JPH0782962B2 - コンデンサを製造するための高速度製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンデンサの製造方法及び装置に関する。

（発明の技術的背景） 本発明は、共同で譲渡した次の係属特許出願に関連して
いる。すなわち、1983年12月19日付出願の米国出願第56
2,873号「樹脂誘電体を有するコンデンサ及び製造方
法」、1983年12月19日付出願の米国出願第562,871号
「誘電体として多官能のアクリルポリマを含むコンデン
サ」、1983年12月19日付出願の米国出願第562,893号
「1:2−アルカンジオール・ジアクリレート・モノマ
（1:2−Alkanediol Diacrylate Monomers）及びコンデ
ンサ誘電体として有用なそのポリマ」、1983年12月19日
付出願の米国出願第562,872号「アクリル含有物を混入
させたエステルモノマ及びコンデンサ誘電体として有用
なそのポリマ」、及び1983年12月19日付出願の米国出願
第562,894号「コンデンサ誘電体として用いるポリマ用
の多官能アクリレートモノマ」であり、前記特許出願の
内容は出願番号の引用によってこの明細書で記載されて
いる。

自分自身を支持するフィルムをコンデンサ形状に巻回し
た金属化フィルムコンデンサと異なり、モノリシックコ
ンデンサは、電極及び誘電体の各層を単一構造になるよ
うに一緒に結合したものである。

微細化コンデンサは、マイクロ回路に用いるための極め
て小型のものである。

全寸法が小さいと、キャパシタンスの実効値は小さくな
る。しかし、逆に挿入する誘電体層の厚さは隣接する電
極間のキャパシタンスを大きくし、また電極対の数は直
接的にキャパシタンスを大きくすることに影響する。

従って、コンデンサの基礎理論によれば、非常に薄い誘
電体層と多数の電極対とを有するコンデンサは、電極の
能動領域が極めて小さく、微細寸法であるにもかかわら
ず実効的なキャパシタンスを持たせることができる。

近年のマイクロ回路技術は、微細コンデンサに適してい
るばかりでなく、そのようなコンデンサの応用に際して
要求される耐高温能力も満足する。電子回路では、コン
デンサは230℃以上の連続温度に晒される可能性があ
る。更には、超音波溶接のような回路製造技術によれ
ば、溶着物の溶解点約280℃を超える温度に、10〜30秒
の間コンデンサを晒す可能性がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、実用的なキャパシタンスを有する極め
て小型の微細コンデンサを製造するのに適したコンデン
サの製造方法及び装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、使用材料の量を制限すると共に
容量の大きなコンデンサを経済的に且つ高速で製造する
ことができるような製造方法及び装置を提供することで
ある。

（発明の実施例） 次に、添付図面に基づいて本発明の実施例について本発
明をより詳細に説明する。

図面によれば、第１図及び第1A図において、本発明の一
実施例によって製造されるコンデンサ10が示されてお
り、このコンデンサは、伸張する接続用ワイヤリード12
を有するカプセル状封止体11を具えている。

第１図は、個別の片に分離するためのノッチ14を有する
導電性基板13、導電層15、及び誘電体コーティング16を
示す断面図である。同図は、リード12を個々の基板片13
に接続し、またコンデンサをカプセル状に封止する前の
コンデンサ10を図示している。

基板13は、略0.0381〜0.0508mm（1.5〜２ミル）の厚さ
の銅シートであることが望ましい。導電層15は、略200
〜500オングストローム厚のアルミニウムのような電極
材料である。また、誘電体コーティング16は、その中心
部分で略１ミクロンの厚さがあり硬化可能である。例え
ば、電極材料及び基板に粘着又は接着可能なクロスリン
ク（Cross Linked）した、放射で硬化可能な樹脂であ
る。

