(57)【要約】  本発明は、高比表面積導電性基材と、高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、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であって、高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とする、コンデンサを提供する。
2017026316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とする、コンデンサ。
【請求項２】
前記金属焼結体が、平均粒径の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
主成分である金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
金属焼結体が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項５】
主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項４に記載のコンデンサ。
【請求項６】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体および金属支持体を有して成り、
前記金属焼結体が、ネッキングにより前記金属支持体に支持されており、
前記金属焼結体と前記金属支持体を連結するネッキングの平均径が、金属焼結体中の金属粉同士のネッキングの平均径よりも大きく、
前記誘電体層が、前記高比表面積導電性多孔基材とは異なる起源の原子から形成されていることを特徴とする、コンデンサ。
【請求項７】
前記金属焼結体と前記金属支持体との界面近傍を構成する金属の融点が、金属焼結体の略中央部を構成する金属の融点よりも、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項６に記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記金属焼結体と前記金属支持体との界面近傍を構成する金属の融点が、金属支持体を構成する金属の融点よりも、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項６または７に記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記金属焼結体が、平均粒径の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１０】
主成分である金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、請求項９に記載のコンデンサ。
【請求項１１】
前記金属焼結体が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１２】
主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項１１に記載のコンデンサ。
【請求項１３】
前記金属焼結体を構成する金属が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｏおよびＦｅから選択される１種またはそれ以上の金属であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１４】
前記誘電体層が、原子層堆積法により形成されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１５】
前記上部電極が、原子層堆積法により形成されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１６】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
一の前記高比表面積導電性基材上に、前記高比表面積導電性基材、前記誘電体層および前記上部電極から構成される第１、第２、第３および第４静電容量形成部を有し、
第１静電容量形成部および第２静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の一方の主面上に存在し、
第３静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の他方の主面上に存在し、
第１静電容量形成部および第３静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置し、
第２静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１７】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材の一方の主面上に、前記高比表面積導電性基材、前記誘電体層および前記上部電極から構成される第１および第２静電容量形成部を有し、
高比表面積導電性基材の他方の主面上に、絶縁層を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のコンデンサが実装されている基板。
【請求項１９】
請求項６〜１７のいずれか１項に記載のコンデンサが、その高比表面積導電性基材の金属支持体が基板に密着するように配置されている基板。
【請求項２０】
請求項１６または１７に記載のコンデンサが、高比表面積導電性基材により複数連結されていることを特徴とする、コンデンサ集合基板。
【請求項２１】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とするコンデンサの製造方法であって、
少なくとも２種の金属粉の混合物を焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法。
【請求項２２】
前記金属粉の混合物が、平均粒径が異なる少なくとも２種の金属粉を含むことを特徴とする、請求項２１に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２３】
前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、請求項２１または２２に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２４】
前記金属粉の混合物が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉を含むことを特徴とする、請求項２１〜２２のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２５】
前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項２４に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２６】
前記金属粉の混合物が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉を含み、前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が１００℃以上低く、前記主成分となる金属粉の平均粒径が、前記主成分となる金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低い融点を有する前記金属粉の平均粒径の３倍以上であることを特徴とする、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２７】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体の表面を粗化し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法。
【請求項２８】
粗化された金属支持体の表面における、金属支持体表面の面内方向の凹部間の平均距離が、その上に配置される金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の１／３０以上１／２以下であることを特徴とする、請求項２７に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２９】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体上に、第１金属粉を配置し、その上に第２金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法。
【請求項３０】
前記第１金属粉の平均粒径が、前記第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の１／３０以上１／２以下であることを特徴とする、請求項２９に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項３１】
前記第１金属粉を構成する金属の融点が、前記第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低いことを特徴とする、請求項２９または３０に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項３２】
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体上に、低融点金属の層を形成し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含み、
前記低融点金属の融点が、金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低いことを特徴とする、前記コンデンサの製造方法。
【請求項３３】
前記金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、請求項２７〜３２のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項３４】
前記金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、金属粉混合物中の少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、請求項２７〜３３のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高密度実装化に伴って、より高い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、エッチング処理により多孔化された高比表面積アルミニウム箔を用いた電解コンデンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７０１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、コンデンサ用の高比表面積導電性基材を得る方法としては、金属箔をエッチング処理する方法が知られている。エッチング処理は、化学的な処理であり、例えば、電解液に処理すべき金属箔を浸し、電流を流すことにより行われる。従って、エッチング箔の細孔内には、化学処理に用いた薬品、例えば電解液に由来する不純物が残り得る。細孔内にこのような不純物が存在すると、コンデンサの耐電圧が低下するなど、不具合が生じ得る。【０００５】
