JP7043718B2 - キャパシタ部品 - Google Patents
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Description
本発明は、キャパシタ部品に関するものである。
キャパシタは、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）及びプラズマ表示装置パネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）などの映像機器、コンピュータ、スマートフォン及び携帯電話などの様々な電子製品のプリント回路基板に装着されて電気を充電又は放電させる役割を果たす。最近、スマートフォン、ウェアラブル機器などの携帯用ＩＴ製品の薄型化が進んでいる。これにより、全体的なパッケージの厚さを減少させるための受動素子の薄型化に対する必要性も増大している。
このような傾向に伴い、より薄い厚さを実現することができる薄膜キャパシタに対する需要も増加している。薄膜キャパシタには、薄膜（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ）技術を用いて薄型のキャパシタを実現することができるという長所がある。また、薄膜キャパシタは、従来の積層セラミックキャパシタとは異なり、低ＥＳＬを有するという長所を有するため、最近では、ＡＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）用のデカップリングキャパシタ（Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）への適用が検討されている。かかるＡＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）用のデカップリングキャパシタ（Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）として薄膜キャパシタを用いるために、ＬＳＣ（Ｌａｎｄ－ｓｉｄｅ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の形で製作されている。
一方、限られた空間でのキャパシタの容量を増加させるために、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）型のキャパシタが開発されている。これは、シリコン基板にトレンチを形成した後、キャパシタ構造を形成する方式である。かかるトレンチキャパシタの場合には、電極の表面積を増加させて容量を増加させるのに適しているが、複雑な半導体工程技術が要求されるのみならず、耐電圧条件を満たす誘電体の厚さを考慮すると、トレンチ内に複数の誘電体を形成することが難しくなるという問題があるため、超高容量を実現することも容易ではないのが実情である。
本発明の目的のうちの一つは、増加した表面積の基板を活用することで、超高容量を実現することができ、半導体工程を利用しなくても、効率的に製造することができるキャパシタ部品を提供することである。
上述の課題を解決するための方法として、本発明は、一実施形態を通じて新規なキャパシタ部品を提案する。具体的には、本体と、上記本体の外部に形成された第１及び第２外部電極と、を含むキャパシタ部品であって、上記本体は、上記第１外部電極と連結された第１連結電極と、上記第１連結電極の一部領域をカバーするように上記第１連結電極上に配置され、上記第２外部電極と連結された第２連結電極と、上記第１及び第２連結電極をカバーするように配置され、上記第１連結電極及び上記第２連結電極とそれぞれ連結された多孔性キャパシタ部と、を含む形態である。
一実施形態において、上記多孔性キャパシタ部は、多孔体と、上記多孔体の表面をカバーする誘電体層と、上記誘電体層をカバーする電極層と、を含むことができる。
一実施形態において、上記多孔体は、導電性物質からなり、上記第１連結電極と連結され、上記電極層は、上記第２連結電極と連結されることができる。
一実施形態において、上記多孔体は、上記第１連結電極と同一の物質からなることができる。
一実施形態において、上記多孔体は、電気絶縁性物質からなり、上記多孔性キャパシタ部は、上記多孔体と上記誘電体層の間に形成されて、上記第１連結電極と連結された追加の電極層をさらに含むことができる。
一実施形態において、上記多孔体は、セラミックからなることができる。
一実施形態において、上記多孔体は、複数の粒子が凝集した形状を有することができる。
一実施形態において、上記複数の粒子は、球状又はナノワイヤー状を有することができる。
一実施形態において、上記本体は、上記第１連結電極と上記第２連結電極の間に配置された絶縁層をさらに含むことができる。
一実施形態において、上記絶縁層は、上記多孔性キャパシタ部の誘電体層と同一の物質からなることができる。
一実施形態において、上記電極層は、上記多孔性キャパシタ部の空孔を充填する形であることができる。
