JP2019186251A - 薄膜コンデンサ及びそれを用いた半導体パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備え、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制された薄膜コンデンサを提供すること。【解決手段】一対の電極層と、前記一対の電極層１の間に配置されている、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層２及び該一対のグラフェン化合物層２に挟持されている薄膜状樹脂誘電体層３と、を備えていることを特徴とする薄膜コンデンサ。【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜コンデンサ及びそれを用いた半導体パワーモジュールに関する。

電源（電力）の制御や供給を行う半導体パワーモジュールには、電力供給のオン・オフ（スイッチング動作）を行う半導体スイッチング素子が搭載されている。この半導体スイッチング素子のスイッチング動作の際に、回路を構成するコンデンサや抵抗、配線のインダクタンス成分、半導体スイッチング素子自体のキャパシタンス成分といった様々な寄生成分が要因となってリンギングが起こり、ノイズが発生するという問題があった。このようなリンギングによるノイズの発生を抑制する方法として、半導体スイッチング素子と薄膜スナバコンデンサとを並列に接続して内蔵化する方法が採用されている。特に、半導体スイッチング素子として、ＳｉＣスイッチング素子やＧａＮスイッチング素子等の次世代半導体スイッチング素子においては、このリンギングによるノイズの発生を抑制することが非常に重要であると考えられている。

このようなリンギングによるノイズの発生を抑制するために用いられる薄膜スナバコンデンサには、絶縁破壊に対する信頼性の観点から、誘電体層として、例えば、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜が用いられている。しかしながら、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備える薄膜コンデンサは、高温高湿環境下において外部から樹脂中に酸素や水が浸透すると、電極層表面が徐々に酸化されて、電極層と樹脂誘電体層との界面において低誘電率層が形成されるため、コンデンサ容量が大幅に低下するという問題があった。このようなコンデンサ容量の大幅な低下を抑制するために、従来は、白金等の酸化されにくい貴金属からなる電極層が用いられていたが、貴金属からなる電極層は樹脂誘電体層との密着性が低く、熱応力により剥離するという問題があった。また、貴金属が非常に高価なため、薄膜コンデンサの製造コストが上昇するという問題もあった。

一方、グラフェン層を備えるコンデンサとしては、特開２０１３−４２１１０号公報（特許文献１）に、誘電層と内部金属電極層との間にグラフェンからなる導電層を備える積層セラミックコンデンサが記載されている。この積層セラミックコンデンサにおいて、グラフェンからなる導電層は、内部金属電極層の間の接触を防止してショート発生を低減するために配置されている。また、前記積層セラミックコンデンサにおいては、誘電層としてセラミックを使用しているため、高温高湿環境下において酸素や水は誘電層中に浸透しにくく、金属電極層の酸化が起こりにくいため、コンデンサ容量の経時変化はほとんどおこらない。さらに、グラフェンはセラミックとの密着性が比較的高いため、熱応力による剥離という問題も発生しにくい。

特開２０１３−４２１１０号公報

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備え、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制された薄膜コンデンサを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備える薄膜コンデンサにおいて、前記樹脂誘電体層を、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層で挟持することによって、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の薄膜コンデンサは、一対の電極層と、前記一対の電極層の間に配置されている、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層及び該一対のグラフェン化合物層に挟持されている薄膜状樹脂誘電体層と、を備えていることを特徴とするものである。

このような本発明の薄膜コンデンサにおいて、前記薄膜状樹脂誘電体層は、高誘電性樹脂のみからなる層又は樹脂中に高誘電体ナノ粒子が分散しているナノコンポジット材料からなる層であることが好ましく、また、前記電極層は、銅、ニッケル、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含有する層であることが好ましい。

また、本発明の半導体パワーモジュールは、前記本発明の薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして内蔵していることを特徴とするものである。

