JP3470830B2 - 積層コンデンサの製造方法 - Google Patents
積層コンデンサの製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
-
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、積層コンデンサの製造
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化にともない、単位容積
あたりに収納される電子部品数が増大してきている。そ
して、トランジスタやダイオードのような界面の物理現
象に係わる素子は、集積回路技術の進歩により極めて小
型化されている。ところが、コンデンサはその静電容量
が電極面積に比例する特性を有するため、大きな静電容
量と小型化を同時に実現することは容易ではない。しか
しながら、大きな静電容量と小型化を図ったコンデンサ
として、積層セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、
電気２重層コンデンサ、薄膜コンデンサ等が実用化され
ている。
あたりに収納される電子部品数が増大してきている。そ
して、トランジスタやダイオードのような界面の物理現
象に係わる素子は、集積回路技術の進歩により極めて小
型化されている。ところが、コンデンサはその静電容量
が電極面積に比例する特性を有するため、大きな静電容
量と小型化を同時に実現することは容易ではない。しか
しながら、大きな静電容量と小型化を図ったコンデンサ
として、積層セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、
電気２重層コンデンサ、薄膜コンデンサ等が実用化され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】積層セラミックコンデ
ンサは、ＢａＴｉＯ3 で代表されるペロブスカイト型複
合酸化物等の高誘電率材料の粉末原料を、有機バインダ
ー等でスラリー化してシート状に成形した後、内部電極
を形成して積層し、その後焼結させたものである。即
ち、高誘電率材料の使用と積層化による電極面積の増大
により、高静電容量化を図ったものである。しかしなが
ら、高誘電率の粉末原料は一般に千数百℃以上の高温で
焼結させる必要があるため、内部電極に銀やパラジウム
等の高価な貴金属を使用する必要があることや多大のエ
ネルギーを必要とすることからコスト高となり、その製
造工程も複雑である。また、その誘電体の厚さは約１０
μｍ程度あり、更なる薄膜化には限界がある。
ンサは、ＢａＴｉＯ3 で代表されるペロブスカイト型複
合酸化物等の高誘電率材料の粉末原料を、有機バインダ
ー等でスラリー化してシート状に成形した後、内部電極
を形成して積層し、その後焼結させたものである。即
ち、高誘電率材料の使用と積層化による電極面積の増大
により、高静電容量化を図ったものである。しかしなが
ら、高誘電率の粉末原料は一般に千数百℃以上の高温で
焼結させる必要があるため、内部電極に銀やパラジウム
等の高価な貴金属を使用する必要があることや多大のエ
ネルギーを必要とすることからコスト高となり、その製
造工程も複雑である。また、その誘電体の厚さは約１０
μｍ程度あり、更なる薄膜化には限界がある。
【０００４】電解コンデンサと電気２重層コンデンサ
は、共に凹凸により電極の表面積を極力大きくすること
を図ったものであるが、それぞれ次のような欠点があ
る。
は、共に凹凸により電極の表面積を極力大きくすること
を図ったものであるが、それぞれ次のような欠点があ
る。
【０００５】即ち、アルミ電解コンデンサやタンタル電
解コンデンサ等の電解コンデンサは、電極金属であるア
ルミニウムやタンタルの陽極酸化膜を誘電体として使用
しているという構造上、誘電体材料の選択の余地がない
ため、多様なコンデンサ特性の要求に対応できない。ま
た、それらの酸化物の比誘電率は高々数十程度であり、
セラミックコンデンサに使用されているＢａＴｉＯ3 な
どの高誘電率材料の数千という値と比べると著しく低い
ため、電極面積が大きい割に容量は大きくならない。ま
た、得られるコンデンサは有極性となる。
解コンデンサ等の電解コンデンサは、電極金属であるア
ルミニウムやタンタルの陽極酸化膜を誘電体として使用
しているという構造上、誘電体材料の選択の余地がない
ため、多様なコンデンサ特性の要求に対応できない。ま
た、それらの酸化物の比誘電率は高々数十程度であり、
セラミックコンデンサに使用されているＢａＴｉＯ3 な
どの高誘電率材料の数千という値と比べると著しく低い
ため、電極面積が大きい割に容量は大きくならない。ま
た、得られるコンデンサは有極性となる。
【０００６】一方、電気２重層コンデンサは、静電容量
