KR20200012961A - 박막 콘덴서 및 박막 콘덴서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
박막 콘덴서는 절연 기재와, 절연 기재에 대하여 적층되고, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층 및 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부를 구비하고, 유전체층의 비유전율은 100 이상이다.
Description
본 발명은, 박막 콘덴서 및 박막 콘덴서의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화에 따라, 전자 기기에 사용되는 전자 부품에 대해서도 저배화(低背化)를 포함한 소형화 및 고기능화가 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 유기 필름과, 유기 필름 위에 형성된 수지막과, 수지막의 표면에 형성된 요철부로 이루어진 기판과, 기판 위에 설치된 콘덴서 소자로 이루어진 박막 콘덴서가 기재되어 있다. 콘덴서 소자는, 기상 성장법에 의해 적층된 하면 전극막, 유전체 박막, 상면 전극막을 갖는다.
또한, 특허문헌 2에는, 기판과, 전극층과 유전체 박막을 갖고, 기판 위에 형성된 커패시터부와, 커패시터부를 덮도록 형성된 보호층과, 전극층에 접속하는 인출 도체를 갖는 박막 커패시터가 기재되어 있다.
상기와 같은 박막 콘덴서에서는, 기상 성장법에 의해 유전체 박막을 형성함으로써 박막화가 도모되어 있다. 그러나, 이렇게 형성된 유전체 박막의 유전율은 예를 들면 50 정도이고, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모하기 위해서, 비유전율을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다. 또한, 박막 콘덴서를 저배화하면, 응력 등에 의해 박막 콘덴서에 휘어짐이 생기기 쉬워지고, 그 결과, 박막 콘덴서가 파손될 가능성이 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 저배화를 실현하면서, 고기능화를 도모할 수 있는 박막 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따른 박막 콘덴서는 절연 기재와, 절연 기재에 대하여 적층되고, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층 및 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부를 구비하고, 유전체층의 비유전율은 100 이상이다.
이 박막 콘덴서에서는, 용량부가 절연 기재에 적층되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 일반적인 박막 콘덴서에 사용되는 기판과 비교하여, 두께를 작게 하면서 용량부를 지지하는 것이 가능해지기 때문에, 박막 콘덴서의 저배화를 도모할 수 있다. 또한, 이 박막 콘덴서에서는, 유전체층의 비유전율이 100 이상이고, 일반적인 필름 콘덴서 등에 사용되는 유전체층에 대하여 비유전율의 향상을 도모하고 있으므로, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모하고 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모할 수 있다.
일 형태에 따른 박막 콘덴서에 있어서, 절연 기재의 탄성률은 5㎬ 이상 25㎬ 이하라도 좋다. 이 경우, 절연 기재의 강성을 높일 수 있으므로, 외력 등에 의한 박막 콘덴서의 파손을 억제할 수 있다.
일 형태에 따른 박막 콘덴서에 있어서, 유전체층은 소성되어 있어도 좋다. 이 경우, 소성에 의해 유전체층의 비유전율을 향상시킬 수 있으므로, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 박막 콘덴서의 제조 방법은, 지지재에 대하여, 복수의 내부 전극층 및 내부 전극층에 끼워진 유전체막을 적층하여 적층체를 형성하는 적층 공정과, 적층체를 소성하고, 유전체막으로 유전체층을 형성하는 소성 공정과, 소성 공정 후에, 적층체에서 지지재를 제거하는 제거 공정과, 제거 공정에 의해 노출된 적층체의 면에 대하여 절연 기재를 형성하는 절연 기재 형성 공정을 포함한다.
이 박막 콘덴서의 제조 방법은, 유전체막을 포함하는 적층체를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있다. 이와 같이, 유전체막을 소성하여 유전체층을 형성함으로써 유전체층의 비유전율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 박막 콘덴서의 제조 방법에서는, 소성 공정에서는 지지재를 사용하고, 소성 공정 후에 지지재를 제거하여, 용량부를 지지하는 절연 기재를 형성한다. 이에 의해, 소성 공정에 있어서는, 소성시의 온도에 견딜 수 있는 재료를 지지재로서 사용하고, 소성 공정 후에 있어서는, 저배화에 의해 적합한 재료에 의해 절연 기재를 형성할 수 있으므로, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모하고 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모할 수 있다.
일 형태에 따른 박막 콘덴서의 제조 방법에서는, 적층 공정에 있어서, 가장 지지재 측에 위치하는 내부 전극층 사이에 보호층을 설치하여도 좋다. 이와 같이 보호층을 설치함으로써, 지지재를 제거할 때에 내부 전극층을 보호할 수 있으므로, 가장 지지재 측에 위치하는 내부 전극층이 데미지를 받는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 박막 콘덴서는, 복수의 내부 전극층 및 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부와, 용량부에 대하여 적층되고, 내부 전극층과 전기적으로 접속된 배선층 및 용량부를 덮는 절연층을 갖는 배선부를 구비하고, 절연층의 열팽창 계수는 배선층의 열팽창 계수 및 용량부의 열팽창 계수보다 크고, 배선층의 두께는 용량부의 두께보다 크다.
이 박막 콘덴서에서는, 절연층의 열팽창 계수는 배선층의 열팽창 계수 및 용량부의 열팽창 계수보다 크고, 배선층의 두께는 용량부의 두께보다 크다. 일반적인 박막 콘덴서에 있어서는, 절연층의 열팽창 계수가 용량부의 열팽창 계수보다도 크므로, 배선부와 용량부 사이의 열팽창 계수의 편차에 의해 휘어짐이 발생하기 쉽다. 이에 대하여 배선부에 포함되는 배선층의 두께를 용량부의 두께보다 크게 함으로써, 배선부의 평균 열팽창 계수를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 배선부와 용량부 사이의 열팽창 계수의 편차가 완화되므로, 열팽창 계수의 차에 유래하는 휘어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 휘어짐을 저감할 수 있고, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모하는 것이 가능하다.
일 형태에 따른 박막 콘덴서에 있어서, 배선층의 두께는 배선부의 두께의 40% 이상 70% 이하라도 좋다. 이 경우, 상대적으로 큰 열팽창 계수를 갖는 절연층에 대하여, 상대적으로 작은 열팽창 계수를 갖는 배선층이 차지하는 비율을 크게 할 수 있으므로, 배선부의 평균 열팽창 계수를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 배선부와 용량부 사이의 열팽창 계수의 편차가 완화되므로, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 휘어짐을 저감하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 형태에 따른 박막 콘덴서는 절연 기재와, 상기 절연 기재에 대하여 적층되고, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층 및 상기 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부와, 상기 용량부에 대하여 적층되고, 상기 내부 전극층과 전기적으로 접속된 배선층 및 상기 용량부를 덮는 절연층을 갖는 배선부를 구비하고, 상기 절연층의 열팽창 계수와, 상기 절연 기재의 열팽창 계수의 차는 -10 내지 +50이다.
상기의 박막 콘덴서에 의하면, 용량부가 절연 기재에 적층되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 일반적인 박막 콘덴서에 사용되는 기판과 비교하여, 두께를 작게 하면서 용량부를 지지하는 것이 가능해지기 때문에, 박막 콘덴서의 저배화를 도모할 수 있다. 또한, 상기의 박막 콘덴서에 의하면, 절연층의 열팽창 계수와, 절연 기재의 열팽창 계수의 차는 -10 내지 +50으로 되어 있다. 일반적인 박막 콘덴서에 있어서는, 용량부와 기재의 열팽창 계수의 편차에 의해 휘어짐이 발생하기 쉽다. 이에 대하여, 용량부를 끼워서 설치되는 배선부의 절연층과, 절연 기재의 열팽창 계수를 상기의 관계로 함으로써, 용량부를 끼운 양측의 열팽창 계수의 편차가 완화되므로, 용량부의 열팽창 계수에 관계없이 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 휘어짐을 저감할 수 있고, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모하는 것이 가능하다.