本発明者らは、細孔内に不純物が少ない高比表面積導電性基材を得るべく検討した結果、金属焼結体をコンデンサの高比表面積導電性基材として用いることに思い至った。本発明者らは、さらに検討を進めた結果、単に金属粉を焼結させるだけでは、以下に示すような問題があり、優れた性能を有するコンデンサを提供することが難しいことに気付いた。【０００６】
（１）単に金属粉を焼結させただけでは、十分な静電容量と強度を両立できない。例えば、十分な強度を有する高比表面積導電性基材を得るためには、高温で処理し、焼結をより進行させる必要がある。しかしながら、金属粉の焼結が進行すると、金属焼結体の細孔が潰れ、十分な静電容量を得ることが困難になる。一方、十分な静電容量を得ることができる高比表面積導電性基材を得るためには、金属焼結体の細孔が保持されるように、低温で処理し、焼結をあまり進行させないようにする必要がある。しかしながら、焼結が十分でないと、十分な強度を確保することができない。【０００７】
（２）また、強度を確保するために、金属支持体上に金属焼結体を形成すると、金属粉の焼結の際の収縮により、金属支持体に反りが生じ得る。【０００８】
（３）さらに、金属支持体と金属焼結体を焼成した場合、金属支持体に焼結体が接合されにくく、十分に接合するためには、より高温での処理が必要となる。しかしながら、上記したように焼成を高温で行うと、高比表面積導電性基材の細孔が潰れ、十分な静電容量を得ることが困難になる。【０００９】
本発明の目的は、焼結体を高比表面積導電性基材として用いた、高い静電容量を有し、強度の高いコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の問題について鋭意検討した結果、複数種の金属粉を併用することにより、金属支持体を用いずに十分な静電容量と強度を両立でき、（１）の問題を解決できること、さらに、比較的低温での焼成が可能になることから（２）の問題を解決できることを見出した。さらに、金属支持体表面に粗化処理を行うことにより、あるいは、金属支持体表面に低融点金属を提供することにより、金属支持体と焼結体とを十分な強度で接合でき、（３）の問題を解決できることを見出した。【００１１】
従って、本発明は、
［１］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とする、コンデンサ；
［２］  前記金属焼結体が、平均粒径の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、上記［１］に記載のコンデンサ；
［３］  主成分である金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、上記［２］に記載のコンデンサ；
［４］  金属焼結体が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のコンデンサ；
［５］  主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［４］に記載のコンデンサ；
［６］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体および金属支持体を有して成り、
金属焼結体が、ネッキングにより金属支持体に支持されており、
前記金属焼結体と前記金属支持体を連結するネッキングの平均径が、金属焼結体中の金属粉同士のネッキングの平均径よりも大きく、
前記誘電体層が、前記高比表面積導電性多孔基材とは異なる起源の原子から形成されていることを特徴とする、コンデンサ；
［７］  前記金属焼結体と前記金属支持体との界面近傍を構成する金属の融点が、金属焼結体の略中央部を構成する金属の融点よりも、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［６］に記載のコンデンサ；
［８］  前記金属焼結体と前記金属支持体との界面近傍を構成する金属の融点が、金属支持体を構成する金属の融点よりも、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［６］または［７］に記載のコンデンサ；
［９］  前記金属焼結体が、平均粒径の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、上記［６］〜［８］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１０］  主成分である金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、上記［９］に記載のコンデンサ；
［１１］  前記金属焼結体が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉の焼結体であることを特徴とする、上記［６］〜［１０］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１２］  主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［１１］に記載のコンデンサ；
［１３］  前記金属焼結体を構成する金属が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｏおよびＦｅから選択される１種またはそれ以上の金属であることを特徴とする、上記［１］〜［１２］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１４］  前記誘電体層が、原子層堆積法により形成されていることを特徴とする、上記［１］〜［１３］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１５］  前記上部電極が、原子層堆積法により形成されていることを特徴とする、上記［１］〜［１４］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１６］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
一の前記高比表面積導電性基材上に、前記高比表面積導電性基材、前記誘電体層および前記上部電極から構成される第１、第２、第３および第４静電容量形成部を有し、
第１静電容量形成部および第２静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の一方の主面上に存在し、
第３静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の他方の主面上に存在し、
第１静電容量形成部および第３静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置し、
第２静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置することを特徴とする、上記［１］〜［５］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１７］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材の一方の主面上に、前記高比表面積導電性基材、前記誘電体層および前記上部電極から構成される第１および第２静電容量形成部を有し、
高比表面積導電性基材の他方の主面上に、絶縁層を有することを特徴とする、上記［１］〜［１５］のいずれかに記載のコンデンサ；
［１８］  上記［１］〜［１７］のいずれかに記載のコンデンサが実装されている基板；
［１９］  上記［６］〜［１７］のいずれかに記載のコンデンサが、その高比表面積導電性基材の金属支持体が基板に密着するように配置されている基板；
［２０］  上記［１６］または［１７］に記載のコンデンサが、高比表面積導電性基材により複数連結されていることを特徴とする、コンデンサ集合基板；
［２１］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とするコンデンサの製造方法であって、
少なくとも２種の金属粉の混合物を焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法；
［２２］  前記金属粉の混合物が、平均粒径が異なる少なくとも２種の金属粉を含むことを特徴とする、上記［２１］に記載のコンデンサの製造方法；
［２３］  前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉の平均粒径に対する、平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、上記［２１］〜［２２］に記載のコンデンサの製造方法；
［２４］  前記金属粉の混合物が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉を含むことを特徴とする、上記［２１］〜［２３］のいずれかに記載のコンデンサの製造方法；
［２５］  前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［２４］に記載のコンデンサの製造方法；
［２６］  前記金属粉の混合物が、融点の異なる少なくとも２種の金属粉を含み、前記金属粉の混合物の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が１００℃以上低く、前記主成分となる金属粉の平均粒径が、前記主成分となる金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低い融点を有する前記金属粉の平均粒径の３倍以上であることを特徴とする、請上記［２１］〜［２５］のいずれかに記載のコンデンサの製造方法；
［２７］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体の表面を粗化し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法；
［２８］  粗化された金属支持体の表面における、金属支持体表面の面内方向の凹部間の平均距離が、その上に配置される金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の１／３０以上１／２以下であることを特徴とする、上記［２７］に記載のコンデンサの製造方法；
［２９］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体上に、第１金属粉を配置し、その上に第２金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含む、前記コンデンサの製造方法；
［３０］  前記第１金属粉の平均粒径が、前記第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の１／３０以上１／２以下であることを特徴とする、上記［２９］に記載のコンデンサの製造方法；
［３１］  前記第１金属粉を構成する金属の融点が、前記第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低いことを特徴とする、上記［２９］または［３０］に記載のコンデンサの製造方法；
