(57)【要約】【課題】絶縁破壊が発生し難くて誘電率及び品質の高い積層構造体及びその製造方法を提供する。【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を介在させた積層構造体であって、前記誘電体層３は、第１導電層１上に形成された誘電体膜31と、該誘電体膜31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誘電体微粒子膜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上に誘電体膜31を形成する誘電体膜形成工程と、前記誘電体膜31上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して誘電体微粒子膜32を形成する微粒子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、第１導電層上に形成された誘電体膜と、該誘電体膜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誘電体微粒子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】
前記誘電体微粒子は、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛、酸化タンタルの内、少なくとも１つの材料を主成分として含んでいる請求項１に記載の積層構造体。
【請求項４】
前記誘電体膜は、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法、及び粉末噴射コーティング法の何れかの方法によって形成されている請求項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導電層上に誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、
前記誘電体膜上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して誘電体微粒子膜を形成する微粒子膜形成工程
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】
前記微粒子膜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。
【請求項７】
前記誘電体膜形成工程では、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法、及び粉末噴射コーティング法の何れかの方法を用いて、前記誘電体膜を形成する請求項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層を介在させて構成されており、誘電体層は、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ(Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition)法、スパッタリング蒸着法等、周知の種々の成膜法を用いて、第１導電層の表面に形成されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
しかし、上記成膜法では、誘電体層にピンポールやクラックが発生し易いため、スパッタリング蒸着法やメッキ法を用いて誘電体層上に直接、第２導電層を形成した場合、第２導電層を構成する金属の一部がピンホールやクラック内に浸入し、これによってピンホールやクラックを介して第１導電層と第２導電層との間の絶縁が破壊される虞があった。
又、第１導電層の表面には微小な凹凸が存在するため、誘電体膜を薄膜化した場合、誘電体膜の表面に第１導電層の一部が露出する虞があった。このため、誘電体層上に直接、第２導電層を形成した場合、第１導電層の露出部分と第２導電層とが接触して第１導電層と第２導電層との間の絶縁が破壊される虞があった。【０００４】
この問題を解決すべく、誘電体層と第２導電膜との間に樹脂膜を介在させることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８４１８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の如く誘電体層と第２導電膜との間に樹脂膜を介在させた構成においては、積層構造体の誘電率や品質が低下する問題がある。又、誘電体層と樹脂膜との膨張率の違いにより、積層構造体の内部にクラック等の欠陥が発生して品質が低下する問題がある。【０００７】
そこで本発明の目的は、絶縁破壊が発生し難くて誘電率及び品質の高い積層構造体及びその製造方法を提供することである。
【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、第１導電層上に形成された誘電体膜と、該誘電体膜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誘電体微粒子膜とから構成されている。
尚、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。【０００９】
上記積層構造体においては、誘電体膜にピンホールやクラックが発生し易いため、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前記誘電体膜上に直接、第２導電層を形成した場合、第２導電層を構成する金属の一部がピンホールやクラック内に浸入し、これによってピンホールやクラックを介して第１導電層と第２導電層との間の絶縁が破壊される虞がある。
又、第１導電層の表面には微小な凹凸が存在するため、誘電体膜を薄膜化した場合、誘電体膜の表面に第１導電層の一部が露出する虞がある。このため、前記誘電体膜上に直接、第２導電層を形成した場合、第１導電層の露出部分と第２導電層とが接触して第１導電層と第２導電層との間の絶縁が破壊される虞がある。【００１０】
しかしながら、本発明に係る積層構造体においては、誘電体膜上に誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して誘電体微粒子膜が形成されているので、誘電体膜にピンホールやクラックが存在している場合でも、ピンホールやクラック内に分散溶液が入り込み、その結果、該ピンホールやクラックが誘電体微粒子膜の一部によって充填されることとなる。又、誘電体膜の表面に第１導電層の一部が露出している場合でも、該露出部分が誘電体微粒子膜によって被覆されることとなる。
従って、第１導電層と第２導電層との間の絶縁が、誘電体微粒子膜によって維持されることになる。【００１１】
又、上述の如く誘電体膜にピンホールやクラックが発生した場合、積層構造体の誘電率がピンホールやクラックによって生じた空隙の影響により低下するが、本発明に係る積層構造体においては、ピンホールやクラックが誘電体微粒子膜の一部によって充填されるので、誘電率の低下が抑制されることになる。【００１２】
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、誘電体膜と誘電体微粒子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。【００１３】
上記積層構造体の他の具体的構成において、前記誘電体微粒子は、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛、酸化タンタルの内、少なくとも１つの材料を主成分として含んでいる。尚、これらの誘電体微粒子には、誘電特性を向上させるべく添加物が含まれていてもよい。【００１４】
