JP2014049600A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁破壊耐性の向上と容量の維持が共に可能なポーラスコンデンサを提供すること。
【解決手段】本発明に係るコンデンサは、誘電体層と、第１の外部電極層と、第２の外部電極層と、第１の内部電極と、第２の内部電極とを具備する。誘電体層は、第１の面と第２面に連通する複数の貫通孔とを備える誘電体層であって、複数の貫通孔は第１の貫通孔と第２の貫通孔とを含み、第１の貫通孔は大径の第１の孔径部と小径の第２の孔径部を有する。第１の外部電極層は、第１の面に配設されている。第２の外部電極層は、第２の面に配設されている。第１の内部電極は、第１の貫通孔内に形成され、第１の外部電極層に接続し、先端が第２の孔径部に位置して第２の外部電極層と離間する。第２の内部電極は、第２の貫通孔内に形成され、第２の外部電極層に接続し、第１の外部電極層と離間する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポーラスコンデンサに関する。

近年、新しいタイプのコンデンサとしてポーラスコンデンサが開発されている。ポーラスコンデンサは、アルミニウム等の金属表面に形成される金属酸化物がポーラス（細孔の貫通孔）構造を形成する性質を利用してポーラス内に内部電極を形成し、金属酸化物を誘電体としてコンデンサとしたものである。

誘電体の表面及び裏面にはそれぞれ導電体が積層され、ポーラス内に形成される内部電極は表面の導電体と裏面の導電体のいずれか一方に接続される。内部電極と接続されない側の導電体の間は、空隙又は絶縁性材料によって絶縁される。これにより内部電極は、誘電体を介して対向する対向電極として機能する。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、このような構成を有するポーラスコンデンサが開示されている。いずれの特許文献においても、ポーラス内に内部電極が形成され、内部電極の一端は一方の導電体に接続され、他端は他方の導電体と絶縁されている。

特許４４９３６８６号公報 特開２００９−７６８５０号公報

ここで、上記のような構成を有するポーラスコンデンサにおいては、対向する内部電極間の絶縁性能によってコンデンサの絶縁破壊耐圧が左右される。上述のように内部電極は誘電体のポーラス内に形成されているが、内部電極を隔てる誘電体層を厚くすれば、コンデンサの絶縁破壊耐圧を向上させることが可能である。しかしながら、内部電極を隔てる誘電体層を厚くすると、内部電極の対向距離が増大し、コンデンサとしての容量が減少する。即ち、ポーラスコンデンサの絶縁破壊耐圧の向上と容量の維持は共に実現することが困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、絶縁破壊耐性の向上と容量の維持が共に可能なポーラスコンデンサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るコンデンサは、誘電体層と、第１の外部電極層と、第２の外部電極層と、第１の内部電極と、第２の内部電極とを具備する。
上記誘電体層は、第１の面と、上記第１の面と反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２面に連通する複数の貫通孔とを備える誘電体層であって、上記複数の貫通孔は第１の貫通孔と第２の貫通孔とを含み、上記第１の貫通孔は第1の孔径を有する第１の孔径部と上記第２の面側において上記第１の孔径より小さい第２の孔径を有する第２の孔径部とを有する。
上記第１の外部電極層は、上記第１の面に配設されている。
上記第２の外部電極層は、上記第２の面に配設されている。
上記第１の内部電極は、上記第１の貫通孔内に形成され、上記第１の外部電極層に接続し、先端が前記第２の孔径部に位置して上記第２の外部電極層と離間する。
上記第２の内部電極は、上記第２の貫通孔内に形成され、上記第２の外部電極層に接続し、上記第１の外部電極層と離間する。

本発明の実施形態に係るコンデンサの斜視図である。 同コンデンサの断面図である。 同コンデンサの誘電体層の斜視図である。 同コンデンサの誘電体層の断面図である。 同コンデンサの誘電体層の拡大断面図である。 同コンデンサの拡大断面図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 同コンデンサの製造プロセスを示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係るコンデンサの断面図である。 本発明の実施形態の別の変形例に係るコンデンサの断面図である。 同コンデンサの誘電体層の拡大断面図である。

