JPS6231913A - 鉛酸化物薄膜誘電体材料 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンデンサ用薄膜誘電体材料に関するもので
あり、さらに詳しくは、高分子フィルムを支持体基板と
して、その片側表面に導電性金属の蒸着を施した金属化
フィルム上に、ＲＦビイオンブレーティング法用いて薄
膜誘電体を形成することにより、耐水洗性、付着強度の
向上した高稠密でかつ化学量論的に安定な薄膜誘電体を
形成することが可能となり、フィルムコンデンサの小型
・軽量化を目的とする。

〔従来の技術〕　〔発明が解決しようとする問題点３機
器の小型・軽量化志向、高集積回路の採用による電子回
路の高密度化あるいは、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同様に小型化へと種々の開発が試
みられている。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、従来の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
電率を大きくするか、または厚さを薄くすることにより
、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タレート、ポリプロピレン、ボ
リスチレン、ポリカーボネートなどからなる高分子フィ
ルムが使用されている。これらの高分子フィルムの厚さ
４〜６μｍが普通であるが、近年市場要請により厚さ２
〜３μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムも商
品化されている。しかしながら、厚さ２〜３μｍのフィ
ルムを工業的規模で生産する場合、そのフィルムの薄さ
から生じる多くの技術的問題点がある。例えば、しわの
発生を防止しつつ、厚み精度の高いピンホールの無いフ
ィルムを歩留りよく製造するには、原料ポリマーの精製
、溶融成型、加熱延伸、製造ラインの建屋内容囲気ある
いはその防塵などに高度の管理が必要となる。したがっ
て、厚さが薄いフィルムを安価に量産することは非常に
難しく、そのためフィルムの厚み２μｍ程度が工業生産
の限界と考えられている。

フィルムコンデンサの小型・軽量化の手段としては１例
えば特開昭５９−１２７８２８において。

耐熱性プラスチックフィルムの両面上に、互いに異なる
端部を残して蒸着金属電極を形成し、一方の面には熱硬
化性樹脂層、他方の対向面には耐熱性熱可塑性樹脂層を
形成し、これら構成最小単位を積層したチップ状フィル
ムコンデンサが提案されている。このフィルムコンデン
サの誘電体層は。

耐熱性プラスチックフィルムと熱硬化性樹脂層及び耐熱
性熱可塑性樹脂層からなり、かつこの両者が並列結合さ
れた構成となっている。従来のフィルムコンデンサと比
較すれば、静電容量が数倍増加した。しかしながら、新
たに追加された誘電体層が有機樹脂で構成されているた
め、大きな誘電率が期待できないので、フィルムコンデ
ンサの小型・軽量化への要請に対しては不十分なもので
ある。

一方、フィルムコンデンザの小型化・高性能化の手段と
して、高分子フィルム上、または金属箔上に無機誘電体
薄膜を積層した巻回し型コンデンサが提案されている。

例えば、特開昭５２−５８８５５によれば、プラスチッ
クフィルムに金属を両面蒸着し、その少なくとも片面の
金属層の表面に金属酸化物絶縁体を蒸着し、その金属酸
化物絶　　　　。

縁体を空気コンデンサのスペーサーとして用いることを
特徴としたフィルムコンデンサである。ポリエステルフ
ィルム基板上にＳｉＯ□蒸着膜を形成した場合、かなり
の凹凸やピンホールがみられる。そこで、この凹凸やピ
ンホールの多いＳｉＯ□蒸着膜を空気コンデンサのスペ
ーサーとして用いることを提案している。また、特公昭
５８−２１８１４によれば、一方の電極となる金属箔に
無機誘電体薄膜を形成したものと、他方の電極としてプ
ラスチックフィルムに導電性金属薄膜を形成したものと
を積層し１巻回したことを特徴とする巻回し型コンデン
サである。アルミ箔上に化学的析出法、真空蒸着法、ス
パッタリング法を用いて無機誘電体を形成し、成膜後温
度２００°Ｃ以上で熱処理を行い、薄膜の高結晶性、高
純度化をはかっている。両者において明らかなように、
高分子フィルム基板上に真空蒸着法などにより作成した
薄膜は、結晶性の低いピンホールの多い膜であり。

