JP5750092B2 - コンデンサ - Google Patents

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外部導電体が積層され、ポーラス内に形成される内部電極は表面の外部導電体と裏面の外部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外部導電体との間は、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（正極又は負極）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

上述のようなポーラスコンデンサにおいては、熱応力（接続された異なる材質の間で温度差と熱膨張係数の差異で発生するもの）に対する機械的あるいは電気的特性の維持が求められる。特に、内部電極の両端部は熱応力によって誘電体から剥がれてしまうことがあり、容量値が低下する懸念があった。特に外部導電体に接続される側で内部電極の端部が誘電体から剥がれがれてしまうと、内部電極が不安定になり、さらに外部導電体との接続からも外れてしまうことがある。この場合容量値の低下はさらに大きくなる懸念があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、内部電極が剥がれにくく、容量値の変動が少ない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の面に連通する複数の貫通孔とを備える。
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、上記複数の貫通孔の一部に形成された第１の内部電極であって、第１の導電性材料からなる第１の電極部分と、上記第１の導電性材料よりヤング率が小さい第２の導電性材料からなり上記第１の電極部分と上記第１の外部電極層とを接続する第２の電極部分から構成されている。
上記第２の内部電極は、上記複数の貫通孔の他の一部に形成され、上記第２の外部電極層に接続されている。

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。 同コンデンサが備える誘電体層の斜視図である。 同コンデンサが備える誘電体層の断面図である。 同コンデンサが備える第１内部電極及び第２内部電極の模式図である。 同コンデンサが備える第１内部電極及び第２内部電極を構成する各電極部分の材料として利用できる元素と物性値を示す表である。 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。 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が備える第１内部電極及び第２内部電極の模式図である。 本発明の実施例に係るコンデンサの構造と実験結果を示す表である。 本発明の実施例及び比較例に係るコンデンサの構造と実験結果を示す表である。

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の面に連通する複数の貫通孔とを備える。
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、第１の導電性材料からなる第１の電極部分と、上記第１の導電性材料よりヤング率が小さい第２の導電性材料からなり上記第１の電極部分と上記第１の外部電極層とを接続する第２の電極部分と、から構成されていて、上記複数の貫通孔の一部に形成されている。
上記第２の内部電極は、上記複数の貫通孔の他の一部に形成され、上記第２の外部電極層に接続されている。

この構成によれば、誘電体層を介して対向する第１の内部電極と第２の内部電極が、コンデンサの対向電極として機能する。第１の内部電極は第１の外部電極層に、第２の内部電極は第２の外部電極層にそれぞれ接続され、これらを介して外部（接続端子等）と接続される。ここで、第１の内部電極において、第１の外部電極層との接続箇所に、ヤング率が小さい第２の導電性材料からなる第２の電極部分を配置することにより、第１の内部電極と誘電体層の間で生じる応力を緩衝することが可能となる。これにより、例えば熱応力によって生じる構造的な不具合（第１の内部電極と誘電体層との剥がれや第１の内部電極と第１の外部電極層との接続不良）によるコンデンサの容量値特性の低下を防止することができる。また、第１の内部電極は、ヤング率が大きい第１の電極部分を有しているため、第１の内部電極の電気抵抗率を小さいものすることが可能である。ヤング率が大きい導電性材料は一般に、小さい電気抵抗率を有するためである。即ち、本実施形態に係るコンデンサは、第１の内部電極がヤング率が大きい材料（第１の導電性材料）からなる第１の電極部分とヤング率が小さい材料（第２の導電性材料）からなる第２の電極部分から構成されていることにより、ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）のような素子特性を維持しつつ熱応力耐性を向上させることが可能である。

上記第２の内部電極は、第３の導電性材料からなる第３の電極部分と、上記第３の導電性材料よりヤング率が小さい第４の導電性材料からなり上記第３の電極部分と上記第２の外部電極層とを接続する第４の電極部分から構成されていてもよい。

この構成によれば、上述した第１の内部電極と同様に、第２の内部電極においても誘電体層との間に生じる応力を緩衝することが可能となる。即ち、第１の内部電極と第２の内部電極の両方において応力の緩衝が可能となり、コンデンサの熱応力耐性をさらに向上させることが可能である。

