CN105070707B - 一种mim电容及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MIM电容，包括衬底，所述衬底为一蓝宝石单晶晶片，在其上表面和下表面均依次沉积有过渡层和金属层；一种上述MIM电容的制造方法，所述方法步骤具体如下：（1）将蓝宝石晶体通过单线切割或掏料钻钻取的方式加工成单晶晶棒；（2）将单晶晶棒在多线切割机上切割加工成单晶晶片；（3）将单晶晶片清洗干净后作为沉积衬底，在衬底两面先沉积过渡层；（4）再在过渡层的基础上沉积金属层；（5）以金属层作为电极，引出接线端；（6）完成上述MIM电容的封装。本发明的优点在于：蓝宝石作为介质材料，电阻率高、介电损耗小，抗电强度高；单晶结构一致使抗电强度Ep在材料内的分布均匀性非常好，没有击穿风险，提高了MIM电容的稳定性。

Description

一种MIM电容及其制造方法

技术领域

本发明属于电子元器件制造技术领域，特别涉及一种采用蓝宝石衬底作为介电材料的MIM电容及其制造方法。

背景技术

陶瓷介质电容器是一种广泛使用的电容器，其全部数量约占电容器市场的70%左右。在陶瓷介质电容器中绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠。常用陶瓷材料有TiO2(二氧化钛)、 BaTiO3, CaZrO3(锆酸钙)等。陶瓷电容器品种繁多，外形尺寸相差甚大，小型封装的贴片电容器常见长宽尺寸约1×0.5mm，而大型的功率陶瓷电容器长宽尺寸可达0.2米。按使用的介质材料特性可分为Ⅰ型、Ⅱ型和半导体陶瓷电容器；按无功功率大小可分为低功率、高功率陶瓷电容器；按工作电压可分为低压和高压陶瓷电容器；按结构形状可分为圆片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、叠片、独石、块状、支柱式、穿心式等。

Ⅰ类陶瓷电容器（ClassⅠ ceramic capacitor），过去称高频陶瓷电容器（High-freqency ceramic capacitor），是指用介质损耗小、绝缘电阻高、介电常数随温度呈线性变化的陶瓷介质制造的电容器。它特别适用于谐振回路，以及其它要求损耗小和电容量稳定的电路，或用于温度补偿。Ⅰ类陶瓷电容器的尺寸通常不大。

随着民用和军用工业的发展，电子电路对高频Ⅰ类陶瓷电容器的要求越来越高，主要要求集中在以下几个方面：

（1）高频下介电损耗要小。现有常见的陶瓷电容介电损耗值tgδ=（1~6）×10^-4。越小的tgδ，可保证回路Q值越高。高介电容器瓷工作在高频下工作时，随着频率ω上升、tgδ也将上升。在超高频状态下工作时，现有的陶瓷电容越来越能以满足需求；

（2）体积电阻率ρv高（ρv>10¹²Ω·cm），为保证高温时能有效工作，要求ρv高；

（3）介电强度Ep＝V/d要高。高的Ep可使介电材料在内电极间的厚度更薄。抗电强度Ep在介电材料的分布均匀性要好。现有的陶瓷电容由于陶瓷材料的分散性，使得即使Ε<Ep，可能仍有击穿，提高了风险性。

针对Ⅰ类陶瓷电容器在高频下使用时，介电损耗值tgδ偏高和抗电强度Ep分布不均匀的问题，有必要发明一种绝缘体不是陶瓷材料，而采用氧化物单晶体的MIM电容及其制造方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种介电损耗小且抗电强度分布均匀的MIM电容，还提供一种上述MIM电容的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种MIM电容其创新点在于：包括衬底，所述衬底为一蓝宝石单晶晶片，在其上表面和下表面均依次沉积有过渡层和金属层。

本发明还提供了上述MIM电容的制造方法，其创新点在于：所述方法步骤具体如下：

（1）将蓝宝石晶体，即α-Al₂O₃单晶通过单线切割或掏料钻钻取的方式加工成单晶晶棒；

（2）将单晶晶棒在多线切割机上切割加工成单晶晶片；（3）将单晶晶片清洗干净后作为沉积衬底，在衬底两面先沉积一层与蓝宝石结合性能较好的过渡层；（4）再通过磁控溅射的方法在过度层的基础上沉积导电性能好的金属层；（5）以金属层作为电极，引出接线端；（6）完成上述MIM电容的封装。

进一步地，所述步骤（1）中所述单晶晶棒为长方形或圆柱形，所述α-Al₂O₃单晶衬底的掏取方向为A面、C面或M面。

进一步地，所述步骤（1）中所述切割线为金钢石砂线。

进一步地，所述步骤（2）中单晶晶片的厚度为0.1～1mm。

进一步地，所述步骤（3）中的过渡层所用材料为钛、镍、铟、锡中的一种或几种。

进一步地，所述步骤（4）中的金属层所用材料为Ag、Au、Al、Cu中的一种或多种。

本发明的优点在于：

（1）本发明的MIM电容，其衬底为一蓝宝石单晶晶片，其采用蓝宝石衬底作为介质材料，蓝宝石具有电阻率高、介电损耗小（比常用材料小一个数量级），抗电强度高等特性，因此在高步频下使用时性能要远远好于常用的陶瓷材料；另外，由于蓝宝石是单晶材料，其介电强度Ep＝V/d很高，同时单晶结构的一致性使抗电强度Ep在材料内的分布均匀性非常好，没有击穿风险，提高了使用的稳定性；