なお、本発明の薄膜コンデンサにおいて、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の薄膜コンデンサは、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の薄膜状樹脂誘電体層がＯ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層で挟持されたものである。グラフェンは平坦な構造を有する化合物であるため、グラフェン化合物層と薄膜状樹脂誘電体層との界面が平坦となり、高い密着性が得られ、薄膜状樹脂誘電体層の絶縁耐電圧性が高くなる。さらに、前記グラフェン化合物層には、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素が含まれているため、グラフェン化合物層と薄膜状樹脂誘電体層との密着性が向上し、高温環境下においても熱応力による両者の剥離が抑制され、コンデンサ容量の大幅な低下が抑制される。また、グラフェン化合物層は耐酸化性に優れており、樹脂誘電体層に浸透した酸素や水により酸化されにくいため、電極層表面の酸化が防止される。このようなグラフェン化合物層による密着性の向上や電極層表面の酸化防止により、本発明の薄膜コンデンサにおいては、コンデンサ容量の大幅な低下が抑制されると推察される。

本発明によれば、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備え、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制された薄膜コンデンサを得ることが可能となる。

本発明の薄膜コンデンサの好適な一実施態様を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は前記図面に限定されるものではない。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合もある。

先ず、本発明の薄膜コンデンサについて説明する。図１は、本発明の薄膜コンデンサの好適な一実施態様を示す模式断面図である。本発明の薄膜コンデンサは、一対の電極層１と、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層２と、薄膜状樹脂誘電体層３とを備えるものであり、前記薄膜状樹脂誘電体層３は前記一対のグラフェン化合物層２に挟持されており、このグラフェン化合物層２に挟持された薄膜状樹脂誘電体層３は前記一対の電極層１の間に配置されている。

前記電極層としては特に制限はないが、導電性が高く、安価であるという観点から、銅、ニッケル、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含有する層であることが好ましく、銅、アルミニウムがより好ましい。電極層の導電性が低くなると、薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして使用した場合に、電極層だけでスナバ回路として所望の抵抗値以上の抵抗値となるため、スナバ特性が低下する傾向にある。

このような電極層の厚さとしては、通常、１０ｎｍ〜１０μｍであり、１００ｎｍ〜５μｍであることが好ましく、３００ｎｍ〜２μｍであることがより好ましい。電極層の厚さが前記下限未満になると、薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして使用した場合に、電極層だけでスナバ回路として所望の抵抗値以上の抵抗値となるため、スナバ特性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、電極層の形成に時間を要し、さらに、応力が大きくなるため、反りやクラックが発生する傾向にある。

このような電極層の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、メタルマルク蒸着法等の蒸着法、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法、化学気相成長（ＣＶＤ）法が挙げられる。また、前記電極層には、形成後、熱処理を施してもよい。これにより、電極層の導電率が向上する傾向にある。特に、印刷法により形成した電極層には、不活性雰囲気下又は還元雰囲気下において熱処理を施すことが好ましい。

また、前記電極層を基材上に形成した場合、電極層と基材との間の密着性を向上させるために、これらの層間に、タンタル、窒化タンタル、チタン等の密着性材料からなる密着層を配置したり、電極層に前記密着性材料を混合したりすることが好ましい。

