KR20090101515A - 박막 커패시터의 제조방법 - Google Patents

박막 커패시터의 제조방법

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타다히로 미나미카와
아츠요시 마에다
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

유도체 세라믹 분말을 함유한 유전체 그린시트와, 금속분말을 함유한 도체 그린시트와, 산화물 무기재료 분말을 함유한 소성보조용 그린시트를 각각 제작하고, 이들 소성보조용 그린시트, 도체 그린시트, 유전체 그린시트, 도체 그린시트, 및 소성보조용 그린시트를 이 순서대로 적층하고, 적층체를 형성한 후, 이 적층체에 소성처리를 시행한다. 그리고 이 소성처리 중에, 도체 그린시트와 소성보조용 그린시트와의 계면의 접착강도를 저하시켜, 동시에 소성분위기의 산소분압을 적어도 1회 이상 변화시켜서, 커패시터부의 소결체인 박막 커패시터와 소성보조용 그린시트의 소결체인 소성보조부재를 분리시킨다. 이것에 의해 저비용으로 특성에 영향을 주지 않는 신뢰성이 뛰어난 박막 커패시터를 고효율로 제조할 수 있는 박막 커패시터의 제조방법을 실현한다.

Description

박막 커패시터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THIN-FILM CAPACITOR}
본 발명은 전자회로에 이용하는 박막 커패시터의 제조방법에 관한다.
이 종류의 박막 커패시터는 종래부터 Si기판상에 하부도체, 유전체 박막, 상부도체를 순차 성막함으로써 형성되고 있다. 이 방법으로 박막 커패시터를 제작했을 경우, 박막 커패시터의 두께는 용량에 공헌하지 못하는 Si기판의 두께 이하로 할 수 없고, 따라서 소형화 및 박형화를 진행시키기 위하여는 기판을 필요로 하지 않는 구조나 제조방법을 실현할 필요가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 금속박체와, 금속박체상에 성막된 무기유전체 박막과, 상기 무기유전체 박막상에 형성된 금속체를 구비한 박막 커패시터가 제안되고 있다.
특허문헌 1에서는, 금속박체상에 RF마그네트론스퍼터링법이나 진공증착법 등의 진공 프로세스를 사용하여 유전체 박막, 및 금속체를 순차 성막할 수 있고, 따라서 Si기판 등의 성막용의 기판을 마련할 필요가 없고, 박막 커패시터의 소형화 및 박형화가 가능해진다.
또한, 박막 커패시터에 관한 기술은 아니지만, 특허문헌 2에는, 도체 패턴이 형성된 복수장의 그린시트로 이루어지는 압착체의 양면에, 상기 그린시트보다 소결 온도가 높은 더미 그린시트를 압착하여 소성하고, 소결체의 양면에 부착해 있는 더미 그린시트를 제거하는 세라믹 다층기판의 제조방법이 제안되고 있다.
이 특허문헌 2에서는, 그린시트보다 소결온도가 높은 더미그린시트로서 알루미나 그린시트가 예시되고 있다.
특허문헌 1: 특허공개 평8-78283호 공보
특허문헌 2: 특허공개 평9-249460호 공보
그런데, 특허문헌 1에는 제조 프로세스의 간편화를 도모하는 관점에서는, 유전체 박막이나 금속체의 성막방법으로서는 진공 프로세스에서 행하는 것이 바람직하다고 기재되어 있다.
그러나, 이 진공 프로세스는 프로세스 비용이 높고, 게다가 금속박체 재료 비용도 높은 점에서, 제조비용의 고등화를 초래할 우려가 있다.
제조비용 저감을 위해서는 유전체층이 되는 유전체 그린시트의 양주면에, 도체층이 되는 도체 그린시트를 압착하여 소성함으로써, 박막 커패시터를 제조하는 방법을 생각할 수 있다.
그런데, 유전체 그린시트와 도체 그린시트로 형성되는 커패시터부의 두께는 통상, 100㎛이하의 박막이기 때문에, 소성 중에 발생하는 열수축에 의해서 휨이나 기복이 생길 우려가 있다.
이 휨이나 기복을 방지하는 방법으로서, 상기 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은 알루미나 그린시트를 더미그린시트로서 적층체의 양면에 압착시키는 방법이 생각되어진다. 이 경우, 더미그린시트에 포함되는 알루미나가 소성 중에 도체 그린시트에 고착해버리기 때문에, 소성 후에 연마처리 등을 행하여 알루미나를 제거 할 필요가 있다.
