WO2017145700A1 - コンデンサ - Google Patents

コンデンサ Download PDF

Info

Publication number
WO2017145700A1
WO2017145700A1 PCT/JP2017/003931 JP2017003931W WO2017145700A1 WO 2017145700 A1 WO2017145700 A1 WO 2017145700A1 JP 2017003931 W JP2017003931 W JP 2017003931W WO 2017145700 A1 WO2017145700 A1 WO 2017145700A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
upper electrode
layer
pores
dielectric layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/003931
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋昌 佐伯
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2018501102A priority Critical patent/JPWO2017145700A1/ja
Priority to CN201780011777.XA priority patent/CN108701544A/zh
Priority to TW106105539A priority patent/TWI746518B/zh
Publication of WO2017145700A1 publication Critical patent/WO2017145700A1/ja
Priority to US16/106,497 priority patent/US11081278B2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/12Ceramic dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/005Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/005Electrodes
    • H01G4/008Selection of materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/085Vapour deposited
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/14Organic dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/33Thin- or thick-film capacitors 
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025Solid electrolytes
    • H01G9/032Inorganic semiconducting electrolytes, e.g. MnO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • H01G9/0425Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material specially adapted for cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • H01G9/055Etched foil electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor.
  • Patent Document 1 discloses a capacitor in which a dielectric layer is formed on a metal substrate having a porous structure, and an upper electrode is formed on the dielectric layer. . Since such a capacitor has a large surface area per volume of the substrate, the area of the capacitance forming portion can be increased, and a high capacitance can be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a capacitor having a conductive porous substrate, a dielectric layer positioned on the conductive porous substrate, and an upper electrode positioned on the dielectric layer.
  • An object of the present invention is to provide a capacitor in which generation of leakage current is suppressed even when cracks or peeling occur in the upper electrode.
  • the present inventor has found that the dielectric layer and the upper electrode are cracked or peeled off by disposing an insulating material in the pores of the conductive porous substrate. Even if it exists, it discovered that leakage current could be suppressed and came to this invention.
  • a conductive porous substrate A dielectric layer located on the conductive porous substrate; An upper electrode located on the dielectric layer; Comprising A capacitor is provided in which an insulating material is present on the upper electrode in the pores of the conductive porous substrate.
  • the above capacitor is provided, wherein at least a part of pores of the conductive porous substrate is filled with an insulating material.
  • the above capacitor is provided in which the upper electrode is covered with an insulating material in the pores of the conductive porous substrate.
  • the conductive porous substrate By disposing an insulating material in the pores of the material, it is possible to provide a capacitor in which a leak current is unlikely to occur even when the dielectric layer and the upper electrode are cracked or peeled off.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a capacitor 1a according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the pores of the capacitor 1a shown in FIG.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of the pores of the capacitor 1b according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of the pores of the capacitor 1c according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 schematically shows a schematic cross-sectional view of pores for explaining a leakage current in a conventional capacitor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a capacitor 1a of the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a pore portion of the capacitor 1a.
  • the dielectric layer 4 and the upper electrode 5 are shown as one layer for simplicity.
  • the capacitor 1 of the present embodiment has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is schematically formed on the conductive porous substrate 2 and the conductive porous substrate 2 as shown in FIGS.
  • the dielectric layer 4, the upper electrode 5 formed on the dielectric layer 4, and the filling portion 6 formed of an insulating material in the pores 3 are provided.
  • the capacitor 1a further includes a first external electrode 8 on the upper surface of the capacitor 1a (the surface on the side where the pores of the conductive porous substrate 2 are present, the upper surface in FIG. 1), and the lower surface (the conductive porous substrate 2).
  • a second external electrode 9 is provided on the main surface where no pores are present (the lower surface in FIG. 1).
  • the conductive porous substrate 2 faces the upper electrode 5 through the dielectric layer 4 and constitutes a capacitance forming part. By applying a voltage between the conductive porous substrate 2 and the upper electrode 5, charges can be accumulated in the dielectric layer 4.
  • the dielectric layer and the upper electrode can be prevented from cracking or peeling, and further, the dielectric layer and the upper electrode are cracked or peeled off. Even in this case, the emission of electrons from the surface of the upper electrode can be prevented, and the generation of leakage current can be suppressed.
  • the conductive porous substrate 2 has a porous portion 10 having a porous structure, and the material and configuration thereof are not limited as long as the surface is conductive.
  • the conductive porous substrate include a porous metal substrate, a substrate in which a conductive layer is formed on the surface of a porous silica material, a porous carbon material, or a porous ceramic sintered body.
  • the conductive porous substrate is a porous metal substrate.
  • the metal constituting the porous metal substrate examples include aluminum, tantalum, nickel, copper, titanium, niobium and iron metals, and alloys such as stainless steel and duralumin.
  • the porous metal substrate can be an aluminum or nickel porous substrate, particularly an aluminum porous substrate.
  • the porosity in the porous portion 10 is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, still more preferably 50% or more, and even more preferably 60% or more. By increasing the porosity, the capacitance of the capacitor can be increased. Further, from the viewpoint of increasing the mechanical strength, the porosity of the porous portion 10 may be preferably 90% or less, more preferably 80% or less.
  • porosity refers to the proportion of voids in the conductive porous substrate.
  • the porosity can be measured as follows.
  • the voids of the conductive porous substrate can be finally filled with a dielectric layer and an upper electrode in the process of manufacturing a capacitor.
  • the “porosity” is the material filled in this way. Without considering, the filled portion is also regarded as a void and calculated.
  • the conductive porous substrate is processed into a thin sample having a thickness of 60 nm or less by FIB (Focused Ion Beam) microsampling method.
  • the damaged layer on the sample surface formed during the FIB processing is removed by Ar ion milling.
  • a predetermined region (3 ⁇ m ⁇ 3 ⁇ m) of the thin sample is measured by STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) -EDS (Energy dispersive X-ray spectrometry) mapping analysis. Within the mapping measurement field, the area where the conductive porous substrate is present is determined.
  • the porosity can be calculated from the following equation. This measurement is performed at three arbitrary locations, and the average value of the measured values is taken as the porosity.
  • Porosity (%) ((measurement area ⁇ area where conductive porous substrate exists) / measurement area) ⁇ 100
  • the porous portion 10 is not particularly limited, but preferably has a surface expansion ratio of 30 times to 10,000 times, more preferably 50 times to 5,000 times, for example, 200 times to 600 times.
  • the area expansion ratio means a surface area per unit projected area.
  • the surface area per unit projected area can be determined from the amount of nitrogen adsorbed at the liquid nitrogen temperature using a BET specific surface area measuring device.
  • the average pore diameter of the pores of the porous part is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 100 nm or more and 1.0 ⁇ m or less, and further preferably 150 nm or more and 500 nm or less.
  • the average pore diameter of the pores By increasing the average pore diameter of the pores, formation of each layer in the pores, filling of the insulating material, etc. can be facilitated. Further, by reducing the average pore diameter of the pores, the number of pores in the porous portion can be increased, the area expansion ratio can be increased, and the capacitance can be further increased.
  • the present invention that can suppress the leakage current is more effective when the average pore diameter of the pores is small.
  • the average pore diameter of the pores in the porous part can be measured by a gas adsorption method. Specifically, the gas distribution is physically adsorbed on the pore surface, and the pore distribution can be measured from the relationship between the adsorption amount and the relative pressure. Typically, nitrogen is used as the gas.
  • the conductive porous substrate 2 has a low porosity portion 12.
  • the “low porosity part” means a part having a lower porosity than the porous part.
  • the low porosity portion 12 is shown on the left and right sides of the conductive porous substrate 2, but the low porosity portion 12 exists so as to surround the porous portion 10. That is, it exists in the back and front of the drawing.
  • the low porosity portion 12 is a region having a lower porosity than the porous portion 10. Note that the low porosity portion 12 may not have any pores.
  • the low porosity portion 12 contributes to the improvement of the mechanical strength of the capacitor.
  • the porosity of the low porosity portion 12 is preferably 60% or less of the porosity of the porous portion 10 from the viewpoint of increasing mechanical strength, and the porosity of 50% or less of the porosity of the porous portion 10. It is more preferable that For example, the porosity of the low porosity portion 12 is preferably 20% or less, and more preferably 10% or less. Further, the porosity of the low porosity portion 12 may be 0%. That is, the low porosity portion may or may not have a porous structure. The lower the porosity of the low porosity portion, the better the mechanical strength of the capacitor.
