CN111243862A - 带有集成电容的玻璃基板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
带有集成电容的玻璃基板及制备方法，涉及电子器件技术。本发明的玻璃基板在玻璃基板的局部区域设置有电容，所述电容的电容介质材料与玻璃基板的材料相同，电容的极板全部或局部嵌入玻璃基板，电容的电场方向平行于玻璃基板的表面。本发明在极少空间占用的前提下实现电容的堆叠，提高了有效功率密度，有利于实现储能模块集成化，并且工艺简单，机械强度高。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件技术，特别涉及集成电子技术。
背景技术
脉冲功率系统是以最短时间内对负载释放出所有储存的能量。 这种特性在各个领域有着广泛的应用。其工作原理是，较长时间的充 电，到需要的时候瞬间对负载释放出所储存的全部电能。图1反映了 脉冲功率系统的工作原理示意图。可以看出在高压脉冲功率系统中， 脉冲功率储能模块是最核心的元件，其性能的好坏直接影响着脉冲功 率系统的输出特性。
对比电感储能、惯性储能、化学储能和电容器储能这四种常用的 脉冲功率储能元件，电容器在满足瞬间大功率输出的应用方面优势明 显，即大的功率密度，大的储能密度，整个储能模块质量轻、体积小， 制备过程易于控制，储能模块易维护，安全稳定性高。
目前大功率的储能电容均是以介质材料为基础，采用MLCC工 艺制备器件，再以贴片的片的形式装备在系统上，也属于分立器件。 然而对于大功率装置而言，贴装无疑增加了传输距离，导致由于高压 大电流产生的瞬间高温造成的器件烧毁失效。
Sherrill,S.A.,Banerjee,P.,Rubloff,G.W.,&Lee,S.B.在Phys Chem ChemPhys，所发表的综述(doi:10.1039/c1cp22659b)里面提 到一种3D纳米结构电容的制备方法，主要特征在于以阳极氧化铝为 模版制备纳米多孔结构，然后在纳米孔内上采用CVD、ALD、磁控 溅射、化学镀等工艺生长薄层金属材料和介质材料，得到高复合的纳 米结构MIM电容，即大幅增加有效面积，从而提高单位体积的储能 量。由于这种方法制备的功能膜是生长在基片上的，机械强度等性能 不高，附着力不强，且无法组合成储能模块实现高压大电流的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高功率密度特点的 带有集成电容的玻璃基板及制备方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，带有集成电容的玻 璃基板，其特征在于，在玻璃基板的局部区域设置有电容，所述电容 的电容介质材料与玻璃基板的材料相同，电容的极板全部或局部嵌入 玻璃基板，电容的电场方向平行于玻璃基板的表面。
进一步的，电容的两个极板分别在玻璃基板的上表面和下表面引 出。
或者，电容的两个极板皆在玻璃基板的同一个表面引出。
所述玻璃基板的材料为Li-Al-Si体系光敏玻璃。
本发明还提供一种带有集成电容的玻璃基板的制备方法，其特征 在于，包括下述步骤：
A、采用掩膜，将Li-Al-Si体系光敏玻璃按照特定图形进行紫外 光照处理，然后退火；所述特定图形为构成电容单体或者电容组的图 形；
B、退火后的玻璃进行刻蚀，形成刻蚀孔，然后清洗；
C、去除掩膜，将刻蚀孔部分进行金属化填充，形成电容极板， 并作金属键合处理。
所述刻蚀孔为盲孔。所述步骤A中，紫外光波长为1-400nm，能 量为1-20mJ/cm2，退火温度范围300-800℃。
采用本发明的技术，将玻璃基板本身的材料作为电容介质材料， 在玻璃基板本身的空间内集成大量的电容，在极少空间占用的前提下 实现电容的堆叠，提高了有效功率密度，有利于实现储能模块集成化， 并且工艺简单，机械强度高。
附图说明
图1是实施例的电容区域俯视图。
图2是X方向电容堆叠示意图。
图3是X-Y方向电容堆叠示意图。
具体实施方式
参见图1～3。
实施例1：参见图1。
本实施例为一种带有集成电容的玻璃基板，在玻璃基板的局部区 域设置有电容，所述电容的电容介质材料与玻璃基板的材料相同，电 容的极板全部或局部嵌入玻璃基板，电容的电场方向平行于玻璃基板 的表面。电容的两个极板从玻璃基板的同一表面嵌入玻璃基板。所述 玻璃基板的材料为Li-Al-Si体系光敏玻璃。
