專利名稱：制造電容器的方法和電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文討論的實(shí)施方式涉及用于制造具有由導(dǎo)體和電介質(zhì)的復(fù)合材料形成的介電層的電容器的方法，和這樣的電容器。

背景技術(shù)：
用于抑制電子裝置產(chǎn)生的噪聲的去耦電容器、用于消除電子裝置間的直流電勢差的耦合電容器以及濾波器的結(jié)構(gòu)元件等形式的電容器是電子裝置的必不可少的元件。近年在電子裝置的小型化方面取得了令人矚目的進(jìn)展，而且為了匹配電子裝置的小型化，對(duì)電容器的小型化也存在日益增長的需求。
適于小型化的電容器是陶瓷電容器和鋁電解電容器。因?yàn)檫@些電容器具有較高的單位體積容量，因此它們即使在小型化的情況下也能維持較高的容量。
在陶瓷電容器中，介電層(電容器的對(duì)向電極之間所設(shè)置的絕緣層)由鈦酸鋇等鐵電物質(zhì)形成，以確保必要容量。日本特開平第05-47589號(hào)公報(bào)公開了一種包含鈦酸鍶的陶瓷電容器。為進(jìn)一步增大容量，在多層陶瓷電容器中交替層積更多的電極和介電層。在鋁電解電容器中，通過粗糙化增大陽極箔的表面積，并實(shí)現(xiàn)較高的容量。
不過，在任一種前述的電容器中，為增大容量進(jìn)行了復(fù)雜且精準(zhǔn)的制造過程。結(jié)果，當(dāng)將前述電容器制成為具有較高的容量時(shí)生產(chǎn)成本增加。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面中的目的是提供一種可通過簡單且價(jià)廉的制造過程形成的高容量、小尺寸的電容器，以及用于制造這種電容器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于制造電容器的方法包括通過與氣體一同噴射導(dǎo)體顆粒使所述導(dǎo)體顆粒加速，所述導(dǎo)體顆粒的各表面均完全被覆有電介質(zhì)；通過使所述導(dǎo)體顆粒與基板碰撞將所述導(dǎo)體顆粒固著至所述基板，所述導(dǎo)體顆粒的所述表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)；和將由固著至所述基板的所述導(dǎo)體顆粒構(gòu)成的沉積膜夾持在電極之間。
應(yīng)當(dāng)理解前述的概括性描述和下列的詳細(xì)描述對(duì)于所要求保護(hù)的本發(fā)明都是示例性和說明性的，而非限制性的。



圖1是通過氣相沉積法使用顆粒的表面被覆有氧化鋁的Al粉作為原料粉末得到的沉積膜的截面圖，該圖表示在透射電子顯微鏡下觀察到的圖像的具體特征； 圖2是說明沉積前其表面被覆有介電膜的導(dǎo)體顆粒的狀態(tài)的示意圖； 圖3是描述實(shí)施方式1的用于制造電容器的方法的過程的流程圖； 圖4是實(shí)施方式1的電容器的示意性截面圖； 圖5是BL電容器的示意性截面圖； 圖6描述了BL電容器的等效電路； 圖7是根據(jù)實(shí)施方式2的電容器的示意性截面圖； 圖8是描述通過在透射電子顯微鏡下觀察根據(jù)實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)體的截面而得到的圖像的特征的圖； 圖9是描述實(shí)施方式1的制造方法的過程的流程圖； 圖10是實(shí)施方式1中的成膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖； 圖11是實(shí)施方式1的電容器的截面圖； 圖12是實(shí)施方式2的電容器的截面圖； 圖13是描述實(shí)施方式3的電容器的外觀的立體圖； 圖14是通過經(jīng)由外部殼體觀察實(shí)施方式3的電容器的內(nèi)部得到的視圖； 圖15描述了實(shí)施方式3的電容器的主要部分(介電層和電極)的橫向截面圖； 圖16是實(shí)施方式4的電容器的截面圖； 圖17是實(shí)施方式5的電子裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖18是實(shí)施方式5的電子裝置的示意性截面圖； 圖19是描述變更例1的電容器的內(nèi)部構(gòu)成的透視圖；和 圖20是描述沉積膜(結(jié)構(gòu)體)的截面的示意圖，所述沉積膜通過從基板上剝離由氣相沉積法形成的沉積膜并研磨該沉積膜的上表面和下表面而得到。

具體實(shí)施例方式 發(fā)明人已經(jīng)對(duì)成膜法進(jìn)行了廣泛研究，借由該方法，包含聚集微粒的粉末與氣體一同噴射并固著至基板(以下稱為氣相沉積法)。在研究過程中，本發(fā)明人通過使用表面被覆有介電膜(例如，表面氧化的Al顆粒)的導(dǎo)體顆粒作為原料粉末形成了金屬膜，并研究了其結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。
利用氣相沉積法，微粒被氣體加速至等于或高于聲速的速度，并猛烈地碰撞基板。由于碰撞時(shí)的沖擊力，微粒被固著至基板并形成較厚的膜。
在這種情況中，已經(jīng)固著至基板的微粒不再維持原來的形狀，而因碰撞時(shí)的沖擊力所致而變形。因此，并不清楚，是被覆導(dǎo)體顆粒表面的介電膜即使在碰撞后仍然被覆導(dǎo)體顆粒的表面，還是介電膜破裂而金屬微粒彼此固著。
關(guān)于該問題，專致于氣相沉積的研究認(rèn)為，顆粒彼此固著，原因是已經(jīng)定位于顆粒內(nèi)部的活性新表面在撞擊的過程中暴露在表面上。
圖1是通過將Al粉(其中顆粒的表面被覆有氧化鋁)利用氣相沉積法固著至鋁箔而得到的沉積膜的截面圖，該圖表示在透射電子顯微鏡下觀察到的圖像的具體特征。用于形成沉積膜的Al粉是平均粒度為3μm±1μm(±后的數(shù)字代表標(biāo)準(zhǔn)偏差)的Al顆粒的聚集體，其表面被覆有厚度為10nm～100nm的氧化鋁。在該情況中，成膜條件與以下描述的實(shí)施例1的條件相同。Al顆粒的平均粒度通過離心分離沉積法測定。
圖2是說明沉積前微粒的狀態(tài)的示意圖。如圖2所示，形成原料粉末的微粒2具有導(dǎo)體顆粒4(此處是Al顆粒)，該導(dǎo)體顆粒4的整個(gè)表面被覆有電介質(zhì)6(在該情況中是氧化鋁)。微粒2一般為球形。
然而，在通過微粒2與基板的碰撞而形成的沉積膜中，Al顆粒8極大變形，如圖1所示。同時(shí)，各Al顆粒8分離，顆粒間插入有氧化鋁層10。因此，在所述沉積膜中，Al顆粒8(金屬顆粒)的整個(gè)表面被覆有氧化鋁(電介質(zhì))。
參考圖1和圖2說明的成膜法基于如下機(jī)制利用構(gòu)成顆粒的核部分的金屬的塑性，使各顆粒塑性變形至形成于顆粒表面上的介電膜不破裂的程度，由此使各顆粒一體化并彼此固著，而非基于施加強(qiáng)烈沖擊力而使顆粒彼此牢固附著的成膜機(jī)制。因此，采用本方法，通過利用金屬的塑性變形由微粒形成膜。
