DE3686882T2

DE3686882T2 - Monolitischer elektrischer miniatur-kondensator.

Info

Publication number: DE3686882T2
Application number: DE8686302996T
Authority: DE
Inventors: Stanley William Cichanowski
Original assignee: Spectrum Control Inc
Current assignee: Spectrum Control Inc
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2006-04-22
Also published as: EP0242461A1; EP0242461B1; US4584628A; DE3686882D1

Description

Die Erfindung betrifft im wesentlichen Vereinfachungen und Vervollständigungen bei der Herstellung von elektrischen Kondensatoren und betrifft insbesondere das Erstellen eines monolithischen Kondensators, um einen Kantenabschluß zu erleichtern.
Beispiele solcher Kondensatoren sind in den folgenden US-Patentschriften beschrieben: Patent Nr. 4499520, ausgestellt am 12. Februar 1985 mit dem Titel "Kondensator mit polyfunktionellem Akrylatpolymer-aufweisendem Dielektrikum und Herstellungsverfahren"; Patent Nr. 4490774, ausgestellt am 25. Dezember 1984 mit dem Titel "Kondensatoren mit polyfunktionellen Akrylatpolymeren als Dielektrikum"; Patent Nr. 4 533 710, ausgestellt am 6. August 1985 mit dem Titel "1,2-Alkandiol-Diakrylatmonomere und Polymere von diesen zur Verwendung als Kondensatordielektrikum"; Patent Nr. 4 513 349, ausgestellt am 23. April 1985 mit dem Titel "Akrylat-enthaltende Mischestermonomere und Polymere von diesen zur Verwendung als Kondensatordielektrikum"; und Patent Nr. 4 515 931, ausgestellt am 7. Mai 1985 mit dem Titel "Polyfunktionelle Akrylatmonomere für Polymere von diesen zur Verwendung als Kondensatordielektrikum".
Es ist möglich geworden, monolithische Miniatur-Kondensatoren mit alternierenden Schichten von Elektrodenmaterial und dielektrischem Material, welche Tausende von Schichten aufweisen, wobei jede Schicht sehr dünn ist herzustellen. Es ist beispielsweise möglich, Kondensatoren herzustellen, in denen die die Platten eines Kondensators definierenden Elektrodenschichten in der Größenordnung von 2-5 · 10&supmin;&sup8;m (200-500 Ångström) dick sind, und die Elektrodenschichten durch dielektrische Beschichtungen von ungefähr 10&supmin;&sup6;m (ein Mikron) Dicke getrennt sind. Solche Kondensatoren sind in der Patentanmeldung Nr. EP 0 147 696A beschrieben. Nachfolgendes Untersuchen hat gezeigt, daß dielektrische Beschichtungen dünner sein können, und zwar in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7;-10&supmin;&sup6;m (0,1 bis 1 Mikron) Dicke. Ein Kantenabschluß einer solchen Kondensatorstruktur ist schwierig, weil praktisch keine Kante an einer derart extrem dünnen Elektrodenschicht vorhanden ist und weil, wenn die Schichten teilweise ungeschützt sind, diese strukturell schwach sind.
Die FR-A-2 117 567 offenbart einen Kondensator der gerollten oder gewickelten Art, der aus Schichten, die von Trägerfolien abgezogen werden, hergestellt ist. Die Dicke solcher Schichten kann nicht so gering wie bei monolithischen Kondensatoren sein und ein Kantenabschluß stellt keine besonderen Probleme dar.
Die US 4 453 199 offenbart ein Verfahren zum Erstellen von Kondensatoren, in dem die Kanten, z. B. durch Sputtern mit einer leitenden Schicht, beschichtet werden, so daß wiederum der Kantenabschluß keine besonderen Probleme darstellt.
Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten monolithischen Miniatur-Kondensator zu erstellen, der herkömmliche Endabschlußverfahren, wie z. B. Schoopieren, gestattet, obwohl extrem dünne Elektrodenschichten in den aktiven Kondensatorbereichen des Kondensators vorgesehen sind.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen Kondensator der oben genannten Art zu erstellen, der mit denselben hohen Geschwindigkeiten und in denselben beträchtlichen Mengen hergestellt werden kann, die für vorbekannte Vorrichtungen, welche nicht die Erfindung verkörpern, vorgesehen sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schichtkörper vorgesehen, aus dem einzelne monolithische Miniaturkondensatoren hergestellt werden können, bestehend aus einer Kombination aus einer ersten Vielzahl von Streifen aus Elektrodenmaterial, die in einer Ebene parallel zueinander aufgetragen sind, aus einer zweiten Vielzahl von Streifen aus Elektrodenmaterial, die parallel zueinander und mit geringem Abstand parallel zu der ersten Ebene aufgetragen sind, wobei die Streifen in den Ebenen versetzt sind, so daß Teile der Streifen, die zwischen den Enden der Streifen in der einen Ebene liegen, den Zwischenräumen zwischen den Streifen in der anderen Ebene gegenüberliegen, aus einer dielektrischen Beschichtung, welche die Streifen umgibt und trennt und aus dem zwischen den Enden liegenden Streifenteil, der drei- bis fünfmal dicker als die übrigen Streifenteile sind, so daß zum Erstellen der Kondensatoren aus dem Schichtkörper beim Durchschneiden durch die dickeren Streifenteile eine Kante aus Elektrodenmaterial als Kantenabschluß freigelegt ist, der entsprechend dicker als der Rest der Streifen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen monolithischer Miniatur-Kondensatoren bestehend aus den Schritten vorgesehen, daß erste und zweite Vielzahlen von Streifen aus Elektrodenmaterial in benachbarten, durch eine dielektrische Beschichtung voneinander getrennten, parallelen Ebenen vorgesehen sind, daß die Streifen versetzt sind, so daß Streifenteile zwischen ihren Enden von den Streifen in der einen Ebene den Zwischenräumen zwischen den Streifen in der anderen Ebene gegenüberliegen, daß die Dicke jedes Streifens in dem zwischen den Enden liegenden Streifenteil dicker als der Rest jedes Streifens ist und daß zum Erstellen von Kondensatorblöcken beim Durchschneiden durch die dickeren Teile die Kanten des Elektrodenmaterials drei- bis fünfmal dicker als der Rest der Streifen sind.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen augenfällig.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen;
