JPWO2018092722A1 - コンデンサ及びコンデンサの実装構造 - Google Patents
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Abstract
コンデンサ10は、一方の主面20aに多孔部21を有する導電性金属基材20と、一方の主面20a全体並びに該主面20aと直交する方向に面する側面20b全体を覆う誘電体層40と、誘電体層40上を覆う態様で設けられる電極層50と、電極層50上を覆う態様で設けられる第2引き出し電極70と、導電性金属基材20の他方の主面20cを覆う第1引き出し電極30と、電極層50と導電性金属基材20との間を絶縁する絶縁層60と、を備える。
Description
本発明は、コンデンサ及びコンデンサの実装構造に関するものである。
従来、コンデンサとして大きな静電容量を得るべく、多孔構造の導電性金属基材を用いたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1のコンデンサは、前記導電性金属基材と、導電性金属基材上に形成される誘電体層と、誘電体層上に形成される上部電極と、導電性金属基材に電気的に接続された第1端子電極と、前記上部電極と電気的に接続された第2端子電極とを有する。そして、導電性金属基材は、相対的に空隙率の高い高空隙率部と、高空隙率部の周囲であって高空隙率部よりも空隙率の低い低空隙率部を有する構成となっている。
特許文献1のコンデンサは、前記導電性金属基材と、導電性金属基材上に形成される誘電体層と、誘電体層上に形成される上部電極と、導電性金属基材に電気的に接続された第1端子電極と、前記上部電極と電気的に接続された第2端子電極とを有する。そして、導電性金属基材は、相対的に空隙率の高い高空隙率部と、高空隙率部の周囲であって高空隙率部よりも空隙率の低い低空隙率部を有する構成となっている。
ところで、上記のようなコンデンサにおいては、低空隙率部を有することにより、機械的強度を十分に確保するようになっている。しかしながら、低空隙率部を有することにより、静電容量が十分に確保できない虞がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、機械的強度を確保しつつ静電容量を向上させることが可能なコンデンサ及びコンデンサの実装構造を提供することにある。
上記課題を解決するコンデンサは、一方の主面に多孔部を有する導電性金属基材と、前記一方の主面全体並びに該主面と直交する方向に面する側面全体を覆う誘電体層と、前記誘電体層上を覆う態様で設けられる電極層と、前記導電性金属基材の他方の主面を覆う第1端子電極と、前記電極層上を覆う態様で設けられる第2端子電極と、前記電極層と前記導電性金属基材との間を絶縁する絶縁層と、を備える。
この構成によれば、誘電体層、電極層及び第2端子電極が一方の主面並びに側面を覆うように構成され、他方の主面を第1端子電極で覆うように構成されるため、コンデンサの各主面並びに側面がいずれかの端子電極で覆われた構成となる。これにより、機械的強度を確保することができる。そして、多孔部を一方の主面に設けることで、従来構成のように一部が低空隙率部とならずに、一方の主面全体を多孔部とすることができるため、静電容量を向上させることができる。
上記コンデンサにおいて、前記誘電体層は、前記一方の主面全体並びに該主面と直交する方向に面する前記側面全体に加えて、前記他方の主面の一部を覆う態様で設けられ、前記電極層は、前記誘電体層全体を覆う態様で設けられ、前記第2端子電極は、前記電極層全体を覆う態様で設けられる、ことが好ましい。
この構成によれば、誘電体層、電極層及び第2端子電極が他方の主面の一部を覆う態様で設けられる。このため、他方の主面において第1端子電極と第2端子電極とを有する構成となる。これにより、一方の主面の第2端子電極と他方の主面の第1端子電極とを利用する場合と、他方の主面の第2端子電極及び第1端子電極を利用する場合とのいずれであっても利用可能なコンデンサを提供することができ、利便性の面で向上できる。
上記コンデンサにおいて、前記第1端子電極は、前記導電性金属基材の他方の主面側において複数の端子部を有することが好ましい。
この構成によれば、第1端子電極は、導電性金属基材の他方の主面側において複数の端子部を有するため、低インダクタンスとすることができる。
この構成によれば、第1端子電極は、導電性金属基材の他方の主面側において複数の端子部を有するため、低インダクタンスとすることができる。
上記コンデンサにおいて、前記導電性金属基材は、前記一方の主面から前記他方の主面に貫通する貫通孔を有し、前記第2端子電極は、前記一方の主面側から前記導電性金属基材の前記貫通孔を介して前記他方の主面側に延出する態様で設けられることが好ましい。
この構成によれば、第2端子電極を前記貫通孔を介して他方の主面側まで延出させることができるこれにより、一方の主面の第2端子電極と他方の主面の第1端子電極とを利用する場合と、他方の主面の第2端子電極及び第1端子電極を利用する場合とのいずれであっても利用可能なコンデンサを提供することができ、利便性の面で向上できる。
上記コンデンサにおいて、前記導電性金属基材の前記貫通孔は、複数設けられ、前記第2端子電極は、前記一方の主面側から前記導電性金属基材の各貫通孔を介して前記他方の主面側に延出する態様で設けられることが好ましい。
この構成によれば、第2端子電極を他方の主面において複数の端子部を設ける構成とすることができるため、低インダクタンスとすることができる。
いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材は、前記多孔部と、当該多孔部を少なくとも下から支える支持部とを含むワンピース品である。この構成によれば、導電性金属基材用の母材を切断することによって導電性金属基材を準備することができる。
いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材は、前記多孔部と、当該多孔部を少なくとも下から支える支持部とを含むワンピース品である。この構成によれば、導電性金属基材用の母材を切断することによって導電性金属基材を準備することができる。
いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材は、エッチド金属箔であり、前記導電性金属基材の前記一方の主面はエッチド面であり、前記導電性金属基材の前記他方の主面は、前記エッチド面の反対側の非エッチド面である。この構成によれば、金属箔の片面をエッチングすることによって導電性金属基材を準備するこができる。
いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材は、複数の金属粒子の焼結体である多孔性焼結金属ブロックである。この構成によれば、金属粒子を熱処理することによって導電性金属基材を準備するこができる。