一実施形態において、上記第２連結電極は、上記多孔性キャパシタ部の空孔を充填する形であることができる。
一実施形態において、上記第１及び第２連結電極と上記多孔性キャパシタ部とを一つの積層セットとするとき、上記本体は、上記積層セットを複数個備えることができる。
一実施形態において、上記多孔性キャパシタ部は、上記第１連結電極の上面と接する形であることができる。
一実施形態において、上記多孔性キャパシタ部は、上記第２連結電極の側面及び上面と接する形であることができる。
本発明のいくつかの効果のうちの一効果は、増加した表面積の基板を活用することで、超高容量を有するキャパシタ部品を実現できることである。さらに、かかるキャパシタ部品は、半導体工程を利用しなくても、効率的に製造することができる。
但し、本発明の多様且つ有益な長所及び効果は、上述の内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解されることができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対である記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
図１は本発明の一実施形態によるキャパシタ部品を概略的に示す断面図であり、図２～図６は図１のキャパシタ部品における多孔性キャパシタ部周辺の形状を拡大して示したものである。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるキャパシタ部品１００は、本体１０５と、本体１０５の外部に形成された第１及び第２外部電極１０６、１０７と、を含む構造であって、本体１０５は、第１連結電極１０１と、第２連結電極１０２と、多孔性キャパシタ部１０３と、を含む。この場合、第１連結電極１０１と第２連結電極１０２の間には、絶縁層１０４を配置することで、第１連結電極１０１及び第２連結電極１０２を互いに電気的に分離させることができる。
本体１０５は、内部に多孔性キャパシタ部１０３を収容して電気絶縁性を有することができる。本体１０５は、セラミック物質からなることができ、例えば、セラミックグリーンシートを焼成することで得ることができる。
第１及び第２外部電極１０６、１０７は、キャパシタ部品１００の外部端子としての役割を果たし、それぞれ第１及び第２連結電極１０１、１０２と連結される。第１及び第２外部電極１０６、１０７は、導電性の高い物質からなり、多層構造で形成されることができる。例えば、第１及び第２外部電極１０６、１０７は、導電性ペーストを本体１０５の表面に塗布して焼成した後、その上にＮｉ、Ｓｎ、Ａｕなどの物質でメッキ層を形成することで得ることができる。
第１連結電極１０１は、多孔性キャパシタ部１０３と電気的に連結され、具体的には、多孔性キャパシタ１０３の一電極、本実施形態では、導電性の多孔体１１１と連結される。第１連結電極１０１は、導電性に優れたＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔなどの物質を含むことができ、例えば、導電性ペーストをセラミックグリーンシート上に塗布した後、これを焼成する方法などで得ることができる。
第２連結電極１０２は、図１に示す形態のように、第１連結電極１０１の一部領域をカバーするように、第１連結電極１０１上に配置され、第２外部電極１０７と連結される。第２連結電極１０２も、導電性に優れたＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔなどの物質からなることができ、この他にも、導電性ポリマーからなることもできる。
多孔性キャパシタ部１０３は、第１及び第２連結電極１０１、１０２をカバーするように配置され、第１連結電極１０１及び第２連結電極１０２とそれぞれ連結される。一例として、図１に示す形態のように、多孔性キャパシタ部１０３は、第１連結電極１０１の上面と接し、第２連結電極１０２の側面及び上面と接する形で実現されることができる。
図２を参照して、多孔性キャパシタ部１０３の具体的な形態を見ると、多孔性キャパシタ部１０３は、多孔体１１１と、誘電体層１１２と、電極層１１３と、を含むことができる。この場合、誘電体層１１２及び電極層１１３の数は、必要に応じてさらに増やしてもよい。
多孔体１１１は、複数の粒子が凝集した形状を有することができ、このような凝集によって拡張された表面を有する多孔性構造を効果的に得ることができる。このような凝集体の形状は、複数の粒子を焼結し、且つ完全緻密化が行われないように、焼結温度などの条件を調節することで得ることができる。この場合、多孔体１１１は、図２に示す形態のように球状を有することができる。
本実施形態のような多孔性構造を有する多孔性キャパシタ部１０３を用いる場合、これに備えられる電極、誘電体層などの表面積を増加させることができるため、高容量のキャパシタ部品１００を実現することができる。また、トレンチ型キャパシタに比べて製造工程は簡単でありながらも高容量を実現することができる。
