エアロゾルデポジション法の基礎から応用まで

―常温衝撃固化現象による新規セラミックスコーティング技術のすべて―

Aerosol Deposition(AD) Process:The Basic and Applications ―Novel Ceramic Coating Technology with Room Temperature Impact Consolidation(RTIC)―

［コードNo.2008T624］

■監修／	明渡純（（独）産業技術総合研究所）
■体裁／	Ｂ５判　２７７ページ
■発行／	２００８年　６月　(株)シーエムシー出版
■定価／	６８,２５０円（税込価格）

★	電子セラミックスの薄膜プロセスにブレークスルーをもたらしたAD法の全容！
★	今までの常識を覆す、セラミック微粒子の「常温衝撃固化現象」によるコーティングメカニズムを徹底解明！
★	応用の可能性を広げるプロセス高度化の研究と電子デバイスへの応用例を詳述！

※　本書籍はご試読頂けません　※

刊行のねらい
エレクトロニクス技術の急速な発達につれて電子セラミックス産業も成熟期にさしかかっており、グローバリゼーション化の中、これまで開発された従来素材やプロセス技術、汎用型部材において新興工業経済地域（NIES）などの国々での技術開発、産業化が増々活発になってきている。このような状況で、近いうちに、同産業も国際的に熾烈なビジネス競争につながっていくものと考えられる。一方で、情報通信産業の分野では革新的な製品開発によりビジネス形態の変革が起こり、新規市場の創出、新規雇用の創出をもたらし、ひいては国民生活の向上に繋がるとして大きく期待されている。このような状況で、情報通信分野のデバイス市場からのセラミックスプロセスに対する要求も新たな局面を迎え、今後の競争力維持には、ブレークスルーをもたらす革新的なプロセス技術の確立が強く求められている。これにはナノテクノロジーや材料技術の活用とこれらに関わる先進的な製造手法による技術革新が期待され、民間企業においても先導的な研究開発の重要性が益々強く認識される状況にある。 　このような背景で、最近、低温・高速のセラミックスコーティングを実現するユニークかつ興味深いプロセスが検討されている。この手法は、エアロゾルデポジション法（以下AD法と略す。）と呼ばれ、乾燥した微粉体を原料ソースとし、サンドブラストのように固体状態のまま基材に衝突させ膜を形成する。 　本書では、国際産業競争力強化を目的として、独自技術の創生と実用化への挑戦として、経済産業省が平成14年度よりナノテクノロジープログラムの一環としてスタートさせた国家プロジェクトNEDO「ナノレベル電子セラミックス材料低温成形・集積化技術」での取り組みを中心に、エアロゾルデポジション法において、常温衝撃固化現象を引き起こす要因や原理に触れ、その特徴や応用上のポイントを現状のさまざまな開発事例をもとに解説する。
（「はじめに」より） 2008年6月　明渡純

執筆者一覧
明渡純	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ グループ長
小木曽久人	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ
馬場創	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ
森正和	龍谷大学 理工学部 機械システム工学科 助教
朴載赫	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ
岩田篤	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ
清原正勝	TOTO(株) 総合研究所 基礎研究部 基礎研究部長
中野禅	(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ
川上祥広	NECトーキン(株) 研究開発本部 材料開発センター
安井基博	ブラザー工業(株) 技術部 技術開発グループ チームマネージャー
三好哲	富士フイルム(株) R&D統括部 先端コア技術研究所
今中佳彦	(株)富士通研究所 ビジネスインキュベーション研究所 主任研究員
鶴見敬章	東京工業大学 大学院理工学研究科 材料工学専攻 教授
杉本諭	東北大学 大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 教授
伊藤朋和	TOTO(株) 総合研究所 基礎研究部 セラミック技術研究G
井上光輝	豊橋技術科学大学 電気・電子工学系 教授
中田正文	日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
大橋啓之	日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
鳩野広典	TOTO(株) 総合研究所 基礎研究部 セラミック技術研究G 主任研究員
岩澤順一	TOTO(株) 総合研究所 主任研究員