上記第２の導電性材料及び上記第４の導電性材料は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ及びＡｌから選択される少なくとも一つの元素を含む材料であってもよい。

これらの材料はヤング率が小さく、本実施形態に係る第２の導電性材料及び第４の導電性材料として好適である。なお、第２の導電性材料と第４の導電性材料は同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

上記第１の導電性材料及び上記第３の導電性材料は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む材料であってもよい。

これらの材料は電気抵抗率が小さく、本実施形態に係る第１の導電性材料及び第３の導電性材料として好適である。なお、第１の導電性材料と第３の導電性材料は同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

上記第２の導電性材料及び上記第４の導電性材料は、ヤング率が７０ＧＰａ以下の材料であってもよい。

第２の導電性材料と第４の導電性材料のヤング率を７０ＧＰａ以下とすることにより、十分に応力を緩衝することが可能である。なお、上述した第２の導電性材料及び第４の導電性材料として利用できる元素（Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ及びＡｌ）の純金属は、いずれもヤング率が７０ＧＰａ以下である。

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

この構成によれば、陽極酸化プロセスによって貫通孔を有する誘電体層を形成することが可能であり、上記構造のコンデンサを製造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。

アルミニウムを陽極酸化すると生じる酸化アルミニウムは、酸化の過程において自己組織化作用による貫通孔を生じる。即ち、アルミニウムを陽極酸化することによって、貫通孔を有する誘電体層を形成することが可能である。

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の斜視図であり、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１０１ａ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の斜視図であり、図４は誘電体層１０１の断面図である。これらの図に示すように、誘電体層１０１には、複数の貫通孔１０１ａ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１０１ｂとし、その反対側の面を第２の面１０１ｃとすると、貫通孔１０１ａは第１の面１０１ｂ及び第２の面１０１ｃ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１０１ｂ及び第２の面１０１ｃに連通するように形成されている。なお、図３等に示す貫通孔１０１ａ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。

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１０１ｂ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１０１ｃ上に配設されている。第２外部電極層１０３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１０３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、貫通孔１０１ａ内に形成され、第１外部電極層１０２に接続されている。また、第１内部電極１０４は、第２外部電極層１０３とは離間して形成され、第２外部電極層１０３と絶縁されている。また、第１内部電極１０４と第２外部電極層１０３の間の間隙には、絶縁体（図示せず）が充填されていてもよい。なお、図２等に示す第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は１つおきに交互に描かれているが、これらは便宜的なものであり、実際には交互に存在しなくてもよい。

図５は、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５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電極部分１０４ａと第２電極部分１０４ｂの二つの部分から構成されている。第１電極部分１０４ａと第２電極部分１０４ｂはそれぞれ異なる導電性材料からなる。

第１電極部分１０４ａは、第１内部電極１０４の第２外部電極層１０３側の部分であり、第２電極部分１０４ｂを介して第１外部電極層１０２に接続されている。第１電極部分１０４ａの長さ（誘電体層１０１の厚み方向）は、図５に示すように、第１内部電極１０４の大部分（例えば９０％程度）を占めるものが好適である。以下、第１電極部分１０４ａの構成材料を第１導電性材料とする。第１導電性材料の詳細については後述する。

第２電極部分１０４ｂは、第１内部電極１０４の第１外部電極層１０２側の部分であり、第１電極部分１０４ａを第１外部電極層１０２に接続する。第２電極部分１０４ｂの長さ（誘電体層１０１の厚み方向）は、図５に示すように、第１内部電極１０４の大部分ではなく、一部（例えば１０％程度）であるものが好適である。以下、第２電極部分１０４ｂの構成材料を第２導電性材料とする。第２導電性材料の詳細については後述する。

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、貫通孔１０１ａ内に形成され、第２外部電極層１０３に接続されている。また、第２内部電極１０５は第１外部電極層１０２とは離間して形成され、第１外部電極層１０２と絶縁されている。また、第２内部電極１０５と第１外部電極層１０２の間の間隙には、絶縁体（図示せず）が充填されていてもよい。

第２内部電極１０５は、図５に示すように、第３電極部分１０５ａと第４電極部分１０５ｂの二つの部分から構成されている。第３電極部分１０５ａと第４電極部分１０５ｂはそれぞれ異なる導電性材料からなる。

