CN1321993A - 一种薄膜电容器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种簿膜电容器特别是一种簿膜电容器芯片及其制作方法。它是在真空状态下,向一运动的载体表面[11]分别沉积介质气体、屏蔽、沉积电极气体,按这个顺序反复进行就形成了介质层[9]与电极层[8]相叠加的簿膜电容器母板。然后将母板切割成块状芯片,再将芯片的两端面镀喷上金属引出面[13]后就制成了簿膜电容器。用这种方法和装置来制造簿膜电容器,体积显著减小,造价降低,电性能提高。

Description

一种簿膜电容器及其制作方法

本发明涉及一种簿膜电容器及其制作(制造)方法,特别是涉及一种膜式电容器芯片及其制作(制造)方法与装置。

簿膜电容器一般多指金属化有机薄膜电容器,是电器、电子信息、微电子等行业广泛使用的一种分立电子元件。这种电容器较先进的传统制作方法是:拉膜(制作有机薄膜介质)→在薄膜上喷(蒸)金属电极→分切→卷绕芯子→压扁→热定型(为芯片成品)→芯片端面喷上金属引出面→焊金属脚→检测包封→电容器成品。其中,如何制作出质优成本低的电容器芯子是电容器制造过程的关键。这一过程较为复杂、繁琐,而且所使用的拉膜机、蒸发机价格昂贵,对拉膜精度和蒸发、分切、卷绕精度都要求较高,因此制造成本较高。由于卷绕式工艺要求所使用的介质膜必须为柔韧性较好的高分子膜,而不能使用脆性较大的介质材料,厚度一般不能低于1微米(低于1微米的膜也难以卷绕),并且分切、卷绕工艺是在空气中进行,使芯子受到污染。特别是由于这种卷绕的高分子膜厚度较厚,介电常数较小,而同容量的簿膜电容器的体积大小主要取决于介质膜厚度和介质膜介电常数的大小,因此使用这种工艺制成的电容器体积较大,难以实现簿膜电容器的小型化。随着电器产品逐步向小型化发展,对电容器电性能和体积要求越来越高,如何制作(制造)一种性能好,特别是体积小,制造成本低的簿膜电容器,是一重要的研究课题。

本发明提供了一种簿膜电容器及其制作(制造)方法,特别是提供了一种簿膜电容器芯片及其制作(制造)方法。用这种方法来制造簿膜电容器,体积大大减小,造价显著降低,并使电容器的电性能得到提高。

本发明所提供的簿膜电容器制作方法是:先制作电容器的介质层[9]与电极层[8]相互叠加的母板(参见附图1所示),再将母板按要求尺寸切割成块状芯片(参见附图2所示),再将芯片的两端面磨切形成金属引出面[12]或者将芯片的两端面镀喷金属形成金属引出面[13]后就制成了簿膜电容器(参见附图3所示)。其中,母板制作方法是:在真空状态下,向一运动着的载体表面[11]采用介质气相沉积法沉积(喷涂)介质气体形成介质层[9],然后在沉积的介质层[9]表面进行屏蔽,再在被屏蔽的介质层[9]表面采用金属气相沉积法沉积(喷涂)电极气体形成电极层[8],再向电极层[8]表面采用介质气相沉积法沉积介质气体形成介质层[9],按照这个顺序反复进行介质气相沉积、屏蔽、金属气相沉积(参见附图4所示)。这样就形成了介质层[9]与电极层[8]相叠加的复合体,达到要求的层数后就制成了母板。

