WO2022164233A1 - 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

커패시터 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2022164233A1
WO2022164233A1 PCT/KR2022/001500 KR2022001500W WO2022164233A1 WO 2022164233 A1 WO2022164233 A1 WO 2022164233A1 KR 2022001500 W KR2022001500 W KR 2022001500W WO 2022164233 A1 WO2022164233 A1 WO 2022164233A1
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capacitor
internal
unit
dielectric
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PCT/KR2022/001500
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안범모
박승호
송태환
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(주)포인트엔지니어링
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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H01G4/1227—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates based on alkaline earth titanates

Definitions

  • the multilayer ceramic capacitor includes a plurality of dielectric layers and first and second internal electrodes formed on the dielectric layers, the plurality of dielectric layers having internal electrodes formed thereon are stacked so that the first and second internal electrodes face each other with one dielectric layer interposed therebetween. are placed Since such a capacitor is manufactured by sintering a plurality of dielectric layers, the capacitor body cannot maintain a perfect hexahedral shape due to sintering shrinkage of the dielectric powder during the sintering process, and the dielectric properties deteriorate during the sintering process.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2192426
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2189805
  • an object of the present invention is to provide a capacitor capable of maintaining the hexahedral shape of the capacitor while maintaining high dielectric properties of the dielectric.
  • a dielectric provided between the first and second internal electrodes is included.
  • first and second internal electrodes are planar electrodes.
  • the dielectric is tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ) At least one of a strontium titanate-based (SrTiO 3 )-based powder or a composite dielectric thereof.
  • first and second internal electrodes are formed in a waveform structure in which mountains and valleys are continuously formed, and the dielectric is provided between the first and second internal electrodes.
  • the dielectric covers at least one of an upper surface and a lower surface to which the first and second internal electrodes are exposed.
  • the dielectric is provided inside the pores of the anodized film.
  • first wiring portion provided on the first electrode portion; and a second wiring unit provided on the second electrode unit.
  • the first electrode part includes a first common electrode connected to the first internal electrodes
  • the second electrode part includes a second common electrode connected to the second internal electrodes.
  • the plurality of unit capacitors are connected in series with each other.
  • the plurality of unit capacitors are connected in parallel to each other.
  • the plurality of unit capacitors are connected in series and parallel to each other.
  • a method of manufacturing a capacitor according to the present invention includes the steps of: forming a through hole by etching at least a partial region of a body made of an anodized film; forming first and second electrode parts by filling the through-holes with a conductive metal; and filling the dielectric after removing the anodization film between the first and second internal electrodes facing the first and second electrodes.
  • the method may also include forming a first wiring unit connected to the first electrode unit and forming a second wiring unit connected to the second electrode unit.
  • the present invention may provide a capacitor capable of maintaining the hexahedral shape of the capacitor while maintaining high dielectric properties of the dielectric.
  • FIG. 1 to 18 are views showing a capacitor and a manufacturing method thereof according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • 19 to 23 are views showing a capacitor and a manufacturing method thereof according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a capacitor according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • 25 to 32 are views showing a capacitor and a manufacturing method thereof according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or perspective views, which are ideal illustrative drawings of the present invention.
  • the thicknesses of films and regions shown in these drawings are exaggerated for effective description of technical content.
  • the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance.
  • the number of moldings shown in the drawings is only partially shown in the drawings by way of example. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process.
  • the capacitor according to the preferred embodiment of the present invention includes a unit capacitor (10). Also, the capacitor according to the preferred embodiment of the present invention includes a multilayer capacitor 20 . Also, the capacitor according to the preferred embodiment of the present invention may include a form in which a plurality of unit capacitors 10 are combined.
  • a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention includes a body 100 made of an anodized film material, a first electrode part 210 including a first internal electrode 211 vertically penetrating the inside of the body 100, and a second electrode. and a second electrode part 230 including a second internal electrode 231 provided to face the first internal electrode 211 .
  • the capacitor according to the preferred embodiment of the present invention includes the dielectric 300 provided between the first and second internal electrodes 211,231.
  • a method of manufacturing a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of: etching at least a partial region of a body 100 made of an anodized film material to form a through hole; and forming the electrode parts 210 and 230 .
  • the dielectric 300 is filled after removing the anodized film between the first and second internal electrodes 210 and 230 opposite to the first and second electrode parts 210 and 230 . including the steps of
  • the body 100 made of the anodized film material has a low coefficient of thermal expansion and thus does not deform even in a high-temperature environment, thereby improving durability as a capacitor. Since there is no need to separately perform a sintering process by using the body 100 made of an anodized film, it is possible to manufacture a capacitor having a rectangular parallelepiped shape without deteriorating dielectric properties of high dielectric constant.
  • first and second electrode parts 210 and 230 are formed by etching the body 100 made of the anodized film material and filling the etched space with metal, the first internal electrode 211 of the first electrode part 210 and It is possible to configure the distance between the second internal electrodes 231 of the second electrode part 230 to be uniform and narrow, and it is possible to configure the first and second internal electrodes 211,231 to face each other by increasing the area. This makes it possible to improve the capacitance of the capacitor.
  • FIGS. 1 to 18 a capacitor and a manufacturing method thereof according to a first preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 18 .
  • FIG. 1 is a view showing that a plurality of unit capacitors 10 are manufactured on a body 100 made of an anodized film material.
  • FIG. 2 is a view showing the unit capacitor 10 in an enlarged view of FIG. 1 .
  • FIG. 2A is a perspective view of the unit capacitor 10
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2A
  • FIG. 2C is FIG. It is a cross-sectional view of the line B-B' of 2a.
  • the unit capacitor 10 includes a body 100 made of an anodized film material, and first and second electrode units 210 and 230 vertically penetrating the inside of the body 100 .
  • the first electrode unit 210 includes a first internal electrode 211 and a first common electrode 212 .
  • the second electrode unit 230 includes a second internal electrode 231 and a second common electrode 232 .
  • the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 are provided to face each other.
  • the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 are configured as planar electrodes in which surfaces opposite to each other have a planar shape.
  • the capacitance of the unit capacitor 10 is the first internal electrode 211 .
  • the area of the overlapping region of the second internal electrode 231 is proportional to the area.
  • the first and second electrode parts 210 and 230 are formed of a conductive metal, and may include silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), tin (Sn), indium oxide (ITO), palladium (Pd), or It may be an alloy thereof, but the present invention is not limited thereto.
  • a dielectric material 300 is provided between the first internal electrode 211 of the first electrode part 210 and the second internal electrode 231 of the second electrode part 230 .
  • Dielectric 300 is tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), ziconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ) )-based or strontium titanate (SrTiO 3 )-based powder or a composite dielectric thereof, and preferably a material capable of exhibiting sufficient capacitance.
  • the first electrode unit 210 is connected to the first wiring unit 410
  • the second electrode unit 230 is connected to the second wiring unit 430 .
  • the first wiring unit 410 includes a first internal wiring 411 provided on the first internal electrode 211 and a first common wiring 412 provided on the first common electrode 212 .
  • the second wiring unit 430 includes a second internal wiring 431 provided on the second internal electrode 231 and a second common wiring 432 provided on the second common electrode 232 .
  • FIG. 3 is a view showing a multilayer capacitor 20 in which unit capacitors 10 are vertically stacked according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • 'It is a cross-sectional view of the line.
