する。さらに、本明細書において利用され、他に定義されていない言葉遣いまたは専門用語は、記述のみを目的としており、限定を目的としていないことが理解されるべきである。項の見出しのいかなる使用も書面の解釈を補助するよう意図されており、限定するものと解釈されるよう意図されていない; 項の見出しに関連する情報は、その特定の項の内外に存在しうる。
【００１３】
本明細書において記述される方法では、時間順序または操作順序が明示的に列挙されている場合を除き、本発明の主題の原理から逸脱することなく任意の順序で行為を実行することができる。さらに、明示的な主張言語が個別に実行されることを述べていない限り、指定された行為を同時に実行することができる。例えば、Xを行うという主張された行為およびYを行うという主張された行為は、単一の操作内で同時に行うことができ、結果として生じるプロセスは、主張されたプロセスの文字通りの範囲に含まれる。
【００１４】
本明細書において用いられる「約」という用語は、値または範囲のバラツキの程度、例えば、規定値または範囲の規定限界の10%以内、5%以内、または1%以内を可能にすることができ、規定されたまさにその値または範囲を含む。本明細書において用いられる「実質的に」という用語は、少なくとも約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%のように、その大部分、もしくはほとんど、または少なくとも約99.999%もしくはそれ以上、または100%をいう。
【００１５】
本明細書において用いられる「オリゴマー」という用語は、実際にまたは概念的に、低相対分子量の分子に由来する小さな複数の単位をその構造が本質的に含む中間相対分子量を有する分子をいう。中間の相対質量を有する分子は、1つまたは少数の単位の除去によって変化する特性を有する分子とすることができる。1つまたは複数の単位の除去から生じる特性のバラツキは、有意なバラツキとすることができる。
【００１６】
本明細書において用いられる「溶媒」という用語は、固体、液体、または気体を溶解できる液体をいう。溶媒の非限定的な例は、シリコーン、有機化合物、水、アルコール、イオン液体、および超臨界流体である。
【００１７】
本明細書において用いられる「熱可塑性ポリマー」という用語は、加熱されると流体(流動性)状態に変換し、冷却されると硬くなる(流動しない)特性を有するポリマーをいう。
【００１８】
本明細書において記述されるポリマーは、任意の適当な方法で終結することができる。いくつかの例では、ポリマーは、適切な重合開始剤、-H、-OH、-O-、置換または非置換-NH-、および-S-から独立して選択される0、1、2、または3個の基で中断された置換または非置換(C1〜C20)ヒドロカルビル(例えば、(C1〜C10)アルキルまたは(C6〜C20)アリール)、ポリ(置換または非置換(C1〜C20)ヒドロカルビルオキシ)、およびポリ(置換または非置換(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することができる。
【００１９】
さまざまな例によれば、低温共焼成セラミック基板のような基板が開示されている。図1は、基板10の概略断面図である。図1に示されるように、基板10は、冷間焼結ハイブリッド材料を含む少なくとも1つの層12、少なくとも1つのビア14、少なくとも1つのサーマルビア16、第1の表面18、反対側の第2の表面20、少なくとも1つの導電層22、少なくとも1つのレジスタ24、少なくとも1つのシリコンダイ26、少なくとも1つのソルダーボール28、ワイヤ30、パッド32、およびキャビティ34を含む。
【００２０】
図1に示されるように、基板10は、冷間焼結ハイブリッド材料の6つの層12を含む。6層が示されているが、基板10は、任意の適当な量の層12を含むことが可能である。例えば、基板10は、1層〜400層の層12、2層〜38層、10層〜30層、15層〜25層、5層〜約300層、50層〜約200層、あるいは1層未満、1層と同等、もしくは1層超、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、395、または400の層12を含むことができる。各層12は任意の適当な厚さを有することができる。例えば、厚さは、約10 μm〜約100 mm、約50 μm〜約50 mm、約70 μm〜約30 mm、約90 μm〜約10 mmの範囲、あるいは10 μm、50 μm、100 μm、150 μm、200 μm、250 μm、300 μm、350 μm、400 μm、450 μm、500 μm、550 μm、600 μm、650 μm、700 μm、750 μm、800 μm、850 μm、900 μm、950 μm、0.1 mm、5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、もしくは50 mm未満、10 μm、50 μm、100 μm、150 μm、200 μm、250 μm、300 μm、350 μm、400 μm、450 μm、500 μm、550 μm、600 μm、650 μm、700 μm、750 μm、800 μm、850 μm、900 μm、950 μm、0.1 mm、5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、もしくは50 mmと同等、または10 μm、50 μm、100 μm、150 μm、200 μm、250 μm、300 μm、350 μm、400 μm、450 μm、500 μm、550 μm、600 μm、650 μm、700 μm、750 μm、800 μm、850 μm、900 μm、950 μm、0.1 mm、5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、もしくは50 mm超とすることができる。個々の層12は、結合によって一緒に保持することができ、または接着材料を層12の間に配置することができる。
【００２１】
層12の各々は冷間焼結ハイブリッド材料を含む。冷間焼結ハイブリッド材料は、互いに点在するポリマー要素およびセラミック要素を少なくとも含む。冷間焼結の操作は、本明細書においてさらに論じられる。ポリマー要素は、1つもしくは複数のポリマー、ポリマー粒子、またはモノマーもしくはオリゴマーの重合可能な混合物を含むことができる。ポリマー要素は、冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%〜約60 wt%、約10 wt%〜約55 wt%、約15 wt%〜約50 wt%、約20 wt%〜約45 wt%、約25 wt%〜約40 wt%、約30 wt%〜約35 wt%の範囲、あるいは冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、もしくは約60 wt%未満、約5 wt%、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、もしくは約60 wt%と同等、または約5 wt%、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、もしくは約60 wt%超とすることができる。
【００２２】
1つの例では、ポリマー要素は、ポリプロピレンのような、熱可塑性ポリマーを含むことができる。別の例では、ポリマー要素は、エポキシなどのような、熱硬化性ポリマーを含むことができる。別の例では、ポリマー要素は非晶質ポリマーを含むことができる。別の例では、ポリマー要素は半結晶性ポリマーを含むことができる。別の例では、ポリマー要素は、混和性または非混和性ブレンドのような、ブレンドを含むことができる。別の例では、ポリマー要素は、ホモポリマー、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、イオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、またはそれらの混合物を含むことができる。
【００２３】
許容されるポリマーのいくつかの具体例としては、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))、およびそれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されることはない。
【００２４】
いくつかの例では、ポリマー要素は、射出成形金型のような、金型、またはポリマー要素の他の要素とともに他のツーリング表面内で重合できる1つまたは複数の樹脂またはオリゴマーを含むことができる。1つの例では、樹脂は流動性である。流動性樹脂中の1つまたは複数の樹脂は、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、フルオロプラスチック、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もしくはアセタール)、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もしくはアクリロニトリル)、ポリアミドポリマー(ナイロンのような、PA)、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)、ポリエチレン塩素化物ポリマー(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)、およびスチレン-アクリロニトリルポリマー(SAN)のような、任意の1つまたは複数の硬化性樹脂とすることができる。流動性樹脂組成物は、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、超高分子量ポリエチレン(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もしくは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)および超低密度ポリエチレン(VLDPE))、ポリプロピレン(PP)、またはそれらの組み合わせを含むことが��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、またはそれらの組み合わせとすることができる。ポリマーまたは反応性オリゴマーのガラス転移温度は、200℃超とすることができる。
【００２５】
他の例では、ポリマー要素は、モノマーの重合から形成されるポリマーを含むことができる。重合は、ラジカル重合、開環重合、熱重合、または反応性オリゴマーの組み入れのような、多くの適当なプロセスを通じて行うことができる。この目的に適した多くのモノマーには、不飽和のホモまたはヘテロ核二重結合、ジエン、トリエン、および/またはひずみ(strained)脂環式が含まれる。ラジカル重合反応で用いるためのモノマーの例としては、アクリル酸、アクリルアミド、アクリル酸エステル、アクリル酸およびメタクリル酸のエステル(例えば、n-ブチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート)、アクリル酸およびメタクリル酸のアミド(例えば、n-イソプロピルアクリルアミド)、アクリロニトリル、メチルメタクリレート、多価アルコールの(メタ)アクリレート(例えば、エチレングリコール、トリメチロールプロパン)、スチレン、スチレン誘導体(例えば、1,4ジビニルベンゼン、p-ビニルベンジルクロリド、およびp-アセトキシスチレン)、4-ビニルピリジン、n-ビニルピロリドン、酢酸ビニル、塩化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、クロロプレン、ならびにビニルエーテルが挙げられる。
【００２６】
ラジカル重合は、一次ラジカルの生成によって開始することができる。この目的に適した開始剤は、アゾ開始剤(例えば、ジアルキルジアゼン、AIBN)、過酸化物(例えば、ジクミルペルオキシド、過硫酸塩、およびエチルメチルケトンペルオキシド)、ジフェニル化合物、光開始剤(例えば、α-ヒドロキシケトン、α-アミノケトン、アシルホスフィンオキシド、オキシムエステル、ベンゾフェノン、およびチオキサントン)、ならびにシリル化ベンゾピナコールを含む。いくつかの例では、本明細書において記述される冷間焼結プロセスに関与するセラミック要素化合物(例えば、ZnO2)は、光誘起され、それによりその場重合のためのラジカルを生成することができる。
【００２７】
開環重合法は、低溶融粘度を一般に保有するポリマーを生成できるため、モノマーの重合に望ましい場合がある。ポリマーはまた、有機溶媒、有機溶媒と水との組み合わせ、および時には水のみにさえ易溶性である。本明細書において記述されるプロセスによる開環重合で用いるための例示的な環状モノマーとしては、環状エーテル、環状アミン、ラクトン、ラクタム、環状スルフィド、環状シロキサン、環状ホスファイトおよびホスホナイト、環状イミノエーテル、環状オレフィン、環状カーボネート、および環状エステルが挙げられる。環状モノマーおよびオリゴマーのさらなる例としては、エポキシド、環状ホスファゼン、環状ホスホネート、環状オルガノシロキサン、環状カーボネートオリゴマー、および環状エステルオリゴマーが挙げられる。さらなる例示的なモノマーは、ホルマール、チオホルマール、スルフィド、ジスルフィド、無水物、チオラクトン、尿素、イミド、および二環式モノマーのような官能基を保持する環状モノマーである。