上述所说的真空状态是指真空至2×10-1Pa以下负气压状态的范围。

上述所说的运动着的载体表面[11]可以是能往复或者循环运动的平面;也可以是能作圆周运动的圆柱面。

上述所说的采用介质气相沉积法是指采用物理气相沉积法或者采用化学气相沉积法或者是采用物理气相沉积法与化学气相沉积法组合的方法。物理气相沉积法如真空蒸镀法、溅射法、离子束沉积法、离子镀等。物理气相沉积法与化学气相沉积法组合的方法如等离子体气相沉积法等。通过气相沉积法所得到的介质层[9]的材料可以是无机绝缘体材料或者有机绝缘体材料或者是无机绝缘体与有机绝缘体的复合材料。无机化合物绝缘材料可以是金属化合物或是非金属化合物或者两种或两种以上化合物的混合物或复合物。无机化合物绝缘材料如一氧化硅、二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、五氧化二钽、钛酸钡、钛酸铅等,有机绝缘体材料如聚四氟乙烯、聚苯乙烯、甲基聚丙烯酸甲酯等。如将二氧化钛作为介质层[9]的方法是在真空状态下用电子束加热使固态二氧化钛气化后沉积于载体表面[11]形成介质层[9]或者将金属钛加热气化或溅射形成金属离子,再将氧电离并与气化(或离子化)的钛混合后,在载体表面[11]化合成二氧化钛并沉积于载体表面[11]形成介质层[9]。介质层[9]可以是一种物质形成的簿膜;也可以是多种物质形成的复合介质层[9]。复合介质层[9]包括由多种无机绝缘体材料复合的介质层[9]或者由多种有机绝缘体材料复合介质层[9]或者由无机绝缘体材料与有机绝缘体材料复合的介质层[9]。

上述所说的金属气相沉积法可以采用蒸发法;也可采用磁控溅射法;还可采用磁控溅射法与蒸发法组合的方法;还可采用辉光法与蒸发法组合的方法;还可采用辉光法与磁控溅射法组合的方法;还可采用辉光法与磁控溅射法与蒸发法组合的方法。通过金属气相沉积法所得到的电极层[8]材料可以是锌、铝、铜、钛、镍、铬及合金材料。

上述所说的在介质层[9]表面进行屏蔽是指采用喷涂屏蔽油的方法或者是采用屏蔽遮挡法或者采用这两种方法的组合。

采用喷涂屏蔽油的方法是将屏蔽油喷涂到介质层[9]上呈窄条[10]状或者呈网格状图案,在第1、3、……2n-1层介质层[9]上喷涂的窄条[10]位置相同,而在第2、4、……2n层介质层[9]上喷涂的每条窄条[10]位置位于相邻介质层[9]上每两个相邻窄条[10]的中间(这种屏蔽油的特性是不让电极气体沉积于用屏蔽油喷涂的窄条[10]表面,并在金属气相沉积过程中窄条[10]上的屏蔽油被加热挥发,至使电极层[8]在此处断条,此为已有技术)。这样当金属气相沉积到印有窄条[10]的介质层[9]上后就形成了断续的电极层[8]。按上述操作达到所要求的层数后就形成了介质层[9]与电极层[9]相互叠加的制作簿膜电容器芯片的母板(参见附图1所示)。

喷涂屏蔽油的方法可采用喷油嘴组合装置[31]进行喷印;也可采用屏蔽油辊[32]涂印的方法;还可采用喷油嘴组合装置[31]喷印与屏蔽油辊[32]涂印组合的方法。

采用喷油嘴组合装置[31]可由一组排列与载体表面[11]相平行且与载体表面[11]运动方向相垂直的喷油嘴组合构成(如果载体表面[11]为圆柱面,所排列的喷油嘴与圆柱面的母线平行)。采用喷油嘴组合装置[31]的使用方法是将排列的喷油嘴与载体表面[11]平行且与载体表面[11]运动方向相垂直,各油嘴之间的距离为芯片两端面的距离的二倍,让喷油嘴组合装置[31]沿载体表面[11]运动的垂直方向作往复串动,载体[1]每运动一个周期,喷油嘴组合装置[31]就串动一下,串动距离与芯片两端面的距离相同。使喷印在相邻介质层表面上的窄条[10]相互错位。

采用屏蔽遮挡法之一是使用遮挡带[7]进行屏蔽,将遮挡带[7]在沉积电极气体区域内靠在运动的介质层[9]表面,并可随介质层[9]表面同步运动,当向介质层[9]表面沉积电极气体时,被遮挡带[7]上的遮挡条[71]遮住的介质层[9]表面部分不能被沉积上电极层[8],从而在介质层[9]表面形成断续的电极层[8]。遮挡带[7]上的遮挡条[71]的形状可以呈窄条网状图案(参见图5)。可将遮挡带[7]做成环形带,环形带由2组或者4组或者n组(n为偶数)遮挡条[71]组成,每组遮挡条[71]的位置与相邻两组遮挡条[71]的位置相互错位,所有遮挡条[71]的长度相同。如果载体表面[11]为圆柱面,则每组遮挡条[71]的长度为载体表面[11]周长的m分之一(m为奇数)。这样,当载体表面[11]作圆周运动时,可使每层介质层[9]上形成的窄条[10]位置与相邻介质层[9]上形成的窄条[10]位置相互错位。