本発明の一実施形態に係るコンデンサは、誘電体層と、第１の外部電極層と、第２の外部電極層と、第１の内部電極と、第２の内部電極とを具備する。
上記誘電体層は、第１の面と、上記第１の面と反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２面に連通する複数の貫通孔とを備える誘電体層であって、上記複数の貫通孔は第１の貫通孔と第２の貫通孔とを含み、上記第１の貫通孔は第１の孔径を有する第１の孔径部と上記第２の面側において上記第１の孔径より小さい第２の孔径を有する第２の孔径部とを有する。
上記第１の外部電極層は、上記第１の面に配設されている。
上記第２の外部電極層は、上記第２の面に配設されている。
上記第１の内部電極は、上記第１の貫通孔内に形成され、上記第１の外部電極層に接続し、先端が上記第２の孔径部に位置して上記第２の外部電極層と離間する。
上記第２の内部電極は、上記第２の貫通孔内に形成され、上記第２の外部電極層に接続し、上記第１の外部電極層と離間する。

ポーラスコンデンサに電圧を印加していくと内部電極の先端部には電界が集中するため、内部電極の先端部が起点となって、対向する内部電極との間で絶縁耐圧が破壊する。上記の構成によれば、第１の貫通孔は小径となる第２の孔径部をもち、第１の内部電極の先端が第２の孔径部に位置するので、対向する内部電極に対して誘電体層の厚さが厚くなるため、絶縁性が良好となる。一方で、第１の貫通孔は第１の面側が大径であるため、第１の内部電極と対向する第２の内部電極の間の距離は小さく、コンデンサ容量の減少はそれほど生じない。このように、本実施形態に係るコンデンサにおいては、絶縁破壊耐圧の向上とコンデンサ容量の維持を同時に実現することが可能に構成されている。

上記第２の貫通孔は、第３の孔径を有する第３の孔径部と、上記第１の面側において上記第３の孔径より小さい第４の孔径を有する第４の孔径部とを有し、
上記第２の内部電極は先端が上記第４の孔径部に位置してもよい。

この構成によれば、第１の貫通孔と同様に、第２の貫通孔の孔径を均一とせず、第２の面側の孔径を第１の面側の孔径より大きくすることによって絶縁破壊耐圧の向上とコンデンサ容量の維持を同時に実現することが可能に構成されている。第２の貫通孔内に形成される第２の内部電極は、第２の外部電極層に接続され、第１の外部電極層と離間されるため、孔径の大小関係は、第１の貫通孔とは反対になっている。

上記第１の貫通孔は、上記第１の孔径部と上記第２の孔径部の間において、上記第１の孔径より小さく上記第２の孔径より大きい第５の孔径を有する第５の孔径部をさらに有し、
上記第２の貫通孔は、上記第３の孔径部と上記第４の孔径部の間において、上記第３の孔径より小さく上記第４の孔径より大きい第６の孔径を有する第６の孔径部をさらに有してもよい。

上述のように、第１の貫通孔は、内部に形成される第１の内部電極が絶縁される第２の外部電極層側が小径に形成されており、絶縁性が向上する。しかしながら、絶縁破壊の起点となる部位が第１内部電極の先端付近から段差コーナー部（孔径の段差）に移行して絶縁性が充分に向上しないことがある。ここで、第１の貫通孔に第１の孔径部と第２の孔径部の中間の孔径（第５の孔径）を有する第５の孔径部を設けることによって、段差コーナー部の電界集中を分散させ、該部を起点とした絶縁破壊を防止することが可能である。すなわち内部電極間の絶縁破壊耐圧をさらに向上させることができる。第２の貫通孔についても同様に、第６の孔径を有する第６の孔径部を設けることによって、第２の内部電極の段差コーナー部での絶縁破壊を防止することが可能である。即ち、上記構成によれば、コンデンサ容量を維持しつつ、絶縁破壊耐圧をさらに向上させることが可能である。加えて、第１の貫通孔及び第２の貫通孔はさらに多段階の孔径部を有するものとすることが可能であり、要求されるコンデンサ容量と絶縁破壊耐圧のバランスによって孔径の段数を決定することが可能である。

上記誘電体層は、陽極酸化作用によって細孔を生じる材料からなるものであってもよい。

この構成によれば、当該材料の陽極酸化作用、すなわち自己組織化作用によって形成される細孔（ポーラス貫通孔）を、第１の貫通孔及び第２の貫通孔として利用することが可能である。

上記誘電体層は、酸化アルミニウムからなるものであってもよい。

酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）は、陽極酸化することによって自己組織化作用により細孔を生じ、かつ誘電性材料であるため、誘電体層の材料に好適である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

（コンデンサの構成）
図１は本発明の一実施形態に係るコンデンサ１００を示す斜視図であり、図２はコンデンサ１００の断面図である。これらの図に示すように、コンデンサ１００は、誘電体層１０１、第１外部電極層１０２、第２外部電極層１０３、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５を有する。