第３電極部分１０５ａは、第２内部電極１０５の第１外部電極層１０２側の部分であり、第４電極部分１０５ｂを介して第２外部電極層１０３に接続されている。第３電極部分１０５ａの長さ（誘電体層１０１の厚み方向）は、図５に示すように、第２内部電極１０５の大部分（例えば９０％程度）を占めるものが好適である。以下、第３電極部分１０５ａの構成材料を第３導電性材料とする。第３導電性材料の詳細については後述する。

第４電極部分１０５ｂは、第２内部電極１０５の第２外部電極層１０３側の部分であり、第３電極部分１０５ａを第２外部電極層１０３に続する。第４電極部分１０５ｂの長さ（誘電体層１０１の厚み方向）は、図５に示すように、第２内部電極１０５の大部分ではなく、一部（例えば１０％程度）であるものが好適である。以下、第４電極部分１０５ｂの構成材料を第４導電性材料とする。第４導電性材料の詳細については後述する。

コンデンサ１００は以上のような構成を有する。誘電体層１０１を介して第１内部電極１０４と第２内部電極１０５が対向し、コンデンサを形成する。即ち、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５は、コンデンサの対向電極（正極又は負極）として機能する。なお、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５のどちらが正極であってもよい。第１内部電極１０４は第１外部電極層１０２を介して、第２内部電極１０５は第２外部電極層１０３を介して、それぞれ外部への配線や端子等と接続される。

［内部電極の材料について］
上述のように、一形態として第１内部電極１０４は、第１導電性材料からなる第１電極部分１０４ａと第２導電性材料からなる第２電極部分１０４ｂから構成されている。また、第２内部電極１０５は、第３導電性材料からなる第３電極部分１０５ａと第４導電性材料からなる第４電極部分１０５ｂから構成されている。図６は、第１導電性材料、第２導電性材料、第３導電性材料及び第４導電性材料として利用可能な元素とその物性を示す表である。

なお、第１導電性材料と第３導電性材料は、同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。また、第２導電性材料と第４導電性材料も、同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

第１導電性材料及び第３導電性材料は、図６に示すように、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｒ（クロム）、Ｆｅ（鉄）及びＺｎ（亜鉛）のうち少なくとも一種の元素を含む材料とすることができる。具体的には、第１導電性材料及び第３導電性材料は、上記各元素の純金属又は、上記各元素のいずれか一種又は複数種を含む合金であるものとすることができる。

また、第１導電性材料及び第３導電性材料は、電気抵抗率が小さい材料が好適である。上述のように第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は、それぞれ２種類の材料で構成される。第２電極部分１０４ｂと第４電極部分１０５ｂの材質を後述の効果が得られるように決めた上で、第１電極部分１０４ａと第３電極部分１０５ａは、その長さをより長く取り、電気抵抗率のより小さい材料を使うことにより、コンデンサ１００の素子抵抗（ＥＳＲ特性）を小さくすることが可能である。このように第１導電性材料は第２導電性材料より電気抵抗が小さく、第３導電性材料は第４導電性材料より電気抵抗が小さいことが好ましい。さらに、第１導電性材料及び第３導電性材料は、後述するコンデンサ１００の製造方法において説明するが、メッキによって形成することが可能な材料が好適である。

第２導電性材料は、第１導電性材料よりヤング率（Young's modulus：縦弾性係数）が小さい材料であり、第４導電性材料は、第３導電性材料よりヤング率が小さい材料である。第２導電性材料及び第４導電性材料は、図６に示すように、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｐｂ（鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｂｉ（ビスマス）及びＡｌ（アルミニウム）のうち少なくとも一種の元素を含む材料とすることができる。具体的には、第２導電性材料及び第４導電性材料は、上記各元素の純金属又は、上記各元素のいずれか一種又は複数種を含む合金であるものとすることができる。

また、第２導電性材料及び第４導電性材料は、金属又は合金に限られず、導電性高分子であるものとすることも可能であり、特に電解重合が可能なものが好適である。この他にも、第２導電性材料及び第４導電性材料は、導電性粒子を含有する高分子材料等とすることも可能である。