發(fā)明人隨后研究了這種沉積膜的電性質(zhì)。其中各Al顆粒8通過電絕緣的氧化鋁膜10隔開的結(jié)構(gòu)表明所述沉積膜是具有極高電阻率的絕緣膜。
得到上述結(jié)果后，本發(fā)明人考慮使用前述沉積膜作為電容器的介電層。因此，本發(fā)明人在所述沉積膜的上表面上形成了金屬電極，形成了其中將所述金屬電極用作上部電極并將由鋁箔制成的基板用作下部電極的電容器，并測定了單位面積的電容(電容密度)。所述沉積膜的厚度為250μm。
測量得到了極高的值，即30μF/cm2，該值超過了傳統(tǒng)電容器的電容密度。例如，即使在將具有極高介電常數(shù)的鈦酸鋇作為介電層并且所述介電層的厚度薄至1μm的陶瓷電容器中，電容密度也僅有2.5μF/cm2。
此外，氣相沉積法是用于制造較厚的膜的簡單且價(jià)廉的方法。基于上述信息，本發(fā)明人構(gòu)想了一種具有通過氣相沉積法形成的沉積膜作為介電層的電容器。
此外，對(duì)圖1所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的觀察后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用其中連續(xù)形成有被覆金屬顆粒表面的介電膜的結(jié)構(gòu)體可以獲得巨大的靜電電容。在以上描述的實(shí)例中，可以說利用氣相沉積法形成前述結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)體。
然而，前述結(jié)構(gòu)體不僅可以通過氣相沉積法形成，還可以通過冷噴涂方法和噴粒涂布法(shot coating method)形成。此外，還可以通過CIP(冷等靜壓壓縮)、HIP(熱等靜壓壓縮)、熱壓和冷壓實(shí)現(xiàn)，這些方法均是以高壓壓機(jī)施加壓縮應(yīng)力的成型法。
因此，前述結(jié)構(gòu)體可以通過任何方法形成，只要形成于金屬粉末表面上的介電層不破裂且金屬粉末可被限制在其中連續(xù)形成有介電膜的結(jié)構(gòu)體中即可。
換言之，參考圖1進(jìn)行說明的實(shí)例表明，氣相沉積法是用于形成前述結(jié)構(gòu)體的有效的成膜法。
(實(shí)施方式1) 本實(shí)施方式涉及用于制造電容器的方法(以及所述電容器)，采用該方法，通過與氣體一同噴射其整個(gè)表面被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒，并使所述導(dǎo)體顆粒與基板碰撞而形成介電層。
(1)制造方法 首先，將說明本實(shí)施方式的用于制造電容器的方法。
圖3是描述本實(shí)施方式的用于制造電容器的方法的過程的流程圖。
(i)步驟S2 在本步驟中，其各表面均完全被覆有電介質(zhì)6的導(dǎo)體顆粒4(參見圖2)與氣體一同噴射并被加速。在該情況中，優(yōu)選的是，導(dǎo)體為可通過熱氧化或電化學(xué)處理形成絕緣氧化膜的閥金屬，例如鋁、鈦、鋯、鎂、硅、鐵、鉭、鉿。
此外，導(dǎo)體顆粒的表面熱氧化、使用醇鹽的電介質(zhì)涂布、使用金屬鹽的表面濕式處理、氣相涂布、電化學(xué)轉(zhuǎn)化處理等也可以用來使導(dǎo)體顆粒的整個(gè)表面被覆有介電膜。
(ii)步驟S4 經(jīng)加速的導(dǎo)體顆粒隨后與基板碰撞，并且導(dǎo)體顆粒以所述導(dǎo)體顆粒(例如，鋁顆粒8)的各表面仍然完全被覆有電介質(zhì)(例如，氧化鋁10)的狀態(tài)固著至基板(參見圖1)。
在該過程中，基板和導(dǎo)體顆粒均不經(jīng)歷加熱。結(jié)果，沉積過程中由導(dǎo)體顆粒形成的膜的溫度明顯低于導(dǎo)體顆粒的熔點(diǎn)。因此，核部分的金屬導(dǎo)體顆粒因碰撞過程中的沖擊力而發(fā)生塑性變形且導(dǎo)體顆粒固著至基板，而不是導(dǎo)體顆粒在融化后固著至基板。不過，勿庸置疑也可以加熱基板或?qū)w顆粒，只要電介質(zhì)6不會(huì)因還原等消失即可。
沉積膜中的導(dǎo)體顆粒的表面是否完全被覆有電介質(zhì)可通過在透射電子顯微鏡下觀察沉積膜的截面來判定。換言之，本步驟是導(dǎo)體顆粒固著至基板從而在透射電子顯微鏡下觀察沉積膜的截面時(shí)，導(dǎo)體顆粒8的整個(gè)表面均被覆有電介質(zhì)的工序。
(iii)步驟S6 在本步驟中，通過將由固著的導(dǎo)體顆粒所形成的沉積膜夾持在電極之間來形成電容器。
(2)構(gòu)造 圖4是本實(shí)施方式的電容器11的示意性截面圖。
如圖4所示，本實(shí)施方式的電容器11具有由下述工序形成的結(jié)構(gòu)體12，在所述工序中，其各表面均完全被覆有電介質(zhì)6的導(dǎo)體顆粒4與基板碰撞，并且以所述導(dǎo)體顆粒的表面仍然完全被覆有電介質(zhì)6的狀態(tài)固著至基板。此處，結(jié)構(gòu)體12是在上述步驟S4中形成的沉積膜。
在本實(shí)施方式的電容器11中，結(jié)構(gòu)體12夾持在電極14、16之間。在該情況下，用于沉積導(dǎo)體顆粒的基板可由金屬制成，而且這樣的基板可以用作下部電極16。作為選擇，也可從基板剝離沉積膜，下部電極16可以形成在暴露表面上。
(3)操作 將本實(shí)施方式的電容器安裝在電路中，并在將電路的一對(duì)導(dǎo)線與電極14、16連接時(shí)使用。在電極14、16之間顯現(xiàn)出導(dǎo)線間的電勢差，響應(yīng)該電勢差在電極14、16處感生出電荷。在該情況下，因?yàn)殡姌O間存在結(jié)構(gòu)體12，所以電極14、16處感生的電荷變得非常高，并實(shí)現(xiàn)高電容。
(4)與晶界絕緣型半導(dǎo)體電容器的比較 如上所述，本實(shí)施方式的電容器具有極高的電容密度。目前仍不清楚得到如此高的電容密度的原因(一個(gè)可能的解釋是，形成于金屬顆粒表面上的薄介電層以三維方式形成在所形成的結(jié)構(gòu)體(膜等)的內(nèi)部)。不過，以與本實(shí)施方式的電容器相同的方式，使用復(fù)合材料(在本實(shí)施方式中，為Al和氧化鋁的復(fù)合材料)作為介電層的電容器是晶界絕緣型半導(dǎo)體電容器(阻擋層電容器；以下稱之為BL電容器)。
圖5是BL電容器的示意性截面圖。
使用鈦酸鋇顆?；蜮佀徭J顆粒作為基材形成BL電容器18的介電層。此處，以使用鈦酸鋇顆粒作為基材的BL電容器作為實(shí)例，在其制造方法之后對(duì)BL電容器的構(gòu)造進(jìn)行說明。