第１外部電極層１０２、誘電体層１０１及び第２外部電極層１０３はこの順で積層され、即ち誘電体層１０１は、第１外部電極層１０２及び第２外部電極層１０３によって挟まれている。第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は、図２に示すように誘電体層１０１に形成された貫通孔の内部に形成されている。なお、コンデンサ１００には、ここに示す以外の構成、例えば、第１外部電極層１０２及び第２外部電極層１０３にそれぞれ接続された配線等が設けられていてもよい。

誘電体層１０１は、コンデンサ１００の誘電体として機能する層である。誘電体層１０１は、後述する貫通孔（ポーラス）を形成することが可能な誘電性材料からなるものとすることができ、特に陽極酸化されると自己組織化作用によってポーラスを生じる材料が好適である。このような材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を挙げることができる。また、この他に誘電体層１０１は、弁金属（Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｗ、Ｓｂ）の酸化物からなるものとすることが可能である。誘電体層１０１の厚みは特に限定されないが、例えば数μｍ〜数百μｍとすることができる。

図３は、誘電体層１０１を示す斜視図である。同図に示すように、誘電体層１０１には、それぞれ複数の第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂが形成されている。誘電体層１０１の層面方向に平行な表面を第１の面１０１ｃとし、その反対側の面を第２の面１０１ｄとすると、第１貫通孔１０１ａ及び第２貫通孔１０１ｂは第１の面１０１ｃ及び第２の面１０１ｄに垂直な方向（誘電体層１０１の厚み方向）に沿って形成され、第１の面１０１ｃ及び第２の面１０１ｄに連通するように形成されている。なお、図３等に示す第１貫通孔１０１ａ及び第２貫通孔１０１ｂの数や大きさは便宜的なものであり、実際のものはより小さく、多数である。

図４は、誘電体層１０１の断面図であり、図５は図４の拡大図である。これらの図に示すように、第１貫通孔１０１ａは、孔径が異なる二つの部分、孔径ｄ１を有する第１孔径部１０１ｅと、孔径ｄ２を有する第２孔径部１０１ｆから構成されている。孔径ｄ２は孔径ｄ１より小さい孔径である。第１貫通孔１０１ａにおいて、第１孔径部１０１ｅは第１の面１０１ｃ側に形成され、第２孔径部１０１ｆは第２の面１０１ｄ側に形成されている。第１孔径部１０１ｅと第２孔径部１０１ｆの割合（長さ比）は特に限定されないが、図５に示すように第１孔径部１０１ｅが大部分を占めるものが好適である。

また、図４及び図５に示すように、第２貫通孔１０１ｂも、孔径が異なる二つの部分、孔径ｄ３を有する第３孔径部１０１ｇと、孔径ｄ４を有する第４孔径部１０１ｈから構成されている。孔径ｄ４は孔径ｄ３より小さい孔径である。第２貫通孔１０１ｂにおいて、第３孔径部１０１ｇは第２の面１０１ｄ側に形成され、第４孔径部１０１ｈは第１の面１０１ｃ側に形成されている。第３孔径部１０１ｇと第４孔径部１０１ｈの割合（長さ比）は特に限定されないが、図５に示すように第３孔径部１０１ｇが大部分を占めるものが好適である。

各孔径ｄ１〜ｄ４の関係については、上述のように孔径ｄ１が孔径ｄ２より大きく、孔径ｄ３が孔径ｄ４より大きければよい。孔径ｄ１と孔径ｄ３は同一でもよく、異なってもよい。同様に孔径ｄ２と孔径ｄ４も同一でもよく、異なってもよい。なお、後述する誘電体層１０１の形成方法に従えば、孔径ｄ１と孔径ｄ３、孔径ｄ２と孔径ｄ４はそれぞれほぼ同等となる。

第１貫通孔１０１ａ及び第２貫通孔１０１ｂの孔形状（断面形状）は、上述した孔径ｄ１〜ｄ４の大小関係を満たす限り特に限定されず、円形や楕円形、不規則な形状であってもよい。孔径ｄ１〜ｄ４の大きさは、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度とすることができる。また、隣接する第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂの間隔は、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度とすることができる。

図２に示すように、第１貫通孔１０１ａ内には第１内部電極１０４が、第２貫通孔１０１ｂ内には第２内部電極１０５がそれぞれ形成される。したがって、第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂの配列は第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の配列に等しい。図４には、第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂは交互に配列されているように示されているが、ランダムに配列されていてもよい。第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂの数的割合は同数でなくてもよいが、同数に近い方が、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の数が同数に近くなり、コンデンサ１００の容量が大きくなるため、好適である。