有用な樹脂は、前述のクロスファレンスで述べた多官能
アクリル材及びその混合物である。

前述の寸法から明らかであるが、外周が2.54cm（１イン
チ）四方で厚さが数ミリメートルのこの形の微細コンデ
ンサでも1000以上の電極と誘電体層を交互に有すること
ができる。もちろん全体の大きさと、電極対の数とによ
るが、この場合、キャパシタンスが0.001〜100マイクロ
フアラッドで50ボルト以上で動作させることのできるコ
ンデンサを得ることができる。

誘電体コーティング16は誘電層15と一定間隔を持って分
離されている。ここで、この導電層は、キャパシタンス
部分又は領域17に向かって伸長する２つのオフセット部
分に分割されている。このキャパシタンス部分内で、各
層15は電気的に絶縁された状態で一様に交互に堆積され
ている。

本発明の実施例によれば、基板13上には電気的接続部分
を画定する端子部分18がある。この電気的接続部分は、
中心キャパシタンス領域17の互いに対向し分離した端部
からほぼ一定間隔を持った切断線19で終端している。

コーティング16は、一様なキャパシタンス部分17の一様
な厚さの部分から、端子部分18付近の厚さゼロの部分ま
でテーパ状に変化している。このため、コンデンサは傾
斜部分21を有する。

中心キャパシタンス領域17から切断線19及び端子部分18
までの距離は、所定のコンデンサの一番上のコーティン
グ16が傾斜部分21内の最後の導電層15を受け入れること
ができる水平寸法を有するに充分なものである。水平と
は、基板13の平面をいう。

従って、電極材料をほぼ基板13に直角に蒸着させ、また
傾斜部分21の層15は次々に層を形成していくにつれて基
板に対して角度が急になると仮定すれば、最初のキャパ
シタンス領域の切断線間の距離は充分大きくなければな
らず、最後の電極層15が基板に垂直である必要はない。

実際上、各コーティング及び各層が前述の厚さを有する
場合、端子部分18は中心キャパシタンス領域17から少な
くとも10ミクロン分離することが望ましい。そうしない
と、傾斜部分21におけるコーティング及び層15、16の制
御が難しくなり、完成した最終的な構成に信頼性がなく
なる。

また、ノッチ14は、基板13を分割し、２つの端子部分18
の間に電気的接続が生じないようにすることを目的にす
るものであることが分かる。

本発明の実施例を実行するに際して、コンデンサ10のよ
うなコンデンサは、蒸着装置に対して高速で移動する基
板13上に、ストリップ状の電極材料及び誘電体を蒸着す
ることにより、一時に多数を形成する。層15及びコーテ
ィング16は、蒸着装置に連続的に通過させることによ
り、所望の数だけ形成することができる。

第10図は、このような一連の連続体25を示している。こ
の連続体25は、機械方向26（以下で説明する）に伸長す
る切断線19に沿って分離することができ、所望のキャパ
シタンスに応じた間隔で切断線27に沿って個々のコンデ
ンサに分割することができる。この場合、間隔を大きく
すると、各層15が個々のコンデンサ10のキャパシタンス
領域17内に有する電極領域が広くなり、また結果的にキ
ャパシタンスも大きくなる。

連続体の形状から、コンデンサ10は所望の寸法に切断で
き、ノッチ14を形成でき、リード12を付着でき、また全
体をカプセル状に封止できる。

第１図によれば、電極材料の各ストリップ材を蒸着した
後、誘電体コーティング16は、基板13の同じ対応する位
置に、コーティングをストリップ状に蒸着させることに
より形成することができる。

電極層15を交互に重ねた部分を形成するため、一回の蒸
着行程中で、電極材料が端子部分18及び隣接するキャパ
シタンス領域17に１つおきに蒸着される。次の行程で
は、層間の誘電体コーティングを施した後に、前回材料
を付着させなかった端子部分18及び隣接する各キャパシ
タンス領域17（第4A図、第4B図）に電極材料を蒸着させ
る。

本発明の実施例によれば、真空チャンバ又は複数の真空
部分に分割したハウジングであるチェンバ30周辺の装置
を一例として示している（第２図）。

真空雰囲気中には、キャリア31、誘電体蒸着装置32、モ
ノマ硬化装置33、及び電極材料蒸着装置34がある。実質
的な真空は、１×10^-4Torrのオーダ以下である必要があ
る。