いくつかの特定の態様では、前記多孔性焼結金属ブロックは、隣接する金属粒子間のネックによって形成される細孔を備える。この構成によれば、金属粒子の種類および/または熱処理条件を変更または調整することによって、導電性金属基材の空隙率を制御するこができる。
いくつかの特定の態様では、前記コンデンサは、前記多孔性焼結金属ブロックの下部を下から支える基板を備える。この構成によれば、複数の金属粒子を基板上で熱処理することによって導電性金属基材として機能する多孔性焼結金属ブロックを準備するこができる。
いくつかの特定の態様では、前記基板はキャビティを有し、前記多孔性焼結金属ブロックは、前記キャビティに収容され、前記基板によって下から及び側方から支えられる。この構成によれば、複数の金属粒子を基板のキャビディ内で熱処理することによって導電性金属基材として機能する多孔性焼結金属ブロックを準備するこができる。また、基板によって導電性金属基材を下から及び側方から支えることができる。
いくつかの特定の態様では、前記基板はキャビティがなく平坦面を有する平板状の基板であり、前記多孔性焼結金属ブロックは、前記基板の前記平坦面によって下から支えられ、前記コンデンサは、前記基板を覆うとともに前記多孔性焼結金属ブロックを側方から支える金属めっき層を更に備える。この構成によれば、複数の金属粒子を基板の平坦面上で熱処理することによって導電性金属基材として機能する多孔性焼結金属ブロックを準備するこができる。また、導電性金属基材を基板によって下から支え、金属めっき層によって側方から支えることができる。
上記課題を解決するコンデンサの実装構造は、上記コンデンサを回路基板の表面に設ける。
この構成によれば、上記したいずれかまたは全ての効果を得ることができる。
この構成によれば、上記したいずれかまたは全ての効果を得ることができる。
上記課題を解決するコンデンサの実装構造は、上記いずれかに記載のコンデンサを回路基板に埋め込み配置する。
この構成によれば、上記したいずれかまたは全ての効果を得ることができる。
この構成によれば、上記したいずれかまたは全ての効果を得ることができる。
本発明のコンデンサ及びコンデンサの実装構造によれば、機械的強度を確保しつつ静電容量を向上させることができるという効果を奏する。
以下、各実施形態のコンデンサについて添付図面を参照して説明する。なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。また、構成要素の寸法比率は、実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。
図1に示すように、本実施形態のコンデンサ10は、回路基板1の表面に設けられ、回路基板1に備えられる電源層2並びにGND層3と電気的に接続される。その接続方法は例えば、はんだ(例えば図1のはんだ接続部4)で接続される。また、本実施形態では回路基板1上に集積回路5が設けられている。集積回路5は、前記電源層2並びにGND層3と電気的に接続される。即ち、コンデンサ10と集積回路5は同一回路上に接続されている。
図2に示すように、コンデンサ10は、導電性金属基材20と、第1引き出し電極30と、誘電体層40と、電極層50と、絶縁層60と、第2引き出し電極70とを有している。なお本実施形態のコンデンサ10は、略直方体形状となる態様で構成される。なお、「略直方体状」には、角部や稜線部が面取りされた直方体や、角部や稜線部が丸められた直方体が含まれるものとする。
図2に示すように、導電性金属基材20は、一方の主面側に多孔構造の多孔部21を有し、他方の主面側に支持部22を有する。なお、図2において一方の主面は上面であり、他方の主面は下面である。
導電性金属基材20を構成する材料としては、金属であれば特に限定されないが、例えばアルミニウム、タンタル、ニッケル、銅、チタン、ニオブおよび鉄、ならびにステンレス、ジュラルミン等の合金等が挙げられる。好ましくは、導電性金属基材20を構成する材料は、アルミニウムである。
多孔部21は、支持部22よりも空隙率が高い多孔構造を有する。なお、本明細書でいう「空隙率」とは、導電性金属基材20において空隙が占める面積または体積の割合、好ましくは面積の割合を言う。当該空隙率は、下記のようにして測定することができる。
まず、導電性金属基材20を、集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)加工で60nm以下の厚みの薄片に加工する。この薄片試料の所定の領域(3μm×3μm)を、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いて撮影する。得られた画像を画像解析することにより、導電性金属基材20の金属が存在する面積を求める。そして、下記式から空隙率を求めることができる。
空隙率=((測定面積−基材の金属が存在する面積)/測定面積)×100
なお、上記多孔部21の空隙は、コンデンサ10を作製するプロセスにおいて、最終的に導電性金属基材20とは異なる誘電体層40や電極層50などの非基材物質で充填され得るが、上記「空隙率」は、このように充填された物質は考慮せず、充填された箇所も空隙とみなして算出する。
空隙率=((測定面積−基材の金属が存在する面積)/測定面積)×100
なお、上記多孔部21の空隙は、コンデンサ10を作製するプロセスにおいて、最終的に導電性金属基材20とは異なる誘電体層40や電極層50などの非基材物質で充填され得るが、上記「空隙率」は、このように充填された物質は考慮せず、充填された箇所も空隙とみなして算出する。
第1引き出し電極30は、導電性金属基材20の支持部22上、より詳しくは支持部22の表面である主面20cに設けられる。第1引き出し電極30を構成する材料は特に限定されないが、例えば、Au、Pb、Ag、Sn、Ni、Cu等の金属および合金、ならびに導電性高分子などが挙げられる。本実施形態では、例えばCuめっき処理により第1引き出し電極30を形成している。
第1引き出し電極30は、略板状をなし、その中央から前記支持部22から離間する方向(図2において下側)に向かって突出する少なくとも一つの好ましくは複数の突出部31を有する。突出部31は、回路基板1(図1参照)とはんだ接続部4を介して電気的に接続される端子部である。
誘電体層40は、導電性金属基材20の一方の主面20a側を覆う第1誘電体層41と、側面20b側を覆う第2誘電体層42と、他方の主面20c側の一部を覆う第3誘電体層43とを有する。
第1誘電体層41は、主面20a側全体であって多孔部21を覆うように構成される。第2誘電体層42は、第1誘電体層41の端部から反対側の主面20cに向かって延びるように構成されて側面20bの全体を覆うように構成される。第3誘電体層43は、第2誘電体層42の端部から中央寄りに延出して主面20aの一部を覆うように構成される。なお、第3誘電体層43と第1引き出し電極30との間には絶縁層60が設けられる。