【００２８】
適当である環系のさらなる例としては、芳香族大環状芳香族カーボネートオリゴマーおよび大環状ポリアルキレンカルボキシレートエステルオリゴマーが挙げられる。重合すると、これらのオリゴマーは芳香族ポリカーボネートおよびポリエステルを生じる。
【００２９】
多くの環状モノマーおよびオリゴマーは標準温度および圧力で液体であり、他のものは低温溶融固体であり、同じ条件下で低粘度の液体をもたらす。これらの場合、さまざまな例によれば、そのような環状モノマーおよびオリゴマーは、本明細書において記述されるプロセスにおいてそのままで(例えば、溶媒による希釈なしで)用いることができる。これらのモノマーから生じるポリマーは、触媒搭載量ならびに任意の連鎖停止剤の存在および濃度のような、重合条件に応じて、分子量が大きく異なりうる。
【００３０】
環状モノマーの重合性および重合速度は、環サイズと環上の置換基の両方に影響されうる。一般に、3〜5個の環員または他のひずみ環のさらに小さな環サイズは、通常、環ひずみおよび他の要因により高い重合熱を有する。エントロピーの寄与により重合熱が低い場合でも、より大きな環を重合することができることが多い。
【００３１】
熱重合法が適当である場合がある。加熱時に重合できるモノマーは、通常、1つもしくは複数の炭素-炭素三重結合(例えば、エチニルおよびプロパルギル基)ならびに/またはイソシアネート、シアネート、およびニトリルのような、ヘテロ原子不飽和結合を有するものである。いくつかの例では、アルキニル基のような、二、三または多官能性反応基を含む重合促進剤を添加することにより、重合速度および結果的なポリマー複合体形成を制御することができる。
【００３２】
あるいは、十分な外部圧力および毛細管圧力に曝すことにより、環ひずみ脂肪族モノマー(例えば、炭化水素)を開環することができる。加えて、または代替として、モノマーの重合は、粒子状無機化合物によってまたは冷間焼結セラミックによって触媒することができる。いくつかの例では、重合開始温度は冷間焼結工程において利用される温度よりも高い。これらの例では、より大きな外圧を加えることで、必要な重合開始温度を大幅に低下させることができる。
【００３３】
熱重合で用いるためのモノマーの例としては、シアネート、ベンゾシルコブテン、アルキン、フタロニトリル、ニトリル、マレイミド、ビフェニレン、ベンゾオキサジン、ノルボルネン、環状脂肪族、架橋シクロ炭化水素、およびシクロオクタジエンが挙げられる。
【００３４】
ポリマー要素がモノマーまたはオリゴマーの集合を含む例では、ポリマー要素は、重合反応を促進または調節するための任意の適当な重合助剤を含むことができる。例えば、非限定的な例としては、重合触媒および触媒促進剤、重合触媒阻害剤、重合助触媒、光源と組み合わせた光開始剤、相間移動触媒、連鎖移動剤、ならびに重合促進剤を挙げることができる。いくつかの例では、これらの要素は混合物に希釈または溶解することなく組み入れられる。他の例では、要素は、プロセスにおいて用いられる溶媒に部分的にまたは完全に溶解される。あるいは、例えば、最初に要素を適当な溶媒に溶解し、得られた溶液を粒子と接触させ、溶媒が蒸発できるようにして(または溶媒を蒸発させて)、コーティングされたセラミック粒子をもたらすことにより、要素をセラミック要素にコーティングすることができる。
【００３５】
いくつかの例によれば、本明細書において記述される重合プロセスは重合触媒を含まない。これは、無機化合物または得られた冷間焼結セラミックが重合触媒として作用するため、追加の触媒を利用する必要性がなくなるからでありうる。他の例では、溶媒と混合された酸または塩基は、重合触媒を追加する必要なく、開始などにより、重合を促進する。
【００３６】
いくつかの例では、上記の要素の1つまたは複数がカプセル化される。例えば、重合触媒はカプセル化された触媒とすることができる。カプセル化された触媒を使用すると、反応物を予備硬化することなく、冷間焼結プロセス中に高分子反応物の利用と熱の使用が可能とされる。例えば、カプセル化された触媒は、保管および処理中のさまざまな反応物の早期反応を防ぐが、熱、圧力、または溶媒和の適用などの所定の事象によってカプセルが破裂すると、急速な硬化をもたらす。カプセル化された触媒の使用は、冷間焼結と重合が実質的に同時に行われる本発明のいくつかの例において有用である。
【００３７】
カプセル化された触媒は、触媒の周りにシェルを堆積させることにより生成することができる。触媒は、カプセル内の単一の空洞もしくはリザーバーに含まれていても、またはカプセル内の多数の空洞に含まれていてもよい。シェルの厚さは、使用される材料、触媒の搭載レベル、カプセルの形成方法、および意図する最終用途に応じてかなり異なりうる。触媒の搭載レベルは、約5〜約90%、約10%〜約90%、または約30%〜約90%の範囲である。ある種のカプセル化プロセスは、他のカプセル化プロセスよりも高いコア体積搭載に適している。早期の破損または漏出を確実とするには、2つ以上のシェルが望ましい場合がある。カプセル化された触媒は、液滴形成、界面付加および縮合、乳化重合、マイクロ流体重合、逆ミセル重合、流動化、遠心押出、噴霧乾燥、造粒、およびパンコーティングを含むがこれらに限定されない、種々のマイクロカプセル化技法のいずれかによって作製することができる。
【００３８】
冷間焼結ハイブリッド材料は、1つまたは複数のセラミック粒子を含むセラミック要素をさらに含む。1つの例では、セラミック粒子は酸化モリブデン(MoO3)のような、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、またはホウ酸塩のファミリーから選択された二元性、三元性、または四元性化合物を含むことができる。三元性セラミック粒子の一例としては、K2Mo2O7が挙げられる。これらの例のセラミックファミリーは例として使用されているが、このリストは包括的ではない。本開示において記述されるような冷間焼結が可能ないずれのセラミックも、本発明の主題の範囲内である。
【００３９】
冷間焼結が可能なセラミック材料の選択例としては、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、およびBi4B2O9が挙げられるが、これらに限定されることはない。個々のセラミック材料が掲載されているが、本開示はそのように限定されない。選択された例では、セラミック要素は、上記のセラミック材料を含むが、これらに限定されない、2つ以上のセラミック材料の組み合わせを含むことができる。
【００４０】
セラミック粒子は、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、またはプレートレットとして形状化することができる。最大寸法に沿った個々の粒子の平均サイズは、約20 nm〜約30 μm、約5 μm〜約25 μm、約10 μm〜約20 μmの範囲、あるいは約20 nm、19.5 nm、19 nm、18.5 nm、18 nm、17.5 nm、17 nm、16.5 nm、16 nm、15.5 nm、15 nm、14.5 nm、14 nm、13.5 nm、13 nm、12.5 nm、12 nm、11.5 nm、11 nm、10.5 nm、10 nm、9.5 nm、9 nm、8.5 nm、8 nm、7.5 nm、7 nm、6.5 nm、6 nm、5.5 nm、5 nm、4.5 nm、4 nm、3.5 nm、3 nm、2.5 nm、2 nm、1.5 nm、1 nm、0.5 nm、0.5 μm、1 μm、1.5 μm、2 μm、2.5 μm、3 μm、3.5 μm、4 μm、4.5 μm、5 μm、5.5 μm、6 μm、6.5 μm、7 μm、7.5 μm、8 μm、8.5 μm、9 μm、9.5 μm、10 μm、10.5 μm、11 μm、11.5 μm、12 μm、12.5 μm、13 μm、13.5 μm、14 μm、14.5 μm、15 μm、15.5 μm、16 μm、16.5 μm、17 μm、17.5 μm、18 μm、18.5 μm、19 μm、19.5 μm、20 μm、20.5 μm、21 μm、21.5 μm、22 μm、22.5 μm、23 μm、23.5 μm、24 μm、24.5 μm、25 μm、25.5 μm、26 μm、26.5 μm、27 μm、27.5 μm、28 μm、28.5 μm、29 μm、29.5 μm、もしくは約30 μm未満、約20 nm、19.5 nm、19 nm、18.5 nm、18 nm、17.5 nm、17 nm、16.5 nm、16 nm、15.5 nm、15 nm、14.5 nm、14 nm、13.5 nm、13 nm、12.5 nm、12 nm、11.5 nm、11 nm、10.5 nm、10 nm、9.5 nm、9 nm、8.5 nm、8 nm、7.5 nm、7 nm、6.5 nm、6 nm、5.5 nm、5 nm、4.5 nm、4 nm、3.5 nm、3 nm、2.5 nm、2 nm、1.5 nm、1 nm、0.5 nm、0.5 μm、1 μm、1.5 μm、2 μm、2.5 μm、3 μm、3.5 μm、4 μm、4.5 μm、5 μm、5.5 μm、6 μm、6.5 μm、7 μm、7.5 μm、8 μm、8.5 μm、9 μm、9.5 μm、10 μm、10.5 μm、11 μm、11.5 μm、12 μm、12.5 μm、13 μm、13.5 μm、14 μm、14.5 μm、15 μm、15.5 μm、16 μm、16.5 μm、17 μm、17.5 μm、18 μm、18.5 μm、19 μm、19.5 μm、20 μm、20.5 μm、21 μm、21.5 μm、22 μm、22.5 μm、23 μm、23.5 μm、24 μm、24.5 μm、25 μm、25.5 μm、26 μm、26.5 μm、27 μm、27.5 μm、28 μm、28.5 μm、29 μm、29.5 μm、もしくは約30 μmと同等、または約20 nm、19.5 nm、19 nm、18.5 nm、18 nm、17.5 nm、17 nm、16.5 nm、16 nm、15.5 nm、15 nm、14.5 nm、14 nm、13.5 nm、13 nm、12.5 nm、12 nm、11.5 nm、11 nm、10.5 nm、10 nm、9.5 nm、9 nm、8.5 nm、8 nm、7.5 nm、7 nm、6.5 nm、6 nm、5.5 nm、5 nm、4.5 nm、4 nm、3.5 nm、3 nm、2.5 nm、2 nm、1.5 nm、1 nm、0.5 nm、0.5 μm、1 μm、1.5 μm、2 μm、2.5 μm、3 μm、3.5 μm、4 μm、4.5 μm、5 μm、5.5 μm、6 μm、6.5 μm、7 μm、7.5 μm、8 μm、8.5 μm、9 μm、9.5 μm、10 μm、10.5 μm、11 μm、11.5 μm、12 μm、12.5 μm、13 μm、13.5 μm、14 μm、14.5 μm、15 μm、15.5 μm、16 μm、16.5 μm、17 μm、17.5 μm、18 μm、18.5 μm、19 μm、19.5 μm、20 μm、20.5 μm、21 μm、21.5 μm、22 μm、22.5 μm、23 μm、23.5 μm、24 μm、24.5 μm、25 μm、25.5 μm、26 μm、26.5 μm、27 μm、27.5 μm、28 μm、28.5 μm、29 μm、29.5 μm、もしくは約30 μm超とすることができる。
【００４１】
セラミック要素は、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%〜約95 wt%、約55 wt%〜約90 wt%、約60 wt%〜約85 wt%、約60 wt%〜約75 wt%、約65 wt%〜約80 wt%、約70 wt%〜約75 wt%の範囲、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、もしくは約95 wt%未満、約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、もしくは約95 wt%と同等、または約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、もしくは約95 wt%超である。互いに対して、ハイブリッド冷間焼結材料の各層12におけるポリマー要素およびセラミック要素の体積対体積比(v:v)は、約1:100〜約100:1、約2:50〜約50:2、または約10:25〜約25:10の範囲とすることができる。
【００４２】
