包括第一介電層和第二介電層的多層膜的制作方法
【專利說明】包括第一介電層和第二介電層的多層膜
[0001]相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2012年11月21日提交的美國臨時專利申請61/728，986的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]在微電子產(chǎn)品中，通常約80 %的電子部件屬于無源器件類別，其不能夠在電路性能方面增加增益或執(zhí)行開關(guān)功能。表面安裝的分立組件可占據(jù)印刷電路/布線板的表面積的超過40% ;占據(jù)這一數(shù)額的空間可能發(fā)出了一個挑戰(zhàn)。與分立式無源器件相關(guān)的其他挑戰(zhàn)包括成本、處理、裝配時間和收率。
[0004]嵌入式無源器件提供了分立式無源器件的一種替代形式。通過從印刷電路/布線板的表面上除去分立式無源元件并將它們嵌入到基底板的內(nèi)層，嵌入式無源器件可以提供許多優(yōu)點，例如減小的尺寸和重量，提高的可靠性，更好的性能和降低的成本。這些優(yōu)點，例如，已在過去十年期間驅(qū)動了朝著嵌入式無源技術(shù)發(fā)展的顯著量的努力。參見，例如，美國專利申請6，974，547 (Kohara等人)和8，183，108 (Borland等人)和美國專利申請公開2007/0006435 (Banerji 等人)和 2010/0073845 (Suh 等人)。
[0005]在其他技術(shù)中，無機或雜化無機/有機層已在用于電學(xué)、包裝和裝飾應(yīng)用的薄膜中使用。這些層可提供所需的特性，如機械強度、耐熱性、耐化學(xué)品性、耐磨性、濕氣阻隔性和氧氣阻隔性。多層結(jié)構(gòu)可通過各種制備方法來制備。這些方法包括液體涂布技術(shù)，例如溶液涂布、輥涂、浸涂、噴涂和旋涂；以及干法涂布技術(shù)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、濺射和用于固體材料的熱蒸鍍的真空處理。用于多層涂層的一種方法是制備多層氧化物涂層，例如散布于薄聚合物膜保護層上的氧化鋁或氧化娃。多層構(gòu)造的例子可見于美國專利7，449，146(Rakow等人)和美國專利申請公布2009/0109537 (Bright 等人)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]下一代嵌入式電容器要求較高的電容密度與可接受的介電損耗和滲漏電流值用于在微電子領(lǐng)域中應(yīng)用。電容密度可以通過使用更薄的介電材料而提高。然而，當(dāng)使用薄介電膜時，因為基底表面粗糙度，外來顆粒污染，以及介電薄膜中的針孔和裂紋可導(dǎo)致功能性電容器的低收率。
[0007]本發(fā)明提供了包括第一介電層和第二介電層的多層膜，其所述介電層可以在例如用于嵌入式電容器和能量儲存應(yīng)用的薄膜電容器中是可用的。導(dǎo)電基底上的第一介電層充當(dāng)平坦化介電層，其可以減輕表面粗糙度和外來顆粒污染的問題。第二介電層設(shè)置在(例如，直接設(shè)置在)第一介電層上。在許多實施例中，第二介電層可以覆蓋形成在第一介電層中的任何裂紋或針孔。第一介電層和第二介電層的組合通常在柔性基底上提供了高收率的功能電容器，其具有高電容密度值，低介電損耗和優(yōu)異的絕緣特性。有利的是，本文公開的多層膜并不需要復(fù)雜的沉積設(shè)備，潔凈室環(huán)境，或者通常的任何種類的對基底進行的表面清潔處理。
[0008]在一個方面，本發(fā)明提供了具有第一介電層和直接形成于第一介電層上的第二介電層的多層介電膜，第一介電層包括具有第一擊穿場強的第一材料，第二介電層包括具有小于第一擊穿場強的第二擊穿場強的第二材料。第一介電層在局部位置處具有小于第二擊穿場強的第三擊穿場強，并且多層介電膜在局部位置處具有高于第三擊穿場強的第四擊穿場強。局部位置可以是例如第一介電層中的裂紋或針孔。
[0009]在另一方面中，本發(fā)明提供了一種多層膜，其包括第一導(dǎo)電層，直接形成于第一導(dǎo)電層上的第一介電層，直接形成于第一介電層上的第二介電層，以及直接形成于第二介電層上的第二導(dǎo)電層。
[0010]在一個實施例中，多層膜包括第一導(dǎo)電層，通過已蒸發(fā)液體的冷凝直接形成于第一導(dǎo)電層上的第一介電層，直接形成于第一介電層上的不同的第二介電層，第二介電層不是通過已蒸發(fā)液體的冷凝形成的，以及直接形成于第二介電層上的第二導(dǎo)電層。第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層具有小于約百分之十的平均可見光透射率。