  • the multilayer capacitor 20 is formed by stacking a unit capacitor 10 including a body 100 made of an anodized film material and first and second electrode parts 210 and 230 penetrating vertically through the body 100, A bonding layer provided between the capacitors 10 is included.
  • connection part 23 is formed of an electrically conductive material. Preferably, it may be formed of a solder material, but is not limited thereto.
  • a first pad 25 and a second pad 27 performing a function of an external electrode or connected to an external electrode are provided on one surface of the multilayer capacitor 20 .
  • the first and second pads 25 and 27 are provided on the lower surface of the multilayer capacitor 20 , but are not limited thereto and may be provided on the upper surface of the multilayer capacitor 20
  • the first and second pads 25 and 27 are provided on the upper surface of the multilayer capacitor 20 .
  • One of the pads 25 and 27 may be provided on the lower surface of the multilayer capacitor 20 and the other may be provided on the upper surface of the multilayer capacitor 20 .
  • An upper protective layer 29a is provided on an upper surface of the multilayer capacitor 20 and a lower protective layer 29b is provided on a lower surface of the multilayer capacitor 20 to protect the inside of the multilayer capacitor 20 from the outside.
  • the upper passivation layer 29a and the lower passivation layer 29b may be formed of an insulating material and may be formed of a material of high rigidity.
  • the multilayer capacitor 20 illustrated in FIG. 3 may increase the capacitance of the multilayer capacitor 20 as the unit capacitors 10 are connected in parallel to each other. Meanwhile, unlike in FIG. 3 , the unit capacitors 10 among the two connecting portions 23 may be configured to be connected in series with each other.
  • Various structures for connecting the unit capacitors 10 to each other in series or in parallel can be easily derived by those skilled in the art based on the initial configuration of the unit capacitor 10 according to the preferred embodiment of the present invention by appropriately forming the wiring structure. includes all structures.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a partial enlarged view of FIG. 4 in more detail. That is, FIG. 5 shows the body 100 made of the anodized film material so that the pores 110 are visible.
  • the body 100 made of an anodized film material is prepared.
  • a capacitor according to a fourth preferred embodiment of the present invention includes a body 100 made of an anodized film; a first internal electrode 211 vertically penetrating the body 1000; a second internal electrode 231 provided to face the first internal electrode 211; a first insulating part 510 covering the exposed end of the second internal electrode part 211 on one surface; a second insulating part 530 covering the exposed end of the first internal electrode 231 from the other surface; a first wiring part 410 connected to the first internal electrode 210; and a second wiring part 430 connected to the second internal electrode 230 .
  • the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 are formed to vertically penetrate the inside of the body 100 made of the anodized film material.
  • the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 are alternately disposed and provided to face each other.
  • the dielectric 300 is provided between the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 .
  • the second through hole 133 is formed by etching at least a portion of the body 100 made of the anodized film material.
  • the second through hole 133 is a hole formed to be long in the horizontal direction.
  • the second through hole 133 may be formed by etching the body 100 made of an anodized film material.
  • a photoresist is provided on the upper surface of the body 100 made of an anodization film and patterned, and then the anodization film in the patterned and open region reacts with the etching solution to form a second through hole 133 .
  • a second through hole 133 having a vertical inner wall is provided by wet etching the body 100 made of the anodized film with an etching solution.
  • a conductive metal is filled in the second through hole 133 .
  • the conductive metal filled in the through-hole 133 may be formed by a plating method.
  • a conductive metal may be filled in the second through hole 133 by providing a seed layer (not shown) on one surface of the body 100 made of an anodization film and electrolytic plating using the seed layer (not shown).
  • a seed layer not shown
  • electrolytic plating using the seed layer (not shown).
  • a planarization process is performed.
  • the conductive metal protruding from the upper surface of the anodized film body 100 is removed and planarized through a chemical mechanical polishing (CMP) process.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the conductive metal filled in the second through hole 133 may be silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), tin (Sn), indium oxide (ITO), palladium (Pd), or an alloy thereof.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the conductive metal filled in the 2-1 through-hole 133a becomes the first internal electrode 211
  • the conductive metal filled in the 2-2 through-hole 133b becomes the second internal electrode 231 .
  • the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 are provided to be spaced apart from each other.
  • the first and second internal electrodes 211 and 231 are formed by etching a partial region of the body 100 made of an anodized film and then filling the etching space with a conductive metal to form the first and second internal electrodes 211 and 231. ) around, there is a body 100 made of an anodized film material.
  • FIG. 28A is a perspective view of the unit capacitor 10
  • FIG. 28B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 28A
  • FIG. 28C is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 28A
  • FIG. 28D is FIG. 28a is a cross-sectional view of line C-C.
  • a third through hole is formed in a region where the first inner electrode 211 and the second inner electrode 231 face each other, and the dielectric 300 is formed in the third through hole.
  • the dielectric 300 is filled in the third through-hole region between the first internal electrode 211 and the second internal electrode 231 facing each other.
  • an end of the second internal electrode 231 exposed on one surface of the body 100 is covered by the first insulating part 510 , and the first internal electrode exposed on the other surface of the body 00 .
  • the end of the 211 is covered by the second insulating portion 530 .
  • the first insulator 510 is formed on one surface of the capacitor, and the second insulator 530 is formed on the other surface of the capacitor opposite to the first surface of the capacitor.
  • the first insulating portion 510 is configured in a strip shape along the end of the second internal electrode 231 exposed in the strip shape.
  • the second insulating part 530 is configured in a strip shape along the end of the first internal electrode 211 exposed in the strip shape.
  • a plurality of first insulating portions 510 in the form of a strip are provided on one surface of the unit capacitor 10 to be vertically spaced apart from each other, and a second insulation portion 530 in the form of a strip is provided on the other surface of the unit capacitor 10 in a vertical direction. A plurality is provided spaced apart from each other in the direction.
  • FIG. 30A is a perspective view of the unit capacitor 10
  • FIG. 30B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 30A
  • FIG. 30C is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 30A
  • FIG. 30D is FIG. 30a is a cross-sectional view of line C-C.
  • a first wiring part 410 is formed on one surface of the unit capacitor 10
  • a second wiring part 430 is formed on the other surface of the unit capacitor 10 .
  • the end of the first internal electrode 211 exposed on one surface of the body 100 is connected to the first wiring part 410
  • the end of the second internal electrode 231 exposed on the other surface of the body 100 is the second It is connected to the second wiring unit 430 .
  • FIGS. 31 and 32 show a structure in which a plurality of unit capacitors are connected according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • a first extension line 415 and a second extension line 435 are additionally provided to the unit capacitor 10 shown in FIG. 29 .
  • the first extension wiring 415 is electrically connected to the first wiring unit 410
  • the second extension wiring 435 is electrically connected to the second wiring unit 430 .
  • the first extension wire 415 and the second extension wire 435 vertically penetrate the body 100 made of the anodized film material.
  • the unit capacitors 10 may be bonded to each other by a bonding layer 21 .
  • An insulating layer 22 may be provided in a portion where the second wiring unit 430 and the first wiring unit 410 face each other in the bonding layer 21 .
  • the bonding layer 21 is formed of an electrically conductive material, and the insulating layer 22 may be added to prevent the second wiring unit 430 and the first wiring unit 410 from being short-circuited by being connected to each other.