さらに、第２導電性材料及び第４導電性材料は、ヤング率が７０ＧＰａ以下のものが好適である。詳細は後述するが、第２導電性材料及び第４導電性材料のヤング率を７０ＧＰａ以下とすることにより、応力を十分に緩衝させることができる。図６に示すように、上記各元素（Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ及びＡｌ）の純金属はいずれも７０ＧＰａ以下のヤング率を有する。加えて、第２導電性材料及び第４導電性材料は、後述するコンデンサ１００の製造方法において説明するが、メッキによって形成することが可能な材料が好適である。

以上のように、一形態として第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は、それぞれがヤング率が異なる二種類の材料からなるものとすることができる。ここで、ヤング率の比較は図６に示すような元素の一般的な物性値に基づいて比較を行えばよい。なぜなら、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は、貫通孔１０１ａ内に近似条件でメッキによって形成することができるが、こうした製造過程からすれば、形成された各電極部分のヤング率を比較しようとした場合、一般物性値に基づいた値を示すことは明らかだからである。

一般的なポーラスコンデンサにおいては、温度の変動によって内部電極と誘電体層の間に応力が発生したときに、両者の密着が損なわれて内部電極が剥がれてしまうことがある。内部電極の両端部は応力が集中しやすい箇所となるので部分的に剥がれやすい。さらに内部電極の両端部のうち外部電極層との接続側では前記の剥がれが原因となって外部電極層との接続部を断線させてしまうことがある。このような剥がれや断線が生じると容量値の低下が起こり、コンデンサ製品としての容量値許容差：±５％を満足できなくなるという不具合のおそれがある。

しかしながら、本実施形態に係るコンデンサ１００においては、第１電極部分１０４ａと第１外部電極層１０２が、ヤング率が小さい（即ち軟質な）第２導電性材料からなる第２電極部分１０４ｂによって接続されている。また、第３電極部分１０５ａと第２外部電極層１０３も、ヤング率が小さい第４導電性材料からなる第４電極部分１０５ｂによって接続されている。これにより、熱応力を第２電極部分１０４ｂや第４電極部分１０５ｂによって緩衝することが可能となり、上述のような不具合の発生を防止することができる（実施例参照）。

一方で、ヤング率が小さい導電性材料は、一般的に電気抵抗率が大きい。このため、内部電極をヤング率が小さい導電性材料のみからなるものとすると、コンデンサの抵抗値（ＥＳＲ特性）が大きくなり、素子特性が損なわれるおそれがある。

しかしながら、本実施形態に係るコンデンサ１００においては、ヤング率が小さい導電性材料からなる第２電極部分１０４ｂ及び第４電極部分１０５ｂはそれぞれ、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５の一部を構成するのみである。第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５の大部分は、ヤング率が大きい（電気抵抗率が小さい）第１電極部分１０４ａ及び第３電極部分１０５ａによって構成されている。これにより、ヤング率が小さい導電性材料を使用することによるＥＳＲ特性への影響が防止される。

なお第１内部電極１０４と第２内部電極１０５のいずれか一方だけをヤング率が異なる二種類の材料とする構成としても良い。このような構成はコンデンサ１００が温度変動を受けやすい方向があるとき（たとえば一方の面に半田付けするなど）に有効となる。

［コンデンサの効果］
以上のように、本実施形態においては、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５を、それぞれヤング率が異なる２種類の導電性材料からなるものとすることによって、例えば熱履歴などに対して素子容量値特性を損なうことなく、品質の高いコンデンサが実現されている。

［コンデンサの製造方法］
本実施形態に係るコンデンサ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乃至図１４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。

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、図７（ｂ）に示すように基材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、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。このピットの配置により孔Ｈの配列を制御することが可能となる。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。

陽極酸化の開始から所定時間経過後、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内に第１メッキ導体３０４を埋め込む。第１メッキ導体３０４は、上記第３導電性材料からなるものとすることができる。第１メッキ導体３０４は、第１導体層３０３をシード層として基材酸化物３０２に電解メッキを施すことによって埋め込むことが可能である。孔Ｈ１にはメッキ液が侵入しないため、孔Ｈ１内には第１メッキ導体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に連通する程度の厚さで基材酸化物３０２を除去する。