膜の高結晶性、高純度化をはかるには成膜後の高温熱処
理に頼らざるを得ないところが現状である。

また、特開昭５４−１８０６２によれば、方形樹脂フィ
ルムの一平面に、その−側端がこの樹脂フィルムの一側
端に導出されるような方形の第１の電極を付与し、この
電極の上に、この電極を隠蔽するような薄膜誘電体をス
パッタリングあるいはイオンブレーティング法により形
成する積層コンデンサの製造方法が提案されている。イ
オン工学的な表面処理技術であるスパッタリング法ある
いはイオンブレーティング法を用いる場合、特に基板と
して樹脂フィルムを使用する場合、基板の温度上昇によ
り樹脂フィルムの寸法安定性を損ない、その上に形成す
る薄膜誘電体の特性の低下を引き起こす。また、マスク
剤を塗布し、マージン部を形成する場合には、マスク剤
の洗い出しのため水洗処理が必要であり、これらの処理
に耐えうる高付着力を有する薄膜が要求される。そのた
め蒸発原子及び分子のエネルギーを高め、付着性を向上
することが必要となる。しかし、その結果として基板の
温度上昇を引き起こし、場合によって冷却手段を講じて
も完全に温度上昇を防止できないなどの問題がある。こ
のように、基板として用いる樹脂フィルムの表面特性、
薄膜誘電体層の材質ならびに薄膜成膜方法によって製造
される薄膜コンデンサの電気特性に大きく影古されてい
るのが現状である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、前記の薄膜誘電体の欠点を解消するため
鋭意研究を進めた結果、薄膜誘電体層をＲＦビイオンブ
レーティング法ＲＦは高周波法を称し、以下ＲＦとする
。）を用いて形成することにより、一般的なイオンブレ
ーティング法、スパッタリング法では抑えることのでき
ない基板温度の抑制が可能となり、真空蒸着法などでは
得られない高稠密で高純度化した薄膜誘電体層が得られ
ることを見出し９本発明に到達したのである。すなわち
本発明は、高分子フィルムを支持体基板として、その片
側表面に導電性金属の蒸着を施した金属化フィルム上に
、真空系にガスを導入して。

真空度１０−”〜１０−５Ｔｏｒｒ　（日本真空製　電
離真空計にて測定）に保ち、高周波電界を印加すること
によりプラズマを発生させるＲＦビイオンブレーティン
グ法より形成された薄膜誘電体を形成することより得ら
れるコンデンサ用薄膜誘電体材料に関するものである。

１９６４年にマトソクスによってイオンブレーティング
が開発されて以来。

各種のイオンブレーティング法が考案されてきた。

例えば、イオンブレーティングの原型であるマトソクス
法、高周波により励起されたプラズマ中でイオン化が促
進されるＲＦビイオンブレーティング法複数の熱陰極を
設け、この熱陰極から出る電子を蒸発粒子に衝突させて
イオン化する多陰極法。

カソードガンに不活性ガスを導入してプラズマ電子ビー
ムを発生させ、物質を蒸発させなからイオン化するホロ
ーカソード法、基板と蒸発源の間にプラスに印加された
バイアスプローブをおいたバイアスプローブ法、基板に
プラスの電圧を印加する低圧力プラズマ蒸着法、蒸発源
に密閉型の容器を用い、蒸発した粒子が細かいノズルよ
り数個〜数百個の原子や分子の集まったクラスターイオ
ンが基板に衝突して膜形成するクラスターイオンビ　　
　　！−ム法などがある。しかしながら、ＲＦビイオン
ブレーティング法外は基板温度の急激な上昇をもたらし
、基板冷却によっても誘電特性の優れた薄膜誘電体を形
成することができず、高分子フィルムを基板として用い
る場合には、ＲＦビイオンブレーティング法最も理想的
な方法である。

ＲＦビイオンブレーティング法用いることによって、プ
ラズマ中で蒸発原子２分子が電離ガスと衝突することに
よってイオン化され、また反応し。

大きなエネルギーを得て基板上で成膜される。よって、
一時的に非化学量論的な組成で飛び出した化合物も雰囲
気ガスから不足分を補い、化学量論的に安定なものとな
り得るのである。同時に高エネルギーを得た原子１分子
が基板上で成膜するため、高稠密な高付着強度を有する
薄膜が得られ。

また、高真空領域での高周波励起によるプラズマ発生の
ため、高分子フィルム基板の温度上昇が抑制されるので
ある。薄膜誘電体層は鉛酸化物からなり、その膜厚の範
囲０．３〜１．０μｍ（日型アネルバ製　繰返し反射干
渉計ナノスコープにて測定）において高稠密なものが得
られる。膜厚０．３μｍ以下の場合には絶縁抵抗に問題
があり、１．０ｘ！ｍ以上の場合には薄膜自身の亀裂を
まねく原因となる。好ましくは、０．８μｍ程度の膜厚
がよい。支持体基板として用いる高分子フィルムは、そ
の上に積層する薄膜誘電体の形状に大きく影害を与える
ため、高分子フィルムの表面粗さ特性が１面積Ｉｍｍ”
あたり５Ｒｚ０．５μｍ以下でかつＳ　Ｒｍ、０．７μ
ｍ（小板研究所製５Ｅ−３ＡＫを用い、クリーンベンチ
内においてクラス１００以下の雰囲気で測定。ＳＲｚは
高い山から１０点平均山高さであり、ＳＲ，、は最大山
高さを示すものである。）のものを用いる。この高分子
フィルムの表面粗さ特性は、好ましくはＳ　Ｒｚ０．　
３μｍ以下でかつ５Ｒ００，５μｍ以下のものがよい。