冷間焼結ハイブリッド材料は、ポリマー要素およびセラミック要素に加えて他の要素を含むことができる。例えば、冷間焼結ハイブリッド材料は、1つまたは複数の充填剤を含むことができる。充填剤は、冷間焼結ハイブリッド材料の約0.001 wt%〜約50 wt%、または約0.01 wt%〜約30 wt%、あるいは約0.001 wt%、0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、もしくは約50 wt%未満、約0.001 wt%、0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、もしくは約50 wt%と同等、または約0.001 wt%、0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、もしくは約50 wt%超で存在することができる。充填剤は材料中に均質に分布することができる。充填剤は繊維または微粒子とすることができる。充填剤は、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、結晶質グラファイトシリカ、天然ケイ砂など; 窒化ホウ素粉末、ホウ素-シリケート粉末などのようなホウ素粉末; TiO2、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどのような酸化物; 硫酸カルシウム(その無水物、脱水物もしくは三水和物として); チョーク、石灰石、大理石、合成沈降炭酸カルシウムなどのような炭酸カルシウム; 繊維状、モジュール状、針状形状、ラメラ状タルクなどを含むタルク; 珪灰石; 表面処理珪灰石; 中空固体ガラス球、シリケート球、セノスフェア、アルミノシリケート(アーモスフェア)などのようなガラス球; 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ための当技術分野において公知のさまざまなコーティングを含むカオリンなどを含むカオリン; 炭化ケイ素、アルミナ、炭化ホウ素、鉄、ニッケル、銅などのような単結晶質繊維もしくは「ウィスカ」; アスベスト、炭素繊維、ガラス繊維のような繊維(連続およびチョップド繊維を含む); 硫化モリブデン、硫化亜鉛などのようなスルフィド; チタン酸バリウム、バリウムフェライト、硫酸バリウム、重晶石などのようなバリウム化合物; 微粒子状もしくは繊維状アルミニウム、青銅、亜鉛、銅およびニッケルなどのような金属および金属酸化物; 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、合金フレークなどのようなフレーク状充填剤; 繊維状充填剤、例えば、ケイ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび硫酸カルシウム半水和物などのうちの少なくとも1種を含むブレンド由来のものなどの無機短繊維; 木材を粉砕することによって得られた木粉、ケナフ、セルロース、綿、サイザル麻、黄麻、亜麻、デンプン、トウモロコシ粉、リグニン、ラミー、ラタン、リュウゼツラン、竹、ヘンプ、粉砕ナッツ殻、トウモロコシ、ココナツ(コイア)、コメ籾殻などのような繊維状製品のような、天然充填剤および補強材; ポリテトラフルオロエチレンのような有機充填剤、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(フェニレンスルフィド)、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、アクリル樹脂、ポリ(ビニルアルコール)などのような繊維を形成することができる有機ポリマーから形成された強化用有機繊維状充填剤; ならびにマイカ、クレイ、長石、煙塵、フィライト、石英、珪岩、真珠岩、トリポリ、珪藻土、カーボンブラックなどのような充填剤、または前述の充填剤のうちの少なくとも1種を含む組み合わせとすることができる。充填剤はタルク、ケナフ繊維、またはそれらの組み合わせとすることができる。充填剤は、金属材料の層で被覆し、伝導性を促進することができ、またはシラン、シロキサン、もしくはシランおよびシロキサンの組み合わせで表面処理し、複合体内の接着および分散を改善することができる。充填剤は、炭素繊維、無機充填剤、およびそれらの組み合わせから選択することができる。充填剤は、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、セラミック被覆グラファイト、二酸化チタン、またはそれらの組み合わせから選択することができる。
【００４３】
図1に示されるように、導電層22は層12と接触している。いくつかの例では、導電層22は、隣接する層12の間に位置する。あるいは、導電層22は、第1の表面18または第2の表面20のような基板10の外面に配置することができる。導電層22は、金属のような導電性材料を含むことができる。金属は、導電層22の約50 wt%〜約100 wt%、約60 wt%〜約90 wt%、約70 wt%〜約80 wt%、あるいは導電層22の約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、95、もしくは100 wt%未満、約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、95、もしくは100 wt%と同等、または約50 wt%、55、60、65、70、75、80、85、90、95、もしくは100 wt%超に及ぶことができる。導電層22に含めることができる適当な金属の例としては、銅、金、銀、ニッケル、それらの合金、白金および金の合金、パラジウムおよび銀の合金、またはそれらの混合物を挙げることができる。導電層22は、信号伝送導体、電力導体、または接地導体になるように適合させることができる。
【００４４】
導電層22は、導電層22に実質的に垂直な方向に延びるビア14によって接続される。ビア14は、隣接する導電層22間で電気信号を伝導することができる。ビア14は、導電層22と同じ材料で作ることができる。ビア14に加えて、基板10はサーマルビア16を含むことができる。サーマルビア16は、第1の表面18と第2の表面20との間に延びるものとして図1に示されている。サーマルビア16はビア14の金属または導電層22のような、任意の熱伝導材料を含むことができる。サーマルビア16は、基板10の内部から、熱が放散されうる基板10の外部へ熱を伝導および輸送するように適合される。
【００４５】
図1はシリコンダイ26をさらに示す。シリコンダイ26は、中央処理装置、フラッシュメモリ、ワイヤレス充電器、電力管理集積回路(PMIC)、Wi-Fi送信機、全地球測位システム、アンテナ、およびNANDスタックから選択することができる。シリコンダイ26は、基板10に含めることができる適当な電子要素の一例である。他の例としてはレジスタ24が挙げられる。適当な電子要素のさらなる例としては、インダクタ、コンデンサ、集積回路、バンドパスフィルタ、水晶発振器、またはアンテナが挙げられる。電子要素は、ソルダーボール28またはワイヤ30によって導電層22に電気的に結合することができる。
【００４６】
冷間焼結ハイブリッド材料での材料は、基板10の特性に影響を与えるように選択することができる。例えば、異なるポリマーまたはセラミックを含めて層12の誘電率を変更し、その中に配置される電子要素を収容するのにより適したものにすることができる。冷間焼結ハイブリッド材料での材料を変更することは、熱膨張係数を調整して、そこに埋め込まれた電子要素の熱膨張係数と実質的に一致させるのにも役立ちうる。
【００４７】
基板10は、任意の適当な方法にしたがって作製することができる。適当な方法の例が図2に示されている。図2は、基板10を形成するための方法50の流れ図である。方法50は操作52を含む。操作52では、ポリマー要素、ならびにセラミックおよび結合剤要素を含む混合物の第1の量が第1のバッキング層上に堆積される。結合剤は、ポリビニルアルコール、カルボキシル基修飾ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、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コポリマー、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(アクリル酸ブチル)、エチルヒドロキシエチルセルロース、スチレンブタジエン樹脂、カルボキシメチルセルロース、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、エチル-酢酸ビニルコポリマーおよびポリエステルから選択することができる。バッキング層は、少なくとも1つのポリマーを含むことができる固体平面フィルムとすることができる。いくつかの例では、バッキング層のポリマーは、ポリマー要素のポリマーとは異なることができる。バッキングは、シリコーンで少なくとも部分的にコーティングすることができる。
【００４８】
操作54では、混合物が少なくとも部分的に凝固するように、混合物は少なくとも部分的に乾燥される。混合物は完全に乾燥させることもできる。混合物を完全にまたは部分的に乾燥させると、さらなる操作での処理がいっそう容易とされうる。混合物は単純に風乾するだけで乾燥させることができるが、乾燥を促進するために混合物を周囲温度より高く上昇させることもできる。混合物が乾燥した後に、バッキングを切断することができる。バッキングを切断すると、バッキング上に少なくとも2枚の混合物のシートが生成される。
【００４９】
操作56で、導体22、ビア14、サーマルビア16、または任意の他の電子要素の少なくとも1つが、少なくとも部分的に乾燥した混合物に印刷される。印刷は、多くの異なる印刷手順を含むことができる。適当な印刷手順の例としては、スクリーン印刷、堆積印刷、エアロゾル印刷、およびインク印刷、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。いくつかの例では、電子要素は、電気銅めっき法のような静電コーティング法によって形成することもできる。いくつかの例では、混合物に穴を形成することができる。穴内にビアを形成することができ、またはその中に電子要素を少なくとも部分的に配置することができる。
【００５０】
操作58で、バッキング層が混合物から除去される。バッキングが切断された例では、バッキングは混合物の各シートから除去される。混合物の少なくとも2枚のシートが存在する例では、それらのシートは互いに対し積み重ねられて、素地未加工構造物(substrate green structure)を形成する。
【００５１】
操作60で未加工構造物が冷間焼結される。未加工構造物が冷間焼結されるにつれて、少なくとも部分的に乾燥した混合物は、冷間焼結ハイブリッド材料の各層を形成する。冷間焼結は一般に、未加工構造物を取り巻く環境の圧力を上昇させること、および未加工構造物を加熱することを含む。圧力は、少なくとも部分的に乾燥した混合物を取り巻く環境で、約1 Mpa〜約5000 Mpa、約200 Psi〜約3000 Psi、約500 Psi〜約2000 Psiの範囲、あるいは約1 Mpa、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1120、1130、1140、1150、1160、1170、1180、1190、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3340、3350、3360、3370、3380、3390、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、もしくは約5000 Mpa未満、約1 Mpa、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1120、1130、1140、1150、1160、1170、1180、1190、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3340、3350、3360、3370、3380、3390、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、もしくは約5000 Mpaと同等、または約1 Mpa、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1120、1130、1140、1150、1160、1170、1180、1190、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3340、3350、3360、3370、3380、3390、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、もしくは約5000 Mpa超まで上昇させることができる。
【００５２】