  • a connection part 23 is provided between the first extension wires 415 of the adjacent unit capacitor 10 and between the second extension wires 435 of the adjacent unit capacitor 10 .
  • the connection unit 23 may connect the first wiring units 410 of the unit capacitors 10 to each other or the second wiring units 430 of the unit capacitors 10 to each other. Through this, the unit capacitors 10 are connected in parallel to each other to increase the capacitance.

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Abstract

본 발명은 유전체의 고유전성을 유지하면서도 커패시터의 육면체 형상을 유지할 수 있도록 하는 커패시터를 제공한다. 상기 커패시터는 양극산화막 재질의 바디; 상기 바디 내부를 수직하게 관통하는 제1내부전극을 포함하는 제1전극부; 및 상기 제1내부전극과 대향되게 구비되는 제2내부전극을 포함하는 제2전극부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

커패시터 및 그 제조방법
본 발명은 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
적층 칩 전자 부품의 하나인 적층 세라믹 커패시터(MLCC: multi-layered ceramic capacitor)는 소형이면서 고용량이 보장되고 실장이 용이하다는 장점으로 인하여 다양한 전자 장치에 사용된다. 적층 세라믹 커패시터는, 복수의 유전체층과 상기 유전체층 사이에 상이한 극성의 내부 전극이 번갈아 배치된 구조를 가진다. 최근 전자기기들이 소형화되는 경향에 따라 적층 세라믹 커패시터도 소형화되는 경향을 따르고 있으며, 이에 소형화를 위해 유전체층을 박막화하고 내부 전극의 적층 수를 높임으로써 고용량의 적층 세라믹 커패시터를 구현하고 있다.
적층 세라믹 커패시터는 복수의 유전체층과 유전체층 상에 형성된 제1,2내부 전극을 포함하며 내부 전극이 형성된 복수의 유전체층이 적층되어 형성되며 제1,2내부 전극은 하나의 유전체층을 사이에 두고 서로 대향되도록 배치된다. 이러한 커패시터는 복수의 유전체층을 소결하여 제작되므로, 소결 과정에서 유전체 분말의 소성 수축으로 인하여 커패시터 바디는 완전한 육면체 형상을 유지하지 못하게 되며, 소결 과정에서 유전체 특성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 등록특허공보 등록번호 제10-2192426호
(특허문헌 2) 한국 등록특허공보 등록번호 제10-2189805호
이에 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유전체의 고유전성을 유지하면서도 커패시터의 육면체 형상을 유지할 수 있도록 하는 커패시터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 커패시터는 양극산화막 재질의 바디; 상기 바디 내부를 수직하게 관통하는 제1내부전극을 포함하는 제1전극부; 및 상기 제1내부전극과 대향되게 구비되는 제2내부전극을 포함하는 제2전극부;를 포함한다.
또한, 상기 제1,2내부전극 사이에 구비되는 유전체을 포함한다.
또한, 상기 제1,2내부전극은 평면 전극이다.
또한, 상기 유전체는 탄탈 옥사이드(Ta2O5), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 티타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3)계 또는 티탄산스트론튬(SrTiO3)계 분말 또는 이들의 복합 유전체 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 제1,2내부전극은 산과 골이 연속적으로 형성되는 파형의 구조로 형성되고, 상기 유전체는 상기 제1,2내부전극 사이에 구비된다.
또한, 상기 유전체는 상기 제1,2내부전극이 노출되는 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 커버한다.
또한, 상기 유전체는 상기 양극산화막의 포어 내부에 구비된다.
또한, 상기 제1전극부 상에 구비되는 제1배선부; 및 상기 제2전극부 상에 구비되는 제2배선부를 포함한다.
또한, 상기 제1전극부는 상기 제1내부전극들과 연결되는 제1공통전극을 포함하고, 상기 제2전극부는 상기 제2내부전극들과 연결되는 제2공통전극을 포함한다.
또한, 일면에서 상기 제2내부전극의 노출 단부를 커버하는 제1절연부; 타면에서 상기 제1내부전극의 노출 단부를 커버하는 제2절연부; 상기 제1내부전극에 연결되는 제1배선부; 및 상기 제2내부전극에 연결되는 제2배선부를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 커패시터는, 양극산화막 재질의 바디와, 상기 바디 내부를 수직하게 관통하는 제1, 2전극부를 포함하는 단위 커패시터를 적층하여 형성하되, 상기 단위 커패시터 사이에 구비되는 접합층을 포함한다.
또한, 복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 직렬연결된다.
또한, 복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 병렬연결된다.
또한, 복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 직렬 및 병렬연결된다.
한편, 본 발명에 따른 커패시터의 제조방법은, 양극산화막 재질의 바디의 적어도 일부 영역을 에칭하여 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀에 도전성 금속을 충진하여 제1,2전극부를 형성하는 단계; 및 상기 제1,2전극부의 대향되는 제1,2내부전극 사이의 양극산화막을 제거한 후 유전체를 충진하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제1전극부와 연결되는 제1배선부를 형성하고, 상기 제2전극부와 연결되는 제2배선부를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 유전체의 고유전성을 유지하면서도 커패시터의 육면체 형상을 유지할 수 있도록 하는 커패시터를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 18은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 도시한 도면.
도 19 내지 도 23은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 커패시터을 도시한 도면.
도 25 내지 도 32는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 도시한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 도면에 도시된 성형물의 개수는 예시적으로 일부만을 도면에 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터는 단위 커패시터(10)를 포함한다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터는 적층 커패시터(20)를 포함한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터는 단위 커패시터(10)들이 여러 개 결합된 형태를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터는 양극산화막 재질의 바디(100)와, 바디(100) 내부를 수직하게 관통하는 제1내부전극(211)을 포함하는 제1전극부(210)와, 제1내부전극(211)과 대향되게 구비되는 제2내부전극(231)을 포함하는 제2전극부(230)를 포함한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터는 제1,2내부전극(211,231) 사이에 구비되는 유전체(300)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터의 제조방법은, 양극산화막 재질의 바디(100)의 적어도 일부 영역을 에칭하여 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀에 도전성 금속을 충진하여 제1,2전극부(210,230)를 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커패시터의 제조방법은, 제1,2전극부(210,230)의 대향되는 제1,2내부전극(210,230) 사이의 양극산화막을 제거한 후 유전체(300)를 충진하는 단계를 포함한다.
양극산화막 재질의 바디(100)는 열 팽창 계수가 낮아 고온 환경에서도 형상이 변형되지 않음으로써 커패시터로서의 내구성을 향상시킨다. 양극산화막 재질의 바디(100)를 이용함에 따라 소결과정을 별도로 수행할 필요가 없기 때문에 고유전율의 유전체 특성을 저하시키지 않으면서 직육면체 형상이 유지되는 커패시터를 제작할 수 있게 된다. 또한, 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭하고 에칭된 공간에 금속을 충진하여 제1,2전극부(210,230)를 형성하므로, 제1전극부(210)의 제1내부전극(211)과 제2전극부(230)의 제2내부전극(231) 간의 거리를 균일하면서도 좁게 구성하는 것이 가능하고 제1,2내부전극(211,231)을 대면적화하여 서로 대향되게 구성하는 것이 가능하다. 이를 통해 커패시터의 용량을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
우선 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 양극산화막 재질의 바디(100)에 복수개의 단위 커패시터(10)가 제작된 것을 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 확대도에서 단위 커패시터(10)를 도시한 도면으로서 도 2a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B'라인의 단면도이다.