／体積比を大きくとれるものの、電解液を含むため衝撃
に弱く、しかも使用電圧が低い。
／体積比を大きくとれるものの、電解液を含むため衝撃
に弱く、しかも使用電圧が低い。
【０００７】薄膜コンデンサは、電極および誘電体の厚
さを極力薄くすることを図ったものであり、その膜厚は
数百ｎｍ以下にするのが一般的である。誘電体の薄膜化
は、単に誘電体の占める体積を低減するだけではなく、
同じ電極面積であれば静電容量を大きくする効果があ
る。薄膜コンデンサにはＴａ2 Ｏ3 などの酸化物薄膜を
蒸着やスパッタリングなどの気相法により薄膜化したも
のがあるが、これらの誘電率は高々数十であり、大容量
の実現には不十分である。
さを極力薄くすることを図ったものであり、その膜厚は
数百ｎｍ以下にするのが一般的である。誘電体の薄膜化
は、単に誘電体の占める体積を低減するだけではなく、
同じ電極面積であれば静電容量を大きくする効果があ
る。薄膜コンデンサにはＴａ2 Ｏ3 などの酸化物薄膜を
蒸着やスパッタリングなどの気相法により薄膜化したも
のがあるが、これらの誘電率は高々数十であり、大容量
の実現には不十分である。
【０００８】一方、ＢａＴｉＯ3 などの高誘電率材料を
同様の気相法で薄膜化しようとする試みもある。薄膜化
した場合は強誘電性が十分にあらわれないため、その比
誘電率はセラミックコンデンサで使用している膜厚での
数千という値に比べると小さいが、Ｔａ2 Ｏ3 などの酸
化物薄膜よりは高い数百の比誘電率が達成されている。
しかし、セラミックコンデンサがその長所としている積
層化の技術や、電解コンデンサや電気２重層コンデンサ
がその長所としている大表面積の膜形成技術がないこと
から電極面積の増大は望めず、薄膜化だけでの大容量コ
ンデンサの実現には至っていない。
同様の気相法で薄膜化しようとする試みもある。薄膜化
した場合は強誘電性が十分にあらわれないため、その比
誘電率はセラミックコンデンサで使用している膜厚での
数千という値に比べると小さいが、Ｔａ2 Ｏ3 などの酸
化物薄膜よりは高い数百の比誘電率が達成されている。
しかし、セラミックコンデンサがその長所としている積
層化の技術や、電解コンデンサや電気２重層コンデンサ
がその長所としている大表面積の膜形成技術がないこと
から電極面積の増大は望めず、薄膜化だけでの大容量コ
ンデンサの実現には至っていない。
【０００９】以上より明らかなように、小型かつ軽量に
して大きな静電容量を有するコンデンサを低コストで実
現するには、電解コンデンサには望めないような高誘電
率材料の使用が可能であること、その誘電体材料を薄膜
コンデンサなみに薄膜化することが可能であること、か
つ、その薄膜化した誘電体材料を使用して積層セラミッ
クコンデンサのような積層化による電極面積の増大が可
能であること、という３つの課題を解決する必要があ
る。
して大きな静電容量を有するコンデンサを低コストで実
現するには、電解コンデンサには望めないような高誘電
率材料の使用が可能であること、その誘電体材料を薄膜
コンデンサなみに薄膜化することが可能であること、か
つ、その薄膜化した誘電体材料を使用して積層セラミッ
クコンデンサのような積層化による電極面積の増大が可
能であること、という３つの課題を解決する必要があ
る。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
した安価な、小型・大容量の積層コンデンサの製造方法
を提供することにある。
した安価な、小型・大容量の積層コンデンサの製造方法
を提供することにある。
【００１１】
【００１２】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め 、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、
熱可塑性高分子膜の片面に第１の内部電極としての金属
膜を形成し、該金属膜の上に無機質の誘電体膜を形成
し、該誘電体膜の上に第２の内部電極としての金属膜を
形成して積層体とし、該積層体を複数積み重ね、熱可塑
性高分子膜にて積層体を互いに熱圧着し、その後該金属
膜が露出した端部に外部電極を形成することを特徴とす
る。そして、熱可塑性高分子膜としては、３フッ化塩化
エチレンが好ましい。
め 、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、
熱可塑性高分子膜の片面に第１の内部電極としての金属
膜を形成し、該金属膜の上に無機質の誘電体膜を形成
し、該誘電体膜の上に第２の内部電極としての金属膜を
形成して積層体とし、該積層体を複数積み重ね、熱可塑
性高分子膜にて積層体を互いに熱圧着し、その後該金属
膜が露出した端部に外部電極を形成することを特徴とす