圧力を上昇させた後に、素地未加工構造物を溶媒と接触させることができる。本発明の主題のプロセスでは、無機化合物が少なくとも部分的な溶解性を有する少なくとも1つの溶媒を利用することができる。有用な溶媒は、水、C(1〜6)-アルキルアルコールのようなアルコール、エステル、ケトン、双極性非プロトン性溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、およびジメチルホルムアミド(DMF))、ならびにそれらの組み合わせを含む。いくつかの例では、単一の溶媒のみが用いられる。他の例では、2つまたはそれ以上の溶媒の混合物が用いられる。
【００５３】
さらに他の例では、pHを調整するために1つまたは複数の他の要素が添加される水性溶媒系を提供する。この要素には、無機酸および有機酸、ならびに有機塩基および無機塩基が含まれる。
【００５４】
適当な無機酸の例としては、亜硫酸、硫酸、次亜硫酸、過硫酸、ピロ硫酸、ジ亜硫酸、亜ジチオン酸、テトラチオン酸、チオ亜硫酸、硫化水素酸、ペルオキシ二硫酸、過塩素酸、塩酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、次亜硝酸、亜硝酸、硝酸、過硝酸、亜炭酸、炭酸、次亜炭酸、過炭酸、シュウ酸、酢酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、過リン酸、次亜リン酸、ピロリン酸、ヒドロリン酸(hydrophosphoric acid)、臭化水素酸、亜臭素酸、臭素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、亜ヨウ素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、ヨウ化水素酸、亜フッ素酸、フッ素酸、次亜フッ素酸、過フッ素酸、フッ化水素酸、クロム酸、亜クロム酸、次亜クロム酸、過クロム酸、セレン化水素酸、セレン酸、亜セレン酸、窒化水素酸、ホウ酸、モリブデン酸、過キセノン酸、ケイフッ化水素酸(silicofluoric acid)、テルル酸、亜テルル酸、タングステン酸、キセノン酸、クエン酸、ギ酸、ピロアンチモン酸、過マンガン酸、マンガン酸、アンチモン酸、亜アンチモン酸、ケイ酸、チタン酸、ヒ酸、過テクネチウム酸、ヒ化水素酸(hydroarsenic acid)、ジクロム酸、テトラホウ酸、メタスズ酸、次亜シュウ酸、フェリシアン酸、シアン酸、亜ケイ酸、シアン水素酸、チオシアン酸、ウラン酸、およびジウラン酸が挙げられる。
【００５５】
適当な有機酸の例としては、マロン酸、クエン酸、酒石酸、グルタミン酸、フタル酸、アゼライン酸、バルビツール酸、ベンジル酸、ケイ皮酸、フマル酸、グルタル酸、グルコン酸、ヘキサン酸、乳酸、リンゴ酸、オレイン酸、葉酸、プロピオール酸、プロピオン酸、ロゾール酸、ステアリン酸、タンニン酸、トリフルオロ酢酸、尿酸、アスコルビン酸、没食子酸、アセチルサリチル酸、酢酸、およびp-トルエンスルホン酸のようなスルホン酸が挙げられる。
【００５６】
適当な無機塩基の例としては、水酸化アルミニウム、水酸化アンモニウム、水酸化ヒ素、水酸化バリウム、水酸化ベリリウム、水酸化ビスマス(iii)、水酸化ホウ素、水酸化カドミウム、水酸化カルシウム、水酸化セリウム(iii)、水酸化セシウム、水酸化クロム(ii)、水酸化クロム(iii)、水酸化クロム(v)、水酸化クロム(vi)、水酸化コバルト(ii)、水酸化コバルト(iii)、水酸化銅(i)、水酸化銅(ii)、水酸化ガリウム(ii)、水酸化ガリウム(iii)、水酸化金(i)、水酸化金(iii)、水酸化インジウム(i)、水酸化インジウム(ii)、水酸化インジウム(iii)、水酸化イリジウム(iii)、水酸化鉄(ii)、水酸化鉄(iii)、水酸化ランタン、水酸化鉛(ii)、水酸化鉛(iv)、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化マンガン(ii)、水酸化マンガン(vii)、水酸化水銀(i)、水酸化水銀(ii)、水酸化モリブデン、水酸化ネオジム、オキソ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル(ii)、水酸化ニッケル(iii)、水酸化ニオブ、水酸化オスミウム(iv)、水酸化パラジウム(ii)、水酸化パラジウム(iv)、水酸化白金(ii)、水酸化白金(iv)、水酸化プルトニウム(iv)、水酸化カリウム、水酸化ラジウム、水酸化ルビジウム、水酸化ルテニウム(iii)、水酸化スカンジウム、水酸化ケイ素、水酸化銀、水酸化ナトリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化タンタル(v)、水酸化テクネチウム(ii)、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化タリウム(i)、水酸化タリウム(iii)、水酸化トリウム、水酸化スズ(ii)、水酸化スズ(iv)、水酸化チタン(ii)、水酸化チタン(iii)、水酸化チタン(iv)、水酸化タングステン(ii)、水酸化ウラニル、水酸化バナジウム(ii)、水酸化バナジウム(iii)、水酸化バナジウム(v)、水酸化イッテルビウム、水酸化イットリウム、水酸化亜鉛、および水酸化ジルコニウムが挙げられる。
【００５７】
有機塩基は、それらが水性媒体中でプロトンを受容することができるために、典型的には窒素含有物である。例示的な有機塩基としては、メチルアミン、トリメチルアミンなどのような、第一級、第二級、および第三級(C1〜10)-アルキルアミンが挙げられる。さらなる例は、(C6〜10)-アリールアミンおよび(C1〜10)-アルキル-(C6〜10)-アリールアミンである。他の有機塩基は、単環式および二環式複素環式化合物ならびにヘテロアリール化合物でのように、窒素を環状構造へ組み入れている。これらには、例えば、ピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ヒスチジン、およびホスファゼンが含まれる。
【００５８】
本明細書において記述されるいくつかの操作において、セラミック要素を溶媒と組み合わせて混合物を得る。さまざまな例によれば、溶媒は、混合物の総重量に基づいて、約40重量%またはそれ以下で存在する。あるいは、混合物中の溶媒の質量百分率は、35%もしくはそれ以下、30%もしくはそれ以下、25%もしくはそれ以下、20%もしくはそれ以下、15%もしくはそれ以下、10%もしくはそれ以下、5%もしくはそれ以下、3%もしくはそれ以下、または1%もしくはそれ以下である。
【００５９】
圧力が上昇した後に、未加工構造物の温度が上昇する。温度を上昇させる程度は、ポリマーおよびセラミック材料の選択に依って異なりうる。しかしながら、一般に、「冷間焼結」するには、温度を結合剤の量を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させるが、溶媒の沸点よりも約1℃から約200℃を超えない。非限定的な例として、未加工構造物を約100℃〜約400℃、約120℃〜約300℃、約150℃〜約250℃、約175℃〜約200℃の範囲の温度、あるいは約100℃、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、395、もしくは400℃未満、または約100℃、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、395、もしくは400℃超で焼結することができる。未加工構造物は、任意の適用な量の時間、加熱することができる。加熱後、混合物は冷間焼結され、基板10が形成される。
【００６０】
いくつかの例では、冷間焼結後、基板10は、種々の硬化後または仕上げ工程に供することができる。これらには、例えば、焼きなましおよび機械加工が含まれる。いくつかの例では、冷間焼結セラミックポリマー複合材でより大きな物理的強度または亀裂に対する耐性が望まれる焼きなまし工程が導入される。さらに、一部のポリマーまたはポリマーの組み合わせの場合、冷間焼結行程は、セラミックを焼結するのに十分ではあるが、セラミックの空隙へのポリマーの完全な流れを確保するのに十分な熱を提供しない。ゆえに、焼きなまし工程は、完全な流れが達成されるのに十分な時間熱を提供し、それにより、例えば、焼きなまし工程を受けなかった冷間焼結セラミックポリマー複合材と比較して、改善された破壊強度、靭性、および摩擦特性を確保することができる。
【００６１】
あるいは、冷間焼結セラミックポリマー複合材は、任意で事前にプログラムされた温度および/または圧力の傾斜、保持、またはサイクルに供することができ、ここで温度もしくは圧力または両方が任意で複数回、増加または減少される。
【００６２】
冷間焼結セラミックポリマー複合材は、当技術分野において公知の従来の技法を用いて機械加工することもできる。機械加工工程を実施して、完成部品を得ることができる。例えば、射出成形の事前焼結工程では、部品の全体的な形状を得ることができるが、機械加工の焼結後工程では、詳細および正確な機能を加えることができる。
【００６３】
プロセスの冷間焼結工程は、基板10の層12の緻密化をもたらすことができる。したがって、いくつかの例によれば、層12は、質量/形状比、アルキメデス法、または同等の方法によって決定されるように、少なくとも70%の相対密度を示す。相対密度は、約75%〜約99%、約80%〜約95%、約85%〜約90%の範囲、あるいは約75%, 80, 85, 90, 95、もしくは99%未満、約75%, 80, 85, 90, 95、もしくは99%と同等、または約75%, 80, 85, 90, 95、もしくは99%超とすることができる。冷間焼結はまた、各層12にある程度のクローズドセル多孔性を与えることができ、ポリマー要素は、焼結微細構造のクローズドセルの少なくともいくつかのなかに分散される。
【００６４】
簡単に説明すると、ACS-A03密度測定セットを備えたKERN ABS-N/ABJ-NM天秤を用い、アルキメデス法を利用してサンプルの密度を測定した。乾燥したサンプル(例えば、ペレット)を最初に秤量し(W乾燥)、1時間2-プロパノール中での沸騰に供した。次に、サンプルを既知の温度で2-プロパノール中に懸濁して、液体中での見掛けの質量(W懸濁)を測定し、取り出して、2-プロパノールで湿らせたティッシュを用いてサンプルの表面から余分な液体を拭き取った。次に、飽和したサンプルを空気中で直ちに秤量した(W飽和)。次に、密度を次のように決定する:
密度 = W乾燥/(W飽和-W懸濁)＊溶媒の密度
ここで2-プロパノールの密度は、20℃で0.786 g/cm3、21℃で0.785 g/cm3、および22℃で0.784 g/cm3であるとみなされた。
【００６５】
「幾何学的(体積)法」としても知られる、密度を決定するための幾何学的方法は、例えば、デジタルノギスを用いて、円柱状サンプルの直径(D)および厚さ(t)を測定する工程を伴う。円柱の体積は、式V=π(D/2)2 x tから計算することができる。円柱状サンプルの質量を分析天秤で測定した。質量を体積で割ることによって相対密度を決定した。
【００６６】
体積法は、立方体、直方体および円柱のような、単純形状のためのアルキメデス法に匹敵し、ここで体積を測定することは比較的容易である。非常に不規則な形状を有するサンプルの場合、体積を正確に測定することは困難な場合があり、その場合、密度を測定するにはアルキメデス法がいっそう適切でありうる。
【実施例】
【００６７】
本開示のさまざまな態様は、例示として供与される以下の実施例を参照することによってさらによく理解することができる。本開示は、本明細書において示される実施例に限定されない。
【００６８】
実施例1−電気的特性
一例では、Na2Mo2O7粉末を、以下の組成にしたがってポリエーテルイミド(PEI)と混合した: (1-x)Na2Mo2O7-xPEI (x = 0、10、20、30、40、50 Vol%)。混合物をエタノール中で24時間ボールミル粉砕し、その後85℃で乾燥させた。
【００６９】