キャリア31は、モータ36で駆動される水冷ドラム35であ
る。ドラムの外周円筒面37は、誘電体形成領域及び電極
形成領域を通過する高速移動連続面を画定する。

ドラム面37及び装置32、33が配置されている領域は、誘
電体形成領域を成す。また、ドラム面37及び装置34が配
置されている領域は、電極形成領域を成す。ドラムの回
転方向が機械方向26であり、誘電体形成領域及び電極形
成領域をその面が通過する方向である。

取扱う寸法が小さいため、表面37は滑らかで正確でなけ
ればならない。基板13のシートはドラム35にしっかりと
保持されており、またこのとき基板の外周面が表面37を
画定する。

ドラム35は70゜Ｆに冷却されており、蒸気付着物の凝集
が容易なようになっている。また、装置は、45〜180メ
ートル／分（150〜600フィート／分）のドラム面速度で
作動する。

電極材料蒸着装置34は、真空雰囲気中でフィルムを金属
化するために用いる装置のような通常の電子ビーム気化
装置41を具えている。気化率は通常のクオーツモニタリ
ング装置42で検知する。このモニタリング装置は、装置
41によってアルミニウムが気化される割合を制御するた
めのフィードバック信号を供給する。

アルミニウム蒸気が付着するパターンは、蒸気が通過す
る開口44を有するマスク、ここではシャドウマスク43に
よって制御される。開口44は、中間の端子部分18と共
に、２つの隣接する連続体25中のキャパシタンス領域17
を橋渡しするに充分な巾の主部分45を有する。

コンデンサを形成するにつれて、傾斜部分21は表面部分
が大きくなり、電流を流す層全体を形成するアルミニウ
ムをより多く必要とするようになる。これは、隣接する
傾斜部分21及び中間端子部分18を橋渡しする拡張部分46
を有するマスク開口44を生成することにより達成され
る。

付着する電極材料の量は、マスク43の開口部分の下に面
が存在する時間の関数である。このため、キャパシタン
ス領域17によりも傾斜部分21上により多く金属が付着す
る。

第4A図及び第4B図に関連して上述した金属蒸気を付着さ
せる交互のパターンは、ドラムの各回転毎にドラム35の
軸を中心としてマスク43をシフトさせることによって得
られる。マスクモータ47が簡単な機械的接続48を介して
シフト動作を成す。

制御装置50は、ドラムの回転を検出するために、ドラム
モータ36に接続されている。また、制御装置50は、マス
クシフトモータ47に適当なシフト信号を供給する。

マスク43は、金属蒸気を付着させる面に接近して保持す
ることが望ましい。マスクはマスク引外しモータ51によ
って接近して保持され、また制御装置50の指令によっ
て、各ドラム回転毎に、付着させる電極の厚さにほぼ等
しい距離に、モータ51は表面37からマスクを引離す。

装置41を起動し、コンデンサの製造を開始する前に安定
した動作状態に装置を持込む必要があるため、装置41と
マスク43の間に可動シャッタ52を介在させ、シャッタ52
を引取るまで蒸気の通路を閉じておく。

本発明の一実施例によれば、誘電体蒸気装置32はモノマ
状の誘電体を瞬間的に気化し、中程度の圧力差の下で、
ノズル55を通してコンデンサ連続体25上に比較的小さな
ガス状分子を導く。液体状のモノマは、ライン57及びバ
ルブ56を介して、超音波噴霧器59のホーン58の開口端に
供給される。

こうして形成した小流体滴は、前述のアクリル樹脂のた
めに、帯状ヒータ62によって適当な温度例えば350℃に
加熱した気化チューブ61の内側に衝突する。

このように、液体は瞬間的に気化され、すなわちフラッ
シュ気化され、ポリマ化する機会を小さくする。蒸着を
良好に制御するためには、より小さなガス分子をより真
直な通路に通すようにする。

