JPS60198005A - 薄膜誘電体材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフィルムコンデンサの誘電体として使用する薄
膜誘電体に関するものであり、９．フィルムコンデンサ
の小型、軽量化を目的とする。

さらに詳しくは金属化有機高分子フィルムを薄膜誘電体
の支持体とすることを特徴とし９表面に高誘電率セラミ
ックス薄膜を真空蒸着法、イオンブレーティング法、ス
パンクリング法などを用いた反応性気相成長法で形成し
た薄膜誘電体材料を提供することを目的とする。

本発明によれば金属化フィルムコンデンサの小型、軽量
化が達感できると共に誘電体としてセラミックスの誘電
特性のよさを付加することができる。機器の小型軽量化
指向、高集積回路の採用による電子回路の高密度化およ
び自動挿入の普及などに伴い電子部品に対する小型化の
要請がますます強くなってきている。その中にあってフ
ィルムコンデンサも現在まで順次小型化が行われてきて
おり、さらにより小型化へと種々の開発が試のられてい
る。

ところでコンデンサの静電容量は誘電体の誘電率と電極
面積に比例し、厚さに反比例する。したがってフィルム
コンデンサの小型化をはかる場合には誘電体材料として
使用するフィルムの誘電率を大きく、厚さを薄（するこ
とにより単位電極面積当りの静電容量を大きくすること
が要求される。

一般にフィルムコンデンサの誘電体材料としてはポリエ
チレンテレフクレート、ポリプロピレン。

ポリスチレン、ポリカーボネートなどからなる高分子フ
ィルムが使用される。これらの高分子フィルムの厚さは
４．０〜６．０μｍが普通であるが近年市場要請により
２〜３μｍの厚さのポリエチレンテレフタレートのフィ
ルムも製品化されてはいる。

しかしながら２〜３μｍ厚さの薄物フィルムを工業的規
模で生産する場合、そのフィルムの薄さからくる多くの
技術的問題点がでてくる。しわの発生を防止しつつ厚み
精度の高い薄物フィルムを歩留りよく製造加工生産する
には原料ポリマーの精製、未延伸フィルムの溶融成型、
加熱延伸などの各工程における最適の製造方法１Ｍ造条
件の選択、製造ラインの建屋内界囲気の防塵管理、高度
の品質管理が必要となる。したがって薄物フィルムを安
価に量産するのは非常に難しくフィルム厚みは２μｍ程
度が限界と考えられている。さらに２〜３μｍ厚みの薄
物フィルムを誘電体としてフィルムコンデンサに加工す
る際１通常はフィルムの両面に電極を構成するために真
空装置内でアルミニウム金属の蒸着を行い、いわゆる金
属化フィルムとし帯状に切出して素子巻きする加工工程
を経るがフィルムの薄さからくる技術上の困難度は大き
く、生産性の低下をもたらしている。

一方フィルムコンデンサの誘電体材料としてめられる電
気特性は誘電率が高く、湿度依存性が小さいもの、誘電
損失が小さく電気絶縁耐圧特性に優れたものがよい。種
々の高分子フィルムが開発されてはいるがポリエチレン
テレフタレート。

ポリプロピレンフィルム以上に電気特性、物理特性、経
済性に優れたフィルムコンデンサの誘電体材料としての
有機高分子フィルムはない。高誘電率を有する高分子フ
ィルム、例えば最近開発されたポリフッ化ビニリデンフ
ィルムは誘電率が８〜９とポリエチレンテレフタレート
フィルムの誘電率３．０と比べて３倍近く大きく、フィ
ルムコンデンサの誘電体材料として有望視されたが誘電
損失が５％と大きく致命的な欠点となっている。

本発明者らは以上の現状に鑑みて鋭意技術的検討を行っ
た結果、有機高分子フィルムめ片側表面に電極としてア
ルミニウム、亜鉛などの導電性金属を真空蒸着した金属
化フィルムを薄膜誘電体を形成する支持体とし、金属蒸
着面側にＳｔ、’　Ｔｉ＋　Ｐｂ＋Ｚｎ、Ｔａから選択
された金属の酸化物、窒化物、炭化物の少なくとも一種
を含む薄膜を真空装置内に反応ガスを導入して１５０℃
以下の雰囲気温度条件下に形成することにより、フィル
ムコンデンサの誘電体材料として非常に優れた電気特ｊ
生を有し。

経済性のある薄膜誘電体を製造する本発明に到達した。

支持体として用いる有機高分子フィルムの種類はコンデ
ンサの誘電体フィルムとして一般に用いられているポリ
エチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボ
ネート、ポリスチレン、ポリエチレンなどのいずれのフ
ィルムでもよいが望ましくはそのフィルムの有する物理
化学的特性からポリエチレンテレフタレートのフィルム
が用いられる。さらにフィルムの厚さに関しては電極と
しての金属蒸着加工時の取扱い、薄膜誘電体の反応性蒸
着時の取扱い、フィルムコンデンサとしての素子巻きす
る工程での取扱いの容易さがらして４〜１０μｍ厚さの
フィルムが望ましい。真空装置内で蒸着させる母材とし
ては通運Ｓ　１　＋　Ｔ　Ｉ　＋　Ｐ　ｂ　＋　’　Ｚ
　ｎ　＋Ｔａから選択された金属の少な（とも一種を用
いるが薄膜誘電体として酸化物を形成させる場合はＳｔ
。