る。そして、熱可塑性高分子膜としては、３フッ化塩化
エチレンが好ましい。
【００１３】
【作用】本発明の積層コンデンサは、熱可塑性高分子膜
の片面に内部電極としての金属膜に挟まれた無機質の誘
電体膜を形成した積層体を、複数積み重ねて熱圧着した
ものである。
の片面に内部電極としての金属膜に挟まれた無機質の誘
電体膜を形成した積層体を、複数積み重ねて熱圧着した
ものである。
【００１４】このため、誘電体膜として薄膜の高誘電率
材料を、電極として薄膜の金属を使用することがでる。
また、従来の積層セラミックコンデンサのように高温で
焼成することなく、積み重ね熱圧着することにより容易
に電極面積を増大させることができる。
材料を、電極として薄膜の金属を使用することがでる。
また、従来の積層セラミックコンデンサのように高温で
焼成することなく、積み重ね熱圧着することにより容易
に電極面積を増大させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の薄膜コンデンサの実施例を図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の積層コンデン
サの一例を示す断面図である。同図において、１は熱可
塑性高分子膜、２は第１の内部電極としての金属膜、３
は無機質の誘電体膜、４は第２の内部電極としての金属
膜、５は外部電極である。また、図２（ａ）および図２
（ｂ）は、本発明の積層コンデンサの製造過程を示す積
層体の断面図である。同図において、各部分は図１と同
様であるので同一番号を付して、説明は省略する。
面に基づいて説明する。図１は、本発明の積層コンデン
サの一例を示す断面図である。同図において、１は熱可
塑性高分子膜、２は第１の内部電極としての金属膜、３
は無機質の誘電体膜、４は第２の内部電極としての金属
膜、５は外部電極である。また、図２（ａ）および図２
（ｂ）は、本発明の積層コンデンサの製造過程を示す積
層体の断面図である。同図において、各部分は図１と同
様であるので同一番号を付して、説明は省略する。
【００１６】（実施例１）まず、３フッ化塩化エチレン
樹脂（以下、ＰＣＴＦＥと称す）フィルムからなる長さ
３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ５００μｍの熱可塑性高分
子膜１を準備した。そして、その上にＰｔをターゲット
とした公知の高周波スパッタ装置を用いて、長さ２．８
ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５μｍのＰｔ薄膜からなる
第１の内部電極としての金属膜２を形成した。一方、Ｂ
ａＣＯ3 −ＴｉＯ2 混合粉末を９００℃で仮焼してＢａ
ＴｉＯ3 粉末を合成しておいた。次に、これを円板状に
成形したターゲットを用い、公知の高周波スパッタ装置
で、金属膜２を形成したＰＣＴＦＥフィルム上に厚さ
０．５μｍのＢａＴｉＯ3 薄膜からなる無機質の誘電体
膜３を２００℃の成膜温度で形成した。その後、この誘
電体膜３の上にＰｔ薄膜からなる厚さ０．５μｍの第２
の内部電極としての金属膜４を金属膜２と同様に形成
し、図２（ａ）に示す熱可塑性高分子膜１／金属膜２／
誘電体膜３／金属膜４の４層膜からなる積層体を作製し
た。
樹脂（以下、ＰＣＴＦＥと称す）フィルムからなる長さ
３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ５００μｍの熱可塑性高分
子膜１を準備した。そして、その上にＰｔをターゲット
とした公知の高周波スパッタ装置を用いて、長さ２．８
ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５μｍのＰｔ薄膜からなる
第１の内部電極としての金属膜２を形成した。一方、Ｂ
ａＣＯ3 −ＴｉＯ2 混合粉末を９００℃で仮焼してＢａ
ＴｉＯ3 粉末を合成しておいた。次に、これを円板状に
成形したターゲットを用い、公知の高周波スパッタ装置
で、金属膜２を形成したＰＣＴＦＥフィルム上に厚さ
０．５μｍのＢａＴｉＯ3 薄膜からなる無機質の誘電体
膜３を２００℃の成膜温度で形成した。その後、この誘
電体膜３の上にＰｔ薄膜からなる厚さ０．５μｍの第２
の内部電極としての金属膜４を金属膜２と同様に形成
し、図２（ａ）に示す熱可塑性高分子膜１／金属膜２／
誘電体膜３／金属膜４の４層膜からなる積層体を作製し
た。
【００１７】次に、このように作製した厚さ約５００μ
ｍの積層体を金型内に３枚積み重ねた上に、１枚のＰＣ
ＴＦＥフィルムをさらに積み重ね、２００℃の温度に上
げた状態で約１０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で熱圧着し、図２