采用屏蔽油辊[32]涂印的方法可用刻有条状或是网格状图案(与遮挡带图案雷同)的屏蔽油辊[32]将屏蔽油涂印到介质层[9]上。

在芯片的两端面上形成金属引出面[12]或[13]后(参见附图3所示),即成为一种贴装式簿膜电容器,如果在芯片两端的金属引出面[13]上再焊上金属脚[14],就成为插拔式电容器。

芯片的两端面是指用屏蔽油或屏蔽遮挡法使电极层出现断条处的截面。

可以在介质气相沉积法中使用冷井[21](一种真空抽气口)。可以在金属气相沉积法中使用冷井。既可以在蒸发法中使用冷井[44];也可以在磁控溅射法中使用冷井[45];还可以在辉光法中使用冷井[46]。也就是说可以在沉积介质气体的工位[2]使用冷井[21];也可以在沉积电极气体的工位[4]使用冷井[44]、[45]、[46],这样可保证制作母板时沉积介质气体的工位[2]或者沉积电极气体的工位[4]的真空状态保持稳定,。

制作母板采用加热方式产生介质气体或者用加热方式蒸发电极会使载体表面[11]和母板表面温度发生变化,产生不利影响。为此,可以向载体[1]通入调温媒体或者在载体[1]中使用温度调节装置来调控温度。

制作的母板[20]随着层数增多,厚度逐渐变厚。由于母板传热能力较差,只靠载体[1]来调控温度,不能理想的保证母板[20]表面温度稳定。为使母板[20]表面温度稳定,在用介质气相沉积法沉积介质气体后(或者是沉积电极气体之前)可以使用温度调节装置[5];在用金属气相沉积法沉积电极气体后(或者是沉积介质气体之前)可以使用温度调节装置[6]。温度调节装置[5]和温度调节装置[6]应靠近载体表面[11]。温度调节装置[5]可以采用滚动辊[51]接触母板[20]表面的传导传热方式进行温度调节;也可以采用非接触的温度调控板[52]辐射传热方式进行温度调节;还可以采用喷入调温气体[53]对流传热方式进行温度调节;还可以采用上述传热方式的组合进行温度调节。温度调节装置[6]可以采用滚动辊[61]接触母板[20]表面的传导传热方式进行温度调节;也可以采用非接触的温度调控板[62]辐射传热方式进行温度调节;还可以采用喷入调温气体[63]对流传热方式进行温度调节;还可以采用上述传热方式的组合进行温度调节。滚动辊[51]、[61]和温度调控板[52]、[62]可通入调温媒体或者使用温度调节装置来调控温度。调温气体[53]、[63]可采用氮气或者其它惰性气体。在喷调温气体[53]的工位可以使用冷井[54]。在喷调温气体[63]的工位可以使用冷井[64]。这样可保证环境的状态压力。

介质层[9]厚度可以通过控制沉积介质气体装置的喷气量及载体表面[11]运动速度来控制。电极层[8]的厚度可以通过控制沉积电极气体装置的喷气量来控制。介质层[9]的厚度范围为0.01微米至10微米(高分子介质层要厚些,无机化合物介质层可以薄些)。

本发明所说的簿膜电容器是由相互叠加的介质层[9]与电极层[8]及在两端面形成的金属引出面[12]或[13]构成,其中介质层[9]与电极层[8]相互叠加的制作方法是采用本发明所述的制作方法,介质层[9]厚度范围为0.01微米至10微米。介质层[9]可由无机化合物绝缘材料构成;也可由本体聚合的高分子材料构成;还可为复合介质层[9]。

采用本发明带来的有益效果是:1、将制作簿膜电容器的复杂工序(介质材料合成(混料)、拉膜(烧结)、喷(蒸、印)电极、分切、卷绕芯子、压扁、热定型等工序)简化为一道工序,提高了生产效率。

