JP2834198B2 - Capacitor - Google Patents

Capacitor

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JP2834198B2 JP18556089A JP18556089A JP2834198B2 JP 2834198 B2 JP2834198 B2 JP 2834198B2 JP 18556089 A JP18556089 A JP 18556089A JP 18556089 A JP18556089 A JP 18556089A JP 2834198 B2 JP2834198 B2 JP 2834198B2
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幸生 絹田
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、混成集積回路や電子機器、情報機器等の電
子回路などに使用するコンデンサに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor used for an electronic circuit of a hybrid integrated circuit, an electronic device, an information device, and the like.

従来の技術 機器の小形・軽量化志向、高機能・高性能化、高集積
回路の採用による電子回路の高密度化あるいは、自動挿
入の普及などに伴い、電子部品に対する小形化・高性能
化の要請がますます強くなってきている。その中にあっ
て、コンデンサも同様に小形化・高性能化へと種々の開
発が試みられている。コンデンサの単位体積当たりの静
電容量は、誘電体の誘電率に比例し、誘電体の厚さの自
乗に反比例する。
2. Description of the Related Art As electronic devices are becoming smaller and lighter, with higher functionality and higher performance, and higher density of electronic circuits through the use of highly integrated circuits, and with the spread of automatic insertion, the size and performance of electronic components are becoming smaller. Requests are becoming stronger. In such a situation, various developments have been attempted for miniaturization and high performance of the capacitor. The capacitance per unit volume of the capacitor is proportional to the dielectric constant of the dielectric and inversely proportional to the square of the thickness of the dielectric.

従って、従来のコンデンサの小形化を図るためには、
誘電体の誘電率を大きくするか、または誘電体の厚さを
薄くすることが必要である。また、コンデンサの電気特
性、例えば電気容量や誘電損失の温度依存性、周波数依
存性などは誘電体として用いられる材料の持つ固有の特
性により殆ど決定されるため、種々の材料が検討に供さ
れている。
Therefore, in order to reduce the size of the conventional capacitor,
It is necessary to increase the dielectric constant of the dielectric or to reduce the thickness of the dielectric. In addition, since the electrical characteristics of the capacitor, such as the temperature dependence and the frequency dependence of the capacitance and dielectric loss, are mostly determined by the inherent characteristics of the material used as the dielectric, various materials have been used for examination. I have.

ここで、誘電体の厚さを薄くすることによる大幅な小
形化は、積層薄膜コンデンサにおいて、既に多くの検討
が行われており、積層薄膜コンデンサの薄膜積層方法お
よび積層構造は公知である。(たとえば、特開昭55−91
112号、特開昭56−144523号参照。) 即ち、真空蒸着法、スパッタリング法などの物理気相
成長法(PVD法)により形成される酸化アルミニウム、
酸化けい素、酸化チタン、チタン酸ストロンチウムなど
からなる誘電体層とパラジウム、銀、ニッケルなどから
なる内部電極層とを交互に積層した後、内部電極層から
の引き出し端子となる外部電極を導電ペーストを焼き付
けて形成した積層薄膜コンデンサが一般に知られてい
る。
Here, a great deal of miniaturization by reducing the thickness of the dielectric has been already studied for multilayer thin film capacitors, and a thin film laminating method and a multilayer structure of the multilayer thin film capacitor are known. (For example, see JP-A-55-91
No. 112, JP-A-56-144523. That is, aluminum oxide formed by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum evaporation and sputtering,
After alternately laminating a dielectric layer made of silicon oxide, titanium oxide, strontium titanate, etc. and an internal electrode layer made of palladium, silver, nickel, etc., an external electrode serving as a lead terminal from the internal electrode layer is made of a conductive paste. Is generally known.