首先，由鈦酸鋇顆粒制造成型體。然后對(duì)該成型體進(jìn)行還原處理，鈦酸鋇顆粒轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體。接著，在所述成型體上涂布CuO、PbO、Bi2O3等。隨后對(duì)涂布有CuO、PbO、Bi2O3等的成型體進(jìn)行熱處理。
作為熱處理的結(jié)果，CuO、PbO和Bi2O3擴(kuò)散至轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的鈦酸鋇顆粒20的晶界，包含CuO、PbO和Bi2O3作為基材的薄的電介質(zhì)的層22形成于顆粒20之間(圖5)。上部電極14和下部電極16分別形成在已經(jīng)由此形成的介電層28的上表面和下表面上。端子24和26隨后與各自的電極連接，由此完成BL電容器的構(gòu)成。
圖6描述了BL電容器的等效電路。對(duì)應(yīng)于各部件(上部電極14、介電層28和下部電極16)的電路被賦予已經(jīng)指配給各部件的附圖標(biāo)記。如圖6所示，在對(duì)應(yīng)于介電層28的等效電路中，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的鈦酸鋇顆粒20的電阻器30和對(duì)應(yīng)于包含CuO、PbO和Bi2O3等作為基材的薄的電介質(zhì)的層22的非常小的電容器32以網(wǎng)絡(luò)方式連接。
電容器的電阻元件消耗輸入電容器的電能并造成電容器的損耗。因此，源自轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的鈦酸鋇顆粒20(以下稱為轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的BaTiO3顆粒)的電阻器30造成BL電容器的損耗。轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的BaTiO3顆粒20的電阻值足夠小時(shí)，這種損耗可以忽略。不過，轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的BaTiO3顆粒20的電阻率約為10-1Ω·cm，即，該電阻率較高，損耗不能被忽略。鑒于此，BL電容器伴隨有巨大損耗的問題。
相反，在根據(jù)所述實(shí)施方式的電容器中，因?yàn)榻殡妼佑蓪?dǎo)體顆粒形成，所以損耗非常小。
與BL電容器相關(guān)的另一個(gè)問題是電容器很難小型化，這是因?yàn)殡y以減小介電層28的厚度。相反，根據(jù)本實(shí)施方式的電容器易于小型化。
形成BL電容器時(shí)，BaTiO3顆粒20的直徑總是等于或大于50μm。結(jié)果，BL電容器的厚度僅僅在介電層28中就等于或大于400μm。如此厚的介電層與電容器的小型化需求是背道而馳的，這就是BL電容器之所以難以用在電子裝置中的原因。
此外，由于用于制造BL電容器的方法的具體特征所致，介電層不得不通過使流態(tài)化的CuO等擴(kuò)散入轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的鈦酸鋇顆粒之間的空隙而形成。結(jié)果，只能使用具有較低熔點(diǎn)且易于引起擴(kuò)散和流態(tài)化的材料作為電介質(zhì)材料。
有時(shí)將諸如鉛等危害性物質(zhì)用作這種具有較低熔點(diǎn)的電介質(zhì)材料的主要成分。結(jié)果，在制造過程中產(chǎn)生Pb蒸氣。因此，就危害性物質(zhì)規(guī)定來說，BL電容器的使用也受到限制。
BL電容器的介電層由作為半導(dǎo)體和電介質(zhì)的復(fù)合物的介電層形成。在本實(shí)施方式的電容器中，介電層也是由半導(dǎo)體和電介質(zhì)的復(fù)合物形成。因而，與BL電容器的實(shí)例的比較表明，本實(shí)施方式的電容器也將難以小型化。
然而，當(dāng)本發(fā)明人實(shí)際嘗試制造電容器時(shí)，本實(shí)施方式的電容器可以形成為具有的介電層的厚度小于400μm并具有足夠的電容。例如，甚至可以形成厚度為幾個(gè)微米的介電層。
因此，使用本實(shí)施方式的電容器，即使當(dāng)介電層由復(fù)合材料形成時(shí)，也可以容易地實(shí)現(xiàn)小尺寸高電容的電容器。
此外，BL電容器難以在印制電路板上集成化，而本實(shí)施方式的電容器可容易地在印制電路板上集成化。
如上所述，將BaTiO3顆粒等轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的處理和CuO擴(kuò)散處理需要加熱。印制電路板不能耐受這樣的加熱。另一方面，本實(shí)施方式的電容器可以在室溫形成，并且易于在印制電路板上集成化。
陶瓷電容器被認(rèn)為是適于小型化的電容器。然而，如同將在后面所描述的，需要復(fù)雜且昂貴的工序來增大陶瓷電容器的電容。與此相反，本實(shí)施方式的電容器可以通過簡單價(jià)廉的工序形成。在這方面，本實(shí)施方式的電容器也優(yōu)于前述的傳統(tǒng)電容器。
陶瓷電容器的電容通過交替層積大量的介電層(陶瓷層)和電極而增大。由此制得的高電容陶瓷電容器被稱為“多層陶瓷電容器”。因?yàn)槎鄬犹沾呻娙萜骶哂羞@樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此其制造成本總是較高。
與此相反，因?yàn)楸緦?shí)施方式的電容器通過氣相沉積與電極形成的一個(gè)循環(huán)制得，所以其制造成本較低。
除了多層陶瓷電容器之外，鋁電解電容器也具有較高的電容。然而，制造鋁電解電容器時(shí)，使用化學(xué)試劑例如用于蝕刻鋁箔，產(chǎn)生了大量的有毒廢水。因此，鋁電解電容器具有較高的環(huán)境負(fù)荷。與此相反，在本實(shí)施方式的電容器的制造過程中幾乎不產(chǎn)生有害性物質(zhì)。因此，本實(shí)施方式的電容器具有非常小的環(huán)境負(fù)荷。
實(shí)施方式2 本實(shí)施方式涉及用于制造電容器的方法(以及所述電容器)，該方法為通過與實(shí)施方式1的方法中的電介質(zhì)顆粒一同噴射其各表面均完全被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒而進(jìn)行。
(1)制造方法 本實(shí)施方式的電容器通過以與實(shí)施方式1中相同的方式相繼執(zhí)行下列三個(gè)工序來制造氣體噴射工序(步驟S2)、固著工序(步驟S4)和電極形成工序(步驟S6)。
在本實(shí)施方式中，氣體噴射工序(加速過程)是這樣的工序其各表面上均完全被覆有電介質(zhì)(例如氧化鋁)的導(dǎo)體顆粒(例如Al顆粒)與電介質(zhì)顆粒(例如BaTiO3顆粒)一同被氣體噴射，并與電介質(zhì)顆粒一同被加速。在其他方面，本實(shí)施方式的氣體噴射工序與實(shí)施方式1的步驟S2相同。
