CN1095176C - 薄膜电容及其制造方法和混合电路基板及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的薄膜电容旨在实现高静电电容值，小型且薄型化。其构成是在对向设置的电极层1，2之间形成电介质层3，并在各电极层与电介质层之间夹有导电性粒子层4和5。

Description

薄膜电容及其制造方法和混合 电路基板及其装配方法
本发明涉及IC卡等所采用的薄膜电容及其制造方法以及把上述薄膜电容装配到电路基板上去的混合电路基板及其装配方法。
作为装配到混合电路基板上去的电容，在此之前人们知道比如说由迭层陶瓷和钽电解质等构成的带状电容，以及在陶瓷等的耐热性基板上用厚膜或薄膜的形成技术形成的印刷电容，这些电容在具备有高静电电容值、薄型和小型化方面存在着界限。
作为其改善手段，人们已知在金属箔的表面上覆以由金属氧化物薄膜构成的电介质层而形成的电容(比如，参照特开平2-239683号公报和特开平3-54853号公报)。
一般说来，电容的静电电容值比例于把电介质层夹在中间的两电极层间的相对向面积而增加，而且反比例于相对向间隔而增加，因此，使形成上述电极层的金属箔的表面过度的粗糙化，并仅仅扩大两电极层间的视在对向面积，就可以实质性地增加其静电电容值。
此外，把金属箔浸渍于特定的有机化合物溶液中之后，把它提上来，并经过加水分解、热处理等的绕结工序形成上述电介质层，并采用多次重复向上述有机化合物溶液中浸渍的浸渍工序的办法，就可以被覆形成被调整为规定厚度的强电介质层。
但是，当使金属箔的表面形成为过度的粗糙面时，由于仅仅在其粗糙面的凹下部分处残留下有机化合物溶液，在其顶部存不下有机化合物溶液，故即便是多次重复把它提出来并用加水分解，热处理等进行烧结工序，也不会被覆形成规定厚度的强电介质层，因而会形成对向电极层彼此短路的有缺陷的电容。
另外，由于反复进行高温的烧结工序，故要把这种电容装配到混合电路基板上去时，有许多的制约。
本发明就是为了解决上述课题而发明出来的，其目的之一是提供一种静电电容值高、小型且薄型的薄膜电容。
本发明的另一目的是提供一种高品位且可靠性高的薄膜电容的制造方法。
本发明再一个目的是提供一种静电电容值高、小型且薄型的、可靠性高的混合电路基板。
本发明还有另一目的是提供一种易于制造的混合电路基板的装配方法。
本发明的薄膜电容的特征是，在对向设置的电极层之间形成电介质层，且在至少一侧的电极层与电介质层之间存在着导电性粒子层。
上述薄膜电容的制造方法的特征是具备下述工序：在第1电极层的表面上形成第1导电性粒子层的工序；在第1导电性粒子层上形成电介质层的工序和在此电介质层上形成第2电极层的工序。
本发明的混合电路基板的特征是对向设置的电极层之间形成电介质层，且在至少一侧的电极层与电介质层之间存在着导电性粒子层的薄膜电容的上述对向电极层被电连接到电绝缘性电路基板的电路图形上去。
本发明的混合电路基板的装配方法的特征是，把在对向设置的电极层之间形成有电介质层、且在至少一侧的电极层与电介质层之间存在着导电性粒子层的薄膜电容介于粘结剂层迭层到电绝缘性电路基板上，在对上述薄膜电容加压使之固定到电路基板上的同时，使上述对向电极层与电绝缘性电路基板的电路图形实行电连接。
倘若采用上述薄膜电容及其制造方法，则即使把一侧的电极层的表面形成为粗糙面，也可以用上述导电性粒子在上述电极层上被覆电介质层。
就是说，在上述导电性粒子层的内部形成多个微细的空孔并形成电介质层之际，使含有导电性粒子的有机化合物溶液含浸于这些空孔里，并以基于这种溶液的含浸的导电性粒子的表面的湿润作用，使上述有机化合物溶液变得易于被覆，使电介质层有效地覆盖到电极层的整个面上，防止对向电极层之间的短路，因而可以制造高品位的薄膜电容。
