銅を凌駕する電気特性を有する軽量ＣＮＴ銅複合材配線の開発

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本研究の目的は、工業的量産に資する連続紡糸可能なCNT糸とCuを複合化し、銅を凌駕するCNT-Cu複合ワイヤーを実現することである。昨年度は、構造や電子物性の異なる種々のCNTとCuの複合化を実施し、高導電性に適したCNT種ならびにCuの析出形態を明らかにしてきた。今年度は、CNT-Cu複合材の線材としての優位性を更に明確にするため、線膨張係数ならびに引張強度の評価に取り組んだ。これらの特性は、実使用環境に置いて、熱や外力による故障頻度を左右するため、線材の信頼予想に不可欠な特性である。しかしながらCNT-Cu複合ワイヤーについてはこれまで報告例がない。そこで本研究では、多層CNT-Cu複合ワイヤーを用いて、複合材のナノ構造の影響を検証する試験を実施した。その結果、複合化することで熱膨張が低減され、且つ、その効果は、均一にCNTとCuを分布させることでより高まることが明らかになった。金属の熱膨張は、熱サイクル下において線材や電極の破断・剥離を引き起こすため、信頼性に影響する因子であることから、CNT-Cu複合材の熱膨張係数の低減は、配線材としての優位性を示すものである。また引張試験については、CuとCNTが均一に分布する場合は、Cuと同等レベルの強度を示すが、Cuが不均一に分布する試料や、Cuが表面のみにコーティングされた試料については、Cuと比較して強度が低下することが明らかになった。これはCNTの偏析することで、応力やひずみの集中を起こし、且つ、破断や変形の拠点となるためであると考えられる。以上より、CNTとCuが均一に分布したナノ構造を形成することが、機械特性ならびに熱特性といった信頼性の観点から、重要であることが明らかになった。これらの結果については、招待講演を含む国際会議5件を行うとともに、レビュー論文を含む国際誌1報の発表を行った。