本実施形態の場合、多孔体１１１は、導電性物質からなることで、第１連結電極１０１と連結されることができる。これにより、多孔体１１１は、多孔性キャパシタ部１０３において電極層として機能することができる。この場合、多孔体１１１は、導電性の高い物質であって、多孔性構造を形成するのに適した物質からなることができる。また、工程効率性や電気的特性などを考慮して、第１連結電極１０１と同一の物質で実現されることができる。後述のように、多孔体１１１を形成するために、第１連結電極１０１よりも粒子サイズが大きい導電性粒子を用いることができ、焼成過程で、第１連結電極１０１が緻密化するのに対し、多孔体１１１は多孔性構造を形成することができる。この場合、多孔体１１１及び第１連結電極１０１は、ともにＮｉを主成分として含むことができる。
誘電体層１１２は、多孔体１１１の表面をカバーし、例えば、多孔体１１１の表面にコーティングされた形態であることができる。この場合、多孔性構造のポア（ｐｏｒｅ）が微細なサイズを有する点において、多孔性キャパシタ部１０３の要素、すなわち、誘電体層１１２及び電極層１１３などは、原子層堆積（ＡＬＤ）の方式を用いて効果的に形成することができる。但し、原子層堆積の他にも、多孔性構造のポア（ｐｏｒｅ）にコーティングできる他の方法を用いることができる。誘電体層１１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＯ２、Ｓｎ３Ｎ４、ＺｒＯ２、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３などの物質で形成されることができ、１つ又は複数の物質からなることができる。この場合、誘電体層１１２を複数の物質で形成することにより、絶縁特性を向上させることができる。
一方、第１連結電極１０１と第２連結電極１０２の間に配置された絶縁層１０４は、電気絶縁性を有する物質であればいかなるものも用いることができる。但し、工程効率性の観点から多孔性キャパシタ部１０３の誘電体層１１２とともに形成することができる。これにより、絶縁層１０４は、誘電体層１１２と同一の物質からなることができる。
電極層１１３は、誘電体層１１２をカバーする。具体的には、誘電体層１１２の表面にコーティングされた形態であることができる。電極層１１３は、多孔性キャパシタ部１０３において拡張された表面積を有する電極として機能し、第２連結電極１０２と連結される。この場合、電極層１１３は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴｉＮなどの電気伝導性に優れた金属からなることができ、原子層堆積などの工程を行って誘電体層１１２の表面に効果的に形成されることができる。但し、誘電体層１１２の表面にコーティングされた形態の他にも、図３に示す変形例のように、電極層１１３'は多孔性キャパシタ部１０３の空孔を充填する形で実現することもできる。これにより、第２連結電極１０２との接触面積が増加して、電気的特性を向上させることができる。さらに、他の変形例として、図４に示す形態のように、第２連結電極１０２'が多孔性キャパシタ部１０３の空孔を充填する形で提供されることができる。後述のように、第２連結電極１０２は、流動性を有する導電性ペースト又は導電性ポリマーの形で、上記空孔に効果的に充填することで形成することができる。
上述の実施形態では、多孔体１１１をなす複数の粒子が球状である例を説明したが、多孔体１１１は、他の形状を有することもできる。図５の変形例に示す形態のように、多孔体２１１をなす複数の粒子は、ナノワイヤー状を有することができ、ナノワイヤーは網構造を有しながら、互いに連結された形状であることができる。そして、このようなナノワイヤーの凝集体に誘電体層２１２と電極層２１３が順にコーティングされることで、多孔性キャパシタ部２０３が実現されることができる。この場合、多孔体２１１をなすナノワイヤーは、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｕなどの物質を含むことができ、第１連結電極１０１と連結されて電極として機能することができる。
また、上述の実施形態では、多孔体が導電性物質からなる例を説明したが、これとは異なる電気的特性を有することもできる。具体的には、図６の変形例に示す形態のように、多孔体３１１は、電気絶縁性物質からなり、例えば、アルミナなどのセラミック成分を含むことができる。多孔体３１１が電気絶縁性を有することにより、多孔性キャパシタ部３０３は、多孔体３１１と誘電体層３１３の間に形成され、第１連結電極１０１と連結された追加の電極層３１２をさらに含むことができる。追加の電極層３１２は、多孔性キャパシタ部３０３の容量を形成する電極として機能し、これを第１電極層と呼ぶことができ、誘電体層３１３の表面に形成され、第２連結電極１０２と連結された電極層３１４を第２電極層と呼ぶことができる。第１電極層３１２及び第２電極層３１４は、同一の物質からなることができ、例えば、ＴｉＮなどを原子層蒸着して得られることができる。