誘電体層40を形成する材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、好ましくは、AlOx(例えば、Al2O3)、SiOx(例えば、SiO2)、AlTiOx、SiTiOx、HfOx、TaOx、ZrOx、HfSiOx、ZrSiOx、TiZrOx、TiZrWOx、TiOx、SrTiOx、PbTiOx、BaTiOx、BaSrTiOx、BaCaTiOx、SiAlOx等の金属酸化物;AlNx、SiNx、AlScNx等の金属窒化物;またはAlOxNy、SiOxNy、HfSiOxNy、SiCxOyNz等の金属酸窒化物が挙げられ、AlOx、SiOx、SiOxNy、HfSiOxが好ましい。なお、上記の式は、単に材料の構成を表現するものであり、組成を限定するものではない。即ち、OおよびNに付されたx、yおよびzは0(ゼロ)より大きい任意の値であってもよく、金属元素を含む各元素の存在比率は任意である。
誘電体層40は、好ましくは、気相法、例えば真空蒸着法、化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法、パルスレーザー堆積法(PLD:Pulsed Laser Deposition)等により形成される。多孔部材の細孔の細部にまで厚みがより均一な層(膜)を形成できることから、ALD法がより好ましい。
電極層50は、誘電体層40上に形成されている。より詳しくは第1誘電体層41上に設けられる第1電極層51と、第2誘電体層42上に設けられる第2電極層52と、第3誘電体層43上に設けられる第3電極層53とを有する。
電極層50を構成する材料は、導電性であれば特に限定されないが、Ni、Cu、Al、W、Ti、Ag、Au、Pt、Zn、Sn、Pb、Fe、Cr、Mo、Ru、Pd、Taおよびそれらの合金、例えばCuNi、AuNi、AuSn、ならびにTiN、TiAlN、TiON、TiAlON、TaN等の金属酸化物、金属酸窒化物、導電性高分子(例えば、PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))、ポリピロール、ポリアニリン)などが挙げられ、TiN、TiONが好ましい。
電極層50は、ALD法により形成してもよい。ALD法を用いることにより、コンデンサの静電容量をより大きくすることができる。別法として、誘電体層を被覆し、導電性金属基材の細孔を実質的に埋めることのできる、化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、めっき、バイアススパッタ、Sol−Gel法、導電性高分子充填などの方法で、電極層50を形成してもよい。好ましくは、誘電体層上にALD法で導電性膜を形成し、その上から他の手法により、導電性物質、好ましくはより電気抵抗の小さな物質で細孔を充填して電極層50を形成してもよい。このような構成とすることにより、効率的により高い静電容量密度および低い等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)を得ることができる。
絶縁層60は、導電性金属基材20と電極層50との間に設けられる。絶縁層60を設けることで、電極層50と導電性金属基材20との間での短絡(ショート)が抑えられている。絶縁層60を形成する材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、後に原子層堆積法を利用する場合、耐熱性を有する材料が好ましい。絶縁層60を形成する絶縁性材料としては、各種ガラス材料、セラミック材料、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂が好ましい。本例では絶縁層60としてSiO2を用いている。
第2引き出し電極70は、電極層50上に形成されている。より詳しくは、第2引き出し電極70は、第1電極層51上に設けられる上部引き出し電極部71と、第2電極層52上に設けられる側面引き出し電極部72と、第3電極層53上に設けられる下部電極部73とを有する。第2引き出し電極70を構成する材料は特に限定されないが、例えば、Au、Pb、Ag、Sn、Ni、Cu等の金属および合金、ならびに導電性高分子などが挙げられる。本実施形態では、例えばCuめっき処理により第2引き出し電極70を形成している。
次に、上記のようの構成されたコンデンサ10の製造工程(製造方法)について説明する。
図3(a)に示すように、先ず、導電性金属基板100を準備する。導電性金属基板100を構成する材料としては、例えばアルミニウム、タンタル、ニッケル、銅、チタン、ニオブおよび鉄、ならびにステンレス、ジュラルミン等の合金等が挙げられる。好ましくは、導電性金属基板100を構成する材料は、アルミニウムである。導電性金属基板100は、一方の主面側に多孔質金属層101を有し、他の主面側に支持層102を有する。つまり、導電性金属基板100の一面は多孔質金属層101で構成され、導電性金属基板100の前記一面とは反対側の面は、支持層102で構成されている。
図3(a)に示すように、先ず、導電性金属基板100を準備する。導電性金属基板100を構成する材料としては、例えばアルミニウム、タンタル、ニッケル、銅、チタン、ニオブおよび鉄、ならびにステンレス、ジュラルミン等の合金等が挙げられる。好ましくは、導電性金属基板100を構成する材料は、アルミニウムである。導電性金属基板100は、一方の主面側に多孔質金属層101を有し、他の主面側に支持層102を有する。つまり、導電性金属基板100の一面は多孔質金属層101で構成され、導電性金属基板100の前記一面とは反対側の面は、支持層102で構成されている。
導電性金属基板100の支持層102には、予めCuめっき処理により、導電層103が形成されている。導電層103上には、蒸着又はスパッタにより形成される複数の絶縁部104と、各絶縁層104間において塗布により形成される被覆部105とを有する。
図3(b)に示すように、導電性金属基板100並びに絶縁部104を切断する。本実施形態では、被覆部105間で複数の個片部110となるように切断する。切断された各個片部110は、切断されることでコンデンサ10における導電性金属基材20と、絶縁層60とを有することとなる。
図4に示すように、各個片部110に対して誘電体層40を形成し、その後に電極層50をそれぞれALD法を用いて形成する。このとき、絶縁層60並びに被覆部105にも各層40,50が成膜されるようになっている。
次いで、電極形成の前処理として例えばTi/Cuスパッタ膜を形成する(図示略)。このとき、電極層50の第1電極層51及び第2電極層52に対して成膜を行う。
図5に示すように、被覆部105を除去する。被覆部105の除去方法は特に問わないが、例えばレーザ処理、化学処理により除去する方法が挙げられる。
