(57)【要約】【課題】粉末噴射コーティング法を用いて誘電体膜が形成される積層構造体及びその製造方法において、絶縁性の低下を抑制する。【解決手段】本発明に係る積層構造体は、第１導電層１と第２導電層２との間に誘電体層３が介在し、前記誘電体層３は、前記第１導電層１上に誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して形成された下地層31と、該下地層31上に粉末噴射コーティング法によって形成された誘電体膜32とから構成されている。本発明に係る積層構造体の製造方法は、前記第１導電層１上に誘電体層３を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層３上に第２導電層２を形成する導電層形成工程とを有し、前記誘電体層形成工程は、前記第１導電層１上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して下地層31を形成する下地層形成工程と、前記下地層31上に粉末噴射コーティング法によって誘電体膜32を形成する誘電体膜形成工程とから構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と第２導電層との間に誘電体層を介在させた積層構造体において、前記誘電体層は、前記第１導電層上に誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して形成された下地層と、該下地層上に粉末噴射コーティング法によって形成された誘電体膜とから構成されていることを特徴とする積層構造体。
【請求項２】
前記誘電体微粒子は、前記誘電体膜を構成する誘電体材料と主成分が同じ材料から構成されている請求項１に記載の積層構造体。
【請求項３】
前記分散溶液は、バインダを用いずに誘電体微粒子と分散剤を溶媒中に添加して調製されたものである請求項１に記載の積層構造体。
【請求項４】
前記分散溶液は、ゾル‐ゲル法を用いて調製されたものである請求項１に記載の積層構造体。
【請求項５】
第１導電層と第２導電層との間に誘電体層を介在させた積層構造体の製造方法において、
前記第１導電層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
前記誘電体層上に第２導電層を形成する導電層形成工程
とを有し、
前記誘電体層形成工程は、
前記第１導電層上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上に粉末噴射コーティング法によって誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程
とから構成されていることを特徴とする積層構造体の製造方法。
【請求項６】
前記下地層形成工程にて用いる分散溶液は、前記誘電体膜を構成する誘電体材料と主成分が同じ材料から構成された誘電体微粒子を含んだものである請求項５に記載の積層構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ回路が形成されている回路基板やコンデンサ素子等の積層構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の積層構造体は、第１導電層と第２導電層との間に誘電体膜を介在させて構成されており、誘電体膜は、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法等を用いて第１導電層上に形成されていた。【０００３】
近年、誘電体膜をより緻密なバルク状の膜にするべく、誘電体膜を、パウダージェットデポジション法、エアロゾルデポジション法等、種々の粉末噴射コーティング法を用いて、誘電体粉末を第１導電層の表面に噴きつけることにより形成することが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記粉末噴射コーティング法を用いて第１導電層の表面に誘電体膜を形成する場合、第１導電層の表面は誘電体粉末の衝突によりエッチングされ、図７に示す如く第１導電層の表面に凹凸が形成される問題があった。
第１導電層の表面に凹凸が形成されると誘電体膜厚が不均一となり、これによって誘電体膜の一部において膜厚が非常に小さくなり、或いは図７に示す様に誘電体膜の表面に第１導電層の一部が露出し、積層構造体の絶縁性が低下する虞がある。【０００６】
特許文献１は、粉末噴射コーティング法によって膜を形成する前に、該膜が形成されるべき基材の表面に硬質粒子から成る下地層を形成することを開示している。しかし、特許文献１においては、基材の表面に硬質粒子を食い込むように打ち込んで下地層を形成しており、このため基材の表面に凹凸が形成される問題がある。