ただし、実際には高分子フィルムに５００人程度の／ｌ
電極を形成するが、この場合の金属化フィルムの表面粗
さ特性は、高分子フィルムのものとほとんど変化しない
ので、金属化フィルムの表面粗さも前述のものと同等の
特性が必要である。高分子フィルムには。

ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン。

ポリスチレン、ポリカーボネートなどがあるが。

好ましくはポリエチレンテレフタレートを用いるのがよ
い。また、コンデンサの小型化を計るため。

通常はフィルム厚み２〜２５μｍのものを使用するが２
本発明においてはより小型化を達成するために、好まし
くは２〜６μｍのものを用いるのがよい。この高分子フ
ィルム基板上に無ＷＪ、誘電体薄膜を形成する場合、Ｒ
Ｆビイオンブレーティング法用いることによって、従来
の真空蒸着法などで得られなかった高稠密性、高純度の
薄膜誘電体の形成が可能となり、従来のフィルムコンデ
ンサの数倍の静電容量が得られ３本発明によってフィル
ムコンデンサの大容量小型化を可能ならしめることは明
らかである。

〔実施例〕

以下に実施例を示して２本発明を第１図を参照して具体
的に説明する。

実施例１ 支持体基板１は、フィルム厚１２μｍ（ＳＲｚ−０，２
μｍ、ＳＲ□−０，４μｍ）のポリエステルフィルムを
用い、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ＨＡｒ：０ｚ＝１０：　３．　４　Ｘ　１
０−２Ｔｏｒｒ）を行った。下部電極２は。

Ａｌをポリエステルフィルム基板上に真空蒸着を行った
。その上に、Ｐｂの酸化物であるＰｂＯ薄膜誘電体層３
を、非蒸着部分を形成するためのマスクを行い、ＲＦビ
イオンブレーティング法形成した。

すなわち、アルゴン対酸素流量比、３：１０流し、ペル
ジャー内の真空度７　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに保ち。

電圧２ＫＶ、周波数１３．５６Ｍ１ｌｚの高周波電界１
００Ｗで印加しながら電子銃により、ｐｂｏ蒸発母材を
加熱蒸発させ形成した。ただし、蒸発母材は純度９９．
９９％のＰｂＯ１粉末をプレス成型し、約６時間真空焼
結を行ったものを用いた（実験１）。比較例としてｐｂ
ｏ薄膜誘電体層３を真空蒸着法において（比較例１１）
、またホローカソード法に上に、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４としてＡｆｆｉ
を真空蒸着した。

実験１．比較例１−１及び比較例１−２で得られた薄膜
コンデンサの静電容量（ＩＫＨｚで測定）。

誘電正接（ＩＫＨｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５■の
測定）及び歩留り率を測定した。その結果を表１に示す
。ただし２歩留り率はサンプル１００点を作成し、電気
絶縁抵抗５×ＩＯ’Ω以上のものを百分率で表したもの
である。表１に示すごとく。

ＲＦビイオンブレーティング法薄膜誘電体層を作成した
場合の方が、真空蒸着法及びホローカソード法で作成し
た場合と比較して、誘電正接、電気絶縁抵抗１歩留り率
において優れていることは明らかである。

表　　１ １３一 実施例２ 実験１において薄膜誘電体を作成した条件と同様の方法
で作成し、耐水洗性のテストを行った。

ただし、耐水洗性テスト用サンプルは、金属化フィルム
上に水溶性高分子を塗布し、パターンを形成し、その上
に薄膜誘電体をＲＦビイオンブレーティング法実験２）
、真空蒸着法（比較例２−１）及びホローカソード法（
比較例２−２）で形成した。そして、イオン交換水を用
いて水洗し、水洗後の静電容量（ＩＫＨｚで測定）、誘
電正接（ＩＫＨｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５ｖで測
定）１歩留り率を実施例１と同様の条件で測定した。そ
の結果を表２に示した。表２より、ＲＦビイオンブレー
ティング法薄膜誘電体を形成した方は、水洗工程を経て
もほとんど膜質は変化しないが、真空蒸着法及びホロー
カソード法で作成した方は、誘電特性、物理特性の低下
がみられる。