一方、無機の誘電体を用いた高性能のコンデンサも開
発されているが、これに用いられる高性能の誘電体の誘
電率は、性能の向上に伴って低下するため、小形で、高
性能のコンデンサを得ることは困難であった。
On the other hand, high-performance capacitors using inorganic dielectrics have also been developed, but the dielectric constant of the high-performance dielectrics used in these capacitors decreases with the improvement in performance. It was difficult to obtain a capacitor.

発明が解決しようとする課題 従来、積層薄膜コンデンサは、真空蒸着法、スパッタ
リング法などの物理気相成長法(PVD法)を用いること
により、極めて薄く誘電体層および内部電極層を形成す
ることが可能となり、これによりコンデンサの小形化が
図られてきた。
Problems to be Solved by the Invention Conventionally, a multilayer thin film capacitor can form extremely thin dielectric layers and internal electrode layers by using a physical vapor deposition method (PVD method) such as a vacuum evaporation method or a sputtering method. This has enabled the miniaturization of capacitors.

しかしながら、酸化アルミニウム、酸化けい素、酸化
チタン、チタン酸ストロンチウムなどの無機材料をスパ
ッタリング法で形成して誘電体層とする場合、コンデン
サとして必要な耐電圧を得るためには10,000Å程度の厚
みが必要であり、より一層の小形化を進める上で、課題
となっていた。また、コンデンサの高性能化を図るため
には上記の無機系の誘電体材料を用いた場合、その誘電
率が大幅に低下するため、小形化を進める上で大きな課
題となっていた。
However, when an inorganic material such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, and strontium titanate is formed as a dielectric layer by a sputtering method, a thickness of about 10,000 mm is required to obtain a withstand voltage required for a capacitor. It is necessary and has been an issue in further miniaturization. Further, when the above-mentioned inorganic dielectric material is used in order to improve the performance of the capacitor, the dielectric constant thereof is greatly reduced, which has been a major problem in miniaturizing the capacitor.

本発明は、上記の課題を解決するものであり、耐電圧
特性の良好な蒸着重合法で形成された薄膜を誘電体とす
ることにより、コンデンサの大幅な小形化を図るととも
に、ベンゼン環を骨格とする2種のモノマーのうち、い
ずれか一方または両方とも弗化またはフルオロアルキル
化されたモノマーを用いて蒸着重合法で形成された薄膜
を誘電体として用いることにより、コンデンサの大幅な
高性能化を図らんとするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems, and by using a thin film formed by a vapor deposition polymerization method having a good withstand voltage characteristic as a dielectric material, it is possible to significantly reduce the size of a capacitor and to form a benzene ring as a skeleton. By using a thin film formed by vapor deposition polymerization using one or both of fluorinated or fluoroalkylated monomers as a dielectric material, the performance of the capacitor can be significantly improved. Is intended.

課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、ベンゼン環を
骨格とする2種のモノマーのうち、いずれか一方または
両方とも弗化またはフルオロアルキル化されたモノマー
を用いて蒸着重合法で形成された薄膜を誘電体とし、上
記薄膜誘電体と内部電極とを交互に積層した構成を有し
ている。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method using one of or both of fluorinated or fluoroalkylated monomers of two kinds of monomers having a benzene ring as a skeleton. The thin film formed by the vapor deposition polymerization method is used as a dielectric, and the thin film dielectric and the internal electrode are alternately laminated.

作用 従来の積層薄膜コンデンサにおいて誘電体は、真空蒸
着法、スパッタリング法などの物理気相成長法(PVD
法)により形成されており、たとえば、スパッタリング
法にて酸化アルミニウム、酸化けい素、酸化チタン、チ
タン酸ストロンチウムなどの酸化物誘電体を形成させる
際には、それぞれの組成が全くそのまま形成されるので
はなく、酸素の欠陥部を含んだまま形成される。この酸
素の欠陥部を含んだ誘電体の耐電圧は低く、そのためコ
ンデンサとして必要は耐電圧を得るためには10,000Å程
度の膜厚が必要となる。
Function In conventional multilayer thin film capacitors, the dielectric is formed by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum evaporation or sputtering.
For example, when an oxide dielectric such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, or strontium titanate is formed by a sputtering method, the respective compositions are formed as they are. Instead, it is formed with the oxygen defect included. The withstand voltage of the dielectric including the oxygen defect is low, so that a film thickness of about 10,000 mm is required to obtain the withstand voltage required for a capacitor.