그러나, 박막 커패시터의 두께는 100㎛이하이기 때문에, 연마처리 등에 의해 유전체층이 손상되어, 도체층끼리가 전기적으로 단락해 버릴 우려가 있다. 게다가 연마처리에 기인한 유전체층의 손상은, 유전체층의 두께가 얇아지면 질수록 현저해지며, 이 때문에 박막 커패시터의 박형화나 대용량화에 큰 장해가 생기게 된다.
한편, 알루미나의 도체 그린시트에의 고착을 막기 위해서는 알루미나의 입경을 크게 하는 것도 생각되어지지만, 그 경우는 도체 그린시트의 주면의 표면거칠기가 커지게 될 우려가 있다는 문제가 새롭게 생긴다.
이 때문에 특허문헌 2에 기재된 세라믹 다층기판의 제조방법을 단순하게 박막 커패시터에 적용해도, 저비용으로 유전체층에 악영향을 주지 않는 박막 커패시터를 얻는 것은 곤란하다.
본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것이며, 저비용으로 유전체층에 악영향을 주지 않는 박막 커패시터를 고효율로 제조할 수 있는 박막 커패시터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 박막 커패시터의 제조방법은 유전체층과, 상기 유전체층의 양주면에 각각 형성된 도체층을 가지는 박막 커패시터의 제조방법이며, 유전체 세라믹 분말을 함유한 유전체 그린시트와, 금속분말을 함유한 도체 그린시트와, 산화물 무기재료 분말을 함유한 소성보조용 그린시트를 각각 제작하는 그린시트 제작공정과, 상기 유전체 그린시트의 양주면에 상기 도체 그린시트를 각각 배합하여 커패시터부를 형성함과 동시에, 상기 커패시터부가 상기 소성보조용 그린시트에서 보유되게끔 상기 소성보조용 그린시트를 배치하여 적층체를 형성하는 적층체 형성공정과, 상기 적층체를 소성하는 소성공정을 가지고, 상기 소성공정에 있어서의 소성처리 중에, 상기 도체 그린시트와 상기 소성보조용 그린시트와의 계면의 접착강도를 저하시키고, 동시에 소성분위기의 산소분압을 적어도 1회 이상 변화시켜서, 상기 커패시터부의 소결체인 박막 커패시터와 상기 소성보조용 그린시트의 소결체인 소성보조부재를 분리시키는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 "상기 박막 커패시터와 상기 소성보조용부재를 분리한다"라고 함은 박막 커패시터의 도체층과 소성보조용부재가 완전히 분리해 있을 경우를 포함하는 외에, 치구 등으로 가볍게 접촉했을 뿐으로 지극히 용이하게 분리하는 것과 같은, 매우 약한 결합력으로 접촉해 있는 경우, 즉 실질적으로 분리해 있다고 평가할 수 있는 경우를 포함한다.
또한, "산소분압을 적어도 1회 이상 변화시킨다"라고 함은 내부전극의 주성분인 금속의 산화환원반응에 있어서의 평형산소분압을 기준으로서, 환원분위기 내나 중성분위기 내에서 산소분압의 경미한 변화가 생길 경우를 포함하지만, 환원분위기에서 중성분위기로 변화시키거나 중성분위기에서 환원분위기로 변화시키는 바와 같이 현저하게 산소분압을 변화시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 박막 커패시터의 제조방법은 상기 금속분말이, Ni 및 Ni을 주성분으로 하는 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 박막 커패시터의 제조방법은 상기 소성보조용 그린시트를 틀모양(frame shape)으로 형성하고, 상기 소성보조용 그린시트를 상기 도체 그린시트의 외주와 접하게끔 또는 상기 외주와 근접하게끔 배치하는 것을 특징으로 하고 있다.