  • the low porosity portion 12 is preferably 5% by volume or more and 50% by volume or less of the conductive porous substrate 2, more preferably 8% by volume or more and 40% by volume or less, and further preferably 10% by volume or more and 35% by volume or less. 15 volume% or more and 30 volume% or less, and 20 volume% or more and 30 volume% or less may exist.
  • the presence of 5% by volume or more of the low porosity portion 12 further improves the mechanical strength of the capacitor.
  • condenser can be enlarged more by making the low porosity part 12 into 50 volume% or less.
  • the electroconductive porous base material 2 of this embodiment has the low porosity part 12, the low porosity part is not an essential element. Further, when the low porosity portion 12 is provided, the position, number of installation, size, shape, etc. thereof are not particularly limited.
  • a dielectric layer 4 is formed on the conductive porous substrate 2.
  • the material for forming the dielectric layer 4 is not particularly limited as long as it is insulative, but preferably, AlO x (for example, Al 2 O 3 ), SiO x (for example, SiO 2 ), AlTiO x , SiTiO x , HfO x, TaO x, ZrO x , HfSiO x, ZrSiO x, TiZrO x, TiZrWO x, TiO x, SrTiO x, PbTiO x, BaTiO x, BaSrTiO x, BaCaTiO x, metal oxides such as SiAlO x; AlN x, Metal nitrides such as SiN x , AlScN x ; or metal oxynitrides such as AlO x N y , SiO x N y , HfSiO x N y , SiC x O y Nz, Al
  • the dielectric layer 4 may be formed from one dielectric layer, or may be formed from two or more dielectric layers. That is, the dielectric layer may be a single layer or a multilayer. In the case of multiple layers, each layer may be formed from a separate material.
  • the thickness of the dielectric layer 4 is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 100 nm, for example, and more preferably 10 nm to 50 nm. By setting the thickness of the dielectric layer to 5 nm or more, the insulating property can be increased and the leakage current can be further reduced. Moreover, a larger electrostatic capacity can be obtained by setting the thickness of the dielectric layer to 100 nm or less.
  • the dielectric layer is preferably formed by a vapor phase method such as a vacuum evaporation method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, an atomic layer deposition (ALD) method, a pulsed laser deposition method (PLD). : Pulsed Laser Deposition) etc.
  • a vapor phase method such as a vacuum evaporation method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, an atomic layer deposition (ALD) method, a pulsed laser deposition method (PLD). : Pulsed Laser Deposition) etc.
  • CVD method or the ALD method is more preferable, and the ALD method is particularly preferable because a more uniform and dense film can be formed in the fine pores of the conductive porous substrate.
  • an upper electrode 5 is formed on the dielectric layer 4.
  • the upper electrode means an electrode layer (the electrode layer farthest from the conductive base material) that exists inside the pore among the electrode layers that exist in the pore.
  • the material constituting the upper electrode 5 is not particularly limited as long as it is conductive, but Ni, Cu, Al, W, Ti, Ag, Au, Pt, Zn, Sn, Pb, Fe, Cr, Mo, Ru, Pd , Ta and alloys thereof such as CuNi, AuNi, AuSn, and metal nitrides such as TiN, TiAlN, TiON, TiAlON, and TaN, metal oxynitrides, and conductive polymers (eg, PEDOT (poly (3,4- Ethylenedioxythiophene)), polypyrrole, polyaniline) and the like.
  • TiN or TiAlN is preferable, and TiN is more preferable.
  • the upper electrode 5 may be formed from one upper electrode layer or may be formed from two or more upper electrode layers. That is, the upper electrode may be a single layer or a multilayer. In the case of multiple layers, each layer may be formed from a separate material.
  • the thickness of the upper electrode 5 is not particularly limited, but is preferably 3 nm or more, for example, and more preferably 10 nm or more. By setting the thickness of the upper electrode to 3 nm or more, the resistance of the upper electrode itself can be reduced.
  • the method of forming the upper electrode 5 is not particularly limited as long as it can cover the dielectric layer.
  • ALD method ALD method, CVD method, plating, bias sputtering, Sol-Gel method, conductive polymer filling And the like.
  • the CVD method or the ALD method is more preferable, and the ALD method is particularly preferable because a more uniform and dense film can be formed in the fine pores of the porous member.
  • the filling portion 6 exists in the pore 3.
  • the filling portion 6 is made of an insulating material and is formed by filling the pores with the insulating material.
  • the insulating material is not particularly limited as long as it is an insulating material.
  • the specific resistance of the insulating material is preferably 1 ⁇ 10 12 ⁇ ⁇ cm or more, more preferably 1 ⁇ 10 14 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the insulating material examples include a resin material or an insulating inorganic material. Specifically, an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, a silicone resin, a silane crosslinkable resin, AlO x (for example, Al 2 O 3). ), SiO x (for example, SiO 2 ), SiN and the like.
  • the insulating material to be filled is preferably a resin material such as an epoxy resin, a phenol resin, or a silicone resin, and more preferably an epoxy resin or a phenol resin.
  • the filled insulating material is an epoxy resin. By filling the epoxy resin, the impact resistance of the capacitor can be increased.
  • the filled insulating material is a silicon-containing material, such as a silicone resin. Since the silicon-containing material is excellent in filling properties and has little curing shrinkage, generation of voids during curing can be suppressed.
  • the filling rate of the insulating material is preferably 50% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and even more preferably 95% by volume or more, based on the entire pores of the porous part. 98 volume% or more or 99 volume% or more, most preferably substantially 100 volume%, that is, the pores of the porous portion are substantially completely filled with the insulating material.
  • the “filling rate” refers to the ratio of the insulating material in the voids of the porous portion.
  • the filling rate can be measured as follows.
  • the void in the porous portion means a void after the dielectric layer, the upper electrode, etc. are formed (in a state where no filling portion is formed). Specifically, the calculation is performed as follows.
  • the capacitor is processed by a FIB microsampling method into a thin sample having a thickness of 60 nm or less.
  • a predetermined area (3 ⁇ m ⁇ 3 ⁇ m) of the thin sample is measured by STEM-EDS mapping analysis. In the mapping measurement field of view, the area of the void in the porous portion when no filled portion is present is determined.
  • the area where the insulating material in the pores exists is obtained.
  • the filling factor can be calculated from the following equation. This measurement is performed at three arbitrary locations, and the average value of the measured values is taken as the filling rate.
  • Filling rate (%) (area where insulating material exists / area of void in porous portion) ⁇ 100
  • the method for filling the pores of the insulating material is not particularly limited, and examples thereof include a dip method and a dispenser method. In a preferred embodiment, it is preferable to perform vacuum defoaming and filling after the dip method or dispenser method.
  • the first external electrode 8 is formed on the upper surface of the capacitor 1a, and the second external electrode 9 is formed on the lower surface.
  • the material which comprises the said 1st external electrode 8 and the 2nd external electrode 9 is not specifically limited, For example, metals, such as Au, Pb, Pd, Ag, Sn, Ni, Cu, Ti, these alloys, and electroconductivity A functional polymer.
  • the method for forming the first external electrode 8 and the second external electrode 9 is not particularly limited, and for example, CVD, electrolytic plating, electroless plating, vapor deposition, sputtering, baking of conductive paste, etc. can be used. Electroless plating, vapor deposition, sputtering and the like are preferable.
  • the first external electrode 8 and the second external electrode 9 are provided on the entire main surface of the capacitor.
  • the present invention is not limited to this, and an arbitrary shape is formed only on a part of each surface. And can be installed in size.
  • the first external electrode 8 and the second external electrode 9 are not essential elements and may not exist.
  • the upper electrode 5 also functions as the first external electrode
  • the conductive porous substrate 2 also functions as the second external electrode. That is, the upper electrode 5 and the conductive porous substrate 2 may function as a pair of electrodes.
  • the upper electrode 5 may function as an anode
  • the conductive porous substrate 2 may function as a cathode.
  • the upper electrode 5 may function as a cathode and the conductive porous substrate 2 may function as an anode.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of the pore portion of the capacitor 1b of the present embodiment.
  • the capacitor 1b of the present embodiment is different from the capacitor 1a in that the insulating material is not filled so as to fill the pores and is present in layers in the pores 3 so as to cover the upper electrode. That is, the insulating layer 15 is formed on the upper electrode 5 in the capacitor 1b.
  • the upper electrode since the upper electrode is covered with the insulating layer, it is possible to prevent the emission of electrons from the surface of the upper electrode even when the dielectric layer and the upper electrode are cracked or peeled off. And the occurrence of leakage current can be suppressed.
  • an insulating inorganic material such as AlO x (for example, Al 2 O 3 ), SiO x (for example, SiO 2 ) or the like is preferable.
  • the thickness of the insulating layer 15 is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more, for example, and more preferably 10 nm or more. By setting the thickness of the insulating layer 15 to 5 nm or more, the insulating property can be improved and the leakage current can be further suppressed.
  • the upper limit of the thickness of the insulating layer 15 is not specifically limited, For example, 100 nm or less or 50 nm or less may be sufficient.
  • the insulating layer 15 is preferably formed by a vapor phase method such as a vacuum deposition method, a CVD method, a sputtering method, an ALD method, a PLD method, or the like.