在固著工序中，電介質(zhì)顆粒與導(dǎo)體顆粒一同碰撞基板。在其他方面，本實(shí)施方式的固著工序與實(shí)施方式1的步驟S4相同。
電極形成工序與實(shí)施方式1的步驟S6相同。
(2)構(gòu)造 圖7是本實(shí)施方式的電容器的示意性截面圖。
在本實(shí)施方式的電容器34的的結(jié)構(gòu)體12(其形成電容器的介電層)中，在導(dǎo)體顆粒4之間存在電介質(zhì)顆粒36。在其他方面，本實(shí)施方式的電容器與實(shí)施方式1的電容器11相同(參見圖4和圖7)。
圖8是描述通過在透射電子顯微鏡下觀察本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體12的截面而得到的圖像的特征的圖。圖8中所描繪的實(shí)例是通過氣相沉積法使用鈦酸鋇(BaTiO3)和Al粉(其中Al顆粒的表面被覆有氧化鋁)的混合粉末作為原料粉末而形成的結(jié)構(gòu)體的截面圖像。此處，氧化鋁的厚度為10nm～100nm，Al粉的粒徑為3μm±1μm。鈦酸鋇(BaTiO3)的粒徑為100nm。鈦酸鋇在混合粉末中的體積比為5％(以下以5體積％表示)。具體的成膜條件與下面描述的實(shí)施例2的條件相同。
如圖8所示，在通過氣相沉積形成的結(jié)構(gòu)體中，Al顆粒8極大地變形。此外，各Al顆粒8分離，顆粒間插入有氧化鋁層10。因此，Al顆粒8(金屬顆粒)的各表面完全被覆有氧化鋁(電介質(zhì))。
此外，在Al顆粒8(導(dǎo)體顆粒)之間存在BaTiO3顆粒(電介質(zhì)顆粒38)。
當(dāng)電介質(zhì)顆粒如此存在于導(dǎo)體顆粒之間時(shí)，結(jié)構(gòu)體12的絕緣體擊穿電壓增大。這顯然是因?yàn)閷?dǎo)體顆粒間的間隙變大。不過，電介質(zhì)顆粒的直徑變得過大時(shí)，導(dǎo)體顆粒間的電容降低。結(jié)果，電容器的電容也降低。因此，優(yōu)選的是電介質(zhì)顆粒的平均尺寸小于導(dǎo)體顆粒8的平均尺寸。
在圖8描述的實(shí)例中，BaTiO3顆粒用作電介質(zhì)顆粒38。當(dāng)諸如BaTiO3顆粒等具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)顆粒與原料粉末混合時(shí)，電容器的電容迅速增大。
用于該實(shí)施方式的作為電介質(zhì)顆粒而添加的顆粒不僅是BaTiO3顆粒，還可以是其他電介質(zhì)材料的顆粒。
諸如TiO2、MgO、Ta2O3、SiO2、AlN和Al2O3等陶瓷是可由此增大電容器電容的電介質(zhì)的其他實(shí)例。
其他實(shí)例包括具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，例如，Pb體系的含鉛的復(fù)合鈣鈦礦氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba體系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及鉍的層狀結(jié)構(gòu)體，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，還可以使用任何具有等于或大于10的介電常數(shù)的氧化物、氮化物和碳化物的顆粒。
使用參考圖1進(jìn)行說明的結(jié)構(gòu)體(利用氣相沉積由Al顆粒形成的沉積膜，其表面被覆有氧化鋁)作為介電層的電容器的電容密度為30μF/cm2，而使用圖8所描述的結(jié)構(gòu)體作為介電層(厚度為10μm)的電容器的電容密度為100μF/cm2。
諸如TiO2、MgO、Ta2O3、SiO2、AlN和Al2O3等陶瓷是可由此增大電容器電容的電介質(zhì)的其他實(shí)例。
其他實(shí)例包括具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，例如，Pb體系的含鉛的復(fù)合鈣鈦礦氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba體系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及鉍的層狀結(jié)構(gòu)體，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，還可以使用任何具有等于或大于10的介電常數(shù)的氧化物、氮化物和碳化物的顆粒。
因此，如上所述，根據(jù)所述實(shí)施方式，也可以使用含鉛的電介質(zhì)，不過與BL電容器相反的是，在制造過程中沒有Pb蒸氣生成。
在參考圖8進(jìn)行說明的實(shí)例中，BaTiO3顆粒以斑狀方式存在于氧化鋁層中，不過本發(fā)明人根據(jù)透射電子顯微鏡下的觀察證實(shí)了還可能存在連續(xù)形成BaTiO3層的情況。
實(shí)施例1 本實(shí)施例涉及用于制造電容器的方法(以及所述電容器)，其中，其表面完全被覆有氧化鋁的鋁顆粒與氣體一同噴射并被固著至鋁箔。
圖9是描述本實(shí)施例的制造方法的過程的流程圖。圖10是用于本實(shí)施例的成膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。圖11是本實(shí)施例的電容器的截面圖。
(1)制造方法和構(gòu)造 本實(shí)施例的電容器的構(gòu)造將在下面于制造過程之后進(jìn)行說明。
(i)步驟S2 在該步驟中，制備原料粉末40(參見圖9和圖10)。
首先，制備平均粒度為3μm、標(biāo)準(zhǔn)偏差為±1μm的鋁微粒的聚集體(也就是Al粉)。此處，其平均粒度和標(biāo)準(zhǔn)偏差是使用Shimazu Corp.制造的離心式粒度分析儀SA-CP3通過離心分離沉淀法測定的值(用于下述各實(shí)施例中的顆粒的平均粒度和標(biāo)準(zhǔn)偏差也同樣測定)。
然后將Al粉在空氣中于550℃加熱3小時(shí)。該氧化處理的結(jié)果使得鋁粉的整個(gè)表面被覆有厚度約為100nm的氧化鋁，形成原料粉末(以下稱為被覆有Al2O3的Al粉)。在該情況中，氧化鋁可具有完全的無定形結(jié)構(gòu)、混合的無定形-晶體結(jié)構(gòu)或完全的晶體結(jié)構(gòu)。
(ii)步驟S4至步驟S12 隨后將鋁箔作為成膜用基板42安裝在成膜設(shè)備44上。成膜室46具有可在X方向和Y方向移動(dòng)的臺(tái)架48，將厚度為50μm的鋁箔安裝在該臺(tái)架上(步驟S4)。