2、由于使用了介电常数较大的无机材料作为介质簿膜,且介质层(膜)的厚度可以大大减薄(可达0.01微米以下),使制造出的膜式电容器体积与同型号传统电容器相比可减小5至100倍。

3、使用的设备造价降低、电容器原材料降低、生产成本降低。

4、用本发明制造出的簿膜电容器性能稳定、可靠;电感极小,不易产生电晕。

5、可使电容器集成化得以实现。

图1是用本发明制作出的母板截面示意图。

图2是用本发明制作出的芯片示意图。

图3是用本发明制作出的簿膜电容器示意图。

图4是本发明方法组成示意图。

图5是本发明屏蔽方法中采用的遮挡带示意图。

图6是本发明的一种实施方法及装置示意图。

下面参照附图6对本发明的实施方法作进一步阐述:实施方法1是在一真空状态的罐体[15]内,采用可连续旋转的园柱体作为载体[1],其圆柱面即为载体表面[11]。在载体表面[11]的四周沿载体[1]的旋转方向分别设置沉积介质气体工位[2]、喷涂屏蔽油装置[3]和沉积电极气体工位。在沉积介质气体工位[2]使用沉积无机介质气体装置[22]。这种沉积无机介质气体装置可以采用电子束加热方式将固态二氧化硅加热气化后送到载体表面[11]沉积为二氧化硅的介质层[9];也可以采用活性离子镀的方式将固态硅激活为活性硅离子,再送到载体表面[11]与氧化合为二氧化硅(或一氧化硅与二氧化硅混合物)沉积于载体表面[11]形成介质层[9]。将沉积电极气体工位分成金属蒸发工位[41]、金属溅射工位[42]和辉光工位[43]。在金属蒸发工位[41]使用金属蒸发装置,在金属溅射工位[42]使用金属溅射装置,在辉光工位[43]使用辉光装置。辉光装置设置在沉积介质气体工位[2]和喷涂屏蔽油装置[3]之间。在沉积介质气体工位[2]和辉光工位[43]之间使用温度调控板[52]。在金属蒸发工位[41]和沉积介质气体工位[2]之间使用温度调控板[62]。在温度调控板[52]和温度调控板[62]上通过导管喷入调温气体[53]、[63]。在喷调温气体[53]的工位可使用冷井[54]。在喷调温气体[63]的工位可使用冷井[64]。在沉积介质气体工位[2]使用冷井[21]。在金属蒸发工位[41]、金属溅射工位[42]和辉光工位[43]分别使用冷井[44]、冷井[45]、冷井[46]。在沉积介质气体工位[2]与喷涂屏蔽油装置[3]之间采用介质层厚度检测装置[16]。在金属蒸发工位[41]与沉积介质气体工位[2]之间采用电极层厚度检测装置[17]。在温度调控板[52]与喷涂屏蔽油装置[3]之间设置温度检测装置[18]。在温度调控板[62]与沉积介质气体工位[2]之间设置温度检测装置[19]。喷涂屏蔽油装置[3]可以采用连续喷油的喷油嘴组合装置[31]。向载体[1]通入温度调节液(或温度调节气)。向温度调控板[52]和温度调控板[62]通入温度调节液(或温度调节气)。各工位及装置如按图6所示排布,则当载体[1]顺时针连续旋转时,先在沉积介质气体工位[2]向载体表面[11]沉积(喷涂)介质气体,使其在载体表面[11]上形成介质层[9],经冷却后进入辉光工位[43]区作辉光清洁打毛处理,随后经过喷涂屏蔽油装置[3]向介质层[9]表面喷涂上屏蔽油,再经过金属溅射工位[42]进行金属溅射,然后经过金属蒸发工位[41],向印有屏蔽油的介质层[9]表面沉积金属,使其形成电极层[8],再经冷却后回到沉积介质气体工位[2],向其金属层表面沉积(喷涂)介质气体,如此不断循环,就制成了介质层[9]与电极层[8]相叠的母板[20]。在制造母板[20]的过程中可对介质气体、电极气体的喷量及层厚、表面温度、载体转速、温度调节能力等进行自动检测和控制。把母板[20]从载体[1]上取下,切成如图2所示的块状即制成了芯片,再将芯片的两端面镀喷上金属引出面[13],焊上金属丝(脚)[14]即制成了如图3所示的簿膜电容器。