続いて、図９（ｃ）に示すように、孔Ｈ１内に第２メッキ導体３０５を埋め込み、孔Ｈ２内に第３メッキ導体３０６を埋め込む。第２メッキ導体３０５は上記第１導電性材料からなり、第３メッキ導体３０６は上記第３導電性材料からなるものとすることができる。なお、この製造工程によれば、第１導電性材料と第３導電性材料は同一の材料となるが、他の製造工程を利用して第１導電性材料と第３導電性材料を異なる材料とすることも可能である。

第２メッキ導体３０５及び第３メッキ導体３０６は、第１導体層３０３をシード層として基材酸化物に電解メッキを施すことによって埋め込むことが可能である。この際、孔Ｈ２には、先の工程によって第１メッキ導体３０４が形成されているため、第３メッキ導体３０６の先端は第２メッキ導体３０５の先端より突出する。以下、第１メッキ導体３０４と第３メッキ導体３０６とを合わせて第４メッキ導体３０７とする。

続いて、図１０（ａ）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、機械研磨等によってすることができる。この際、第４メッキ導体３０７が裏面３０２ｂに露出し、第２メッキ導体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。

続いて、図１０（ｂ）に示すように、裏面３０２ｂに導電性材料からなる第２導体層３０８を成膜する。第２導体層３０８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１０（ｃ）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１１（ａ）に示すように、第２導体層３０８をシード層として、基材酸化物３０２に電解エッチングを施す。第４メッキ導体３０７は第２導体層３０８に導通しているため、電解エッチングによりエッチングされる。これにより、孔Ｈ２において第４メッキ導体３０７が除去された空隙が形成される。一方、第２メッキ導体３０５は第２導体層３０８に導通していないため、電解エッチングによりエッチングされない。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、孔Ｈ２の空隙に絶縁体３０９を埋め込む。絶縁体３０９は、当該空隙に任意の絶縁性材料を充填することによって埋め込むことが可能である。

続いて、図１１（ｃ）に示すように、表面３０２ａ側から第２メッキ導体３０５をエッチングする。第４メッキ導体３０７は、絶縁体３０９によってエッチングが防止されている。

続いて、図１２（ａ）に示すように、孔Ｈ１内に第５メッキ導体３１０を埋め込む。第５メッキ導体３１０は、上記第２導電性材料からなるものとすることができる。第５メッキ導体３１０は、基材酸化物３０２に無電解メッキを施すことによって埋め込むことが可能である。第４メッキ導体３０７は絶縁体３０９によって被覆されているため、メッキされない。

続いて、図１２（ｂ）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成膜することが可能である。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、第２導体層３０８を除去する。第２導体層３０８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法等によってすることができる。

続いて、図１３（ａ）に示すように、孔Ｈ１の空隙に絶縁体３１２を埋め込む。絶縁体３１２は、当該空隙に任意の絶縁材料を充填することによって埋め込むことが可能である。なお、このあとに図１４のように裏面３０２ｂに導電性材料からなる第４導体層３１４をスパッタ法、真空蒸着法など任意の方法で成膜すれば、第１の内部電極だけが熱応力耐性優れたコンデンサの構成とすることができる。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、裏面３０２ｂ側から第４メッキ導体３０７をエッチングする。第２メッキ導体３０５は、絶縁体３１２によってエッチングが防止されている。

続いて、図１３（ｃ）に示すように、孔Ｈ２内に第６メッキ導体３１３を埋め込む。第６メッキ導体３１３は、上記第４導電性材料からなるものとすることができる。第６メッキ導体３１３は、基材酸化物３０２に無電解メッキを施すことによって埋め込むことが可能である。第２メッキ導体３０５は絶縁体３１２によって被覆されているため、メッキされない。

続いて、図１４に示すように、裏面３０２ｂに導電性材料からなる第４導体層３１４を成膜する。第４導体層３１４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。

以上のようにして、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３導体層３１１は第１外部電極層１０２に、第４導体層３１４は第２外部電極層１０３にそれぞれ対応する。また第２メッキ導体３０５は第１電極部分１０４ａに、第５メッキ導体３１０は第２電極部分１０４ｂにそれぞれ対応し、第４メッキ導体３０７は第３電極部分１０５ａに、第６メッキ導体３１３は第４電極部分１０５ｂにそれぞれ対応する。なお、絶縁体３０９及び絶縁体３１２は、図２及び図５においては図示されていない。