前記グラフェン化合物層は、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有するグラフェン化合物からなるものである。前記グラフェン化合物としては、前記元素を含有する官能基で修飾されたグラフェン化合物、少なくとも１つの炭素が前記元素で置換された六員環を有するヘテロ元素ドープグラフェン化合物、前記元素が直接結合した炭素を含む六員環を有するグラフェン化合物等が挙げられる。より具体的には、Ｏを含有する官能基で修飾されたグラフェン化合物としては、還元型酸化グラフェン、３−グリドキシプロピルトリメトキシシラン修飾グラフェン、ヒドロキシ安息香酸修飾グラフェン等が挙げられ、Ｎを含有する官能基で修飾されたグラフェン化合物としては、３−アミノプロピルトリメトキシシラン修飾グラフェン、アスパラギン酸修飾グラフェン等が挙げられ、Ｐを含有する官能基で修飾されたグラフェン化合物としては、２−（ジフェニルホスフィノ）エチルトリエトキシシラン修飾グラフェン、１，４−ブチレンジホスホン酸修飾グラフェン等が挙げられ、Ｓを含有する官能基で修飾されたグラフェン化合物としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン修飾グラフェン、１，４−ブタンチオール修飾グラフェン等が挙げられる。また、少なくとも１つの炭素がＯで置換された六員環を有するヘテロ元素ドープグラフェン化合物としては、ＣＶＤ法等により形成されたＯドープグラフェンが挙げられ、少なくとも１つの炭素がＮで置換された六員環を有するヘテロ元素ドープグラフェン化合物としては、ＣＶＤ法等により形成されたＮドープグラフェンが挙げられ、少なくとも１つの炭素がＰで置換された六員環を有するヘテロ元素ドープグラフェン化合物としては、ＣＶＤ法等により形成されたＰドープグラフェンが挙げられ、少なくとも１つの炭素がＳで置換された六員環を有するヘテロ元素ドープグラフェン化合物としては、ＣＶＤ法等により形成されたＳドープグラフェンが挙げられる。さらに、Ｏが直接結合した炭素を含む六員環を有するグラフェン化合物としては、Ｏ_２ガスプラズマ等のＯ含有ガスプラズマで処理したグラフェンが挙げられ、Ｎが直接結合した炭素を含む六員環を有するグラフェン化合物としては、ＮＨ_３ガスプラズマ等のＮ含有ガスプラズマで処理したグラフェンが挙げられ、Ｐが直接結合した炭素を含む六員環を有するグラフェン化合物としては、ＰＨ_３ガスプラズマ等のＰ含有ガスプラズマで処理したグラフェンが挙げられ、Ｓが直接結合した炭素を含む六員環を有するグラフェン化合物としては、Ｈ_２Ｓガスプラズマ等のＳ含有ガスプラズマで処理したグラフェンが挙げられる。

このようなグラフェン化合物層の厚さとしては、通常、０．１ｎｍ〜１０μｍであり、１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、５ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましい。
グラフェン化合物層の厚さが前記下限未満になると、電極層を完全に被覆できず、グラフェン化合物層による前記効果を十分に得ることができない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、グラフェン化合物層表面の凹凸が大きくなり、挟持する薄膜状樹脂誘電体層の絶縁耐電圧が低下する傾向にある。

このようなグラフェン化合物層の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法、スピンコート法やディップコート法等の塗布法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、転写法等が挙げられる。また、前記グラフェン化合物層には、形成後、熱処理を施してもよく、不活性雰囲気下又は還元雰囲気下において熱処理を施すことが好ましい。これにより、グラフェン化合物層の導電率やグラフェン化合物層と電極層及び薄膜状樹脂誘電体層との密着性が向上する傾向にある。

また、前記グラフェン化合物層と電極層及び薄膜状樹脂誘電体層との密着性を向上させるために、グラフェン化合物層に、シランカップリング剤、ポリビニルピロリドンやポリ酢酸ビニル等の密着性高分子材料を混合してもよい。シランカップリング剤や密着性高分子材料の混合量としては、通常、０．０１〜２０質量％であるが、０．０１〜１０質量％であることが好ましく、０．１〜５質量％であることがより好ましい。シランカップリング剤や密着性高分子材料の混合量が前記下限未満になると、グラフェン化合物層と電極層及び薄膜状樹脂誘電体層との密着性を向上させることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、グラフェン化合物層の導電性が低下し、薄膜コンデンサの容量が大幅に減少する傾向にある。

本発明の薄膜コンデンサにおいては、このようなグラフェン化合物層が一対となって薄膜状樹脂誘電体を挟持している。前記薄膜状樹脂誘電体層としては、高誘電性樹脂材料のみからなる層、樹脂中に高誘電体ナノ粒子が分散したナノコンポジット材料からなる層等が挙げられる。前記高誘電性樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン、変性ポリフェニレンエーテル、変性ポリカーボネート、液晶ポリマー等が挙げられる。前記高誘電体ナノ粒子としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化タンタル等が挙げられる。また、前記高誘電体ナノ粒子を分散させる樹脂としては、ポリイミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂のほか、前記高誘電性樹脂材料を用いることもできる。このような薄膜状樹脂誘電体層のうち、絶縁耐電圧及び誘電率が比較的高くなるという観点から、前記ナノコンポジット材料からなる層が好ましい。薄膜状樹脂誘電体層の絶縁耐電圧が低下すると、半導体パワーモジュールの信頼性が低下する傾向にあり、誘電率が低下すると、薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして使用した場合に、コンデンサ容量が大幅に減少し、スナバ特性が低下する傾向にある。