  • a vapor phase method such as a vacuum deposition method, a CVD method, a sputtering method, an ALD method, a PLD method, or the like.
  • the CVD method or the ALD method is more preferable, and the ALD method is particularly preferable because a more uniform and dense film can be formed in the fine pores of the conductive porous substrate.
  • the capacitor 1c of this embodiment is different from the capacitors 1a and 1b in that the insulating material is present in layers so as to cover the upper electrode and is filled so as to fill the pores. That is, in the capacitor 1c, the insulating layer 15 is formed on the upper electrode 5 in the pore 3, and the filling portion 6 is further formed. It can be said that the capacitor 1c is a combination of the features of both the capacitors 1a and 1b.
  • the upper electrode is covered with an insulating layer and the pores are filled with an insulating material, cracking or peeling of the dielectric layer and the upper electrode can be suppressed. Even when the layer and the upper electrode are cracked or peeled off, the emission of electrons from the surface of the upper electrode can be prevented, and the generation of leakage current can be further suppressed.
  • filling portion 6 and insulating layer 15 are the same as filling portion 6 and insulating layer 15 of capacitor 1a and capacitor 1b, respectively, and can be formed in the same manner.
  • capacitors 1a to 1c of the present embodiment have been described above, the capacitor of the present invention can be variously modified.
  • the capacitor has a substantially rectangular parallelepiped shape, but the present invention is not limited to this.
  • the capacitor of the present invention can have an arbitrary shape.
  • the planar shape may be a circle, an ellipse, or a rectangle with rounded corners.
  • the conductive porous substrate 2 has a porous portion only on one main surface, but the present invention is not limited to this. That is, the porous part may exist on two main surfaces. Further, the position of the porous portion, the number of installation, the size, the shape, etc. are not particularly limited.
  • the capacitor of the present invention may have a dielectric layer between the conductive porous substrate and the upper electrode, and may have a layer other than the layers shown in the above embodiment.
  • another layer may exist between the conductive porous substrate and the dielectric layer.
  • another layer may exist between the dielectric layer and the upper electrode.
  • an electrode layer and a dielectric layer may further exist between the dielectric layer and the upper electrode.
  • Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 An aluminum etching foil having a porosity of 42.5% in which the average pore diameter of the porous portion was about 200 nm was prepared. The porosity of the aluminum etching foil was measured as follows.
  • the cross section of the aluminum etching foil was exposed by processing the aluminum etching foil by the FIB microsampling method using a focused ion beam apparatus (SM13050SE, manufactured by SII Nano Technologies, Inc.).
  • a focused ion beam apparatus (SM13050SE, manufactured by SII Nano Technologies, Inc.).
  • Prepare a cross-sectional TEM observation sample of the porous part by FIB microsampling method take a STEM-EDS mapping photograph at a magnification of 50000 times at any three locations in the cross section, measure the area of the void from the photograph, The area of the void portion relative to the area was determined. The average value of the measurement results at three locations was defined as the porosity.
  • the damaged layer on the sample surface formed during the FIB processing was removed by Ar ion milling.
  • foil A Example 1
  • foil B Example 2
  • foil C Comparative Example 1
  • a thickness of 15 nm is formed on the foil by an ALD method in which a step of alternately supplying trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) gas and water vapor (H 2 O) gas to the aluminum etching foil is repeated a predetermined number of times.
  • An Al 2 O 3 layer was formed.
  • an Al 2 O 3 layer is formed by an ALD method in which a step of alternately supplying a trisdimethylaminosilane (SiH [N (CH 3 ) 2 ] 3 ) and ozone / oxygen (O 3 / O 2 ) mixed gas is repeated a predetermined number of times.
  • a SiO 2 layer having a thickness of 10 nm was formed thereon. These layers were used as dielectric layers.
  • a TiN layer having a thickness of 10 nm is formed on the dielectric layer as an upper electrode layer by an ALD method in which a step of alternately supplying TiCl 4 (titanium tetrachloride) gas and ammonia (NH 3 ) gas is repeated a predetermined number of times. Formed.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • NH 3 ammonia
  • an SiO 2 layer of about 4 nm was further formed on the TiN layer by ALD.
  • a positive photosensitive epoxy resin was applied to the foil A and the foil B by a dipping method, and the porous resin was filled in the porous portion by vacuum defoaming.
  • temporary drying is performed at 95 ° C., ultraviolet exposure and alkali development are performed, and after removing the excess epoxy resin remaining on the substrate, the epoxy resin is cured at 150 ° C. Formed.
  • SiO 2 exposed on the surface of the foil A was removed using 5% diluted hydrofluoric acid.
  • a Ti / Cu layer as an external electrode was formed on the foil A, the foil B, and the foil C by a sputtering method, and samples were prepared by cutting into individual capacitors.
  • the upper electrode is covered with the SiO 2 layer in the pores, and the inside of the pores is filled with the epoxy resin.
  • the capacitor of Example 2 does not have an SiO 2 layer on the upper electrode, but the inside of the pores is filled with an epoxy resin.
  • the capacitor of Comparative Example 1 does not have the SiO 2 layer on the upper electrode, and the pores are not filled.
  • Example 1 in which an insulating material is present in the pores have a low occurrence frequency of leakage current.
  • the occurrence frequency of the leakage current was very low.
  • Example 3 and Comparative Example 2 An aluminum etching foil having a porosity of 42.8% and an average pore diameter of the porous portion of about 200 nm was prepared. The porosity of the aluminum etching foil was measured in the same manner as described above. The aluminum etching foil was cut into two pieces, which were designated as foil D (Example 3) and foil E (Comparative Example 2), respectively.
  • An aluminum layer having a thickness of 15 nm is formed on the foil by an ALD method in which a process of alternately supplying trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) gas and water vapor (H 2 O) gas to the aluminum etching foil is repeated a predetermined number of times. A 2 O 3 layer was formed. Then, tris (dimethylamino) silane (SiH [N (CH 3) 2] 3), and ozone / oxygen by (O 3 / O 2) ALD method is repeated a predetermined number of times step of supplying mixed gas alternately, Al 2 O 3 layer A SiO 2 layer having a thickness of 10 nm was formed thereon.
  • an HfO 2 layer having a thickness of 5 nm is formed on the SiO 2 layer by an ALD method in which a step of alternately supplying tetrakisdimethylaminohafnium (TDMAHf) and ozone / oxygen (O 3 / O 2 ) mixed gas is repeated a predetermined number of times. Formed.
  • TDMAHf tetrakisdimethylaminohafnium
  • O 3 / O 2 ozone / oxygen
  • a thickness of the upper electrode layer is formed on the dielectric layer by an ALD method in which a step of alternately supplying Ru (EtCp) 2 (cyclopentadienyl ruthenium) gas and oxygen (O 2 ) gas is repeated a predetermined number of times. Formed a 10 nm Ru layer.
  • an Al 2 O 3 layer having a thickness of about 5 nm was formed on the Ru layer by the ALD method on the foil D.
  • a positive photosensitive resist (AZ6124 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was applied to the foil D by the dipping method, and the porous portion was filled with the resist by vacuum degassing.
  • provisional drying was performed at 110 ° C., ultraviolet exposure and alkali development were performed, the excess resist remaining on the substrate was removed, and the Al 2 O 3 layer on the surface was exposed.
  • the Al 2 O 3 layer exposed to the surface was removed using a 5% dilute hydrofluoric acid. Further, the resist in the pores was removed by dipping in acetone.
  • a Ti / Cu layer as an external electrode was formed on the foil D and the foil E by a sputtering method, and samples were prepared by cutting into individual capacitors.
  • the upper electrode is covered with Al 2 O 3 in the pores, and the inside of the pores is not filled.
  • the capacitor of Comparative Example 2 does not have an Al 2 O 3 layer on the upper electrode, and the pores are not filled.
  • Example 3 in which the upper electrode is covered with the Al 2 O 3 layer in the pores has a low occurrence frequency of the leakage current.
  • Example 4 and Comparative Example 3 An aluminum etching foil having a porosity of 42.3% with an average pore diameter of the porous portion of about 200 nm was prepared. The porosity of the aluminum etching foil was measured in the same manner as described above. The aluminum etching foil was cut into two pieces, which were designated Foil F (Example 4) and Foil G (Comparative Example 3), respectively.
  • TDMAHf tetrakisdimethylaminohafnium
  • O 3 / O 2 ozone / oxygen
  • a thickness of the upper electrode layer is formed on the dielectric layer by an ALD method in which a step of alternately supplying Ru (EtCp) 2 (cyclopentadienyl ruthenium) gas and oxygen (O 2 ) gas is repeated a predetermined number of times. Formed a 10 nm Ru layer.
  • a silane crosslinkable resin was applied to the foil F by the dipping method, and the porous portion was filled with a silane-based coating agent by vacuum defoaming and cured at 250 ° C.
  • a Ti / Cu layer as an external electrode was formed on the foil F and the foil G by a sputtering method, and samples were prepared by cutting into individual capacitors.
  • the capacitor of Example 4 (foil F) has pores filled with a silane crosslinkable resin.
  • the capacitor of Comparative Example 3 (foil G) is not filled with pores.
  • Example 4 in which the pores were filled with the silane crosslinkable resin, the occurrence frequency of the leakage current was small.
  • the capacitor of the present invention Since the capacitor of the present invention has high reliability, it can be suitably used for various electronic devices.
  • SYMBOLS 1a-1c Capacitor; 2 ... Conductive porous substrate; 3 ... Pore; 4 ... Dielectric layer; 5 ... Upper electrode; 6 ... Filling portion; 8 ... First external electrode; 9 ... Second external electrode; DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Porous part; 12 ... Low porosity part; 15 ... Insulating layer; 101 ... Dielectric layer; 102 ... Upper electrode layer; 103 ... Metal substrate; 104 ... Inside pores; 105 ... exposed portion; 106 ... electron