構成および内容
第1章	エアロゾルデポジション（AD）法の概要
1	AD法の基礎とメカニズム（明渡純）
1.1	研究開発の背景
1.2	AD法の原理と常温衝撃固化現象
1.2.1	装置構成
1.2.2	常温衝撃固化現象によるセラミックスコーティング
1.2.3	常温衝撃固化された成膜体の微細組織
1.3	AD法成膜条件の特徴と成膜メカニズム
1.3.1	基板加熱の影響
1.3.2	原料粉末の影響
1.3.3	搬送ガス種と膜の透明化
1.3.4	粒子流の基板入射角度の影響と表面平滑化
1.3.5	粒子衝突速度の測定
1.3.6	粒子飛行、基板衝突のシミュレーション
1.3.7	常温衝撃固化と成膜メカニズムに関する検討
1.4	従来薄膜プロセスとの比較
1.5	膜の電気・機械特性と熱処理による特性回復
2	原料粒子の強度評価（小木曽久人、明渡純）
2.1	原料粒子圧縮破壊試験装置
2.2	アルミナ粒子の圧縮試験
2.3	粒子強度と粒径の関係
2.4	粒子強度とAD法における成膜性
第2章	AD法プロセスの高度化
1	レーザー援用AD法（馬場創、明渡純）
1.1	はじめに
1.2	学会における圧電膜の研究状況
1.3	エアロゾルデポジション法
1.4	エネルギー援用の必要性
1.5	従来の微粒子を用いた膜形成法とレーザー援用
1.6	レーザーを用いたエネルギー援用の効果
1.7	レーザーアニールしたPZT膜／ステンレス基板の特徴
1.8	まとめ
2	プラズマ援用AD法（森正和、明渡純）
2.1	はじめに
2.2	プラズマ援用AD法のシステム
2.3	誘導結合プラズマ援用AD法によるPZT膜の形成
2.4	高速イオンビームおよび直流プラズマ援用AD法によるPZT膜の形成
2.5	誘導結合型プラズマ援用AD法によるPZT膜の形成
2.6	まとめ
3	微細パターニング技術（明渡純、朴載赫）
3.1	マスクデポジション法による微細パターニング
3.2	リフトオフ法による微細パターニング
4	大面積成膜技術（明渡純、岩田篤、清原正勝）
4.1	膜厚制御・表面平坦化プロセス技術
4.2	4インチウエハー用均一成膜の検討
5	AD法によるナノコンポジット膜の作製（朴載赫）
5.1	はじめに
5.2	AD法によるナノコンポジット膜を作製する新規方法
5.3	金属・誘電体のナノコンポジット膜の作製とプラズモン共鳴の光学素子への応用
5.4	おわりに
6	オンデマンド・省エネプロセスへの展開（明渡純、中野禅、朴載赫）
6.1	はじめに
6.2	メタルベースMEMSスキャナーへの展開
6.3	多品種・変量製造システムへの適用に向けて
6.4	まとめと将来展望
第3章	AD法による圧電デバイス応用開発
1	AD法を用いた圧電厚膜のステンレス基板への形成と超音波モータへの応用（川上祥広）
1.1	はじめに
1.2	高性能圧電厚膜の開発
1.2.1	AD法による成膜の原理
1.2.2	AD法によるPNN-PZT厚膜の形成
1.2.3	膜の評価方法
1.2.4	PNN-PZT膜の微細組織
1.2.5	PNN-PZT膜の電気的特性
1.2.6	PNN-PZT膜の圧電特性
1.2.7	既存圧電膜との特性比較
1.3	圧電厚膜を用いた超音波モータの開発
1.3.1	屈曲振動型超音波モータの構造
1.3.2	試作条件および評価方法
1.3.3	試作結果
1.3.4	考察
1.4	まとめと課題
2	インクジェットプリンターへの応用（安井基博）
2.1	インクジェットヘッドアクチュエータ概要
2.2	メタルベースインクジェットヘッドアクチュエータの特徴
2.3	インクジェットアクチュエータ開発
2.3.1	アニール温度の効果
2.3.2	基材拡散制御
2.3.3	インクジェットヘッド用AD法アクチュエータの各種評価
2.4	おわりに
3	高速光スキャナ（安井基博）
3.1	高速光スキャナデバイスを用いたディスプレイ
3.2	高速光スキャナデバイス開発
3.2.1	高速光スキャナの構造
3.2.2	高速光スキャナの加工プロセス
3.2.3	高速光スキャナの各種評価
3.2.4	高速光スキャナのRSDへの応用
3.3	おわりに
4	AD法によるバルク状PZTの作製（三好哲）
4.1	はじめに
4.2	AD法で緻密なセラミックスを作製するには
4.3	AD法と従来固相焼結法で作製したPZTセラミックスの違い
4.3.1	焼結挙動
4.3.2	結晶構造
4.3.3	電気特性
4.3.4	機械特性
4.4	おわりに
第4章	AD法による高周波デバイス応用開発
1	受動素子内蔵プリント基板の開発（今中佳彦）