实施方法2是在沉积介质气体工位[2]使用喷涂有机介质气体装置。即将可本体聚合的有机材料加热气化成为有机介质气体后喷涂到载体表面[11]形成高分子聚合物材料的介质层[9]。方法的其它部分可与实施方法1相同。

实施方法3是在沉积介质气体工位[2]使用喷涂有机介质气体装置与沉积无机介质气体装置的组合。使用这两种装置的先后顺序任意。可以在这两种装置之间使用温度调节装置,也可以在这两种装置之间使用冷井。方法的其它部分可与实施方法1相同。

Claims (15)

1.一种制作簿膜电容器的方法是先制作介质层[9]与电极层[8]相互叠加的母板,再将母板切割成块状芯片,再将芯片的两端面磨切形成金属引出面[12]或者将芯片的两端面镀喷金属形成金属引出面[13],其中,母板的制作方法特征在于:在真空状态下,向一运动着的载体表面[11]采用介质气相沉积法沉积介质气体形成介质层[9],然后在沉积的介质层[9]表面进行屏蔽,再在被屏蔽的介质层[9]表面采用金属气相沉积法沉积电极气体形成电极层[8],再向电极层[8]表面采用介质气相沉积法沉积介质气体形成介质层[9],按照这个顺序反复进行介质气相沉积、屏蔽、金属气相沉积。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所采用的介质气相沉积法是物理气相沉积法或者是化学气相沉积法或者是物理气相沉积法与化学气相沉积法组合的方法。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所说的金属气相沉积法采用蒸发法或者采用磁控溅射法或者采用磁控溅射法与蒸发法组合的方法或者采用辉光法与蒸发法组合的方法或者采用辉光法与磁控溅射法组合的方法或者采用辉光法与磁控溅射法与蒸发法组合的方法。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所说的在沉积的介质层[9]表面进行屏蔽的方法是采用喷涂屏蔽油的方法或者是采用遮挡带[7]的方法或者采用这两种方法的组合。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所说的采用喷涂屏蔽油的方法是采用喷油嘴组合装置[31]喷印的方法或者采用屏蔽油辊[32]涂印的方法或者采用喷油嘴组合装置[31]喷印与屏蔽油辊[32]涂印组合的方法。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:运动着的载体[1]内通入调温媒体或者在载体[1]中使用温度调节装置。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征是在介质气相沉积法中使用冷井[21]。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征是在金属气相沉积法中使用冷井。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征是在用介质气相沉积法沉积介质气体后使用温度调节装置[5]。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:温度调节装置[5]采用滚动辊[51]或者采用温度调控板[52]或者采用喷入调温气体[53]或者采用滚动辊[51]、温度调控板[52]、喷入调温气体[53]的组合。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征是在用金属气相沉积法沉积电极气体后使用温度调节装置[6]。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:温度调节装置[6]采用滚动辊[61]或者采用温度调控板[62]或者采用喷入调温气体[63]或者采用滚动辊[61]、温度调控板[62]、喷入调温气体[63]的组合。
13.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所采用的喷油嘴组合装置[31]的使用方法是将排列的喷油嘴与载体表面[11]平行且与载体表面[11]运动方向相垂直,各油嘴之间的距离为芯片两端面的距离的二倍,让喷油嘴组合装置[31]沿载体表面[11]运动的垂直方向作往复串动,载体[1]每运动一个周期,喷油嘴组合装置[31]就串动一下,串动距离与芯片两端面的距离相同。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所说的载体[1]采用园柱体,其圆柱面为载体表面[11]。
15.根据权利要求1所述方法得到的一种簿膜电容器是由相互叠加的介质层[9]与电极层[8]及在两端面形成的金属引出面构成,其中介质层[9]与电极层[8]相互叠加的制作方法是采用本发明所述的制作方法,介质层[9]厚度范围为0.01微米至10微米,介质层[9]由无机化合物绝缘材料构成或者由本体聚合的高分子材料构成或者为复合介质层[9]。
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