［３２］  高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
誘電体層上に位置する上部電極と
を有して成り、
前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサの製造方法であって、
前記金属支持体上に、低融点金属の層を形成し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して前記高比表面積導電性基材を作製することを含み、
前記低融点金属の融点が、金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも１００℃以上低いことを特徴とする、前記コンデンサの製造方法；
［３３］  金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比が、１／３以下であることを特徴とする、上記［２７］〜［３２］のいずれかに記載のコンデンサの製造方法；
［３４］  金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点に対して、金属粉混合物中の少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低いことを特徴とする、上記［２７］〜［３３］のいずれかに記載のコンデンサの製造方法；
を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、金属焼結体をコンデンサの高比表面積導電性基材として用いるコンデンサにおいて、金属焼結体を、複数種の金属粉を併用して形成することにより、十分な静電容量と強度の両方を得ることが可能になる。また、高比表面積導電性基材を、金属支持体上に金属粉を配置し、これらを焼成して得る場合、金属支持体表面に粗化処理を行うことにより、あるいは、金属支持体表面に低融点金属を提供することにより、金属支持体と焼結体とを十分な強度で接合することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態におけるコンデンサ１の概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示すコンデンサ１の導電性金属基材の概略平面図である。
【図３】図３は、図１に示すコンデンサ１の高空隙率部の断面を模式的に示す拡大図である。
【図４】図４は、図１に示すコンデンサ１の低空隙率部の断面を模式的に示す拡大図である。
【図５−１】図５（ａ）〜（ｃ）は、図１に示すコンデンサ１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５−２】図５（ｄ）〜（ｇ）は、図１に示すコンデンサ１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、図５（ｆ）に示す集合基板の概略斜視図である。
【図７】図７は、本発明の１つの実施形態におけるコンデンサ２１の概略断面図である。
【図８】図８は、図７に示すコンデンサ２１の導電性金属基材の概略平面図である。
【図９】図９は、図７に示すコンデンサ２１の高空隙率部の断面を模式的に示す拡大図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、金属支持体と金属焼結体からなる導電性金属基材の概略断面図である。
【図１１−１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、図７に示すコンデンサ２１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１１−２】図１１（ｄ）〜（ｆ）は、図７に示すコンデンサ２１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の金属焼結体のネッキングの平均径を説明するための、金属焼結体の断面を模式的に表す図である。
【図１３】図１３は、本発明の金属焼結体と金属支持体間のネッキングの平均径を説明するための、高比表面積導電性基材の断面を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のコンデンサについて、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、各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。
【００１５】
尚、本明細書において、「静電容量形成部」とは、コンデンサにおいて静電容量を得るための部分であって、導電体（電極）−誘電体−導電体（電極）の構造を有する。例えば、静電容量形成部は、高比表面積導電性基材−誘電体層−上部電極の構造であり得る。また、高比表面積導電性基材のうち、静電容量形成部を構成する部分を、「多孔部」とも称する。尚、多孔部とは、典型的には複数の細孔を有する構造部分を意味するが、これに限定されず、高比表面積を実現するための他の構造を有する部分も意味する。
【００１６】
１．高比表面積導電性基材が、金属支持体を有しないコンデンサ
【００１７】
本発明は、第１の要旨において、高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
前記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とする、コンデンサを提供する。
【００１８】
一の実施形態における、コンデンサ１の概略断面図を図１（ただし、簡単のために、高比表面積導電性基材の多孔構造は示していない）に示し、高比表面積導電性基材の概略平面図を図２に示す。また、高比表面積導電性基材の高空隙率部（多孔部）および低空隙率部の断面の拡大図を、それぞれ図３および図４に模式的に示す。
【００１９】
図１、図２、図３および図４に示されるように、本実施形態のコンデンサ１は、略直方体形状を有している。コンデンサ１は、概略的には、４つの静電容量形成部２ａ、２ａ’、２ｂおよび２ｂ’を有する。静電容量形成部２ａは、高比表面積導電性基材３の高空隙率部５ａと、高空隙率部５ａ上に形成された誘電体層６ａと、誘電体層６ａ上に形成された上部電極７ａとから構成される。静電容量形成部２ａ’は、静電容量形成部２ａと高比表面積導電性基材３を介して対向するように、高空隙率部５ａ、誘電体層６ａ’および上部電極７ａ’から構成される。静電容量形成部２ｂは、高比表面積導電性基材３の高空隙率部５ｂと、高空隙率部５ｂ上に形成された誘電体層６ｂと、誘電体層６ｂ上に形成された上部電極７ｂとから構成される。静電容量形成部２ｂ’は、静電容量形成部２ｂと高比表面積導電性基材３を介して対向するように、高空隙率部５ｂ、誘電体層６ｂ’および上部電極７ｂ’から構成される。高比表面積導電性基材３は、相対的に空隙率が高い高空隙率部（多孔部ともいう）５ａ，５ｂと、相対的に空隙率が低い低空隙率部４を有する。高空隙率部５ａ，５ｂの周囲には、低空隙率部４が位置している。即ち、低空隙率部４は、高空隙率部５ａ，５ｂを囲んでいる。高空隙率部５ａ，５ｂは、多孔構造を有しており、即ち多孔部に相当する。静電容量形成部２ａと静電容量形成部２ａ’は、高比表面積導電性基材３の高空隙率部５ａにより電気的に接続されており、静電容量形成部２ｂと静電容量形成部２ｂ’は、高比表面積導電性基材３の高空隙率部５ｂにより電気的に接続されている。また、静電容量形成部２ａおよび２ａ’と静電容量形成部２ｂおよび２ｂ’は、高比表面積導電性基材３の低空隙率部４により電気的に直列に接続されている。上部電極７ａ、７ａ’、７ｂおよび７ｂ’上には、それぞれ、外部電極８ａ、８ａ’、８ｂおよび８ｂ’が形成されている。低空隙率部４上には、絶縁部９が形成されている。絶縁部９は、静電容量形成部２ａおよび２ａ’の上部電極および外部電極と、静電容量形成部２ｂおよび２ｂ’の上部電極および外部電極とを電気的に離隔している。
【００２０】
上記のような金属焼結体からなる高比表面積導電性基材を用いたコンデンサは、高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されているので、基材の多くの部分を静電容量形成部として利用することができ、より高い静電容量密度を得ることができる。また、高比表面積導電性基材の多孔部の細孔が、基材を貫通するように形成されていることから、気相法、例えば原子層堆積法により誘電体層を形成する場合に、細孔の細部にまで効率良くガスが行き届き、処理時間を短縮することができる。さらに、支持体を有しないので、高比表面積導電性基材の反りを抑制することができる。
【００２１】
上記のような高比表面積導電性基材と、高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、誘電体層上に位置する上部電極とを有して成り、上記高比表面積導電性基材全体が、金属焼結体により構成されていることを特徴とするコンデンサは、少なくとも２種の金属粉の混合物を焼成することを含む方法により得ることができる。例えば以下のようにして製造される。
【００２２】
まず、金属焼結体からなる高比表面積導電性基材３を準備する（図５（ａ））。
【００２３】
上記高比表面積導電性基材３（即ち、金属焼結体）は、１種または２種以上の金属粉を焼成することにより、得ることができる。
【００２４】
好ましい態様において、金属焼結体は、少なくとも２種の金属粉を混合して焼成することにより得ることができる。このように２種以上の金属粉を混合して焼成することにより、支持体を有しないにもかかわらず、高い強度を有する高比表面積導電性基材を得ることができ、高静電容量密度および高強度を両立することができる。
【００２５】
ここに、本明細書において「金属粉」とは、金属粒子の集合物であり、粒度分布が実質的に１つのピークを示すものを意味する。即ち、同じ構成元素、例えばＮｉから成る金属粉であっても、粒度分布が異なれば、異なる金属粉とみなす。また、金属粉の形状は、特に限定されず、球状、楕円状、針状、棒状、ワイヤー状等であってもよい。
【００２６】
金属粉を構成する金属としては、導電性であれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金が挙げられる。
【００２７】
金属粉を構成する金属は、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｏまたはＦｅである。このような金属を用いることにより、金属焼結体の等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を低減することができる。また、これらの金属は、比抵抗が低く、高融点であることから、高温でのアニール処理が可能であり、高品質の誘電体膜を得ることができる。
【００２８】
一の態様において、金属粉の混合物は、平均粒径が異なる少なくとも２種、例えば２種、３種または４種の金属粉を含む。平均粒径が異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても焼結体の強度が向上する。
【００２９】
ここに、金属粉の「平均粒径」とは、平均粒径Ｄ５０（体積基準の累積百分率５０％相当粒径）を意味する。かかる平均粒径Ｄ５０は、例えば動的光散乱式粒度分析計（日機装株式会社製、ＵＰＡ）により測定することができる。
【００３０】