단위 커패시터(10)는 양극산화막 재질의 바디(100), 바디(100) 내부를 수직하게 관통하는 제1, 2전극부(210, 230)를 포함한다.
제1전극부(210)는 제1내부전극(211) 및 제1공통전극(212)을 포함한다. 제2전극부(230)는 제2내부전극(231) 및 제2공통전극(232)을 포함한다.
제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 서로 대향되게 구비된다. 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 서로 대향되는 면이 평면의 형태를 이루는 평면 전극으로 구성된다. 외부전극을 통해 전압을 인가하면 서로 대향하는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이에 전하가 축적되고, 이때 단위 커패시터(10)의 정전 용량은 제1내부전극(211) 및 제2내부전극(231)의 서로 중첩되는 영역의 면적과 비례하게 된다.
제1 및 제2 전극부(210, 230)는 도전성 금속으로 형성되며, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금일 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극부(210)의 제1내부전극(211)과 제2전극부(230)의 제2내부전극(231) 사이에는 유전체(300)가 구비된다. 유전체(300)는 탄탈 옥사이드(Ta2O5), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 티타늄 옥사이드(TiO2), 지코늄 옥사이드(ZrO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3)계 또는 티탄산스트론튬(SrTiO3)계 분말 또는 이들의 복합 유전체 중 적어도 하나를 포함하며, 충분한 정전용량을 발휘할 수 있는 재질인 것이 바람직하다.
제1전극부(210)는 제1배선부(410)에 연결되고, 제2전극부(230)는 제2배선부(430)에 연결된다. 제1배선부(410)는 제1내부전극(211) 상에 구비되는 제1내부배선(411)과 제1공통전극(212) 상에 구비되는 제1공통배선(412)을 포함한다. 제2배선부(430)는 제2내부전극(231) 상에 구비되는 제2내부배선(431)과 제2공통전극(232) 상에 구비되는 제2공통배선(432)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 단위 커패시터(10)를 수직방향으로 적층한 적층 커패시터(20)를 도시한 도면으로서 도 3a는 그 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A'라인의 단면도이다.
적층 커패시터(20)는 양극산화막 재질의 바디(100)와, 바디(100) 내부를 수직하게 관통하는 제1, 2전극부(210,230)를 포함하는 단위 커패시터(10)를 적층하여 형성하되, 단위 커패시터(10) 사이에 구비되는 접합층을 포함한다.
적층 커패시터(20)는 복수개의 단위 커패시터(10)를 적층하여 형성된다. 복수개의 단위 커패시터(10)들을 적층한 이후에 배선부의 연결구조에 따라 복수개의 상기 단위 커패시터(10)들은 서로 직렬연결, 병렬연결 또는 직렬 및 병렬 연결될 수 있다. 복수개의 단위 커패시터(10)들이 서로 직렬연결되는 구조에 따르면 적층 커패시터(20)의 내전압특성을 향상시킬 수 있다. 복수개의 단위 커패시터(10)들이 서로 병렬연결되는 구조에 따르면 적층 커패시터(20)의 정전용량을 더욱 크게할 수 있다.
적층 커패시터(20)는 복수개의 단위 커패시터(10) 사이에 구비되는 접착제(21)를 통해 접합되어 구성될 수 있다. 접합층(21)은 세라믹 접합층으로 구비될 수 있다. 세라믹 접합층은 적층 커패시터(20)가 고온 환경에서도 사용될 수 있도록 한다는 점에서 장점을 가진다. 한편, 접합층(21)은 열경화성 수지일 수 있다. 열경화성 수지 재료로서는 폴리이미드 수지, 폴리퀴놀린 수지, 폴리아미드이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지 및 불소수지 등일 수 있다. 한편, 접합층(21)은 절연성 재질로 구성될 수 있다. 이를 통해 상,하로 인접하게 구비되는 단위 커패시터(10)들의 전극들이 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
상,하로 적층되는 단위 커패시터(10)들은 접속부(23)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3을 참조하면, 적층 커패시터(20)의 일측에 구비되는 접속부(23)는 하층에 구비되는 단위 커패시터(10)의 제1공통배선(412)과 상층에 구비되는 단위 커패시터(10)의 제1공통전극(212) 사이에 구비되어 이들을 서로 연결한다. 또한, 적층 커패시터(20)의 타측에 구비되는 접속부(23)는 하층에 구비되는 단위 커패시터(10)의 제2공통배선(432)과 상층에 구비되는 단위 커패시터(10)의 제2공통전극(232) 사이에 구비되어 이들을 서로 연결한다. 이를 통해 상,하로 적층된 단위 커패시터(10)들은 서로 병렬연결되는 구조가 됨으로써 적층 커패시터(20)의 정전용량을 크게 할 수 있다.
접속부(23)는 전기 전도성 재질로 형성된다. 바람직하게는 솔더 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
적층 커패시터(20)의 일면에는 외부 전극의 기능을 수행하거나 외부 전극과 연결되는 제1패드(25)와 제2패드(27)가 구비된다. 도 3을 참조하면, 제1, 2패드(25, 27)는 적층 커패시터(20)의 하면에 구비되나, 이에 한정되는 것은 아니고 적층 커패시터(20)의 상면에 구비될 수 있고, 제1, 2패드(25, 27) 중 하나는 적층 커패시터(20)의 하면에 구비되고 다른 하나는 적층 커패시터(20)의 상면에 구비될 수도 있다.
적층 커패시터(20)의 상면에는 상부 보호층(29a)이 구비되고 적층 커패시터(20)의 하면에는 하부 보호층(29b)이 구비되어 외부로부터 적층 커패시터(20)의 내부를 보호하도록 한다. 상부 보호층(29a) 및 하부 보호층(29b)는 절연 재질로 형성될 수 있고, 고강성의 재질로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 적층 커패시터(20)는 단위 커패시터(10)들이 서로 병렬연결됨에 따라 적층 커패시터(20)의 정전용량을 보다 크게 할 수 있다. 한편 도 3과는 다르게 2개의 접속부(23)중 단위 커패시터(10)들을 서로 직렬연결되도록 구성할 수도 있다. 단위 커패시터(10)들을 서로 직렬 연결 또는 병렬 연결하는 다양한 구조들은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 커패시터(10)의 개시 구성에 기초하여 통상의 기술자가 배선구조를 적절하게 형성하므로써 쉽게 도출할 수 있는 구조를 모두 포함한다.
다음으로, 도 4 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 단위 커패시터(1)의 제조방법에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4의 일부 확대도를 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 즉, 도 5는 양극산화막 재질의 바디(100)를 포어(110)가 보이게끔 도시한 것이다.
우선 양극산화막 재질의 바디(100)를 준비한다.
양극산화막은 모재인 금속을 양극산화하여 형성된 막을 의미하고, 포어는 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다. 예컨대, 모재인 금속이 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재를 양극산화하면 모재의 표면에 알루미늄 산화물(Al203) 재질의 양극산화막이 형성된다. 위와 같이 형성된 양극산화막은 수직적으로 내부에 포어(110)가 형성되지 않은 배리어층과, 내부에 포어(110)가 형성된 다공층으로 구분된다. 배리어층과 다공층을 갖는 양극산화막이 표면에 형성된 모재에서, 모재를 제거하게 되면, 알루미늄 산화물(Al203) 재질의 양극산화막만이 남게 된다.