このような薄膜状樹脂誘電体層の厚さとしては、通常、１００ｎｍ〜１００μｍであり、１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１μｍ〜２０μｍであることがより好ましい。薄膜状樹脂誘電体層の厚さが前記下限未満になると、絶縁破壊電圧が低下して短絡破壊が発生する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、応力が大きくなるため、クラックや反りが発生する傾向にある。

このような薄膜状樹脂誘電体層の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法、スピンコート法やディップコート法等の塗布法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、転写法等が挙げられる。また、前記薄膜状樹脂誘電体層には、形成後、熱処理を施してもよい。これにより、薄膜状樹脂誘電体層の誘電率が向上する傾向にある。

本発明の薄膜コンデンサにおいては、このような一対のグラフェン化合物層により挟持されている薄膜状樹脂誘電体層が、前記一対の電極層の間に配置されている。このような本発明の薄膜コンデンサは、例えば、以下の方法により製造することができる。すなわち、銅配線板やアルミニウム基板等の導電性の基板４上に第１の電極層１を形成する。このとき、基板４と第１の電極層１との密着性を向上させるために、基板４上にポリイミド等の樹脂材料からなる平坦化層５を形成した後、この平坦化層５上に第１の電極層１を形成することが好ましい。また、この平坦化層５は、基板４と第１の電極層１とが電気的に接続されるようにパターン形成する必要がある。

次に、第１の電極層１上に前記グラフェン化合物層２を形成し、さらに、このグラフェン化合物層２上に薄膜状樹脂誘電体層３を形成する。次いで、必要に応じて、薄膜状樹脂誘電体層３が形成されていない部分の前記グラフェン化合物層を酸化プラズマ処理等により除去した後、薄膜状樹脂誘電体層３が形成されていない部分にポリイミド等の絶縁性樹脂材料からなる絶縁層６を形成する。その後、薄膜状樹脂誘電体層３上に前記グラフェン化合物層２を形成し、さらに、グラフェン化合物層２上に第２の電極層１を形成する。このようにして、一対のグラフェン化合物層２により挟持されている薄膜状樹脂誘電体層３が一対の電極層１の間に配置されている本発明の薄膜コンデンサを得ることができる。

次に、本発明の半導体パワーモジュールについて説明する。本発明の半導体パワーモジュールは、前記本発明の薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして内蔵したものである。このような本発明の半導体パワーモジュールにおいては、通常、前記薄膜コンデンサと半導体スイッチング素子とが電気回路的に並列に接続されている。また、ダイオード等の電子部品が前記薄膜コンデンサと電気回路的に並列に接続されていてもよい。これにより、半導体スイッチング素子のスイッチング動作によるリンギングノイズの発生を大幅に低減することができる。また、本発明の半導体パワーモジュールにおいては、前記薄膜コンデンサに薄膜抵抗や薄膜ヒューズが接続されていてもよい。

前記半導体スイッチング素子としては特に制限はなく、公知の半導体スイッチング素子を使用することができるが、前記本発明の薄膜コンデンサが高周波スイッチング動作時のスナバ特性に優れていることから、本発明の半導体パワーモジュールには、ＳｉＣスイッチング素子やＧａＮスイッチング素子等の次世代の高周波動作用半導体スイッチング素子も使用することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す薄膜コンデンサを作製した。先ず、無酸素銅からなる基板４（２０ｍｍ×１２ｍｍ×厚さ２ｍｍ）上に、感光性全芳香族ポリイミド前駆体溶液（東レ株式会社製「ポジ型フォトニースＰＷ−１２００」）を用いてフォトリソグラフィー法により、ポリイミドからなる厚さ５μｍの平坦化層５をパターン形成して表面を平坦化した。得られた平坦化層５上に、メタルマスクを用いたスパッタリング法により、厚さ３０ｎｍのニッケル層及び厚さ１μｍの銅層をパターン形成して第１の電極層１を作製した。なお、平坦化層５及び第１の電極層１は、基板４と第１の電極層１とが電気的に接続されるようにパターン形成した。