また、金属焼結体における平均粒径は、金属焼結体を集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工で薄片に加工し、この薄片試料の所定の領域（例えば、５μｍ×５μｍ）を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて撮影し、得られた画像を画像解析することにより求めることができる。
【００３１】
好ましい態様において、金属粉混合物のうち、主成分の金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比は、１／３以下であり、好ましくは１／４以下であり、さらに好ましくは１／５以下である。このような平均粒径比とすることにより、高比表面積導電性基材として用いるのに十分な機械的強度を確保することができ、コンデンサの不良率を低減することができる。一方、主成分の金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比は、好ましくは１／３０以上、より好ましくは１／２０以上、さらに好ましくは１／１５以上である。このような平均粒径比とすることにより、空隙率をより大きくすることができ、より大きな静電容量を得ることができる。
【００３２】
金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量は、金属粉混合物全体に対して、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上であり得る。金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量を５質量％以上とすることにより、より金属焼結体の強度が高くなる。一方、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量は、好ましくは４８質量％以下、より好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３０質量％以下であり得る。金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量を４８質量％以下とすることにより、より空隙を保持することができ、より高い静電容量を得ることができる。
【００３３】
別の態様において、金属粉の混合物は、融点が異なる少なくとも２種、例えば２種、３種または４種の金属粉を含む。融点が異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても焼結体の強度が向上する。
【００３４】
好ましい態様において、金属粉混合物において、金属焼結体の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低い、より好ましくは１５０℃以上低い、さらに好ましくは２００℃以上低い。このように融点の異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても、低融点の金属粉により焼成が進行し、十分な空隙率と強度を備えた金属焼結体を得ることができる。
【００３５】
金属焼結体の主成分となる金属粉と、低融点の金属粉の組み合わせは、特に限定されないが、例えば、ＮｉとＣｕの組み合わせが挙げられる。
【００３６】
次に、上記で得られた高比表面積導電性基材３に、溝部１１を形成する（図５（ｂ））。上記溝部は、低空隙率部４に対応し、その他の部分が高空隙率部５ａ，５ｂ（以下、まとめて「高空隙率部５」ともいう）に対応する。
【００３７】
本明細書において、「高空隙率部」とは、高比表面積導電性基材の低空隙率部よりも空隙率が高く、比表面積が大きい部分を意味し、本発明において静電容量形成部を構成する。高空隙率部５は、高比表面積導電性基材３の比表面積を大きくし、コンデンサ１の静電容量をより大きくする。
【００３８】
高空隙率部５の空隙率は、比表面積を大きくして、コンデンサの静電容量をより大きくする観点から、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上であり得る。また、機械的強度を確保する観点から、９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましい。
【００３９】
本明細書において、「空隙率」とは、高比表面積導電性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、上記高比表面積導電性基材の空隙は、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。
【００４０】
まず、高比表面積導電性基材を、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工で薄片に加工する。この薄片試料の所定の領域（例えば、５μｍ×５μｍ）を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて撮影する。得られた画像を画像解析することにより、高比表面積導電性基材の金属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。
空隙率（％）＝（（測定面積−基材の金属が存在する面積）／測定面積）×１００
【００４１】
上記低空隙率部４は、上記のようにして得られた金属焼結体の一部の細孔を潰す（または埋める）ことにより、形成することができる。細孔を潰す（埋める）方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザー照射等により金属を溶融させて細孔を潰す方法、あるいは、金型加工、プレス加工により圧縮して細孔を潰す方法が挙げられる。上記レーザーとしては、特に限定されないが、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、ならびにフェムト秒レーザー、ピコ秒レーザーおよびナノ秒レーザー等の全固体パルスレーザーが挙げられる。より精細に形状および空隙率を制御できることから、フェムト秒レーザー、ピコ秒レーザーおよびナノ秒レーザー等の全固体パルスレーザーが好ましい。
【００４２】
低空隙率部４の空隙率は、好ましくは２５％以下、より好ましくは１５％以下である。また、低空隙率部は、空隙率が０％であってもよい。即ち、低空隙率部は、空隙を有していてもよいが、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。
【００４３】
尚、低空隙率部は、本発明において必須の構成要素ではなく、存在しなくてもよい。例えば、図１において低空隙率部４が存在せず、低空隙率部４が存在する箇所が、高空隙率部であってもよい。ただし、この場合、低空隙率部４の代わりに存在する高空隙率部上には、上部電極、外部電極等は形成されず、絶縁部が形成される。
【００４４】
本実施形態においては、高比表面積導電性基材３は、高空隙率部５と、その周囲に存在する低空隙率部４から成るが、本発明はこれに限定されない。即ち、高空隙率部および低空隙率部の存在位置、設置数、大きさ、形状、両者の比率等は、特に限定されない。例えば、高比表面積導電性基材は、高空隙率部のみからなってもよい。また、高空隙率部と低空隙率部の比率を調整することにより、コンデンサの静電容量を制御することができる。
【００４５】
上記高空隙率部５の厚みは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば５μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下であってもよい。尚、高空隙率部の厚みとは、細孔がすべて埋まっていると仮定した場合の高空隙率部の厚みを意味する。
【００４６】
次に、低空隙率部４上（溝１１内）に、樹脂を注入し、絶縁部９を形成する（図５（ｃ））。絶縁部９は、低空隙率部４内部の空隙を埋めるようにして形成される。このように内部の空隙を埋めることにより、後の誘電体層および上部電極が、低空隙率部上に形成されることを防止することができる。従って、絶縁部９は、隣接する静電容量形成部の上部電極間および外部電極間を電気的に離隔するように機能する。
【００４７】
絶縁部９を形成する材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、後に原子層堆積法を利用する場合、耐熱性を有する樹脂が好ましい。絶縁部９を形成する絶縁材料としては、各種ガラス材料、セラミック材料、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂が好ましい。
【００４８】
絶縁部９は、上記絶縁材料を塗布することにより形成される。絶縁材料の塗布方法としては、エアー式ディスペンサー、ジェットディスペンサー、スクリーン印刷、静電塗布、インクジェット、フォトリソグラフィー等が挙げられる。
【００４９】
尚、本発明のコンデンサにおいて、絶縁部９は必須の要素ではなく、存在しなくてもよい。
【００５０】
次に、高空隙率部５上に、それぞれ、誘電体層６ａ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’（以下、まとめて「誘電体層６ともいう」）を形成する（図５（ｄ））。
【００５１】
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）等または超臨界流体を用いる方法により形成される。高空隙率部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、ＡＬＤ法がより好ましい。
【００５２】
上記誘電体層６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、ＡｌＯｘ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＯｘ（例えば、ＳｉＯ２）、ＡｌＴｉＯｘ、ＳｉＴｉＯｘ、ＨｆＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＨｆＳｉＯｘ、ＺｒＳｉＯｘ、ＴｉＺｒＯｘ、ＴｉＺｒＷＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｒＴｉＯｘ、ＰｂＴｉＯｘ、ＢａＴｉＯｘ、ＢａＳｒＴｉＯｘ、ＢａＣａＴｉＯｘ、ＳｉＡｌＯｘ等の金属酸化物；ＡｌＮｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＳｃＮｘ等の金属窒化物；またはＡｌＯｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、ＨｆＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＣｘＯｙＮｚ等の金属酸窒化物が挙げられ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＨｆＳｉＯｘが好ましい。なお、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。また、誘電体層が異なる複数の層からなる層状化合物であってもよい。
【００５３】
誘電体層の厚みは、特に限定されないが、例えば３ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。誘電体層の厚みを３ｎｍ以上とすることにより、絶縁性を高めることができ、漏れ電流を小さくすることが可能になる。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可能になる。誘電体層６ａ、６ｂは絶縁部９上に形成されていてもよい。