나아가 본 발명의 박막 커패시터의 제조방법은 상기 산화물 무기재료 분말은 A1203분말인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 박막 커패시터의 제조방법은, 상기 유전체층의 두께와 상기도체층의 두께의 총계가 100㎛이하인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 박막 커패시터의 제조방법에 의하면, 유전체 그린시트, 도체 그린시트,및 소성보조용 그린시트를 제작하는 그린시트 제작공정과, 상기 유전체 그린시트의 양주면에 상기 도체 그린시트를 각각 배합하여 커패시터부를 형성함과 동시에, 상기 커패시터부가 상기 소성보조용 그린시트에서 보유되게끔 상기 소성보조용 그린시트를 배치하여 적층체를 형성하는 적층체 형성공정과, 상기 적층체를 소성하는 소성공정을 가지고, 상기 소성공정에 있어서의 소성처리 중에, 상기 도체 그린시트와 상기 소성보조용 그린시트와의 계면의 접착강도를 저하시키고, 또한 소성분위기의 산소분압을 적어도 1회 이상 변화시켜서, 상기 커패시터부의 소결체인 박막 커패시터와 상기 소성보조용 그린시트의 소결체인 소성보조부재를 분리시키므로, 소성보조용 그린시트에 의해서 커패시터부의 소결체인 박막 커패시터에 휨이나 기복이 생기는 것을 억제할 수 있다. 게다가 도체 그린시트와 소성보조용 그린시트와의 계면의 접착강도를 저하시켜, 동시에 소성분위기의 산소분압을 적어도 1회 이상 변화시켜서, 박막 커패시터와 소성보조부재를 분리시켜고 있으므로, 연마처리와 같은 기계적 가공이 불필요해지며, 따라서 박막 커패시터가 손상할 일도 없고, 도체층 사이가 전기적으로 단락할 일도 없다.
또한, 상기 금속분말은 Ni 혹은 Ni을 주성분으로 하는 합금 중 어느 하나이며, 비교적 저렴하며 융점이 높은 Ni(융점:1455℃)을 주요한 도전성분으로서 사용하고 있다. 따라서, 1000℃이상의 소성온도를 견디어낼 수 있음이 가능해지며, 고유전율의 유전체층을 가지는 박막 커패시터를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상기 소성보조용 그린시트를 틀모양으로 형성하고, 상기 소성보조용 그린시트를 상기 도체 그린시트의 외주와 근접하게끔, 또는 상기 외주와 근접하게끔 배치함으로써, 도체 그린시트의 일부가 노출하여 화로 내 분위기에 직접 노출되어지며, 커패시터부에 대한 소성분위기의 제어성이 향상한다.
또한, 산화물 무기재료가, Al2O3분말이므로, Al2O3분말은 비교적 저렴하고 입수가 용이한데다, 소성 중에 일부가 도체 그린시트나 유전체 그린시트에 확산하였다고 하더라도, 커패시터의 특성에 거의 영향을 주지도 않고, 따라서 저비용으로 특성이 양호한 박막 커패시터를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 상기 유전체층의 두께와 상기 도체층의 두께의 총계가 100㎛이하이므로, 저비용으로 유전체층에 악영향을 주지 않는 소망의 박막 커패시터를 고효율로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조방법으로 제조된 박막 커패시터의 1실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 박막 커패시터의 제조방법의 1실시형태를 나타내는 공정도이다.
도 3은 적층체 형성공정의 1실시형태를 설명하기 위한 적층체의 단면도이다.
도 4는 소성공정의 1실시형태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 박막 커패시터의 제조방법의 제2의 실시형태의 요부 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A 단면도이다.
<도면부호의 간단한 설명>
1: 유전체 그린시트 2a,2b: 도체 그린시트
10: 커패시터부 20a,20b:소성보조용 그린시트
21a,2lb: 소성보조용부재 30: 박막 커패시터
31: 유전체층 32a,32b: 도체층
50: 적층체 51: 적층체
다음으로 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 박막 커패시터의 1실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이며, 상기 박막 커패시터(30)는, 유전체 세라믹 재료를 주성분으로 하는 유전체층(31)의 양주면에 도체층(32a,32b)이 형성되어 있다. 즉 상기유전체층(31)이 상하 한쌍의 도체층(32a,32b)에 의해서 협착(狹着)되어, 이들 각층의 막후의 총계, 즉 박막 커패시터(30)의 총두께는 100㎛이하가 되게끔 형성되어 있다.
이하, 상기 박막 커패시터의 제조방법을 상술한다.
도 2는 본 발명에 관한 박막 커패시터의 제조방법의 1실시형태(제1의 실시형태)를 나타내는 제조공정도이다.
그린시트 제작공정(11)에서는 유전체 그린시트, 도체 그린시트, 및 소성보조용 그린시트를 제작한다.