일 형태에 따른 박막 콘덴서에서는, 절연층과, 절연 기재는 동일 재료에 의해 구성되는 형태로 할 수 있다. 이러한 형태로 함으로써, 절연 기재와 절연층의 열팽창 계수의 차를 0으로 할 수 있기 때문에, 박막 콘덴서의 휘어짐을 한층 더 저감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저배화를 실현하면서, 고기능화를 도모할 수 있는 박막 콘덴서 및 박막 콘덴서의 제조 방법이 제공된다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2의 (a), (b) 및 (c)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 7은, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8의 (a), (b) 및 (c)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 11의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2의 (a), (b) 및 (c)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5의 (a) 및 (b)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 7은, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8의 (a), (b) 및 (c)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 11의 (a) 및 (b)는, 도 7에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
(제 1 실시형태)
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 박막 콘덴서의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 박막 콘덴서(1)는 그 내부에 콘덴서 구조로서 용량부(10)를 갖고, 용량부(10)로부터 인출된 전극 단자로서 전극 단자(20)(20A,20B,20C)를 갖고 있다. 용량부(10) 및 전극 단자(20)는 절연 기재(30)에 대하여 적층되어 있다. 용량부(10)와 전극 단자(20) 사이에는, 용량부(10)와 전극 단자(20)를 전기적으로 접속하는 배선부(40)가 설치되어 있다. 또한, 박막 콘덴서(1)는 용량부(10)와 절연 기재(30) 사이에 보호층(50)을 구비하고 있다.
또한, 본 명세서 중에서 「적층 방향」이란, 절연 기재(30), 보호층(50), 용량부(10), 배선부(40), 전극 단자(20)와 같이, 절연 기재(30)로부터 전극 단자(20)를 향하여 각 층이 순차적으로 겹치는 방향이다. 또한, 이하의 설명에서는, 적층 방향을 따라 전극 단자(20) 측을 「상」, 적층 방향을 따라 절연 기재(30) 측을 「하」로 하여 설명하는 경우가 있다.
용량부(10)는, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층(11) 및 내부 전극층(11)에 끼워진 유전체층(12)을 갖고 있다. 내부 전극층(11)과 유전체층(12)은 교대로 적층되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 용량부(10)는 3층의 내부 전극층(11) 및 2층의 유전체층(12)을 갖는 다층 구조이다. 용량부(10)는, 각각의 내부 전극층(11) 및 유전체층(12)이 부분적으로 제거된 영역을 복수 갖고 있다. 이 내부 전극층(11) 및 유전체층(12)이 부분적으로 제거된 영역에 있어서, 각각의 내부 전극층(11)은 후술하는 제 1 배선층(43A)과 접속되어 있다. 이러한 구조에 의해, 용량부(10)에 있어서, 다층 콘덴서 구조가 형성되어 있다.
내부 전극층(11)은 도전성을 갖는 재료에 의해 형성된다. 구체적으로는, 주성분으로서 니켈(Ni)이나 백금(Pt)을 함유하는 재료가 내부 전극층(11)으로서 적합하게 사용되고, Ni가 특히 적합하게 사용된다. 내부 전극층(11)에 주성분으로서 Ni를 함유하는 재료를 사용할 경우, 그 함유량은 내부 전극층(11) 전체에 대하여 50질량% 이상인 것이 바람직하다. 즉, 「주성분」이란, 상기 성분의 차지하는 비율이 50질량% 이상인 것을 말한다. 또한, 내부 전극층(11)의 주성분이 Ni인 경우, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 탄탈(Ta), 및 은(Ag)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종(이하, 「첨가 원소」라고 기재함)을 추가로 함유한다. 내부 전극층(11)이 첨가 원소를 함유함으로써, 내부 전극층(11)의 끊김을 억제할 수 있다. 또한, 내부 전극층(11)은 복수의 첨가 원소를 함유하여도 좋다. 내부 전극층(11)의 두께는, 예를 들면 10㎚ 내지 1000㎚ 정도이다.
유전체층(12)은 페로브스카이트계의 유전체 재료에 의해 구성된다. 본 실시형태에서의 페로브스카이트계의 유전체 재료로서는, BaTiO3(티타늄산바륨), (Ba1-XSrX)TiO3(티타늄산바륨스트론튬), (Ba1-XCaX)TiO3, PbTiO3, Pb(ZrXTi1-X)O3 등의 페로브스카이트 구조를 지닌 (강)유전체 재료나, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 등에 대표되는 복합 페로브스카이트 릴랙서형 강유전체 재료나, Bi4Ti3O12, SrBi2Ta2O9 등에 대표되는 비스무트 층상 화합물, (Sr1-XBaX)Nb2O6, PbNb2O6 등에 대표되는 텅스텐브론즈형 강유전체 재료 등으로 구성된다. 여기서, 페로브스카이트 구조, 페로브스카이트 릴랙서형 강유전체 재료, 비스무트 층상 화합물, 텅스텐브론즈형 강유전체 재료에 있어서, A 사이트와 B 사이트비는 통상 정수비이지만, 특성 향상을 위해, 의도적으로 정수비에서 어긋나 있어도 좋다. 또한, 유전체층(12)의 특성 제어를 위해, 유전체층(12)에 적절히 부성분으로서 첨가 물질이 함유되어 있어도 좋다. 유전체층(12)은 소성되어 있고, 그 비유전율(εr)은, 예를 들면 100 이상이다. 또한, 유전체층(12)의 비유전율은 클수록 바람직하고, 그 상한값은 특별히 한정되지 않는다. 유전체층(12)의 두께는, 예를 들면 10㎚ 내지 1000㎚이다.
전극 단자(20)는, 박막 콘덴서(1)와 외부의 전자 부품 등(도시되어 있지 않음)을 전기적으로 접속하기 위한 단자이다. 전극 단자(20)는 후술하는 배선부(40)에 대하여 적층되어 있다. 본 실시형태에서는, 박막 콘덴서(1)는 복수의 전극 단자(20)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에서는, 3개의 전극 단자(20A, 20B, 20C)만을 도시하고 있다.
전극 단자(20)를 구성하는 재료로서는, 주성분이 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 이들 금속을 함유하는 합금이 바람직하고, 특히, 주성분으로서 Cu를 함유하는 합금이 적합하게 사용된다. 전극 단자(20)를 구성하는 Cu의 순도는 높을수록 바람직하고, 99.99질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 전극 단자(20)에 미량의 불순물이 포함되어 있어도 좋다. 주성분으로서 Cu를 함유하는 합금으로 이루어진 전극 단자(20)에 포함될 수 있는 불순물로서는, 예를 들면, 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 규소(Si) 또는 크롬(Cr), 바나듐(V), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 이트륨(Y), 란탄(La), 세슘(Ce) 등의 전이 금속 원소 또는 희토류 원소 등, 염소(Cl), 유황(S), 인(P) 등을 들 수 있다.
절연 기재(30)는 용량부(10)를 지지하는 기능을 갖고 있다. 절연 기재(30)는, 예를 들면 유기 필름 또는 유리(SiO2) 등의 절연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 절연 기재(30)를 구성하는 재료는 절연성을 갖고 있으면 특별히 한정되지 않지만, 어느 정도의 강성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 그 탄성률은 5㎬ 이상 25㎬ 이하로 할 수 있다. 예를 들면, 절연 기재(30)로서 유기 필름을 사용할 경우, 유기 필름은 필러 또는 글라스크로스 등을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 절연 기재(30)의 두께는, 예를 들면 5㎛ 이상 20㎛ 이하로 할 수 있다.