【００５４】
次に、誘電体層６ａ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’上に、それぞれ、上部電極７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’（以下、まとめて「上部電極７」ともいう）を形成する（図５（ｅ））。
【００５５】
上部電極は、ＡＬＤ法により形成してもよい。ＡＬＤ法を用いることにより、コンデンサの静電容量をより大きくすることができる。別法として、誘電体層を被覆し、基材の細孔を実質的に埋めることのできる、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）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で、上部電極を形成してもよい。好ましくは、誘電体層上にＡＬＤ法で導電性膜を形成し、その上から他の手法により、導電性材料、好ましくはより電気抵抗の小さな物質で細孔を充填して上部電極を形成してもよい。このような構成とすることにより、効率的により高い静電容量密度および低い等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を得ることができる。
【００５６】
上記上部電極７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、ＴｉＯＮが好ましい。
【００５７】
上部電極の厚みは、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。
【００５８】
尚、上部電極を形成後、上部電極がコンデンサ電極としての十分な導電性を有していない場合には、スパッタ、蒸着、めっき等の方法で、上部電極の表面に追加でＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ等からなる引き出し電極層を形成してもよい。
【００５９】
また、上部電極層７ａ、７ｂおよび引き出し電極層は、絶縁部９上に形成されない方法で形成するのが好ましい。例えば、上部電極層７ａ、７ｂおよび引き出し電極層が絶縁部９上に形成されないように、予め絶縁部９上にマスクを形成し、上部電極層７ａ、７ｂおよび引き出し電極層を形成し、その後、マスクならびにマスク上の上部電極層７ａ、７ｂおよび引き出し電極層を除去してもよい。上部電極層または引き出し電極層が絶縁部９上に形成された場合には、例えば、レーザー、グラインドにより、上部電極層および引き出し電極層を除去することができる。別法として、薬液によるエッチング処理により、上部電極層および引き出し電極層を除去することができる。
【００６０】
次に、上部電極７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’上に、それぞれ、外部電極８ａ，８ａ’，８ｂ，８ｂ’（以下、まとめて「外部電極８」ともいう）を形成する（図５（ｆ））。
【００６１】
外部電極８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。
【００６２】
上記外部電極８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等の金属および合金、ならびに導電性高分子などが挙げられる。
【００６３】
尚、上記外部電極８は、必須の要素ではなく、存在しなくてもよい。この場合、上部電極７が外部電極としても機能する。つまり、上部電極７ａおよび上部電極７ｂが一対の電極として機能してもよい。この場合、上部電極７ａがアノードとして機能し、上部電極７ｂがカソードとして機能してもよい。あるいは、上部電極７ａがカソードとして機能し、上部電極７ｂがアノードとして機能してもよい。
【００６４】
このようにして得られる基板は、本実施形態のコンデンサ１が、高比表面積導電性基材により複数連結されて、マトリックス状に配置されたコンデンサ集合基板１２となる（図６）。
【００６５】
従って、本発明は、本発明のコンデンサが、高比表面積導電性基材により複数連結されていることを特徴とする、コンデンサ集合基板をも提供する。
【００６６】
次に、得られたコンデンサ集合基板１２を、絶縁部９の中心部をフルカットすることにより、各部品に個片化する（図５（ｇ））。
【００６７】
上記のカットは、各種レーザー装置、ダイサー、各種刃物、金型を用いて行うことができ、レーザー装置、特にファイバーレーザー装置、ナノ秒レーザー装置を用いることが好ましい。
【００６８】
このようにして得られたコンデンサ１は、
高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
一の高比表面積導電性基材上に、高比表面積導電性基材、誘電体層および上部電極から構成される第１、第２、第３および第４静電容量形成部を有し、
第１静電容量形成部および第２静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の一方の主面上に存在し、
第３静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材の他方の主面上に存在し、
第１静電容量形成部および第３静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置し、
第２静電容量形成部および第４静電容量形成部が、高比表面積導電性基材を介して対向して位置することを特徴とする。
【００６９】
以上、本実施形態のコンデンサ１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。
【００７０】
例えば、本実施形態において、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。
【００７１】
また、本実施形態においては、高比表面積導電性基材の両主面側に静電容量形成部を有するが、一方のみに静電容量形成部を有していてもよい。即ち、図１の下面側の静電容量形成部２ａ’および２ｂ’が存在せずに、代わりに絶縁部９が存在してもよい。また、四つの外部電極８ａ、８ａ’、８ｂ、８ｂ’のうち、８ａまたは８ａ’のいずれか一方が存在せずに、代わりに絶縁部９が存在してもよく、８ｂまたは８ｂ’のいずれか一方が存在せずに、代わりに絶縁部９が存在してもよい。
【００７２】
即ち、上記のようなコンデンサは、高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
高比表面積導電性基材の一方の主面上に、高比表面積導電性基材、誘電体層および上部電極から構成される第１および第２静電容量形成部を有し、
高比表面積導電性基材の他方の主面上に、絶縁層を有する。
【００７３】
さらに、各層の間に、層間の密着性を高める為の層、または、各層間の成分の拡散を防止するためのバッファー層等を有していてもよい。また、コンデンサの側面等に、保護層を有していてもよい。
【００７４】
２．高比表面積導電性基材が、金属支持体とこれに支持された金属焼結体を有するコンデンサ
【００７５】
本発明は、第２の要旨において、高比表面積導電性基材と、
高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、
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であって、
高比表面積導電性基材が、金属焼結体および金属支持体を有して成り、
金属焼結体が、金属支持体により支持されていることを特徴とする、コンデンサを提供する。
【００７６】
一の実施形態における、コンデンサ２１の概略断面図を図７（ただし、簡単のために、空隙は示していない）に示し、高比表面積導電性基材の概略平面図を図８に示す。また、高比表面積導電性基材の高空隙率部の断面の拡大図を、図９に模式的に示す。
【００７７】
図７、図８および図９に示されるように、本実施形態のコンデンサ２１は、略直方体形状を有しており、概略的には、高比表面積導電性基材２２と、高比表面積導電性基材２２上に形成された誘電体層２３と、誘電体層２３上に形成された上部電極２４とを有して成る。高比表面積導電性基材２２は、一方の主面側に相対的に空隙率が高い高空隙率部２５と、相対的に空隙率が低い低空隙率部２６を有する。高空隙率部２５は、高比表面積導電性基材２２の第１主面の中央部に位置し、その周囲には、低空隙率部２６が位置している。即ち、低空隙率部２６は、高空隙率部２５を囲んでいる。高空隙率部２５は、多孔構造を有している。また、高比表面積導電性基材２２は、他方の主面（第２主面）側に金属支持体２７を有する。即ち、高空隙率部２５および低空隙率部２６は高比表面積導電性基材２２の第１主面を構成し、支持体２７は高比表面積導電性基材２の第２主面を構成する。図７において、第１主面は、高比表面積導電性基材２２の上面であり、第２主面は、高比表面積導電性基材２２の下面である。コンデンサ２１の末端部において、低空隙率部２６と誘電体層２３の間には絶縁部２８が存在する。コンデンサ２１は、上部電極２４上に第１外部電極２９を、および高比表面積導電性基材２２の支持体２７側の主面上に第２外部電極３０を備える。本実施形態のコンデンサ２１において、第１外部電極２９と上部電極２４とは電気的に接続されており、第２外部電極３０と支持体２７は電気的に接続されている。上部電極２４と、高比表面積導電性基材２２の高空隙率部２５は、誘電体層２３を介して向かい合っており、上部電極２４と高比表面積導電性基材２２に通電すると、誘電体層２３に電荷を蓄積することができる。
【００７８】
金属支持体およびそれにより保持された金属焼結体を有する高比表面積導電性基材は、強度が高く、誘電体層のクラックの発生などの不具合が生じにくい。
【００７９】
上記のような高比表面積導電性基材と、高比表面積導電性基材上に位置する誘電体層と、誘電体層上に位置する上部電極とを有して成り、前記高比表面積導電性基材が、金属焼結体、および金属焼結体を支持する金属支持体を有するコンデンサは、金属支持体上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成して高比表面積を有する導電性基材を作製することを含む方法により得ることができる。例えば以下のようにして製造される。
【００８０】
まず、金属焼結体と金属焼結体を支持する金属支持体から成る高比表面積導電性基材を準備する。
【００８１】
上記高比表面積導電性基材は、金属支持体上に金属粉または金属粉の混合物を配置し、次いで、これらを焼成することにより得ることができる。
【００８２】
金属支持体を構成する金属は、特に限定されず、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金が挙げられる。金属支持体を構成する金属は、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｏまたはＦｅである。このような金属を用いることにより、等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を低減することができる。また、これらの金属は、比抵抗が低く、高融点であることから、高温でのアニール処理が可能であり、高品質の誘電体膜を得ることができる。
【００８３】
高比表面積導電性基材上に配置される金属粉の混合物は、上記したコンデンサ１において用いられる金属粉の混合物と同様のものであり得る。