これに対し、本発明の蒸着重合法により形成される薄
膜誘電体は、芳香族ポリ尿素などの有機化合物からなっ
ており、上記のような耐電圧を低下させる酸化物誘電体
中の酸素の欠陥部は存在せず、欠陥の少ない、極めて均
一な薄膜が得られる。そのため、1,500Å程度の膜厚で
十分コンデンサとして必要な耐電圧を得ることができ、
耐電圧を低下させることなく、誘電体を薄くすることが
できる。
On the other hand, the thin film dielectric formed by the vapor deposition polymerization method of the present invention is made of an organic compound such as aromatic polyurea, and the above-described defect of oxygen in the oxide dielectric which lowers the withstand voltage. There are no parts, and a very uniform thin film with few defects can be obtained. Therefore, a withstand voltage required as a capacitor can be sufficiently obtained with a film thickness of about 1,500 mm.
The dielectric can be made thinner without lowering the withstand voltage.

実 施 例 以下、本発明の実施例について、図面を用いて具体的
に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

実施例1 予め洗浄を施したアルミナ基板上にアルミニウム合金
からなる内部電極層を形成し、次いでモノマーとして、
2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシフェニル)]
ヘキサフロロプロパンおよびジフェニルメタンジイソシ
アネートを用いて、フロロアルキル化芳香族ポリ尿素か
らなる誘電体層を蒸着重合法にて形成する。以後、同様
に交互に積層した後、窒化けい素からなる保護膜層を形
成し、さらに、ニッケル−ボロン合金からなる外部電極
層を無電解めっき法にて形成する。
Example 1 An internal electrode layer made of an aluminum alloy was formed on an alumina substrate which had been washed in advance, and then, as a monomer,
2,2-bis [4- (4-aminophenoxyphenyl)]
Using hexafluoropropane and diphenylmethane diisocyanate, a dielectric layer made of a fluoroalkylated aromatic polyurea is formed by a vapor deposition polymerization method. Thereafter, similarly, after alternately laminating, a protective film layer made of silicon nitride is formed, and an external electrode layer made of a nickel-boron alloy is formed by electroless plating.

実施例2 予め洗浄を施したアルミナ基板上にアルミニウム合金
からなる内部電極層を形成し、次いでモノマーとして、
2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパ
ンおよびテレフタル酸クロリドを用いて、フロロアルキ
ル化芳香族ポリアミドからなる誘電体層を蒸着重合法に
て形成する。以後、同様に交互に積層した後、窒化けい
素からなる保護膜層を形成し、さらに、ニッケル−ボロ
ン合金からなる外部電極層を無電解めっき法にて形成す
る。
Example 2 An internal electrode layer made of an aluminum alloy was formed on an alumina substrate that had been washed in advance, and then, as a monomer,
Using 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane and terephthalic acid chloride, a dielectric layer made of a fluoroalkylated aromatic polyamide is formed by vapor deposition polymerization. Thereafter, similarly, after alternately laminating, a protective film layer made of silicon nitride is formed, and an external electrode layer made of a nickel-boron alloy is formed by electroless plating.