第１外部電極層１０２は図２に示すように、誘電体層１０１の第１の面１０１ｃ上に配設されている。第１外部電極層１０２は導電性材料、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の純金属やこれらの合金であるものとすることができる。第１外部電極層１０２の厚さは例えば数十ｎｍ〜数μｍであるものとすることができる。また、第１外部電極層１０２は、複数層の導電性材料が積層されるように配設されたものとすることも可能である。

第２外部電極層１０３は図２に示すように、誘電体層１０１の第２の面１０１ｄ上に配設されている。第２外部電極層１０２は、第１外部電極層１０２と同様の導電性材料からなるものとすることができ、その厚さは例えば数ｎｍ〜数μｍであるものとすることができる。第２外部電極層１０３の構成材料は第１外部電極層１０２の構成材料と同一でもよく異なっていてもよい。また、第２外部電極層１０２も、複数層の導電性材料が積層されるように配設されたものとすることが可能である。

第１内部電極１０４は、コンデンサ１００の一方の対向電極として機能する。図２に示すように第１内部電極１０４は、第１貫通孔１０１ａに形成され、第１外部電極層１０２に接続されている。図６は、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５の形状を示す拡大図である。同図に示すように第１内部電極１０４は、第１貫通孔１０１ａの形状（２段階の孔径）にしたがって、２段階の径（電極径）を有し、第１外部電極層１０２から、第１貫通孔１０１ａの第１孔径部１０１ｅを介して第２孔径部１０１ｆの途中まで形成されている。即ち、第１内部電極１０４は、一端が第１外部電極層１０２に接続され、他端すなわちその先端は第２孔径部１０１ｆ内に位置して第２外部電極層１０３と離間している。第１内部電極１０４と第２外部電極層１０３の間は空間とすることができ、またこの間に絶縁体を配置することも可能である。

第１内部電極１０４は、導電性材料、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ等の純金属やこれらの合金からなるものとすることが可能である。

第２内部電極１０５は、コンデンサ１００の他方の対向電極として機能する。図２に示すように第２内部電極１０５は、第２貫通孔１０１ｂに形成され、第２外部電極層１０３に接続されている。図６に示すように第２内部電極１０５は、第２貫通孔１０１ｂの形状（２段階の孔径）にしたがって、２段階の径（電極径）を有し、第２外部電極層１０３から、第２貫通孔１０１ｂの第３孔径部１０１ｇを介して第４孔径部１０１ｈの途中まで形成されている。即ち、第２内部電極１０５は、一端が第２外部電極層１０３に接続され、他端すなわちその先端は第４孔径部１０１ｈ内に位置して第１外部電極層１０２と離間している。第２内部電極１０５と第１外部電極層１０２の間は空間とすることができ、またこの間に絶縁体を配置することも可能である。

第２内部電極１０５は、第１内部電極１０４と同様に導電性材料、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ等の純金属やこれらの合金からなるものとすることが可能である。なお、第２内部電極１０５の材料は、第１内部電極１０４の材料と同一でもよく、異なってもよい。

（コンデンサの効果）
コンデンサ１００は以上のような構成を有する。図２に示すように、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５が誘電体層１０１を介して互いに対向しており、これによりコンデンサが構成されている。第１内部電極１０４は第１外部電極層１０２に導通しており、第１外部電極層１０２を介して外部と接続される。第２内部電極１０５は第２外部電極層１０３に導通しており、第２外部電極層１０３を介して外部と接続される。

上述のように第１内部電極１０４と第２外部電極層１０３の間は絶縁されているが、第１内部電極１０４の先端に電界が集中する。このため、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の間の絶縁性は、第１内部電極１０４の先端を囲む誘電体層１０１の厚さ（壁厚）によって左右される。なお第1内部電極１０４と第２外部電極層１０３との間には空間（または絶縁体）が存在するため、容易に十分な絶縁性を確保することができる。ここで、本実施形態においては、第１内部電極１０４の先端近傍は第２孔径部１０１ｆ内に形成され（図６参照）、厚い誘電体層１０１の壁に囲まれているため、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の間の絶縁性が向上している。

一方、第１内部電極１０４の大部分は、第１孔径部１０１ｅ内に形成されている。一般的に、コンデンサは、誘電体によって隔てられる対向電極間の距離が小さい方が容量が大きくなる。ここで、第１内部電極１０４の大部分と対向する第２内部電極１０５の間は、薄い誘電体層１０１の壁によって隔てられているため、コンデンサ１００の容量は維持される。

仮に、第１孔径部１０１ｅの孔径ｄ１が第２孔径部１０１ｆの孔径ｄ２と同一であり、即ち第１貫通孔１０１ａが単一の孔径を有する場合には、対向電極間の距離が大きくなり、絶縁性が向上する替わりにコンデンサ容量が低下することになる。これに対し、本実施形態に係る誘電体層１０１では、電極先端部近傍だけに限定して対向電極間の距離が大きくなっているので、コンデンサ容量の低下がほとんど生じない。