図5に示すように、被覆部105を除去する。被覆部105の除去方法は特に問わないが、例えばレーザ処理、化学処理により除去する方法が挙げられる。
次いで、電極形成の前処理として例えばTi/Cuスパッタ膜を形成する(図示略)。このとき、電極層50の第3電極層53に対して成膜を行う。
その後、Cuめっき処理により第1引き出し電極30(突出部31)及び第2引き出し電極70を形成する。これにより、第1電極層51、第2電極層52及び第3電極層53を覆うように第2引き出し電極70が形成され、第1引き出し電極30の突出部31が形成される。
その後、Cuめっき処理により第1引き出し電極30(突出部31)及び第2引き出し電極70を形成する。これにより、第1電極層51、第2電極層52及び第3電極層53を覆うように第2引き出し電極70が形成され、第1引き出し電極30の突出部31が形成される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)誘電体層、電極層及び第1端子電極が一方の主面20a並びに側面20bを覆うように構成され、他方の主面20cを第2端子電極で覆うように構成されるため、コンデンサの各主面並びに側面がいずれかの端子電極で覆われた構成となる。これにより、機械的強度を確保することができる。そして、多孔部を一方の主面に設けることで、従来構成のように一部が低空隙率部とならずに、一方の主面全体を多孔部とすることができるため、静電容量を向上させることができる。
(1)誘電体層、電極層及び第1端子電極が一方の主面20a並びに側面20bを覆うように構成され、他方の主面20cを第2端子電極で覆うように構成されるため、コンデンサの各主面並びに側面がいずれかの端子電極で覆われた構成となる。これにより、機械的強度を確保することができる。そして、多孔部を一方の主面に設けることで、従来構成のように一部が低空隙率部とならずに、一方の主面全体を多孔部とすることができるため、静電容量を向上させることができる。
(2)誘電体層、電極層及び第1端子電極が他方の主面の一部を覆う態様で設けられる。このため、他方の主面において第1端子電極と第2端子電極とを有する構成となる。これにより、一方の主面の第1端子電極と他方の主面の第2端子電極とを利用する場合と、他方の主面の第1端子電極及び第2端子電極を利用する場合とのいずれであっても利用可能なコンデンサを提供することができ、利便性の面で向上できる。
(3)誘電体層40を原子層堆積法(ALD法)により形成することで、誘電体層40の厚みを均一とすることができる。
(4)電極層50を原子層堆積法(ALD法)により形成することで、電極層50の厚みを均一とすることができる。
(4)電極層50を原子層堆積法(ALD法)により形成することで、電極層50の厚みを均一とすることができる。
(5)原子層堆積法ALD法を用いて誘電体層40と、電極層50とを連続的に形成する構成であるため、生産性向上に寄与できる。
(変形例)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
(変形例)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、コンデンサ10は、主面20c側の一部を覆う第3誘電体層43と、第3誘電体層43を覆う第3電極層53と、第3電極層53を覆う下部電極部73とを有する構成としたが、これに限らない。
図6及び図7に示すように、第1変形例のコンデンサ10では、誘電体層40は、第1誘電体層41及び第2誘電体層42を有する。電極層50は、第1電極層51及び第2電極層52を有する。第2引き出し電極70は、上部引き出し電極部71及び側面引き出し電極部72を有する。即ち、誘電体層40、電極層50及び第2引き出し電極70のいずれも主面20c側を覆わない構成となっている。また、図6及び図7においては、第1引き出し電極30の突出部31が上記実施形態と比較して幅広形状をなすように構成されている。
なお、図7に示す構成では、回路基板1内にコンデンサ10を埋め込み配置した構成となっている。このような構成であっても、コンデンサ10の第2引き出し電極70が一方の主面20a及び側面20b全体を覆い、第1引き出し電極30が他方の主面20cを覆う構成であるため、十分な強度が確保されるため、コンデンサ10の割れ等の発生を抑えることができる。なお、図6に示すコンデンサ10は、埋め込み配置に限らず、上記実施形態と同様に表面実装した構成を採用してもよい。
また、下部電極部73を有し、第3誘電体層43並びに第3電極層53を省略した構成を採用してもよい。つまり、誘電体層40及び電極層50は一方の主面20a全体並びに該主面20aと直交する方向に面する側面20b全体を覆い、第2引き出し電極70は、一方の主面20a全体、該主面20aと直交する方向に面する側面20b全体、及び他方の主面20cの一部を覆う構成となる。
・図8(a)(b)に示す第2変形例のコンデンサ10のように、第1引き出し電極30に複数の突出部31を有して多端子構造としてもよい。これに代えてまたは加えて、第2引き出し電極70についても同様に突出部70aを有して多端子構造としてもよい。第2引き出し電極70の突出部70aは、上部引き出し電極部71から他方の主面20c側に延出するように構成される。ここで、導電性金属基材20には複数の貫通孔20dが形成されている。そして、第2引き出し電極70の突出部70aは、貫通孔20d内に配置された状態で突出部70aの先端70bが貫通孔20dから露出するように構成される。突出部70aの先端70bは、突出部31と面一となる構成が好ましい。
なお、図8(a)(b)に示す第2変形例のコンデンサ10を回路基板1内に埋め込み配置した場合には、図9に示すような構成が考えられる。すなわち、回路基板1の電源層2と突出部31とを電気的に接続し、回路基板1のGND層3と突出部70aとを電気的に接続した状態で回路基板1内に埋め込み配置している。
なお、図8(a)(b)に示すコンデンサ10は埋め込み配置に限らず、上記実施形態と同様に表面実装した構成を採用してもよい。
また、図10(a)(b)に示す第3変形例のコンデンサ10のように、第1引き出し電極30のみに複数の突出部31を設けて多端子構造としてもよい。すなわち、第2引き出し電極70の突出部70aを省略した構成である。この場合、第2引き出し電極70の下部電極部73が突出部31の周囲を覆うような構成となっている。
また、図10(a)(b)に示す第3変形例のコンデンサ10のように、第1引き出し電極30のみに複数の突出部31を設けて多端子構造としてもよい。すなわち、第2引き出し電極70の突出部70aを省略した構成である。この場合、第2引き出し電極70の下部電極部73が突出部31の周囲を覆うような構成となっている。
上述したように突出部31を複数設けて多端子構造とすることで、低インダクタンスとすることができる。また、突出部70aを複数設けたり、下部電極部73によって突出部31の周囲を覆う構成とすることで多端子構造として利用することができ、低インダクタンスとすることができる。