구체적으로는, 유전체 세라믹 분말 및 폴리비닐부티랄 수지 등의 유기바인더를 톨루엔이나 에탄올 등의 유기용제 중에서 혼합·분산시켜서 유전체 세라믹슬러리를 제작하고, 그 후 닥터블레이드법 등을 사용하여 유전체 세라믹슬러리에 성형가공을 시행하여, 막후 0.5∼10㎛의 유전체 그린시트를 제작한다. 또한 유전체 세라믹 분말로서는 유전체층으로서 높은 유전율이 얻어지는 강유전체를 이용하는 것이 바람직하지만, 상유전체라도 좋다. 구체적으로는 (Ba,Ca)TiO3, BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)03 등의 페로브스카이트형 구조를 가지는 금속산화물 등이 호적하게 사용된다.
다음으로 평균입경 0.2∼1.5㎛의 금속분말 및 폴리비닐부티랄 수지 등의 유기바인더를 톨루엔이나 에탄올 등의 유기용제 중에서 혼합·분산시켜서 도체 슬러리를 제작하고, 그 후 닥터블레이드법 등을 사용하여 도체 세라믹슬러리에 성형가공을 시행하고, 막후 1.0∼10㎛의 도체 그린시트를 제작한다.
또한, 본 실시형태에서는 후술하는 바와 같이 도체층을 구성하는 금속의 산화환원반응를 이용함으로써, 도체 그린시트(도전층)와 소성보조용 그린시트(소성보조용부재)를 분리시킬 수 있다고 여겨진다. 따라서, 금속분말재료로서는 열처리에 의해서 산화환원 가능한 금속, 예를 들면, Ni이나 Cu, 및 이들을 주성분으로 한 합금을 사용할 수 있다. 특히, Ni 또는 Ni을 주성분으로 하는 합금은, Ni의 융점이 1455℃로 높고, 고유전율의 유전체층을 얻기 위하여 바람직한 소성온도인 1000℃이상에서의 소성처리에 견딜 수 있고, 게다가 가격도 비교적 저렴한 점에서, 호적하게 사용할 수 있다. 또한 소성처리를 행해도 산화하기 어려운 금속, 예를 들면 Au 등은 바람직하지 않다고 여겨진다.
다음으로 산화물 무기재료 및 폴리비닐부티랄 수지 등의 유기바인더를 톨루엔이나 에탄올 등의 유기용제 중으로 혼합·분산시켜서 도체 슬러리를 제작하고, 그 후 닥터블레이드법 등의 성형가공법을 사용하여 도체 세라믹슬러리에 성형가공을 시행하고, 소성보조용 그린시트를 제작한다.
또한 소성보조용 그린시트의 막후로서는 소성처리에 의해서 박막 커패시터에 휨이나 기복이 생기지 않는 범위이면 특히 한정되는 것은 아니지만, 생산비용 등을 고려하면 25∼500㎛이 바람직하다.
또한, 산화물 무기재료로서는 유전체층의 소결온도에서 소결하지 않는 산화물을 호적하게 사용할 수 있고, Al2O3, ZrO2, CeO2, ZnO 등을 사용할 수 있다. 그리고 이들 중에서는 소성처리 중에 그 일부가 도체 그린시트나 유전체 그린시트로 확산해도, 박막 커패시터의 특성에 거의 영향을 주지 않고, 게다가 비교적 저가에 입수할 수 있는 Al2O3을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 산화물 무기재료는 도체층의 표면거칠기가 산화물 무기재료의 입경에 영향을 받기 때문에, 평균입경은 작을수록 바람직하고, 구체적으로는 2.0㎛이하가 바람직하다.
또한, 각 그린시트의 제작공정에서, 소포제나 가소제 등의 첨가제를 필요에 따라서 적절히 첨가하는 것도 바람직하다.
이와 같이 그린시트 제작공정(11)에서 유전체 그린시트, 도체 그린시트 및 소성보조용 그린시트를 제작한 후, 적층체 형성공정(12)으로 진행한다.
적층체 형성공정(12)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 소성보조용 그린시트(20a), 도체 그린시트(2a), 유전체 그린시트(1), 도체 그린시트(2b), 및 소성보조용 그린시트(20b)를 순차 적층하고, 소정온도에서 소정시간 가압처리를 행하여 압착시켜, 이것으로 적층체(50)를 제작한다. 이것에 의해, 유전체 그린시트(1)의 양주면이 도체 그린시트(2a,2b)에서 협지된 커패시터부(10)가 형성되며, 적층체(50)는 커패시터부(10)의 표면 및 하면이 소성보조용 그린시트(20a,20b)에 의해 서 보유된 형태가 된다.
다음으로 이와 같이 적층체(50)를 제작한 후, 소성공정(13)으로 진행한다.