배선부(40)는, 용량부(10)가 형성된 영역을 덮도록 설치되어 있고, 패시베이션층(41), 제 1 절연층(42A), 제 2 절연층(42B), 제 1 배선층(43A) , 및 제 2 배선층(43B)을 포함하고 있다.
패시베이션층(41)은 용량부(10)를 직접 덮고 있고, 예를 들면 유리(SiO2) 등의 무기 절연 재료에 의해 구성되어 있다. 다만, 패시베이션층(41)은 설치되어 있지 않아도 좋다. 패시베이션층(41)의 두께는, 예를 들면, 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하 정도로 할 수 있다.
제 1 절연층(42A)은, 용량부(10)에 있어서 콘덴서가 구성되어 있는 각각의 영역에서, 용량부(10)를 덮고 있다. 제 2 절연층(42B)은, 제 1 절연층(42A)이 형성되어 있지 않은 영역을 덮는 동시에, 제 1 절연층(42A)의 가장자리를 부분적으로 덮고 있다. 즉, 제 1 절연층(42A)과 제 2 절연층(42B)의 2단 구조에 의해 용량부(10)가 덮여져 있다.
제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)은 절연성을 갖는 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 폴리이미드 등의 비도전성 수지, 유리(SiO2), 알루미나(Al2O3), 실리콘나이트라이드(SiN) 등의 무기 재료, 또는 이들을 혼합 또는 적층 시킨 절연 재료 등을 사용할 수 있다. 제 1 절연층(42A)의 두께는, 예를 들면 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 제 2 절연층(42B)의 두께는, 예를 들면 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 또한, 여기에서 「제 1 절연층(42A)의 두께」란, 패시베이션층(41)의 상면과 제 1 절연층(42A)의 상면 사이의 거리이다. 또한, 「제 2 절연층(42B)의 두께」란, 제 1 절연층(42A)의 상면과 제 2 절연층(42B)의 상면 사이의 거리이다.
제 1 절연층(42A)과 제 2 절연층(42B) 사이에는, 제 1 절연층(42A)의 상면을 따라 제 1 배선층(43A)이 형성되어 있다. 제 1 배선층(43A)은 제 1 절연층(42A)의 상면을 따라 상하 방향으로 연장되는 동시에, 그 하단에 내부 전극층(11)과 접하는 접촉부(44A)를 갖고 있다. 또한, 제 2 절연층(42B) 위에는, 제 2 절연층(42B)의 상면을 따라 제 2 배선층(43B)이 형성되어 있다. 제 2 배선층(43B)은 제 2 절연층(42B)을 따라 상하 방향으로 연장되는 동시에, 그 하단에 제 1 배선층(43A)과 접하는 접촉부(44B)를 갖는다. 제 2 배선층(43B) 위에는, 전극 단자(20A, 20B, 20C)가 형성되어 있다.
전극 단자(20A)가 형성된 제 2 배선층(43B)의 접촉부(44B)는, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 절연 기재(30) 측에 위치하는 내부 전극층(11)에 접하는 접촉부(44A)를 갖는 제 1 배선층(43A)에 접하고 있다. 전극 단자(20B)가 형성된 제 2 배선층(43B)의 접촉부(44B)는, 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)에 접하는 접촉부(44A)를 갖는 제 1 배선층(43A)에 접하고 있다. 전극 단자(20C)가 형성된 제 2 배선층(43B)의 접촉부(44B)는, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 전극 단자(20) 측에 위치하는 내부 전극층(11)에 접하는 접촉부(44A)를 갖는 제 1 배선층(43A)에 접하고 있다. 이와 같이, 전극 단자(20A, 20B, 20C)의 각각은 제 2 배선층(43B) 및 제 1 배선층(43A)을 개재하여, 어느 하나의 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속되어 있다.
보호층(50)은, 용량부(10)와 절연 기재(30) 사이에 설치되어 있다. 보호층(50)은, 예를 들면 유전체층(12)과 같은 재료에 의해 구성되지만, 그 밖의 재료(예를 들면, 알루미나 또는 실리콘나이트라이드)라도 좋다. 보호층(50)의 두께는, 유전체층(12)의 두께에 비해 약간 크게 설치되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면 10㎚ 이상 1000㎚ 이하로 할 수 있다.
다음에, 도 2 내지 도 5를 참조하여 박막 콘덴서(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 2 내지 도 5는, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2 내지 도 5는 제조 도중 단계에서의 박막 콘덴서(1)의 일부를 확대하여 도시하고 있다. 실제로는, 복수의 박막 콘덴서(1)를 한번에 형성한 후, 각각의 박막 콘덴서(1)에 개편화(個片化)된다.
우선, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 지지재(60)를 준비하고, 지지재(60)에 대하여 보호층(50)을 적층한다. 그 후, 보호층(50) 위에 내부 전극층(11)과, 유전체층(12)이 되는 유전체막(12a)을 교대로 적층하고, 적층체(W)를 형성한다(적층 공정). 이 공정에 의해, 지지재(60)와, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 지지재(60) 측에 위치하는 내부 전극층(11) 사이에 보호층(50)이 설치된 상태가 된다. 또한, 내부 전극층(11)과 유전체막(12a)을 교대로 적층함으로써, 용량부(10)가 되는 부분이 형성된다. 내부 전극층(11)의 형성 방법으로서는, 예를 들면 DC 스퍼터링 등을 들 수 있다. 또한, 보호층(50) 및 유전체막(12a)의 형성 방법으로서는, 용액법, 스퍼터링 등의 PVD(Physical Vapor Deposition)법, 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 성막 기술을 사용할 수 있지만, 스퍼터링법이 보다 바람직한 방법이다. 또한, 지지재(60)의 재료로서는, 예를 들면 니켈(Ni) 또는 실리콘(Si) 등을 사용할 수 있다. 또한, 지지재(60)의 재료는, 후술하는 소성 공정에서의 소성시의 온도에 견딜 수 있는 재료이면 좋고, 특별히 한정되지 않는다.
다음에, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 내부 전극층(11) 및 유전체막(12a)을 관통하는 소정의 개구(70)를 형성한다. 개구(70)는, 예를 들면 패터닝된 레지스트를 마스크로 한 드라이 에칭에 의해 형성된다. 이 공정에 의해, 내부 전극층(11) 및 유전체막(12a)에 2개의 개구(71,72)가 형성된다. 개구(71)에서는, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 지지재(60) 측에 위치하는 내부 전극층(11)이 저면에서 노출되는 동시에, 다른 내부 전극층(11) 및 유전체막(12a)의 단면에 의해 연속한 측면이 형성된다. 또한, 개구(72)에서는, 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)이 저면에서 노출되는 동시에, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 상측에 위치하는 내부 전극층(11) 및 상측의 유전체막(12a)의 단면에 의해 연속한 측면이 형성된다.
그 후, 적층체(W)를 소성한다(소성 공정). 이 공정에 의해, 유전체막(12a)이 소결하여 100 이상의 비유전율을 갖는 유전체층(12)이 형성되고, 용량부(10)(도 2(c) 참조)가 형성된다. 소성시의 온도는, 유전체막(12a)이 소결(결정화)하는 온도로 하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 800 내지 1000℃ 정도인 것이 바람직하다. 또한, 소성 시간은 5분 내지 2시간 정도로 할 수 있다. 소성시의 분위기는 특별히 한정되지 않고, 산화성 분위기, 환원성 분위기, 중성 분위기 중 어느 하나라도 좋지만, 적어도, 내부 전극층(11)이 산화하지 않는 정도의 산소 분압 하에서 소성하는 것이 바람직하다. 또한, 소성의 타이밍은 한정되지 않고, 예를 들면, 개구(70)를 형성하기 전에 소성을 행하여도 좋다.