隨后通過機(jī)械增壓泵50和真空泵52將成膜室46的內(nèi)部抽真空，并使壓力降至10Pa以下(步驟S6)。在該情況中，關(guān)閉設(shè)置在連接氣瓶54和浮動(dòng)顆粒形成容器56的氣體管道中的第一閥門58。同樣關(guān)閉設(shè)置在連接浮動(dòng)顆粒形成容器56和成膜室46的氣體管道中的第二閥門60。
隨后將步驟S2中制得的原料粉末引入浮動(dòng)顆粒形成容器56中。然后用振蕩器49對(duì)整個(gè)浮動(dòng)顆粒形成容器56施加超聲波，在該狀態(tài)下原料粉末40被加熱至約80℃，并在真空中脫氣30分鐘。此時(shí)，打開第二閥門60，將浮動(dòng)顆粒形成容器56抽真空。完成真空脫氣后關(guān)閉第二閥門60。上述預(yù)處理除去了吸附在原料粉末40的表面上的水分(步驟S8)。
然后打開第一閥門58，將由高純氦氣構(gòu)成的壓縮氣體(氣體壓力，2kg/cm2，氣體流速，8升/分鐘)引入浮動(dòng)顆粒形成容器56，構(gòu)成原料粉末40的被覆有Al2O3的Al微粒在氦氣中上升并開始浮動(dòng)(將如此浮動(dòng)在氣體中的微粒稱為浮動(dòng)顆粒)。在該過程中，仍然通過振蕩器49對(duì)整個(gè)浮動(dòng)顆粒形成容器56施加超聲波以加強(qiáng)浮動(dòng)顆粒的形成。氣體流速用設(shè)置在氣瓶54和浮動(dòng)顆粒形成容器56之間的質(zhì)量流量計(jì)(圖中未示出)測定(步驟S10)。
然后打開第二閥門60，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為浮動(dòng)顆粒的原料粉末經(jīng)由噴嘴62被傳送至成膜室46中，轉(zhuǎn)化為浮動(dòng)顆粒的被覆有Al2O3的Al微粒由噴嘴62朝向基板42噴射(步驟S12)。噴射時(shí)間(成膜時(shí)間)為38分鐘。在成膜的過程中，基板維持在室溫。通過上述過程形成了厚度為250μm的沉積膜。
上述圖1描述了通過上述過程形成的沉積膜的截面圖像的具體特征，該圖像是在透射電子顯微鏡下觀察到的。圖1證明所述沉積膜是通過下述工序形成的結(jié)構(gòu)體，其中其表面完全被覆有氧化鋁10(電介質(zhì))的Al顆粒8(導(dǎo)體顆粒)與基板碰撞，并以所述顆粒的表面仍然完全被覆有氧化鋁10的狀態(tài)被固著至基板。
沉積膜(結(jié)構(gòu)體)與基板之間的粘著強(qiáng)度為3kg/mm2。
(iii)步驟S14 然后將其上已經(jīng)形成有上述結(jié)構(gòu)體(沉積膜)的基板從成膜室46中移出，并在所述結(jié)構(gòu)體的上表面上形成電容器的上部電極。上表面上形成了金屬電極之后的結(jié)構(gòu)與上文中參考圖4的實(shí)施方式1中說明的電容器11的主要部分相同。
在下述過程之后形成上部電極14(參見圖4)。
首先，用作種電極(seed electrode)的Au膜通過蒸發(fā)法沉積在結(jié)構(gòu)體12的上表面上。然后，在種電極上形成在待形成上部電極的預(yù)定位置處具有開口的光致抗蝕膜。
隨后通過在開口處進(jìn)行電鍍而形成Au鍍層。然后除去光致抗蝕劑，露出的Au膜(蒸鍍膜)通過碾磨或化學(xué)蝕刻除去。
上述電極14通過上述工序形成。
(iv)步驟S16 圖11是在本步驟中完成的電容器64的截面圖。
在本步驟中，首先，電極導(dǎo)線68與將用作下部電極的鋁箔66和上部電極14相連接。然后，將配有電極導(dǎo)線68的電容器的主體收容在電絕緣外殼70(例如，陶瓷封裝)中，使電極導(dǎo)線68的末端暴露在外部。電容器64通過上述過程完成。
(2)性質(zhì) 將在下面描述本實(shí)施例的電容器的性質(zhì)。
表1和表2描述了與本實(shí)施例和下述實(shí)施例2至實(shí)施例4有關(guān)的數(shù)據(jù)(介電層的構(gòu)造和制得的電容器的性質(zhì))。表1和表2中也包括關(guān)于具有與前述實(shí)施例的電容器類似的構(gòu)造的傳統(tǒng)電容器的數(shù)據(jù)。
表1
表2
例如，本實(shí)施例的電容器64的構(gòu)造與具有單層介電層的傳統(tǒng)陶瓷電容器的構(gòu)造類似。
表1中的第二行描述了與陶瓷電容器有關(guān)的數(shù)據(jù)，在所述陶瓷電容器中介電層是厚度為1μm的單層鈦酸鋇。表1中的第三行描述了與本實(shí)施例的電容器有關(guān)的數(shù)據(jù)。
如表1中的第二行和第三行所述，陶瓷電容器的電容密度為2.5μF/cm2，而本實(shí)施例的電容器的電容密度基本上大于和等于30μF/cm2。
因此，當(dāng)介電層通過氣相沉積法使用其中導(dǎo)體顆粒的各表面完全被覆有電介質(zhì)的粉末作為原料粉末而形成時(shí)，可以形成比陶瓷電容器具有更高電容的電容器。
實(shí)施例2 本實(shí)施例涉及用于制造電容器的方法(以及所述電容器)，采用該方法，其各表面完全被覆有氧化鋁的鋁顆粒與鈦酸鋇顆粒一同噴射并固著至鋁箔。
(1)制造方法 本實(shí)施例的用于制造電容器的方法與實(shí)施例1的電容器的制造方法的不同之處在于，原料粉末是其各表面完全被覆的鋁顆粒與鈦酸鋇顆粒的混合粉末。鈦酸鋇顆粒的尺寸為100nm。鈦酸鋇顆粒的混合比為5體積％。
本實(shí)施例的制造方法與實(shí)施例1的制造方法的另一個(gè)不同之處在于，轉(zhuǎn)化為浮動(dòng)顆粒的粉末的噴射時(shí)間為1.5分鐘。結(jié)果，在本實(shí)施例中形成的沉積膜的厚度為10μm。沉積膜與基板之間的粘著強(qiáng)度為3kg/mm2。
本實(shí)施例的制造方法與實(shí)施例1的制造方法的又一個(gè)不同之處在于，在電極形成工序(步驟S14)中，將通過氣相沉積法形成的沉積膜與基板剝離，而且在沉積膜的上表面和下表面被研磨掉500nm之后形成電極。此處，上表面電極和下表面電極均以與實(shí)施例1的上表面電極相同的方式形成。
圖20是描述沉積膜(結(jié)構(gòu)體)的截面的示意圖，所述沉積膜通過從基板上剝離由氣相沉積法形成的沉積膜并研磨該沉積膜的上表面和下表面而得到。
如圖20所示，當(dāng)研磨沉積膜(結(jié)構(gòu)體12)的上表面126和下表面128時(shí)，除去了被覆所述沉積膜的最外表面的氧化物膜。因此，電容器的電容增大。
沉積膜(結(jié)構(gòu)體)的研磨可以通過機(jī)械研磨、電解研磨、CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)或離子減薄等進(jìn)行。除了上述方面的不同之外，本實(shí)施例的電容器的制造方法與實(shí)施例1的電容器的制造方法基本相同。
(2)構(gòu)造 圖12是本實(shí)施例的電容器的截面圖。