[0011]在另一個實施例中，多層膜包括具有至少十納米平均粗糙度表面的第一導(dǎo)電層；直接形成于第一導(dǎo)電層表面上并具有第一介電常數(shù)的第一介電層；直接形成于第一介電層上并具有大于第一介電常數(shù)的第二介電常數(shù)的不同的第二介電層；以及直接形成于第二介電層上的第二導(dǎo)電層。
[0012]在另一個實施例中，多層膜包括具有平均表面粗糙度為至少十納米的表面的第一金屬層，直接形成于第一金屬層的表面上并具有小于20的第一介電常數(shù)的第一介電層，直接形成于第一介電層上并具有大于20的第二介電常數(shù)的第二介電層，以及在第二介電層上經(jīng)過直接電鍍的第二金屬料層。
[0013]在另一個實施例中，多層膜包括大于十微米的厚度的第一導(dǎo)電層，直接形成于第一導(dǎo)電層的表面上并具有小于一微米的厚度的第一聚合物層，直接形成于聚合物層上并具有小于一微米的厚度的陶瓷層，以及直接形成于陶瓷層上并具有大于十微米的厚度的第二導(dǎo)電層。
[0014]在另一個實施例中，多層膜包括具有表面的第一導(dǎo)電層，設(shè)置在第一導(dǎo)電層表面上的第一介電層，設(shè)置在第一介電層上的第二介電層，以及設(shè)置在第二介電層上的第二導(dǎo)電層。第一介電層包含聚合物，并且第二介電層包含陶瓷。第一導(dǎo)電層具有至少10納米的平均表面粗糙度或至少10微米的厚度中的至少一者。
[0015]本發(fā)明還提供了多層膜在任何上述實施例中作為電容器的用途。
[0016]在本專利申請中，例如“一個”、“一種”和“所述”之類的術(shù)語并非僅指單一實體，而是包括一般類別，其具體實例可用于舉例說明。術(shù)語“一個”、“一種”和“所述”可以與術(shù)語“至少一種”互換使用。后接列表的短語中的至少一種(一個)”和“包括(包含)...中的至少一種(一個)”是指列表中的任一項以及列表中兩項或更多項的任何組合。除非另外指明，否則所有數(shù)值范圍均包括它們的端值在內(nèi)以及在端值之間的非整數(shù)值。
[0017]術(shù)語“第一”和“第二”在本發(fā)明中僅以其相對意義使用。應(yīng)當(dāng)理解，除非另外指明，那些術(shù)語僅為了在描述一個或多個實施例時的便利而使用。
[0018]術(shù)語“聚合物”包括均聚物和共聚物以及可以在可混溶的共混物中形成的均聚物或共聚物，例如通過共擠出或通過包括例如酯交換反應(yīng)在內(nèi)的反應(yīng)形成。共聚物包括無規(guī)共聚物和嵌段共聚物二者。
[0019]術(shù)語“交聯(lián)的”聚合物是指通過共價化學(xué)鍵，通常通過使分子或基團交聯(lián)從而將聚合物鏈連接在一起以形成網(wǎng)狀聚合物的聚合物。交聯(lián)聚合物通常特征在于其不溶性，但在存在適當(dāng)溶劑的情況下可以是溶脹性的。
[0020]本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在描述本發(fā)明所公開的每個實施例或每種實施方式。以下描述更具體地例示了示例性實施例。因此，應(yīng)當(dāng)理解，附圖和以下描述僅用于舉例說明的目的，而不應(yīng)被理解為是對本發(fā)明范圍的不當(dāng)限制。
【附圖說明】
[0021]結(jié)合附圖，結(jié)合以下對本發(fā)明的多個實施例的詳細說明，可更全面地理解本發(fā)明，其中:
[0022]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多層膜的實施例的示意圖，并且
[0023]圖2是示出了用于制備根據(jù)本發(fā)明的多層膜的方法和設(shè)備的實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的多層膜10的實施例的示意圖。膜10包括第一導(dǎo)電層12 ;設(shè)置在第一導(dǎo)電層12的表面上的第一介電層14 ;設(shè)置在第一介電層上的第二介電層16 ;以及設(shè)置在第二介電層上的第二導(dǎo)電層18。第一導(dǎo)電層12具有第一主表面22。第一介電層14分別具有第一主表面23和第二主表面24，其中第一主表面23與第一導(dǎo)電層12的第一主表面22接觸。第二介電層16分別具有第一主表面25和第二主表面26，其中第一主表面25與第一介電層14的第二主表面24接觸。第二導(dǎo)電層18分別具有第一主表面27和第二主表面28。在示例性的實施例中，第二導(dǎo)電層18的第一主表面27與第二介電層16的第二主表面26接觸。