略1Torrのチューブ61内の圧力は、付着および凝集のた
めにノズル55を介してモノマガス流を流すようにする。
ノズル55は、チューブ61からの伝導で加熱され、ガス流
がノズルを離れる前に凝縮してしまうのを最小限にす
る。

ノズル55内でガイド用偏向手段63を用い、またノズル55
を連続体25の凝集面の極近くに配置することにより、モ
ノマガス流を限定することができる。このことにより、
またモノマノズル55の両側に一群のノズル64を通して放
出する不活性ガスの端部バリア壁を形成することによ
り、蒸着領域を制限し、またコーティングの端部形状を
テーパ状とすることができる。

不活性ガスは、ライン65及び制御バルブ66を介してノズ
ル64に供給される。ノズル64は、表面37に対向して、端
子部分18を所望のように構成するに充分なように0.1016
mm（４ミル）のクリアランス距離をもって固定されてい
る。

モノマガスノズル55は、制御装置50の指令に基ずき、引
外しモータ67によってドラムの各回転毎にコーティング
16の厚さに略等しい量だけ、引離される。

コーティング16の厚さは、蒸着時間、すなわち表面37の
速度に対するノズル55の長さ及びバルブ57を介して流れ
るモノマの割合に依存する。バルブ66から流入する不活
性ガス流をモノマガス流に対してバランスさせることに
より、ストリップ状の誘電体コーティングのテーパ状側
部を制御することができる。

液体モノマを噴霧状にするための例示的構成を第６図に
示す。同図によれば、モノマはキャピラリーチューブを
介して超音波噴霧器59のホーン58の近隣の点に配向され
る。この構成によれば、キャピラリーチューブ68の端部
とホーン58の端部との間に半円形状部分を形成し、チュ
ーブを介してモノマーを一様に流す。

凝集した液体モノマは、ガス放電電子ビーム銃70のよう
な放射源を具えた誘電体形成領域内の第２の装置33によ
って、放射硬化される。電子銃70は、電子流をハウジン
グチェンバ71からエミッタ窓72を介してモノマ上に向け
られる。このことにより、コンデンサ10が遭遇するかも
しれない高温に耐えることができるようなポリマ化した
クロスリンク形状に材料を硬化することができる。ま
た、硬化した材料は、そこに付着する。

電子銃70は、絶縁体75中のコネクタ74によって支持され
た矩形状の銅製カソード73を具えている。絶縁体75は、
ハウジング71に固定された接地シールド76中に搭載され
ている。窓72には、タングステンの抽出用メッシュスク
リーン77が固定されている。

ライン78及び制御バルブ79を介してハウジングチェンバ
71に、アルゴンのようなガスを供給する。カソード73と
コネクタ74との間、及びシールド76並びにハウジング71
とスクリーン77との間には、一定の電圧を印加する。こ
の結果、ガス雰囲気にあることを考慮すると、先ずカソ
ード73及びスクリーン77間にハウジング内でガスプラズ
マが形成される。

カソード面には溝81を形成することが望ましく、このた
めハウジングチェンバ71をほぼ満たすために非線形ビー
ム内で電子は反発する。発生したプラズマのために、他
の電子はチェンバの別の部分でイオン化したガス分子か
ら離脱する。これは、広範囲に変化するエネルギーレベ
ルの電子が窓72から放射される、フィールド拡張効果に
よるものである。

放出される電子のエネルギーレベルが広範囲にわたる場
合には、モノマは表面を僅かに充電するだけで硬化する
ことが分かっている。また、コーティング16の表面を充
電するのを避ければ、電極層にアークが生ずる可能性を
最小限とすることができることが分かっている。

また、電子銃70は幅の広い電子ビームを形成でき、この
ため多数のコンデンサ連続体を同時に処理できることが
分かる。

装置全体の動作を以下に説明する。

電極層を形成する表面が引続く電極層及び誘電体コーテ
ィングを再度形成するために通過する前に、電極層を敷
設し、誘電体で被覆し、誘電体を硬化する。電極層及び
誘電体コーティングの厚さは、ドラム35の表面速度に蒸
着速度を合わせることにより、所望の厚さとすることが
できる。