本實(shí)施例的電容器72與實(shí)施例1的電容器的區(qū)別在于，在形成結(jié)構(gòu)體13的導(dǎo)體顆粒之間存在鈦酸鋇顆粒。
此外，與實(shí)施例1的電容器的不同還在于，結(jié)構(gòu)體13的上表面和下表面被研磨以除去氧化物膜。
本實(shí)施例的電容器72與實(shí)施例1的電容器11的不同之處還在于，將用作基板的鋁剝離，下部電極16通過鍍金形成。
在其他方面，本實(shí)施例的電容器與實(shí)施例1的電容器基本相同。
(3)性質(zhì) 表1的第四行描述了與本實(shí)施例的電容器有關(guān)的數(shù)據(jù)。
如表1所示，本實(shí)施例的電容器的電容密度為100μF/cm2，甚至大于實(shí)施例1的電容器的電容密度。
具體仍不清楚通過混合鈦酸鋇顆粒與原料粉末而使得電容密度增大的原因，不過該結(jié)果顯然源自鈦酸鋇的高的特定介電常數(shù)，該值等于3000。
本實(shí)施例的電容器的耐受電壓為10V，該值使得所述電容器適于實(shí)際應(yīng)用。
實(shí)施例3 本實(shí)施例涉及電解電容器規(guī)格的電容器，其中介電層根據(jù)實(shí)施例2形成在鋁箔上，鋁箔被卷繞，正如制造鋁電解電容器時(shí)一樣。
(1)制造方法 本實(shí)施例的電容器根據(jù)實(shí)施例2的制造方法制造，因此，本實(shí)施例的電容器的制造方法與實(shí)施例2的電容器的制造方法基本相同。
不過，用作基板的鋁箔具有足以使基板被卷繞的長度。介電層(沉積層)不與鋁箔剝離，鋁箔用作電容器的一個(gè)電極。
此外，在本實(shí)施例中，在鋁箔的兩個(gè)表面上均形成介電層。在本實(shí)施例中，介電層的沉積時(shí)間對(duì)于各表面均為3分鐘，各介電層的厚度為20μm(是實(shí)施例2的厚度的兩倍)。鋁箔的厚度為50μm，與實(shí)施例2中的厚度相同。介電層和基板的粘著強(qiáng)度為3kg/mm2。
如下面的“(2)構(gòu)造”部分中所述，電極形成工序(步驟S14)和外殼收容工序(S16)與實(shí)施例2的制造方法中的不同。
此外，為了增大電容器的耐受電壓，通過使沉積膜的一部分經(jīng)歷轉(zhuǎn)化處理，可以使氧化膜形成為層狀結(jié)構(gòu)。例如，形成厚度為50μm的介電層時(shí)，通過氣相沉積形成厚度為5μm的沉積膜的工序和通過在己二酸銨的水溶液中施加15V的直流電壓以氧化沉積膜表面的工序(轉(zhuǎn)化處理)可以重復(fù)進(jìn)行。通過在沉積膜中由此形成具有層狀結(jié)構(gòu)的氧化膜，可以增大電容器的耐受電壓。除了上述方面的不同之外，本實(shí)施例的電容器的制造方法與實(shí)施例2的電容器的制造方法基本相同。
(2)構(gòu)造 圖13是描述本實(shí)施例的電容器74的外觀的立體圖。圖14是通過外部殼體(金屬外殼76)觀察本實(shí)施例的電容器74的內(nèi)部得到的視圖。圖13和圖14顯示出本實(shí)施例的電容器74與卷繞型電解電容器類似。
在本實(shí)施例的電容器中，使用在其兩個(gè)表面上均具有通過氣相沉積形成的介電層(結(jié)構(gòu)體)的鋁箔來代替電解電容器的陽極箔。在本實(shí)施例中，通過在介電層(結(jié)構(gòu)體)上進(jìn)一步形成電極而得到的結(jié)構(gòu)是電容器的主要部分(介電層和電極)。
本實(shí)施例的構(gòu)造將在下面的電極形成工序(S14)和外殼收容工序(S16)之后進(jìn)行說明。
圖15描述了本實(shí)施例的電容器的主要部分(介電層和電極)的橫向截面圖。
首先，將糊狀導(dǎo)電聚合物78涂布在根據(jù)上述“(1)制造方法”形成于鋁箔66的兩個(gè)表面上的結(jié)構(gòu)體13(介電層)的表面上。隨后將糊狀炭80涂布在所述聚合物上，隨后再次涂布銀膏82。
該步驟(電極形成工序(S14))形成了由導(dǎo)電聚合物78、炭80和銀膏82構(gòu)成的第二電極86。
隨后將電極導(dǎo)線68與由鋁箔制成的第一電極84和第二電極86連接(參見圖14)。然后卷繞鋁箔86，其端部由固定膠帶88固定由此維持卷繞狀態(tài)。
隨后將電極導(dǎo)線68固定至密封體(絕緣樹脂)90。
最后，將卷繞的鋁箔92收容在金屬外殼76的內(nèi)部，本實(shí)施例的電容器的制造得以完成(外殼收容工序(S16))。
(3)性質(zhì) 表2的第三行描述了與本實(shí)施例的電容器有關(guān)的數(shù)據(jù)。
如表2所示，本實(shí)施例的電容器的電容密度為800μF/cm2，充分大于在第二行中描述的鋁電解電容器的電容密度(200μF/cm2)。耐受電壓為10V，與鋁電解電容器的相同。
因此，本實(shí)施例的電容器具有的電容密度超過了鋁電解電容器的電容密度。此外，與鋁電解電容器相比，本實(shí)施例的電容器的制造方法未產(chǎn)生有毒廢水。因此，本實(shí)施例的電容器是環(huán)境負(fù)荷較小的高電容密度電容器。此外，本實(shí)施例的電容器不具有極性。結(jié)果，將本實(shí)施例的電容器附著至印制電路板時(shí)無須注意電極的極性。
實(shí)施例4 本實(shí)施例涉及形成于印制電路板上的電容器。
(1)制造方法和構(gòu)造 圖16是本實(shí)施例的電容器的截面圖。
首先，通過氣相沉積法在作為基板的印制電路板94(FR4)上形成用作電容器的介電層的結(jié)構(gòu)體13(沉積膜)。
除了基板是印制電路板而非鋁箔之外，用于形成結(jié)構(gòu)體13的過程與實(shí)施例2的制造方法相同。
然后根據(jù)實(shí)施例2研磨結(jié)構(gòu)體13的上表面，除去氧化膜，隨后通過電鍍形成金制上部電極14。
通過上述步驟，在印制電路板上形成電容器96(參見圖16)。在該情況下，電容器96的下部電極由印制電路板94的銅箔98形成。
本實(shí)施例的電容器具有嵌入式電容器的基本結(jié)構(gòu)。
多層構(gòu)造也可以形成為嵌入式電容器。
其中嵌有電容器的印制電路板例如可以通過重復(fù)下列步驟形成在本實(shí)施例的電容器上層積環(huán)氧樹脂膜(以下稱為“薄膜”)、熱固化所述薄膜、在經(jīng)熱固化的薄膜上形成導(dǎo)線、并布置電子元件。
(2)性質(zhì) 表2的第五行描述了關(guān)于本實(shí)施例的電容器的數(shù)據(jù)。
如表2所示，本實(shí)施例的電容器的電容密度為100μF/cm2。
傳統(tǒng)的嵌入式電容器例如是將通過溶膠-凝膠法形成的鈦酸鋇層用作介電層的電容器。表2的第四行描述了這種嵌入式電容器的數(shù)據(jù)。