1.1	はじめに
1.2	内蔵キャパシタ技術への期待
1.3	内蔵キャパシタ基板の現状と要求
1.4	キーテクノロジーとしてのエアロゾルデポジション
1.5	ADによるキャパシタ内蔵化技術開発状況
1.6	キャパシタ膜の信頼性
1.7	まとめ
2	高周波モジュール用基板および高誘電率膜の開発（鶴見敬章）
2.1	緒言
2.2	AD法で形成したアルミナ膜上への高周波回路の形成
2.3	AD法によるマイクロ波誘電体膜の形成
2.4	AD法によるBaTiO3系高誘電率膜の形成
2.5	おわりに
3	高性能電磁波吸収体（杉本諭）
3.1	はじめに
3.2	磁性材料膜における磁気特性
3.2.1	フェライト単層膜
3.2.2	鉄／フェライト複合膜
3.2.3	鉄／フェライト積層膜
3.3	磁性材料膜における電磁波抑制効果
3.3.1	電磁波抑制基礎評価
3.3.2	デバイスへの応用
3.4	まとめ
4	イメージングセンサ（清原正勝）
4.1	はじめに
4.2	イメージングセンサとは
4.3	AD法によるイメージングセンサの作製
4.3.1	要素技術I：高誘電膜形成技術
4.3.2	要素技術II：ポアフリー表面皮膜化技術
4.3.3	要素技術III：低誘電膜形成&積層化技術
4.3.4	AD法によるイメージングセンサ
4.3.5	イメージングセンサのフィールドテスト
4.4	イメージングセンサの今後の応用展開
4.5	まとめ
5	LSI検査用コンタクトプローブ（伊藤朋和）
5.1	はじめに
5.2	ADコンタクトプローブ
5.2.1	ADコンタクトプローブの製造方法
5.2.2	ADコンタクトプローブの諸特性
5.3	ADチタン酸バリウム膜の特性
5.4	まとめ
第5章	AD法による光デバイス応用開発
1	磁気光学式空間光変調器（井上光輝）
1.1	はじめに
1.2	磁気光学効果を利用したSLM：MOSLM
1.3	ホログラムメモリへの応用を目指したMOSLM
1.3.1	pixel化技術：LPE選択成長
1.3.2	ドライブライン
1.3.3	電流駆動型MOSLM
1.3.4	ホログラムメモリへの応用
1.4	次世代MOSLM：圧電駆動MOSLM
1.4.1	圧電効果を利用するMOSLM
1.4.2	エアロゾル・デポジション法と圧電駆動MOSLM
1.5	まとめ
2	電気光学薄膜による超小型高速光素子（中田正文、大橋啓之）
2.1	はじめに
2.2	AD法の光デバイス適用の利点
2.3	PLZT系薄膜の光学特性と電気光学効果
2.3.1	PLZT薄膜の透過率の改善
2.3.2	反射透過分光法による光学定数測定
2.3.3	レイリー散乱に基づく透過率の解析と赤外領域における透過損失
2.3.4	PLZT、PZT薄膜の電気光学効果
2.4	光素子応用
2.4.1	ファブリ・ペロー型変調器
2.4.2	光ファイバ電界センサー
2.5	おわりに
第6章	AD法によるその他デバイス応用開発
1	静電チャックへの応用（鳩野広典）
1.1	静電チャックとは
1.2	AD膜の絶縁破壊特性
1.3	AD膜を利用した静電チャックとその特性
1.3.1	単極タイプ
1.3.2	櫛歯電極タイプ
1.4	AD誘電体層のドット加工
1.5	おわりに
2	耐プラズマ性部材への応用（岩澤順一）
2.1	はじめに
2.2	イットリア膜の作製
2.3	電気的・機械的・光学的特性評価
2.4	耐プラズマ性評価
2.5	まとめ
第7章	類似成膜手法開発の歴史と将来展望（明渡純）
1	はじめに
2	粒子衝突現象を利用した成膜手法と開発経緯
3	微粒子衝突を利用した各種コーティング技術
3.1	静電微粒子衝撃コーティング法（EPID法）
3.2	ガスデポジション法（GD法）
3.3	コールドスプレー法
3.4	その他の手法
4	各種プロセスの比較
付録	特許出願動向から見たAD法の応用展開（明渡純）
1	特許庁電子情報図書館による動向分析
2	パトリス検索による特許出願動向の詳細分析
2.1	分析軸について
2.1.1	AD法の定義
2.1.2	手順
2.1.3	分析軸と結果
2.2	課題と解決手段
2.2.1	課題
2.2.2	解決手段
2.2.3	膜／基板材料の分析
2.3	全体の動向
2.3.1	分野別出願件数推移
2.3.2	利用分野別出願件数推移
2.3.3	技術改善に関する出願件数推移
2.3.4	材料に関する出願件数推移
2.3.5	課題と解決手段
2.3.6	利用と課題

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