JP4680332B2

JP4680332B2 - チップコンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP4680332B2
Application number: JP04889698A
Authority: JP
Inventors: 紘二東; 一郎石山; 一郎流; 盛勝山崎
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: JPH11233375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機能性結晶膜である強誘電体膜を回路基板に一体に形成したチップコンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チップコンデンサは図３に示すように絶縁性のセラミックス等の基板１０の表面に、所定の下部電極１２を形成し、次にチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）等からなる強誘電体膜１６を形成していた。
【０００３】
この強誘電体膜１６の形成方法は、これらの強誘電体のセラミック粉体としてバインダ中に設けてスクリーン印刷する方法や、これら強誘電体の中間体酸化物のゾルをゲル化させて薄膜を形成するゾル−ゲル法があった。さらに、これらの強誘電体の薄膜を形成する方法として、これらの強誘電体を真空中で基板上に積層するスパッタリングや真空蒸着等もあった。そして、この強誘電体膜１６の表面側には、所定の部位で下部電極１２と接続した上部電極１４が、印刷等により形成され、さらにオーバーコート２０が施されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、近年電子機器の高度化や多機能化、小型化に伴い、より小形、薄形で高性能の強誘電体膜が要求されているが、これらの要求に十分に対応できるチップコンデンサが得られず、コンデンサとしての性能が劣るものであった。またその厚さも、セラミックチップコンデンサの場合、０．３５ｍｍ程度の厚さを必要としていた。
【０００５】
また、強誘電体膜１６を形成する際、上記スパッタリング等により形成した薄膜の場合、形成した薄膜の結晶成長を促し、高誘電率化をもたらすために４００℃〜６００℃の高温での加熱処理工程があり、この工程により形成した薄膜が剥離したり、亀裂が生じたり、あるいは基板と反応するという問題があった。
【０００６】
さらに、強誘電体膜１６を複数積層すると、加熱処理を行う工程の回数が増えるため、上記問題点がさらに繰り返される上、製造工程が複雑になるため生産効率も悪く、製造コストも高くなった。
【０００７】
そこでこの発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電体膜を簡単な構成で比較的低温で積層することができ、品質も良好なチップコンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のチップコンデンサは、絶縁性の基板の表面に所定の下部電極が形成され、この下部電極の表面にチタン膜が設けられ、さらにこのチタン膜の表面に電気化学的に形成された結晶性の強誘電体膜を備え、この強誘電体膜を挟んで上記下部電極と対向した上部電極が設けられている。上記下部電極と上部電極は各々上記基板の各端部に設けられた導電性樹脂等による端部電極に各々接続されている。ここでいうチタン膜は純チタン、チタン合金、またはチタン化合物を含むものである。
【０００９】
またこの発明のチップコンデンサは、上記チップコンデンサの上部電極の表面に絶縁性の樹脂層を設け、この樹脂層にチタン膜を積層し、このチタン膜に電気化学的に形成された結晶性の強誘電体膜を設け、その表面に上記強誘電体膜を挟んで上記チタン膜と対向した上部電極を形成したものである。上記チタン膜は、上記下部電極と接続し、上記各上部電極は各々互いに接続し炊いている。さらに絶縁性の樹脂層を介して上記チタン膜、結晶性の強誘電体膜、及び上部電極が複数回繰り返し積層されているものである。これらのチップコンデンサに設けた強誘電体膜は、ＰＺＴ又はＳＴＯの結晶で、上記基板は絶縁性の樹脂フイルムである。
【００１０】
この発明のチップコンデンサの製造方法は、絶縁性フイルムの基板の表面に銅箔やアルミニウム箔からなる下部電極を形成し、この下部電極の表面の所定の部位に、ペースト状にした純チタン粉末や酸化チタン粉末、又はチタン合金粉末のチタンペーストを印刷し、上記基板に影響を与えない温度で焼成してチタン膜を形成し、このチタン膜が形成された上記基板を、所望の強誘電体を形成する元素による有機金属を含有したアルカリ溶液中に浸漬し、１００℃〜２００℃の温度で、１気圧以上飽和蒸気圧以下の圧力下で種結晶膜を形成し、この後、上記種結晶膜が形成された上記基板を、上記強誘電体を形成する元素による有機金属を含有したアルカリ溶液中に浸漬し、１００℃〜２００℃の温度で、１気圧以上飽和蒸気圧以下の圧力下で、水熱合成反応を起こし、上記チタン膜表面に結晶性の強誘電体膜を形成し、この後、上記強誘電体膜を介して導電性ペーストを印刷して、上記下部電極と対向する上部電極を形成するものである。
