CN107492446B - 三维电容器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种三维(3D)电容器，其包括：以高密度形成在阳极氧化膜的孔内部的导体，以及电连接到导体的第一电极层和第二电极层。因此，可以容易地获得相对于3D电容器的尺寸而言的高的电容。

Description

三维电容器
技术领域
本发明涉及使用阳极氧化膜的三维(3D)电容器。
背景技术
电容器已经被用作存储或释放电力的电池，并且使用其不允许直流电通过的性能。电容器具有的结构是，两个绝缘的平坦电极彼此靠近并且电介质介入在它们之间。
当直流电被提供到电容器时，随着电荷被累积在电容器的每个电极中，电流流过电容器，并且当电荷累积结束时，电流的流动停止。但是，当改变电极并且直流电被提供至其时，电流立刻再次流过电容器。由于电容器的这些特性，电容器被用来存储电力以及阻断直流电并传输交流电。
根据电容器的电介质材料，这样的电容器可以分为空气电容器、真空电容器、气体电容器、液体电容器、云母电容器、陶瓷电容器、纸电容器、塑料膜电容器、电解质电容器以及类似的电容器。
电解质电容器的例子包括铝电解质电容器和钽电解质电容器。一般，电解质电容器指的是铝电解质电容器。在电解质电容器中，薄的氧化膜用作电解质，而铝用作电极。通过将电介质形成为具有非常薄的厚度，可以获得相对于其体积而言高的电容。
最近，对于通过交替堆叠陶瓷和金属(例如，镍)而形成的多层陶瓷电容器(MLCC)已经活跃地进行了研究。MLCC通过交替的堆叠200至1000层的陶瓷和金属形成为0.3mm的高度，该高度等于人头发的直径。
MLCC配置成通过堆叠多层陶瓷和镍而存储电力，其基于的原理在于镍是金属并因而承载电流，但是陶瓷不承载电流。
MLCC是电子产品的关键部件，因此基本上有数百个MLCC被包括在电子产品(例如，蜂窝电话、智能电话、液晶显示(LCD)电视(TV)、计算机等)中。因为电子设备正被开发得越来越小，所以需要更高的工艺来制造具有更小尺寸和更高容量的MLCC。
随着电极之间的距离减小以及电极之间的接触区域增加，电容器的容量增加。但是，随着更多层的陶瓷和镍被堆叠，难以制造出小尺寸的电容器，并且其工艺数量增加。
[专利文件]
韩国专利公开No.10-2013-0012715
发明内容
1.技术问题
本发明针对三维(3D)电容器，其能够容易地获得相对于其尺寸而言的高的电容。
2.问题的解决方案
根据本发明的三维(3D)电容器包括：由可阳极氧化的金属形成并且具有在垂直方向上形成在其中的多个孔的阳极氧化膜；形成在多个孔内部的导体；以及第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层形成在阳极氧化膜的至少一个表面上以与导体中的至少一些电连接，所述第一电极层和所述第二电极层彼此电分离。
第一电极层和第二电极层可以形成在阳极氧化膜的相同的表面上。
第一电极层和第二电极层可以交替布置。
第一电极层可以形成在阳极氧化膜的一个表面上。第二电极层可以形成在阳极氧化膜的与形成第一电极层的表面相对的另一表面上。
第一电极层的垂直突出区域和第二电极层的垂直突出区域可以交替布置。
多个孔可以是通过阳极氧化金属而形成并且规则布置的气孔。气孔可以形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜。
多个孔可以是通过阳极氧化金属而形成并且规则布置的气孔。阳极氧化膜可以包括：其中包括气孔的多孔层；以及配置成封闭气孔的一端并且形成在多孔层下方的阻挡层。
阳极氧化膜可以包括：多孔层，所述多孔层包括通过阳极氧化金属而形成并规则布置的气孔；以及阻挡层，所述阻挡层配置成封闭气孔的一端并且形成在多孔层下方。多个孔可以形成为具有比气孔大的内部宽度。
多个阳极氧化膜可以在垂直方向上堆叠。
3.有益效果
根据本发明，可以获得以下有益效果。
通过使用具有绝缘性能的阳极氧化膜以及以高密度布置在阳极氧化膜中并且对其提供电流的多个导体，可以容易地获得相对于电容器的尺寸而言的高的电容。