Ｔｔ、　ｐｂ、Ｚｎ４ａから選択された金属の酸化物を
用いてもよい。真空装置内に導入する反応性ガスとし正
は酸化物薄膜を形成させる場合ばｏ２ガスまたは０２ガ
スと靜ガスとを同時に、窒化物薄膜を形成させる場合は
Ｎ！ガスまたばＮ２ガスと計ガスとを同時に、あるいは
Ｎｌｌ＋ガスまたはＮ１１３ガスとＡｒガスとを同時に
、炭化物薄膜を形成させる場合はＣ１１ａガス、Ｃ！ｌ
ｌｓガスなどの炭化水素ガス単独または炭化水素ガスと
＾ｒガスとを同時に流入させる。薄膜誘電体を形成する
真空装置としては従来から工業的に用いられている真空
蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタリング法な
どの物理的気相成長法のいずれの薄膜形成装置を用いて
もよいが薄膜の成長速度の大きい真空蒸着法。

またはより大きな反応性蒸着が期待できるイオンブレー
ティング法が望ましい。誘電体薄膜の支持体として用い
る有機高分子フィルムはＡｒまたはＺｎが下部電極とし
て真空蒸着され、その上に誘電体薄膜を形成しさらに上
部電極として＾βまたはＺｎが真空蒸着される。誘電体
薄膜の厚さは非常に大きな意味を持ち、単位面積当りの
静電容量ば膜厚に反比例するので薄いほど有利になるが
、絶縁強度などの電気特性上０．３μｍ以上が望ましい
。

誘電体薄膜の膜厚が１μｍ以上になるとフィルムコンデ
ンサの素子巻き工程などで亀裂の頻度が高まり好ましく
ない。

本発明により製造された薄膜誘電体材料は従来のフィル
ムコンデンサの誘電体材料である金属化フィルムに比べ
て製造加工工程上の取扱いはほとんど変わらず、誘電体
としての特性１例えば誘電率はポリエステルフィルムの
３．０に対して４．０〜ｌＯと大きく、誘電損失もポリ
エステルフィルムの２．２％に対して１．０％以下と小
さく周波数ならびに温度特性も大幅に改善された。０．
５μｍ厚み。

誘電率５．０の５ｉ０２誘電体薄膜の場合、静電容量ば
８８ＰＰ／ｍｍ’２であり、５．ｃ＋ｍ厚み、誘電率３
．０のポリエステルフィルムが５．３　ＰＦ／ｌｌ１１
２に対して約１６倍と著しく増加しておりフィルムコン
デンサの小型、軽量化に大きく寄与するものであった。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するがこれ
らの実施例によって？＋７９制限されるもの゛　ではな
い。　、 実施例１ 本発明により形成できる薄膜のうちでＳｉの酸化物であ
るＳｉＯ２薄膜を、フィルム厚１１００ＩＩの透明ポリ
エステルフィルム基板上にＲＦイオンブレーティング法
によって作成した。蒸発母材としてはＳｔ、　ＳｉＯ、
５ｉ（ｈなどを用いて行ったが１本実施例においては５
ｉ０２についてのみ示すことにする。

蒸発母材は純度９９．９９％のＳｉＯ＋＋微粉末（２５
゜メソシュ）をプレス成型し、　８００　”ｃで約６時
間真空焼結を行いターゲットとした。ポリエステルフィ
ルムはアセトン中で超音波洗浄を行った後、ボンバード
処理（流量比；　Ａｒ、：　０！　＝１０：　３．’　
４　Ｘ１０′４Ｔｏｒｒ）を行った。まず下部電極とし
て＾βまたは八β−Ｃｕ（Ｃｕの含有率２％）をポリエ
ステルフィルム基板上に真空蒸着を行った。さらにその
上に非蒸着部分を形成するための適当なマスクを行い、
アルゴン対酸素をほぼ同量流しペルジャー内の真空度を
７　Ｘ　１Ｏ−４Ｔｏｒｒ程度に保った。電圧２ＫＶ、
周波数１３．５６Ｍ１ｌＺの高周波電界を１０叶程度印
加しながら電子銃により　５ｔ（ｈターゲットを加熱蒸
発させ、誘電体層であるＳｉｈ薄膜を形成した。