【００１１】
また電極を複数層に形成する場合は、上記上部電極の表面に絶縁性樹脂層を形成し、この絶縁性樹脂層の表面にチタンペーストを印刷し、上記下部電極と接続したチタン膜を形成するとともに、上記と同様の手順で強誘電体膜を形成し、この強誘電体膜を介して上記チタンペーストのチタン膜と対向し上記上部電極と接続する他の上部電極を形成する。そして、この手順を繰り返すことにより複数層に積層された薄型コンデンサを形成することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第一実施形態のチップコンデンサ８を示している。矩形の絶縁性基板１０の表面に、銅箔やアルミニウム箔からなる下部電極１２が形成されている。基板１０はポリイミド、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、テフロン等の有機ポリマーのフイルムからなり、用途に合わせて適宜選択可能である。さらに、ガラスエポキシやフェノール樹脂基板を用いることもできる。
【００１３】
下部電極１２の表面には、所定の形状のチタン膜１４が形成されている。このチタン膜１４は、純チタンの膜の他、酸化チタン等のチタン化合物やチタン合金を含むものである。さらにこのチタン膜１４の表面には、結晶性の強誘電体膜１６が形成され、この強誘電体膜１６に積層され、基板１０の一端部に達した上部電極１８が形成されている。上部電極１８は、下部電極１２及びチタン膜１４と絶縁するように、上部電極の形成個所で下部電極１２及びチタン膜１４が露出した個所には、絶縁性樹脂２６が被覆されている。さらに上部電極１８の表面には、絶縁性樹脂のオーバーコート２０が施されている。強誘電体膜１６は、チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと称す）、またはチタン酸ストロンチウム（以下ＳＴＯと称す）の結晶である。
【００１４】
基板１０の下部電極１２の端部が露出した側縁部及び上部電極１８の端部が位置した側縁部には、各々導電性樹脂２２が塗布された一対の端部電極２４形成されている。端部電極２４は、基板１０の端面及びその両側の表面及び裏面の一部にかかるように形成され、図示しない回路基板への表面実装を可能にしている。
【００１５】
この実施形態のチップコンデンサ８の厚さは、例えば基板１０が０．０５０ｍｍ、各層の厚みは、銅箔の下部電極１２が０．０１８ｍｍ、チタン膜１４は０．０００３ｍｍ、ＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６は０．００６ｍｍ、上部電極１８は０．００２０ｍｍ、オーバーコート２０は０．００３０ｍｍである。全体としてこのチップコンデンサ８の厚みは０．１２４ｍｍとなる。これは上記従来のチップコンデンサの厚み０．３５ｍｍと比べ大幅に薄い。
【００１６】
次にこの実施形態のチップコンデンサ８の製造方法について以下に説明する。この実施形態のチップコンデンサ８の製造方法は、まず絶縁性フイルムの大型の基板１０の表面に銅箔やアルミニウム箔を貼り付け、図示しないレジストを塗布し、所定のパターンを貼り付ける。次に露光、感光し、レジストを所定パターンに対応した形状にした後、エッチング処理し、所望のパターンの下部電極１２を形成する。
【００１７】
次に基板１０表面の所定の位置に、ペースト状にした純チタン粉末や酸化チタン粉末、チタン合金粉末を印刷し、基板１０に影響を与えない程度の温度で焼成しチタン膜１４を形成する。
【００１８】
この後、チタン膜１４上に、いわゆる水熱合成法により、強誘電体膜のＰＺＴ種結晶膜を形成する。水熱合成法では、先ず、種結晶膜を形成するため、最初にＰｂ（ＯＲ）₂、Ｚｒ（ＯＲ）₄、Ｔｉ（ＯＲ）₄を含む強アルカリ溶液に、下部電極１２が露出した絶縁性基板１０を浸し、２００℃以下、２〜３気圧程度に設定されたオートクレーブに、溶液とともに入れる。これによりチタン膜１４のチタンと密着性の強いＰＺＴ種結晶膜を形成する。
【００１９】
ここで強アルカリ溶液のＲは、Ｐｂ（Ｏ₂Ｃ₁₁Ｈ₁₉）₂＝（Ｐｂ（ＤＰＭ）₂）、Ｐｂ（Ｃ₂Ｈ₅）₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₃ＰｂＯＣＨ₂Ｃ（ＣＨ₃）₃、Ｚｒ（ＤＰＭ）₂、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ₄Ｈ₉）₄、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄、Ｔｉ（ＤＰＭ）₂、Ｓｒ（ＯＣ₂Ｈ₄₀ＣＨ₃）₂等の有機金属の有機部組成を示し、適宜選択して用いる。