実施例３ 付着強度はクロスカットテープテストによる。

すなわち、金属化フィルム上にＲＦビイオンブレーティ
ング法薄膜誘電体層を形成したもの（実験３）、真空蒸
着法で形成したもの（比較例３−１）。

ホローカソード法で形成したもの（比較例３−２）にナ
イフで縦横１ｍｍＸ１鶴のマス目を１００個つくり、そ
の上にセロテープ（積木化学製）をはりつけた後そのセ
ロテープを剥離して、１００個のマス目のうち剥離しな
いマス目の個数をもって表示した。（密着性試験ＪＩＳ
−Ｄ−２０２０を適用）その結果を表３に示す。表３よ
り、ＲＦビイオンブレーティング法薄膜誘電体を作成し
た場合剥離は認められず、付着強度の強い膜であること
が証明された。

実施例４ 表面粗さ特性が、　　ＳＲｚ　＝０．１１　、ｌｊｍ　
〜０．７３ｔｔｍ、５Ｒ１１ａ＝０．３４μｍ　〜１．
２μｍの範囲にわたる高分子フィルム（小板研究所製　
５Ｅ−３ＡＫで測定）基板上に、ＲＦビイオンブレーテ
ィング法て膜厚０．１〜１．４μｍのｐｂｏ　薄膜を形
成して、誘電正接（％）２歩留り率（％）を測定した。

測定条件は実施例１と同様である。結果を表４に示す。

高分子フィルムの５Ｒ２０，５０μｍ、ＳＲ、，０，７
０μｍを越えると、誘電正接１歩留り率も大きく悪化す
る。好ましくは、５Ｒｚ０．３μｍ以下、ＳＲ，，０，
５μｍ以下である。薄膜誘電体の膜厚０．３μｍ以上な
い場合には、誘電正接１歩留り率の優れたものは得られ
ず、１．０μｍ以上になると両者の低下がおこり３局部
的な亀裂が発生する。

よって、薄膜誘電体の膜厚０．３〜１．０μｍの範囲が
適当であり、好ましくは０．８μｍ程度である。

表　　４ 実施例５ 表面粗さ特性において、　　ＳＲｚ　＝０．４８μｍ。

Ｓ　Ｒ，、−０，９９μｍである高分子フィルム基板（
比較例５）と、ＳＲｚ　＝０．４０＋ｕｍ、ＳＲ，−−
〇、５１μｍである高分子フィルム基板（実験５）を用
い、その上に本発明と同様の方法で、ＡＮ電極、ｐｂ○
誘電体、／Ｉ／２電極を順次ＲＦイオンブレーティング
法で形成し、静電容量（ＩＫｔｌｚで測定）、誘電正接
（Ｉ　Ｋ　ｌｌｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５Ｖで測
定）及び歩留り率で測定した。その結果を表５に示す。

比較例５．実験５とも、ＳＲｚ・０．５０μｍ以下であ
る・が、比較例５のようにＳＲ、，０，９９μｍと大き
くなると歩留り率が大幅に低下し、誘電正接が増加する
。

高分子フィルムの表面粗さ特性において１面積１　ｍｍ
”あたり５Ｒｚ０．５μｍ以下でかつＳ　Ｒ，，０，７
μｍ以下であることが必要である。

表　　５ 〔発明の効果〕 本発明によれば次の効果を得ることができる。

１、従来の真空蒸着法で作成された薄膜誘電体材料と比
較して、誘電正接、電気絶縁抵抗の優れたものが得られ
、その結果歩留り率を大きく向上することができる。

２、従来の真空蒸着法で作成された薄膜誘電体材料と比
較して、耐水洗性、付着強度の優れたものが形成できる
。

つまり、ＲＦイオンブレーティング法で薄膜誘電体を形
成することより、化学量論的に安定で。

誘電特性に優れた薄膜が形成でき、素子巻き時の不良品
発生率も、薄膜誘電体の付着強度の大幅な向上により大
きく低減することが可能となり、かつ従来のフィルムコ
ンデンサと比較しても、大幅に小型化することができた
。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、コ
ンデンサ用の全く新規な優れた薄膜誘電体材料が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

本発明のコンデンサ用薄膜誘電体材料の実施例及び比較
例を模式的に示したものである。 ■　ポリエステルフィルム基板 ２電　極 ３　誘電体層 ４　　電　　　極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高分子フィルムの表面粗さ特性において、面積１ｍｍ
   ＾２あたりＳＲｚ０．５μｍ以下かつＳＲｍａ０．７μ
   ｍ以下である高分子フィルムを支持体基板として、その
   片側表面に導電性金属の蒸着を施した金属化フィルム上
   に、ＲＦイオンプレーティング法により、膜厚の範囲０
   ．３〜１．０μｍの鉛の酸化物からなる薄膜誘電体を形
   成することを特徴とするコンデンサ用鉛酸化物薄膜誘電
   体材料。