而且，利用上述导电性粒子层的有机化合物溶液的含浸作用，可以在上述电极层的整个表面上被覆上电介质层，并可以防止两电极层的短路，故可以把夹在这两个电极层之间的电介质层形成为一个薄片。
因此，采用把电极层的表面形成为粗糙面使之增大表面积、扩大两电极层的对向面积而且把对向间隔作成薄片的办法，上述薄膜电容的静电电容值就可比例于两电极的对向面积且反比例于对向间隔而增大。
此外，倘若采用上述混合电路基板及其装配方法，由于薄膜电容本身具有高的静电电容值，可以小型且薄型化，故在把上述薄膜电容装配到IC卡等的混合电路基板上去的时候，该混合电路基板本身也可以小型且薄型化、可靠性高。而且，把与电路基板构成为另一单体的薄膜电容迭层于电路基板上再用粘结剂等方法暂时固定住，然后用层压装置牢固地固定好，同时进行电连接，就可以把薄膜电容容易地装配上去。
下面对附图进行说明。
图1是一概略性的剖面图，它示出了本发明的薄膜电容的一个例子，关键部位已予放大。
图2是一关键部位的概略性的扩大剖面图，它示出了本发明的电容的制造工序的一个例子。
图3为示出了本发明的混合电路基板一个例子的关键部位的分解斜视图。
图4为示出了本发明的混合电路基板一个例子的装在一起的斜视图。
图5为示出了本发明的混合电路基板一个例子的关键部位的剖面图。
图6的关键部位剖面图示出了本发明的混合电路基板的另外一个例子。
图7的关键部位剖面图示出了本发明的混合电路基板的不同的另一例子。
图8是一个表，它给出了本发明的混合电路基板的评价结果的一个例子。
图9是把本发明的混合电路基板附到IC卡上而示出的概略性的分解斜视图。
图中各符号的意义如下：
A：混成回路基板
B：薄膜电容
1第1电极层
1A粗糙面
2第2电极层
3电介质层
4第1导电性粒子层
5第2导电性粒子层
7电路基板
8一方配线
9他方配线
11凹下部分
12粘接剂层
13接合部
14导电性凸部
16穿透孔
17端部
实施例以下依据附图对本发明的实施例进行说明。
图1的剖面图示出了本发明的薄膜电容的一个例子。
如该图所示，在第1电极层1和第2电极层2之间形成电介质层3，同时在上述各电极层1、2和上述电介质层3之间分别形成了第1和第2导电性粒子层4，5。
第1电极层1例如可以使铝(AL)或铜(CU)等的金属箔的表面形成粗糙面而构成，第2电极层2比如说可以烧结经网板印刷的银(Ag)膏而形成。
电介质层3比如说可用作为强电介质的钛酸锆酸铅(PET)等构成，导电性粒子层4，5比如说可用以银(Ag)和炭等为主要成分的导电性粒子的结合层构成，且在其内部已形成有许多个微细的空孔。
其次，依据图2说明上述电容的制造方法的一个例子。
图2是一概略性的剖面图，它示出了本发明的电容的制造工序的一个例子。
(1)在图2(A)中，首先，把构成第1电极层1的比如说铝箔固定于固定板(没画出来)上，并用本身为碱系清洗液的清洁剂(UA-68；上村工业产品)以50g/l的浓度对该铝箔1的表面上的氧化膜(没有画出来)在50℃下清洗5分钟之后，再用腐蚀剂(AE-102；上村工业生产)50g/l进行60℃、1分钟的腐蚀处理以除去该氧化膜。
在已除去了上述氧化膜的铝箔1的表面上，用比如说在20％、80℃的盐酸中3分钟左右的腐蚀处理，形成粗糙不平的面1A，该面具有该图的所示的那种过度被腐蚀过的部位。
在形成上述粗糙面1A的时候，也可以不对铝箔1进行腐蚀处理而代之以比如说用砂纸等进行机械性的研磨来除去氧化膜，借助于这种机械性的研磨，可在除去上述氧化膜的同时在上述铝箔1的表面上形成粗糙面1A。
(2)其次，如图2(B)所示，在上述铝箔1的粗糙面1A上形成以银(Ag)粒子为主要成分的第1导电性粒子层4。