(1-x)Na2Mo2O7-xPEI (x=0, 10, 20 Vol%)およびAg電極多層複合材を、冷間焼結共焼成セラミック(CSCC)技術によって製造した。最初に、(1-x)Na2Mo2O7-xPEI粉末を95 wt%メチルエチルケトン(MEK)および5 wt% QPAC 40樹脂(Empower Materials, Newark, DE, USA)の溶液と混合し、12〜24時間ボールミル粉砕した。その後、66.3 wt%メチルエチルケトン(MEK)、28.4 wt% QPAC 40樹脂、および5.3 wt%ブチルベンジルフタレートS-160 (Tape Casting Warehouse, Morrisville, PA, USA)の別溶液をスラリーに添加した後、さらに24時間ボールミル粉砕し、1〜2時間圧延した(MX-T6-S Analog Tube Roller, Scilogex, Rocky Hill, CT, USA)。次に、ドクターブレードキャスティングヘッドおよびキャリアフィルム(シリコーン被覆ポリエチレンテレフタレート)を備えた実験室用テープキャスティングマシン(A.J. Carsten Co., Inc, San Diego, CA, USA)によるテープキャスティング手順によって(1-x)Na2Mo2O7-xPEIグリーンテープを準備した。室温で乾燥させた後、CO2レーザー(Laser Systems, Scottsdale, Arizona, USA)を用いて、(1-x)Na2Mo2O7-xPEIグリーンテープを直径1インチの円に切断した。次に、一部の(1-x)Na2Mo2O7-xPEIテープを、スクリーンプリンタ(Model 645, AMI Presco, North Branch, NJ, USA)を用い銀インク(DuPont 5029, Wilmington, DE, USA、またはMetalon HPS-FG32, Austin, TX, USA)で印刷した。その後、リング電極を備えた1つの(1-x)Na2Mo2O7-xPEI層、電極なしの6つの(1-x)Na2Mo2O7-xPEI層および電極全体を備えた1つの(1-x)Na2Mo2O7-xPEI層を積層し、21 MPaの静水圧で75℃にて20分間ラミネート加工した(Isostatic Laminator, IL-4004 Pacific Trinetics Corporation, Carlsbad, CA, USA)。結合剤のバーンアウトは、200〜240℃にて2〜3時間、0.5℃/分の加熱速度で実施した。次に、60〜75℃で密封ビーカー内の水蒸気に曝すことにより、(1-x)Na2Mo2O7-xPEI-Ag多層を湿らせた。その後、湿らせた層をダイに入れ、175 MPaの一軸圧力下120℃で20分間(ランプ時間: 20〜25分)冷間焼結させた。最後に、全ての冷間焼結サンプルを120℃のオーブン中で6時間乾燥させた。
【００７０】
冷間焼結サンプルの微細構造を、環境走査型電子顕微鏡(ESEM, FEI, Quanta 200)および電界放出型走査電子顕微鏡(FESEM, FEI, NanoSEM 630)で観察した。マイクロ波領域での冷間焼結サンプルの誘電率およびQ×f値を、ベクトルネットワークアナライザ(Anritsu 37369D)を用いTE011モードを使ってHakki-Coleman共鳴法により測定した。これを以下の表1に示す。表1に示されるように、バルクペレットからのNa2Mo2O7およびPEIの冷間焼結材料、Na2Mo2O7およびPEIを含む冷間焼結テープキャスト8層基板、冷間焼結Na2Mo2O7材料、ならびに冷間焼結Na2Mo2O7材料および結合剤を分析して、適用周波数でのその誘電率および電気定数を決定した。
【００７１】
（表１)
2020532144.tif 000003
【００７２】
実施例2−熱膨張係数
TA instruments熱機械分析装置TMA Q400を用いて冷間焼結ハイブリッド材料の熱膨張係数を測定し、TA instrumentsのUniversal Analysis V4.5Aを用いてデータを分析する。
【００７３】
丸径13 mm、厚さ2 mmのペレットを形成するようにサンプルを再成形して、TMA Q400装置に適合させた。サンプルを、TMA Q400に入れたら、150℃に(20℃/分で)加熱し、この時点で水分およびストレスを緩和し、その後、-80℃に(20℃/分で)冷却して実際の熱膨張係数の測定を開始した。サンプルを毎分5℃で-80℃から150℃に加熱し、温度全体で変位を測定した。
【００７４】
次に、測定データを分析ソフトウェアにロードし、Alpha x1-x2法を用いて熱膨張係数を計算した。この方法では、温度T1から温度T2への寸法変化を測定し、次式を用いて寸法変化を熱膨張係数値に変換する。
2020532144.tif 000004
式中:
ΔL = 長さの変化(μm)
ΔT = 温度の変化(℃)
L0 = サンプル長(m)
【００７５】
図3は、分析ソフトウェアレポートの例を示す。
【００７６】
さまざまなレベルでの、それぞれモリブデン酸リチウム(LMO)冷間焼結サンプルにおける、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスチレン(PS)およびポリエステルを含む、3つのポリマーの熱膨張係数を、TMA Q400で試験した。この結果は表2および図4において見ることができる。
【００７７】
（表２）LMO/PEI、LMO/PSおよびLMO/ポリエステル冷間焼結複合材の熱膨張係数
2020532144.tif 000005
【００７８】
利用されている用語および表現は、限定ではなく説明の用語として用いられており、そのような用語および表現の使用には、示され説明された特徴またはその一部の任意の同等物を除外する意図はないが、本開示の態様の範囲内でさまざまな修正が可能であるものと認識される。したがって、本開示は特定の態様および任意の特徴によって具体的に開示されたが、当業者は本明細書において開示された概念の修正および変形を行うことができること、ならびにそのような修正および変形は本開示の態様の範囲内であるとみなされることが理解されるべきである。
【００７９】
さらなる態様
以下の例示的な態様が提供されるが、その付番は重要度を指定するものと解釈されるべきではない。
【００８０】
態様1では、
以下:
ポリマー要素; および
セラミック要素;
を含む冷間焼結ハイブリッド材料と;
冷間焼結ハイブリッド材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた導体と;
導体に接続されたビアと
を含み、
冷間焼結ハイブリッド材料が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、
基板、が提供される。
【００８１】
態様2では、
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、態様1記載の基板、が提供される。
【００８２】
態様3では、
ポリマー要素が、1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーの重合から形成されるポリマーである、態様1または2のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００８３】
態様4では、
1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーが、スチレン、スチレン誘導体、4-ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン(N-vinylpryrolidone)、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アルキルオレフィン、ビニルエーテル、酢酸ビニル、環状オレフィン、マレイミド、脂環式、アルケン、もしくはアルキン、またはそれらの混合物から選択される、態様3記載の基板、が提供される。
【００８４】
態様5では、
ポリマー要素が、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、態様1〜4のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００８５】
態様6では、
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、態様1〜5のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００８６】
態様7では、
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約20 wt%〜約40 wt%の範囲にある、態様1〜6のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００８７】
態様8では、
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、態様1〜7のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００８８】
態様9では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、またはプレートレットとして形状化される、態様8記載の基板、が提供される。
【００８９】
態様10では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、請求項8または9のいずれか一項記載の基板、が提供される。
【００９０】
態様11では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、態様8〜10のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９１】
態様12では、
最大寸法に沿った1つまたは複数のセラミック粒子の個々の粒子の平均サイズが、約20 nm μm〜約30 μmの範囲にある、態様8〜11のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９２】
態様13では、
セラミック要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%〜約95 wt%の範囲にある、態様1〜12のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９３】
態様14では、
セラミック要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約60 wt%〜約75 wt%の範囲にある、態様1〜13のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９４】
態様15では、
ポリマー要素およびセラミック要素の体積対体積比(v:v)が、約1:100〜約100:1の範囲にある、態様1〜14のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９５】
態様16では、
冷間焼結ハイブリッド材料上に配置された接着剤をさらに含む、態様1〜15のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９６】
態様17では、
冷間焼結ハイブリッド材料が、ある程度のクローズドセル多孔性を含む焼結微細構造を有し、ポリマー要素が、焼結微細構造のクローズドセルの少なくともいくつかのなかに分散される、態様1〜16のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９７】
態様18では、
冷間焼結ハイブリッド材料の厚さが、約0.5 μm〜約100 mmの範囲にある、態様1〜17のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９８】
態様19では、
冷間焼結ハイブリッド材料の厚さが、約0.5 mm〜約50 mmの範囲にある、態様1〜18のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【００９９】
態様20では、
冷間焼結ハイブリッド材料の複数の層を含む、態様1〜19のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１００】
態様21では、
冷間焼結ハイブリッド材料の複数の層が約2層〜約400層を含む、態様20記載の基板、が提供される。
【０１０１】
態様22では、
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、態様1〜21のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０２】
態様23では、
導体が金属を含む、態様1〜22のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０３】
態様24では、
金属が、銅、金、銀、ニッケル、それらの合金、白金および金の合金、パラジウムおよび銀の合金、またはそれらの混合物から選択される、態様23記載の基板、が提供される。
【０１０４】
態様25では、
導体が、冷間焼結ハイブリッド材料の隣接する層の間に配置された導電層である、態様1〜24のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０５】
態様26では、
ビアが金属を含む、態様1〜25のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０６】
態様27では、
金属が、銅、金、銀、ニッケル、それらの合金、白金および金の合金、パラジウムおよび銀の合金、またはそれらの混合物から選択される、態様26記載の基板、が提供される。
【０１０７】
態様28では、
ビアが導体から実質的に垂直な方向に延びる、態様1〜27のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０８】