コンデンサ10が実際に微細なコンデンサであり、しかも
有効なキャパシタンス値を有することを説明する。本発
明の装置及び方法によれば、多数のコンデンサを同時に
高速で製造することが可能であるため、コンデンサ10を
経済的に製造することができることが当業者は分かるで
あろう。また、同様に、各々のコンデンサは僅かの未加
工材料しか使わないため、経済的な製造が可能であるこ
とも理解できるであろう。

各コンデンサの寸法が小さいにもかかわらず、コンデン
サのデザインとしては、組立を行うためリードワイヤを
支持する相当の領域がある。また、コンデンサは金属
と、硬化した耐熱性の樹脂とだけで出来上がっているた
め、超音波接合組立技術による一定の限定された時間内
の温度を含む相当の温度に、これらのコンデンサは耐え
ることができる。

電極層及び誘電体コーティングの厚さなど寸法が極めて
小さいため、コンデンサ10は自己回復特性がある。すな
わち、誘電体コーティングは互いに対向する部分の電極
層を電気的に接続するため少量の金属を介在させている
が、この誘電体コーティング内に欠陥が存在するとする
と、この欠陥を除去するため、電流を流すことにより接
続している金属の極めて小さな断面を焼付けし又は溶か
すことができる。このため、コンデンサが短絡してしま
う危険はほとんどない。

また、上記の装置及び方法は、第10図の連続体形状と異
なり全幅形状のコンデンサを形成するためにも有効に用
いることができる。

第13図に示すように、既に説明したと同様の要素は、区
別するための添字ａを有する同じ参照番号としてあり、
コンデンサ10aは、一様な厚さの導電層15a及び誘電体コ
ーティング16aを有し、基板13a上に形成することができ
る。

切断線19a、27aに沿って個々のコンデンサ10aを分離す
ると、導電層15aの端部が現れる。従って、交互に配置
した層15aをコンデンサの対向端部に電気的に接続する
ため、端部端子を何らかの形にする必要がある。

この種のコンデンサ10aは、不活性ガスノズル64を除去
し、また装置32を介してモノマを一様に蒸着することに
より形成することができる。また、導電層15aは傾斜し
ていないため、装置34のシャドウマスク43内の拡張部分
46も不要である。すなわち、コンデンサ10aは、装置3
2、33、34の幅に従って全幅形状に形成すればよい。