양극산화막은 양극산화시 형성된 배리어층이 제거되어 포어(110)의 상, 하로 관통되는 구조로 형성되거나 양극산화시 형성된 배리어층이 그대로 남아 포어(110)의 상, 하 중 일단부를 밀폐하는 구조로 형성될 수 있다. 포어(110)는 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 직경을 가진다.
양극산화막은 2~3ppm/℃의 열팽창 계수를 갖는다. 이로 인해 고온의 환경에 노출될 경우, 온도에 의한 열변형이 적다. 따라서 커패시터의 제작 환경이 비록 고온의 환경이라 하더라도 열 변형없이 정밀한 커패시터를 제작할 수 있고, 사용환경이 고온의 환경이라 하더라도 내구성이 높은 커패시터를 제공할 수 있게 된다.
다음으로, 도 7은 도 6의 점선 박스 영역을 확대한 확대도로서, 도 7a는 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 7c는 도 7a의 B-B'라인의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 양극산화막 재질의 바디(100)의 적어도 일부 영역을 에칭하여 제1,2관통홀(131,133)을 형성한다. 제1관통홀(131)은 세로 방향으로 길게 형성되는 홀로서 좌,우측에 각각 구비된다. 제2관통홀(133)은 좌,우측 제1관통홀(131)의 사이에 구비되며 가로 방향으로 길게 형성되는 홀로서 세로 방향으로 복수개 형성된다.
제1,2관통홀(131,133)은 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제1,2관통홀(131,133)이 형성된다. 구체적으로 설명하면, 제1,2관통홀(131,133)을 형성하기 전의 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 감광성 재료를 구비한 다음 노광 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 감광성 재료는 노광 및 현상 공정에 의해 오픈영역을 형성하면서 적어도 일부가 패터닝되어 제거될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)는 패터닝 과정에 의해 감광성 재료가 제거된 오픈영역을 통해 에칭 공정이 수행되어 양극산화막이 제거되어 제1,2관통홀(131,133)을 형성하게 된다.
양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭 용액으로 습식 에칭함으로써 수직한 내벽을 가지는 제1,2관통홀(131,133)이 구비된다. 제1,2관통홀(131,133)은 서로 이격되어 불연속적으로 형성된다.
다음으로, 도 9는 도 8의 점선 박스 영역을 확대한 확대도로서, 도 9a는 사시도이고, 도 9b는 도 9a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 9c는 도 9a의 B-B'라인의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1,2관통홀(131,133)의 내부에 도전성 금속을 충진한다. 제1,2관통홀(131,133)의 내부에 충진되는 도전성 금속은 도금 방법에 의해 형성될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)의 일면에 시드층(미도시)을 구비하고 시드층(미도시)를 이용하여 전해 도금함으로써 제1,2관통홀(131,133)의 내부에 도전성 금속을 충진할 수 있다. 다만 이러한 제조 방법으로만 한정되는 것은 아니고 증착 방법을 이용하는 것도 가능하다. 도금 공정이 완료되면 평탄화 공정을 수행한다. 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 통해 양극산화막 바디(100)의 상면으로 돌출된 도전성 금속을 제거하면서 평탄화시킨다.
제1,2관통홀(131,133)에 충진된 도전성 금속은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금일 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1관통홀(131)에 충진된 도전성 금속은 제1전극부(210)의 제1공통전극(212)과 제2전극부(230)의 제2공통전극(232)을 구성한다. 제2관통홀(133)에 충진된 도전성 금속은 제1전극부(210)의 제1내부전극(211)과 제2전극부(230)의 제2내부전극(231)을 구성한다. 제1공통전극(212)과 제1내부전극(211)은 서로 이격되어 불연속적으로 구비되고, 제2공통전극(232)과 제2내부전극(231)은 서로 이격되어 불연속적으로 구비된다.
다음으로, 도 11은 도 10의 점선 박스 영역을 확대한 확대도로서, 도 11a는 사시도이고, 도 11b는 도 11a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 11c는 도 11a의 B-B'라인의 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1,2배선부(410,430)를 형성한다. 제1전극부(210) 상에는 제1배선부(410)가 구비되고 제2전극부(230) 상에는 제2배선부(430)가 구비된다.
제1배선부(410)는 제1내부배선(411)과 제1공통배선(412)를 포함한다. 제1내부배선(411)과 제1공통배선(412)은 연속적으로 연결되어 형성된다. 제1내부배선(411)은 제1내부전극(211) 상에 구비되고, 제1공통배선(412)는 제1공통전극(212)상에 구비된다. 제1배선부(410)는 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)의 상면에 연속적으로 구비되어 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)을 전기적으로 연결한다.
제2배선부(430)는 제2내부배선(431)과 제2공통배선(432)를 포함한다. 제2내부배선(431)과 제2공통배선(432)은 연속적으로 연결되어 형성된다. 제2내부배선(431)은 제2내부전극(231) 상에 구비되고, 제2공통배선(432)는 제2공통전극(232)상에 구비된다. 제2배선부(430)는 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)의 상면에 연속적으로 구비되어 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)을 전기적으로 연결한다.
다음으로, 도 13은 도 12의 점선 박스 영역을 확대한 확대도로서, 도 13a는 사시도이고, 도 13b는 도 13a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 13c는 도 13a의 B-B'라인의 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)이 서로 대향되는 영역에 제3관통홀(135)을 형성한다.
제3관통홀(135)은 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제3관통홀(135)이 형성된다. 구체적으로 설명하면, 제3관통홀(135)을 형성하기 전의 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 감광성 재료를 구비한 다음 노광 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 감광성 재료는 노광 및 현상 공정에 의해 오픈영역을 형성하면서 적어도 일부가 패터닝되어 제거될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)는 패터닝 과정에 의해 감광성 재료가 제거된 오픈영역을 통해 에칭 공정이 수행되어 양극산화막이 제거되어 제3관통홀(135)을 형성하게 된다.
제3관통홀(135)을 형성함으로써 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 주변의 양극산화막이 제거되어 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)의 측면이 노출되게 된다.
다음으로, 도 15는 도 14의 점선 박스 영역을 확대한 확대도로서, 도 15a는 사시도이고, 도 15b는 도 15a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 15c는 도 15a의 B-B'라인의 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제3관통홀(135)에 유전체(300)을 형성한다. 유전체(300)는 서로 마주보는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이의 제3관통홀(135) 영역에 충진되어 구비된다.
유전체(300)는 탄탈 옥사이드(Ta2O5), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 티타늄 옥사이드(TiO2), 지코늄 옥사이드(ZrO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3)계 또는 티탄산스트론튬(SrTiO3)계 분말 또는 이들의 복합 유전체 중 적어도 하나를 포함하며, 충분한 정전용량을 발휘할 수 있는 고유전율 재질인 것이 바람직하다.
유전체(300)는 증착공정(PVD, CVD, ALD)을 이용하여 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이 공간을 채우면서 형성될 수 있다.