（2）本发明的MIM电容制造方法有6个步骤，

第一步的优点，其中由于蓝宝石为高硬度碎性材料，因此其加工

方式不能采用简单的机械加工，而是要采用线切割或掏料钻的方式进行加工；为了制造适合电容形状的薄片形状，首先要将蓝宝石晶体加工成长方形或圆柱形的棒状，以方便多线切割机进行多线切割；

第二步的优点，采用多线切割，加工晶片表面损伤层浅，粗糙度小，切片加工出片率高；

第三步和第四步的优点，先在衬底沉积与与蓝宝石材料结合较好的材料，将其作为过渡层，再在过渡层上沉积根据实际需要的电极材料，是一种比较合理的做法；

（3）本发明单晶衬底的掏取方向为A面、C面或M面，蓝宝石材料是一种各向异性的材料，单晶晶片两面的晶向决定了介电材料的电学性能，电学性能数据如下表所示：

当晶片两面的晶向为C向时，晶片两面与晶体的C面平行，在表中表示为‖C，当晶片两面的晶向为A向或M向时，晶片两面与晶体的C面垂直，在表中表示为⊥C；将晶片晶向即不是C向、也不是A向或M向时，电学性能数据介于两者之间；从晶向定向方法上，蓝宝石C向、A向和M向相对容易定向，因此建议MIM电容制造时，镀膜的表面为C面、A面或M面；

（4）切割线选择的优点，可加工非导电材料，刀缝损失小且可自由改变切割位向；

（5）本发明的MIM电容制造方法，蓝宝石单晶棒加工成厚度为0.1～1mm的单晶晶片，既满足了蓝宝石作为MIM电容的介电材料的实际需求，又避免浪费了价格较高的蓝宝石材料；

（6）从与蓝宝石的结合性能上看，钛、镍、铟、锡等金属是与蓝宝石材料结合较好的材料，因此将其作为过渡层；

（7）制造中，采用的金属材料Ag、Au、Al、Cu中的一种或多种，

具有良好的导电性能和抗腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明MIM电容的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种MIM电容，包括衬底3，衬底3为一蓝宝石单晶晶片，在其上表面依次沉积有过度层2和金属层1，其下表面依次沉积有过度层4和金属层5。

上述MIM电容的制造方法，该方法具体步骤为：

第一步，取80公斤泡生法蓝宝石晶锭一个，用2英寸内径金刚石空心圆柱形薄壁掏料钻掏取圆柱形晶棒，掏取方向为C面，偏差为±3°以内；掏完后去除头尾不平坦部分，形成平坦端面；再对端面进行精确定向后，将圆柱形晶棒晶向通过机械加工，使其端面晶向在C向±0.5°以内；总共获得总长度为2600mm的2英寸圆柱形晶棒；

第二步，将2英寸圆柱形晶棒分6次安装到金钢砂线多线切割机上，进行多线切割；切割时线槽槽距为0.5mm，线径为0.24mm；切割后获得的单晶晶片为0.26mm，晶向为C向，偏差±0.5°以内；

第三步，将单晶晶片清洗干净后放入磁控溅射炉，首先在两面层积一层0.01mm厚的Ni层作为过渡层；

第四步，在过渡层的基础上再层积一层0.05mm厚的Au层作为金属层；

第五步，从金属层引出接线端，并完成MIM电容的封装。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种MIM电容的制造方法，所述MIM电容包括衬底，所述衬底为一蓝宝石单晶晶片，在其上表面和下表面均依次沉积有过渡层和金属层,其特征在于，所述方法步骤具体如下：

（1）将a-Al₂O₃单晶通过单线切割或掏料钻钻取的方式加工成单晶晶棒； （2）将单晶晶棒在多线切割机上切割加工成蓝宝石单晶晶片； （3）将蓝宝石单晶晶片清洗干净后作为沉积衬底，在衬底两面先沉积一层与蓝宝石结合性能较好的过渡层；所述步骤（3）中的过渡层所用材料为钛、镍、铟、锡中的一种； （4）再通过磁控溅射的方法在过渡层的基础上沉积导电性能好的金属层； （5）以金属层作为电极，引出接线端； （6）完成上述MIM电容的封装。

2.根据权利要求1所述的MIM电容的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述单晶晶棒为长方形或圆柱形，所述a-Al₂O₃单晶的掏取方向为A面、C面或M面。

3.根据权利要求1所述的MIM电容的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述切割线为金钢石砂线。

4.根据权利要求1所述的MIM电容的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）中蓝宝石单晶晶片的厚度为0.1～1mm。

5.根据权利要求1所述的MIM电容的制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中的金属层所用材料为Ag、Au、Al、Cu中的一种或多种。