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Abstract

本発明は、導電性多孔基材と、前記導電性多孔基材上に位置する誘電体層と、前記誘電体層上に位置する上部電極とを有して成り、導電性多孔基材の細孔内に、絶縁材料が存在することを特徴とするコンデンサを提供する。

Description

コンデンサ
 本発明は、コンデンサに関する。
 近年、電子機器の高密度実装化に伴って、より高静電容量を有するコンデンサが求められている。このようなコンデンサとして、例えば、特許文献1には、多孔構造を有する金属基材上に、誘電体層が形成され、さらに誘電体層上に、上部電極が形成されたコンデンサが開示されている。このようなコンデンサは、基材の容積あたりの表面積が大きいため、静電容量形成部の面積を大きくすることができ、高静電容量を得ることができる。
国際公開第2015/118901号公報
 特許文献1のように多孔構造を有する金属基材を利用したコンデンサは、細孔内に誘電体層および上部電極層を形成する必要があることから、これら誘電体層および上部電極層の厚みは非常に小さくなる。その結果、静電容量は大きくなるが、誘電体層および上部電極層の機械的強度は低くなり、クラックが生じたり、剥がれが生じたりする場合がある。図5に示すように、誘電体層101および上部電極層102にクラックや剥がれが生じると、金属基材103が細孔内部104に露出する。細孔は非常に小さく、露出部分105と上部電極層102の距離が近いことから、矢印で示すように、陰極(図5においては上部電極層102)から陽極(図5においては金属基材103)に向かって電子106が飛来し、リーク電流が生じ得る。
 本発明の目的は、導電性多孔基材と、導電性多孔基材上に位置する誘電体層と、前記誘電体層上に位置する上部電極とを有して成るコンデンサにおいて、誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、リーク電流の発生が抑制されるコンデンサを提供することにある。
 本発明者は、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、導電性多孔基材の細孔内に、絶縁材料を配置することにより、誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、リーク電流を抑制できることを見出し、本発明に至った。
 本発明の要旨によれば、導電性多孔基材と、
 前記導電性多孔基材上に位置する誘電体層と、
 前記誘電体層上に位置する上部電極と、
を有して成り、
 導電性多孔基材の細孔内において、上部電極上に、絶縁材料が存在することを特徴とするコンデンサが提供される。
 一の態様において、導電性多孔基材の細孔の少なくとも一部が、絶縁材料により充填されていることを特徴とする、上記のコンデンサが提供される。
 別の態様において、導電性多孔基材の細孔において、上部電極が、絶縁材料により被覆されていることを特徴とする上記のコンデンサが提供される。
 本発明によれば、導電性多孔基材と、導電性多孔基材上に位置する誘電体層と、前記誘電体層上に位置する上部電極とを有して成るコンデンサにおいて、導電性多孔基材の細孔内に、絶縁材料を配置することにより、誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、リーク電流が生じにくいコンデンサが提供される。
図1は、本発明の一の実施形態におけるコンデンサ1aの概略断面図である。 図2は、図1に示すコンデンサ1aの細孔の断面図を模式的に示す。 図3は、本発明の別の実施形態におけるコンデンサ1bの細孔の断面図を模式的に示す。 図4は、本発明の別の実施形態におけるコンデンサ1cの細孔の断面図を模式的に示す。 図5は、従来のコンデンサにおけるリーク電流を説明するための、細孔の概略断面図を模式的に示す。
 以下、本発明のコンデンサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本実施形態のコンデンサおよび各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
・第1の実施形態
 本実施形態のコンデンサ1aの断面図を図1に、コンデンサ1aの細孔部分の断面図を図2に模式的に示す。尚、図1において、誘電体層4および上部電極5は、簡単のため、1つの層として記載している。本実施形態のコンデンサ1は、略直方体形状を有しており、図1および図2に示されるように、概略的には、導電性多孔基材2と、導電性多孔基材2上に形成された誘電体層4と、誘電体層4上に形成された上部電極5と、細孔3内に絶縁材料から形成された充填部6とを有して成る。コンデンサ1aは、さらにコンデンサ1aの上面(導電性多孔基材2の細孔が存在する側の面、図1において上側面)上に第1外部電極8、および下面(導電性多孔基材2の細孔が存在しない主表面、図1において下側面)上に第2外部電極9を備える。導電性多孔基材2は、誘電体層4を介して上部電極5と向かい合っており、静電容量形成部を構成する。導電性多孔基材2および上部電極5間に電圧を印加することにより、誘電体層4に電荷を蓄積することができる。
 コンデンサ1aにおいては、細孔内に絶縁材料が充填されていることから、誘電体層および上部電極のクラックまたは剥がれを抑制することができ、さらに誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、上部電極表面からの電子の放出を防止することができ、リーク電流の発生を抑制することができる。
 上記導電性多孔基材2は、多孔構造を有する多孔部10を有し、表面が導電性であれば、その材料および構成は限定されない。例えば、導電性多孔基材としては、多孔質金属基材、または、多孔質シリカ材料、多孔質炭素材料もしくは多孔質セラミック焼結体の表面に導電性の層を形成した基材等が挙げられる。好ましい態様において、導電性多孔基材は、多孔質金属基材である。
 上記多孔質金属基材を構成する金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニッケル、銅、チタン、ニオブおよび鉄の金属、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。一の態様において、多孔質金属基材は、アルミニウムまたはニッケル多孔基材、特にアルミニウム多孔基材であり得る。
 多孔部10における空隙率は、好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらにより好ましくは60%以上であり得る。空隙率を大きくすることにより、コンデンサの静電容量をより大きくすることができる。また、機械的強度を高める観点からは、多孔部10の空隙率は、好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下であり得る。
 本明細書において、「空隙率」とは、導電性多孔基材において空隙が占める割合を言う。当該空隙率は、下記のようにして測定することができる。尚、上記導電性多孔基材の空隙は、コンデンサを作製するプロセスにおいて、最終的に誘電体層および上部電極などで充填され得るが、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。
 まず、導電性多孔基材を、FIB(集束イオンビーム:Focused Ion Beam)マイクロサンプリング法で加工し60nm以下の厚みの薄片試料に加工する。なお、FIB加工時に形成された試料表面のダメージ層は、Arイオンミリングによって除去する。この薄片試料の所定の領域(3μm×3μm)を、STEM(走査透過型電子顕微鏡:Scanning Transmission Electron Microscope)-EDS(エネルギー分散型X線分析:Energy dispersive X-ray spectrometry)マッピング分析で測定する。マッピング測定視野内において、導電性多孔基材が存在する面積を求める。そして、下記等式から空隙率を計算することができる。この測定を任意の3箇所で行い、測定値の平均値を空隙率とする。