이 소성공정(13)에서는 우선, 적층체(50)를 질소분위기 중, 온도 250∼400℃에서 소정시간 열처리를 시행하여 탈바인더처리를 행한다.
이어서, 산소분압을, 금속의 산화환원반응이 생기는 기준이 되는 평형산소분압보다도 낮게 설정한 환원분위기로 한다. 그리고, 상기 환원분위기 중, 최고온도 1050∼1300℃에서 2시간 정도 보유하여 적층체(50)에 소성처리를 시행하고, 이어서, 산소분압을, 평형산소분압 또는 그 근방까지 상승시켜서 중성분위기로 한다. 그리고, 상기 중성분위기로 소성로를 상온까지 강온시켜, 소성처리를 종료한다.
그러면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 유전체 그린시트(1)는 소결되어 유전체층(31)이 되고, 도체 그린시트(2a,2b)는 소결되어 도체층(32a,32b)이 되고, 이들 유전체층(31) 및 도체층(32a,32b)에서 박막 커패시터(30)가 형성됨과 동시에, 소결보조용 그린시트(20a,20b)는, 박막 커패시터(30)로부터 분리하여 소결보조용부재(21a,2lb)가 된다.
이렇게 연마처리 등의 기계적 가공을 요하지 않고, 소결보조용부재(21a,2lb) 를 도체층(32a,32b)으로부터 분리할 수 있는 것은, 이하와 같은 이유에 의한 것으로 여겨진다.
금속분말과 산화물 무기재료에서는 선팽창계수에 비교적 큰 차이가 있는 점에서 소성공정(13) 중에 있어서의 소성로의 강온시에 열수축량에 차이가 생기고, 소성보조용 그린시트(20a,20b)(소성보조용부재(21a,2lb))와 도체 그린시트(2a,2b) (도체층(32a,32b))와의 계면에 응력이 발생한다. 나아가, 소성공정(13) 중에 환원분위기에서 중성분위기로 산소분압을 변화시킴으로써, 도체 그린시트(2a,2b)에 포함되는 Ni분말의 표면의 산화상태가 변화하여 체적변화를 일으킨다. 그리고 이 체적변화에 의해서, 소성보조용 그린시트(20a,20b)(소성보조용부재(21a,2lb))와 도체 그린시트(2a,2b)(도체층(32a,32b))와의 계면의 응력이 더욱 증가한다. 즉 선팽창계수의 차이에 기인하는 계면의 응력과, 금속분말의 표면의 산화상태의 변화에 기인하는 응력이 잘 맞아서, 소성보조용 그린시트(20a,20b)(소성보조용부재(21a,2lb))와 도체 그린시트(2a,2b)(도체층(32a,32b))와의 계면에 있어서의 접착 강도를 크게 저하시킬 수 있고, 이것에 의해 기계적 가공을 요하지 않고 용이하게 소성보조용부재(21a,2lb)와 도체층(32a,32b)을 분리시킬 수 있는 것으로 생각된다.
이렇게 본 실시형태에서는 Al2O3을 함유한 소결보조용 그린시트(20a,20b)에서 커패시터부(10)를 보유시킨 상태에서 소성처리를 시행하고, 또한 소성처리 중에 환원분위기에서 중성분위기가 되게끔 산소분압을 변화시키고 있으므로, 소성보조용 그린시트(20a,20b)의 소결체인 소성보조용부재(21a,2lb)와 도체 그린시트(2a,2b)의 소결체인 도체층(32a,32b)을 용이하게 분리시킬 수 있고, 따라서 소성보조용부재(21a,2lb)를 박막 커패시터(10)로부터 제거하기 위한 연마처리 등의 기계적 가공이 불필요해져, 유전체층(31)이 손상할 일도 없고, 도체층(32a,32b)끼리의 전기적 단락이 생기지 않는 박막 커패시터를 얻는 것이 가능해진다. 게다가, 소성보조 그린시트(20a,20b)에서 커패시터부(10)를 보유시키고 있으므로, 소성 후의 박막 커패시터(30)에 휨이나 기복이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
그리고 상기 유전체층과 상기 도체층과의 두께의 총계가 100㎛이하인 점에서, 기계적인 손상이 없는 양호한 특성을 가지는 신뢰성이 뛰어난 소망의 박막 커패시터를 얻을 수 있다.