Fig. 1 eine fragmentarisch perspektivische, etwas schematische Ansicht eines Schichtkörpers ist, der eine Ausführungsform der Erfindung, aus dem Kondensatoren hergestellt werden können, darstellt;
Fig. 2 ein vergrößerter fragmentarischer Schnitt eines Teils des Schichtkörpers aus Fig. 1 ist; und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines aus dem Schichtkörper aus Fig. 1 gemäß der Erfindung hergestellten Kondensators vor einem Kantenabschluß ist.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in diesen ein monolithischer Miniatur-Kondensator 10 abgebildet, der aus einem entlang der Linien 12 geschnittenen Schichtkörper 11 hergestellt ist, um einen Kondensatorblock 13 zu erstellen. Der Schichtkörper 11 kann durch das alternierende Auftragen von Schichten 15 aus Elektrodenmaterial, wie Aluminium, und Beschichtungen 16 aus dielektrischem Material, wie vernetzungsfähigem Harz, auf einem durch eine Kupferschicht begrenztem Substrat 17 hergestellt werden. Jeder Block 13 hat einen zentralen Kapazitätsbereich 18, in dem die Schichten 15 parallel übereinander gestapelt sind.
Die Schichten 15 haben Kantenanteile 19, die sich von dem Kapazitätsbereich 18 bis an eine Kantenfläche 21 des Blocks 13 erstrecken, wobei die Kantenanteile 19 gestaffelt sind, so daß jede zweite Schicht einen Kantenanteil aufweist, der bis an eine Blockkantenfläche 21 reicht, während die dazwischen liegenden Schichten Kantenanteile aufweisen, die bis an die gegenüberliegende Blockkantenfläche reichen. Im Schichtkörper sind die Schichten 15 durch lange Streifen 22 von Elektrodenmaterial definiert. Um einzelne Elektrodenschichtpaare zu erstellen, werden eine Vielzahl solcher Streifen 22 parallel zueinander und in einer Ebene und eine zweite Vielzahl parallel zueinander und in einer zweiten Ebene, die parallel und in nahem Abstand zu der benachbarten Ebene angeordnet ist, aufgetragen. Die Streifen 22 sind in den beiden Ebenen versetzt, so daß die Mittelanteile der Streifen 22 in einer Ebene den Zwischenräumen zwischen den Streifen in der anderen Ebene gegenüberliegen. Wenn die Blöcke 13 entlang der Linie 12 geschnitten werden, wird ein einzelnes Schichtelektrodenpaar in jedem Block durch die Streifen in jeder Ebene geschaffen. Der gesamte Block 13 wird aus einer Vielzahl von weiteren auf gleiche Weise erstellten Elektrodenschichtpaaren gebildet. In der Tat, obwohl nur fünf solcher Paare in den Zeichnungen dargestellt sind, können in der Praxis Hunderte von Elektrodenschichten aufgetragen sein.
Gemäß der Erfindung sind die Teile der Streifen 22 zwischen ihren Enden wesentlich dicker beschaffen als die übrigen Streifenteile, so daß die resultierenden Schichtkantenanteile 19 von den dünnen Schichten 15 im Kapazitätsbereich 18 bis zu viel dickeren Schichten, deren Kanten an der Blockkantenfläche 21 angeschnitten sind, wesentlich an Dicke zugenommen haben. Genauer gesagt, die Elektrodenschichtdicke ist drei- bis fünfmal vergrößert.
Wenn in Anbetracht der oben angeführten Größenordnungen die Dicke einer Elektrodenschicht von 2,5 · 10&supmin;&sup8;m (250 Ångström) viermal vergrößert wird, ist eine angeschnittene Kante des Schichtteils 19 geschaffen, die 10&supmin;&sup7; (0,1 Mikron) dick ist. Wenn die dielektrische Beschichtung 10&supmin;&sup6;m (1 Mikron) dick ist, bestehen die Kantenflächen 21 zu 10% aus Metall, so daß die Ausbildung der Kantenfläche sehr ähnlich im Vergleich mit solchen ist, die herkömmlicherweise in Keramik-Chip-Kondensatoren angetroffen werden und herkömmlicherweise durch Verbinden des Metalls mit einem elektrisch leitenden Material abgeschlossen sind. Typischerweise wird für einen derartigen Endabschluß-Schritt der Prozeß des Schoopierens verwendet. Der Kondensator 10 ist für einen Kantenabschluß bereit dargestellt, wobei das Substrat 17 in 24 geschlitzt ist, um die Abschlußenden 21 von dem Zentrum oder dem Kapazitätsbereich des von einer Passivierungsschicht 25 umgebenen Kondensators elektrisch zu trennen.
Der verdickte zentrale Teil der Schichtstreifen 22 kann durch Formgebung der Aluminiumdampfabdeckmaske hergestellt werden, welche die Form der Streifen definiert, die mit einer Maskenöffnungsausdehnung von entsprechender Länge aufgetragen werden, wobei die Maske so beschaffen ist, daß mehr Aluminium in der Mitte eines jeden Streifens aufgetragen wird, um die verdickten Schichtmittelteile der Streifen 22 zu erstellen.
Es ist nun verständlich, daß der monolithische Miniatur-Kondensator 10 trotz der extrem dünnen Elektrodenschichten in dem aktiven Kapazitätsbereich mit Endabschlüssen durch herkömmliche Techniken ausgestattet werden kann, da genügend Metall an der Abschlußfläche 21 angeschnitten ist.
Dennoch kann der Kondensator mit denselben hohen Geschwindigkeiten und in denselben beträchtlichen Mengen hergestellt werden, die beim Herstellen solcher Kondensatoren, welche nicht diese Endabschlußcharakteristik aufweisen, vorgesehen sind.
Es wird verstanden sein, daß die vorangegangene Beschreibung nur die eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist, und die Erfindung dadurch zu bestimmen ist, daß den folgenden Ansprüchen ihr rechtmäßiger Umfang und ihre rechtmäßige Interpretation zugestanden wird.