このように、本実施形態に係る第１貫通孔１０１ａにおいては、第２孔径部１０１ｆと第１孔径部１０１ｅが形成されていることにより、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の間の絶縁性の向上と、コンデンサ１００の容量の維持を共に実現することが可能である。

第２内部電極１０５の場合も同様である。即ち、第２内部電極１０５と第１内部電極１０４の間は絶縁されているが、第２内部電極１０５の先端に電界が集中する。このため、第２内部電極１０５と第１内部電極１０４の間の絶縁性は、第２内部電極１０５の先端を囲む誘電体層１０１の厚さ（壁厚）によって左右される。ここで、本実施形態においては、第２内部電極１０５の先端は第４孔径部１０１ｈ内に形成され（図６参照）、厚い誘電体層１０１の壁に囲まれているため、第２内部電極１０５と第１内部電極１０４の間の絶縁性が向上している。

一方、第２内部電極１０５の大部分は、第３孔径部１０１ｇ内に形成されている。これにより、第２内部電極１０５の大部分と対向する第１内部電極１０４の間は、薄い誘電体層１０１の壁によって隔てられているため、コンデンサ１００の容量は維持される。このように、本実施形態に係る第２貫通孔１０１ｂにおいても、第４孔径部１０１ｈと第３孔径部１０１ｇが形成されていることにより、第２内部電極１０５と第１内部電極１０５の間の絶縁性の向上と、コンデンサ１００の容量の維持を共に実現することが可能である。

以上のように、本実施形態に係るコンデンサ１００においては、誘電体層１０１にそれぞれ２段階の孔径を有する第１貫通孔１０１ａと第２貫通孔１０１ｂが形成されていることにより、コンデンサ容量の維持と絶縁破壊耐圧の向上を同時に実現することが可能である。具体的には、本実施形態の構成を採用しないコンデンサ（貫通孔の孔径が均一）の絶縁破壊耐圧は１０〜１５Ｖであったが、本実施形態に係る構成を有するコンデンサ（大孔径の孔径部で前記孔径が同一となるコンデンサ）では絶縁破壊耐圧が２０〜２５Ｖに改善した実験結果が得られている。一方、本実施形態のコンデンサ容量値は２．３％の低下しかみられなかった。なお結果データはＮ＝５０の平均値を採用した。

（コンデンサの製造方法）
上述したコンデンサ１００の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり、コンデンサ１００は、以下に示す製造方法とは異なる製造方法によって製造することも可能である。図７乃至１２は、コンデンサ１００の製造プロセスを示す模式図である。

図７（ａ）は、誘電体層１０１の元となる基材３０１を示す。誘電体層１０１を金属酸化物（例えば酸化アルミニウム）からなるものとする場合、基材３０１はその酸化前の金属（例えばアルミニウム）である。

図７（ｂ）に示すように、例えば１５℃〜２０℃に調整されたシュウ酸（０．１ｍｏｌ／ｌ）溶液中で基材３０１を陽極として電圧を印加すると、基材３０１が酸化（陽極酸化）され、基材酸化物３０２が形成される。この際、基材酸化物３０２の自己組織化作用によって、基材酸化物３０２に孔Ｈが形成される。孔Ｈは酸化の進行方向、即ち基材３０１の厚み方向に向かって成長する。なお、孔Ｈの孔径が上述した孔径ｄ１及び孔径ｄ３（図５参照）に相当する。

なお、陽極酸化の前に基材３０１に規則的なピット（凹部）を形成しておき、このピットを基点として孔Ｈを成長させてもよい。ピットの配置により貫通孔（第１貫通孔１０１ａ及び第２貫通孔１０１ｂ）の配列を制御することが可能となるからである。ピットは、例えば基材３０１にモールド（型）を押圧することによって形成することが可能である。

所定時間経過後、基材３０１に印加されている電圧を増加させる。自己組織化によって形成される孔Ｈのピッチは、印加電圧の大きさによって決定されるため、孔Ｈのピッチが拡大するように自己組織化が進行する。これにより、図７（ｃ）に示すように一部の孔Ｈについて孔の形成が継続すると共に、孔径が拡大する。一方で、孔Ｈのピッチが拡大したことによって、他の孔Ｈについては孔の形成が停止する。以下、孔の形成が停止した孔Ｈを孔Ｈ１とし、孔の形成が継続した（拡大した）孔Ｈを孔Ｈ２とする。