【００２０】
次に、ＰＺＴ結晶膜が所定の厚みを有するように、Ｐｂ（ＯＲ）₂、Ｚｒ（ＯＲ）₄、Ｔｉ（ＯＲ）等を含む強アルカリ溶液に絶縁性基板１２を浸し、２００℃以下、２〜３気圧程度に設定されたオートクレーブに入れ、水熱合成反応を起こし、ＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６を形成する。
【００２１】
そして、アルカリ溶液から絶縁性基板１０を取り出し、中和処理を施した後、絶縁性基板１０の表面に付着した中和処理液等を洗浄除去し、乾燥させる。またＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６の周縁部にショート防止用の絶縁性樹脂２６を印刷し焼き付ける。
【００２２】
次にＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６に積層する上部電極１８を形成する。上部電極１８は、銀・パラジウム、ニッケル、銅等の導電性ペーストを、印刷により設ける。そして、これらの表面に樹脂のオーバーコート２０を印刷し焼き付け、チップコンデンサ８を形成する。
【００２３】
大型の基板１０上にこれらを積層した後、下部電極１２と上部電極１８の端部が各々両端に位置するように、所定の幅で大型の基板１０を切断し、短冊状にする。そして、基板１０の下部電極１２の端部が露出した側縁部及び上部電極１８の端部が位置した側縁部に各々導電性樹脂２２を塗布し硬化させ、一対の端部電極２４を形成する。この後、個々のチップコンデンサ８となるように、短冊状の基板１０を切断する。
【００２４】
なお、この水熱合成法では、ＰＺＴ結晶膜以外にも、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）結晶膜を強誘電体膜１６として形成することができる。この場合も上記と同様に、絶縁性基板１０に下部電極１２、チタン膜１４を形成した後、ＰＺＴ結晶膜と同様に水熱合成法でＳＴＯ結晶膜を形成する。
【００２５】
この場合、先ずＳｒ（ＯＲ）₂等を含む強アルカリ溶液に、下部電極１２、チタン膜１６を有する絶縁性基板１０を浸し、２００℃以下、２〜３気圧程度に設定されたオートクレーブに溶液とともに入れる。ここで強アルカリ溶液のＲは、ＰＺＴ結晶膜形成のときに使用した強アルカリ溶液に含まれる化合物のＲと同じものである。これにより、これによりチタン膜１４のチタンと密着性の強いＳＴＯ種結晶膜を形成する。
【００２６】
次に、ＳＴＯ結晶膜が所定の厚みを有するように、Ｓｒ（ＯＲ）₂、Ｔｉ（ＯＲ）₄等を含む強アルカリ溶液に絶縁性基板１０を浸し、２００℃以下、２〜３気圧程度に設定されたオートクレーブに入れ、水熱合成反応を起こし、ＳＴＯ結晶膜を形成する。
【００２７】
この実施形態のチップコンデンサ８は、ＰＺＴ結晶膜やＳＴＯ結晶膜などの強誘電体膜１６が、それ自体分極しているため、絶縁油中での分極処理が必要なく、またチタン膜１４上であればどのような形状の基板１０にでも形成することができ、小型薄型のチップコンデンサを低コストで設けることができる。また、強誘電体膜１６の表面には微視的に凹凸があるが、内部は空隙が少なく緻密であることから、製造中の破損等が少ない。さらに、大面積化が容易で、膜厚も適宜の厚さに設定することができ、形成する基板１０の種類も選ばない。
【００２８】
なおこの発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、使用する各部材の材料、製造方法等は適宜変更することができる。
【００２９】
次にこの発明の第二実施形態について図２に基づいて説明する。ここで上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
この実施形態のチップコンデンサ２８は、矩形の絶縁性基板１０の表面に下部電極１２、チタン膜１４及びＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６が形成され、このＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６に積層された上部電極３０が形成されている。上部電極３０は、下部電極１２が延びた端部とは反対側の基板１０の一端部に達している。
【００３１】
