JP5904765B2 - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
上記の容量式から、誘電率(ε)を大きくする(以下、対策1という)、電極間距離(d)を小さくする(以下、対策2という)、または、電極板の面積(A)を大きくする(以下、対策3という)ことによって、コンデンサの容量Cを増加できることがわかる。
しかしながら、対策1は誘電体材料の選択幅を狭めるという欠点があり、また、対策2は物理的な制限という欠点があり、さらに、対策3はコンデンサの小型化を損なうという欠点があり、いずれの対策も限界がある。
図7は、先行技術におけるポーラスコンデンサの構造図である。この図において、ポーラスコンデンサ1は、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層(以下、第1の導電体層2及び第2の導電体層3)の間に誘電体層4を介装し、その誘電体層4に、第1の導電体層2及び第2の導電体層3に直交する方向の、同一直径且つ直線的な管形状(以下、直管形状という)の多数の孔5を形成するとともに、それらの孔5に電極材料を充填して第1の電極6と第2の電極7を形成し、さらに、第1の電極6を一方の導電体層(ここでは第1の導電体層2)のみに電気的に接続し、且つ、第2の電極7を他方の導電体層(ここでは第2の導電体層3)のみに電気的に接続して構成されている。
なお、熱収縮はポーラスコンデンサ1のあらゆる方向に生じ得るが、ここでは、電子部品の接続信頼性に影響を与える方向の熱収縮、すなわち、対向する一対の外部電極8の並び方向に生じる熱収縮に着目する。
請求項2記載のコンデンサは、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方とそれぞれ接続された第1の電極と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方とそれぞれ接続された第2の電極と、前記第1の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第2の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成し、かつ、前記誘電体層の他端側を基板への実装面としたことを特徴とする。
図1は、実施形態に係わるコンデンサの構成図である。以下、冒頭の先行技術に合わせて実施形態のコンデンサについても「ポーラスコンデンサ」と称することにする。
実施形態のポーラスコンデンサ20も、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層(以下、第1の導電体層21及び第2の導電体層22)の間に誘電体層23を介装し、その誘電体層23に、第1の導電体層21及び第2の導電体層22に直交する方向の多数の孔24を形成するとともに、それらの孔24に電極材料を充填して第1の電極25と第2の電極26を形成し、さらに、第1の電極25を一方の導電体層(ここでは第1の導電体層21)のみに電気的に接続し、且つ、第2の電極26を他方の導電体層(ここでは第2の導電体層22)のみに電気的に接続して構成する点で、冒頭(先行技術)のポーラスコンデンサ1と共通する。
このため、結局のところ、これらの第1の電極25及び第2の電極26の形状についても、孔24と同様の形状となる。すなわち、誘電体層23の両面に形成された導電体層(第1の導電体層21及び第2の導電体層22)に平行な断面において観察される、電極(第1の電極25と第2の電極26)の直径が、前記誘電体層23の一端側の断面位置(図1の第2の導電体層22と接する付近の誘電体層の断面)から前記誘電体層23の他端側の断面位置(図1の第1の導電体層21と接する付近の誘電体層の断面)にかけて徐々に径が大きくなっている。要するに、図1の第1の電極25または第2の電極26のZ方向の断面形状もテーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で前記の先行技術と相違している。
まず、(a)に示すように、図1のポーラスコンデンサ20をXY面に沿った平面で機械研磨すると、第1の導電体層21の厚みが徐々に減っていく。そして、ある時点に達すると(b)に示すように、第1の導電体層21の厚みがゼロとなって誘電体層23の表面が露出するので、この時点で一端研磨を止め、この時点の断面を誘電体層23の一端側の断面位置とし、Z軸上方から断面を俯瞰して走査型電子顕微鏡などによって孔24の最大径を測定する。この際注意すべきことは、前記孔24が同一方向に歪んだ楕円形状になっていないことである。もし、このような形状であったときは、断面の方向が傾いている可能性があるので再度研磨をおこなって調整する。同一面内の任意の孔をn個(nは統計的に測定面を代表するように定めればよい。たとえば、n=300)測定する。明らかに研磨の不備などの特殊な要因があって、孔24がつぶれていたり平均的でない大きな孔24となっていたりする形状のものは測定値から除外する。
たとえば、誘電体層23の材料を熱膨張係数が4ppm/KのAl2O3とし、また、電極(第1の電極25及び第2の電極26)の材料を熱膨張係数が13ppm/KのNiとする。さらに、基板34の材料を熱膨張係数が数10〜数100ppm/Kのプラスチックとする。ここで、ppmは、100万分のいくらであるかという割合を示す単位(パーツ・パー・ミリオン)である。
なお、上記のポイントでは、「・・・・前記孔24の直径の大きさが前記誘電体層23の一端側の断面位置から前記誘電体層23の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなっている」としているが、これは、実施形態のベストモードである。これ以外にも、たとえば、「・・・・前記孔24の直径の大きさが前記誘電体層23の一端側の断面位置よりも前記誘電体層23の他端側の断面位置が大きくなっている」という態様、すなわち、孔24の径が段階的に変化する態様であってもよい。
図5(a)は、アルミ基体などに対して陽極酸化によって孔を形成する際の製造方法の一部概念図である。誘電体層23の両面に形成された前記導電体層(第1の導電体層21及び第2の導電体層22)に平行な断面に露出する、前記孔24の直径の大きさが、前記誘電体層23の一端側の断面位置から前記誘電体層23の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなるという形状は、断面の方向を変えると図5(a)のような形状となる。すなわち、図5(a)に示すように、孔24の形状は孔24の深さ方向の断面からみるとテーパー状であるといえる。このような形状にするためには、誘電体層23に孔24を形成する際の陽極酸化条件を制御すればよい。
図6は、片面の外部電極を形成したポーラスコンデンサ20を示す図である。この図に示すように、外部電極30a、31aは、ポーラスコンデンサ20の一方面側(第1の導電体層21の面側)にだけ形成されており、この“一方面側”は、前記のとおり、基板34への実装面であるから、基板34へのポーラスコンデンサ20の実装工程において、どちらの面を実装面とすべきか戸惑うことがない。図6のような片面配置の外部電極30a、31aは、一般的に知られる方法。すなわち、外部電極用ペースト中にポーラスコンデンサの一端部をディップしてペーストを付着させ、乾燥し、焼成することによって形成することができる。
21 第1の導電体層(導電体層)
22 第2の導電体層(導電体層)
23 誘電体層
24 孔
24a 空隙(絶縁部)
24b 空隙(絶縁部)
25 第1の電極
26 第2の電極
Claims (2)
- 所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第1の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第2の電極と、
前記第1の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第2の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置から前記誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成し、
かつ、前記誘電体層の他端側を基板への実装面としたことを特徴とするコンデンサ。 - 所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第1の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第2の電極と、
前記第1の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第2の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成し、
かつ、前記誘電体層の他端側を基板への実装面としたことを特徴とするコンデンサ。
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