図７は本発明の他の実施形態によるキャパシタ部品を概略的に示す断面図である。本実施形態の場合、静電容量をさらに増加させるために、複数の多孔性キャパシタ部１０３を備える形態である。具体的には、第１及び第２連結電極１０１、１０２と多孔性キャパシタ部１０３とを一つの積層セットとするとき、本体１０５は、このような積層セットを複数個備える。上記積層セットは一方向に積層され、上記複数個の積層セットに備えられた第１及び第２連結電極１０１、１０２は、それぞれ第１及び第２外部電極１０６、１０７と連結される。
以下、図８～図１３を参照して、本発明の一実施形態によるキャパシタ部品の製造方法を説明する。図８～図１０の場合、上部は平面図を、下部はこれに対応する断面図を示す。後述する製造方法についての説明から、上述のキャパシタ部品の構造をさらに明確に理解することができる。また、下記の製造方法は、図７に示す構造を得る方法に関するものであるが、他の変形例の場合も、これに基づいて類似の方法で実現することができる。
まず、図８に示す形態のように、キャリアフィルム４０１上に、本体１０５を構成するセラミックグリーンシート、及び第１連結電極１０１を形成するための導電性ペーストを形成する。キャリアフィルム４０１はＰＥＴフィルムなどを用いることができる。第１連結電極１０１を形成するための導電性ペーストは、微細なサイズの導電性粒子を含むことができ、焼結によって緻密化が行われて、第１連結電極１０１が形成されることができる。このため、上記導電性ペーストはナノサイズのＮｉ粒子を含むことができる。Ｎｉの他にも、上記導電性ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ粒子などを含むことができる。セラミックグリーンシートの場合、第１連結電極１０１とともに焼結されて本体１０５を形成し、焼結温度が低いガラスセラミック材料、例えば、アルミナを含むことができる。
次に、図９に示す形態のように、第１連結電極１０１と本体１０５をカバーするように犠牲層４０２を形成する。犠牲層４０２は、後続の段階で除去されて、多孔性キャパシタ部を形成するためのチャネルを形成することができる。かかるチャネルとしての機能を考慮して、犠牲層４０２は、高温で容易に除去されることができる物質、例えば、ポリマーからなることができ、ポリマービーズを印刷する方法などで形成することができる。また、かかるチャネルを形成するための機能を考慮して、犠牲層４０２は、複数のロッド（ｒｏｄ）形状を有するように実現されることができる。
続いて、図１０に示す形態のように、多孔体１１１を形成するためのペーストを犠牲層４０２上に塗布する。例えば、かかるペーストは、Ｎｉ粒子を含むことができる。この場合、多孔性構造を実現するために、上記ペーストは、第１連結電極１０１を形成するためのペーストよりもサイズが大きい粒子を含むことができる。これにより、第１連結電極１０１の焼結時における多孔体１１１は、完全緻密化が行われず部分焼結された多孔性構造で形成されることができる。また、上述の変形例のように多孔体１１１をなす粒子は、電気絶縁性物質からなることもでき、このような例としては、アルミナのようなセラミック物質が挙げられる。電気絶縁性物質で多孔体１１１を形成する場合、後述する多孔性キャパシタ１０３の製造過程は、多孔体１１１の表面に、第１電極層、誘電体層、第２電極層を順に形成するように変形される。
一方、多孔体１１１がさらに多くのポア（ｐｏｒｅ）と拡大された表面を有するようにするために、多孔体１１１を形成するためのペーストにポリマービーズを添加することができる。かかるポリマービーズは主にアクリル系成分からなることができ、焼結時にポリマービーズが占有していたスペースは気孔として残るようになり、多孔体１１１は、さらに多くのポア（ｐｏｒｅ）と拡大された表面を有することができる。また、このように製造された多孔性キャパシタ部はさらに高い静電容量を有することができる。この場合、焼結時にすべてのポリマービーズが常に除去されるのではなく、焼結後にも、一部のポリマー成分は多孔体１１１に残存することができる。
次に、上述の工程により得られた単位多孔性キャパシタ部を複数個製造して、これを図１１に示す形態のように積層する。本積層過程において、キャリアフィルム４０１は、本体１０５から分離されることができる。多孔性キャパシタ部を一つのみ備えるキャパシタ部品を製造する場合には、本積層段階を行わなくてもよい。
その後、このようにして得られた積層体を焼結する。この過程で、図１２に示す形態のように犠牲層が除去されて、チャネルＣが形成される。上述のように、本焼結過程により、焼結体の本体１０５、及び第１連結電極１０１が得られ、完全緻密化が行われない多孔体１１１は粒子の凝集による多孔性構造を有するようになる。焼結工程後には、犠牲層が除去されて形成されたチャネルＣを介して多孔体１１１の表面に順に誘電体層や電極層などを形成して多孔性キャパシタ部１０３を形成する。上述のように、上記誘電体層や電極層などは、原子層堆積工程を用いて効果的に形成することができる。また、誘電体層の形成過程で絶縁層１０４をともに形成することもでき、絶縁層１０４を別の工程で形成することもできる。一方、図面に示していないが、多孔性キャパシタ部１０３以外の領域に形成された電極層を研磨などの方法を用いて除去する工程をさらに行うこともできる。