  空隙率(%)=((測定面積-導電性多孔基材が存在する面積)/測定面積)×100
 多孔部10は、特に限定されないが、好ましくは30倍以上10,000倍以下、より好ましくは50倍以上5,000倍以下、例えば200倍以上600倍以下の拡面率を有する。ここに、拡面率とは、単位投影面積あたりの表面積を意味する。単位投影面積あたりの表面積は、BET比表面積測定装置を用いて、液体窒素温度における窒素の吸着量から求めることができる。
 一の態様において、多孔部の細孔の平均孔径は、特に限定されないが、好ましくは10nm以上10μm以下であり、より好ましくは100nm以上1.0μm以下、さらに好ましくは150nm以上500nm以下であり得る。細孔の平均孔径をより大きくすることにより、細孔内の各層の形成、絶縁材料の充填等が容易にあなる。また、細孔の平均孔径をより小さくすることにより、多孔部における細孔の数を増やすことができ、拡面率を大きくすることができ、静電容量をより大きくすることができる。細孔の平均孔径が小さいほど、対向する面が近くなるので、誘電体層にクラックが生じた場合にリーク電流が生じ易くなる。従って、リーク電流を抑制できる本発明は、細孔の平均孔径が小さい場合に、より有効である。
 多孔部の細孔の平均孔径は、ガス吸着法により測定することができる。具体的には、ガスを細孔表面に物理的に吸着させ、その吸着量と相対圧との関係から細孔分布を測定することができる。上記ガスとしては、典型的には、窒素が用いられる。
 上記導電性多孔基材2には、低空隙率部12が存在する。本明細書において、「低空隙率部」とは、多孔部と比較して、空隙率が低い部分を意味する。図1においては、低空隙率部12は、導電性多孔基材2の左右に示されているが、低空隙率部12は、多孔部10を取り囲むように存在している。即ち、図面奥および手前にも存在する。低空隙率部12は、多孔部10よりも空隙率が小さい領域である。尚、低空隙率部12には、細孔が存在しなくてもよい。
 低空隙率部12は、コンデンサの機械的強度の向上に寄与する。低空隙率部12の空隙率は、機械的強度を高める観点から、多孔部10の空隙率の60%以下の空隙率であることが好ましく、多孔部10の空隙率の50%以下の空隙率であることがより好ましい。例えば、低空隙率部12の空隙率は、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。また、低空隙率部12の空隙率は、0%であってもよい。即ち、低空隙率部は、多孔構造を有していてもよく、有していなくてもよい。低空隙率部の空隙率が低いほど、コンデンサの機械的強度が向上する。
 低空隙率部12は、好ましくは導電性多孔基材2の5体積%以上50体積%以下、より好ましくは8体積%以上40体積%以下、さらに好ましくは10体積%以上35体積%以下、例えば15体積%以上30体積%以下、20体積%以上30体積%以下存在し得る。低空隙率部12が、5体積%以上存在することにより、コンデンサの機械的強度がより向上する。また、低空隙率部12を50体積%以下とすることにより、コンデンサの静電容量をより大きくすることができる。
 尚、本実施形態の導電性多孔基材2は低空隙率部12を有しているが、低空隙率部は必須の要素ではない。また、低空隙率部12を設ける場合にも、その存在位置、設置数、大きさ、形状等は特に限定されない。
 本実施形態のコンデンサ1aにおいて、導電性多孔基材2上には、誘電体層4が形成されている。
 上記誘電体層4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、AlO(例えば、Al)、SiO(例えば、SiO)、AlTiO、SiTiO、HfO、TaO、ZrO、HfSiO、ZrSiO、TiZrO、TiZrWO、TiO、SrTiO、PbTiO、BaTiO、BaSrTiO、BaCaTiO、SiAlO等の金属酸化物;AlN、SiN、AlScN等の金属窒化物;またはAlO、SiO、HfSiO、SiCNz等の金属酸窒化物が挙げられ、AlO、SiO、SiO、HfSiOが好ましい。尚、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4は、1つの誘電体層から形成されていてもよく、2つ以上の誘電体層から形成されていてもよい。即ち、誘電体層は、単層であっても、多層であってもよい。多層である場合、各層は別個の材料から形成されていてもよい。
 誘電体層4の厚みは、特に限定されないが、例えば5nm以上100nm以下が好ましく、10nm以上50nm以下がより好ましい。誘電体層の厚みを5nm以上とすることにより、絶縁性を高めることができ、漏れ電流をより小さくすることができる。また、誘電体層の厚みを100nm以下とすることにより、より大きな静電容量を得ることができる。
 上記誘電体層は、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。導電性多孔基材の細孔の細部にまでより均質で緻密な膜を形成できることから、CVD法またはALD法がより好ましく、ALD法が特に好ましい。
 本実施形態のコンデンサ1aにおいて、上記誘電体層4上には、上部電極5が形成されている。尚、本発明において、上部電極とは、細孔内に存在する電極層のうち、細孔の最も内側に存在する電極層(導電性基材から最も遠い電極層)を意味する。
 上部電極5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等の金属窒化物、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またはTiAlNが好ましく、TiNがより好ましい。
 上部電極5は、1つの上部電極層から形成されていてもよく、2つ以上の上部電極層から形成されていてもよい。即ち、上部電極は、単層であっても、多層であってもよい。多層である場合、各層は別個の材料から形成されていてもよい。
 上部電極5の厚みは、特に限定されないが、例えば3nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましい。上部電極の厚みを3nm以上とすることにより、上部電極自体の抵抗を小さくすることができる。
 上部電極5を形成する方法は、誘電体層を被覆することができる方法であれば特に限定されず、例えば、ALD法、CVD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が挙げられる。多孔部材の細孔の細部にまでより均質で緻密な膜を形成できることから、CVD法またはALD法がより好ましく、ALD法が特に好ましい。
 本実施形態のコンデンサ1aにおいて、細孔3内には、充填部6が存在する。
 上記充填部6は、絶縁材料から構成され、絶縁材料を細孔に充填することにより形成される。
 上記絶縁材料としては、絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。絶縁材料の比抵抗は、好ましくは1×1012Ω・cm以上、より好ましくは1×1014Ω・cm以上である。
 上記絶縁材料としては、例えば、樹脂材料または絶縁性無機材料が挙げられ、具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シラン架橋性樹脂、AlO(例えば、Al)、SiO(例えば、SiO)、SiN等が挙げられる。
 細孔を充填する場合、充填される絶縁材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料が好ましく、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂がより好ましい。
 一の態様において、充填される絶縁材料は、エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂を充填することにより、コンデンサの衝撃耐性を高めることができる。
 別の態様において、充填される絶縁材料は、シリコン含有材料、例えばシリコーン樹脂である。シリコン含有材料は、充填性に優れ、また、硬化収縮が少ないため、硬化時のボイドの発生を抑制することができる。