態様29では、
ビアが隣接する導体間に延びる、態様1〜28のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１０９】
態様30では、
基板の第1の表面と、該第1の表面の反対側の、基板の第2の表面との間に延びるサーマルビアをさらに含む、態様1〜29のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１１０】
態様31では、
導体が信号伝送導体、電力導体、または接地導体から選択される、態様1〜30のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１１１】
態様32では、
導体に接続された第1の電子要素および第2の電子要素のうちの少なくとも1つをさらに含む、態様1〜31のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１１２】
態様33では、
第1の電子要素および第2の電子要素の少なくとも1つが、基板内に少なくとも部分的に埋め込まれている、態様32記載の基板、が提供される。
【０１１３】
態様34では、
第1および第2の電子要素の少なくとも1つが、インダクタ、コンデンサ、レジスタ、シリコンダイ、集積回路、バンドパスフィルタ、水晶発振器、またはアンテナである、態様32または33のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１１４】
態様35では、
シリコンダイが、中央処理装置、フラッシュメモリ、ワイヤレス充電器、電力管理集積回路(PMIC)、Wi-Fi送信機、全地球測位システム、およびNANDスタックから選択される、態様34記載の基板、が提供される。
【０１１５】
態様36では、
冷間焼結ハイブリッド材料を含む基板の熱膨張係数が、冷間焼結ハイブリッド材料を含まない対応する基板、またはポリマー要素をそれほど有しない冷間焼結ハイブリッド材料を含む対応する基板よりも大きい、態様1〜35のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１１６】
態様37では、
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を溶媒と接触させる工程; ならびに
冷間焼結混合物を生成させるために少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程
を含む、基板を作製する方法、が提供される。
【０１１７】
態様38では、
混合物の温度を、ある量の結合剤を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させる工程をさらに含む、態様37記載の方法、が提供される。
【０１１８】
態様39では、
第1のバッキング層を切断して、混合物の第1の部分および混合物の第2の部分を生成させる工程; ならびに
第1の部分を第2の部分に対し積み重ねてスタックを形成し、
スタックの焼結後に、第1の部分が第1の冷間焼結ハイブリッド層を形成し、第2の部分が第2の冷間焼結ハイブリッド層を形成する、工程
をさらに含む、態様37または38のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１１９】
態様40では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つに、少なくとも1つの孔を形成させる工程をさらに含む、態様39記載の方法、が提供される。
【０１２０】
態様41では、
孔を画定する冷間焼結ハイブリッド層の表面上に金属をめっきする工程をさらに含む、態様40記載の方法、が提供される。
【０１２１】
態様42では、
少なくとも部分的に穴内に少なくとも1つの電子要素を配置する工程をさらに含む、態様40記載の方法、が提供される。
【０１２２】
態様43では、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物が、約100℃〜約400℃の範囲の温度で焼結される、態様37〜42のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２３】
態様44では、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物が、約120℃〜約300℃の範囲の温度で焼結される、態様37〜43のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２４】
態様45では、
圧力が約200 Psi〜約3000 Psiの範囲にある、態様37〜44のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２５】
態様46では、
圧力が約500 Psi〜約2000 Psiの範囲にある、態様37〜45のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２６】
態様47では、
圧力が約700 Psi〜約1000 Psiの範囲にある、態様37〜46のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２７】
態様48では、
第1のバッキング層が、ポリマー要素のポリマーとは異なる少なくとも1つのポリマーを含む固体フィルムを含む、態様37〜47のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１２８】
態様49では、
材料がシリコーンで少なくとも部分的にコーティングされている、態様48記載の方法、が提供される。
【０１２９】
態様50では、
第1のバッキング層が実質的に平面である、態様37〜49のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３０】
態様51では、
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、態様37〜50のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３１】
態様52では、
ポリマー要素が1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーの重合から形成されるポリマーである、態様37〜51のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３２】
態様53では、
1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーが、スチレン、スチレン誘導体、4-ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン(N-vinylpryrolidone)、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アルキルオレフィン、ビニルエーテル、酢酸ビニル、環状オレフィン、マレイミド、脂環式、アルケン、もしくはアルキン、またはそれらの混合物から選択される、態様52記載の方法、が提供される。
【０１３３】
態様54では、
ポリマーが、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、態様52または53のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３４】
態様55では、
ポリマー要素が、冷間焼結混合物の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、態様52〜54のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３５】
態様56では、
ポリマー要素が、冷間焼結混合物の約10 wt%〜約20 wt%の範囲にある、態様52〜55のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３６】
態様57では、
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、態様37〜56のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１３７】
態様58では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、およびプレートレットの少なくとも1つとして形状化される、態様57記載の方法、が提供される。
【０１３８】
態様59では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、請求項57または58のいずれか一項記載の方法、が提供される。
【０１３９】
態様60では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、態様57〜59のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４０】
態様61では、
最大寸法による個々のセラミック粒子の平均サイズが、約20 nm〜約30 μmの範囲にある、態様57〜60のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４１】
態様62では、
セラミック要素が、混合物の約50 wt%〜約99 wt%の範囲にある、態様37〜61のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４２】
態様63では、
セラミック要素が、混合物の約80 wt%〜約90 wt%の範囲にある、態様37〜62のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４３】
態様64では、
混合物中のポリマー要素およびセラミック要素の体積対体積比(v:v)が、約1:100〜約100:1の範囲にある、態様37〜63のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４４】
態様65では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つが、ある程度のクローズドセル多孔性を含む焼結微細構造を有し、ポリマー要素が、焼結微細構造のクローズドセルの少なくともいくつかのなかに分散される、態様37〜64のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４５】
態様66では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の厚さが、約10 μm〜約50 mmの範囲にある、態様37〜65のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４６】
態様67では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の厚さが、約0.5 mm〜約100 mmの範囲にある、態様37〜66のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４７】
態様68では、
圧力が上昇した後に、溶媒が少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物に添加される、態様37〜67のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１４８】
態様69では、
溶媒が、水、アルコール、エーテル、ケトン、双極性非プロトン性溶媒、またはそれらの混合物から選択される、態様68記載の方法、が提供される。
【０１４９】
態様70では、
溶媒が、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基、またはそれらの混合物をさらに含む、態様69記載の方法、が提供される。
【０１５０】
態様71では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つを、硬化後または仕上げ工程に供する工程をさらに含む、態様37〜70のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１５１】
態様72では、
印刷する工程が、スクリーン印刷、堆積、エアロゾル印刷、およびインク印刷のうちの少なくとも1つを含む、態様37〜71のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１５２】
態様73では、
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、態様37〜72のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１５３】