さらにこの上部電極３０の表面に絶縁性のレジスト３２が塗布され、絶縁した後、上記と同様に、チタン膜１４が形成され、さらにＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６がチタン膜１４に積層されている。そして、このチタン膜１４の表面に、上記と同様に、ＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６が形成され、その上に上部電極３０所定の部位と接続した最上部の上部電極３８が形成されている。ここで上部電極３０及び上部電極３８は、第一実施形態の上部電極１８と同様の材料からなり、互いに一端部で接続している。また、各チタン膜１４は各々下部電極１２または下層のチタン膜１４に接続している。
【００３２】
この実施形態のチップコンデンサ２８の製造方法は、上記実施形態と同様に絶縁性のフイルム状の大型の基板１０の表面に、上記実施形態と同様の方法で下部電極１２、チタン膜１４、ＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６を形成し、このＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６に、上部電極３０を上記実施形態と同様に、印刷等により積層させて形成する。
【００３３】
次に上部電極３０の表面に、一端部のみ除いた全面にレジスト３２を印刷し焼き付けた後、上記と同様にチタン膜１４を形成し、さらにＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６を上記実施形態と同様に積層する。このチタン膜１４の一端部は、下部電極１２または下層のチタン膜１４と接続させる。そして、ＰＺＴ結晶の強誘電体膜１６の上面に上部電極３０の所定の端部と接続するように最上部の上部電極３８を印刷等により設ける。上部電極３８の表面には、樹脂のオーバーコート２０を印刷し焼き付ける。
【００３４】
この後、上記実施形態と同様に、この大型の基板１０を所定の大きさとなるように短冊状に切断し、基板１０の側面及び基板１０上に積層された下部電極１２と上部電極３０等の各側縁部に接続するように導電性樹脂２２を塗布し、端部電極２４を形成する。この後、個々のチップコンデンサ２８となるように、短冊状の基板１０を切断する。
【００３５】
この実施形態のチップコンデンサ２８によれば、多層に渡ってコンデンサを形成する場合も、各工程で高温にさらすことなく、確実に各電極１２，３０及び強誘電体膜１６を形成することができ、大容量で薄型のチップコンデンサを効率よく製造することができる。
【００３６】
この実施形態の場合もＰＺＴ結晶膜をＳＴＯ結晶膜に換えてチップコンデンサを形成することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
この発明のチップコンデンサは、基板表面のチタン膜に強誘電体膜を比較的低温で一体に形成することが可能であることから、様々な絶縁性基板の表面に直接コンデンサを形成することができる。しかも、チタン膜は印刷や塗布等により、低温で簡単に形成することができるため、製造が簡単で設備投資もすくないことから、製造コストが低下し、安価で高品質のチップコンデンサを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態のチップコンデンサの縦断面図である。
【図２】この発明の第二実施形態のチップコンデンサの縦断面図である。
【図３】従来のチップコンデンサの縦断面図である。
【符号の説明】
８，２８
チップコンデンサ
１０基板
１２下部電極
１４チタン膜
１６強誘電体膜
１８，３０
上部電極
２０オーバーコート
２２導電性樹脂
２４端部電極

Claims

絶縁性フイルムの基板の表面に銅箔やアルミニウム箔からなる下部電極を形成し、この下部電極の表面の所定の部位に、ペースト状にした純チタン粉末や酸化チタン粉末、又はチタン合金粉末のチタンペーストを印刷し、上記基板に影響を与えない温度で焼成してチタン膜を形成し、このチタン膜が形成された上記基板を、所望の強誘電体を形成する元素による有機金属を含有したアルカリ溶液中に浸漬し、１００℃〜２００℃の温度で、１気圧以上飽和蒸気圧以下の圧力下で種結晶膜を形成し、この後、上記種結晶膜が形成された上記基板を、上記強誘電体を形成する元素による有機金属を含有したアルカリ溶液中に浸漬し、１００℃〜２００℃の温度で、１気圧以上飽和蒸気圧以下の圧力下で、水熱合成反応を起こし、上記チタン膜表面に結晶性の強誘電体膜を形成し、この後、上記強誘電体膜を介して導電性ペーストを印刷して、上記下部電極と対向する上部電極を形成するチップコンデンサの製造方法。
上記上部電極の表面に絶縁性樹脂層を形成し、この絶縁性樹脂層の表面にチタンペーストを印刷し、上記下部電極と接続したチタン膜を形成するとともに、このチタン膜上に上記と同様の方法により強誘電体膜を形成し、この強誘電体膜を介して上記チタンペーストのチタン膜と対向し上記上部電極と接続する他の上部電極を形成し、この手順を繰り返す請求項１記載のチップコンデンサの製造方法。