如表2的第四行所示，傳統(tǒng)的嵌入式電容器的電容密度至多為1μF/cm2。本實(shí)施例的電容器的電容密度(100μF/cm2)充分高于該值。本實(shí)施例的電容器的耐受電壓為10V，與傳統(tǒng)的嵌入式電容器的耐受電壓相同。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，可以極大地提高嵌入式電容器的容量。
還可以使用嵌埋法，通過該方法，在形成多層結(jié)構(gòu)的過程中在樹脂基板中形成薄膜，而且所述實(shí)施方式的電容器可以被制成為單獨(dú)的元件然后嵌入樹脂基板中。
實(shí)施例5 該實(shí)施例涉及帶有前述實(shí)施例中任一實(shí)施例所述的電容器的電子裝置。
由于上述實(shí)施例的電容器中的用作介電層的結(jié)構(gòu)體比400μm更薄，因而所述電容器適于小型化。因此，上述實(shí)施例的電容器作為小型化的電子裝置所帶有的電容器是有利的。
例如，這些電容器可在諸如個(gè)人電腦、服務(wù)器、游戲機(jī)和信息家電、小型無線裝置(例如，便攜式電話)、IC(集成電路)卡等各種電子裝置中用于去耦電容器、耦合電容器、濾波器用電容器和平滑電容器。
形成將攜載于小型電子裝置上的電容器的結(jié)構(gòu)體具有的厚度優(yōu)選小于400μm，更優(yōu)選等于或小于200μm，最優(yōu)選等于或小于100μm。
同時(shí)，通常將平均粒度等于或大于50nm的聚集微粒的粉末用作氣相沉積用原料粉末。因此，用作介電層的結(jié)構(gòu)體的厚度優(yōu)選等于或大于1μm，更優(yōu)選等于或大于5μm，最優(yōu)選等于或大于10μm。
在本實(shí)施例中，將帶有實(shí)施例4的電容器的電子裝置作為本實(shí)施例的小型電子裝置的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行說明。
圖17是本實(shí)施例的電子裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖18是本實(shí)施例的電子裝置的示意性截面圖。
如圖17和圖18所示，本實(shí)施例的電子裝置至少具有IC100、用于驅(qū)動(dòng)IC100的DC電源102、和用于抑制電子裝置98產(chǎn)生的噪聲的去耦電容器104。DC電源102與IC100的電源終端106連接。在該情況下，去耦電容器104是實(shí)施例4的電容器，其上部電極14與IC100的電源終端106連接。同時(shí)，去耦電容器104的下部電極16與地面連接。
將環(huán)氧樹脂膜108層積在去耦電容器104上并對(duì)其進(jìn)行熱固化。在樹脂膜上形成銅導(dǎo)線110。銅導(dǎo)線110使DC電源102和去耦電容器104的上部電極14與IC100的電源終端106連接。去耦電容器104的上部電極14和IC100的電源終端106經(jīng)由位于導(dǎo)通孔112中的銅導(dǎo)線連接，導(dǎo)通孔112形成在環(huán)氧樹脂膜08中。
因此，在本實(shí)施例的電子裝置中，將實(shí)施例4的電容器104作為去耦電容器嵌入由印制電路板(FR 4)94和環(huán)氧樹脂膜108所形成的內(nèi)建式布線板中。
如上所述，實(shí)施例4的電容器的電容充分大于傳統(tǒng)的嵌入式電容器的電容。因此，本實(shí)施例的去耦電容器104的電容充分大于傳統(tǒng)的嵌入式去耦電容器的電容。
結(jié)果，即使當(dāng)供應(yīng)至IC100的電源終端106的電流明顯波動(dòng)時(shí)，電流波動(dòng)也被去耦電容器104吸收，本實(shí)施例的電子裝置實(shí)際上不產(chǎn)生噪聲。
變更例1 本變更例涉及其中的介電層由實(shí)施例1或2的結(jié)構(gòu)體形成的電容器，該電容器的構(gòu)造與多層陶瓷電容器的構(gòu)造類似。
實(shí)施例1和2的電容器與其中的介電層具有單層構(gòu)造的陶瓷電容器類似。
然而，并不要求實(shí)施例1和2的沉積膜僅僅用于單層陶瓷電容器的介電層，其還可以用于多層陶瓷電容器的介電層。
圖19是描述本變更例的電容器114的構(gòu)造的透視圖，其具有與多層陶瓷電容器類似的構(gòu)造，并具有根據(jù)實(shí)施例1或2形成的介電層。切掉圖19中所示的電容器114的一部分以描述本變更例的電容器114的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
如圖19所示，在本變更例的電容器114中，實(shí)施例1或2的結(jié)構(gòu)體116和內(nèi)部電極118、120交替層積。在該情況下，將內(nèi)部電極118、120分成布置在從底部數(shù)起的奇數(shù)層中的第一內(nèi)部電極118，和布置在從底部數(shù)起的偶數(shù)層中的第二內(nèi)部電極120。第一內(nèi)部電極118和第二內(nèi)部電極120被布置為梳齒狀，并與第一外部電極122和第二外部電極124連接。
因此，在第一和第二外部電極122和124之間平行連接大量的電容器，增大了電容器114的電容。
結(jié)構(gòu)體116和內(nèi)部電極118及120的層積結(jié)構(gòu)例如通過重復(fù)下列步驟而形成通過氣相沉積在鋁箔上沉積結(jié)構(gòu)體116，蒸發(fā)并剝離金屬膜。在該情況下，結(jié)構(gòu)體116根據(jù)實(shí)施例1或2通過氣相沉積形成，并在形成了結(jié)構(gòu)體116和內(nèi)部電極118及120之后剝離鋁箔。
金屬層還可以通過使用蒸發(fā)、濺鍍、厚膜銀粉漆和炭而形成。
剝離工序還可以在由介電層和金屬內(nèi)電極層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)形成之后進(jìn)行。
此外，在基板或箔片上完成多層結(jié)構(gòu)之后，在一些應(yīng)用情況中基板或箔片不能被剝離。
變更例2 在上述實(shí)施例中，鋁顆粒用作導(dǎo)電顆粒。然而，其他金屬、導(dǎo)電陶瓷(導(dǎo)電氧化物如氧化釕和氧化銦)以及導(dǎo)電樹脂也可以用作所述導(dǎo)體顆粒。其他金屬的實(shí)例包括作為貴金屬常用的金屬，如金、銀、銅和鉑，以及閥金屬，如鈦、鉭、鋯、鎂、硅和鐵。優(yōu)選使用的是易于塑性變形的金屬材料，并且原料的金屬顆粒本身處于在成膜和加工過程中可以充分塑性變形的狀態(tài)(盡管鋁是容易塑性變形的材料，但是通過進(jìn)行碾壓等將鋁加工成粉末而得到的粉末在成膜的過程中不能塑性變形，且不能形成成型體。例如，理想的是，金屬顆粒是具有較高變形能力和較小應(yīng)變的粉化顆粒)。