[0025]在示例性的實施例中，表面22，23，24，25，26和27看起來是平坦的，彼此發(fā)生物理接觸的兩個相鄰表面各自100%接觸。然而，這并非必需的。在一些實施例中，第一導(dǎo)電層12、第一介電層14、第二介電層16、或第二導(dǎo)電層18中的任一者可以具有防止兩個相鄰表面在某些區(qū)域彼此接觸的表面粗糙度或表面特征。在一個實施例中，多層膜中的兩個相鄰主表面(例如，主表面22和23、主表面24和25、或主表面26和27)各自的基本部分是彼此物理接觸的。在一些實施例中，主表面的基本部分可以為主表面面積的至少50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%、或99%。因此，在一些實施例中，多層膜中兩個相鄰主表面(例如，主表面22和23、主表面24和25、或主表面26和27)各自面積的至少50%,60%,70%,75%,80%,85%,90%,95%,98%，或 99%是彼此物理接觸的。
[0026]第一導(dǎo)電層便利地充當(dāng)基底，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層建立在其之上，并且它還充當(dāng)例如最終電容器中的電極。第一導(dǎo)電層通常包含金屬并且可以包含導(dǎo)電單質(zhì)金屬、導(dǎo)電金屬合金、導(dǎo)電金屬氧化物、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬碳化物或?qū)щ娊饘倥鸹??？捎玫膶?dǎo)電金屬的例子包括單質(zhì)銀、銅、鋁、金、鈀、鉑、鎳、銠、釕、鋁、鋅、以及它們的組合。可用的導(dǎo)電金屬合金的例子包括不銹鋼。在一些實施例中，第一導(dǎo)電層便利地是金屬箔。在一些實施例中，金屬箔包括銅或鎳中的至少一種。例如，金屬箔可用包括銅或其合金、銅-殷鋼-銅-殷鋼、鎳、鎳-涂覆的銅。在一些實施例中，金屬箔包括不銹鋼。在一些實施例中，第一導(dǎo)電層是銅箔。銅箔可以購自多個供應(yīng)商(例如，紐約州胡西克福爾斯的橡樹一三井公司(Oak Mitsui, Hoosick Falls, NY)、亞利桑那州錢德勒的JX日礦日石金屬公司(JXNippon Mining&Metals, Chandler, AR)、肯塔基州路易斯維爾的奧林黃銅公司(Olin BrassCorporat1n, Louisville, KY)、以及德國巴恩斯多夫的卡爾舒?zhèn)惪斯?Carl SchlenkAG, Barnsdorf, Germany))。
[0027]就前述實施例中任一個的第一導(dǎo)電層12而言，該層可用具有至少1微米的厚度，在一些實施例中，具有至少5、10、15、或20微米的厚度。第一導(dǎo)電層的厚度可以為至多100微米，在一些實施例中，為75微米。例如，第一導(dǎo)電層的厚度可以在1微米至100微米，5微米至100微米，10微米至100微米，20微米至100微米，1微米至75微米或10微米至75微米的范圍內(nèi)。第一導(dǎo)電層的厚度可以根據(jù)例如多層膜所需的柔性而選擇或設(shè)計。
[0028]有利的是，根據(jù)本發(fā)明的多層膜經(jīng)常可以不清潔或處理第一導(dǎo)電層或基底而制備。然而，在一些實施例中，第一導(dǎo)電層可以被清潔，例如使用溶劑(例如，異丙醇)或者使用酸性蝕刻溶液(例如，包括鹽酸)。第一導(dǎo)電層還可以用電感耦合等離子體進行清潔。
[0029]導(dǎo)電的第一層可以具有多種表面粗糙度數(shù)值。例如，按照從制造商處所接收的，金屬箔可用具有5納米至250納米(nm)范圍內(nèi)的平均表面粗糙度。平均表面粗糙度是絕對值的算術(shù)平均值。表面粗糙度是通過輪廓曲線儀測量的，例如，紐約州普萊恩維尤的威科儀器公司(Veeco Instruments, Inc.，Plainview, NY)制造的 Dektak 6M 觸針式曲線儀，使用兩次或三次測量的平均值。在一些實施例中，第一介電層設(shè)置在其上的第一導(dǎo)電層表面的平均粗糙度為至少5nm、7.5nm或10nm。在一些實施例中，第一介電層設(shè)置在其上的第一導(dǎo)電層表面的平均粗糙度為至多250nm、200nm或1