実施例3 予め洗浄を施したアルミナ基板上にアルミニウム合金
からなる内部電極層を形成し、次いでモノマーとして、
2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパ
ンおよびピロメリット酸二無水物を用いて、フロロアル
キル化芳香族ポリアミック酸を蒸着重合法にて形成した
のち、これを加熱、脱水して、フロロアルキル化芳香族
ポリイミドからなる誘電体層を得る。以後、同様に交互
に積層した後、窒化けい素からなる保護膜層を形成し、
さらに、ニッケル−ボロン合金からなる外部電極層を無
電解めっき法にて形成する。
Example 3 An internal electrode layer made of an aluminum alloy was formed on an alumina substrate which had been washed in advance, and then, as a monomer,
Fluoroalkylated aromatic polyamic acid is formed by vapor deposition polymerization using 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane and pyromellitic dianhydride, and then heated and dehydrated. A dielectric layer comprising a fluoroalkylated aromatic polyimide is obtained. Thereafter, similarly, after alternately stacking, a protective film layer made of silicon nitride is formed,
Further, an external electrode layer made of a nickel-boron alloy is formed by an electroless plating method.

比較例1 予め洗浄を施したアルミナ基板上にアルミニウム合金
からなる内部電極層を形成し、次いでモノマーとして、
パラ−フェニレンジアミンおよびジフェニルメタンジイ
ソシアネートを用いて、芳香族ポリ尿素からなる誘電体
層を蒸着重合法にて形成する。以後、同様に交互に積層
した後、窒化けい素からなる保護膜層を形成し、さら
に、ニッケル−ボロン合金からなる外部電極層を無電解
めっき法にて形成する。
Comparative Example 1 An internal electrode layer made of an aluminum alloy was formed on an alumina substrate previously cleaned,
Using para-phenylenediamine and diphenylmethane diisocyanate, a dielectric layer made of aromatic polyurea is formed by vapor deposition polymerization. Thereafter, similarly, after alternately laminating, a protective film layer made of silicon nitride is formed, and an external electrode layer made of a nickel-boron alloy is formed by electroless plating.

比較例2 予め洗浄を施したアルミナ基板上にアルミニウム合金
からなる内部電極層を形成し、次いでチタン酸ストロン
チウムからなる誘電体層をスパッタリング法にて形成す
る。以後、同様に交互に積層した後、窒化けい素からな
る保護膜層を形成し、さらに、ニッケル−ボロン合金か
らなる外部電極層を無電解めっき法にて形成する。
Comparative Example 2 An internal electrode layer made of an aluminum alloy was formed on an alumina substrate that had been previously cleaned, and then a dielectric layer made of strontium titanate was formed by a sputtering method. Thereafter, similarly, after alternately laminating, a protective film layer made of silicon nitride is formed, and an external electrode layer made of a nickel-boron alloy is formed by electroless plating.

第1図は本発明の一実施例におけるコンデンサの構成
を示した素子断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an element showing a configuration of a capacitor according to an embodiment of the present invention.

絶緑基板1の上に、内部電極層2と、誘電体層3とを
交互に積層し、さらにその上に保護膜層4を、内部電極
層2の非対向部の両端部に近い一部分を除く薄膜積層部
とその周辺の絶緑基板1を覆うように形成したのち、内
部電極層2の保護膜層4によって覆われていない部分を
含む絶緑基板1の両端部に外部電極層5を形成してい
る。
The internal electrode layers 2 and the dielectric layers 3 are alternately stacked on the green substrate 1, and a protective film layer 4 is further formed on the internal electrode layers 2 and the dielectric layers 3. After being formed so as to cover the thin film laminated portion to be removed and the surrounding green substrate 1, external electrode layers 5 are provided on both ends of the green substrate 1 including the portion of the internal electrode layer 2 not covered by the protective film layer 4. Has formed.

第2図は、第1図と同様の構成からなるコンデンサに
おける誘電体の膜厚と耐電圧との関係を示したものであ
る。(内部電極の対向部面積は15mm2一定) 第2図において、直線Aは実施例1の、直線Bは実施
例2の、直線Cは実施例3の、直線Dは比較例1の、直
線Eは比較例2のコンデンサでの誘電体の膜厚と耐電圧
との関係を示したものである。
FIG. 2 shows the relationship between the dielectric film thickness and the withstand voltage in a capacitor having the same configuration as FIG. (The area of the facing portion of the internal electrode is 15 mm 2 constant) In FIG. 2, a straight line A is a straight line of Example 1, a straight line B is a straight line of Example 2, a straight line C is a straight line of Example 3, and a straight line D is a straight line of Comparative Example 1. E shows the relationship between the dielectric film thickness and the withstand voltage in the capacitor of Comparative Example 2.