・上記実施形態では、コンデンサ10を略直方体形状としたが、その形状はこれに限定されない。コンデンサの形状として平面視において円状、楕円状などの形状を採用してもよい。
・実施形態の導電性金属基材20の多孔部21は、例えばアルミニウム箔のような金属箔をエッチングすることによって作製することができる、しかし、導電性金属基材20はエッチド金属箔に限定されない。例えば図11〜図15を参照して説明するように、熱処理によって作製される金属粒子凝集体(多孔性焼結金属ブロックともいう)を導電性金属基材として使用することができる。
図11に示す第4変形例のコンデンサ10aは、キャビティ160aを有する基板であるシリコン基板160と、シリコン基板160のキャビティ160a内に収容される導電性金属基材120とを備える。図12に示すように、導電性金属基材120は金属粒子123の凝集体(多孔性焼結金属ブロック)として構成される。金属粒子123としては、実施形態の導電性金属基材20に使用される金属を使用することができる。第4変形例の金属粒子123はニッケル粒子である。金属粒子123の平均粒径は、コンデンサ10aの容量特性及び金属粒子123の種類に応じて設定され、例えば、50〜500nmの範囲から選択することができる。隣接する金属粒子123の間にネック123aが形成される。一つのネック123aによってまたは複数のネック123aの連通によって細孔120aが形成される。金属粒子123の凝集体のほぼ全体に多数の細孔120aが分散しており、好ましくはほぼ均一に分布している。したがって、金属粒子123の凝集体の大部分好ましくは全体が高空隙率部または多孔部121である。
金属粒子123の凝集体のうちキャビティ160aの内面(すなわち底面および/または側面)に接触する部分は、多孔部を下からおよび/または側方から支持する支持部122として機能することができる。支持部122は、キャビティ160aの内面に密着して広がる箔状焼結金属部分のような非多孔部または低空隙率部であり得る。
金属粒子123の凝集体は、キャビティ160aの内面全体と接触または密着する箔状焼結金属部分を有してもよい。この箔状焼結金属部分は、金属粒子123の凝集体を形成するために金属粒子123をキャビティ160a内で熱処理することによって形成される。金属粒子123の凝集体のネック123aおよび/または細孔120aがキャビティ160aの内面に面してもよい。
次に、導電性金属基材120と、コンデンサ10aの第1端子電極131及び第2端子電極173との導通について説明する。
コンデンサ10aの第1端子電極131及び第2端子電極173は、コンデンサ10aの同じ平面(例えば下面)に配置されている。シリコン基板160は、シリコン基板160の下面からキャビティ160aまで延在する少なくとも一つのビアホール160bを有する。ビアホール160bには、例えば金属めっきによって形成されるビア電極132が充填される。導電性金属基材120の下面(例えば支持部122)はビア電極132によってコンデンサ10aの第1端子電極131に導電的に接続される。
コンデンサ10aの第1端子電極131及び第2端子電極173は、コンデンサ10aの同じ平面(例えば下面)に配置されている。シリコン基板160は、シリコン基板160の下面からキャビティ160aまで延在する少なくとも一つのビアホール160bを有する。ビアホール160bには、例えば金属めっきによって形成されるビア電極132が充填される。導電性金属基材120の下面(例えば支持部122)はビア電極132によってコンデンサ10aの第1端子電極131に導電的に接続される。
図12に示すように、金属粒子123の凝集体は、キャビティ160aの内面と接触する金属粒子123の凝集体の下面(例えば支持部122)を除き、誘電体層140と電極層150との積層膜180によって覆われる。誘電体層140は金属粒子123に直接接触または密着している。誘電体層140は、金属粒子123の金属面を完全にすなわち金属面が露出しないように金属粒子123を被覆する。電極層150は誘電体層140を被覆する。電極層150と金属粒子123との間に誘電体層140が挟まれる。
図11に示すように、積層膜180(誘電体層140及び電極層150)は、導電性金属基材120からシリコン基板160の外面を介してコンデンサ10aの下面まで延在している。積層膜180は、多孔部121を被覆する多孔部コーティング部分180aと、シリコン基板160の上面及び側面を被覆する部分180bと、シリコン基板160の下面の一部を被覆する部分であって、そこに第2端子電極173が形成される電極座部分180cとを含む。これらの部分180a、180b、180cは途切れなく連続している。
誘電体層140はシリコン基板160に直接接触または密着している。電極層150はこの誘電体層140を被覆する。したがって、電極層150は、シリコン基板160の上面、側面及び下面とは非接触である。第2端子電極173は、シリコン基板160の下面を被覆している積層膜180の電極座部分180cにおいて電極層150上に例えば直接に設けられる。コンデンサ10aの第1端子電極131及び第2端子電極173は、例えばはんだ接続部4(図1)を介して回路基板1に接続される。
図13を参照して第4変形例のコンデンサ10aの製造方法を説明する。
工程aにおいて、キャビティ160aが形成されたシリコン基板160を準備する。
工程bにおいて、金属粒子(ニッケル粒子)123を含んだペースト120xをキャビティ160a内に塗布または充填する。このペースト120xは、金属粒子123を、エタノールなどの溶剤に分散し、ポリビニルアルコールなどの合成樹脂を添加し、混合または混練することによってペースト状に調製することができる。
工程aにおいて、キャビティ160aが形成されたシリコン基板160を準備する。
工程bにおいて、金属粒子(ニッケル粒子)123を含んだペースト120xをキャビティ160a内に塗布または充填する。このペースト120xは、金属粒子123を、エタノールなどの溶剤に分散し、ポリビニルアルコールなどの合成樹脂を添加し、混合または混練することによってペースト状に調製することができる。
工程c:窒素(N2)及び水素(H2)の混合ガスを流動させた還元雰囲気中で、シリコン基板160及びペースト120xを所定の温度(第4変形例では300〜400℃)で熱処理する。この熱処理によって、金属粒子123が焼結し、隣接する金属粒子123の間にネック123aが形成されて多孔部121を有する導電性金属基材120が作成される。また、熱処理によって一部の金属粒子123がキャビティ160aの内面に密着または面接触して支持部122が形成される。熱処理の温度及び時間は、コンデンサ10aが所望の電気的特性を有するように、例えば導電性金属基材120(特に多孔部121)が所望の空隙率を有するように、金属粒子123の金属の種類及び平均粒径に応じて設定または調整することができる。