（ｂ）に示す長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１．５ｍ
ｍの積層体とした。次に、この積層体を、金属膜２およ
び金属膜４が対向する一対の面に互いに露出するよう
に、長さ３．０ｍｍ、幅２．０ｍｍにカットした後、両
端面に導電性銀ペーストを塗布、乾燥して外部電極５を
形成し、図１に示すチップ状の積層コンデンサを完成さ
せた。
ｍの積層体を金型内に３枚積み重ねた上に、１枚のＰＣ
ＴＦＥフィルムをさらに積み重ね、２００℃の温度に上
げた状態で約１０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で熱圧着し、図２
（ｂ）に示す長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１．５ｍ
ｍの積層体とした。次に、この積層体を、金属膜２およ
び金属膜４が対向する一対の面に互いに露出するよう
に、長さ３．０ｍｍ、幅２．０ｍｍにカットした後、両
端面に導電性銀ペーストを塗布、乾燥して外部電極５を
形成し、図１に示すチップ状の積層コンデンサを完成さ
せた。
【００１８】次に、外部電極間の静電容量を周波数１ｋ
Ｈｚ、電圧１．０Ｖｒｍｓの条件下で測定したところ、
６７ｐＦであった。
Ｈｚ、電圧１．０Ｖｒｍｓの条件下で測定したところ、
６７ｐＦであった。
【００１９】（実施例２）実施例１と同様に、熱可塑性
高分子膜にＰＣＴＦＥを、金属膜にＰｔ薄膜を、誘電体
膜にＢａＴｉＯ3 薄膜を使用し、ＰＣＴＦＥの膜厚を２
０μｍに、４層膜からなる積層体の積み重ね枚数を５０
枚とした実施例を示す。
高分子膜にＰＣＴＦＥを、金属膜にＰｔ薄膜を、誘電体
膜にＢａＴｉＯ3 薄膜を使用し、ＰＣＴＦＥの膜厚を２
０μｍに、４層膜からなる積層体の積み重ね枚数を５０
枚とした実施例を示す。
【００２０】即ち、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２
０μｍのＰＣＴＦＥフィルムからなる熱可塑性高分子膜
上に、長さ２．８０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５μｍ
のＰｔ薄膜からなる金属膜膜を形成し、その上に厚さ
０．５μｍのＢａＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体膜および
厚さ０．５μｍのＰｔ薄膜からなる金属膜を順次形成
し、熱可塑性高分子膜１／金属膜２／誘電体膜３／金属
膜４の４層膜からなる積層体を作製した。
０μｍのＰＣＴＦＥフィルムからなる熱可塑性高分子膜
上に、長さ２．８０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５μｍ
のＰｔ薄膜からなる金属膜膜を形成し、その上に厚さ
０．５μｍのＢａＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体膜および
厚さ０．５μｍのＰｔ薄膜からなる金属膜を順次形成
し、熱可塑性高分子膜１／金属膜２／誘電体膜３／金属
膜４の４層膜からなる積層体を作製した。
【００２１】このように作製した厚さ約２０μｍの積層
体を金型内に５０枚積み重ねた上に１枚のＰＣＴＦＥフ
ィルムをさらに積み重ね、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、
厚さ１．５ｍｍの積層体とした。この積層体を、長さ
３．０ｍｍ、幅２．０ｍｍにカットした後、両端面に銀
ペーストを塗布、乾燥して外部電極を形成し、チップ状
の積層コンデンサを完成させた。
体を金型内に５０枚積み重ねた上に１枚のＰＣＴＦＥフ
ィルムをさらに積み重ね、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、
厚さ１．５ｍｍの積層体とした。この積層体を、長さ
３．０ｍｍ、幅２．０ｍｍにカットした後、両端面に銀
ペーストを塗布、乾燥して外部電極を形成し、チップ状
の積層コンデンサを完成させた。
【００２２】次に、外部電極間の静電容量を周波数１ｋ
Ｈｚ、電圧１．０Ｖｒｍｓの条件下で測定したところ、
１．１μＦであった。
Ｈｚ、電圧１．０Ｖｒｍｓの条件下で測定したところ、
１．１μＦであった。
【００２３】なお、上記の実施例においては、誘電体膜
にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 )を、金属膜に白金
（Ｐｔ）を、熱可塑性高分子膜に３フッ化塩化エチレン
樹脂（ＰＣＴＦＥ）を使用したが、本発明はこれらの材
料に限定されるものではない。即ち、たとえば、金属膜
としてタンタル（Ｔａ）を、誘電体膜としてはその陽極
酸化膜であるＴａ2 Ｏ3 を使用することができる。ま