第2図に示した結果より明らかなように、従来より多
くの研究が行われている無機の酸化物誘電体であるチタ
ン酸ストロンチウム薄膜と、蒸着重合法にて形成される
有機の誘電体薄膜との耐電圧における差は歴然としてい
る。すなわち、コンデンサとして必要な耐電圧を得るた
めには、比較例2のコンデンサでは、チタン酸ストロン
チウムからなる誘電体の膜厚が8,000Å程度必要である
のに対し、実施例1、実施例2および実施例3のコンデ
ンサでは誘電体の膜厚は、1,500Å程度あれば同レベル
の耐電圧を得ることができる。第3図は、第1図と同様
の構成からなるコンデンサの誘電率および誘電損失の温
度依存性を示したものである。
As is clear from the results shown in FIG. 2, a strontium titanate thin film, which is an inorganic oxide dielectric, for which much research has been conducted, and an organic dielectric thin film formed by vapor deposition polymerization. The difference in the withstand voltage is clear. That is, in order to obtain a withstand voltage required for a capacitor, the capacitor of Comparative Example 2 requires a dielectric film made of strontium titanate of about 8,000 mm, whereas the capacitors of Examples 1, 2 and In the capacitor of the third embodiment, the same level of withstand voltage can be obtained if the thickness of the dielectric is about 1,500 °. FIG. 3 shows the temperature dependence of the dielectric constant and dielectric loss of a capacitor having the same configuration as that of FIG.

第3図において、曲線Aは実施例1の、曲線Bは実施
例2の、曲線Cは実施例3の、曲線Dは比較例1のコン
デンサの誘電率および誘電損失の温度依存性を示したも
のである。
In FIG. 3, curve A shows the temperature dependence of the dielectric constant and dielectric loss of the capacitor of Example 1, curve B of Example 2, curve C of Example 3, and curve D of Comparative Example 1. Things.

第3図に示した結果より明らかなように、本発明の実
施例のコンデンサは、誘電率および誘電損失の温度依存
性において、極めて良好な特性を示している。
As is clear from the results shown in FIG. 3, the capacitor according to the embodiment of the present invention shows extremely good characteristics in the temperature dependence of the dielectric constant and the dielectric loss.

なお、蒸着重合法にて形成することが可能な材料とし
ては、ポリイミド、ポリアミド、ポリ尿素などがある
が、付加重合であることから、重合による副生成物が生
ぜず、後処理が不要で、しかも耐熱性に優れた特性を有
する芳香族ポリ尿素が最も好ましい。
Materials that can be formed by the vapor deposition polymerization method include polyimide, polyamide, and polyurea.However, since addition polymerization is performed, no by-product is generated by polymerization, and post-treatment is unnecessary. Moreover, aromatic polyureas having excellent heat resistance are most preferred.