工程d:導電性金属基材120及びシリコン基板160を積層膜180(誘電体層140及び電極層150)によって被覆する。この被覆は、誘電体層140を形成する工程と、次に、電極層150を誘電体層140に形成する工程とを含む。好ましくは、誘電体層140及び電極層150はALD法よって堆積される。誘電体層140及び電極層150は、実施形態の誘電体層40及び電極層50と同様の材料及び方法によって形成してもよい。
工程e:シリコン基板160にビア電極132を形成する。例えば、シリコン基板160の下面に積層膜180の電極座部分180cが残るように、ビア形成箇所の積層膜180(誘電体層140及び電極層150)を部分的に除去し、シリコン基板160の下面からキャビティ160aまで延在するビアホール160bを形成し、例えばCuめっき処理によってビアホール160bにビア電極132を形成する。
工程f:最外面に露出している導電性表面に、例えばCuめっき処理によって金属めっき膜を形成する。この金属めっき膜は、ビア電極132上の第1端子電極131、及び、シリコン基板160の下面を被覆している積層膜180の電極座部分180cにおいて電極層150上の第2端子電極173を構成する。
このような一連の工程によって第4変形例のコンデンサ10aを製造することができる。
第4変形例によれば、実施形態及び変形例に関連して説明した作用に加え、以下の作用が得られる。
第4変形例によれば、実施形態及び変形例に関連して説明した作用に加え、以下の作用が得られる。
所望の空隙率を有する導電性金属基材120を比較的簡単な熱処理によって作製することができる。
シリコン基板160のキャビティ160a内で導電性金属基材120を作製できるので、導電性金属基材120における支持部122の比率を最小化することができ、導電性金属基材120の大部分好ましくは全体を多孔部121として形成することができる。したがって、導電性金属基材120の高容量化に有利である。
シリコン基板160のキャビティ160a内で導電性金属基材120を作製できるので、導電性金属基材120における支持部122の比率を最小化することができ、導電性金属基材120の大部分好ましくは全体を多孔部121として形成することができる。したがって、導電性金属基材120の高容量化に有利である。
導電性金属基材120がシリコン基板160のキャビティ160aに収容されており、導電性金属基材120の側面がシリコン基板160によって支えられるので、コンデンサ10aの機械的強度が向上する。
第4変形例では、導電性金属基材120の下面の局所にビア電極132が接続される。したがって、第1引き出し電極30が導電性金属基材20の下面全体に接続される実施形態に比べて、電極材料(例えば銅)を減らすことができる。
図14及び図15を参照して、第5変形例のコンデンサ10bについて説明する。
コンデンサ10bは、キャビティがなく平坦面260aを有する平板状の基板であるシリコン基板260と、シリコン基板260の平坦面260aに設けられる導電性金属基材220とを備える。この導電性金属基材220は、図12に示す第4変形例と同様に、金属粒子123の凝集体として構成される。金属粒子123の凝集体の大部分が高空隙率部または多孔部221である。金属粒子123の凝集体のうちシリコン基板260の平坦面260aに接触する部分は、多孔部221を下から支持する支持部222である。支持部222は、シリコン基板260の平坦面260aに密着して広がる箔状焼結金属部分のような非多孔部または低空隙率部であり得る。
コンデンサ10bは、キャビティがなく平坦面260aを有する平板状の基板であるシリコン基板260と、シリコン基板260の平坦面260aに設けられる導電性金属基材220とを備える。この導電性金属基材220は、図12に示す第4変形例と同様に、金属粒子123の凝集体として構成される。金属粒子123の凝集体の大部分が高空隙率部または多孔部221である。金属粒子123の凝集体のうちシリコン基板260の平坦面260aに接触する部分は、多孔部221を下から支持する支持部222である。支持部222は、シリコン基板260の平坦面260aに密着して広がる箔状焼結金属部分のような非多孔部または低空隙率部であり得る。
誘電体層140、電極層150及びビア電極132については第4変更例のものと同じである。
金属めっき膜270が、実施形態の第2引き出し電極70と同様に、コンデンサ10bの周囲に、すなわち、上面、側面、及び下面に形成されている。金属めっき膜270は、シリコン基板260上の、導電性金属基材220、誘電体層140及び電極層150を封止し保護する。金属めっき膜270のうちシリコン基板260の下面に形成される部分は、第4変形例と同様にコンデンサ10bの第1端子電極131及び第2端子電極173として機能する。
金属めっき膜270が、実施形態の第2引き出し電極70と同様に、コンデンサ10bの周囲に、すなわち、上面、側面、及び下面に形成されている。金属めっき膜270は、シリコン基板260上の、導電性金属基材220、誘電体層140及び電極層150を封止し保護する。金属めっき膜270のうちシリコン基板260の下面に形成される部分は、第4変形例と同様にコンデンサ10bの第1端子電極131及び第2端子電極173として機能する。
図15を参照して第5変形例のコンデンサ10bの製造方法について図13の第4変形例との相違点を説明する。
工程aにおいて、平板状のシリコン基板260を準備する。
工程aにおいて、平板状のシリコン基板260を準備する。
工程bにおいて、金属粒子(ニッケル粒子)123を含んだペースト120xをシリコン基板260の平坦面260aに塗布する。
工程c、d、eは、第4変形例と同じである。
工程c、d、eは、第4変形例と同じである。
工程f:最外面に露出している導電性表面に、例えばCuめっき処理によって金属めっき膜270を形成する。この金属めっき膜270は、導電性金属基材220及び積層膜180を途切れなく覆い、封止し、保護する金属めっき膜270を形成する。この金属めっき膜270は導電性金属基材220を側方から支える。コンデンサ10bの第1端子電極131及び第2端子電極173は、シリコン基板260の下面に形成される金属めっき膜270のいくつかの部分によって形成される。
なお、金属めっき膜270は、導電性金属基材(多孔性焼結金属ブロック)220を形成するための熱処理(工程c)の後に形成される。
このような一連の工程によって第5変形例のコンデンサ10bを製造することができる。
このような一連の工程によって第5変形例のコンデンサ10bを製造することができる。
第5変形例によれば、実施形態及び変形例に関連して説明した作用に加え、以下の作用が得られる。
第5変形例では、平板状のシリコン基板260を使用するので、キャビティを有するシリコン基板よりも安価にシリコン基板260を入手または準備することができる。