【００８４】
金属粉を構成する金属としては、導電性であれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金が挙げられる。
【００８５】
金属粉を構成する金属は、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｏまたはＦｅである。このような金属を用いることにより、金属焼結体の等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を低減することができる。また、これらの金属は、比抵抗が低く、高融点であることから、高温でのアニール処理が可能であり、高品質の誘電体膜を得ることができる。
【００８６】
一の態様において、金属粉の混合物は、平均粒径が異なる少なくとも２種、例えば２種、３種または４種の金属粉を含む。平均粒径が異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても焼結体の強度が向上する。
【００８７】
好ましい態様において、金属粉混合物のうち、主成分の金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比は、１／３以下であり、好ましくは１／４以下であり、さらに好ましくは１／５以下である。このような平均粒径比とすることにより、高比表面積導電性基材として用いるのに十分な機械的強度を確保することができ、コンデンサの不良率を低減することができる。一方、主成分の金属粉の平均粒径に対する、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の平均粒径の比は、好ましくは１／３０以上、より好ましくは１／２０以上、さらに好ましくは１／１５以上である。このような平均粒径比とすることにより、空隙率をより大きくすることができ、より大きな静電容量を得ることができる。
【００８８】
金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量は、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上であり得る。金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量を５質量％以上とすることにより、より金属焼結体の強度が高くなる。一方、金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量は、好ましくは４８質量％以下、より好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３０質量％以下であり得る。金属粉混合物中の平均粒径が最も小さい金属粉の含有量を４８質量％以下とすることにより、より空隙を保持することができ、より高い静電容量を得ることができる。
【００８９】
別の態様において、金属粉の混合物は、融点が異なる少なくとも２種、例えば２種、３種または４種の金属粉を含む。融点が異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても焼結体の強度が向上する。
【００９０】
好ましい態様において、金属粉混合物において、金属焼結体の主成分となる金属粉を構成する金属の融点に対して、少なくとも１種の金属粉を構成する金属の融点が、１００℃以上低い、より好ましくは１５０℃以上低い、さらに好ましくは２００℃以上低い。このように融点の異なる金属粉を用いることにより、より低温で焼成した場合であっても、低融点の金属粉により焼成が進行し、十分な空隙率と強度を備えた金属焼結体を得ることができる。
【００９１】
金属焼結体の主成分となる金属粉と、低融点の金属粉の組み合わせは、特に限定されないが、例えば、ＮｉとＣｕの組み合わせが挙げられる。
【００９２】
一の好ましい態様において、高比表面積導電性基材は、金属支持体の表面を粗化し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成することにより得られる。
【００９３】
金属支持体の表面を粗化する方法としては、例えば硫酸−過酸化水素系エッチング剤、硝酸系エッチング剤等を用いたエッチング等の化学的方法、あるいはサンドブラスト、やすり等の物理的方法が挙げられる。
【００９４】
粗化された金属支持体の表面は凹凸を有し、金属支持体表面の面内方向の凹部間の平均距離は、その上に配置される金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の、好ましくは１／３０以上、より好ましくは１／２０以上、さらに好ましくは１／１５以上であり、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／３以下、さらに好ましくは１／４以下であり得る。金属支持体表面の凹凸の短辺長をこのような範囲とすることにより、金属支持体と金属焼結体とをより強固に接合することができる。
【００９５】
金属支持体表面の面内方向の凹部間の平均距離は、表面走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）を用いて、所定の領域（例えば、３μｍ×３μｍ）に、この領域を４つの正方形に分ける２本の直線を引き、その直線上の凹部間の距離の平均値として求めることができる。
【００９６】
この態様において得られる高比表面積導電性基材においては、金属焼結体と金属支持体を連結するネッキング（即ち、金属焼結体を構成する金属粉と金属支持体とのネッキング）の平均径が、金属焼結体中の金属粉同士のネッキングの平均径よりも大きくなる。
【００９７】
ネッキングの平均径は、ＦＩＢ加工により得られた薄片試料の所定の領域を、ＴＥＭを用いて撮影し、得られた画像を画像解析することにより求めることができる。即ち、金属粉と金属支持体、もしくは金属粉同士が連結するネッキング部分の最小幅を測定し、２０のネッキングの測定値の平均として定義する。尚、前記２０のネッキングは、無作為に選択した５０のネッキングのうち、測定値が大きな２０のネッキングを選択する。例えば、金属粉同士のネッキングの平均径は、図１２に矢印で示されるような、金属焼結体３１における粒子間のネッキング部位３３の最細部の平均値である。また、金属粉と金属支持体との間のネッキングは、図１３に矢印で示されるような、金属焼結体３１粒子と金属支持体２７との間のネッキング部位３４の最細部の平均値である。
【００９８】
一の好ましい態様において、高比表面積導電性基材は、金属支持体上に、第１金属粉を配置し、その上に第２金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成することより得られる。
【００９９】
上記第２金属粉または金属粉混合物は、上記した態様における金属粉および金属粉混合物に対応し、上記第１金属粉は、これらとは別の金属粉である。
【０１００】
第１金属粉を構成する金属としては、導電性であれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金が挙げられる。
【０１０１】
一の態様において、第１金属粉の平均粒径は、第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の１／２以下、好ましくは１／３以下であり、より好ましくは１／４以下であり、さらに好ましくは１／５以下である。また、第１金属粉の平均粒径は、第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の平均粒径の、好ましくは１／３０以上、より好ましくは１／２０以上、さらに好ましくは１／１５以上である。第１金属粉の平均粒径をこのような範囲とすることにより、金属焼結体と金属支持体をより強固に接合することができる。
【０１０２】
この態様において得られる高比表面積導電性基材においては、金属焼結体と金属支持体を連結するネッキングの平均径が、金属焼結体の略中央部におけるネッキングの平均径よりも大きくなる。
【０１０３】
一の態様において、第１金属粉を構成する金属の融点は、第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い。第１金属粉を構成する金属として、融点の低い金属を選択することにより、金属支持体と金属焼結体とをより強固に接合することができる。
【０１０４】
この態様において得られる高比表面積導電性基材においては、金属焼結体と金属支持体との界面近傍に、金属焼結体の略中央部を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い金属が存在する。
【０１０５】
好ましい態様において、第１金属粉を構成する金属の融点は、金属支持体を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い。
【０１０６】
この態様において得られる高比表面積導電性基材においては、金属焼結体と金属支持体との界面近傍に、金属支持体を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い金属が存在する。
【０１０７】
この態様において、第１金属粉は、好ましくはＣｕである。また、第１金属粉と、第２金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉の組み合わせは、特に限定されないが、例えば、ＮｉとＣｕの組み合わせが好ましい。
【０１０８】
第１金属粉は、高比表面積導電性基材上に、好ましくは０．３μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上の層として配置される。第１金属粉の層を１μｍ以上の層とすることにより、より強固に金属焼結体と金属支持体を結合させることができる。また、第１金属粉は、高比表面積導電性基材上に、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下の層として配置される。第１金属粉の層を３０μｍ以下の層とすることにより、静電容量をより大きくすることができる。
【０１０９】
一の好ましい態様において、高比表面積導電性基材は、金属支持体上に、低融点金属層を形成し、その上に金属粉または金属粉混合物を配置し、次いで、これらを焼成することより得られる。
【０１１０】
低融点金属層を構成する金属の融点は、その上に配置する金属粉または金属粉混合物の主成分である金属粉を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い。低融点金属層を構成する金属として、融点の低い金属を選択することにより、金属支持体と金属焼結体とをより強固に接合することができる。
【０１１１】
低融点金属層を構成する金属としては、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金が挙げられる。
【０１１２】
低融点金属層の厚みは、好ましくは０．３μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上であり得る。低融点金属層の厚みを１μｍ以上とすることにより、金属支持体と金属焼結体とをより強固に接合することができる。また、低融点金属層の厚みは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下であり得る。低融点金属層の厚みを３０μｍ以下とすることにより、静電容量をより大きくすることができる。
