12/12 超臨界二酸化炭素を用いた金属被覆技術の最新動向

東京科学大学　総合研究院　教授　博士(工学)　曽根 正人　氏

【専門】材料工学、金属工学、電気化学

　講演者は、超臨界二酸化炭素を電解めっき法に応用することを提案し、長年研究を続けている。詳細には、超臨界二酸化炭素は電解質溶液と混合しないが界面活性剤を添加することにより乳濁化が可能であることに着目し、超臨界二酸化炭素／電解質溶液のエマルション状態を電気化学反応の反応場に応用することを提案している。この乳濁化により液面が上昇して系全体が通電し、電気化学反応を行うことができる。電気めっき反応は極めて制御性の高い高効率な電気化学反応であり、超臨界流体という低粘性媒体で行うことができれば様々な利点が生まれることは明白である。この超臨界二酸化炭素を含むエマルションを反応場として用いた新規めっき反応を、超臨界ナノプレイティング（ＳＮＰ）と命名した。ＳＮＰ法によりピンホールが無い高品質めっき皮膜が得られ、その皮膜のレベリング効果が高いことが明らかになった。ピンホールは、めっき浴中の水の電気分解により陰極板表面に発生した水素ガスが原因であることが知られている。ピンホールが無い理由としては、ＳＮＰ法では、電気化学反応場は超臨界二酸化炭素とめっき液のエマルションであることから、金属の析出反応と同時に発生する水素が超臨界二酸化炭素に相溶することが考えられる。この析出反応とほぼ同時に行われる基板上の水素気泡の洗浄により、ピンホール及びクラックの発生が抑えられたものと考えられている。電解めっき反応において、ピンホールを無くすことにより、無欠陥のめっきが得られることで様々な技術的展開が得られる。講演者は、このＳＮＰ法を用いて様々な金属の無欠陥の高速金属被膜析出技術、ボイドフリーの半導体銅配線技術を開発した。また、無電解めっき方法にこのＳＮＰ法を利用することで、ノジュール発生の抑制、高分子皮膜への均一金属被覆、更に最近には、糸一本への金属被覆を実現している。これらの技術は、半導体配線技術、MEMS形成技術、ウェアラブルデバイスへの応用が期待される。

　本講演では、このＳＮＰ法でどのようなことができるのかについて述べる。

１．次世代エレクトロニクスへ必要とされる金属被覆技術の課題

　1.1 半導体技術における課題
　1.2 医用デバイスセンサへの課題
　1.3 ウェアラブルデバイスにおける課題
 
２．超臨界流体技術のエレクトロニクスへの展開
　2.1 超臨界流体を用いた金属析出技術
　2.2 超臨界ナノプレーティング法
　　2.2.1 ニッケルめっき
　　2.2.2 銅めっき
　　2.2.3 金めっき
　　2.2.4 錫めっき
　　2.2.5 コバルトめっき
　2.3 超臨界ナノプレーティング法の無電解めっきへの応用
 
３．超臨界ナノプレーティング法の半導体配線への応用
　3.1 銅埋め込み特性
　3.2 銅配線装置開発
　3.3 電気化学的特性解析
 
４．超臨界ナノプレーティング法のウェアラブルデバイスへ応用
　4.1 高分子フィルムへの金属析出
　　4.1.1 ポリイミドへの金属析出と強固な密着
　　4.1.2 ３Dプリンティング構造への金属被覆
　4.2 高分子織物への金属被覆
　　4.2.1 絹への金属析出
　　4.2.2 ナイロンへの金属析出
　　4.2.3 PETへの金属析出
　4.3 繊維一本への金属析出とウィーバブルデバイス
　　4.3.1 ポリエチレン糸への金属析出
　　4.3.2 ナイロン糸への金属析出
　　4.3.3 PET糸への金属析出
 
５．総括と今後の展開 

　□ 質疑応答 □

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