第5変形例では、平板状のシリコン基板260を使用するので、キャビティを有するシリコン基板よりも安価にシリコン基板260を入手または準備することができる。
・上記実施形態並びに上記各変形例は適宜組み合わせてもよい。
・上記実施形態において、導電性金属基材20の多孔部21は導電性金属基材20の上部または高空隙率部と呼称することがある。導電性金属基材20の支持部22は導電性金属基材20の下部または非多孔部または低空隙率部と呼称することがある。
・上記実施形態において、導電性金属基材20の多孔部21は導電性金属基材20の上部または高空隙率部と呼称することがある。導電性金属基材20の支持部22は導電性金属基材20の下部または非多孔部または低空隙率部と呼称することがある。
本開示は以下の構成を包含する。限定のためでなく理解の補助として実施形態の構成要素の参照符号を付した。
[付記1]本発明のいくつかの態様に従うコンデンサ(10;10a;10b)は、
多孔部(21;121;221)と、当該多孔部を少なくとも下から支持する支持部(22;122;222)とを有する導電性金属基材(20;120:220)と、
前記導電性金属基材(20;120:220)とは異なる位置に設けられ、前記導電性金属基材(20;120:220)の前記支持部(22;122;222)に導通する第1端子電極(30;131)と、
前記導電性金属基材(20;120:220)とは異なる位置に設けられ、前記導電性金属基材(20;120:220)の前記多孔部(21;121;221)に導通する第2端子電極(70;173)と、
少なくとも前記多孔部(21;121;221)を覆う積層膜(40、50;140、150)であって、誘電体層(40;140)と、前記誘電体層(40;140)の全体を覆う電極層(50;150)とを含む、前記積層膜(40、50;140、150)と
を備え、
前記積層膜(40、50;140、150)は、
前記多孔部(21;121;221)の前記金属面を覆う多孔部コーティング部分(180a)と、
前記多孔部コーティング部分(180a)とは異なる電極座部分(180c)であって、その上に前記第2端子電極(70;173)が形成される電極座部分(180c)とを含み、
前記誘電体層(40;140)は、
前記積層膜(40、50;140、150)の前記多孔部コーティング部分(180a)において、前記多孔部(21;121;221)の金属面が露出しないように前記多孔部(21;121;221)の前記金属面と密着しており、
前記誘電体層(40;140)は、前記積層膜(40、50;140、150)の前記電極座部分(180c)において、前記電極層(50;150)を間に挟んで前記第2端子電極(70;173)と対面している。
[付記2]いくつかの特定の態様では、前記積層膜(40、50;140、150)の前記多孔部コーティング部分(180a)及び前記電極座部分(180c)は途切れなく連続している。
[付記3]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(20)は、第1の所定高さを有する上部と、第2の所定高さを有する下部とを含むワンピース品(20)であり、前記上部の全体が前記下部の全体よりも高い空隙率を有する。
[付記4]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(20)は、前記多孔部(21)として機能するエッチド面と、前記エッチド面の反対側の非エッチド面であって、前記支持部(22)として機能する前記非エッチド面とを有するエッチド金属箔である。
[付記5]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(120;220)は、複数の金属粒子(123)の焼結体である多孔性焼結金属ブロック(120;220)である。
[付記6]いくつかの特定の態様では、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)は、隣接する金属粒子(123)間のネック(123a)によって形成される細孔(120a)を備える。
[付記7]いくつかの特定の態様では、前記コンデンサ(10a;10b)は、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)を下から支える基板(160;260)を備え、
前記支持部(122:222)は、前記多孔部(121;221)を少なくとも下から支えるとともに前記基板(160)に接触する、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)の下部を含む。
[付記8]いくつかの特定の態様では、前記基板(160)はキャビティ(160a)を有し、前記多孔性焼結金属ブロック(120)は、前記キャビティ(160a)に収容され、前記基板(160)によって下から及び側方から支えられる。
[付記9]いくつかの特定の態様では、前記基板(260)はキャビティがなく平坦面(260a)を有する平板状の基板(260)であり、前記多孔性焼結金属ブロック(220)は、前記平坦面(260a)によって下から支えられ、前記コンデンサ(10b)は、前記基板(260)を覆うとともに前記多孔性焼結金属ブロック(220)を側方から支える金属めっき層(270)を更に備える。
[付記1]本発明のいくつかの態様に従うコンデンサ(10;10a;10b)は、
多孔部(21;121;221)と、当該多孔部を少なくとも下から支持する支持部(22;122;222)とを有する導電性金属基材(20;120:220)と、
前記導電性金属基材(20;120:220)とは異なる位置に設けられ、前記導電性金属基材(20;120:220)の前記支持部(22;122;222)に導通する第1端子電極(30;131)と、
前記導電性金属基材(20;120:220)とは異なる位置に設けられ、前記導電性金属基材(20;120:220)の前記多孔部(21;121;221)に導通する第2端子電極(70;173)と、
少なくとも前記多孔部(21;121;221)を覆う積層膜(40、50;140、150)であって、誘電体層(40;140)と、前記誘電体層(40;140)の全体を覆う電極層(50;150)とを含む、前記積層膜(40、50;140、150)と
を備え、
前記積層膜(40、50;140、150)は、
前記多孔部(21;121;221)の前記金属面を覆う多孔部コーティング部分(180a)と、
前記多孔部コーティング部分(180a)とは異なる電極座部分(180c)であって、その上に前記第2端子電極(70;173)が形成される電極座部分(180c)とを含み、
前記誘電体層(40;140)は、
前記積層膜(40、50;140、150)の前記多孔部コーティング部分(180a)において、前記多孔部(21;121;221)の金属面が露出しないように前記多孔部(21;121;221)の前記金属面と密着しており、