 絶縁材料の充填率は、多孔部の細孔全体に対して、好ましくは50体積%以上、より好ましくは80体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上、さらにより好ましくは95体積%以上、例えば98体積%以上または99体積%以上、最も好ましくは実質的に100体積%であり、即ち、多孔部の細孔が、絶縁材料により実質的に完全に充填されている。
 本明細書において、「充填率」とは、多孔部の空隙における絶縁材料が占める割合を言う。当該充填率は、下記のようにして測定することができる。尚、上記多孔部の空隙は、誘電体層および上部電極等が形成された後(充填部が形成されていない状態)の空隙を意味する。具体的には、下記のようにして算出する。
 まず、コンデンサを、FIBマイクロサンプリング法で加工し60nm以下の厚みの薄片試料に加工する。この薄片試料の所定の領域(3μm×3μm)を、STEM-EDSマッピング分析で測定する。マッピング測定視野内において、充填部が存在しないとした場合の多孔部の空隙の面積を求める。次いで、細孔内の絶縁材料が存在する面積を求める。そして、下記等式から充填率を計算することができる。この測定を任意の3箇所で行い、測定値の平均値を充填率とする。
  充填率(%)=(絶縁材料が存在する面積/多孔部の空隙の面積)×100
 絶縁材料の細孔への充填方法は、特に限定されないが、例えば、ディップ法、ディスペンサ法等が挙げられる。好ましい態様において、ディップ法またはディスペンサ法のあと、真空脱泡して充填するのが好ましい。
 本実施形態において、コンデンサ1aの上面には第1外部電極8が、下面には第2外部電極9が形成されている。
 上記第1外部電極8および第2外部電極9を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、Au、Pb、Pd、Ag、Sn、Ni、Cu、Ti等の金属およびこれらの合金、ならびに導電性高分子などが挙げられる。第1外部電極8および第2外部電極9の形成方法は、特に限定されず、例えばCVD法、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ、導電性ペーストの焼き付け等を用いることができ、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等が好ましい。
 尚、コンデンサ1aにおいては、上記第1外部電極8および第2外部電極9は、コンデンサの主表面全体に設置しているが、これに限定されず、各面の一部のみに、任意の形状および大きさで設置することができる。また、上記第1外部電極8および第2外部電極9は、必須の要素ではなく、存在しなくてもよい。存在しない場合、上部電極5が第1外部電極としても機能し、導電性多孔基材2が第2外部電極としても機能する。即ち、上部電極5と導電性多孔基材2とが一対の電極として機能してもよい。この場合、上部電極5がアノードとして機能し、導電性多孔基材2がカソードとして機能してもよい。あるいは、上部電極5がカソードとして機能し、導電性多孔基材2がアノードとして機能してもよい。
・第2の実施形態
 本実施形態のコンデンサ1bの細孔部分の断面図を図3に模式的に示す。
 本実施形態のコンデンサ1bは、絶縁材料が、細孔を埋めるように充填されず、細孔3内において、上部電極を覆うように層状に存在する点で上記コンデンサ1aと異なる。即ち、コンデンサ1bにおいて、上部電極5上に絶縁層15が形成されている。
 コンデンサ1bにおいては、上部電極が絶縁層で覆われていることから、誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、上部電極表面からの電子の放出を防止することができ、リーク電流の発生を抑制することができる。
 絶縁層15を構成する絶縁材料としては、絶縁性無機材料、例えばAlO(例えば、Al)、SiO(例えば、SiO)等が好ましい。
 絶縁層15の厚みは、特に限定されないが、例えば5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましい。絶縁層15の厚みを5nm以上とすることにより、絶縁性を高めることができ、リーク電流をより抑制することができる。絶縁層15の厚みの上限は特に限定されず、例えば100nm以下または50nm以下であってもよい。
 上記絶縁層15は、好ましくは、気相法、例えば真空蒸着法、CVD法、スパッタ法、ALD法、PLD法等により形成される。導電性多孔基材の細孔の細部にまでより均質で緻密な膜を形成できることから、CVD法またはALD法がより好ましく、ALD法が特に好ましい。
・第3の実施形態
 本実施形態のコンデンサ1cの細孔部分の断面図を図4に模式的に示す。
 本実施形態のコンデンサ1cは、絶縁材料が、上部電極を覆うように層状に存在し、さらに細孔を埋めるように充填されている点で上記コンデンサ1aおよび1bと異なる。即ち、コンデンサ1cにおいて、細孔3内において、上部電極5上に絶縁層15が形成され、さらに充填部6が形成されている。コンデンサ1cは、コンデンサ1aおよび1bの両方の特徴を組み合わせたものであると言える。
 コンデンサ1cにおいては、上部電極が絶縁層で覆われており、さらに細孔が絶縁材料により充填されていることから、誘電体層および上部電極のクラックまたは剥がれを抑制することができ、さらに誘電体層および上部電極にクラックまたは剥がれが生じた場合であっても、上部電極表面からの電子の放出を防止することができ、リーク電流の発生をより抑制することができる。
 コンデンサ1cにおいて、充填部6および絶縁層15は、それぞれ、上記したコンデンサ1aおよびコンデンサ1bの充填部6および絶縁層15と同様のものであり、また、同様に形成することができる。
 以上、本実施形態のコンデンサ1a~1cについて説明したが、本発明のコンデンサは、種々の改変が可能である。
 例えば、上記実施形態において、コンデンサは略直方体形状であるが、本発明はこれに限定されない。本発明のコンデンサは、任意の形状とすることができ、例えば、平面形状が円状、楕円状、また角が丸い四角形等であってもよい。
 また、上記実施形態においては、導電性多孔基材2は、一方の主面にのみ多孔部を有するが、本発明はこれに限定されない。即ち、多孔部は2つの主面に存在してもよい。また、多孔部の存在位置、設置数、大きさ、形状等は、特に限定されない。
 一の態様において、本発明のコンデンサは、導電性多孔基材と上部電極の間に誘電体層が存在していればよく、上記実施形態に示した層以外の層が存在してもよい。
 例えば一の態様において、導電性多孔基材と誘電体層の間に他の層が存在してもよい。
 別の態様において、誘電体層と上部電極の間に他の層が存在してもよい。
 別の態様において、誘電体層と上部電極の間に、さらに電極層および誘電体層が存在してもよい。
 実施例1および2、および比較例1
 多孔部の平均細孔径が約200nmである空隙率42.5%のアルミニウムエッチング箔を準備した。アルミニウムエッチング箔の空隙率は、以下のようにして測定した。
 アルミニウムエッチング箔を、集束イオンビーム装置(エスアイアイ・ナノテクノロジーズ株式会社製、SM13050SE)によるFIBマイクロサンプリング法で加工することにより、アルミニウムエッチング箔の断面を露出させた。FIBマイクロサンプリング法で多孔部の断面TEM観察試料を作製し、断面の任意の場所3箇所を50000倍の倍率でSTEM-EDSマッピング写真を撮り、その写真から空隙部分の面積を測定し、全体の面積に対する空隙部分の面積を求めた。3箇所の測定結果の平均値を空隙率とした。なお、FIB加工時に形成された試料表面のダメージ層は、Arイオンミリングによって除去した。
 上記のアルミニウムエッチング箔を3枚に切り分け、それぞれを箔A(実施例1)、箔B(実施例2)、箔C(比較例1)とした。