또한, 소성공정(13) 후에 연마처리 등의 기계가공을 행할 경우는, 유전체층(31)의 두께를 얇게 할수록, 유전체층(31)에 부여하는 기계적, 전기적인 특성의 저하가 현저해지지만, 상기 실시형태에서는 기계가공을 행할 필요가 없으므로, 유전체층(31)을 엷게 형성할 수 있다. 즉 박막 커패시터(30)의 용량은 유전체층(31)의 두께에 반비례하는 점에서, 대용량을 얻기 위하여는 유전체층(31)의 두께를 10㎛이하로 하는 것이 바람직하지만, 본 실시형태에서는 연마처리 등의 기계가공이 불필요한 점에서, 유전체층(31)의 두께를 1㎛이하로 하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명에 관한 박막 커패시터의 제조방법의 제2의 실시형태의 주요부를 나타내는 평면도이며, 도 6은 A-A 단면도이다.
본 제2의 실시형태에서는 소성보조용 그린시트(22a,22b)는 중앙부가 공동(52)을 가지는 틀모양으로 형성되어 있다. 그리고 소성보조용 그린시트(22a,22b)는 도체 그린시트(2a,2b)의 외주와 접하게끔 도체 그린시트(2a)의 표면 및 도체 그린시트(2b)의 하면에 배치되어, 이들 소성보조용 그린시트(22a,22b) 및 커패시터부(10)에서 적층체(51)를 형성하고 있다.
그리고, 이와 같은 적층체(51)에 소성처리를 시행하면, 도체 그린시트(2a,2b)의 일부가 소성로 내의 분위기에 직접 노출되게 되므로, 커패시터부(10)에 대한 분위기 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한 소성보조용 그린시트(22a,22b)가 도체 그린시트(2a,2b)의 외주를 구속하고 있으므로, 상기 제1의 실시형태와 같이 커패시터부(10)에 있어서의 소성 중의 면내 수축을 억제할 수 있고, 휨이나 기복의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2의 실시형태에서는, 소성보조용 그린시트(22a,22b)의 외주와 도체 그린시트(2a,2b)의 외주가 완전히 일치하게끔 소성보조용 그린시트(22a,22b)를 배치하고 있지만, 소성보조용 그린시트(22a,22b)의 외주가 도체 그린시트(2a,2b)의 외주와 반드시 완전히 일치해 있지 않아도 좋고, 커패시터부(10)의 휨이나 기복을 충분히 억제할 수 있는 것이라면, 도체 그린시트(2)의 외주에 근접하는 형태로 소성보조용 그린시트(22a,22b)를 배치해도 좋다.
또한, 상기 제2의 실시형태에서는, 소성보조용 그린시트(22a,22b)는 외주, 내주 모두 직사각형 모양으로 형성되어 있지만, 원형 모양이나 타원형 모양이여도 좋고, 예를 들면, 외주가 직사각형 모양이고 내주가 원형 모양과 같이 외주와 내주의 형상이 달라 있어도 좋다. 또 소성보조용 그린시트(22a,22b)의 공동을 격자모양으로 형성해도 좋다.
또한, 상기 제2의 실시형태에 있어서는, 도체 그린시트(2a,2b)가 소성보조용 그린시트(22a,22b)에 접해 있지 않은 부분과 도체 그린시트(2a,2b)가 소성보조용 그린시트(22a,22b)에 접하는 부분에 있어서는, 소성분위기에 직접 노출되는 부분과 직접 노출되지 않은 부분이 생기기 때문에, 박막 커패시터의 특성에 차이가 생길 경우가 있을 수 있다. 그러한 경우에는 상기 소성보조용 그린시트(22a,22b)에 접해 있지 않았던 부분과 상기 소성보조용 그린시트(22a,22b)에 접해 있었던 부분을 소성 후에 다이싱소우(dicing saw) 등에 의해 절단하고, 어느 일방을 제품으로서 사용하도록 해도 좋다.