前記誘電体層(40;140)は、前記積層膜(40、50;140、150)の前記電極座部分(180c)において、前記電極層(50;150)を間に挟んで前記第2端子電極(70;173)と対面している。
[付記2]いくつかの特定の態様では、前記積層膜(40、50;140、150)の前記多孔部コーティング部分(180a)及び前記電極座部分(180c)は途切れなく連続している。
[付記3]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(20)は、第1の所定高さを有する上部と、第2の所定高さを有する下部とを含むワンピース品(20)であり、前記上部の全体が前記下部の全体よりも高い空隙率を有する。
[付記4]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(20)は、前記多孔部(21)として機能するエッチド面と、前記エッチド面の反対側の非エッチド面であって、前記支持部(22)として機能する前記非エッチド面とを有するエッチド金属箔である。
[付記5]いくつかの特定の態様では、前記導電性金属基材(120;220)は、複数の金属粒子(123)の焼結体である多孔性焼結金属ブロック(120;220)である。
[付記6]いくつかの特定の態様では、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)は、隣接する金属粒子(123)間のネック(123a)によって形成される細孔(120a)を備える。
[付記7]いくつかの特定の態様では、前記コンデンサ(10a;10b)は、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)を下から支える基板(160;260)を備え、
前記支持部(122:222)は、前記多孔部(121;221)を少なくとも下から支えるとともに前記基板(160)に接触する、前記多孔性焼結金属ブロック(120;220)の下部を含む。
[付記8]いくつかの特定の態様では、前記基板(160)はキャビティ(160a)を有し、前記多孔性焼結金属ブロック(120)は、前記キャビティ(160a)に収容され、前記基板(160)によって下から及び側方から支えられる。
[付記9]いくつかの特定の態様では、前記基板(260)はキャビティがなく平坦面(260a)を有する平板状の基板(260)であり、前記多孔性焼結金属ブロック(220)は、前記平坦面(260a)によって下から支えられ、前記コンデンサ(10b)は、前記基板(260)を覆うとともに前記多孔性焼結金属ブロック(220)を側方から支える金属めっき層(270)を更に備える。
1…回路基板、10、10a、10b…コンデンサ、20、120、220…導電性金属基材、20a…主面(一方の主面)、20b…側面、20c…主面(他方の主面)、20d…貫通孔、21、121、221…多孔部、22、122、222…支持部、30、131…第1引き出し電極(第1端子電極)、31…突出部(第1引き出し電極の端子部)、40、140…誘電体層、50、150…電極層、60…絶縁層、70、173…第2引き出し電極(第2端子電極)。
Claims (14)
- 一方の主面に多孔部を有する導電性金属基材と、
前記一方の主面全体並びに該主面と直交する方向に面する側面全体を覆う誘電体層と、
前記誘電体層上を覆う態様で設けられる電極層と、
前記導電性金属基材の他方の主面を覆う第1端子電極と、
前記電極層上を覆う態様で設けられる第2端子電極と、
前記電極層と前記導電性金属基材との間を絶縁する絶縁層と、
を備えたコンデンサ。 - 前記誘電体層は、前記一方の主面全体並びに該主面と直交する方向に面する前記側面全体に加えて、前記他方の主面の一部を覆う態様で設けられ、
前記電極層は、前記誘電体層全体を覆う態様で設けられ、
前記第2端子電極は、前記電極層全体を覆う態様で設けられる、請求項1に記載のコンデンサ。 - 前記第1端子電極は、前記導電性金属基材の他方の主面側において複数の端子部を有する、請求項1又は2に記載のコンデンサ。
- 前記導電性金属基材は、前記一方の主面から前記他方の主面に貫通する貫通孔を有し、
前記第2端子電極は、前記一方の主面側から前記導電性金属基材の前記貫通孔を介して前記他方の主面側に延出する態様で設けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコンデンサ。 - 前記導電性金属基材の前記貫通孔は、複数設けられ、
前記第2端子電極は、前記一方の主面側から前記導電性金属基材の各貫通孔を介して前記他方の主面側に延出する態様で設けられる、請求項4に記載のコンデンサ。 - 前記導電性金属基材は、前記多孔部と、当該多孔部を少なくとも下から支える支持部とを含むワンピース品である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコンデンサ。
- 前記導電性金属基材は、エッチド金属箔であり、
前記導電性金属基材の前記一方の主面はエッチド面であり、
前記導電性金属基材の前記他方の主面は、前記エッチド面の反対側の非エッチド面である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコンデンサ。 - 前記導電性金属基材は、複数の金属粒子の焼結体である多孔性焼結金属ブロックである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコンデンサ。
- 前記多孔性焼結金属ブロックは、隣接する金属粒子間のネックによって形成される細孔を備える、請求項8に記載のコンデンサ。
- 前記コンデンサは、前記多孔性焼結金属ブロックの下部を下から支える基板を備える、請求項8または9に記載のコンデンサ。
- 前記基板はキャビティを有し、前記多孔性焼結金属ブロックは、前記キャビティに収容され、前記基板によって下から及び側方から支えられる、請求項10に記載のコンデンサ。
- 前記基板はキャビティがなく平坦面を有する平板状の基板であり、前記多孔性焼結金属ブロックは、前記基板の前記平坦面によって下から支えられ、前記コンデンサは、前記基板を覆うとともに前記多孔性焼結金属ブロックを側方から支える金属めっき層を更に備える、請求項10に記載のコンデンサ。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載のコンデンサは、回路基板の表面に設けられる、コンデンサの実装構造。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載のコンデンサは、回路基板に埋め込み配置される、コンデンサの実装構造。
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