 これらのアルミニウムエッチング箔に対し、トリメチルアルミニウム(Al(CH)ガス、および水蒸気(HO)ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、箔上に、厚みが15nmのAl層を形成した。次いで、トリスジメチルアミノシラン(SiH[N(CH)、およびオゾン/酸素(O/O)混合ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、Al層上に、厚みが10nmのSiO層を形成した。これらの層を誘電体層とした。
 次に、TiCl(四塩化チタン)ガス、およびアンモニア(NH)ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、誘電体層上に、上部電極層として、厚みが10nmのTiN層を形成した。
 次に、箔Aに対して、TiN層の上に、さらにALD法により、約4nmのSiO層を形成した。
 その後、箔Aおよび箔Bに対して、ディップ法にてポジ型感光性エポキシ樹脂を塗布し、真空脱泡により、多孔部にエポキシ樹脂を充填した。次いで、95℃で仮乾燥を行い、紫外線露光およびアルカリ現像を行い、基材上に残っている余分なエポキシ樹脂を除去した後に、150℃でエポキシ樹脂の硬化を行い、細孔内に充填部を形成した。
 その後、箔Aの表面に露出したSiOを、5%希釈フッ酸を用いて除去した。
 最後に、箔A、箔Bおよび箔Cに対して、スパッタ工法により、外部電極としてのTi/Cu層を形成し、個々のコンデンサに切り分けて試料を作製した。
 実施例1(箔A)のコンデンサは、細孔において、上部電極がSiO層により覆われており、さらに細孔の内部がエポキシ樹脂で充填されている。実施例2(箔B)のコンデンサは、上部電極の上にSiO層を有しないが、細孔の内部がエポキシ樹脂で充填されている。比較例1(箔C)のコンデンサは、上部電極の上にSiO層を有さず、さらに細孔の内部は充填されていない。
(評価)
・耐電圧試験
 それぞれ、試料100個について、耐電圧の評価を行った。具体的には、試料の外部電極間に電圧を印加し、3~5Vの範囲において急激に流れる電流値が大きくなる試料の割合を調べた。即ち、リーク電流が生じる試料の割合を調べた。結果を下記表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上記の結果から、細孔内に絶縁材料が存在する実施例1および2は、リーク電流の発生頻度が小さいことが確認された。特に、上部電極上に絶縁層を形成し、さらに細孔内に充填部を形成した実施例1は、リーク電流の発生頻度が非常に小さかった。
 実施例3および比較例2
 多孔部の平均細孔径が約200nmである空隙率42.8%のアルミニウムエッチング箔を準備した。アルミニウムエッチング箔の空隙率は、上記と同様にして測定した。アルミニウムエッチング箔を2枚に切り分け、それぞれを箔D(実施例3)および箔E(比較例2)とした。
 これらのアルミニウムエッチング箔に対し、トリメチルアルミニウム(Al(CH)ガス、および水蒸気(HO)ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、箔上に厚みが15nmのAl層を形成した。次いで、トリスジメチルアミノシラン(SiH[N(CH)、およびオゾン/酸素(O/O)混合ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、Al層上に、厚みが10nmのSiO層を形成した。さらに、テトラキスジメチルアミノハフニウム(TDMAHf)、およびオゾン/酸素(O/O)混合ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、SiO層上に、厚みが5nmのHfO層を形成した。これらの層を誘電体層とした。
 次に、Ru(EtCp)(シクロペンタジエニルルテニウム)ガス、および酸素(O)ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、誘電体層上に、上部電極層として、厚みが10nmのRu層を形成した。
 次に、箔Dに対して、Ru層の上に、さらにALD法にて、厚みが約5nmのAl層を形成した。
 その後、箔Dに対して、ディップ法にてポジ型感光性レジスト(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製 AZ6124)を塗布し、真空脱泡により、多孔部にレジストを充填した。次いで、110℃で仮乾燥を行い、紫外線露光およびアルカリ現像を行い、基材上に残っている余分なレジストを除去し、表面のAl層を露出させた。その後、表面に露出したAl層を、5%希釈フッ酸を用いて除去した。さらにアセトンに浸漬することによって、細孔内のレジスト除去を行った。
 最後に、箔Dおよび箔Eに対して、スパッタ工法により、外部電極としてのTi/Cu層を形成し、個々のコンデンサに切り分けて試料を作製した。
 実施例3(箔D)のコンデンサは、細孔において、上部電極がAlにより覆われており、細孔の内部は充填されていない。比較例2(箔E)のコンデンサは、上部電極上にAl層を有さず、さらに細孔の内部は充填されていない。
(評価)
・耐電圧試験
 それぞれ、試料100個について、耐電圧の評価を行った。具体的には、試料の外部電極間に電圧を印加し、3~5Vの範囲において急激に流れる電流値が大きくなる試料の割合を調べた。即ち、リーク電流が生じる試料の割合を調べた。結果を下記表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 上記の結果から、細孔内において上部電極がAl層により被覆されている実施例3は、リーク電流の発生頻度が小さいことが確認された。
 実施例4および比較例3
 多孔部の平均細孔径が約200nmである空隙率42.3%のアルミニウムエッチング箔を準備した。アルミニウムエッチング箔の空隙率は、上記と同様にして測定した。アルミニウムエッチング箔を2枚に切り分け、それぞれを箔F(実施例4)および箔G(比較例3)とした。
 これらのアルミニウムエッチング箔に対し、テトラキスジメチルアミノハフニウム(TDMAHf)、およびオゾン/酸素(O/O)混合ガスを交互に供給する工程と、トリスジメチルアミノシラン(SiH[N(CH)、およびオゾン/酸素(O/O)混合ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、誘電体層として、厚みが25nmのHfO/SiOの超格子の層を形成した。
 次に、Ru(EtCp)(シクロペンタジエニルルテニウム)ガス、および酸素(O)ガスを交互に供給する工程を所定回数繰り返すALD法により、誘電体層上に、上部電極層として、厚みが10nmのRu層を形成した。
 次に、箔Fに対して、ディップ法にてシラン架橋性樹脂を塗布し、真空脱泡により、多孔部にシラン系コート剤を充填し、250℃で硬化させた。
 その後、5%希釈フッ酸を用いて、箔の表面近傍のRu電極を露出させた。
 最後に、箔Fおよび箔Gに対して、スパッタ工法により、外部電極としてのTi/Cu層を形成し、個々のコンデンサに切り分けて試料を作製した。
 実施例4(箔F)のコンデンサは、細孔がシラン架橋性樹脂により充填されている。比較例3(箔G)のコンデンサは、細孔が充填されていない。
(評価)
・耐電圧試験
 それぞれ、試料100個について、耐電圧の評価を行った。具体的には、試料の外部電極間に電圧を印加し、3~5Vの範囲において急激に流れる電流値が大きくなる試料の割合を調べた。即ち、リーク電流が生じる試料の割合を調べた。結果を下記表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 上記の結果から、細孔内がシラン架橋性樹脂により充填されている実施例4は、リーク電流の発生頻度が小さいことが確認された。
 本発明のコンデンサは、信頼性が高いので、種々の電子機器に好適に用いられる。
1a~1c…コンデンサ;2…導電性多孔基材;3…細孔;4…誘電体層;
5…上部電極;6…充填部;8…第1外部電極;9…第2外部電極;
10…多孔部;12…低空隙率部;15…絶縁層;101…誘電体層;
102…上部電極層;103…金属基材;104…細孔内部;
105…露出部分;106…電子