다음에, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(41)을 형성한다. 이에 의해, 적층체(W)의 상면과 개구(70)의 저면 및 측면이 패시베이션층(41)에 의해 덮여진 상태가 된다. 패시베이션층(41)은, 예를 들면 스퍼터링 등의 PVD법에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 개구(70)(도 2(b) 참조)의 저면에 형성된 패시베이션층(41)을 제거하고, 패시베이션층(41)을 덮도록 제 1 절연층(42A)을 형성한다. 제 1 절연층(42A)은, 예를 들면, 미경화 상태의 열경화성 수지를 도포한 후, 가열하여 경화시킴으로써 형성된다. 또한, 제 1 절연층(42A)은, 미경화 상태의 광경화성 수지를 도포한 후, 특정한 파장의 광을 조사하여 경화시킴으로써 형성되어도 좋다. 또한, 스퍼터링 등의 다른 방법을 사용하여 제 1 절연층(42A)을 형성하여도 좋다. 제 1 절연층(42A)을 형성한 후, 드라이 에칭 등에 의해 제 1 배선층(43A)을 설치하기 위한 개구(73)를 형성한다. 본 실시형태에서는 개구(73)로서, 3개의 개구(74,75,76)를 형성한다. 개구(74)는, 개구(71) 내의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 개구(71)의 중앙 부근에 형성되어 있다. 또한, 개구(75)는, 개구(72) 내의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 개구(72) 내의 중앙 부근에 형성된다. 또한, 개구(76)는, 소정 영역의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 형성되어 있다. 이 공정에 의해, 개구(74)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 하측에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출되고, 개구(75)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출되고, 개구(76)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 상측에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출된 상태가 된다.
다음에, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(42A)의 개구(73) 내 및 개구(73)의 가장자리의 제 1 절연층(42A) 위에 제 1 배선층(43A)를 형성한다. 제 1 배선층(43A)은 예를 들면 구리(Cu) 등의 도전성 재료를 스퍼터 또는 증착한 후, 에칭에 의한 패터닝을 행함으로써 형성된다. 이 공정에 의해, 전기적으로 서로 독립된 복수의 제 1 배선층(43A)이 형성된다. 이때, 개구(74) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 하측의 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속되고, 개구(75) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속되고, 개구(76) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 상측의 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속된 상태가 된다.
다음에, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(42A) 위 및 제 1 배선층(43A) 위에 제 2 절연층(42B)을 형성한다. 제 2 절연층(42B)은 제 1 절연층(42A)과 마찬가지로, 예를 들면 미경화 상태의 열경화성 수지를 도포한 후, 가열하여 경화시키는 등의 방법에 의해 형성된다. 제 2 절연층(42B)을 형성한 후, 드라이 에칭 등에 의해 제 2 배선층(43B)을 형성하기 위한 3개의 개구(77)를 형성한다. 이 공정에 의해, 개구(77)의 각각에서 제 1 배선층(43A)이 노출된 상태가 된다.
다음에, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제 2 절연층(42B)의 개구(77) 내 및 개구(77)의 가장자리의 제 2 절연층(42B) 위에 제 2 배선층(43B)을 형성한다. 제 2 배선층(43B)은 제 1 배선층(43A)과 마찬가지로, 예를 들면 구리(Cu) 등의 도전성 재료를 스퍼터 또는 증착한 후, 에칭에 의한 패터닝을 행함으로써 형성된다. 이 공정에 의해, 전기적으로 서로 독립된 복수의 제 2 배선층(43B)이 형성된다. 이때, 개구(77) 주변에 형성된 제 2 배선층(43B)은 각각 제 1 배선층(43A)과 전기적으로 접속된 상태가 되고, 배선부(40)가 형성된다.
다음에, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제 2 배선층(43B) 위에, 박막 콘덴서(1)를 외부의 전자 부품과 전기적으로 접속하기 위한 전극 단자(20A, 20B, 20C)를 형성한다. 전극 단자(20A, 20B, 20C)는, 예를 들면, 도금 등에 의해 구리(Cu) 등의 도전성 재료의 층을 형성한 후, 에칭 등을 행함으로써 형성된다.
다음에, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 적층체(W)에서 지지재(60)를 제거한다(제거 공정). 지지재(60)는, 예를 들면 에칭 등에 의해 제거된다. 이 공정에 의해, 보호층(50)이 적층체(W)의 하측에서 노출된 상태가 된다. 그 후, 제거 공정에 의해 노출된 적층체(W)의 면, 즉, 적층체(W)의 하측에서 노출된 보호층(50)의 면(용량부(10)가 적층되는 측과는 반대 측의 면이며, 도 5(b)에서는 하측에 도시되어 있는 면)에 대하여, 용량부(10)를 지지하는 절연 기재(30)를 형성한다(절연 기재 형성 공정). 절연 기재(30)는, 예를 들면 라미네이트법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 절연 기재(30)는, 액성의 수지 등을 스핀 코트 등의 방법에 의해 도포함으로써 형성되어도 좋다. 마지막으로, 다이싱 등에 의해 개편화를 행함으로써, 도 1에 도시된 박막 콘덴서(1)를 얻을 수 있다.
다음에, 도 6을 참조하여 박막 콘덴서(1)의 제조 방법의 변형예에 대하여 설명한다. 도 6은, 도 1에 도시된 박막 콘덴서의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
변형예에 따른 박막 콘덴서(1)의 제조 방법에서는, 도 4(b)에 도시된 공정까지는 상술한 제조 방법과 마찬가지로, 지지재(60)에 대하여 보호층(50), 용량부(10), 및 배선부(40)를 형성한다. 그 후, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 박막 콘덴서(1)를 외부의 전자 부품과 전기적으로 접속하기 위한 전극 단자(20)가 되는 도전성 재료층(20’)을 제 2 배선층(43B) 위에 형성한다. 도전성 재료층(20’)은, 예를 들면, 구리(Cu) 등을 도금함으로써 형성된다.
다음에, 접착층(81)을 갖는 새로운 지지재(80)를 준비한다. 그 후, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 도전성 재료층(20’)이 하측이 되도록 적층체(W)의 상하를 반전시켜, 접착층(81)을 통하여 적층체(W)를 지지재(80)에 부착한다. 지지재(80)는, 예를 들면 실리콘(Si)으로 구성된다. 다음에, 에칭 등에 의해 지지재(60)를 제거하고, 적층체(W)의 노출된 면 위에 절연 기재(30)를 형성한다. 절연 기재(30)는, 예를 들면 라미네이트법에 의해 형성되어도 좋고, 액성의 수지를 스핀 코트 등에 의해 도포함으로써 형성되어도 좋다.