Claims

1. Schichtkörper, aus dem einzelne monolithische Miniatur-Kondensatoren hergestellt werden können, bestehend aus einer Kombination aus einer ersten Vielzahl von Streifen (15) aus Elektrodenmaterial, die in einer Ebene parallel zueinander aufgetragen sind, aus einer zweiten Vielzahl von Streifen (15) aus Elektrodenmaterial, die parallel zueinander und mit geringem Abstand parallel zu der ersten Ebene aufgetragen sind, wobei die Streifen in den Ebenen versetzt sind, so daß Teile der Streifen, die zwischen den Enden der Streifen in der einen Ebene liegen, den Zwischenräumen zwischen den Streifen in der anderen Ebene gegenüberliegen, aus einer dielektrischen Beschichtung (16), welche die Streifen umgibt und trennt und aus dem zwischen den Enden liegenden Streifenteil (19), der drei- bis fünfmal dicker als die übrigen Streifenteile sind, so daß zum Erstellen der Kondensatoren aus dem Schichtkörper beim Durchschneiden durch die dickeren Streifenteile eine Kante aus Elektrodenmaterial als Kantenabschluß freigelegt ist, der entsprechend dicker als der Rest der Streifen ist.

2. Die Kombination nach Anspruch 1, in der die Streifen der beiden Vielzahlen einzelne Schichtelektrodenpaare bilden und in der zum Erstellen eines Mehrschichtkondensators eine Vielzahl weiterer gleichgearteter Schichtelektrodenpaare vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Herstellen monolithischer Miniatur- Kondensatoren bestehend aus den Schritten, daß erste und zweite Vielzahlen von Streifen (15) aus Elektrodenmaterial in benachbarten, durch eine dielektrische Beschichtung (16) voneinander getrennten, parallelen Ebenen vorgesehen sind, daß die Streifen versetzt sind, so daß Streifenteile (19) zwischen ihren Enden von den Streifen in der einen Ebene den Zwischenräumen zwischen den Streifen in der anderen Ebene gegenüberliegen, daß die Dicke jedes Streifens in dem zwischen den Enden liegenden Streifenteil (19) dicker als der Rest jedes Streifens ist und daß zum Erstellen von Kondensatorblöcken beim Durchschneiden durch die dickeren Teile die Kanten des Elektrodenmaterials drei- bis fünfmal dicker als der Rest der Streifen sind.