た、誘電体膜の上下に形成される金属膜は同じ金属で形
成する必要もなく、誘電体膜形成工程との調和やコスト
の面より最良のものを選べばよい。
にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 )を、金属膜に白金
（Ｐｔ）を、熱可塑性高分子膜に３フッ化塩化エチレン
樹脂（ＰＣＴＦＥ）を使用したが、本発明はこれらの材
料に限定されるものではない。即ち、たとえば、金属膜
としてタンタル（Ｔａ）を、誘電体膜としてはその陽極
酸化膜であるＴａ2 Ｏ3 を使用することができる。ま
た、誘電体膜の上下に形成される金属膜は同じ金属で形
成する必要もなく、誘電体膜形成工程との調和やコスト
の面より最良のものを選べばよい。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
積層コンデンサの製造方法は、熱可塑性高分子膜の片面
に内部電極としての金属膜に挟まれた無機質の誘電体膜
を形成した積層体を、複数積み重ねて熱圧着したもので
ある。
積層コンデンサの製造方法は、熱可塑性高分子膜の片面
に内部電極としての金属膜に挟まれた無機質の誘電体膜
を形成した積層体を、複数積み重ねて熱圧着したもので
ある。
【００２５】このため、誘電体膜として薄膜の高誘電率
材料を、電極として薄膜の金属を使用することができ、
また、従来の積層セラミックコンデンサのように高温で
焼成することなく、積み重ね熱圧着することにより容易
に電極面積を増大させることができる。
材料を、電極として薄膜の金属を使用することができ、
また、従来の積層セラミックコンデンサのように高温で
焼成することなく、積み重ね熱圧着することにより容易
に電極面積を増大させることができる。
【００２６】したがって、本発明の方法によれば、安価
な、小型・大容量の積層コンデンサが得られる。
な、小型・大容量の積層コンデンサが得られる。
【００２７】また、薄膜の誘電体、薄膜の電極および熱
可塑性高分子膜の構成により、積層コンデンサの軽量化
を図ることができる。
可塑性高分子膜の構成により、積層コンデンサの軽量化
を図ることができる。
【図１】本発明の積層コンデンサの一例を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の積層コンデンサの製造過程を示す積層
体の断面図である。
体の断面図である。
１ 熱可塑性高分子膜
２ 第１の内部電極としての金属膜
３ 無機質の誘電体膜
４ 第２の内部電極としての金属膜
５ 外部電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−127830（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−315124（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−106912（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−243110（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−224944（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−255322（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 熱可塑性高分子膜の片面に第１の内部電
極としての金属膜を形成し、該金属膜の上に無機質の誘
電体膜を形成し、該誘電体膜の上に第２の内部電極とし
ての金属膜を形成して積層体とし、該積層体を複数積み
重ね、熱可塑性高分子膜にて積層体を互いに熱圧着し、
その後該金属膜が露出した端部に外部電極を形成するこ
とを特徴とする積層コンデンサの製造方法。 - 【請求項２】 熱可塑性高分子膜は３フッ化塩化エチレ
ンであることを特徴とする請求項１記載の積層コンデン
サの製造方法。
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| JP22990394A JP3470830B2 (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 積層コンデンサの製造方法 |
| US08/531,324 US5933318A (en) | 1994-09-26 | 1995-09-20 | Laminated capacitor and process for producing the same |
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