다음에, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 도전성 재료층(20’)이 상측(즉, 절연 기재(30)가 하측)이 되도록, 다시 적층체(W)의 상하를 반전시켜, 적층체(W)를 지지재(80)에 다시 부착한다. 이에 의해, 도전성 재료층(20’)이 노출된 상태가 된다. 그 후, 에칭 등을 행함으로써, 도전성 재료층(20’)으로 전극 단자(20A, 20B, 20C)를 형성한다. 마지막으로, 지지재(80)를 제거하고, 다이싱 등에 의해 개편화를 행함으로써, 도 1에 도시된 박막 콘덴서(1)를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 박막 콘덴서(1)에서는, 용량부(10)가 절연 기재(30)에 적층되어 있다. 일반적인 박막 콘덴서에서는, 예를 들면 실리콘(Si) 또는 니켈(Ni) 등의 기판에 용량부가 적층되어 있지만, 이들의 재료에 의해 형성된 기판의 두께를 더욱 저감시키는(예를 들면, 20㎛보다 작게 하는) 것은 곤란하다. 특히, 실리콘(Si) 기판은 두께를 작게 하면 깨짐 등의 파손이 생길 가능성이 있고, 기판 위에 적층된 용량부도 데미지를 받을 가능성이 있다. 이에 대하여, 박막 콘덴서(1)에서는, 실리콘 또는 니켈 등의 기판보다도 두께를 저감하는 것이 가능한 절연 기재(30)를 사용하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 일반적인 박막 콘덴서에 사용되는 기판과 비교하여, 두께를 작게 하면서 용량부(10)를 지지하는 것이 가능해지기 때문에, 박막 콘덴서(1)의 저배화를 도모할 수 있다. 또한, 이 박막 콘덴서(1)에서는, 유전체층(12)의 비유전율이 100 이상이고, 일반적인 필름 콘덴서 등에 사용되는 유전체층에 대하여 비유전율의 향상을 도모하고 있으므로, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모하고 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모할 수 있다.
또한, 박막 콘덴서(1)에 있어서, 절연 기재(30)의 탄성률은 5㎬ 이상 25㎬ 이하이다. 이에 의해, 절연 기재(30)의 강성을 높일 수 있으므로, 외력 등에 의한 박막 콘덴서(1)의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 박막 콘덴서(1)에서 유전체층(12)은 소성되어 있다. 이에 의해, 소성에 의해 유전체층(12)의 비유전율을 향상시킬 수 있으므로, 박막 콘덴서(1)의 대용량화를 도모할 수 있다. 본 실시형태에 따른 박막 콘덴서(1)의 유전체층(12)으로서는 페로브스카이트계의 유전체 재료가 적합하게 사용되지만, 페로브스카이트계의 유전체 재료는 소성에 의해 비유전율을 100 이상으로 할 수 있다. 또한, 소성을 행하지 않아도 비유전율을 100 이상으로 할 수 있는 재료에 대해서는, 소성을 행하지 않고 유전체층(12)으로서 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 박막 콘덴서(1)의 제조 방법은, 유전체막(12a)을 포함하는 적층체(W)를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있다. 이와 같이, 유전체막(12a)을 소성하여 유전체층(12)을 형성함으로써, 유전체층(12)의 비유전율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 제조 방법에서는, 소성 공정에서는 지지재(60)를 사용하고, 소성 공정 후에 지지재(60)를 제거하여, 용량부(10)를 지지하는 절연 기재(30)를 형성한다. 이에 의해, 소성 공정에 있어서는, 소성시의 온도에 견딜 수 있는 재료를 지지재(60)로서 사용하고, 소성 공정 후에 있어서는, 저배화에 의해 적합한 재료에 의해 절연 기재(30)를 형성할 수 있으므로, 박막 콘덴서의 대용량화를 도모하고 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모할 수 있다.
또한, 박막 콘덴서(1)의 제조 방법에서는, 적층 공정에 있어서, 지지재(60)와, 가장 지지재(60) 측에 위치하는 내부 전극층(11) 사이에 보호층(50)을 설치하고 있다. 이와 같이 보호층(50)을 설치함으로써, 지지재(60)를 제거할 때에 내부 전극층(11)(용량부(10))을 보호할 수 있으므로, 가장 지지재(60) 측에 위치하는 내부 전극층(11)이 데미지를 받는 것을 억제할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음에, 도 7을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서(2)에 대하여 설명한다. 도 7은, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 박막 콘덴서(2)는 박막 콘덴서(1)와 마찬가지로, 그 내부에 콘덴서 구조로서 용량부(10)를 갖고, 용량부(10)로부터 인출된 전극 단자로서 전극 단자(20)를 갖고 있다. 용량부(10) 및 전극 단자(20)는 절연 기재(30)에 대하여 적층되어 있다. 용량부(10)와 전극 단자(20) 사이에는, 용량부(10)에 대하여 적층된 배선부(40)가 설치되어 있다. 배선부(40)는, 용량부(10)와 전극 단자(20)를 전기적으로 접속하는 배선층(43)(제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)) 및 용량부(10)를 덮는 절연층(42)(제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B))을 갖고 있다. 또한, 박막 콘덴서(2)는 용량부(10)와 절연 기재(30) 사이에 보호층(50)을 구비하고 있다. 박막 콘덴서(2)의 각 구성 요소는 박막 콘덴서(1)와 대략 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 박막 콘덴서(2)에서의 용량부(10)의 열팽창 계수와 배선부(40)의 열팽창 계수의 관계, 및 용량부(10)의 두께(t10)와 배선부(40)의 두께(t40)의 관계 에 대하여 설명한다. 박막 콘덴서(2)에서는, 배선부(40)에 포함되는 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)의 열팽창 계수는 제 1 배선층(43A), 제 2 배선층(43B), 및 용량부(10)의 열팽창 계수보다 커지고 있다. 또한, 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A) 및 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)의 합계(배선층(43)의 두께)는 용량부(10)의 두께(t10)보다 크다. 이에 의해, 배선부(40)의 두께(t40)는 용량부(10)의 두께(t10)보다 커지고 있다. 또한, 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A) 및 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)의 합계(배선층(43)의 두께)는 배선부(40)의 두께(t40)의 40% 이상 70% 이하이다. 이와 같이, 상대적으로 큰 열팽창 계수를 갖는 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)에 대하여, 상대적으로 작은 열팽창 계수를 갖는 제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)이 차지하는 비율을 크게 함으로써, 배선부(40)의 열팽창 계수를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 배선부(40)와 용량부(10) 사이의 열팽창 계수의 편차가 완화되고 있다.
또한, 「용량부(10)의 열팽창 계수」란, 용량부(10)에 포함되는 내부 전극층(11) 및 유전체층(12)의 두께의 비율, 및 각각의 층의 열팽창 계수 등에 기초하여 산출되는 평균적인 열팽창 계수를 말한다. 마찬가지로, 「배선부(40)의 열팽창 계수」란, 배선부(40)에 포함되는 제 1 절연층(42A), 제 2 절연층(42B), 제 1 배선층(43A), 및 제 2 배선층(43B)의 두께의 비율, 및 각각의 층의 열팽창 계수 등에 기초하여 산출되는 평균적인 열팽창 계수를 말한다.
여기서, 「제 1 절연층(42A)의 두께」란, 패시베이션층(41)의 상면과 제 1 절연층(42A)의 상면 사이의 거리이다. 또한, 「제 2 절연층(42B)의 두께」란, 제 1 절연층(42A)의 상면과 제 2 절연층(42B)의 상면 사이의 거리이다. 또한, 「제 1 배선층(43A)의 두께(t43A)」란, 제 1 절연층(42A)의 상면과 제 1 배선층(43A)의 상면 사이의 거리이다. 또한, 「제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)」란, 제 2 절연층(42B)의 상면과 제 2 배선층(43B)의 상면 사이의 거리이다. 제 1 배선층(43A) 및 제 2 절연층(42B)은, 예를 들면 구리(Cu) 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 또한, 제 1 배선층(43A) 및 제 2 절연층(42B)은 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni) 등을 밀착층으로서 사용한 다층 구조를 갖고 있어도 좋다.