［コンデンサの変形例］
本実施形態に係るコンデンサ１００の変形例について説明する。

上述のように本実施形態に係るコンデンサ１００は、第１外部電極層１０２に接続された第１内部電極１０４と、第２外部電極層１０３に接続された第２内部電極１０５を有し、これらの内部電極はそれぞれ二つの電極部分から構成されている。

しかし、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５のいずれか一方のみが二つの電極部分から構成されていてもよい。この場合であっても、二つの電極部分から構成されている内部電極については熱応力耐性が向上する。例えば、コンデンサ１００を半田付けするときの半田付け側からの熱伝導による温度変動が大きければ半田付け側の内部電極のみを二つの電極部分から構成されるものとすることも可能である。また、複数の第１内部電極１０４の一部のみ、又は複数の第２内部電極１０５の一部のみが二つの電極部分から構成されていてもよい。

また、第１内部電極１０４と第２内部電極１０５は３つ以上の電極部分から構成されるものとすることも可能である。図１５は、この変形例に係るコンデンサ１００の、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５を示す模式図である。

同図に示すように、第１内部電極１０４は、第１電極部分１０４ａ及び第２電極部分１０４ｂに加え、第５電極部分１０４ｃを有する。第５電極部分１０４ｃは、第１電極部分１０４ａに接続されている。また、第２内部電極１０５は、第３電極部分１０５ａ及び第４電極部分１０５ｂに加え、第６電極部分１０５ｃを有する。第６電極部分１０５ｃは、第３電極部分１０５ａに接続されている。

第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃは、それぞれ第1電極部分１０４ａ及び第３電極部分１０５ａよりヤング率の低い導電性材料、即ち図６の第２導電性材料又は第４導電性材料から選択される材料とすることができる。このような構成とすれば、第１内部電極１０４の第５電極部分１０４ｃ及び第２内部電極１０５の第６電極部分１０５ｃで剥がれが発生しにくくなるため、さらに容量値の低下を防止することが出来る。

また、第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃは、それぞれ第１電極部分１０４ａ及び第３電極部分１０５ａより電気抵抗率の大きい導電性材料、例えばＰｔ（白金）やニクロム等の比較的抵抗率の大きな金属材料や電解重合が可能な導電性高分子からなるものとすることができる。このような構成とすることにより、第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５の先端で絶縁破壊が発生した場合において、第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃを過電流のパスに直列に設けられた保護抵抗として作用させることが可能となる。

上述のように第１内部電極１０４及び第２内部電極１０５は、第１外部電極層１０２又は第２外部電極層１０３との間が空隙又は絶縁体によって絶縁されている。このため、これらの内部電極の先端は電界が集中して絶縁破壊の起点となりやすく、内部電極の先端近傍の誘電体層１０１の絶縁性が素子絶縁性を支配することになる。破壊のモードが短絡であることから、絶縁破壊が生じた時には過電流が流れるため、コンデンサ１００が搭載された回路の周辺素子にダメージを与えてしまうおそれがある。

ここで、第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃを設け、それぞれ第１電極部分１０４ａ及び第３電極部分１０５ａより電気抵抗率の大きい導電性材料とすることによって、これらの電極部分（即ち、内部電極の先端部）が絶縁破壊の起点になることを防止することが可能である。また、仮に絶縁破壊が生じた場合であっても、第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃが保護抵抗として作用することにより、このような絶縁破壊による過電流を防止することが可能となる。加えて、それぞれの内部電極において第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃは部分的にのみ設けられる。これは第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃの高い電気抵抗率によってコンデンサの抵抗値（ＥＳＲ特性）が影響を受け、素子のＥＳＲ特性が低化することを防止するためである。

なお、第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃは、上述したコンデンサ１００の製造プロセスにおいて、第１内部電極１０４又は第２内部電極１０５が露出している状態で材料をメッキすることによって形成することが可能である。例えば絶縁体が形成される直前の図１１（ａ）工程の後や図１２（ｃ）工程の後に第５電極部分１０４ｃ及び第６電極部分１０５ｃを形成する事ができる。