한편, 도 16에 도시된 바와 같이, 유전체(300)는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이 공간 이외에 바디(100)의 상면 일부에도 추가적으로 형성될 수 있다. 절연 특성을 가지는 유전체(300)가 바디(100)의 상면 일부에 추가로 형성되어 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)이 기타 전도성 외부 이물질에 의해 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 17을 참조하면, 복수개의 단위 커패시터(10)들이 서로 적층되어 적층 커패시터(20)를 구성할 수 있다. 도 4 내지 도 15에 도시된 바와 같은 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같은 웨이퍼 레벨 단위로 제작될 수 있다. 여기서 웨이퍼 레벨 단위라함은 양극산화막 재질의 바디(100)가 웨이퍼의 외형과 대응되는 형상 및 크기로 제작된 것을 의미한다. 웨이퍼 레벨 단위로 제작된 양극산화막 재질의 바디(100)는 웨이퍼 처리 공정(예를 들어, 증착공정)을 그대로 이용할 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같은 웨이퍼 레벨 단위에서 도 4 내지 도 15에 도시된 바와 같은 제조방법으로 하나의 양극산화막 재질의 바디(100)에 복수개의 단위 커패시터(10)가 구비되는 원장을 제작한다. 제작된 원장을 복수개의 층으로 적층한 다음 적층된 원장을 접합층(21), 접속부(23) 등(도 3 참조)을 이용하여 서로 접합 및 연결한다. 그 다음을 단위 커패시터(10) 사이 공간을 이용하여 절단하여 개별화함으로써 적층 커패시터(20)를 얻을 수 있다.
도 18을 참조하면, 제1배선부(410)의 제1내부배선(411)과 제2배선부(430)의 제2내부배선(431)은 산과 골이 연속적으로 형성되는 파형의 구조로 형성된다. 제1내부배선(411)의 하부에는 제1내부전극(211)이 위치하고, 제2내부배선(431)의 하부에는 제2내부전극(231)이 위치한다. 즉, 단위 커패시터(10)는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 산과 골이 연속적으로 형성되는 파형의 구조로 형성되고, 유전체(300)는 제1,2내부전극(211, 231) 사이에 구비되는 구조로 형성될 수 있다. 서로 대향되게 구비되는 제1,2내부전극(211, 231)이 산과 골이 연속적으로 형성되는 파형의 구조로 형성됨으로써, 단위 커패시터(10)의 정전용량을 더욱 크게 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 제2실시예에 대해 살펴본다. 단, 이하 설명되는 실시예들은 상기 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
도 19a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 19b는 도 19a의 A-A'라인의 단면도이다. 도 19를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2실시예는 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)을 서로 연속적으로 연결하여 형성하고 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)을 서로 연속적으로 연결하여 형성한다는 점에서, 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)을 서로 이격되게 불연속적으로 형성하고 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)을 서로 이격되게 불연속적으로 형성한 다음 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)을 전기적으로 연결하고 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)을 전기적으로 연결하는 제1,2배선부를 별도로 구비하는 제1실시예에서의 구성과 차이가 있다.
이하에서는 도 20 내지 도 22를 참조하여 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 커패시터의 제조방법을 설명한다.
도 20a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 20b는 도 20a의 A-A'라인의 단면도이다. 도 20을 참조하면, 양극산화막 재질의 바디(100)의 적어도 일부 영역을 에칭하여 제1,2관통홀(131,133)을 형성한다. 제1관통홀(131)은 세로 방향으로 길게 형성되는 홀로서 좌,우측에 구비된다. 제2관통홀(133)은 좌,우측 제1관통홀(131)의 사이에 구비되며 가로 방향으로 길게 형성되는 홀이다.
제1,2관통홀(131,133)은 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제1,2관통홀(131,133)이 형성된다. 구체적으로 설명하면, 제1,2관통홀(131,133)을 형성하기 전의 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 감광성 재료를 구비한 다음 노광 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 감광성 재료는 노광 및 현상 공정에 의해 오픈영역을 형성하면서 적어도 일부가 패터닝되어 제거될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)는 패터닝 과정에 의해 감광성 재료가 제거된 오픈영역을 통해 에칭 공정이 수행되어 양극산화막이 제거되어 제1,2관통홀(131,133)을 형성하게 된다.
양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭 용액으로 습식 에칭함으로써 수직한 내벽을 가지는 제1,2관통홀(131,133)이 구비된다.
제1관통홀(131)은 제1전극부(210)의 제1공통전극(212)을 위한 제1-1관통홀(131a)과 제2전극부(230)의 제2공통전극(232)을 위한 제1-2관통홀(131b)을 포함한다.
제2관통홀(133)은 제1전극부(210)의 제1내부전극(211)을 위한 제2-1관통홀(133a)과 제2전극부의 제2내부전극(231)을 위한 제2-2관통홀(133b)을 포함한다.
제2-1관통홀(133a)과 제2-2관통홀(133b)은 서로 이격되어 교대로 형성된다.
제2-1관통홀(133a)은 제1-1관통홀(131a)과 서로 연통되어 연속적으로 형성되고, 제2-2관통홀(133b)는 제1-2관통홀(131b)과 서로 연통되어 연속적으로 형성된다.
다음으로, 도 21a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 21b는 도 21a의 A-A'라인의 단면도이다. 도 21을 참조하면, 제1,2관통홀(131,133)의 내부에 도전성 금속을 충진한다.
제1,2관통홀(131,133)의 내부에 충진되는 도전성 금속은 도금 방법에 의해 형성될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)의 일면에 시드층(미도시)을 구비하고 시드층(미도시)를 이용하여 전해 도금함으로써 제1,2관통홀(131,133)의 내부에 도전성 금속을 충진할 수 있다. 다만 이러한 제조 방법으로만 한정되는 것은 아니고 증착 방법을 이용하는 것도 가능하다. 도금 공정이 완료되면 평탄화 공정을 수행한다. 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 통해 양극산화막 바디(100)의 상면으로 돌출된 도전성 금속을 제거하면서 평탄화시킨다.
제1,2관통홀(131,133)에 충진된 도전성 금속은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금일 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1-1관통홀(131a)과 제2-1관통홀(133a)에 도전성 금속이 충진되어 제1전극부(210)를 형성한다. 제1-1관통홀(131a)에 충진된 도전성 금속은 제1전극부(210)의 제1공통전극(212)이 되며, 제2-1관통홀(133a)에 충진된 도전성 금속은 제1전극부(210)의 제1내부전극(211)이 된다. 제1내부전극(211)과 제1공통전극(212)는 연속적으로 형성된다.
제1-2관통홀(131b)과 제2-2관통홀(133b)에 도전성 금속이 충진되어 제2전극부(230)를 형성한다. 제1-2관통홀(131b)에 충진된 도전성 금속은 제2전극부(230)의 제2공통전극(232)이 되며, 제2-2관통홀(133b)에 충진된 도전성 금속은 제2전극부(230)의 제2내부전극(231)이 된다. 제2내부전극(231)과 제2공통전극(232)는 연속적으로 형성된다.
제1전극부(210)는 제1내부전극(211)들과 연결되는 제1공통전극(212)을 포함하고, 제2전극부(230)는 제2내부전극(231)들과 연결되는 제2공통전극(232)을 포함한다.
양극산화막 재질의 바디(100)의 일부 영역을 에칭한 후 에칭공간에 도전성 금속을 충진하여 제1,2전극부(210, 230)를 형성하는 구조이기 때문에 제1,2전극부(210, 230)주변으로는 양극산화막 재질의 바디(100)가 존재한다.