従って、上述した積層構造体に特許文献１の技術を適用したとしても、第１導電層の表面には凹凸が形成され、積層構造体の絶縁性が低下する虞がある。【０００７】
そこで本発明の目的は、粉末噴射コーティング法を用いて誘電体膜が形成される積層構造体及びその製造方法において、絶縁性の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る積層構造体は、第１導電層と第２導電層との間に誘電体層を介在させた積層構造体であって、前記誘電体層は、前記第１導電層上に誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して形成された下地層と、該下地層上に粉末噴射コーティング法によって形成された誘電体膜とから構成されている。
尚、上記積層構造体には、第１導電層と第２導電層との間に誘電体層を介在させて構成されたコンデンサ回路が基板上に形成されている回路基板、コンデンサ素子、コンデンサ素子を切り出すことが可能な積層シート等、種々の積層構造体を含むものとする。
又、粉末噴射コーティング法には、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法等、誘電体粉末を噴射して誘電体膜を形成する種々の成膜法を含むものとする。【０００９】
上記積層構造体においては、誘電体膜が形成されるべき第１導電層の表面に下地層が形成されているので、粉末噴射コーティング法により噴射された誘電体粉末は下地層に衝突することとなり、第１導電層の表面は、下地層によって誘電体粉末の衝突から保護されることになる。よって、第１導電層の表面には凹凸が形成されず、従って積層構造体の絶縁性は破壊され難い。【００１０】
又、上記積層構造体においては、下地層が誘電体微粒子から形成されているので、下地層と誘電体膜から構成されている誘電体層の誘電特性は低下し難くなっている。【００１１】
上記積層構造体の具体的構成において、前記誘電体微粒子は、前記誘電体膜を構成する誘電体材料と主成分が同じ材料から構成されている。
該具体的構成によれば、下地層と誘電体膜との熱膨張率の差が小さくなり、その結果、熱膨張による内部欠陥の発生が抑制されることとなる。従って、積層構造体の品質が高く維持されることとなる。【００１２】
上記積層構造体の他の具体的構成において、前記分散溶液は、バインダを用いずに誘電体微粒子と分散剤を溶媒中に添加して調製されたものである。この様なバインダレスの分散溶液を用いることにより、該分散溶液を第１導電層上に塗布して形成される下地層においては、誘電体微粒子間にバインダが介在することがないので、誘電体微粒子が緻密に凝集することになる。よって、誘電体層の誘電特性が向上することになる。【００１３】
上記積層構造体の更なる他の具体的構成において、前記分散溶液は、ゾル‐ゲル法を用いて調製されたものである。この様にゾル‐ゲル法によって調製された分散溶液においては、誘電体微粒子が一次粒子の状態で溶液中に単分散することになるので、分散溶液を第１導電層上に塗布して形成される下地層は、その表面の平滑性が高く、第１導電層の表面全体に均一な厚さで形成されることになる。従って、誘電体膜の形成時に下地層の表面がエッチングされて該表面に凹凸が形成されても、下地層の表面からは第１導電層が露出し難く、その結果、第１導電層の表面は下地層によって保護され易くなる。【００１４】
本発明に係る積層構造体の製造方法は、第１導電層と第２導電層との間に誘電体層を介在させた積層構造体の製造方法であって、前記第１導電層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層上に第２導電層を形成する導電層形成工程とを有している。
ここで、前記誘電体層形成工程は、前記第１導電層上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上に粉末噴射コーティング法によって誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程とから構成されている。【００１５】
上記製造方法の具体的構成において、前記下地層形成工程にて用いる分散溶液は、前記誘電体膜を構成する誘電体材料と主成分が同じ材料から構成された誘電体微粒子を含んだものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る積層構造体及びその製造方法によれば、粉末噴射コーティング法を用いて誘電体膜が形成されるが、積層構造体の絶縁性は低下し難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る回路基板を示す断面図である。