次に、図１３に示す形態のように、チャネルＣの領域に多孔性キャパシタ部１０３と連結されるように、第２連結電極１０２を形成する。第２連結電極１０２は、Ｎｉなどの物質を電解メッキする方法や、導電性ポリマーを充填する方法などで形成することができる。続いて、本体１０５の表面に外部電極１０６、１０７を形成することで、図７に示すキャパシタ部品を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
１００ キャパシタ部品
１０１ 第１連結電極
１０２ 第２連結電極
１０３ 多孔性キャパシタ部
１０４ 絶縁層
１０５ 本体
１０６ 第１外部電極
１０７ 第２外部電極
１１１、２１１、３１１ 多孔体
１１２、２１２、３１３ 誘電体層
１１３、２１３、３１４ 電極層
３１２ 追加の電極層
４０１ キャリアフィルム
４０２ 犠牲層
１０１ 第１連結電極
１０２ 第２連結電極
１０３ 多孔性キャパシタ部
１０４ 絶縁層
１０５ 本体
１０６ 第１外部電極
１０７ 第２外部電極
１１１、２１１、３１１ 多孔体
１１２、２１２、３１３ 誘電体層
１１３、２１３、３１４ 電極層
３１２ 追加の電極層
４０１ キャリアフィルム
４０２ 犠牲層
Claims (15)
- 本体と、前記本体の外部に形成された第１及び第２外部電極と、を含むキャパシタ部品であって、
前記本体は、
前記第１外部電極と連結された第１連結電極と、
前記第１連結電極の一部領域をカバーするように前記第１連結電極上に配置され、前記第２外部電極と連結された第２連結電極と、
前記第１及び第２連結電極をカバーするように配置され、前記第１連結電極及び前記第２連結電極とそれぞれ連結された多孔性キャパシタ部と、を含む、キャパシタ部品。 - 前記多孔性キャパシタ部は、多孔体と、前記多孔体の表面をカバーする誘電体層と、前記誘電体層をカバーする電極層と、を含む、請求項１に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔体は、導電性物質からなり、前記第１連結電極と連結され、前記電極層は、前記第２連結電極と連結される、請求項２に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔体は、前記第１連結電極と同一の物質からなる、請求項３に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔体は、電気絶縁性物質からなり、
前記多孔性キャパシタ部は、前記多孔体と前記誘電体層の間に形成され、前記第１連結電極と連結された追加の電極層をさらに含む、請求項２に記載のキャパシタ部品。 - 前記多孔体はセラミックからなる、請求項５に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔体は複数の粒子が凝集した形状を有する、請求項２から６のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記複数の粒子は球状又はナノワイヤー状を有する、請求項７に記載のキャパシタ部品。
- 前記本体は、前記第１連結電極と前記第２連結電極の間に配置された絶縁層をさらに含む、請求項２から８のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記絶縁層は、前記多孔性キャパシタ部の前記誘電体層と同一の物質からなる、請求項９に記載のキャパシタ部品。
- 前記電極層は、前記多孔性キャパシタ部の空孔を充填する形態である、請求項２から１０のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記第２連結電極は、前記多孔性キャパシタ部の空孔を充填する形態である、請求項２から１０のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記第１及び第２連結電極と前記多孔性キャパシタ部とを一つの積層セットとするとき、前記本体は、前記積層セットを複数個備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔性キャパシタ部は、前記第１連結電極の上面と接する形態である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のキャパシタ部品。
- 前記多孔性キャパシタ部は、前記第２連結電極の側面及び上面と接する形態である、請求項１４に記載のキャパシタ部品。
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