该电容器可以容易地制造。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的三维(3D)电容器的透视图；
图2示出了沿图1的线A-A截取的及其修改的实例的横截面视图；
图3是图1的平面图；
图4是根据本发明的实施方式的制造3D电容器的方法的流程图；
图5是通过堆叠如图1中所示的3D电容器而获得的结构的透视图；
图6是根据本发明的第二实施方式的3D电容器的透视图；以及
图7是沿图6的线B-B截取的横截面视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施方式。从以下将接合附图描述的实施方式，本发明的优点和特征以及获得它们的方法将显而易见。但是，本发明并不限于这些实施方式，可以以很多不同的形式实现。不如说，提供这些实施方式，以使得本公开文本彻底和完整，并且将本发明的理念完全传递给所属领域技术人员。本发明的范围应该仅由权利要求书限定。在整个附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
本文中所使用的术语仅用来描述特定的实施方式，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非文本清楚地表示了否定。还应该理解，当使用在本文中时，术语“包括”和/或“包含”说明所声称的部件、步骤、操作和/或元件的存在，但是并不排除一个或多个其他的其部件、步骤、操作和/或元件的出现或附加。此外，因为本文中提供的是示例性实施方式，所以附图标记不被解释成受它们在本文中描述的顺序的限制。
以下将参照作为本发明的示例性附图的横截面视图和/或平面图，描述本文中阐述的实施方式。在附图中，为了清楚，放大了每个膜和孔的尺寸和厚度。因此，附图的形状可以根据制造技术和/或公差而改变。因此，应该理解，本发明并不限于附图中示出的特定的形状，涵盖任何根据制造工艺的修改，并且并不旨在限制本发明的范围。
如图1至3中所示，根据本发明的第一实施方式的三维(3D)电容器100包括通过阳极氧化金属而形成的阳极氧化膜110，在该阳极氧化膜110中，在垂直方向上形成多个孔120，3D电容器110还包括形成在孔120内部的导体140以及第一电极层150和第二电极层160，第一电极层150和第二电极层160形成在阳极氧化膜110的至少一个表面上以电连接至导体140中的至少一些，并且彼此电分离。
阳极氧化膜110可以具有立方体形状。
阳极氧化膜110通过阳极氧化金属而形成。孔120在垂直方向上形成在阳极氧化膜110中。
如图2(a)所示，阳极氧化膜110的孔120可以是通过阳极氧化金属而形成的气孔120a，并且可以规则布置。气孔120a在阳极氧化膜110的垂直方向上形成。此外，气孔120a被形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜110。
图2(a)的阳极氧化膜110仅使用在其中具有气孔120a的多孔层180而形成。阳极氧化膜110通过阳极氧化金属材料的基底金属并去除金属材料的基底金属而形成。这里，金属材料的基底金属可以是铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、锌(Zn)或其他，并且更优选地，可以是铝(Al)。当阳极氧化膜110由作为基底金属的铝形成时，阳极氧化膜110具有Al2O3的化学式。此外，阳极氧化膜110具有绝缘性能。
导体140形成在每个气孔120a内部。导体140可以通过无电镀或电镀而镀在每个气孔120a的内部。
如图2(b)所示，阳极氧化膜110的孔120b可以是通过阳极氧化金属而形成并且规则布置的气孔120b。阳极氧化膜110可以包括多孔层180和阻挡层185，多孔层180具有在其中的气孔120b，阻挡层185形成在多孔层180下方以封闭每个气孔120b的一端。导体140形成在每个气孔120b的内部。
如图2(c)所示，阳极氧化膜110的每个孔120c可以形成为具有比每个气孔122的内部宽度大的内部宽度。