【０１１３】
この態様において得られる高比表面積導電性基材においては、金属焼結体と金属支持体との界面近傍に、金属焼結体の略中央部を構成する金属の融点よりも、１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上低い金属が存在する。
【０１１４】
上記した金属支持体の粗化処理、金属支持体上への第１金属粉の配置、および金属支持体上への低融点金属層の形成は、金属支持体の全面に行ってもよく、また、金属焼結体を形成する箇所にのみ形成してもよい。例えば、金属支持体の上面全体を処理して、全体に金属焼結体を形成した場合、図１０（ａ）に示すように、金属支持体２７上全体に金属焼結体３１が設けられた高比表面積導電性基材２２が得られる。一方、金属支持体の一部のみを処理して、その上に金属焼結体を形成した場合、図１０（ｂ）に示すように、金属支持体２７上の一部に金属焼結体３１が設けられた高比表面積導電性基材２２が得られる。
【０１１５】
このように形成された高比表面積導電性基材は、金属支持体と金属焼結体の界面近傍では焼結が進行していることから、金属支持体と金属焼結体とが強固に接合されており、また、界面近傍以外の金属焼結体の焼結の進行が比較的進行していないことから、基材の反りが生じにくい。また、金属支持体を有するので、強度が高く、誘電体層のクラックの発生などの不具合が生じにくい。
【０１１６】
次に、上記で得られた高比表面積導電性基材２２（図１１（ａ））に、溝部３２を形成する（図１１（ｂ））。上記溝部は、低空隙率部２６に対応し、その他の部分が高空隙率部２５に対応する。
【０１１７】
溝部（低空隙率部）の形成方法は、上記で得られた高比表面積導電性基材の一部の空隙を潰す（または埋める）ことにより、形成することができる。
【０１１８】
尚、低空隙率部２６は、本発明において必須の構成要素ではなく、存在しなくてもよい。例えば、図１１（ｂ）に示す高比表面積導電性基材から、低空隙率部２６を除去した高比表面積導電性基材であってもよい。また、溝部３２の下方に位置する低空隙率部２６が、高空隙率部に置き換わった高比表面積導電性基材であってもよい。
【０１１９】
また、本実施形態においては、高比表面積導電性基材２２は、高空隙率部２５と、その周囲に存在する低空隙率部２６から成るが、本発明はこれに限定されない。即ち、高空隙率部および低空隙率部の存在位置、設置数、大きさ、形状、両者の比率等は、特に限定されない。例えば、高比表面積導電性基材は、高空隙率部のみからなってもよい。また、高空隙率部と低空隙率部の比率を調整することにより、コンデンサの静電容量を制御することができる。
【０１２０】
空隙を潰す（埋める）方法、低空隙率部および低空隙率部の空隙率および厚み等は、上記したコンデンサ１の低空隙率部４に関して記載したものと同様であり得る。
【０１２１】
次に、低空隙率部２６上（溝内）に、樹脂を注入し、絶縁部２８を形成する（図１１（ｃ））。絶縁部２８を設置することにより、上部電極２４と高比表面積導電性基材２２間での短絡（ショート）を防止することができる。
【０１２２】
尚、本実施形態においては、絶縁部２８は、低空隙率部２６上の全体に存在するが、これに限定されず、低空隙率部２６の一部のみに存在してもよく、また、低空隙率部を超えて、高空隙率部上にまで存在してもよい。
【０１２３】
また、本実施形態においては、絶縁部２８は、低空隙率部２６と誘電体層２３の間に位置しているが、これに限定されない。絶縁部２８は、高比表面積導電性基材２２と上部電極２４の間に位置していればよく、例えば誘電体層２３と上部電極２４の間に位置していてもよい。
【０１２４】
絶縁部２８の厚みは、特に限定されないが、端面放電をより確実に防止する観点から、０．３μｍ以上であることが好ましく、例えば１μｍ以上または５μｍ以上であり得る。また、コンデンサの低背化の観点からは、１００μｍ以下であることが好ましく、例えば５０μｍ以下または２０μｍ以下であり得る。
【０１２５】
絶縁部２８を形成する材料、および形成方法は、上記したコンデンサ１の絶縁部９と同様であり得る。
【０１２６】
尚、本発明のコンデンサにおいて、絶縁部２８は必須の要素ではなく、存在しなくてもよい。
【０１２７】
次に、上記高空隙率部２５および絶縁部２８上に、誘電体層２３を形成し、さらにその上には、上部電極２４を形成する（図１１（ｄ））。また、上部電極２４上には、第１外部電極２９が形成され、金属支持体２７上には第２外部電極３０を形成する（図１１（ｅ））。
【０１２８】
誘電体層２３、上部電極２４、第１外部電極２９および第２外部電極３０について、用いる材料、形成方法、厚み等は、上記コンデンサ１の誘電体層６、上部電極７、および外部電極８と同様であり得る。
【０１２９】
次に、得られたコンデンサ集合基板を、絶縁部２８の中心部をフルカットすることにより、各部品に個片化する（図１１（ｆ））。
【０１３０】
以上、本実施形態のコンデンサ２１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。
【０１３１】
例えば、本実施形態において、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。
【０１３２】
また、各層の間に、層間の密着性を高める為の層、または、各層間の成分の拡散を防止するためのバッファー層等を有していてもよい。また、コンデンサの側面等に、保護層を有していてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態においては、コンデンサの末端部は、高比表面積導電性基材２２、絶縁部２８、誘電体層２３、上部電極２４の順に設置されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、その設置順は、絶縁部２８が、上部電極２４と高比表面積導電性基材２２の間に位置する限り特に限定されず、例えば、高比表面積導電性基材２２、誘電体層２３、絶縁部２８、上部電極２４の順に設置してもよい。
【０１３４】
さらに、上記実施形態のコンデンサ２１は、コンデンサの縁部にまで上部電極および外部電極が存在するが、本発明はこれに限定されない。一の態様において、上部電極（好ましくは、上部電極および第１外部電極）は、コンデンサの縁部から離隔して設置される。このように設置することにより端面放電を防止することができる。つまり、上部電極は高空隙率部の全てを覆うように形成されていなくてもよく、上部電極は高空隙率部のみを覆うように形成されていてもよい。
【０１３５】
さらに、上記実施形態のコンデンサは、一方の主面にのみ金属焼結体を有するが、金属支持体を挟んで両主面に金属焼結体を有していてもよい。
【０１３６】
好ましい態様において、本発明のコンデンサは、誘電体層が、堆積法（例えば、気相法、好ましくは原子層堆積法）により形成される。誘電体層を陽極酸化により形成した場合には、誘電体膜に極性があり、逆電界が印加されると絶縁破壊してしまう問題がある。また、陽極酸化膜中には水酸基などの欠陥が存在するために、高い破壊電圧のコンデンサを得ることができない。本態様におけるコンデンサは、陽極酸化膜ではなく堆積法にて欠陥のない誘電体膜を形成することで、極性がなく、かつ、高い破壊電圧のコンデンサを得ることができる。
【０１３７】
本発明のコンデンサは、金属焼結体中の金属粉が十分にネッキングされている、または金属支持体に強固に接合されているので、高い強度を有する。陽極酸化膜を誘電体として用い、導電性高分子または電解質を電極として用いる電解コンデンサでは、誘電体層が破壊されショートした場合でも、絶縁性を回復させる自己修復効果を有するが、積層法により得られたコンデンサでは、自己修復効果は必ずしも得られない。従って、わずかな破壊の起点が存在しただけでも、絶縁破壊にいたる可能性がある。この絶縁破壊を防止するという観点から、高い強度を有する本発明のコンデンサは有利である。
【０１３８】
本発明のコンデンサは、比較的強度が高いことから、基板に好適に実装される。
【０１３９】
本発明のコンデンサは、基板上、例えば有機基板、シリコン、セラミックス、ガラス基板等、特に有機基板の上に直接形成することができる。
【０１４０】
本発明のコンデンサは、焼成工程が比較的低温であることから、基板に与える熱的影響を小さくすることができ、特に有機基板を用いる場合に、アウトガスの発生、反り等を抑制できる。
【０１４１】
従って、本発明は、本発明のコンデンサが、その高比表面積導電性基材の金属支持体が基板、特に有機基板に密着するように配置されている基板をも提供する。
【実施例】
【０１４２】
実施例１
表１に示す平均粒径を有するＮｉ粉およびＣｕ粉を準備した。表１に示す金属原料１を単独で、または所定の割合で金属原料２と混合し、エタノール中にて１ｍｍφのジルコニアボールを用いて、ボールミルにて分散した。この分散液にポリビニルアルコールを加え、試料番号１〜１６に対応する金属粉スラリーを作製した。【０１４３】
これらのスラリーを用いて、ドクターブレード法にて、平坦なアルミナ基板上に、乾燥後の厚みが約１００μｍとなるように、金属粉層を形成した。この試料を、焼成炉にて２００℃〜３００℃で脱脂後、Ｎ２雰囲気下、３００〜６５０℃で５分間熱処理し、金属焼結体を得た。金属焼結体はアルミナ基板には固着せず、金属焼結体としてアルミナ基板から分離できた。【０１４４】
この金属焼結体を高比表面積導電性基材として用いた。金属焼結体は、一辺約５０ｍｍ板状であり、集合基板として加工した。次いで、ファイバーレーザー装置、またはナノ秒レーザー装置を用いて、集合基板上に溝部を形成した。溝部に対応する部分は、低空隙率部である。【０１４５】
次に、溝部内に、エアー式ディスペンサー装置を用いて、ポリイミド樹脂を、溝部の細孔内にも十分に浸透するように充填した。【０１４６】
次に、金属焼結体上にＡＬＤ法により２５ｎｍのＳｉＯｘの成膜を行い、誘電体層を形成し、次いで、誘電体層の上に、ＡＬＤ法によりＴｉＮの成膜を行い、上部電極を形成した。【０１４７】
次に、集合基板の上下面に、蒸着にてパターン形成し、無電解めっきにより、外部電極としてのＣｕ層を形成した。【０１４８】
溝部内に充填された絶縁体の中心部をフルカットすることにより、各部品に個片化し、１．０ｍｍ×０．５ｍｍサイズのコンデンサ（試料番号１〜１６）を得た。尚、試料番号１、２、３、７および１３は、比較例である。【０１４９】
評価
このようにして作製したコンデンサの静電容量を、インピーダンスアナライザを用いて、１ＭＨｚ、１ｍＶにて測定した。また、ＤＣ電界を５Ｖ印加した際に縁抵抗が１ｋΩ以下となる試料をショート試料として判定し、ショート（短絡）率を算出した。結果を表１に併せて示す。【０１５０】
金属焼結体の空隙率は、次のようにして求めた。まず、コンデンサ試料の略中央部をＦＩＢによるマイクロサンプリング加工法を用いて、薄片化し、分析試料を準備した。尚、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。分析試料の加工には、ＦＩＢには、ＳＭＩ３０５０ＳＥ（セイコーインスツル社製）を、Ａｒイオンミリングには、ＰＩＰＳｍｏｄｅｌ６９１（Ｇａｔａｎ社製）を用いた。次いで、分析試料の３μｍ×３μｍの範囲を走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）にて観察した。ＳＴＥＭはＪＥＭ−２２００ＦＳ（ＪＥＯＬ製）を用いた（加速電圧＝２００ｋＶ）。観察領域の画像解析を行い、金属焼結体の金属が存在する面積から空隙率を求めた。任意の３箇所の空隙率を求め、３箇所の平均値を表１に併せて示す。【０１５１】