さらにその上に非蒸着部分を形成するための適当なマス
クを行い、上部電極として＾βまたはＡｒ−Ｃｕ（Ｃｕ
の含有率２％）を真空蒸着した。

（図１）。本発明により得られたコンデンサ薄膜は静電
容量が７８ＰＰ／　ｍ　２と大きく、かつピンホール欠
陥の少ない平滑なものであった。

実施例２ 実施例１に基づいて９本機による試験生産を行った。薄
膜形成条件は実施例１゛と同様であるが巻取り工程が付
加される。よって実施例１に対する二：”二ｄ、二ｊ、
、：：：：二：：：、、１７　；、：？：π：１ｚ゛０
．３ｍ／ｓｅｃである。ただし支持体キしてはＡｒが真
空蒸着された６′μｍの金属イリリエステルフィルムを
使用した。巻取り工程が加わった本実施例においても実
施例１同様７５ＰＦ／　ｍｕ＋　２と高い静電容量が１
７られた。これらの実施例１，２の結果は本発明によっ
て形成されたコンデンサ薄膜が高い静電容量を示す稠密
な薄膜であることを証明するものである。

【図面の簡単な説明】

図１はポリエステルフィルム基板上■に、下部電極とし
て＾β■、その上に誘電体層としてＳｉｏ２■、さらに
その上に上部電極としζＡＮ■をっ＆Ｊた薄膜コンデン
サを模式的に示したものである。 特許出願人　ユニチカ株式会社 図１ 手続補正書（自発） １１ｉ１１６０年１月ＩＧ口 １、事１牛の表示 ｑ鴇沼５９−５５４７５号 ２、発明の名称 ηＶｌＩ勉旙体祠料 ３、補正をする者 事件との関１系　特許出願人 住　所　兵庫県尼崎市東本町１丁目５０番地ｉｌｌ　願
書 ５、補正の内容 （１）願書の発明の名称のふり仮名を［ハタマクユウデ
ンタイザイリ−（’ＪＪ　ｊと訂正する。 （２、特許請求の範囲をＡＩ皿のとおり訂正する。 （３）明細書第４頁第９行目の「湿度依存性イを「温度
依存性」と訂正する。 （４）　明細書第５頁第１０行目の「下に」を「下で」
と訂正する。 （５）明４！１１７！ｆ第６頁第６行目の「蒸着」を「
蒸発１と訂正する。 （６）明細書第６頁第１６行目のｒ　Ｃ４ｌｌ５−ｌを
ｉ’Ｃ２ＪＩＧ　、Ｊと訂正する。 （７）明ｍ、ｊｊｊｆｆｉ第８頁第４行目のｒｔｌｌｉ
ＰＦ／ｎ＋ｍ”　Ｊを「８ｊｐＰ／＋ｎｍ２　ｊとａＩ
正する。 （８）明細書第４頁第９行目のｒ、５．３　ＰＰ／ｍｍ
”　Ｊを「ε’、３　ｒ’Ｆ７′ｍｉ＋＋２．１　、！
：訂正ず乙。 （９）明細書第９頁第１５行目（７）ｒ（ＩＤＩ）、ｊ
をｒ　ａＩ）　ｊ　、！：訂正する。 （１０）明ねＩＩ書第９頁第１６行目のｒ７８１’Ｆ／
ｍｎ＋２　Ｊをｒ７８ｐＦ／＋１１１１１’　Ｊと訂正
する。 （１１）明細♂第９頁第１７行目の「平滑なもので、Ｌ
った。１の次に「参考写真Ｌ２，３　Ｊを追加する。 ＋１２１　明１１１１１第１０Ｈ第７１”１０の１”７
５１”Ｆ／’ｌ＋１ＩＩＩ２　ｊをＣ１５（Ｐ／ｒａｍ
”　ｊと訂正する。 （１３参考写真１，２．３の説明の後に「（スケール＝
１μｍ）Ｊを追加する。 特許請求の範囲 ｆｉｌ有機高分子フィルムのハゴ；り表面に電極として
導電性金属の蒸着を施した金属化フィルムが、真空装置
を用いた気相成長法により形成された薄１ｉＡ　５９電
体の支持体基板であることをｑ！ｉ徴とするコン】−゛
ンサ用薄膜誘電体材料。 （２）前記ｆ１１項記載の気相成長法はＳ　ｉ　、　Ｔ
　ｉ　、　Ｐ　ｂ　、　Ｚ　ｎ　。 Ｔａから選択された金属の酸化物、窒化物、炭化物の少
なくとも・種を含む逍ｌｉ輝ツυＳ」ル又真空系に反応
性ガスを導入し、その膜Ｐｙが０．３〜１．０μｍの範
囲で形成することを特徴とする薄膜形成；す；である特
許請求の範囲第１項記４表の鳥股誘電体月料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機高分子フ４．レムの片−り表面Ｇこ電極として
   導電性金属の蒸着を施した金属化フィルムが１．真空装
   置を用いた気相成長法により形成された薄膜誘電体の支
   持体基板であることを特徴とするコンデンサ用薄膜誘電
   体材料。 ２、前記１０項記載の気相成長法はＳｉｔ　Ｔｉ、　Ｐ
   ｂ、　Ｚｎ＋Ｔａから選択された金属の酸化物、窄化物
   、炭化物の少なくとも一種を含む金属酸化物！膜を真空
   系に反応性ガスを導入し、その膜厚が０．３〜１．０μ
   ｍの範囲で形成することを特徴とする薄膜形成法である
   特許請求の範囲第１項記載の薄膜誘電体ｉ料。