Claims (7)

  1.  導電性多孔基材と、
     前記導電性多孔基材上に位置する誘電体層と、
     前記誘電体層上に位置する上部電極と、
    を有して成り、
     導電性多孔基材の細孔内において、上部電極上に、絶縁材料が存在することを特徴とするコンデンサ。
  2.  前記絶縁材料が、樹脂材料または絶縁性無機材料であることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
  3.  前記導電性多孔基材の細孔の少なくとも一部が、前記絶縁材料により充填されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のコンデンサ。
  4.  前記絶縁材料が、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂であることを特徴とする、請求項3に記載のコンデンサ。
  5.  前記絶縁材料が、シリコン含有材料であることを特徴とする、請求項3に記載のコンデンサ。
  6.  前記導電性多孔基材の細孔において、前記上部電極が、前記絶縁材料により被覆されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のコンデンサ。
  7.  前記絶縁材料が、AlまたはSiOであることを特徴とする、請求項6に記載のコンデンサ。
PCT/JP2017/003931 2016-02-23 2017-02-03 コンデンサ WO2017145700A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018501102A JPWO2017145700A1 (ja) 2016-02-23 2017-02-03 コンデンサ
CN201780011777.XA CN108701544A (zh) 2016-02-23 2017-02-03 电容器
TW106105539A TWI746518B (zh) 2016-02-23 2017-02-20 電容器
US16/106,497 US11081278B2 (en) 2016-02-23 2018-08-21 Capacitor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-032335 2016-02-23
JP2016032335 2016-02-23

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/106,497 Continuation US11081278B2 (en) 2016-02-23 2018-08-21 Capacitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017145700A1 true WO2017145700A1 (ja) 2017-08-31

Family

ID=59686286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/003931 WO2017145700A1 (ja) 2016-02-23 2017-02-03 コンデンサ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11081278B2 (ja)
JP (1) JPWO2017145700A1 (ja)
CN (1) CN108701544A (ja)
TW (1) TWI746518B (ja)
WO (1) WO2017145700A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11915885B2 (en) * 2019-09-30 2024-02-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electrode foil for electrolytic capacitor, electrolytic capacitor, and method for manufacturing electrolytic capacitor
JP7502611B2 (ja) * 2020-04-15 2024-06-19 日亜化学工業株式会社 樹脂含浸方法、波長変換モジュールの製造方法及び波長変換モジュール
JP7444048B2 (ja) * 2020-12-22 2024-03-06 株式会社村田製作所 積層セラミックコンデンサ及び積層セラミックコンデンサの製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003100564A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解コンデンサの製造方法
WO2015190278A1 (ja) * 2014-06-11 2015-12-17 株式会社村田製作所 コンデンサ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5133857A (en) 1974-09-18 1976-03-23 Marukon Denshi Kk Denshibuhin no jushigaisohoho
US6890363B1 (en) * 1999-05-24 2005-05-10 Showa Denko K.K. Solid electrolytic capacitor and method for producing the same
US6504705B2 (en) * 2000-10-12 2003-01-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electrolytic capacitor, circuit board containing electrolytic capacitor, and method for producing the same
CN100339918C (zh) * 2001-07-17 2007-09-26 松下电器产业株式会社 固体电解电容器的制造方法
JP3888523B2 (ja) 2001-11-21 2007-03-07 日本カーリット株式会社 三端子薄型アルミ固体電解コンデンサ
US20110127562A1 (en) * 2009-07-23 2011-06-02 Chien-Min Sung Electronic Substrate Having Low Current Leakage and High Thermal Conductivity and Associated Methods
US10285860B2 (en) * 2012-11-02 2019-05-14 Optimedica Corporation Vacuum loss detection during laser eye surgery
EP3104382B1 (en) 2014-02-07 2019-07-31 Murata Manufacturing Co., Ltd. Capacitor with porous metal electrode and method for its manufacturing
KR101906693B1 (ko) * 2014-02-07 2018-10-10 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 콘덴서
TWI475583B (zh) * 2014-05-02 2015-03-01 Univ Nat United 一種奈米金屬線固態電容器結構與製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003100564A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解コンデンサの製造方法
WO2015190278A1 (ja) * 2014-06-11 2015-12-17 株式会社村田製作所 コンデンサ

Also Published As

Publication number Publication date
CN108701544A (zh) 2018-10-23
TWI746518B (zh) 2021-11-21
JPWO2017145700A1 (ja) 2018-11-22
TW201737498A (zh) 2017-10-16
US20180358178A1 (en) 2018-12-13
US11081278B2 (en) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10256045B2 (en) Capacitor
TWI646564B (zh) Capacitor
US11081278B2 (en) Capacitor
TWI596630B (zh) 電容器
TWI597747B (zh) Capacitor and its manufacturing method
JP6558439B2 (ja) コンデンサおよびその製造方法
JP6954325B2 (ja) コンデンサおよびその製造方法
US9865400B2 (en) Capacitor
US10249704B2 (en) Capacitor
US20180114647A1 (en) Capacitor and method for manufacturing the capacitor
US20180114640A1 (en) Capacitor
US11348726B2 (en) Capacitor
US20180174760A1 (en) Capacitor
US10074478B2 (en) Capacitor
WO2018174132A1 (ja) コンデンサ
US20170040114A1 (en) Capacitor and manufacturing method therefor
WO2018151025A1 (ja) コンデンサ
JP6907876B2 (ja) 成膜方法
US11710600B2 (en) Multilayer electronic component
US20170040108A1 (en) Capacitor
US20170040113A1 (en) Capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2018501102

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17756142

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17756142

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1