다음으로, 도 22a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 22b는 도 22a의 A-A'라인의 단면도이다. 도 22을 참조하면, 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)이 서로 대향되는 영역에 제3관통홀을 형성하고, 제3관통홀에 유전체(300)을 형성한다. 유전체(300)는 서로 마주보는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이의 제3관통홀 영역에 충진되어 구비된다.
한편, 유전체(300)는 제1,2내부전극(211,231)이 노출되는 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 커버할 수 있다. 도 23을 참조하면, 유전체(300)는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이 공간 이외에 바디(100)의 상면 일부, 제1,2내부전극(211,231)이 노출되는 상면 및 하면에도 추가적으로 형성될 수 있다. 절연 특성을 가지는 유전체(300)가 바디(100)의 상면 일부에 추가로 형성되어 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)이 기타 전도성 외부 이물질에 의해 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 제3실시예에 대해 살펴본다. 단, 이하 설명되는 실시예들은 상기 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
도 24a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고, 도 24b는 도 24a의 A-A'라인의 단면도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 커패시터는, 서로 대향하는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이에 바디(100)의 포어(110) 내부에 유전체(300)가 충진되어 유전체 기둥부(315)가 구비된다는 점에서 특징이 있다. 제3실시예에 따른 커패시터는 제1,2실시예에서 설명한 제1,2전극부(210,230) 및 제1,2배선부(410,430)의 구성을 적어도 하나 채용되어 구성될 수 있다.
유전체(300)는 양극산화막의 포어(110) 내부에 구비된다.
유전체 기둥부(315)는 양극산화막과, 양극산화막 재질의 바디(100)의 포어(110) 내부에 충진된 유전체(300)를 포함하여 구성된다. 포어(110)는 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 직경을 가지므로, 포어(110) 내부에 충진되는 유전체(300)의 직경 역시 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 직경을 가진다.
양극산화막 역시 유전체로서 기능하게 되므로, 유전체 기둥부(315)는 이종 재질의 유전체로 구성된다. 포어(110) 내부에 충진되는 유전체(300)는 양극산화막에 비해 유전율이 높은 유전체로 구성될 수 있다. 포어(100) 내부에 충진되는 유전체(300)는 도금 또는 증착(ALD) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 제4실시예에 대해 살펴본다. 단, 이하 설명되는 실시예들은 상기 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
도 25a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 25b는 도 25a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 25c는 도 25a의 B-B'라인 단면도이며, 도 25d는 도 25a의 C-C라인 단면도이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 커패시터는 양극산화막 재질의 바디(100); 바디(1000) 내부를 수직하게 관통하는 제1내부전극(211); 제1내부전극(211)과 대향되게 구비되는 제2내부전극(231); 일면에서 제2내부전극부(211)의 노출 단부를 커버하는 제1절연부(510); 타면에서 제1내부전극(231)의 노출 단부를 커버하는 제2절연부(530); 제1내부전극(210)에 연결되는 제1배선부(410); 및 제2내부전극(230)에 연결되는 제2배선부(430)를 포함한다.
제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 양극산화막 재질의 바디(100)의 내부를 수직하게 관통하여 형성된다. 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 교대로배치되며 서로 대향되게 구비된다.
제2내부전극(231)는 바디(100)의 내부를 관통하며, 제2내부전극(231)의 양단부는 바디(100)의 일면 및 타면측으로 노출된다. 바디(100)의 일면에서 노출된 제2내부전극(231)의 단부는 제1절연부(510)에 의해 덮히고, 바디(100)의 타면에서 노출된 제2내부전극(231)의 단부는 제2배선부(430)에 연결된다.
제1내부전극(211)는 바디(100)의 내부를 관통하며, 제1내부전극(211)의 양단부는 바디(100)의 일면 및 타면측으로 노출된다. 바디(100)의 타면에서 노출된 제1내부전극(211)의 단부는 제2절연부(530)에 의해 덮히고, 바디(100)의 일면에서 노출된 제1내부전극(211)의 단부는 제1배선부(410)에 연결된다.
제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)의 사이에는 유전체(300)가 구비된다.
이하에서는 도 26 내지 도 32를 참조하여 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 커패시터의 제조방법을 설명한다.
우선 도 26을 참조하면, 도 26a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 26b는 도 26a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 26c는 도 25a의 B-B'라인 단면도이며, 도 26d는 도 26a의 C-C라인 단면도이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 양극산화막 재질의 바디(100)의 적어도 일부 영역을 에칭하여 제2관통홀(133)을 형성한다. 제2관통홀(133)은 가로 방향으로 길게 형성되는 홀이다. 제2관통홀(133)은 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 재질의 바디(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제2관통홀(133)이 형성된다. 양극산화막 재질의 바디(100)를 에칭 용액으로 습식 에칭함으로써 수직한 내벽을 가지는 제2관통홀(133)이 구비된다.
제2관통홀(133)은 제1전극부(210)의 제1내부전극(211)을 위한 제2-1관통홀(133a)과 제2전극부(230)의 제2내부전극(231)을 위한 제2-2관통홀(133b)을 포함한다.
도 27을 참조하면, 도 27a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 27b는 도 27a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 27c는 도 27a의 B-B'라인 단면도이며, 도 27d는 도 27a의 C-C라인 단면도이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 제2관통홀(133)의 내부에 도전성 금속을 충진한다. 제관통홀(133)의 내부에 충진되는 도전성 금속은 도금 방법에 의해 형성될 수 있다. 양극산화막 재질의 바디(100)의 일면에 시드층(미도시)을 구비하고 시드층(미도시)를 이용하여 전해 도금함으로써 제2관통홀(133)의 내부에 도전성 금속을 충진할 수 있다. 다만 이러한 제조 방법으로만 한정되는 것은 아니고 증착 방법을 이용하는 것도 가능하다. 도금 공정이 완료되면 평탄화 공정을 수행한다. 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 통해 양극산화막 바디(100)의 상면으로 돌출된 도전성 금속을 제거하면서 평탄화시킨다.
제2관통홀(133)에 충진된 도전성 금속은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금일 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2-1관통홀(133a)에 충진된 도전성 금속은 제1내부전극(211)이 되고, 제2-2관통홀(133b)에 충진된 도전성 금속은 제2내부전극(231)이 된다. 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)은 서로 이격되어 구비된다.
양극산화막 재질의 바디(100)의 일부 영역을 에칭한 후 에칭공간에 도전성 금속을 충진하여 제1,2내부전극(211, 231)을 형성하는 구조이기 때문에 제1,2내부전극(211, 231)주변으로는 양극산화막 재질의 바디(100)가 존재한다.
도 28을 참조하면, 도 28a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 28b는 도 28a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 28c는 도 28a의 B-B'라인 단면도이며, 도 28d는 도 28a의 C-C라인 단면도이다.
도 28을 참조하면, 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231)이 서로 대향되는 영역에 제3관통홀을 형성하고, 제3관통홀에 유전체(300)을 형성한다. 유전체(300)는 서로 마주보는 제1내부전극(211)과 제2내부전극(231) 사이의 제3관통홀 영역에 충진되어 구비된다.
도 29를 참조하면, 도 29a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 29b는 도 29a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 29c는 도 29a의 B-B'라인 단면도이며, 도 29d는 도 29a의 C-C라인 단면도이다.