陽極酸化の条件は適宜設定可能であり、例えば、図７（ｂ）に示す１段階目の陽極酸化の印加電圧は数Ｖ〜数１００Ｖ、処理時間は数分〜数日に設定することができる。図７（ｃ）に示す２段階目の陽極酸化の印加電圧では、電圧値を１段階目の数倍とし、処理時間は数分〜数十分に設定することができる。

例えば、１段階目の印加電圧を４０Ｖとすることにより孔径が１００ｎｍの孔Ｈが形成され、２段階目の印加電圧を８０Ｖとすることにより孔Ｈ２の孔径が２００ｎｍに拡大される。２段階目の電圧値を上述した範囲内とすることにより、孔Ｈ１と孔Ｈ２の数を概ね同等とすることが可能である。また、２段階目の電圧印加の処理時間を上述の範囲内とすることにより、孔Ｈ２のピッチ変換が十分に完了しつつ、２段階目の電圧印加によって底部に形成される基材酸化物３０２の厚さを小さくすることができる。２段階目の電圧印加で形成される基材酸化物３０２は、後の工程で除去されるため、できるだけ薄いことが好ましい。

続いて、図８（ａ）に示すように、酸化されていない基材３０１を除去する。基材３０１の除去は、例えばウェットエッチングによってすることができる。以降、基材酸化物３０２の孔Ｈ１及び孔Ｈ２が形成された側の面を表面３０２ａとし、その反対側の面を裏面３０２ｂとする。

続いて、図８（ｂ）に示すように基材酸化物３０２を裏面３０２ｂ側から所定の厚さで除去する。これは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）によってすることができる。この際、孔Ｈ２が裏面３０２ｂに連通し、孔Ｈ１は裏面３０２ｂに連通しない程度の厚さで、基材酸化物３０２を除去する。

続いて、図８（ｃ）に示すように、表面３０２ａに導電性材料からなる第１導体層３０３を成膜する。第１導体層３０３は、スパッタ法、真空蒸着法等、任意の方法によって成膜することが可能である。

続いて、図９（ａ）に示すように、孔Ｈ２内に導電性材料からなる第１内部導体部分３０４を埋め込むする。第１内部導体部分３０４は、第１導体層３０３をシード層として基材酸化物３０２に電解めっきを施すことによって埋め込むことが可能である。孔Ｈ１にはめっき液が侵入しないため、孔Ｈ１内には第１内部導体部分３０４は形成されない。

続いて、図９（ｂ）に示すように、基材酸化物３０２を膨張させる。基材酸化物３０２を、沸騰水蒸気中に数秒から数分程度曝すことによって膨張させることが可能である。これにより、孔Ｈ２の孔径が、孔径ｄ３から孔径ｄ４に減少する（図５参照）。なお、孔Ｈ２において、既に第１内部導体部分３０４が埋め込まれる部分は、第１内部導体部分３０４が存在することによって孔径が減少せず、孔径ｄ３のままとなる。

続いて、図９（ｃ）に示すように孔Ｈ２内に導電性材料からなる第２内部導体部分３０５を埋め込む。第２内部導体部分３０５は、第１導体層３０３をシード層として基材酸化物３０２に電解めっきを施すことによって埋め込むことが可能である。上述のように孔Ｈ２は孔径が減少しているため、第２内部導体部分３０５の径は第１内部導体部分３０４の径より小さくなる。第２内部導体部分３０５は、孔Ｈ２において孔径ｄ４の部分の途中まで形成する。以下、第１内部導体部分３０４と第２内部導体部分３０５を合わせて第１内部導体３０６とする。

続いて、図１０（ａ）に示すように、第１導体層３０３を除去する。第１導体層３０３の除去は、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、イオンミリング法、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing)法等によってすることができる。

続いて、図１０（ｂ）に示すように基材酸化物３０２を裏面３０２ｂから所定の厚さで、再度除去する。これは、反応性イオンエッチングによってすることができる。この際、孔Ｈ１が裏面３０２ｂに連通し、第１内部導体３０６が裏面３０２ｂに露出しない程度の厚さで、基材酸化物３０２を除去する。

ここで、孔Ｈ２において第１内部導体３０６が形成されていない空隙はそのままでもよく、絶縁体を封入してもよい。絶縁体は基材酸化物３０２と同様の金属酸化物、電着可能な樹脂材料（例えばポリイミド、エポキシ、アクリル等）、ＳｉＯ等とすることができる。空隙の厚さは、コンデンサ１００の素子容量、絶縁破壊耐圧等に応じて設定することができ、例えば数十ｎｍから数十μｍとすることができる。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、裏面３０２ｂに導電性材料からなる第２導体層３０７を成膜する。第２導体層３０７は、スパッタ法、真空蒸着法等、任意の方法によって成膜することが可能である。