该导电性粒子层4，比如说用以伊索弗洛林(音译)等的溶剂为分散剂，把上述铝箔1浸渍于使银粒子4A和低融点的铅玻璃粒子4B分散开来了的溶液中，然后以恒定速度向上提，在150℃的温度下使溶剂干燥之后，在约550℃的温度下烧结而成。
(3)在被覆于铝箔1上的导电性粒子层4的表面上，如图2的(C)所示，形成电介质层3。
该电介质层3可以由本身为强电介质的钛酸锆酸铅(PET)构成，它的形成和厚度调整是这样进行的：把已形成了第1导电性粒子层4的铝箔1浸渍于比如说由Pb(CH2CO7)23H2O，Zr(C3H7O)4和Ti〔(CH3)2CHO〕4组成的有机化合物溶液中去之后，把它往上提，在历经加水分解、550℃的热处理工序下进行的烧结工序后形成电介质层，然后再多次重复向上述有机化合物溶液中浸渍的浸渍工序，用这种办法，将之调整为规定的厚度。
(4)此外，在上述电介质层3的表面上，如图2的(D)所示，用与在上述(2)中已说明过的过程大体相同的工序形成由以银(Ag)为主要成分的粒子组成的导电性粒子层5。
(5)在上述第2导电性粒子层5的表面上，如图1所示的那样地形成将成为第1电极层1的对向电极的第2电极层2。该第2电极层2，比如说把银(Ag)膏(DS-2053；奥野制药生产)用200网眼的网板印刷成所希望的形状之后，在空气中进行150℃、15分钟的干燥之后，再经50℃、15分钟的烧结而形成，接着把上述铝箔1从固定板上拿下来，就可以制得上述薄膜电容。
倘采用上述薄膜电容，则如图1所示，在粗糙面1A上形成铝箔1的表面以增大其表面积的同时，用第1导性粒子层4把被过度腐蚀过的粗糙面1A填平，以把上述粗糙面1A的不平坦性形成为比较平坦，然后用第2导电性粒子层5把与第1电极层1相对的第2电极层2进一步平坦化，所以就实现了扩大由上述铝箔构成的第1电极层1和第2电极2之间的对向面积的目的。因而，得以增大上述薄膜电容本身的静电电容值。
另外，第1导电性粒子层4，就如在图2的(B)中所明示的那样，由于比如说用铅玻璃4B粘结的多个银粒子3A的内部形成着多个微细的空孔，故当形成上述电介质层3之际，如图2的(C)所示，其有机化合物溶液3A就被含浸于这些空孔4C之中，同时，用基于该溶液3A的含浸的上述各粒子4A，4B表面的润湿作用，上述有机化合物溶液3A就变得更加易于被覆，且电介质层3被覆于第1电极层1的整个表面上，有效地防止了第1电极层1与第2电极层2之间的短路，因而可以制造高品位的薄膜电容。
而且，用上述第1导电性粒子层4的有机化合物溶液3A的含浸作用，可在第1电极层1的整个面上覆盖上电介质层3，以防止第1电极层1和第2电极层2之间的短路，故可以把包括第1和第2导电性粒子层4，5的上述电介质3的厚度作薄，以把上述两电极层1，2的对向间隔形成为一个薄片(比如0.2μm)。
这样一来，采用上述构成的电容，采用使两电极层1，2之间的对向面积扩大且把对向间隔为一个薄片的办法，就可以使静电电容值正比例于两电极的对向面积且反比例于对向间隔而增大。
用这种办法，在用例如本身为强电介质的钛酸锆酸铅(PET)构成电介质层3的情况下，就可以把现有技术中每单位面积的静电电容值为400pF/mm2的上述薄膜电容增大到5倍的2000pF/mm2。
再有，在上述实施例中，使用了铝(Al)作为第1和第2电极层1，2，但不局限于铝，只要具有某种程度的耐热性和电传导性即可，例如也以用铜(Cu)。在那种情况下，推荐在铜表面镀镍(Ni)等以添加耐热性这样的作法。
另外，上面对用银(Ag)粒子构成的导电性粒子层作为第1和第2导电性粒子层4，5进行了说明，但也可以是炭等多孔性的导电性粒子层，而作为成为膜方法，也可以不用上述的浸渍法而代之以把使比如说银(Ag)粒子或炭等的粒子分散开来的溶液直接吹上去的喷雾法等方法，第2导电性粒子层5也可适当地省掉。