图2(c)的孔120c形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜110。孔120c可以通过掩蔽和蚀刻阳极氧化膜110的一个表面而形成。
导体140形成在每个孔120c的内部。导体140可以通过无电镀或电镀而镀在每个孔120c的内部。
相似地，图2(c)的阳极氧化膜110包括多孔层180和阻挡层185，多孔层180具有通过阳极氧化金属而形成在其中并且规则布置的气孔122，阻挡层185形成在多孔层180下方以封闭每个气孔122的一端。
以下将作为例子描述如图2(a)中所示的情况，其中孔120a是被形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜110的气孔120a，并且导体140形成在气孔120a的内部。
导体140可以通过镀而形成在气孔120a内部。电流可以在垂直方向上经由导体140流过气孔120a内部。
第一电极层150和第二电极层160形成在阳极氧化膜110的至少一个表面上，彼此电分离。
如图1至4所示，在第一实施方式中，第一电极层150和第二电极层160形成在阳极氧化膜110的顶表面上。换句话说，第一电极层150和第二电极层160形成在阳极氧化膜110的相同的表面上。
第一电极层150和第二电极层160形成为在垂直方向上不重叠。
第一电极层150可以包括平行布置以彼此分离的多个第一直线部分153、垂直于第一直线部分153形成以连接第一直线部分153的一端的第一连接部分155、以及连接至第一连接部分155并且与电源连接的第一电源连接部分151。
第二电极层160包括平行布置以彼此分离的多个第二直线部分163、垂直于第二直线部分163形成以连接第二直线部分163的一端的第二连接部分165、以及连接至第二连接部分165并且与电源连接的第二电源连接部分161。
如图1和3所示，第一电极层150和第二电极层160交替布置。更具体地，第一电极层150的第一直线部分153和第二电极层160的第二直线部分163在水平方向上交替布置以彼此分离。
此外，如图2(a)所示，第一电极层150和第二电极层160的底部电连接至导体140中至少一些的顶部。因此，从电源供给的电流经由第一电极层150和第二电极层160递送到气孔120a内部的导体140。
当正(+)电流供给到第一电极层150并且负(-)电流供给到第二电极层160时，连接到第一电极层150的所有导体140具有正(+)电流，并且连接到第二电极层160的所有导体140具有负(-)电流。
因此，连接到第一直线部分153的所有导体140具有正(+)电流，并且连接到第二直线部分163的所有导体140具有负(-)电流。
如图2(a)所示，因为第一直线部分153和第二直线部分163交替布置，所以具有正(+)电流的导体140和具有负(-)电流的导体140在水平方向上交替布置。此外，因为阳极氧化膜110具有不承载电流的绝缘性能，所以阳极氧化膜110用作具有正(+)电流的导体140和具有负(-)电流的导体140之间的绝缘层。因此，一个电容器形成在分别具有正(+)电流和负(-)电流的两个相邻的导体140之间。
可以通过在阳极氧化膜110的气孔120a中形成导体140而容易地形成多个电容器。也就是说，可以容易地制造多个电容器。
如上所述，可以通过使用具有绝缘性能的阳极氧化膜110和以高密度布置在阳极氧化膜110中并且被供给电流的导体140，容易地获得相对于电容器的尺寸而言的高的电容。
通过与第一连接部分155连接，第一电源连接部分151可以延伸到与阳极氧化膜110的一个侧表面连接。通过与第二连接部分165连接，第二电源连接部分161可以延伸到与阳极氧化膜110的另一侧表面连接，该另一个侧表面与所述一个侧表面相对。
正(+)电流可以供给到第一电源连接部分151，而负(-)电流可以供给到第二电源连接部分161。
图4是根据本发明的实施方式的制造图2(a)的电容器的方法的流程图。
如图4(a)所示，通过阳极氧化金属190而形成在其一个表面上具有气孔120的阳极氧化膜110。
接着，如图4(b)所示，可以通过无电镀或电镀在每个气孔120中形成导体140。
