JP4510116B2 - キャパシタの製造方法、構造体、及びキャパシタ - Google Patents
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Description
本実施の形態は、誘電体で表面全体が覆われた導体粒子を、ガスと共に噴射して基板に衝突させて誘電体層を形成するキャパシタの製造方法(及びそのキャパシタ)に関する。
まず、本実施の形態に従うキャパシタの製造方法が説明される。
本ステップでは、誘電体6によって表面全体が覆われた導体粒子4(図2参照)が、ガスと共に噴射されて加速される。ここで、導体としては、熱酸化もしくは電気化学処理で絶縁酸化皮膜を形成することが可能なアルミニウム、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、 シリコン、 鉄、 タンタル、 ハフニウム等の弁金属が好ましい。
次に、加速された上記導体粒子が基板に衝突させられ、導体粒子(例えば、アルミニウム粒子8)の表面全体が誘電体(例えば、酸化アルミニウム10)に覆われたままの状態で上記導体粒子が基板に固着させる(図1参照)。
本ステップでは、固着した上記導体粒子で形成された堆積膜が電極で挟まれてキャパシタが形成される。
図4は、本実施の形態に従うキャパシタ11の要部断面図である。
本実施の形態に従うキャパシタは電気回路に装着され、当該電気回路中の一対の配線が電極14,16に夫々接続されて使用される。上記配線間の電位差が電極14,16間に現れ、この電位差に応答して、電極14,16に電荷が誘起される。ここで、構造体12が電極間に存在するため、電極14,16に誘起される電荷か格段に大きくなり大容量が実現される。
本実施の形態に従うキャパシタは、上述したように非常に高い容量密度を有している。何故、このような高い容量密度が得られるのかは、現時点では不明である(但し、形成された構造体(膜など)の内部に金属粒子表面に形成された薄い誘電体層が三次元的に形成されたことが一つの理由ではないかと推察される。)。しかし、本実施の形態に従うキャパシタと同様に、複合材料(本実施の形態では、Alと酸化アルミニウムの複合材料)を誘電体層とするキャパシタには、粒界絶縁型半導体キャパシタ(Barrier Layer Capacitor;以下、BLキャパシタと呼ぶ)がある。
本実施の形態は、実施の形態1に於いて、誘電体で表面全体が覆われた導体粒子と共に誘電体粒子を噴射するキャパシタの製造方法(及びそのキャパシタ)に関する。
本実施の形態に従うキャパシタは、実施の形態1と同様に、ガス噴射工程(ステップS2)、固着工程(ステップS4)、及び電極形成工程(ステップS6)の3つ工程を順次経て製造される。
図7は、本実施の形態に従うキャパシタの要部断面図である。
ここでは、本実施例に従うキャパシタの構成が製造手順に従って説明される。
本ステップでは、まず、原料粉末40が用意される(図9及び図10参照)。
次に、アルミニウム箔が、成膜用の基板42として成膜装置44に装着される。成膜室46は、X、Y方向に移動可能なステージ48を有し、これに厚さ50μmのアルミニウム箔が装着される(ステップS4)。
次に、上記構造体(堆積膜)の形成された基板が成膜室46から取り出され、キャパシタの上部電極が上記構造体の上面に形成される。上面に金属電極が形成された後の構造は、図4を参照して先に実施の形態1で説明したキャパシタ11の要部と同じである。
図11は、本ステップによって完成するキャパシタ64の断面図である。
次に、本実施例に従うキャパシタの特性が説明される。
本実施例に従うキャパシタの製造方法は、原料粉末が、酸化アルミニウムで表面全体が覆われたアルミニウム粒子とチタン酸バリウム粒子の混合粉末である点で、実施例1のキャパシタの製造方法と相違する。ここで、チタン酸バリウム粒子の粒径は100nmである。また、チタン酸バリウム粒子の混合割合は5vol%である。
図12は、本実施例に従うキャパシタの要部断面図である。
表1の第4行目には、本実施例に従うキャパシタのデータが記載されている。
本実施例に従うキャパシタは、実施例2の製造方法に準じて製造される。
図13は、本実施例に従うキャパシタ74の外観を説明する斜視図である。図14は、本実施例に従うキャパシタ74の外装(金属ケース76)を透視して内部を観察した図である。図13及び図14から明らかなように、本実施例に従うキャパシタ74は、巻回型電解キャパシタに類似している。
表1の第6行目には、本実施例に従うキャパシタのデータが記載されている。
図16は、本実施例に従うキャパシタの断面図である。
表1の第8行目には、本実施例に従うキャパシタのデータが記載されている。
本変形例は、誘電体層を除く構成が積層セラミックキャパシタに類似し、誘電体層が実施例1又は2に従う構造体で形成されたキャパシタに関する。