【図２】該回路基板の製造工程の内、下地層形成工程を説明するための断面図である。
【図３】該回路基板の製造工程の内、誘電体膜形成工程を説明するための断面図である。
【図４】エアロゾルデポジション法に用いられる成膜装置を示す図である。
【図５】パウダージェットデポジション法に用いられる噴射装置を示す断面図である。
【図６】（ａ）下地層形成工程の実行後、及び（ｂ）誘電体膜形成工程の実行後についてそれぞれ、下地層を拡大して示した断面図である。
【図７】粉末噴射コーティング法により誘電体膜が表面に形成された第１導電層の表面状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をコンデンサ回路が形成されている回路基板に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明の一実施形態に係る回路基板は、図１に示す如く、基板(４)上にコンデンサ回路(40)が形成された積層構造体であり、該コンデンサ回路(40)は、第１導電層(１)と第２導電層(２)との間に誘電体層(３)を介在させて構成されている。
【００１９】
第１導電層(１)は、基板(４)上に配備された金属箔であり、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)等の金属から構成されている。尚、第１導電層(１)は、スパッタリング蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法等を用いて基板(４)上に形成されてもよい。
【００２０】
誘電体層(３)は、第１導電層(１)上に形成された下地層(31)と、該下地層(31)上に形成された誘電体膜(32)とから構成されている。
【００２１】
下地層(31)は、第１導電層(１)上にチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分として含む誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して形成されたものである。ここで、分散溶液は、バインダを用いずに誘電体微粒子と分散剤を溶媒中に添加して調製されたものであり、該調製にはゾル‐ゲル法が用いられている。又、分散溶液に含まれている誘電体微粒子は、５０ｎｍ以下の平均粒子径を有するナノ粒子であり、下地層(31)は、第１導電層(１)上に塗布された分散溶液が乾燥して誘電体微粒子が凝集することにより形成された薄膜である。
【００２２】
誘電体膜(32)は、粉末噴射コーティング法によって下地層(31)の表面に、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分として含む誘電体粉末を噴きつけることにより形成されたものである。粉末噴射コーティング法の詳細については後述する。
【００２３】
本実施形態においては、下地層(31)を構成する誘電体微粒子と誘電体膜(32)とに、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする誘電体材料を用いているが、本発明はこれに限らず、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PbLaZrTiO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タンタル(Ta2O5)等を主成分とする種々の誘電体材料を用いることが出来る。又、下地層(31)を構成する誘電体微粒子と誘電体膜(32)とには、主成分が異なる誘電体材料を用いてもよい。
尚、下地層(31)を構成する誘電体微粒子と誘電体膜(32)とには、誘電特性、絶縁特性、強度等を向上させるべく添加物が含まれていてもよい。
【００２４】
第２導電層(２)は、誘電体層(３)上にスパッタリング蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法等を用いて形成された金属膜、或いは誘電体層(３)上に取り付けられた金属箔であり、第１導電層(１)と同様、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)等の金属から構成されている。
【００２５】
次に、上記回路基板の製造方法について説明する。該製造方法では、第１導電層(１)上に誘電体層(３)を形成する誘電体層形成工程と、誘電体層(３)上に第２導電層(２)を形成する導電層形成工程とが、この順に実行される。