还有，作为电介质层3，使用的是钛酸锆酸铅(PET)，但也可以使用比如说由Al(O-iC3H7)3和异丙醇(iso-propyl-alcohol)组成有机化合物溶液来形成Al2O3。此外，还可用Ta(OC2H2)5，CH3COOH和C2H5OH组成的有机化合物溶液来形成Ta2O5。
其次，对把本发明的薄膜电容装配到混合电路基板上去的情况进行说明。
图3的关键部位的分解斜视图示出了把本发明的薄膜电容装配到混合电路基板上去的一个例子。图4是组装斜视图。图5是沿图4的V-V线切开的剖面图。
在该图中，A为混合电路基板，B为薄膜电容。
上述混合电路基板A用在合成树脂或陶瓷制作的绝缘性电路基板7的表面上被以电路图形的方法构成，并在上述各电路图形8，9上电连接有薄膜电容B或IC器件等等的其它电子部件(没有画出)。
即上述薄膜电容B具有和在图1中说明过的薄膜电容大体相同的构成，第1和第2电极层1，2具有用刻蚀处理等等切成规定形状的切口部分1C和2B，这样形成的各端子部分1B，2A在连接部位10和13与上述电路图形9和8进行电连接。
下面，说明上述薄膜电容B的装配方法的一个例子。
(1)首先，如图3所示，在上述电路基板7的表面上，避开各个电路图形8和9的端子部位8A，9A涂覆形成粘结剂层12。
该粘结剂层12，在用200网眼的网板把比如说阻焊墨水((TC-200；东洋くンキ(墨水)生产公司)之类的热硬化型的粘结剂，印刷成具有凹下部分12A的所希望的形状之后，再在空气中进行70℃、约3分钟的干燥后，暂时性地形成为半硬化状态。
(2)其次，如图4所示，使第2电极层2接触到上述粘结剂层12上并进行上述薄膜电容B的位置对准，把上述薄膜电容B叠层于混合电路基板A上并暂时固定好之后，用比如说叠层加压装置(没有画出来)，经压力负荷200Kg/cm2、120℃约3分钟的处理，使半硬化状态的上述粘结剂层12硬化，以牢固地把上述薄膜电容B固定到上述电路基板7上。
在上述叠层加压工序中，把第2电极层2的端子部位2A压接到电路图形8的端子部位8A上，并电连到图5中清楚地画出来的连接部位10上的同时，第1电极层1的端子部位1B，用上述加压装置的压力加工形成凹下部分11并用电介质层3的贯通，在连接部位13处压接并电连到电路图形9的端子部位9A上。
(3)最后，用FeCl3溶液等进行刻蚀处理，使第1电极层1形成为规定的形状，并付之与混合电路基板A合在一起调整薄膜电容的静电之容值。
上述电介质3的贯通如图6所示，可以用在电路图形9的端子部位9A上突设一个凸出部分14来实现，此外，还可如图7所示，用设定于电路图形9的端子部分9A上的穿透孔16的顶端部分17上的凸出部分实现。
上述凸出部分14，在用200网眼的网板把比如说银(Ag)膏(LS-506J；(アサヒ)旭化学研究所生产)印刷成希望的形状之后，经过在空气中100℃、30分钟的烧结而形成。
倘采用图6的构成，则由于已经形成了凸出部分17，故与用上述加压装置在电路图形9的端子部位9A上用于形成凹下部分的位置对准相比，故其位置对准是容易的。
此外，倘采用图7的构成，则可以灵活地使用在电路基板7的背面上形成的，用于和另一电路图形15连接的穿透孔16。
还有，在上述穿透孔16不形成于上述薄膜电容B的部分而形成于其他部位上的情况下，在形成该穿透孔16的时候，推荐同时形成图6中的凸出部分14并用图6所示的方法进行电连。
图8示出了已装配于上述混合电路基板A上的薄膜电容B的耐外力和耐环境特性的评价结果例，采用把使用了对应力和热负荷脆弱的金属氧化物被膜的薄膜电容形成为上述装配构造的办法，就可以提供高可靠性的混合电路基板。