以上の例では、導電性粒子としてアルミニウム粒子が用いられている。しかしながら、導電性粒子としては、他の金属、導電性セラミック(酸化ルテニウム、酸化イリジウムなどの導電性酸化物)、及び導電性樹脂等が用いられてもよい。他の金属としては、金、銀、銅、白金等の貴金属や、チタン、タンタル、ジルコニア、マグネシウム、シリコン、鉄等の弁金属等、広く金属一般が用いられてもよい。望ましくは、容易に塑性変形する金属材料であり、原料の金属粒子自身も成膜・加工時に充分に塑性変形可能である状態であるものが用いられる(アルミのように塑性変形が容易な材料であっても、圧延処理などを施したアルミを粉状に加工した粉末は成膜・加工時に塑性変形せず、成形体が形成できない。たとえば、金属粒子は変形能が高い歪みが少ないもの、アトマイズ粉などが望ましい。)。
以上の例では、誘電体で覆われた導体粒子を原料粉末としてガスデポジッションによって形成される構造体をキャパシタの誘電体層として応用した例が説明された。
8・・・Al粒子 10・・・酸化アルミニウム
11・・・実施の形態1(又は実施例1)に従うキャパシタ
12,13・・・構造体 14・・・上部電極 16・・・下部電極
18・・・BLキャパシタ
20・・・半導体化されたチタン酸バリウム粒子
22・・・薄い誘電体の層 24,26・・・端子
28・・・誘電体層 30・・・抵抗
32・・・微小キャパシタ 34・・・実施の形態2に従うキャパシタ
36,38・・・誘電体粒子 40・・・原料粉末
42・・・基板 44・・・成膜装置 46・・・成長室
48・・・ステージ 49・・・振動器
50・・・メカニカルブースターポンプ
52・・・真空ポンプ 54・・・ガスボンベ
56・・・浮遊粉塵化容器 58・・・第1のバルブ
60・・・第2のバルブ 62・・・ノズル
64・・・実施例1に従うキャパシタ 66・・・アルミニウム箔
68・・・電極リード 70・・・絶縁性ケース
72・・・実施例2に従うキャパシタ
74・・・実施例3に従うキャパシタ 76・・・金属ケース
78・・・導電性高分子 80・・・カーボン
82・・・銀ペースト 84・・・第1の電極
86・・・第2の電極 88・・・巻き止めテープ
90・・・封口体(絶縁樹脂) 92・・・巻回されたアルミニウム箔
94・・・プリント基板 96・・・実施例4に従うキャパシタ
98・・・小型電子機器 100・・・IC
102・・・直流電源 104・・・デカップリング・キャパシタ
106・・・電源端子 108・・・エポキシ系樹脂フィルム
110・・・銅配線 112・・・ビア・ホール
114・・・変形例1に従うキャパシタ 116・・・構造体
118・・・第1の内部電極 120・・・第2の内部電極
122・・・第1の外部電極 124・・・第2の外部電極
126・・・上面 128・・・下面
Claims (11)
- 誘電体によって表面全体が覆われた導体粒子を、ガスと共に噴射して加速する加速工程と、
加速された前記導体粒子を基板に衝突させ、前記表面全体が誘電体に覆われたままの状態で前記導体粒子を基板に固着させる固着工程と、
固着した前記導体粒子で形成される堆積膜を電極で挟む電極形成工程と、
を有するキャパシタの製造方法。 - 請求項1に記載のキャパシタの製造方法において、
前記加速工程が、前記導体粒子と共に誘電体粒子を加速する工程であり、
前記固着工程が、前記導体粒子と共に前記誘電体粒子を基板に衝突させる工程であることを、
特徴とするキャパシタの製造方法。 - 誘電体によって表面全体が覆われた導体粒子が基板に衝突し、前記誘電体によって前記表面全体が覆われた状態のまま前記基板に固着して形成された構造体。
- 請求項3に記載の構造体において、
前記導体粒子の間に、誘電体粒子が存在することを、
特徴とする構造体。 - 請求項4に記載の構造体において、
前記誘電体粒子の平均粒径が、前記導体粒子の平均粒径よりも小さいことを、
特徴とする構造体。 - 請求項3乃至5に記載の構造体が電極で挟まれたキャパシタ。
- 請求項6に記載のキャパシタにおいて、
前記構造体の厚さが、400μmより薄いことを特徴とするキャパシタ。 - 請求項7に記載のキャパシタが搭載された電子機器。
- 誘電体によって表面全体が覆われた導体粒子に圧縮応力を加えて、前記表面全体が誘電体に覆われたままの状態で前記導体粒子を相互に固着させる固着工程と、
固着した前記導体粒子で形成される構造体を電極で挟む電極形成工程と、
を有するキャパシタの製造方法。 - 誘電体によって表面全体が覆われた導体粒子に圧縮応力が加えられ、前記誘電体によって前記表面全体が覆われた状態のままで前記導体粒子が相互に固着して形成された構造体。
- 請求項10に記載の構造体が電極で挟まれたキャパシタ。
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