本实施例的电容可以是单体电容，也可以是电容组。图1是玻璃 基板的俯视方向示意图，第一极板1和第二极板2从基板的上表面嵌 入玻璃基板，位于第一极板1、第二极板2之间的玻璃基板部分作为 电容介质，与第一极板1、第二极板2共同构成了一个电容，第一极 板1和第二极板2形成了电容极板。重复这样的电容结构，第一金属 条11和第二金属条21作为电容极板的连接导体，即形成了图1所示 的电容组。本实施例中各电容的电场方向平行于玻璃基板的表面，显 然的，如果极板并非严格垂直于基板表面，采取略微倾斜的状态，效 果与本实施例是近似的，但工艺更为复杂。
本实施例的电容极板皆是从玻璃基板的同一表面(上表面)嵌入 基板，作为一种变形，各电容极板也可以从不同的方向嵌入。本发明 所称的嵌入是就结构本身而言，极板嵌入玻璃基板，需要在玻璃基板 上形成槽，从槽的开口垂直指向槽底部的方向即是嵌入的方向。
作为扩展，图2示出了图1的图形沿X轴扩展了两个周期方式， 图3示出了图2的图形的沿Y轴方向扩展了一个周期，如果重叠多 个基板并连接各电容组即可形成Z轴方向的扩展。
实施例2
带有集成电容的玻璃基板的制备方法，步骤如下：
(1)采用Li-Al-Si体系光敏玻璃作为基板材料。主材料为Li-Al-Si 体系，添加剂为光敏剂(Ce3+或Sb3+)、成核剂(Ag、Cu、Pt或Au)、 抑制剂(Ca2+、Ba2+或Sr2+)。
(1)将玻璃基板按照特定图形进行双面紫外光照处理(波长为 1-400nm，能量为1-20mJ/cm2)，图形可以采用图1～3的图形，或者 其他图形，对于普通技术人员而言，可以理解并选择构成电容的不同 的图形。
(2)将处理后的样品进行高温退火处理(温度范围300-800℃)
(3)将放入刻蚀溶液超声刻蚀形成刻蚀孔(或刻蚀槽)，刻蚀溶 液可以是HCl、HF、HNO3等强酸的混合，然后清水处理。
(4)将刻蚀孔或刻蚀槽进行金属化处理，可以采用CVD、ALD、 磁控溅射、化学镀等方法制备种子层，然后采用深孔电镀方式填实， 形成电容极板。
(5)将单元玻璃经金属键合处理，构成玻璃电容器。
金属键合：两层金属通过适当的高温高压或激光等方式，将其融 合在一起，达到一定强度、气密性等结构特性的工艺，系现有技术。
Li-Al-Si体系的光敏玻璃或者其他玻璃，从材料本身具有表面特别 平整(平整度能达到1nm以下)，能够用于高线条精度的电路布线， 玻璃作为基板的工艺是晶圆级加工，与硅的加工艺类似。与硅比就是 高频宽带特性好，特别适合5G/6G通信，射频前端等模块。若在基 板材料上采用陶瓷基板，则工艺上只能采用流延-打孔图形化-叠层- 填充电极浆料-烧结的流程，虽然器件能够集成电阻、电容、电感， 但表面无法做到纳米级的平整，无法进行更高精度的布线，集成度有 限。陶瓷工艺可以用SOC(system on chip)片上集成，本发明的玻 璃材料可以用于未来的SIP(System in package)集成，集成度更高。
Claims (7)
1.带有集成电容的玻璃基板，其特征在于，在玻璃基板的局部区域设置有电容，所述电容的电容介质材料与玻璃基板的材料相同，电容的极板全部或局部嵌入玻璃基板，电容的电场方向平行于玻璃基板的表面。
2.如权利要求1所述的带有集成电容的玻璃基板，其特征在于，电容的两个极板分别在玻璃基板的上表面和下表面引出。
3.如权利要求1所述的带有集成电容的玻璃基板，其特征在于，电容的两个极板皆在玻璃基板同一表面引出。
4.如权利要求1所述的带有集成电容的玻璃基板，其特征在于，所述玻璃基板的材料为Li-Al-Si体系光敏玻璃。
5.如权利要求1所述的带有集成电容的玻璃基板的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
A、采用掩膜，将Li-Al-Si体系光敏玻璃按照特定图形进行紫外光照处理，然后退火，所述特定图形为构成电容单体或者电容组的图形；
B、退火后的玻璃进行刻蚀，形成刻蚀孔，然后清洗；
C、去除掩膜，将刻蚀孔部分进行金属化填充，形成电容极板，并作金属键合处理。
6.如权利要求5所述的带有集成电容的玻璃基板的制备方法，其特征在于，所述刻蚀孔为盲孔。
7.如权利要求5所述的带有集成电容的玻璃基板的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，紫外光波长为1-400nm，能量为1-20mJ/cm2，退火温度范围300-800℃。
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