나아가, 상기 제1의 실시형태에서는, 재료의 선택에 따라서는, 소성처리 중에 소성보조용 그린시트(21a,2lb) 중의 산화물 무기재료가 도체 그린시트(2a,2b)나 유전체 그린시트(1)의 내부로 확산해, 박막 커패시터의 특성에 영향을 끼칠 우려가 있지만, 상기 제2의 실시형태에서는, 소성보조용 그린시트(22a,22b)를 틀모양으로 형성하고 있으므로, 도체 그린시트(2a,2a)가 소성보조용 그린시트(22a,22b)에 접해 있지 않았던 부분에서는 산화물 무기재료가 도체 그린시트(2a,2b)나 유전체 그린시트(1)의 내부로 확산할 수 없고, 따라서 도체 그린시트(2a,2a)가 소성보조용 그린시트(22a,22b)와 접해 있지 않은 부분만을 제품화할 수 있게끔, 다이싱소우 등에 의해 절단함으로써, 소망의 특성을 가지는 박막 커패시터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 각종의 변경이 가능하다. 상기 실시형태에서는, 금속분말의 산화환원반응에 있어서의 평형산소분압을 기준으로 하고, 소성분위기를 환원분위기에서 중성분위기로 변화시키고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 환원분위기, 중성분위기, 산화분위기의 순서대로 변화시키거나, 환원분위기, 중성분위기, 환원분위기의 순서로 변화시키는 등, 금속분말의 표면에 있어서의 산화상태가 변화하게끔 소성분위기를 적당히 변화시키는 것도 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 박막 커패시터는 도체층이 유전체층의 양주면의 전면에 형성되어 있지만, 도체층은 유전체층의 주면의 일부에만 형성되어 있어도 좋다. 그 경우, 예를 들면 소성 후에 에칭 등에 의해서 도체층의 일부를 제거하면 좋다.
또한, 소성 후에 기계적 보강이나 내습성 개선 등의 목적에서 도체층의 적어도 일부를 덮는 것과 같은 수지층을 마련해도 좋다.
다음으로 본 발명의 실시예 및 비교예를 구체적으로 설명한다.
<실시예>
(1)그린시트 제작공정
(Ba,Ca)TiO3을 주성분으로 하는 평균입경 0.2㎛의 유전체 세라믹 분말과, 폴리비닐부티랄 수지를 주성분으로 하는 유기바인더와, 톨루엔과 에탄올을 체적비로 1:1로 조합한 유기용제를 혼합, 분산하여, 유전체 세라믹슬러리를 제작했다. 유전체 세라믹 분말, 유기바인더, 및 유기용제의 혼합비율은 체적비로 10:10:80으로 했다. 또 유전체 세라믹 분말의 체적은 유전체 세라믹 분말의 중량을 측정하고, 그 이론밀도에서 제함으로써 산출했다. 다음으로 닥터블레이드법에 의해서 유전체 세라믹 슬러리를 시트상으로 성형하고, 두께 2㎛의 유전체 그린시트를 얻었다.
다음으로 평균입경 0.5㎛의 금속분말로서의 Ni분말과, 폴리비닐부티랄 수지를 주성분으로 하는 유기바인더와, 톨루엔과 에탄올을 체적비로 1:1로 조합한 유기용제를 혼합, 분산하여, 도체 슬러리를 제작했다. Ni분말, 유기바인더, 및 유기용제의 혼합비율은 체적비로 10:10:80으로 했다. 또 Ni분말의 체적은, Ni분말의 중량을 측정하고, 그 이론밀도에서 제함으로써 산출했다. 다음으로 닥터블레이드법에 의해 도체 슬러리를 시트상으로 형성하고, 두께 9㎛의 도체 그린시트를 얻었다.
다음으로 산화물 무기재료로서 평균입경 1.0㎛의 Al2O3분말을 준비하고, 이 A12O3분말과, 폴리비닐부티랄 수지를 주성분으로 하는 유기바인더와, 톨루엔과 에탄올을 체적비로 1:1로 조합한 유기용제를 혼합, 분산시켜, 소성보조용 세라믹슬러리를 제작했다. Al2O3분말, 유기바인더, 및 유기용제의 혼합비율은 체적비로 10:10:80으로 했다. 또 Al2O3분말의 체적은, Al2O3분말의 중량을 측정하고, 그 이론밀도에서 제함으로써 산출했다. 다음으로 닥터블레이드법에 의해서 소성보조용 세라믹슬러리를 시트상으로 형성하고, 두께 100㎛의 소성보조용 그린시트를 얻었다.
(2)적층체 형성공정
소성보조용 그린시트, 도체 그린시트, 유전체 그린시트, 도체 그린시트, 및 소성보조용 그린시트를 순차 적층하고, 온도 50℃, 가압력 100MPa의 조건으로 30초간 압착을 행하여 적층체를 형성했다.