일례로서, 용량부(10)의 내부 전극층(11)의 두께는 10㎚ 내지 1000㎚ 정도이다. 또한, 내부 전극층(11)의 열팽창 계수(CTE)는, 예를 들면 9ppm 이상 15ppm 이하이다. 용량부(10)의 유전체층(12)의 두께는, 예를 들면 10㎚ 내지 1000㎚이고, 유전체층(12)의 열팽창 계수는, 예를 들면 8ppm 이상 18ppm 이하이다. 제 1 절연층(42A)의 두께는, 예를 들면 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 제 2 절연층(42B)의 두께는, 예를 들면 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 또한, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)의 열팽창 계수는, 예를 들면 30ppm 이상 60ppm 이하이다. 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A)는, 예를 들면 10㎛ 이상 20㎛ 이하이고, 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)은, 예를 들면 10㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 또한, 제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)의 열팽창 계수는, 예를 들면 10ppm 이상 20ppm 이하이다.
다음에, 도 8 내지 도 11을 참조하여 박막 콘덴서(2)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 8 내지 도 11은 박막 콘덴서(2)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8 내지 도 11은 제조 도중 단계에서의 박막 콘덴서(2)의 일부를 확대하여 도시하고 있다. 실제로는, 복수의 박막 콘덴서(2)를 한번에 형성한 후, 각각의 박막 콘덴서(2)에 개편화된다.
박막 콘덴서(2)는 박막 콘덴서(1)와 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다. 우선, 도 8(a)에 도시된 바와 같이 지지재(60)를 준비하고, 지지재(60)에 대하여 보호층(50)을 적층한다. 그 후, 보호층(50) 위에 내부 전극층(11)과, 유전체층(12)이 되는 유전체막(12a)을 교대로 적층하고, 적층체(W)를 형성한다(적층 공정). 이 공정에 의해, 용량부(10)가 되는 부분이 형성된다.
다음에, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 에칭 등에 의해 내부 전극층(11) 및 유전체막(12a)을 관통하는 소정의 개구(70)를 형성한다. 이 공정에 의해, 내부 전극층(11) 및 유전체막(12a)에 2개의 개구(71, 72)가 형성된다.
그 후, 적층체(W)를 소성한다(소성 공정). 이 공정에 의해, 유전체막(12a)가 소결하여 용량부(10)(도 8(c) 참조)가 형성된다. 소성시의 온도, 소성 시간, 및 소성시의 분위기 등은 박막 콘덴서(1)의 제조 방법과 동일한 조건을 사용할 수 있다.
다음에, 도 8(c)에 도시된 바와 같이 패시베이션층(41)을 형성한다. 이에 의해, 적층체(W)의 상면과 개구(70)의 저면 및 측면이 패시베이션층(41)에 의해 덮어진 상태가 된다.
다음에, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 개구(70)(도 8(b) 참조)의 저면에 형성된 패시베이션층(41)을 제거하고, 패시베이션층(41)을 덮도록 제 1 절연층(42A)을 형성한다. 그 후, 드라이 에칭 등에 의해 제 1 배선층(43A)를 설치하기 위한 개구(73)를 형성한다. 본 실시형태에서는 개구(73)로서, 3개의 개구(74, 75, 76)를 형성한다. 개구(74)는, 개구(71) 내의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 개구(71)의 중앙 부근에 형성되어 있다. 또한, 개구(75)는, 개구(72) 내의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 개구(72) 내의 중앙 부근에 형성된다. 또한, 개구(76)는, 소정 영역의 제 1 절연층(42A)을 관통하도록 형성되어 있다. 이 공정에 의해, 개구(74)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 하측에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출되고, 개구(75)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출되고, 개구(76)의 저면에서, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 상측에 위치하는 내부 전극층(11)이 노출된 상태가 된다.
다음에, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(42A)의 개구(73) 내 및 개구(73)의 가장자리의 제 1 절연층(42A) 위에 제 1 배선층(43A)를 형성한다. 이 공정에 의해, 전기적으로 서로 독립된 복수의 제 1 배선층(43A)이 형성된다. 이때, 개구(74) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 하측의 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속되고, 개구(75) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 중앙에 위치하는 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속되고, 개구(76) 주변에 형성된 제 1 배선층(43A)은 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 상측의 내부 전극층(11)과 전기적으로 접속된 상태가 된다.
다음에, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(42A) 위 및 제 1 배선층(43A) 위에 제 2 절연층(42B)을 형성한다. 제 2 절연층(42B)을 형성한 후, 드라이 에칭 등에 의해 제 2 배선층(43B)을 형성하기 위한 3개의 개구(77)를 형성한다. 이 공정에 의해, 개구(77)의 각각에서 제 1 배선층(43A)이 노출된 상태가 된다.
다음에, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 제 2 절연층(42B)의 개구(77) 내 및 개구(77)의 가장자리의 제 2 절연층(42B) 위에 제 2 배선층(43B)을 형성한다. 이 공정에 의해, 전기적으로 서로 독립된 복수의 제 2 배선층(43B)이 형성된다. 이때, 개구(77) 주변에 형성된 제 2 배선층(43B)은 각각 제 1 배선층(43A)과 전기적으로 접속된 상태가 되고, 배선부(40)가 형성된다.
다음에, 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 제 2 배선층(43B) 위에, 박막 콘덴서(1)를 외부의 전자 부품과 전기적으로 접속하기 위한 전극 단자(20A, 20B, 20C)를 형성한다. 그 후, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 적층체(W)에서 지지재(60)를 제거한다. 이 공정에 의해, 보호층(50)이 적층체(W)의 하측에서 노출된 상태가 된다. 그 후, 제거 공정에 의해 노출된 적층체(W)의 면, 즉, 적층체(W)의 하측에서 노출된 보호층(50)의 면(용량부(10)가 적층되는 측과는 반대 측의 면이고, 도 11(b)에서는 하측에 도시되어 있는 면)에 대하여, 용량부(10)를 지지하는 절연 기재(30)를 형성한다. 마지막으로, 다이싱 등에 의해 개편화를 행함으로써, 도 7에 도시된 박막 콘덴서(2)를 얻을 수 있다.
또한, 박막 콘덴서(2)는 박막 콘덴서(1)와 마찬가지로, 도 8(a) 내지 도 10(b)까지의 공정에 의해 지지재(60)에 대하여 보호층(50), 용량부(10), 및 배선부(40)을 형성한 후, 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 공정에 의해 제조되어도 좋다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서(2)에서는, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)의 열팽창 계수는 제 1 배선층(43A), 제 2 배선층(43B)의 열팽창 계수, 및 용량부(10)의 열팽창 계수보다 크고, 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A)와 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)의 합계(배선층(43)의 두께)는 용량부(10)의 두께(t10)보다 크다. 일반적인 박막 콘덴서에서는, 절연층의 재료로서 절연성 수지 등의 수지 재료를 사용하고 있기 때문에, 절연층의 열팽창 계수는 용량부의 열팽창 계수보다도 크다. 이때문에, 배선부와 용량부의 열팽창 계수의 편차에 의해 휘어짐이 발생하기 쉽다. 이러한 열팽창 계수의 편차에 의한 영향은, 예를 들면 박막 콘덴서의 제조 도중에 있어서 가열 처리를 행할 때에 특히 발생하기 쉽다. 이에 대하여, 제 2 실시형태에 따른 박막 콘덴서(2)와 같이, 배선부(40)에 포함되는 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A)와 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)의 합계(배선층(43)의 두께)를 용량부(10)의 두께(t10)보다 크게 함으로써, 배선부(40)의 평균 열팽창 계수를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 배선부(40)와 용량부(10) 사이의 열팽창 계수의 편차가 완화되므로, 열팽창 계수의 차에 유래하는 휘어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서(2)의 휘어짐을 저감하는 것이 가능하다. 또한, 배선부(40)와 용량부(10) 사이의 열팽창 계수의 편차를 완화함으로써, 휘어짐에 의해 박막 콘덴서(2)의 파손을 억제할 수 있고, 박막 콘덴서의 고기능화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 박막 콘덴서(2)에서는, 제 1 배선층(43A)의 두께(t43A)와 제 2 배선층(43B)의 두께(t43B)의 합계(배선층(43)의 두께)는 배선부(40)의 두께(t40)의 40% 이상 70% 이하이다. 이에 의해, 상대적으로 큰 열팽창 계수를 갖는 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)에 대하여, 상대적으로 작은 열팽창 계수를 갖는 제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)이 차지하는 비율을 크게 할 수 있으므로, 배선부(40)의 평균 열팽창 계수를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 배선부(40)와 용량부(10) 사이의 열팽창 계수의 편차가 완화되므로, 열팽창 계수의 차에 유래하는 휘어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 박막 콘덴서(2)의 휘어짐을 저감하는 것이 가능하다.