【表１】
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【０１５２】
表１に示されるように、２種の金属粉を混合して焼成した本発明のコンデンサは、高い静電容量と、低いショート率を達成することが確認された。【０１５３】
実施例２
表２に示す平均粒径を有するＮｉ粉およびＣｕ粉を準備した。表２に示す金属原料１を単独で、または所定の割合で金属原料２と混合し、エタノール中にて１ｍｍφのジルコニアボールを用いて、ボールミルにて分散した。この分散液にポリビニルアルコールを加え、試料番号２１〜３５に対応する金属粉スラリーを作製した。【０１５４】
一方で、金属支持体としてＮｉ箔およびＣｕ箔を準備し、アルカリ性溶液に浸漬して表面処理した後に、硫酸−過酸化水素系エッチング剤にて、処理時間を変えて、金属箔表面の粗化処理を行った。【０１５５】
このＮｉおよびＣｕ箔上に、ドクターブレード法にて上記スラリーを塗布し、乾燥後の厚みが約５０μｍとなるように、金属粉層を形成した。この試料を、焼成炉にて、２００〜３００℃で脱脂後、Ｎ２雰囲気下、３００〜６００℃で５分間熱処理し、金属焼結体を得た。【０１５６】
こうして得られた片側の面のみ金属焼結体が形成された基材を高比表面積導電性基材として用いた。金属焼結体は、一辺約５０ｍｍ板状であり、集合基板として加工した。【０１５７】
まず、ファイバーレーザー装置、またはナノ秒レーザー装置を用いて、集合基板上に溝部を形成した。溝部に対応する部分は、低空隙率部である。【０１５８】
次に、金属焼結体上にＡＬＤ法により１５ｎｍのＳｉＯＮの成膜を行い、誘電体層を形成した。次いで、溝部内に、エアー式ディスペンサー装置を用いて、ポリイミド樹脂を充填して、絶縁部を形成した。次いで、誘電体層および絶縁部の上に、ＡＬＤ法によりＴｉＮの成膜を行い、上部電極を形成し、基材の上下面に、スパッタにてＴｉおよびＣｕ膜を形成し、次いで、無電解めっきによりＣｕの外部電極を形成した。【０１５９】
溝部内に充填された絶縁部の中心部を、ファイバーレーザー装置、またはナノ秒レーザー装置を用いて、フルカットすることにより、各部品に個片化し、１．５ｍｍ×１．５ｍｍサイズのコンデンサ（試料番号２１〜３５）を得た。尚、試料番号２１、２７、３２および３４は、比較例である。【０１６０】
評価
実施例１と同様に、静電容量、ショート率および空隙率を測定した。結果を表２に併せて示す。【０１６１】
【表２】
2017026316.tif 000004
【０１６２】
さらに、試料番号２１および２３について、ネッキングの平均径を以下のように測定した。上記空隙率の測定と同様に、コンデンサ試料の薄片試料を準備し、画像解析を行った。金属粉と金属支持体間のネッキング、および金属粉間が連結するネッキングを、それぞれ無作為に５０個選択し、ネッキング部分の最小幅を測定し、測定値の大きい２０個の平均値を求めた。結果を下記表３に示す。【０１６３】
【表３】
2017026316.tif 000005
【０１６４】
表２に示されるように、表面を十分に粗化した本発明のコンデンサは、ショート率が低いことが確認された。これは、金属支持体の表面を粗化することにより、金属焼結体と金属支持体とのネッキングが十分に進行したためと考えられる。また、表３に示されるように、表面を十分に粗化した本発明のコンデンサは、金属焼結体と金属支持体間のネッキングの平均径が、金属粉間のネッキングの平均径よりも大きくなることが確認された。【０１６５】
実施例３
表３に示す平均粒径を有するＮｉ粉およびＣｕ粉を準備した。表３に示す金属原料１を単独で、または所定の割合で金属原料２と混合し、エタノール中にて１ｍｍφのジルコニアボールを用いて、ボールミルにて分散した。この分散液にポリビニルアルコールを加え、試料番号４１〜５６に対応する金属粉スラリーを作製した。【０１６６】
一方で、表面が粗化されていない１０μｍ厚のＮｉ箔（試料番号４１〜５３）、および表面が０．１５μｍの凹部間距離となるように粗化された１０μｍ厚のＮｉ箔（試料番号５４）を、支持体として準備した。さらに、平板ガラス上にスピンコートでエポキシ樹脂を塗布し、スパッタにて０．５μｍのＮｉ金属層を形成し、支持体とした（試料番号５５）。また、平板ガラス上にスピンコートでエポキシ樹脂を塗布し、無電解めっきにてＣｕ層を１μｍ形成し、支持体とした（試料番号５６）。【０１６７】
これらの支持体上に、表３の金属粒子層１に示す金属粉のスラリーを、インクジェットを用いてパターン塗布し、乾燥させた。その後、比較的平均粒径の大きい、表３の金属粒子層２に示す金属粉のスラリーをノズル径の大きいインクジェットを用いて塗布し、概ね金属粒子層１上に、数μｍの層を形成し、乾燥、塗布を繰り返して、乾燥後の合計厚み約１００μｍの金属粉層を形成した。この試料を、焼成炉にて、２００〜３００℃で脱脂後、Ｎ２雰囲気下３００〜６００℃で５分間熱処理し、金属焼結体を得た。【０１６８】
こうして得られた片側の面のみ金属焼結体が形成された基材を高比表面積導電性基材として用いた。金属焼結体は、一辺約５０ｍｍ板状であり、集合基板として加工した。【０１６９】
次に、誘電体層として、ＡＬＤ法により２０ｎｍのＡｌＯｘの成膜を行い、試料番号４１〜５４は、０．４ｍｍ×０．４ｍｍサイズのコンデンサに、試料番号５５および５６は、０．３ｍｍ×０．３ｍｍサイズのコンデンサに個片化したこと以外は、実施例２と同様にして、コンデンサ（試料番号４１〜５６）を得た。試料番号４１、４８および４９は、比較例である。【０１７０】
評価
実施例１と同様に、静電容量、ショート率および空隙率を測定した。結果を表４に併せて示す。【０１７１】
【表４】
2017026316.tif 000006
【０１７２】
さらに、試料番号２１および２３について、ネッキングの平均径を、実施例２と同様に測定した。結果を下記表５に示す。【０１７３】
【表５】
2017026316.tif 000007
【０１７４】
表４に示されるように、金属支持体の表面に所定の粒径を有する金属粉を配置して作製された本発明のコンデンサは、ショート率が低いことが確認された。これは、金属支持体の表面の金属粉により、金属支持体と金属焼結体の界面のネッキングが十分に進行したためと考えられる。また、表５に示されるように、金属支持体の表面に所定の粒径を有する金属粉を配置して作製された本発明のコンデンサは、金属焼結体と金属支持体間のネッキングの平均径が、金属粉間のネッキングの平均径よりも大きくなることが確認された。【０１７５】
実施例４
１０μｍのＣｕ箔またはＮｉ箔を、表裏面に配設した一辺約１００ｍｍのエポキシ系樹脂基板を準備した。樹脂基板上の金属箔は電子回路形成のために予めパターニングした。【０１７６】
一方で、表４に示す平均粒径を有するＮｉ粉およびＣｕ粉を準備した。表４に示す金属原料１を単独で、または所定の割合で金属原料２と混合し、エタノール中にて１ｍｍφのジルコニアボールを用いて、ボールミルにて分散した。この分散液にポリビニルアルコールを加え、試料番号６１〜７１に対応する金属粉スラリーを作製した。【０１７７】
樹脂基板上の金属箔（表４の有機基板上の金属種）上に、インクジェット法を用いて、表４の金属粒子層１に示す金属粉のスラリーを、１．５ｍｍ間隔で、コンデンサ１つあたり１ｍｍの範囲に複数塗布し、乾燥させた。その後、比較的平均粒径の大きい、表４の金属粒子層２に示す金属粉のスラリーをノズル径の大きいインクジェットを用いて塗布し、数μｍの層を形成し、乾燥、塗布を繰り返し、乾燥後の合計厚みが約２０μｍの金属粉層を形成した。この試料を、焼成炉にて、２００〜３００℃にて脱脂後、Ｎ２雰囲気下２９０〜４５０℃で５分間熱処理し、金属焼結体を得た。【０１７８】
こうして得られた片側の面のみ金属焼結体が形成された基材を高比表面積導電性基材として用いた。【０１７９】
次に、ＡＬＤ法により、１５ｎｍのＡｌＯｘの成膜を３００℃にて行い、誘電体層を形成した。次いで、金属焼結体間に、エアー式ディスペンサー装置を用いて、ポリイミド樹脂を塗布して、絶縁部を形成した。次いで、上部電極として、ＡＬＤ法により、ＴｉＮ膜を３５０℃にて形成した。次に、基板の金属焼結体の上面のみに蒸着法にてＣｕをパターン形成し、めっきにて外部電極を形成して、コンデンサ（試料番号６１〜７１）を得た。尚、試料番号６１、６３、６９および７０は、比較例である。【０１８０】
評価
実施例１と同様に、静電容量、ショート率および空隙率を測定した。結果を表６に併せて示す。また、基板の凹部を下にして平らな定盤上に置き、平面のゲージにて反り量を測定した。ゲージの値から平均箔厚みを引いた値を反り量とした。【０１８１】
【表６】
2017026316.tif 000008
【０１８２】
表６に示されるように、複数の金属粉を用いて焼成した本発明のコンデンサは、基板上で焼成した場合であっても、ショート率が低く、基板の反りが小さいことが確認された。これは、焼成を過度に進行させなくても、十分な強度の金属焼結体を得ることができるためと考えられる。尚、実施例１と比較して、全体的にショート率が高いのは、ＡＬＤ中に、樹脂基板から生じたアウトガスにより、局所的なＣＶＤ反応が生じるなどして、誘電体の膜厚および膜質のばらつきが引き起こされたためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明のコンデンサは、高い静電容量を有するので、種々の電子機器に好適に用いられる。本発明のコンデンサは、基板上に実装されて電子部品として使用される。あるいは、本発明のコンデンサは、基板やインタポーザー内に埋め込まれて電子部品として使用される。
【符号の説明】
【０１８４】
１…コンデンサ
２ａ，２ａ’，２ｂ，２ｂ’…静電容量形成部
３…高比表面積導電性基材
４…低空隙率部
５，５ａ，５ｂ…高空隙率部
６，６ａ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’…誘電体層
７，７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’…上部電極
８，８ａ，８ａ’，８ｂ，８ｂ’…外部電極
９…絶縁部
１１…溝部
１２…コンデンサ集合基板
２１…コンデンサ
２２…高比表面積導電性基材
２３…誘電体層
２４…上部電極
２５…高空隙率部
２６…低空隙率部
２７…金属支持体
２８…絶縁部
２９…第１外部電極
３０…第２外部電極
３１…金属焼結体
３２…溝部
３３…ネッキング部位
３４…ネッキング部位
【図１】
2017026316.tif 000009
【図２】
2017026316.tif 000010
【図３】
2017026316.tif 000011
【図４】
2017026316.tif 000012
【図５−１】
2017026316.tif 000013
【図５−２】
2017026316.tif 000014
【図６】
2017026316.tif 000015
【図７】
2017026316.tif 000016
【図８】
2017026316.tif 000017
【図９】
2017026316.tif 000018
【図１０】
2017026316.tif 000019
【図１１−１】
2017026316.tif 000020
【図１１−２】
2017026316.tif 000021
【図１２】
2017026316.tif 000022
【図１３】
2017026316.tif 000023
【国際調査報告】
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2017026316.tif 000025