又、誘電体層形成工程は、図２に示す如く第１導電層(１)上に下地層(31)を形成する下地層形成工程と、図３に示す如く下地層(31)上に誘電体膜(32)を形成する誘電体膜形成工程とから構成されている。
【００２６】
下地層形成工程では、第１導電層(１)上に、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布し、該分散溶液を乾燥させて下地層(31)を形成する。このとき、下地層(31)は、後述する誘電体膜形成工程にてエッチングされることとなる厚さよりも厚くなるように形成される。
【００２７】
ここで、下地層形成工程にて用いる分散溶液は、バインダを用いずに誘電体微粒子と分散剤を溶媒中に添加して調製されたものであり、該調製にはゾル‐ゲル法が用いられている。又、分散溶液に含まれている誘電体微粒子は、５０ｎｍ以下の平均粒子径を有するナノ粒子である。
尚、分散溶液の塗布には、ディップコート法やスピンコート法等、ウェットコーティング法が用いられる。
【００２８】
誘電体膜形成工程では、粉末噴射コーティング法を用いて下地層(31)上に誘電体膜(32)を形成する。尚、粉末噴射コーティング法には、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法等、誘電体粉末を噴射して誘電体膜(32)を形成する種々の成膜法を含むものとする。
【００２９】
エアロゾルデポジション法は、図４に示す如く成膜装置を用いて、誘電体粉末をエアロゾル化し、誘電体膜を形成すべき表面に向けて前記粉末を噴射ことにより誘電体膜を形成する成膜法である。
【００３０】
図４に示す様に成膜装置は、誘電体粉末を高圧ガスと攪拌・混合してエアロゾル化するエアロゾル発生器(71)と、真空ポンプ(73)にて内部を真空状態に維持することが可能な成膜チャンバ(72)とを、細い搬送チューブ(74)により接続して構成されている。成膜時においては、成膜チャンバ(72)の内部が真空状態に維持されるので、高圧ガスが流れ込むエアロゾル発生器(71)内の空間（高圧空間）と、成膜チャンバ(72)内の空間（低圧空間）との間には、圧力差が生じることとなる。したがって、エアロゾル発生器(71)にてエアロゾル化された誘電体粉末は、搬送チューブ(74)内を成膜チャンバ(72)へ向けて流れることになる。
【００３１】
成膜チャンバ(72)の内部には、誘電体膜を形成すべき表面を有する対象物を設置するためのステージ(75)が配備されており、該ステージ(75)は、対象物が設置される設置面(751)に平行なＸＹ平面内での並進と、該ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向への並進と、該Ｚ軸周りの回転とが可能な構成を有している。
搬送チューブ(74)の一端は成膜チャンバ(72)内に位置し、該一端には、スリット状のノズル(76)が、その先端をステージ(75)の設置面(751)へ向けて取り付けられている。又、該ノズル(76)は、搬送チューブ(74)の一端から吐出される誘電体粉末を１００ｍ／ｓｅｃ程度まで加速することが可能な形状を有している。
【００３２】
従って、ノズル(76)の先端から高速で吐出された誘電体粉末は、ステージ(75)上の対象物の表面に噴きつけられることになる。
【００３３】
パウダージェットデポジション法は、図５に示す如く噴射装置を用いて、誘電体膜を形成すべき表面に向けて誘電体粉末を噴射ことにより誘電体膜を形成する成膜法である。
図５に示す様に噴射装置は、内径の異なる２つの領域(811)(812)を有する段付きのノズル(81)を具え、該ノズル(81)には、内径の大きな第１領域(811)の内、内径の小さな第２領域(812)に近い位置に、誘電体粉末を供給するための貫通孔(82)が形成されている。
【００３４】
従って、ノズル(81)内に、第２領域(812)から第１領域(811)へ向けて圧縮ガスを流すことにより、内径が変化する第２領域(812)の出口付近の位置にて負圧が発生し、該負圧によって誘電体粉末がノズル(81)内へ吸入される。これにより、吸入された誘電体粉末が圧縮ガスと共に高速でノズル(81)の先端から吐出されることになる。
吐出された誘電体粉末は、エアロゾルデポジション法の場合と同様（図４参照）、ステージ(75)上の対象物の表面に噴きつけられる。
【００３５】
本実施形態において、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法等、種々の粉末噴射コーティング法を用いて下地層(31)上に誘電体膜(32)を形成する場合、下地層(31)の表面には、１μｍ程度の粒子径を有するチタン酸バリウム(BaTiO3)の誘電体粉末が噴きつけられる。