接着，如图4(c)所示，去除金属190，以使得仅保留具有气孔120的阳极氧化膜110。
接着，如图4(d)所示，可以通过用第一电极层150和第二电极层160覆盖阳极氧化膜110的一个表面而完成3D电容器110。
备选地，如图5所示，可以在垂直方向上堆叠多个每个均具有第一电极层150和第二电极层160的阳极氧化膜110。因此，可以获得更高的电容。绝缘膜195布置在两个相邻的3D电容器100之间。
如图2(b)所示，当导体140形成在气孔120b中并且气孔120b的底部被阻挡层185封闭时，阻挡层185可以用作绝缘膜195。因此，3D电容器100可以在没有绝缘膜195的情况下堆叠。
如果对应于第一电极层150和第二电极层160的凹槽(未示出)形成在阳极氧化膜110的一个表面中，并且第一电极层150和第二电极层160形成为要插入在凹槽中，与以上描述不同，甚至在气孔120形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜110并且导体140形成在气孔120内部时，3D电容器100也可以在不用绝缘膜195的情况下堆叠。凹槽可以通过蚀刻形成。
以下将参照图6和7描述第二实施方式。
第二实施方式的描述聚焦在于第一实施方式的不同点，而不会冗余地描述第二实施方式的与第一实施方式相同的部分。
在根据第二实施方式的3D电容器100a中，将第一电极层150a形成在阳极氧化膜110a的一个表面上，将第二电极层160a形成在阳极氧化膜110a的与形成第一电极层150a的表面相对的另一表面上。如图6和7所示，将第一电极层150a形成在阳极氧化膜110a的顶表面上，将第二电极层160a可以形成在阳极氧化膜110a的底表面上。
接着，将孔120a形成为在垂直方向上贯通阳极氧化膜110a，并且在气孔120a中形成导体140a。
如图7所示，第一电极层150a的垂直突出区域和第二电极层160a的垂直突出区域交替布置。更具体地，第一电极层150a的第一直线部分153a的垂直突出区域和第二电极层160a的第二直线部分163a的垂直突出区域交替布置。
因此，正(+)电流供给到电连接至第一电极层150a的导体140a，负(-)电流供给到电连接至第二电极层160a的导体140a。具有正(+)电流的导体140a和具有负(-)电流的导体140a因而在水平方向上交替布置。相应地，多个电容器如第一实施方式中那样形成。
虽然以上已经参照本发明的示例性实施方式描述了本发明，但是在不背离所附权利要求书所限定的本发明的思想和范围的情况下进行各种变化或修改时，所属领域技术人员也可以实现本发明。
(符号说明)
100,100a:3D电容器 110,110a:阳极氧化膜
120,120a,120b,120c:气孔，孔
122:气孔
140,140a:导体 150,150a:第一电极层
151:第一电源连接部分
153,153a:第一直线部分
155,155a:第一连接部分
160,160a:第二电极层
161:第二电源连接部分
163,163a:第二直线部分
165,165a:第二连接部分 180:多孔层
185:阻挡层 190:金属
195:绝缘膜

Claims (1)

1.一种三维(3D)电容器，包括：
阳极氧化膜，在其中具有多个第一孔以及多个第二孔，所述多个第一孔中的每一个在垂直方向上延伸，所述多个第二孔中的每一个在所述垂直方向上延伸且具有比所述多个第一孔中的每一个的内径大的内径，其中所述多个第二孔通过蚀刻而形成；
形成在所述多个第二孔内部的多个导体；
第一电极层，形成在所述阳极氧化膜的上表面上，以与所述多个第二孔的所述多个导体中的多个第一导体电连接；以及
第二电极层，形成在所述阳极氧化膜的所述上表面上，以与所述多个第二孔的所述多个导体中的多个第二导体电连接，所述第一电极层和所述第二电极层彼此电分离，
其中所述第一电极层和所述第二电极层交替布置，且
其中当在平面图中观察时，所述第一电极层与所述第二电极层不重叠。
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