次に、第１の電極層１上に、還元型酸化グラフェン（アルドリッチ社製）を水−エタノール混合溶媒に１質量％の濃度で分散させたインクをスピンコート法により塗布し、得られた塗膜を８０℃のホットプレート上で乾燥させて還元型酸化グラフェンからなる厚さ５０ｎｍのグラフェン化合物層２を作製した。このグラフェン化合物層２上に、チタン酸バリウムナノ粒子（堺化学工業株式会社製、平均粒子径：３００ｎｍ）とポリイミド樹脂（三菱瓦斯化学株式会社製「ネオプリム」）とＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶媒とを混合して調製したペーストを用いてスクリーン印刷法によりパターン形成し、得られた塗膜を８０℃のホットプレート上で乾燥させた後、窒素雰囲気下、３００℃で１時間加熱して厚さ２μｍの薄膜状樹脂誘電体層３を作製した。なお、ペーストは、樹脂誘電体層中のチタン酸バリウムナノ粒子の含有量が３０体積％となるように調製した。

次に、薄膜状樹脂誘電体層３が形成されていない部分のグラフェン化合物層を酸素プラズマ処理により除去した後、薄膜状樹脂誘電体層３が形成されていない部分に、感光性全芳香族ポリイミド前駆体溶液（東レ株式会社製「ポジ型フォトニースＰＷ−１２００」）を用いてフォトリソグラフィー法により、ポリイミドからなる厚さ５μｍの絶縁層６をパターン形成した。その後、薄膜状樹脂誘電体層３上に、還元型酸化グラフェン（アルドリッチ社製）を水−エタノール混合溶媒に１質量％の濃度で分散させたインクをスピンコート法により塗布し、得られた塗膜を８０℃のホットプレート上で乾燥させて還元型酸化グラフェンからなる厚さ５０ｎｍのグラフェン化合物層２を作製した。このグラフェン化合物層２上に、メタルマスクを用いたスパッタリング法により、厚さ１μｍの銅層をパターン形成して第２の電極層１を作製し、薄膜状樹脂誘電体層が還元型酸化グラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサを得た。

（実施例２）
還元型酸化グラフェンの代わりにＰドープグラフェン（アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、薄膜状樹脂誘電体層３がＰドープグラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサを作製した。

（実施例３）
還元型酸化グラフェンの代わりにＮドープグラフェン（アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、薄膜状樹脂誘電体層３がＮドープグラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサを作製した。

（実施例４）
還元型酸化グラフェンの代わりにＳドープグラフェン（アルドリッチ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、薄膜状樹脂誘電体層３がＳドープグラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサを作製した。

（比較例１）
還元型酸化グラフェン層を形成しなかった以外は実施例１と同様にして、薄膜コンデンサを作製した。すなわち、実施例１と同様にして、無酸素銅からなる基板上にポリイミドからなる厚さ５μｍの平坦化層をパターン形成し、この平坦化層上に厚さ３０ｎｍのニッケル層及び厚さ１μｍの銅層からなる第１の電極層をパターン形成した。

次に、この第１の電極層上に、実施例１と同様にして、厚さ２μｍの薄膜状樹脂誘電体層をパターン形成し、薄膜状樹脂誘電体層が形成されていない部分にポリイミドからなる厚さ５μｍの絶縁層をパターン形成した。その後、薄膜状樹脂誘電体層上に、実施例１と同様にして、厚さ１μｍの銅層からなる第２の電極層をパターン形成し、薄膜状樹脂誘電体層の両面にグラフェン化合物層が配置されていない薄膜コンデンサを得た。

（比較例２）
還元型酸化グラフェン（アルドリッチ社製）を水−エタノール混合溶媒に１質量％の濃度で分散させたインクの代わりに、濃度１質量％のグラフェン分散液（アルドリッチ社製、Ｎ−メチルピロリドン溶媒）を用いた以外は実施例１と同様にして、薄膜状樹脂誘電体層がグラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサを得た。

（比較例３）
薄膜状樹脂誘電体層上の還元型酸化グラフェン層を形成しなかった以外は実施例１と同様にして、薄膜コンデンサを作製した。すなわち、実施例１と同様にして、無酸素銅からなる基板上にポリイミドからなる厚さ５μｍの平坦化層をパターン形成し、この平坦化層上に厚さ３０ｎｍのニッケル層及び厚さ１μｍの銅層からなる第１の電極層をパターン形成した。