도 29를 참조하면, 바디(100)의 일면에서 노출된 제2내부전극(231)의 단부는 제1절연부(510)에 의해 커버되고, 바디(00)의 타면에서 노출된 제1내부전극(211)의 단부는 제2절연부(530)에 의해 커버된다.
제1절연부(510)는 커패시터의 일면에 형성되고, 제2절연부(530)는 커패시터의 일면의 반대면인 타면에 형성된다. 제1절연부(510)는 스트립형태로 노출된 제2내부전극(231)의 단부를 따라 스트립형태로 구성된다. 제2절연부(530)는 스트립형태로 노출된 제1내부전극(211)의 단부를 따라 스트립형태로 구성된다.
단위 커패시터(10)의 일면에는 스트립 형태의 제1절연부(510)가 세로방향으로 서로 이격되어 복수개가 구비되고, 단위 커패시터(10)의 타면에는 스트립 형태의 제2절연부(530)가 세로 방향으로 서로 이격되어 복수개가 구비된다.
인접하는 제1절연부(510)들 사이에는 제1내부전극(211)이 위치하고, 인접하는 제2절연부(530)들 사이에는 제2내부전극(530)이 위치한다.
도 30을 참조하면, 도 30a는 단위 커패시터(10)의 사시도이고 도 30b는 도 30a의 A-A'라인의 단면도이고, 도 30c는 도 30a의 B-B'라인 단면도이며, 도 30d는 도 30a의 C-C라인 단면도이다.
도 30을 참조하면, 단위 커패시터(10)의 일면에는 제1배선부(410)를 형성하고, 단위 커패시터(10)의 타면에는 제2배선부(430)를 형성한다. 바디(100)의 일면에서 노출된 제1내부전극(211)의 단부는 제1배선부(410)에 연결되고, 바디(100)의 타면에서 노출된 제2내부전극(231)의 단부는 제2배선부(430)에 연결된다.
제1배선부(410)는 단위 커패시터(10)의 일면을 커버하게 되는데, 제2내부전극(231)은 제1절연부(510)에 의해 커버되고 제1내부전극(211)의 단부는 노출되어 있기 때문에 제1배선부(410)는 복수개의 제1내부전극(211)과 전기적으로 연결된다.
제2배선부(430)는 단위 커패시터(10)의 타면을 커버하게 되는데, 제1내부전극(211)은 제2절연부(530)에 의해 커버되고 제2내부전극(231)의 단부는 노출되어 있기 때문에 제2배선부(430)는 복수개의 제2내부전극(231)과 전기적으로 연결된다.
이상과 같은 방법을 통해 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 단위 커패시터(10)가 제작된다. 다음으로 이상에서 제작된 단위 커패시터(10)들은 복수개가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 커패시터의 내전압 특성을 향상시키거나 정전용량을 키울 수 있게 된다.
일례로 도 31 및 도 32에는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 복수개의 단위 커패시터들이 연결되는 구조가 도시되어 있다. 도 31를 참조하면, 단위 커패시터(10)는 도 29에 도시된 단위 커패시터(10)에 제1확장배선(415)과 제2확장배선(435)이 추가적으로 구비된다. 제1확장배선(415)는 제1배선부(410)와 전기적으로 연결되고, 제2확장배선(435)는 제2배선부(430)와 전기적으로 연결된다. 제1확장배선(415) 및 제2확장배선(435)는 양극산화막 재질의 바디(100)를 수직하게 관통한다.
도 32를 참조하면, 단위 커패시터(10)들은 접합층(21)에 의해 서로 접합될 수 있다. 접합층(21)의 내부에는 제2배선부(430)와 제1배선부(410)가 대향되는 부분에 절연층(22)이 구비될 수 있다. 접합층(21)은 전기 전열성 재질로 형성되며, 절연층(22)은 제2배선부(430)와 제1배선부(410)가 서로 연결되어 단락되는 것을 방지할 목적으로 추가될 수 있다. 인접하는 단위 커패시터(10)의 제1확장배선(415)들 사이와 인접하는 단위 커패시터(10)의 제2확장배선(435)들 사이에는 접속부(23)가 구비된다. 접속부(23)는 단위 커패시터(10)들의 제1배선부(410)들끼리 서로 연결하거나 단위 커패시터(10)들의 제2배선부(430)들끼리 서로 연결할 수 있다. 이를 통해 단위 커패시터(10)들이 서로 병렬연결되어 정전용량을 보다 크게 할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
[부호의 설명]
10: 단위 커패시터
20: 적층 커패시터
100: 바디
210: 제1전극부
230: 제2전극부
300: 유전체
410: 제1배선부
430: 제2배선부

Claims (16)

  1. 양극산화막 재질의 바디;
    상기 바디 내부를 수직하게 관통하는 제1내부전극을 포함하는 제1전극부; 및
    상기 제1내부전극과 대향되게 구비되는 제2내부전극을 포함하는 제2전극부;를 포함하는, 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2내부전극 사이에 구비되는 유전체를 포함하는, 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2내부전극은 평면 전극인, 커패시터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유전체는 탄탈 옥사이드(Ta2O5), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 티타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3)계 또는 티탄산스트론튬(SrTiO3)계 분말 또는 이들의 복합 유전체 중 적어도 하나를 포함하는, 커패시터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2내부전극은 산과 골이 연속적으로 형성되는 파형의 구조로 형성되고,
    상기 유전체는 상기 제1,2내부전극 사이에 구비되는, 커패시터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 제1,2내부전극이 노출되는 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 커버하는, 커패시터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 양극산화막의 포어 내부에 구비되는, 커패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극부 상에 구비되는 제1배선부; 및
    상기 제2전극부 상에 구비되는 제2배선부를 포함하는, 커패시터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극부는 상기 제1내부전극들과 연결되는 제1공통전극을 포함하고,
    상기 제2전극부는 상기 제2내부전극들과 연결되는 제2공통전극을 포함하는, 커패시터.
  10. 제1항에 있어서,
    일면에서 상기 제2내부전극의 노출 단부를 커버하는 제1절연부;
    타면에서 상기 제1내부전극의 노출 단부를 커버하는 제2절연부;
    상기 제1내부전극에 연결되는 제1배선부; 및
    상기 제2내부전극에 연결되는 제2배선부를 포함하는, 커패시터.
  11. 양극산화막 재질의 바디와, 상기 바디 내부를 수직하게 관통하는 제1, 2전극부를 포함하는 단위 커패시터를 적층하여 형성하되,
    상기 단위 커패시터 사이에 구비되는 접합층을 포함하는, 커패시터.
  12. 제11항에 있어서,
    복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 직렬연결되는, 커패시터.
  13. 제11항에 있어서,
    복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 병렬연결되는, 커패시터.
  14. 제11항에 있어서,
    복수개의 상기 단위 커패시터들은 서로 직렬 및 병렬연결되는, 커패시터.
  15. 양극산화막 재질의 바디의 적어도 일부 영역을 에칭하여 관통홀을 형성하는 단계;
    상기 관통홀에 도전성 금속을 충진하여 제1,2전극부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1,2전극부의 대향되는 제1,2내부전극 사이의 양극산화막을 제거한 후 유전체를 충진하는 단계;를 포함하는, 커패시터의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1전극부와 연결되는 제1배선부를 형성하고, 상기 제2전극부와 연결되는 제2배선부를 형성하는 단계를 포함하는, 커패시터의 제조방법.
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