此外，倘在第1第2电极层1，2的表面上涂敷上例如阻焊剂(R-1000；东洋墨水公司生产)则可进一步改进安装电容的耐外力和耐环境特性等等。
图9的分解斜视图示了采用了本发明的混合电路基板的IC卡的一个例子。
上述IC卡用在电路基板7的表面上被以电路图形8，9的办法构成，在上述电路图形8，9上电连有上述薄膜电容B、IC器件C和检测线图D等等的电子部件，在表面和背面上覆以保护薄板E，F，G。
由于装配于上述IC卡上的薄膜电容B及其安装构造与上述混合电路基板的情况大体上相同，故略去对它的详细说明。
如以上详细说明过的那样，倘采用本发明所涉及的薄膜电容，则由于在对向电极层之间形成了电介质层，且至少在一侧的电极层与电介质层之间夹有导电性粒子层，故可以把电极层的表面作为粗糙面以扩大表面积、扩大两电极层的对向面积，从而增大静电电容值。
此外，倘采用本发明所涉及的薄膜电容的制造方法，则在导电性粒子层的内部形成许多微细的空孔，在形成电介质层的时候，含有导电性粒子的有机化合物溶液会含浸于这些空孔中去，用基于这种溶液的含浸的导电性粒子的表面润湿作用，上述有机化合物溶液变得易于被覆，电介质层得以有效地被覆于电极层的整个表面上，防止对向电极之间的短路，因而可以提供一种薄型且高品位的薄膜电容。
再者，倘采用本发明所涉及的混合电路基板及其装配方法，则由于上述薄膜电容本身可以做成高静电电容值、小型且薄型，故把上述薄膜电容装配到IC卡等混合电路基板上去的情况下，该混合电路基板自身也可做得小型且薄型化，可提供一种可靠性高、易于制造的混合电路基板。

Claims (10)

1.一种薄膜电容，其特征是：在对向电极层之间形成电介质层，且至少在一侧的电极层与电介层之间夹有导电性粒子层。
2.如权利要求1所述的薄膜电容，其特征是：导电性粒子层所接触一侧的电极层的表面形成为粗糙面。
3.如权利要求1或2所述的薄膜电容，其特征是：在另一侧的电极层与电介质层之间也夹有导电性粒子层。
4.一种薄膜电容的制造方法，其特征是具备下述工序：在第1电极层的表面上形成第1导电性粒子层的工序，在该第1导电性粒子层上形成电介质层的工序；在该电介质层上形成第2电极层的工序。
5.一种薄膜电容的制造方法，其特征是具备下述工序：使第1电极层的表面变成粗糙面的工序；在该第1电极层的粗糙面上形成第1导电性粒子层的工序；在该第1导电性粒子层上形成电介质层的工序；在该电介质层上形成第2导电性粒子层的工序；在该第2导电性粒子层上形成第2电极层的工序。
6.一种混合电路基板，其特征是包括薄膜电容和多个电路图形，所述薄膜电容包括：
一对电极层，这对电极层中的一个即第一层与上述电路图形中的一个即第一图形相连接，这对电极层中的另一个即第二层与上述电路图形中的另一个即第二图形相连接；
夹在上述一对电极层中的电介质层；以及
夹在上述一对电极层中的一个与上述电介质层之间的第一层导电粒子。
7.如权利要求6所述的混合电路基板，其特征是：上述第一层位于上述混合电路基板的内侧，直接与上述第一图形相连接，且被部分去除去；而上述第二层位于所述混合电路基板的外侧，通过上述电介质层的孔与上述第二图形相连接，在上述电介质层的孔处没有上述第一层。
8.如权利要求7所述的混合电路基板，其特征是：上述第二层有一凹下部分，该凹下部分的底部一侧通过上述电介质层上的孔与上述第二图形相连接，在上述电介质层的孔处没有上述第一层。
9.如权利要求7所述的混合电路基板，其特征是：上述第二图形上有一凸出部分，该凸出部分贯通上述电介质层与上述第二层相连接。
10.如权利要求9所述的混合电路基板，其特征是：上述凸出部分位于穿过上述第二图形的穿透孔的顶部。
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