続いて、図１１（ａ）に示すように、孔Ｈ１内に導電性材料からなる第３内部導体部分３０８を埋め込む。第３内部導体部分３０８は、第２導体層３０７をシード層として基材酸化物３０２に電解めっきを施すことによって埋め込むことが可能である。なお、第１内部導体３０６は第２導体層３０７と離間し、絶縁されているため、電解めっきを受けない。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、再度基材酸化物３０２を膨張させる。基材酸化物３０２を、沸騰水蒸気中に数秒から数分程度曝すことによって膨張させることが可能である。これにより、孔Ｈ１の孔径が、孔径ｄ１から孔径ｄ２に減少する（図５参照）。なお、孔Ｈ１において、既に第３内部導体部分３０８が埋め込まれる領域は、第３内部導体部分３０８が存在することによって孔径が減少せず、孔径ｄ１のままとなる。

続いて、図１１（ｃ）に示すように孔Ｈ１内に導電性材料からなる第４内部導体部分３０９を埋め込む。第４内部導体部分３０９は、第２導体層３０７をシード層として基材酸化物３０２に電解めっきを施すことによって埋め込むことが可能である。上述のように孔Ｈ１は孔径が減少しているため、第４内部導体部分３０９の径は第３内部導体部分３０８の径より小さくなる。第４内部導体部分３０９は、孔Ｈ１において孔径ｄ２の部分の途中まで形成する。以下、第３内部導体部分３０８と第４内部導体部分３０９を合わせて第２内部導体３１０とする。

ここで、孔Ｈ１において第２内部導体３１０が形成されていない空隙はそのままでもよく、絶縁体を封入してもよい。絶縁体は基材酸化物３０２と同様の金属酸化物、電着可能な樹脂材料（例えばポリイミド、エポキシ、アクリル等）、ＳｉＯ等とすることができる。空隙の厚さは、コンデンサ１００の素子容量、絶縁破壊耐圧等に応じて設定することができ、例えば数十ｎｍから数十μｍとすることができる。

続いて、図１２に示すように、表面３０２ａに導電性材料からなる第３導体層３１１を成膜する。第３導体層３１１は、スパッタ法、真空蒸着法等、任意の方法によって第１内部導体３０６と導通するように成膜することが可能である。

以上のようにして、図２に示すコンデンサ１００を製造することが可能である。なお、基材酸化物３０２は誘電体層１０１に、第２導体層３０７は第１外部電極層１０２に、第３導体層３１１は第２外部電極層１０３にそれぞれ対応する。同様に第１内部導体３０６は第２内部電極１０５に、第２内部導体３１０は第１内部電極１０４にそれぞれ対応する。

（コンデンサの変形例）
図１３は、本実施形態の変形例に係るコンデンサ１００を示す模式図である。同図に示すように、変形例に係るコンデンサ１００の誘電体層１０１において、第１貫通孔１０１ａは、上記実施形態と同様に、大孔径の孔径部と小孔径の孔径部を有するものとすることができる。一方で、第２貫通孔１０１ｂは、上記実施形態と異なり、ほぼ均一な孔径を有するように形成されている。

このような構成によっても、コンデンサ１００の容量を維持しつつ、少なくとも第１内部電極１０４と第２内部電極１０４の絶縁性を向上させることが可能である。

このようなコンデンサ１００は、上述した製造方法と類似の製造方法によって製造することが可能である。具体的には図１１（ｂ）（ｃ）のプロセスをおこなわずに、上述した製造方法において２回ずつ実施した、基材酸化物３０２を膨張させる工程と内部導体を埋め込む工程を１回ずつとすればよい。

図１４は、本実施形態の別の変形例に係るコンデンサ１００を示す模式図である。図１５は、同コンデンサ１００の誘電体層１０１の拡大図である。これらの図に示すように、
第１貫通孔１０１ａは、第１孔径部１０１ｅ及び第２孔径部１０１ｆに加え、第５孔径部１０１ｉを有する。第５孔径部１０１ｉは、第１孔径部１０１ｅと第２孔径部１０１ｆの間に形成され、第５孔径部１０１ｉの孔径ｄ５は、第１孔径部１０１ｅの孔径ｄ１より小さく、第２孔径部１０１ｆの孔径ｄ２より大きい。