(제 3 실시형태)
다음에, 다시 도 1을 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서(3)에 대하여 설명한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 박막 콘덴서(3)는 박막 콘덴서(1)와 마찬가지로, 그 내부에 콘덴서 구조로서 용량부(10)를 갖고, 용량부(10)로부터 인출된 전극 단자로서 전극 단자(20)를 갖고 있다. 용량부(10) 및 전극 단자(20)는 절연 기재(30)에 대하여 적층되어 있다. 용량부(10)와 전극 단자(20) 사이에는, 용량부(10)에 대하여 적층된 배선부(40)가 설치되어 있다. 배선부(40)는, 용량부(10)와 전극 단자(20)를 전기적으로 접속하는 배선층(43)(제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)) 및 용량부(10)를 덮는 절연층(42)(제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B))을 갖고 있다. 또한, 박막 콘덴서(3)는 용량부와 절연 기재(30) 사이에 보호층(50)을 구비하고 있다. 박막 콘덴서(3)의 각 구성 요소 및 박막 콘덴서(3)의 제조 방법은 박막 콘덴서(1)와 대략 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서(3)에서는, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)으로 구성되는 절연층의 열팽창 계수(CTE)와, 절연 기재(30)의 열팽창 계수의 차가 -10 내지 +50이 되도록 절연 기재(30)와, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)(절연층)의 재료가 선택된다. 환언하면, 절연층의 열팽창 계수는, 절연 기재(30)의 열팽창 계수 -10 내지 절연 기재(30)의 열팽창 계수 +50으로 설정된다. 이러한 구성으로 함으로써, 박막 콘덴서(3) 전체에서의 휘어짐을 억제할 수 있다.
제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서(3)는 최근의 전자 부품의 저배화 등의 요망에 기초하여 박막화가 진행된 것이다. 이러한 박막 콘덴서(3)에서는, 절연 기재(30)와, 절연 기재(30) 위의 용량부(10)와의 열팽창 계수의 차에 의해, 휘어짐이 발생하기 쉽다는 과제가 있다. 박막 콘덴서(3)에서 휘어짐이 생기면, 용량부(10)가 휘어짐의 영향을 받아 파손될 가능성을 생각할 수 있다. 또한, 박막 콘덴서(3)는, 용량부(10)로부터 인출된 전극 단자(20)를 통하여 회로 기판 등에 실장되는 경우가 있지만, 박막 콘덴서(3)에서 휘어짐이 생기면, 전극 단자(20)와 회로 기판의 접촉 불량 등이 생길 가능성도 있다. 이에 대하여, 제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서(3)에서는, 절연 기재(30)의 열팽창 계수와, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)으로 구성되는 절연층의 열팽창 계수의 차가 -10 내지 +50이 되도록 제어된다. 상술한 바와 같이, 박막 콘덴서(3)에서 휘어짐이 생기는 원인은, 절연 기재(30)와 용량부(10)의 열팽창률의 차에 유래하는 것이다. 따라서, 용량부(10)를 끼어서 절연 기재(30)와는 반대 측에 설치되는 절연층의 열팽창 계수를 제어함으로써, 박막 콘덴서(3) 전체로서의 휘어짐을 억제할 수 있다.
구체적으로는, 절연층과 절연 기재(30)의 열팽창 계수의 차를 -10 내지 +10 정도로 하면(절연층의 열팽창 계수를, 절연 기재(30)의 열팽창 계수 -10 내지 +10 정도로 함), 용량부(10)의 주면의 한쪽 측의 절연 기재(30)의 열팽창 계수와, 다른 쪽 측의 배선부(40)의 열팽창 계수의 차를 작게 할 수 있다. 배선부(40)에는 제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)도 포함되지만, 일반적으로, 제 1 배선층(43A) 및 제 2 배선층(43B)과 비교하여 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)이 배선부(40)에서 차지하는 비율이 높아진다. 따라서, 절연층의 열팽창 계수가 배선부(40) 전체로서의 열팽창 계수에 크게 기여한다. 이 절연층의 열팽창 계수를 절연 기재(30)와 가깝게 하는 구성으로 함으로써, 용량부(10)의 양측에서의 박막 콘덴서(3)의 편차를 저감할 수 있다.
상기한 바와 같이, 절연 기재(30)와 절연층의 열팽창 계수의 차를 -10 내지 +10 정도로 하기 위해서는, 예를 들면, 절연 기재(30)를 구성하는 재료와, 절연층을 구성하는 재료를 동일하게 할 수 있다. 절연 기재(30)와 절연층이 동일 재료로 구성될 경우, 절연 기재(30)와 절연층의 열팽창 계수의 차가 0이 되고, 절연 기재(30)와 배선부(40)의 열팽창 계수의 차를 보다 작게 할 수 있다. 또한, 절연 기재(30)를 구성하는 재료와, 절연층을 구성하는 재료가 서로 다른 경우에도, 재료의 선택에 의해 열팽창 계수의 차를 상기의 범위로 제어할 수 있다. 구체적인 재료의 조합으로서는, 예를 들면, 절연층(제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B))을 구성하는 재료를 폴리이미드로 하고, 절연 기재(30)를 구성하는 재료를 글라스크로스를 혼합한 절연 수지로 하는 것을 들 수 있다. 수지 재료에 대하여 글라스크로스나 실리카 등의 재료를 혼합함으로써, 열팽창 계수를 조정할 수 있다.
또한, 절연 기재(30)와 절연층의 열팽창 계수의 차를 +10 내지 +50 정도로 하면(절연 기재(30)의 열팽창 계수를, 절연층의 열팽창 계수 +10 내지 +50 정도로 함), 용량부(10)의 주면의 한쪽 측의 절연 기재(30)의 열팽창 계수가, 다른 쪽 측의 배선부(40)의 열팽창 계수보다도 작은 상태가 되고, 절연 기재(30) 측의 단부가 아래쪽을 향하도록 박막 콘덴서(3)가 휘어진다. 다만, 회로 기판으로의 실장시에는, 절연 기재(30) 측의 단부가 위쪽을 향하는 상태로 박막 콘덴서(3)가 회로 기판에 대하여 부착되기 때문에, 반대 측에 휘어져 있는 상태와 비교하여, 전극 단자(20)와 회로 기판의 유지를 적절하게 행할 수 있다.