下地層(31)の表面に噴きつけられた誘電体粉末は、下地層(31)の表面或いは他の誘電体粉末と衝突して破砕し、そして下地層(31)上に堆積し、これによって下地層(31)上に誘電体膜(32)が形成されることになる。従って、粉末噴射コーティング法を用いて形成された誘電体膜(32)は、緻密なバルク状の膜となる。
【００３６】
斯くして、下地層形成工程にて形成された下地層(31)と、誘電体膜形成工程にて形成された誘電体膜(32)とにより、誘電体層(３)が構成されることになる。
【００３７】
導電層形成工程では、誘電体膜形成工程にて形成された誘電体膜(32)上に、スパッタリング蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法等を用いて金属膜を形成し、或いは誘電体膜(32)上に金属箔を取り付けることにより、第２導電層(２)を形成する。これにより、図１に示す様に、基板(４)上にコンデンサ回路(40)が形成された回路基板が完成することになる。
【００３８】
上述の如く製造された回路基板においては、誘電体膜(32)が形成されるべき第１導電層(１)の表面に下地層(31)が形成されているので、粉末噴射コーティング法により噴射された誘電体粉末は下地層(31)に衝突することとなり、第１導電層(１)の表面は、下地層(31)によって誘電体粉末の衝突から保護されることになる。よって、第１導電層(１)の表面には凹凸が形成されず、従って第１導電層(１)と第２導電層(２)との間の絶縁は破壊され難い。即ち、回路基板において、コンデンサ回路(40)の絶縁性の低下が抑制されることになる。
【００３９】
又、上記回路基板においては、下地層(31)が誘電体微粒子から形成されているので、下地層(31)と誘電体膜(32)とから構成されている誘電体層(３)の誘電特性は低下し難くなっている。
【００４０】
更に、上記回路基板においては、下地層(31)が、誘電体膜(32)を構成する誘電体材料と主成分が同じ材料、即ちチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする材料から構成されているので、下地層(31)と誘電体膜(32)との熱膨張率の差が小さくなり、その結果、熱膨張による内部欠陥の発生が抑制されることとなる。従って、回路基板の品質が高く維持されることとなる。
【００４１】
更に又、上記回路基板においては、下地層(31)の形成に用いる分散溶液は、バインダを用いずに誘電体微粒子と分散剤を溶媒中に添加して調製されたものである。この様なバインダレスの分散溶液を用いることにより、該分散溶液を第１導電層(１)上に塗布して形成される下地層(31)においては、誘電体微粒子間にバインダが介在することがないので、誘電体微粒子が緻密に凝集することになる。よって、誘電体層(３)の誘電特性が向上することになる。
【００４２】
又、下地層(31)の形成に用いる分散溶液は、ゾル‐ゲル法を用いて調製されたものである。この様にゾル‐ゲル法によって調製された分散溶液においては、誘電体微粒子が一次粒子の状態で溶液中に単分散することになるので、分散溶液を第１導電層(１)上に塗布して形成される下地層(31)は、図６（ａ）に示す如くその表面の平滑性が高く、第１導電層(１)の表面全体に均一な厚さで形成されることになる。
従って、図６（ｂ）に示す様に、誘電体膜(32)の形成時に下地層(31)の表面がエッチングされて該表面に凹凸が形成されても、下地層(31)の表面からは第１導電層(１)が露出し難く、その結果、第１導電層(１)の表面は下地層(31)によって保護され易くなる。
【００４３】
尚、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、コンデンサ回路が形成されている回路基板として採用した上述の各種構成は、コンデンサ素子や、コンデンサ素子を切り出すことが可能な積層シートにも採用することが出来る。尚、該コンデンサ素子及び積層シートにおいては、上記回路基板を構成する基板(４)に相当する構成はなくてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
(１)  第１導電層
(２)  第２導電層
(３)  誘電体層
(31)  下地層
(32)  誘電体膜
(４)  基板
【図１】
2010150595.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010150595.tif 000008
【図７】
2010150595.tif 000009
【国際調査報告】
2010150595.tif 000010
2010150595.tif 000011
2010150595.tif 000012
2010150595.tif 000013