次に、この第１の電極層上に、実施例１と同様にして、還元型酸化グラフェンからなる厚さ５０ｎｍのグラフェン化合物層をパターン形成し、このグラフェン化合物層上に厚さ２μｍの薄膜状樹脂誘電体層をパターン形成し、薄膜状樹脂誘電体層が形成されていない部分にポリイミドからなる厚さ５μｍの絶縁層をパターン形成した。その後、薄膜状樹脂誘電体層上に、実施例１と同様にして、厚さ１μｍの銅層からなる第２の電極層をパターン形成し、薄膜状樹脂誘電体層の一方の面のみに還元型酸化グラフェン層が配置されている薄膜コンデンサを得た。

＜耐酸化性試験＞
得られた薄膜コンデンサを６５℃、９５％ＲＨの高温高湿雰囲気下で１０００時間放置して酸化処理を行なった。酸化処理前後の薄膜コンデンサの容量を測定し、酸化処理によるコンデンサ容量の低下率を求めた。その結果を表１に示す。

表１に示したように、薄膜状樹脂誘電体層がＯ、Ｐ、Ｎ及びＳのうちの少なくとも１種の元素を含有するグラフェン化合物層で挟持されている薄膜コンデンサ（実施例１〜４）は、薄膜状樹脂誘電体層がグラフェン化合物層で挟持されていない薄膜コンデンサ（比較例１）並びに薄膜状樹脂誘電体層がグラフェン層で挟持されている薄膜コンデンサ（比較例２）に比べて、酸化処理によるコンデンサ容量の低下が少なかった。この結果から、薄膜状樹脂誘電体層をＯ、Ｐ、Ｎ及びＳのうちの少なくとも１種の元素を含有するグラフェン化合物層で挟持することによって、高温高湿雰囲気下における電極の酸化によるコンデンサ容量の大幅な低下を抑制できることが確認された。なお、これは、Ｏ、Ｐ、Ｎ及びＳのうちの少なくとも１種の元素を含有するグラフェン化合物層が耐酸化性及び密着性に優れており、薄膜状樹脂誘電体層が耐酸化性に優れたグラフェン化合物層によって保護されたためと考えられる。

また、表１に示したように、薄膜状樹脂誘電体層が還元型酸化グラフェン化合物層で挟持されている薄膜コンデンサ（実施例１）は、薄膜状樹脂誘電体層の一方の面のみに還元型酸化グラフェン化合物層が配置されている薄膜コンデンサ（比較例３）に比べて、酸化処理によるコンデンサ容量の低下が少なかった。この結果から、高温高湿雰囲気下における電極の酸化によるコンデンサ容量の大幅な低下を抑制するためには、薄膜状樹脂誘電体層の両面を耐酸化性に優れた前記グラフェン化合物層で保護する必要があることがわかった。

以上説明したように、本発明によれば、高誘電性樹脂薄膜又は高誘電体ナノ粒子を分散させた樹脂薄膜等の樹脂誘電体層を備え、高温高湿環境下におけるコンデンサ容量の大幅な低下が抑制された薄膜コンデンサを得ることが可能となる。

したがって、本発明の薄膜コンデンサは、高温高湿環境下においてもコンデンサ容量の大幅な低下が起こりにくいため、ハイブリッド自動車や電気自動車等に用いられる半導体パワーモジュールのスナバコンデンサ等として有用である。

１：電極層
２：グラフェン化合物層
３：薄膜状樹脂誘電体層
４：基板
５：平坦化層
６：絶縁層

Claims (4)

1. 一対の電極層と、
   前記一対の電極層の間に配置されている、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する一対のグラフェン化合物層及び該一対のグラフェン化合物層に挟持されている薄膜状樹脂誘電体層と、
   を備えていることを特徴とする薄膜コンデンサ。
2. 前記薄膜状樹脂誘電体層が、高誘電性樹脂のみからなる層又は樹脂中に高誘電体ナノ粒子が分散しているナノコンポジット材料からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
3. 前記電極層が、銅、ニッケル、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含有する層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜コンデンサ。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の薄膜コンデンサをスナバコンデンサとして内蔵していることを特徴とする半導体パワーモジュール。