(3)소성공정
얻어진 적층체를 질소분위기 중 280℃에서 5시간의 열처리를 하여 탈바인더 리를 행하였다. 그 다음에, Ni분말의 평형산소분압보다도 낮은 산소분압으로 설정하여 환원분위기로 하고, 이 환원분위기 하, 1150℃의 온도에서 2시간 보유하여 적층체에 소성처리를 시행하였다. 그 후, 산소분압을 평형산소분압 또는 그 근방으로 상승시켜서 중성분위기로 하고, 이 중성분위기에서 소성로를 상온까지 강온시켜, 소성처리를 종료했다.
소성처리 중, 소성보조용 그린시트는 유기바인더, 유기용제 등의 유기물의 휘발 및 소실에 의해서 판형상의 소성보조용부재가 되며, 상기 소성보조용부재는 기계적 가공을 요하지 않고 박막 커패시터로부터 분리하고, 이것에 의해 유전체층의 양주면에 도체층이 형성된 박막 커패시터를 얻을 수 있다.
얻어진 박막 커패시터는 총두께가 13㎛로, 면내 방향의 수축량을 광학식측장기로 측정한 바, 1%이하이며, 또 휨이나 기복이 발생해 있지 않음이 확인되었다. 또 도체층의 표면거칠기 Ra를 원자간력현미경으로 측정한 바, 약 200nm이며, 충분한 평활성이 얻어지는 것도 확인되었다. 나아가, 유전율의 면내 분포를 LCR미터로 측정한 바 3%이하로 억제되는 것임이 확인되었다.
<비교예>
상기 실시예와 동일한 방법·순서로 제작한 적층체를, 질소분위기 중 280℃에서 5시간의 열처리를 하여 탈바인더처리를 행하고, 나아가 상기 실시예와 같은 환원분위기가 되게끔 산소분압을 조정하고, 상기 환원분위기 하, 1150℃에서 2시간 보유하여 적층체에 소성처리를 실시하고, 그 후도 동일한 소성분위기, 즉 상기환원분위기 하에서 소성로를 상온까지 강온시켜, 소성처리를 종료했다.
얻어진 소결체는, 소성보조용 그린시트에 함유되어 있는 Al2O3이 박막 커패시터의 도체층에 밀착해, 용이하게 Al2O3을 제거할 수 없는 상태였다. 이 때문에 연마처리를 행하여 Al2O3을 제거했지만, 유전체층이 손상하여, 박막 커패시터의 도체층끼리가 전기적으로 단락하고 말았다.
본 비교예에서는 소성공정 중에 산소분압을 변화시키지 않고, 산소분압이 거의 일정한 환원분위기에서 소성처리를 행했기 때문에, 도체 그린시트와 소성보조용 그린시트와의 계면에 충분한 응력이 발생하지 않아, 이것 때문에 커패시터부와 소성보조부를 분리시킬 수 없었던 것으로 여겨진다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (4)

  1. 유전체층의 양주면에 도체층이 형성된 박막 커패시터의 제조방법이며,
    유전체 세라믹 분말을 함유한 유전체 그린시트와, 금속분말을 함유한 도체 그린시트와, 산화물 무기재료 분말을 함유한 소성보조용 그린시트를 각각 제작하는 그린시트 제작공정과,
    상기 유전체 그린시트의 양주면에 상기 도체 그린시트를 각각 배치하여 커패시터부를 형성함과 동시에, 상기 커패시터부가 상기 소성보조용 그린시트에서 보유되게끔 상기 소성보조용 그린시트를 배치하여 적층체를 형성하는 적층체 형성공정과,
    상기 적층체를 소성하는 소성공정을 가지고,
    상기 소성공정에 있어서의 소성처리 중에 소성 분위기의 산소분압을 적어도 1회 이상 변화시켜, 상기 도체 그린시트와 상기 소성 보조용 그린시트와의 계면의 접착 강도를 저하시킴으로써, 상기 커패시터부의 소결체인 박막 커패시터와 상기 소성보조용 그린시트의 소결체인 소성보조부재를 분리시키며,
    상기 소성보조용 그린시트를 틀모양으로 형성하고, 상기 소성보조용 그린시트를 상기 도체 그린시트의 외주와 접하게끔, 또는 상기 외주와 근접하게끔 배치하는 것을 특징으로 하는 박막 커패시터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속분말은 Ni 및 Ni을 주성분으로 하는 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 커패시터의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물 무기재료 분말은 Al2O3분말인 것을 특징으로 하는 박막 커패시터의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체층의 두께와 상기 도체층의 두께의 총계가 100㎛이하인 것을 특징으로 하는 박막 커패시터의 제조방법.
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