以上の説明は或特定の実施例に過ぎず、本発明は特許請
求の範囲によってその技術的範囲及び解釈範囲が決定さ
れるべきであることは、理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によって製造されるコンデ
ンサの拡大断面図、第1a図は第１図の完成したコンデン
サの斜視図、第２図は本発明の実施例の装置の系統図、
第３図は第２図に示す装置の部分斜視図、第4a図及び第
4b図は引続ずく操作の位置及び操作モードを図示した第
２図の装置の部分断面図、第５図は第２図の装置の一部
を拡大し一部を断面とした系統図、第６図は第５図の装
置に代わる装置の説明図、第７図は第２図の装置の部分
系統図、第８図は第７図の装置の底面図、第９図は第８
図の装置の斜視図、第10図は製造される状態での第１図
に示す一群のコンデンサの斜視図、第11図は第２図の装
置の一部の部分断面を含む斜視図、第12図は第11図の線
12−12に沿った断面図、第13図は第10図と同様の方法で
製造した一群のコンデンサを示す第10図と同様の斜視図
である。 10……コンデンサ、 11……カプセル状封止体、 12……ワイヤリード、13……基板、 14……ノッチ、15……導電層、 16……誘電体コーティング、 17……中心キャパシタンス領域、 18……端子部分、21……傾斜部分、 30……チェンバ、31……キャリア、 32……誘電体蒸着装置、 33……モノマ硬化装置、 34……電極材料蒸着装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｇ 13/00 ３９１ Ｃ 9174−5Ｅ // Ｃ２３Ｃ 14/12 8414−4Ｋ 14/24 Ｖ 8414−4Ｋ (72)発明者 ドナルド サマー ストリッカー アメリカ合衆国 12801 ニューヨーク州 グレンズ フォールズ ブロード エー カーズ ロード 26 (72)発明者 ムーヤング ハム アメリカ合衆国 12801 ニューヨーク州 グレンズ フォールズ ヘレン ドライ ブ 48 (56)参考文献 特開 昭57−134558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−153150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−27979（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−145955（ＪＰ，Ａ) 特公 昭31−1829（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−1945（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空雰囲気内においてコンデンサを製造す
   る高速度製造方法において、重なり合っている導電性層
   が互いに対してずらされていてコンデンサの中心キャパ
   シタンス領域を与えるように相続く導電性層を蒸着する
   段階と、多官能アクリルモノマからなる放射線によって
   硬化可能であり且つクロスリンク可能な材料をフラッシ
   ュ気化する段階と、少なくとも45メートル／分（150フ
   ィート／分）の速度で移動する表面上の前記導電性層の
   各々の上に前記フラッシュ気化されたモノマの液体コー
   ティングを蒸着させる段階とを含み、その後、約１ミク
   ロン厚さの多官能アクリルモノマコーティングを急速に
   硬化させることができる放射線源に対して前記モノマコ
   ーティングをさらして、前記モノマを硬化させてクロス
   リンクさせることにより、クロスリンクされたポリマ誘
   電体層を各導電性層の上に形成させ、前記中心キャパシ
   タンス領域において、前記導電性層が互いに他の導電性
   層からポリマ誘電体層によって離間され分離されている
   ようにする段階と、前記モノマの蒸着を制御して、前記
   ポリマ誘電体層が前記中心キャパシタンス領域の２つの
   分離した端部から実質的に離間した切断線の方に向かっ
   て傾斜するようにする段階と、導電性層の蒸着を前記切
   断線を超えて延長させて、相続く導電性層が離間した端
   子部分にて互いに接触するようにする段階とを含み、前
   記切断線および端子部分の前記中心キャパシタンス領域
   からの離間距離は、多層コンデンサの誘電体材料の最上
   部のコーティングが前記傾斜領域における最終導電性層
   の形成を許す水平寸法を有するようにするに十分なもの
   とされることを特徴とする高速度製造方法。
2. 【請求項２】真空雰囲気内においてコンデンサを製造す
   る高速度製造方法において、少なくとも45メートル／分
   （150フィート／分）の速度で移動する表面上に、クロ
   スリンクされたポリマ誘電体層によって分離された導電
   体の相続く層を蒸着する段階と、ポリマ誘電体層の形成
   を制御する制御段階とを含んでおり、該制御段階は、多
   官能アクリルモノマからなる放射線によって硬化可能で
   且つクロスリンク可能な材料をフラシュ気化し、この気
   化されたモノマを導電体層の中心領域の方へ均一な割合
   で向けて、該フラッシュ気化されたモノマを凝縮させて
   前記導電体層の前記中心領域に均一な厚さの液体モノマ
   層を形成し、前記導電体層の前記中心領域から離間して
   前記気化された放射線によって硬化可能でクロスリンク
   可能なモノマに対して端部バリアを与えて、そのモノマ
   がこの端部バリアを超えた導電体層の上には付与されな
   いようにし、前記中心領域から前記端部バリアまでの気
   化されたモノマの流れを限定して前記中心領域から前記
   端部バリアまで延びるモノマ層のテイパー表面を形成す
   るようにし、約１ミクロン厚さの多官能アクリルモノマ
   コーティングを急速に硬化させることができる放射線源
   に対して前記相続く液体モノマ層をさらして、該液体モ
   ノマ層を硬化させることを特徴とする高速度製造方法。