態様74では、
第2の量の混合物を第2のバッキング層上に堆積させる工程;
第2のバッキング層上の第2の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第2の量の混合物を生成させる工程;
第2のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第2の量の混合物上に印刷する工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を、少なくとも部分的に乾燥した第2の量の混合物と接触させて、スタックを形成させる工程
をさらに含む、態様37〜71のいずれか1つに記載の方法、が提供される。
【０１５４】
態様75では、
以下の工程を含む方法によって形成された基板、が提供される:
第1の量の混合物を第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を溶媒と接触させる工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が
少なくとも部分的に乾燥した混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程。
【０１５５】
態様76では、
方法が混合物の温度を、ある量の結合剤を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させる工程をさらに含む、態様75記載の基板、が提供される。
【０１５６】
態様77では、
方法が
第1のバッキング層を切断して、混合物の第1の部分および混合物の第2の部分を生成させる工程; ならびに
第1の部分を第2の部分に対し積み重ねてスタックを形成し、
スタックの焼結後に、第1の部分が第1の冷間焼結ハイブリッド層を形成し、第2の部分が第2の冷間焼結ハイブリッド層を形成する、工程
をさらに含む、態様75または76のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１５７】
態様78では、
方法が、第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つに少なくとも1つの孔を形成させる工程をさらに含む、態様77記載の基板、が提供される。
【０１５８】
態様79では、
方法が、孔を画定する冷間焼結ハイブリッド層の表面上に金属をめっきする工程をさらに含む、態様78記載の基板、が提供される。
【０１５９】
態様80では、
方法が、少なくとも部分的に穴内に少なくとも1つの電子要素を配置する工程をさらに含む、態様78記載の基板、が提供される。
【０１６０】
態様81では、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物が、約100℃〜約400℃の範囲の温度で焼結される、態様75〜80のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６１】
態様82では、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物が、約120℃〜約300℃の範囲の温度で焼結される、態様75〜81のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６２】
態様83では、
圧力が約200 Psi〜約3000 Psiの範囲にある、態様75〜82のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６３】
態様84では、
圧力が約500 Psi〜約2000 Psiの範囲にある、態様75〜83のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６４】
態様85では、
圧力が約700 Psi〜約1000 Psiの範囲にある、態様75〜84のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６５】
態様86では、
第1のバッキング層が、ポリマー要素のポリマーとは異なる少なくとも1つのポリマーを含む固体フィルムを含む、態様75〜85のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６６】
態様87では、
材料がシリコーンで少なくとも部分的にコーティングされている、態様86記載の基板、が提供される。
【０１６７】
態様88では、
第1のバッキング層が実質的に平面である、態様75〜87のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６８】
態様89では、
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、態様75〜88のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１６９】
態様90では、
ポリマー要素が1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーの重合から形成されるポリマーである、態様75〜89のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７０】
態様91では、
1つまたは複数のモノマーまたは反応性オリゴマーが、スチレン、スチレン誘導体、4-ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン(N-vinylpryrolidone)、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アルキルオレフィン、ビニルエーテル、酢酸ビニル、環状オレフィン、マレイミド、脂環式、アルケン、もしくはアルキン、またはそれらの混合物から選択される、態様90記載の基板、が提供される。
【０１７１】
態様92では、
ポリマーが分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、態様90または91のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７２】
態様93では、
ポリマー要素が、第1の冷間焼結混合物の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、態様90〜92のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７３】
態様94では、
ポリマー要素が、第1の冷間焼結混合物の約10 wt%〜約20 wt%の範囲にある、態様90〜93のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７４】
態様95では、
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、態様75〜94のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７５】
態様96では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、およびプレートレットの少なくとも1つとして形状化される、態様95記載の基板、が提供される。
【０１７６】
態様97では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、請求項95または96のいずれか一項記載の基板、が提供される。
【０１７７】
態様98では、
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、態様95〜97のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７８】
態様99では、
最大寸法による個々のセラミック粒子の平均サイズが、約20 nm〜約30 μmの範囲にある、態様95〜98のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１７９】
態様100では、
セラミック要素が、混合物の約50 wt%〜約99 wt%の範囲にある、態様75〜99のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８０】
態様101では、
セラミック要素が、混合物の約80 wt%〜約90 wt%の範囲にある、態様75〜100のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８１】
態様102では、
混合物中のポリマー要素およびセラミック要素の体積対体積比(v:v)が、約1:100〜約100:1の範囲にある、態様75〜101のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８２】
態様103では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つが、ある程度のクローズドセル多孔性を含む焼結微細構造を有し、ポリマー要素が、焼結微細構造のクローズドセルの少なくともいくつかのなかに分散される、態様77〜102のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８３】
態様104では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の厚さが、約10 μm〜約50 mmの範囲にある、態様77〜103のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８４】
態様105では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の厚さが、約0.5 mm〜約100 mmの範囲にある、態様77〜104のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８５】
態様106では、
圧力が上昇した後に、溶媒が少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物に添加される、態様75〜105のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８６】
態様107では、
溶媒が、水、アルコール、エーテル、ケトン、双極性非プロトン性溶媒、またはそれらの混合物から選択される、態様106記載の基板、が提供される。
【０１８７】
態様108では、
溶媒が、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基、またはそれらの混合物をさらに含む、態様107記載の基板、が提供される。
【０１８８】
態様109では、
第1の冷間焼結ハイブリッド層および第2の冷間焼結ハイブリッド層の少なくとも1つを、硬化後または仕上げ工程に供する工程をさらに含む、態様77〜108のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１８９】
態様110では、
印刷する工程が、スクリーン印刷、堆積、エアロゾル印刷、およびインク印刷のうちの少なくとも1つを含む、態様75〜109のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１９０】
態様111では、
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、態様75〜110のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【０１９１】
態様112では、
第2の量の混合物を第2のバッキング層上に堆積させる工程;
第2のバッキング層上の第2の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させる工程;
第2のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第2の量の混合物上に印刷する工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を、少なくとも部分的に乾燥した第2の量の混合物と接触させて、スタックを形成させる工程
をさらに含む、態様75〜111のいずれか1つに記載の基板、が提供される。
【図１】
2020532144.tif 000007
【図２】
2020532144.tif 000008
【図３】
2020532144.tif 000009
【図４】
2020532144.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月26日(2020.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下:
ポリマー要素; および