除了氧化鋁之外，諸如氧化鉭、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氮化鉭和氧化鎂等各種電介質(zhì)也可以用作被覆導(dǎo)體顆粒的電介質(zhì)。對(duì)于用作原料粉末而不是與被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒混合的電介質(zhì)顆粒也是如此。
在諸如鈦、鉭、鋯、鎂、硅和鐵等閥金屬的情況中，通過進(jìn)行熱氧化可以容易地形成氧化物膜。
其他實(shí)例包括具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，例如，Pb體系的含鉛的復(fù)合鈣鈦礦氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba體系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及鉍的層狀結(jié)構(gòu)體，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，還可以使用任何具有等于或大于10的介電常數(shù)的氧化物、氮化物和碳化物的顆粒。
變更例3 在以上實(shí)施例中，將通過氣相沉積使用被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒作為原料粉末而形成的結(jié)構(gòu)體用作電容器的介電層。
不過，上述結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用范圍并不限于電容器。例如，所述結(jié)構(gòu)體還可應(yīng)用于由導(dǎo)體和電介質(zhì)的復(fù)合材料形成的各種裝置，如納米復(fù)合磁體、磁制冷元件、耐磨表面涂層、壓敏傳感器、超聲波傳感器、IR(紅外線)傳感器、溫度傳感器、變阻器、各種壓電元件、光調(diào)制器和熱電元件。
采用所述實(shí)施方式的電容器和電容器的制造方法，可以以簡單的方式和低成本制造高容量、小尺寸的電容器。
此處敘述的所有實(shí)例和條件性語言均意圖用于教育目的，以幫助讀者理解由本發(fā)明人所貢獻(xiàn)的以推動(dòng)該技術(shù)的本發(fā)明和概念，并且應(yīng)當(dāng)被解釋為不限于這些具體敘述的實(shí)例和條件，說明書中這些實(shí)例的組織也不涉及顯示本發(fā)明的優(yōu)勢和劣勢。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，不過應(yīng)當(dāng)理解的是可以對(duì)其進(jìn)行各種改變、替代和變化，而不會(huì)背離本發(fā)明的要旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制造電容器的方法，所述方法包括
通過與氣體一同噴射導(dǎo)體顆粒使所述導(dǎo)體顆粒加速，所述導(dǎo)體顆粒的各表面均完全被覆有電介質(zhì)；
通過使所述導(dǎo)體顆粒與基板碰撞將所述導(dǎo)體顆粒固著至所述基板，所述導(dǎo)體顆粒的所述表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)；和
將由固著至所述基板的所述導(dǎo)體顆粒構(gòu)成的沉積膜夾持在電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造電容器的方法，其中，噴射所述導(dǎo)體顆粒包括與所述導(dǎo)體顆粒一同噴射電介質(zhì)顆粒，使所述導(dǎo)體顆粒碰撞包括使所述電介質(zhì)顆粒與所述導(dǎo)體顆粒一同與所述基板碰撞。
3.一種結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體通過使各表面均完全被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒與基板碰撞從而使所述導(dǎo)體顆粒固定至所述基板而形成，所述導(dǎo)體顆粒的各表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)體，其中，在所述導(dǎo)體顆粒之間提供電介質(zhì)顆粒。
5.如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述電介質(zhì)顆粒的平均粒度小于所述導(dǎo)體顆粒的平均粒度。
6.一種電容器，在所述電容器中，權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)體被夾持在電極之間。
7.如權(quán)利要求6所述的電容器，其中，所述結(jié)構(gòu)體的厚度小于400μm。
8.一種電子裝置，所述電子裝置帶有權(quán)利要求6所述的電容器。
9.一種用于制造電容器的方法，所述方法包括
對(duì)各表面均完全被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒施加壓縮應(yīng)力從而使所述導(dǎo)體顆粒彼此固著，所述導(dǎo)體顆粒的所述表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)；和
將由所述彼此固著的導(dǎo)體顆粒形成的結(jié)構(gòu)體夾持在電極之間。
10.一種結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體通過對(duì)各表面均完全被覆有電介質(zhì)的導(dǎo)體顆粒施加壓縮應(yīng)力從而使所述導(dǎo)體顆粒彼此固著而形成，所述導(dǎo)體顆粒的所述表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)，
11.一種電容器，在所述電容器中，權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu)體被夾持在電極之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電容器和用于制造電容器的方法，所述方法包括通過與氣體一同噴射導(dǎo)體顆粒使所述導(dǎo)體顆粒加速，所述導(dǎo)體顆粒的各表面均完全被覆有電介質(zhì)；通過使所述導(dǎo)體顆粒與基板碰撞而將所述導(dǎo)體顆粒固著至所述基板，所述導(dǎo)體顆粒的表面仍然完全被覆有所述電介質(zhì)；和將由固著至所述基板的所述導(dǎo)體顆粒構(gòu)成的沉積膜夾持在電極之間。
文檔編號(hào)H01G4/002GK101609744SQ20091013506
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者今中佳彥 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社