第２貫通孔１０１ｂも同様に、第３孔径部１０１ｇ及び第４孔径部１０１ｈに加え、第６孔径部１０１ｊを有する。第６孔径部１０１ｊは、第３孔径部１０１ｇと第４孔径部１０１ｈの間に形成され、第６孔径部１０１ｊの孔径ｄ６は、第３孔径部１０１ｇの孔径ｄ３より小さく、第４孔径部１０１ｈの孔径ｄ４より大きい。

第１内部電極１０４は図１４に示すように、第１貫通孔１０１ａの形状に応じて形成され、第１外部電極層１０２から、第１孔径部１０１ｅ及び第５孔径部１０１ｉを介して第２孔径部１０１ｆの途中まで形成されている（図１５参照）。第２内部電極１０５も図１４に示すように、第２貫通孔１０１ｂの形状に応じて形成され、第２外部電極層１０３から、第３孔径部１０１ｇ及び第６孔径部１０１ｊを介して第４孔径部１０１ｈの途中まで形成されている（図１５参照）。

上記実施形態のように、第１貫通孔１０１ａに第２孔径部１０１ｆと第５孔径部１０１ｉを設けたことにより、段差コーナー部（孔径の段差）が２カ所となって該部への電界集中は分散される。したがって第１内部電極１０４の段差コーナー部を起点とした絶縁破壊を防止することができる。こうして第１内部電極１０４と第２内部電極１０５の間の絶縁性がさらに向上する。

第２貫通孔１０１ｂについても同様に、第２貫通孔１０１ｂに第４孔径部１０１ｈおよび第６孔径部１０１ｊを設けたことにより、段差コーナー部への電界集中をさらに分散させることができるので、第２内部電極１０５と第１内部電極１０４の絶縁性がさらに向上する。

即ち、この変形例に係るコンデンサ１００においては、コンデンサ容量を維持しつつ、絶縁破壊耐圧をさらに向上させることが可能である。また、第１貫通孔１０１ａ及び第２貫通孔１０１ｂの孔径はそれぞれ３段階としたがこれに限られず、さらに多段階の孔径部を有するものとすることが可能であり、要求されるコンデンサ容量と絶縁破壊耐圧のバランスによって決定することが可能である。

このような構成を有するコンデンサ１００は、上述した製造方法と類似の製造方法によって製造することが可能である。即ち基材酸化物３０２を膨張させる工程と内部導体を埋め込む工程を、目的の孔径の段数に合わせて複数回実施すればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１００…コンデンサ
１０１…誘電体層
１０１ａ…第１貫通孔
１０１ｂ…第２貫通孔
１０１ｃ…第１の面
１０１ｄ…第２の面
１０２…第１外部電極層
１０３…第２外部電極層
１０４…第１内部電極
１０５…第２内部電極

Claims (5)

1. 第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２面に連通する複数の貫通孔とを備える誘電体層であって、前記複数の貫通孔は第１の貫通孔と第２の貫通孔とを含み、前記第１の貫通孔は第１の孔径を有する第１の孔径部と前記第２の面側において前記第１の孔径より小さい第２の孔径を有する第２の孔径部とを有する、誘電体層と、
   前記第１の面に配設された第１の外部電極層と、
   前記第２の面に配設された第２の外部電極層と、
   前記第１の貫通孔内に形成され、前記第１の外部電極層に接続し、先端が前記第２の孔径部に位置して前記第２の外部電極層と離間する第１の内部電極と、
   前記第２の貫通孔内に形成され、前記第２の外部電極層に接続し、前記第１の外部電極層と離間する第２の内部電極と
   を具備するコンデンサ。
2. 請求項１に記載のコンデンサであって、
   前記第２の貫通孔は、第３の孔径を有する第３の孔径部と、前記第１の面側において前記第３の孔径より小さい第４の孔径を有する第４の孔径部とを有し、
   前記第２の内部電極は、先端が前記第４の孔径部に位置する
   コンデンサ。
3. 請求項２に記載のコンデンサであって、
   前記第１の貫通孔は、前記第１の孔径部と前記第２の孔径部の間において、前記第１の孔径より小さく前記第２の孔径より大きい第５の孔径を有する第５の孔径部をさらに有し、
   前記第２の貫通孔は、前記第３の孔径部と前記第４の孔径部の間において、前記第３の孔径より小さく前記第４の孔径より大きい第６の孔径を有する第６の孔径部をさらに有する
   コンデンサ。
4. 請求項１に記載のコンデンサであって、
   前記誘電体層は、陽極酸化作用によって貫通孔を生じる材料からなる
   コンデンサ。
5. 請求項４に記載のコンデンサであって、
   前記誘電体層は、酸化アルミニウムからなる
   コンデンサ。

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