各種コンデンサを作成し、実験により容量値の変動を確認した。図１６及び図１７は、実施例及び比較例に係るコンデンサの構造と実験結果を示す表である。

図１６及び図１７において、実施例１乃至１２に係るコンデンサは、上記実施形態において説明した構造を有する。即ち、第１内部電極が第１電極部分と第２電極部分から構成され、第２内部電極が第３電極部分と第４電極部分から構成された構造である。図１６及び図１７には第１電極部分、第２電極部分、第３電極部分及び第４電極部分それぞれの材料を示す。なお、比較例１及び２に係るコンデンサは、単一材料からなる内部電極を有する。

図１６及び図１７に示すように、実施例１乃至１２に係るコンデンサはいずれも、第２電極部分及び第４電極部分の材料のヤング率が、第１電極部分及び第３電極部分の材料のヤング率より小さい。即ち、実施例１乃至１２に係るコンデンサは、上記実施形態において示した各電極部分の材料のヤング率の大小関係を満たすものである。

実施例１乃至１２及び比較例１、２に係るコンデンサを各１０００個ずつ作成し、各コンデンサに対して半田付けを想定した熱履歴を繰り返しかけた。具体的には、各コンデンサを、２０℃→２６０℃→２０℃の熱履歴を１回として５回の熱履歴環境に曝した。各コンデンサの初期容量値を測定し、５回の熱履歴をかけたあと、それぞれ同一コンデンサの容量値を測定して容量値変動率が±５％以上となったものの数をカウントした。これを１０００個ずつ実施し、容量値変動率が±５％以の発生率を図１６及び図１７に示した。なお今回の試験で範囲外となったコンデンサはすべて−５％側に変動するものであった。

実施例１乃至１２においてはいずれも、容量変動率が−５％をこえるコンデンサはほとんど発生しなかった。一方、比較例１及び２では容量値変動率が−５％を超えるコンデンサがそれぞれ１．４％、１．２％の割合で発生した。

この結果から、比較例１及び２に係るコンデンサのように内部電極をヤング率が高い導電性材料のみからなるものとすると、熱履歴の負荷によって内部電極と誘電体層の剥がれが生じ、さらに内部電極と外部電極層との接続が損なわれて容量値変動率を大きくするといえる。一方で、実施例１乃至１２に係るコンデンサのように、内部電極と外部電極層の接合部にヤング率が小さい導電性材料を配置することによって内部電極と誘電体層の剥がれが防止され、容量値の変動が低減されるものといえる。

１００…コンデンサ
１０１…誘電体層
１０１ａ…貫通孔
１０１ｂ…第１の面
１０１ｃ…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
１０４ａ…第１電極部分
１０４ｂ…第２電極部分
１０５…第２内部電極
１０５ａ…第３電極部分
１０５ｂ…第４電極部分

Claims (5)

1. 第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、アルミニウムの陽極酸化による自己組織化によって形成され、前記第１の面と前記第２の面に連通する複数の貫通孔とを備える、酸化アルミニウムからなる誘電体層と、
   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、
   第１の導電性材料からなる第１の電極部分と、前記第１の導電性材料よりヤング率が小さい第２の導電性材料からなり前記第１の電極部分と前記第１の外部電極層とを接続する第２の電極部分と、から構成されていて、前記複数の貫通孔の一部に形成された第１の内部電極と、
   前記複数の貫通孔の他の一部に形成され、前記第２の外部電極層に接続された第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の内部電極は、第３の導電性材料からなる第３の電極部分と、前記第３の導電性材料よりヤング率が小さい第４の導電性材料からなり前記第３の電極部分と前記第２の外部電極層とを接続する第４の電極部分から構成されている
   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２の導電性材料及び前記第４の導電性材料は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ及びＡｌから選択される少なくとも一つの元素を含む材料である
   コンデンサ。
4. 請求項３に記載のコンデンサであって、
   前記第１の導電性材料及び前記第３の導電性材料は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む材料である
   コンデンサ。
5. 請求項４に記載のコンデンサであって、
   前記第２の導電性材料及び前記第４の導電性材料は、ヤング率が７０ＧＰａ以下の材料である
   コンデンサ。

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