発明の効果 以上のように、本発明によれば誘電体の大幅な薄膜化
が可能となり、これによりコンデンサの小形、軽量、低
コスト化を図ることができるとともに、コンデンサの大
幅な小形化をも実現することが可能となり、その産業性
は極めて大なるものである。
Effect of the Invention As described above, according to the present invention, the dielectric material can be made significantly thinner, which can reduce the size, weight, and cost of the capacitor, and can greatly reduce the size of the capacitor. It can be realized, and its industrial potential is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるコンデンサの構成を
示した断面図、第2図は、同実施例のコンデンサにおけ
る誘電体の膜厚と耐電圧との関係を示した特性図、第3
図(a),(b)は、同実施例のコンデンサの誘電率お
よび誘電損失の温度依存性を示した特性図である。 1……絶縁基板、2、……内部電極層、3……誘電体
層、4……保護膜層、5……外部電極層。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a capacitor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the dielectric film thickness and the withstand voltage in the capacitor of the embodiment, and FIG.
FIGS. 7A and 7B are characteristic diagrams showing the temperature dependence of the dielectric constant and the dielectric loss of the capacitor of the embodiment. 1 ... insulating substrate, 2 ... internal electrode layer, 3 ... dielectric layer, 4 ... protective film layer, 5 ... external electrode layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 正行 茨城県稲敷郡阿見町荒川沖1657番地31号 (56)参考文献 特開 昭63−137408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01G 4/00 - 4/40────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Masayuki Iijima 1657-31 Arakawa-oki, Ami-machi, Inashiki-gun, Ibaraki Prefecture (56) References JP-A-63-137408 (JP, A) Cl. 6 , DB name) H01G 4/00-4/40

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ベンゼン環を骨格とする2種のモノマーの
うち、いずれか一方または両方とも弗化またはフルオロ
アルキル化されたモノマーを用いて蒸着重合法で形成さ
れた薄膜を誘電体とし、上記薄膜誘電体と内部電極とを
交互に積層してなることを特徴とするコンデンサ。
A thin film formed by a vapor deposition polymerization method using one or both of fluorinated or fluoroalkylated monomers among two kinds of monomers having a benzene ring as a skeleton is used as a dielectric, A capacitor characterized in that thin film dielectrics and internal electrodes are alternately laminated.
【請求項2】蒸着重合法で形成された薄膜が、弗化また
はフルオロアルキル化された芳香族ポリ尿素である特許
請求の範囲第1項記載のコンデンサ。
2. The capacitor according to claim 1, wherein the thin film formed by vapor deposition polymerization is a fluorinated or fluoroalkylated aromatic polyurea.
【請求項3】蒸着重合法で形成された薄膜が、弗化また
はフルオロアルキル化された芳香族ポリアミドである特
許請求の範囲第1項記載のコンデンサ。
3. The capacitor according to claim 1, wherein the thin film formed by vapor deposition polymerization is a fluorinated or fluoroalkylated aromatic polyamide.
【請求項4】蒸着重合法で形成された薄膜が、弗化また
はフルオロアルキル化された芳香族ポリイミドである特
許請求の範囲第1項記載のコンデンサ。
4. The capacitor according to claim 1, wherein the thin film formed by vapor deposition polymerization is a fluorinated or fluoroalkylated aromatic polyimide.
【請求項5】ベンゼン環を骨格とする2種のモノマーの
うちの一方のモノマーが芳香族ジアミンであり、他方の
モノマーが芳香族ジイソシアネートである特許請求の範
囲第1項記載のコンデンサ。
5. The capacitor according to claim 1, wherein one of the two monomers having a benzene ring as a skeleton is an aromatic diamine and the other monomer is an aromatic diisocyanate.
【請求項6】ベンゼン環を骨格とする2種のモノマーの
うちの一方のモノマーが芳香族ジアミンであり、他方の
モノマーが芳香族ジカルボン酸クロライドである特許請
求の範囲第1項記載のコンデンサ。
6. The capacitor according to claim 1, wherein one of the two monomers having a benzene ring as a skeleton is an aromatic diamine and the other monomer is an aromatic dicarboxylic acid chloride.
【請求項7】ベンゼン環を骨格とする2種のモノマーの
うちの一方のモノマーが芳香族ジアミンであり、他方の
モノマーが芳香族テトラカルボン酸無水物である特許請
求の範囲第1項記載のコンデンサ。
7. The method according to claim 1, wherein one of the two monomers having a benzene ring as a skeleton is an aromatic diamine and the other monomer is an aromatic tetracarboxylic anhydride. Capacitors.
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