セラミック要素;
の混合物を含む冷間焼結ハイブリッド材料と;
冷間焼結ハイブリッド材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた導体と;
導体に接続されたビアと
を含み、
冷間焼結ハイブリッド材料が80%〜99%の範囲内の相対密度を有する、
基板。
【請求項２】
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、請求項1記載の基板。
【請求項３】
ポリマー要素が、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、請求項1または2のいずれか一項記載の基板。
【請求項４】
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、請求項1〜3のいずれか一項記載の基板。
【請求項５】
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約20 wt%〜約40 wt%の範囲にある、請求項1〜4のいずれか一項記載の基板。
【請求項６】
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、請求項1〜5のいずれか一項記載の基板。
【請求項７】
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、またはプレートレットとして形状化される、請求項6記載の基板。
【請求項８】
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、請求項6または7のいずれか一項記載の基板。
【請求項９】
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、請求項6〜8のいずれか一項記載の基板。
【請求項１０】
セラミック要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%〜約95 wt%の範囲にある、請求項1〜9のいずれか一項記載の基板。
【請求項１１】
冷間焼結ハイブリッド材料の複数の層を含む、請求項1〜10のいずれか一項記載の基板。
【請求項１２】
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、請求項1〜11のいずれか一項記載の基板。
【請求項１３】
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を、溶媒と接触させる工程; ならびに
ポリマー要素とセラミック要素との冷間焼結混合物を生成させるために、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が80%〜99%の範囲内の相対密度を有する、工程
を含む、基板を作製する方法。
【請求項１４】
混合物の温度を、ある量の結合剤を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させる工程をさらに含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
第1のバッキング層を切断して、混合物の第1の部分および混合物の第2の部分を生成させる工程; ならびに
第1の部分を第2の部分に対し積み重ねてスタックを形成し、
スタックが焼結された後に、第1の部分が第1の冷間焼結ハイブリッド層を形成し、第2の部分が第2の冷間焼結ハイブリッド層を形成する、工程
をさらに含む、請求項13または14のいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも部分的に乾燥した混合物が、約100℃〜約400℃の範囲の温度で焼結される、請求項13〜15のいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
圧力が約200 Psi〜約3000 Psiの範囲にある、請求項13〜16のいずれか一項記載の方法。
【請求項１８】
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、請求項13〜17のいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
セラミック要素が、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またはそれらの混合物から選択される1つまたは複数のセラミック粒子を含む、請求項13〜18のいずれか一項記載の方法。
【請求項２０】
以下の工程を含む方法によって形成された基板:
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を溶媒と接触させる工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の、ポリマー要素とセラミック要素との混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が80%〜99%の範囲内の相対密度を有する、工程。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
いくつかの例によれば、セラミック/ポリマー材料は、商業規模の製造のためにテープにすることができる。材料を個別の層の中に作製することができ、それらを積み重ね共焼成して基板を形成する。いくつかの例によれば、複合材料を作製するために、冷間焼結プロセス(CSP)は、ポリマー材料をセラミックに導入して複合材料を作製しうる低温焼結プロセスを含むことができる。冷間焼結できることにより、少なくとも85%の密度を有する基板の形成が可能になる。密度を増加させ(例えば、少なくとも85%までまたは90%超まで)、所望の電気特性を得るための焼結温度は極端に高く(例えば、400℃超)、ポリマー材料の温度限界を超えるため、これは、従来のセラミックベースのコンデンサでは不可能であろう。従来の方法では、ポリマーを分解または焼失させるであろう。したがって、本明細書において提示される例では、複合材/ポリマー構造ならびに所望の電気的および機械的特性を有する基板を提供することができる。
[本発明1001]
以下:
ポリマー要素; および
セラミック要素;
を含む冷間焼結ハイブリッド材料と;
冷間焼結ハイブリッド材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた導体と;
導体に接続されたビアと
を含み、
冷間焼結ハイブリッド材料が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、
基板。
[本発明1002]
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、本発明1001の基板。
[本発明1003]
ポリマー要素が、分枝ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、架橋ポリマー、架橋ポリマーと非架橋ポリマーとのブレンド、大員環、超分子構造、高分子イオノマー、動的架橋ポリマー、液晶ポリマー、ゾルゲル、またはそれらの混合物から選択される、本発明1001または1002のいずれかの基板。
[本発明1004]
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約5 wt%〜約60 wt%の範囲にある、本発明1001〜1003のいずれかの基板。
[本発明1005]
ポリマー要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約20 wt%〜約40 wt%の範囲にある、本発明1001〜1004のいずれかの基板。
[本発明1006]
セラミック要素が、1つまたは複数のセラミック粒子を含む、本発明1001〜1005のいずれかの基板。
[本発明1007]
1つまたは複数のセラミック粒子が、球体、ウィスカ、ロッド、フィブリル、繊維、またはプレートレットとして形状化される、本発明1006の基板。
[本発明1008]
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、ホウ酸塩またはそれらの混合物から選択される、本発明1006または1007のいずれかの基板。
[本発明1009]
1つまたは複数のセラミック粒子が、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、またはそれらの混合物から選択される、本発明1006〜1008のいずれかの基板。
[本発明1010]
セラミック要素が、冷間焼結ハイブリッド材料の約50 wt%〜約95 wt%の範囲にある、本発明1001〜1009のいずれかの基板。
[本発明1011]
冷間焼結ハイブリッド材料の複数の層を含む、本発明1001〜1010のいずれかの基板。
[本発明1012]
相対密度が約90%〜約95%の範囲にある、本発明1001〜1011のいずれかの基板。
[本発明1013]
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を、溶媒と接触させる工程; ならびに
冷間焼結混合物を生成させるために少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が、
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程
を含む、基板を作製する方法。
[本発明1014]
混合物の温度を、ある量の結合剤を蒸発させるのに十分な温度まで上昇させる工程をさらに含む、本発明1013の方法。
[本発明1015]
第1のバッキング層を切断して、混合物の第1の部分および混合物の第2の部分を生成させる工程; ならびに
第1の部分を第2の部分に対し積み重ねてスタックを形成し、
スタックが焼結された後に、第1の部分が第1の冷間焼結ハイブリッド層を形成し、第2の部分が第2の冷間焼結ハイブリッド層を形成する、工程
をさらに含む、本発明1013または1014のいずれかの方法。
[本発明1016]
少なくとも部分的に乾燥した混合物が、約100℃〜約400℃の範囲の温度で焼結される、本発明1013〜1015のいずれかの方法。
[本発明1017]
圧力が約200 Psi〜約3000 Psiの範囲にある、本発明1013〜1016のいずれかの方法。
[本発明1018]
ポリマー要素が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリホルマール、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリ(p-フェニレンオキシド)、ポリエーテルイミド、200℃超のガラス転移温度を有するポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物から選択される、本発明1013〜1017のいずれかの方法。
[本発明1019]
セラミック要素が、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またはそれらの混合物から選択される1つまたは複数のセラミック粒子を含む、本発明1013〜1018のいずれかの方法。
[本発明1020]
以下の工程を含む方法によって形成された基板:
第1の量の混合物を、第1のバッキング層上に堆積させる工程であって、
混合物が
ポリマー要素;
セラミック要素; および
結合剤
を含む、工程;
第1の量の混合物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を第1のバッキング層上に形成させる工程;
第1のバッキング層を取り除く工程;
導体および電子要素の少なくとも1つを、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物上に印刷する工程;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を溶媒と接触させる工程; ならびに
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を焼結する工程であって、焼結する工程が
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を取り巻く環境の圧力を、約1 MPa〜約5000 Mpaの範囲に上昇させること;
少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物の温度を溶媒の沸点よりも約1℃〜約200℃高い範囲に上昇させて、少なくとも部分的に乾燥した第1の量の混合物を冷間焼結させ、基板を生成させること
を含み、
冷間焼結混合物が約80%〜約99%の範囲の相対密度を有する、工程。
【国際調査報告】
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