다만, 절연 기재(30)와 절연층을 포함하는 배선부(40) 사이에 설치되는 용량부(10)는, 일반적으로 절연 기재(30) 및 배선부(40)의 열팽창률보다도 작기 때문에, 용량부(10)에 의해, 절연 기재(30) 및 배선부(40)의 열팽창률에 유래하는 압축 응력이 없어진다. 따라서, 용량부(10)를 끼우는 절연 기재(30)와 절연층의 열팽창 계수의 차를 +10 내지 +50 정도로 한 경우에도, 박막 콘덴서(3)의 휘어짐을 작게 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이, 절연 기재(30)와 절연층의 열팽창 계수의 차를 +10 내지 +50 정도로 하기 위해서는, 절연 기재(30) 및 절연층을 구성하는 재료를 상기의 관계를 충족시키도록 선택한다. 구체적인 재료의 조합으로서는, 예를 들면, 절연 기재(30)를 구성하는 재료를 열팽창률(CTE)이 10ppm 내지 40ppm으로 이루어진 에폭시 수지로 하고, 절연층(제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B))을 구성하는 재료를 열팽창률(CTE)이 30ppm 내지 60ppm으로 이루어진 에폭시 수지로 하는 것을 들 수 있다.
또한, 절연층의 열팽창 계수는, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B)에 의해 형성되는 절연층의 열팽창 계수의 평균값이다. 즉, 제 1 절연층(42A)과 제 2 절연층(42B)이 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있는 경우, 제 1 절연층(42A) 및 제 2 절연층(42B) 각각의 체적과, 각각을 형성하는 재료의 열팽창 계수로 산출되는 열팽창 계수의 평균값을 절연층의 열팽창 계수로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제 3 실시형태에 따른 박막 콘덴서(3)에서는, 용량부(10)가 절연 기재(30)에 적층되어 있다. 일반적인 박막 콘덴서에서는, 예를 들면 실리콘(Si) 또는 니켈(Ni) 등의 기판에 용량부가 적층되어 있지만, 이들의 재료에 의해 형성된 기판의 두께를 더욱 저감시키는(예를 들면, 20㎛보다 작게 함) 것은 곤란하다. 특히, 실리콘(Si) 기판은 두께를 작게 하면 깨짐 등의 파손이 생길 가능성이 있고, 기판 위에 적층된 용량부도 데미지를 받을 가능성이 있다. 이에 대하여, 박막 콘덴서(3)에서는, 실리콘 또는 니켈 등의 기판보다도 두께를 저감하는 것이 가능한 절연 기재(30)를 사용하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 일반적인 박막 콘덴서에 사용되는 기판과 비교하여, 두께를 작게 하면서 용량부(10)를 지지하는 것이 가능해지기 때문에, 박막 콘덴서(3)의 저배화를 도모할 수 있다. 또한, 이 박막 콘덴서(3)에서는, 용량부(10)의 양측에 설치되는 절연층의 열팽창 계수와, 절연 기재(30)의 열팽창 계수의 차가 -10 내지 +50으로 되어 있기 때문에, 상기한 바와 같이 박막 콘덴서(3)의 휘어짐이 억제된다. 따라서, 저배화를 실현하면서, 휘어짐 등을 억제할 수 있고, 고기능화를 도모하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 각 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 변경을 행할 수 있다. 예를 들면, 상기의 제 1 내지 제 3 실시형태에서는 용량부(10)가 3개의 내부 전극층(11) 및 2개의 유전체층(12)을 갖는 경우에 대하여 설명했지만, 용량부(10)가 갖는 내부 전극층(11) 및 유전체층(12)의 층수는 특별히 한정되지 않고, 임의로 변경 가능하다. 예를 들면, 용량부(10)는 2개의 내부 전극층(11) 및 1개의 유전체층(12)(1개의 콘덴서 구조)만을 갖고 있어도 좋고, 또한 많은 내부 전극층(11) 및 유전체층(12)을 갖고 있어도 좋다.
또한, 상기의 제 1 내지 제 3 실시형태에서는, 절연 기재(30)와 용량부(10) 사이에 보호층(50)이 설치되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, 보호층(50)은 설치되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 3개의 내부 전극층(11) 중 가장 절연 기재(30) 측에 위치하는 내부 전극층(11)의 두께를 다른 내부 전극층(11)의 두께보다도 크게 함으로써, 제거 공정에서 용량부(10)가 데미지를 받는 것을 억제하여도 좋다.
또한, 상기의 제 2, 제 3 실시형태에서는, 유전체막(12a)을 소성함으로써 유전체층(12)의 비유전율을 향상시키고 있지만, 유전체층(12)은 소성되어 있지 않아도 좋다.
1, 2, 3…박막 콘덴서, 10…용량부, 11…내부 전극층, 12…유전체층, 12a…유전체막, 20A, 20B, 20C…전극 단자, 30…절연 기재, 40…배선부, 41…패시베이션층, 42…절연층, 42A…제 1 절연층, 42B…제 2 절연층, 43…배선층, 43A…제 1 배선층, 43B…제 2 배선층, 50…보호층, 60…지지재, W…적층체.
Claims (9)
- 절연 기재와,
상기 절연 기재에 대하여 적층되고, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층 및 상기 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부를 구비하고,
상기 유전체층의 비유전율은 100 이상인, 박막 콘덴서. - 제 1 항에 있어서, 상기 절연 기재의 탄성률은 5㎬ 이상 25㎬ 이하인, 박막 콘덴서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유전체층은 소성되어 있는, 박막 콘덴서.
- 지지재에 대하여, 복수의 내부 전극층 및 상기 내부 전극층에 끼워진 유전체막을 적층하여 적층체를 형성하는 적층 공정과,
상기 적층체를 소성하고, 상기 유전체막으로 유전체층을 형성하는 소성 공정과,
상기 소성 공정 후에, 상기 적층체로부터 상기 지지재를 제거하는 제거 공정과,
상기 제거 공정에 의해 노출된 상기 적층체의 면에 대하여 절연 기재를 형성하는 절연 기재 형성 공정을 포함하는, 박막 콘덴서의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서, 상기 적층 공정에 있어서, 상기 지지재와, 가장 상기 지지재 측에 위치하는 상기 내부 전극층 사이에 보호층을 설치하는, 박막 콘덴서의 제조 방법.
- 복수의 내부 전극층 및 상기 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부와,
상기 용량부에 대하여 적층되고, 상기 내부 전극층과 전기적으로 접속된 배선층 및 상기 용량부를 덮는 절연층을 갖는 배선부를 구비하고,
상기 절연층의 열팽창 계수는 상기 배선층의 열팽창 계수 및 상기 용량부의 열팽창 계수보다 크고,
상기 배선층의 두께는 상기 용량부의 두께보다 큰, 박막 콘덴서. - 제 6 항에 있어서, 상기 배선층의 두께는 상기 배선부의 두께의 40% 이상 70% 이하인, 박막 콘덴서.
- 절연 기재와,
상기 절연 기재에 대하여 적층되고, 적층 방향을 따라 설치된 복수의 내부 전극층 및 상기 내부 전극층에 끼워진 유전체층을 갖는 용량부와,
상기 용량부에 대하여 적층되고, 상기 내부 전극층과 전기적으로 접속된 배선층 및 상기 용량부를 덮는 절연층을 갖는 배선부를 구비하고,
상기 절연층의 열팽창 계수와, 상기 절연 기재의 열팽창 계수의 차는 -10 내지 +50인, 박막 콘덴서. - 제 8 항에 있어서, 상기 절연층과 상기 절연 기재는 동일 재료에 의해 구성되는, 박막 콘덴서.
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