上記積層構造体の更なる他の具体的構成において、前記誘電体膜は、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法、及び粉末噴射コーティング法の何れかの方法によって形成されている。
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を形成する種々の成膜法を含むものとする。【００１５】
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する。
ここで、前記誘電体層形成工程は、前記第１導電層上に誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、前記誘電体膜上に、誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して誘電体微粒子膜を形成する微粒子膜形成工程とから構成されている。【００１６】
上記製造方法の具体的構成において、前記微粒子膜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。【００１７】
上記製造方法の他の具体的構成において、前記誘電体膜形成工程では、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法、及び粉末噴射コーティング法の何れかの方法を用いて、前記誘電体膜を形成する。
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を形成する種々の成膜法を含むものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る積層構造体は、絶縁破壊が発生し難く、且つ誘電率及び品質が高い。又、本発明に係る製造方法によれば、絶縁破壊が発生し難くて誘電率及び品質の高い積層構造体を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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、誘電体膜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、微粒子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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、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たコンデンサ回路(40)が基板(４)上に形成されている積層構造体である。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形成されてもよい。
【００２１】
誘電体層(３)は、第１導電層(１)上に形成された誘電体膜(31)と、該誘電体膜(31)上に形成された誘電体微粒子膜(32)とから構成されている。
誘電体膜(31)は、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分として含む誘電体材料から構成されている。又、誘電体膜(31)の厚さは、０．５μｍ程度である。尚、誘電体膜(31)の厚さは、０．５μｍに限らず、これより厚くても或いは薄くてもよい。
【００２２】
誘電体微粒子膜(32)は、誘電体膜(31)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、該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、誘電体微粒子膜(32)は、誘電体膜(31)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。
【００２３】
本実施形態においては、誘電体膜(31)と、誘電体微粒子膜(32)を構成する誘電体微粒子とに、同じ材料であるチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分として用いているが、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、誘電体膜(31)と、誘電体微粒子膜(32)を構成する誘電体微粒子とには、主成分が異なる誘電体材料を用いてもよい。
尚、誘電体膜(31)と、誘電体微粒子膜(32)を構成する誘電体微粒子とには、誘電特性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)上に誘電体膜(31)を形成する誘電体膜形成工程と、図３に示す如く誘電体膜(３)上に誘電体微粒子膜(32)を形成する微粒子膜形成工程とから構成されている。
【００２６】
誘電体膜形成工程では、ゾル‐ゲル法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング蒸着法、及び粉末噴射コーティング法の何れかの方法を用いて、第１導電層(１)上に誘電体膜(31)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を形成する種々の成膜法を含むものとする。
【００２７】
ゾル‐ゲル法は、室温〜１５０℃程度の低温にて誘電体膜を形成する周知の成膜法であり、ＭＯＣＶＤ法及びスパッタリング蒸着法は、真空中にて誘電体膜を形成する周知の成膜法である。
【００２８】
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することにより誘電体膜を形成する成膜法である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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する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。
【００３３】
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、ステージ上の対象物の表面に噴きつけられる。
【００３４】
本実施形態においてエアロゾルデポジション法或いはパウダージェットデポジション法を用いて第１導電層(１)上に誘電体膜(31)を形成する場合、第１導電層(１)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。
第１導電層(１)の表面に噴きつけられた誘電体粉末は、第１導電層(１)の表面或いは他の誘電体粉末と衝突して破砕し、そして第１導電層(１)上に堆積し、これによって第１導電層(１)上に誘電体膜(31)が形成されることになる。従って、エアロゾルデポジション法或いはパウダージェットデポジション法を用いて形成された誘電体膜(31)は、緻密なバルク状の膜となる。
【００３５】
微粒子膜形成工程では、誘電体膜形成工程にて形成された誘電体膜(31)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、該分散溶液を乾燥させて誘電体微粒子膜(32)を形成する。ここで、微粒子膜形成工程にて用いる分散溶液は、５０ｎｍ以下の平均粒子径を有するナノ粒子を誘電体微粒子として含んでいる。尚、分散溶液は、該ナノ粒子が一次粒子の状態で溶液中に単分散しているものが好ましい。
【００３６】
斯くして、誘電体膜形成工程にて形成された誘電体膜(31)と、微粒子膜形成工程にて形成された誘電体微粒子膜(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、微粒子膜形成工程にて形成された誘電体微粒子膜(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。
尚、第２導電層(２)として金属箔を用いる場合、該金属箔は、微粒子膜形成工程にて分散溶液を塗布した後、該分散溶液が乾燥する前に、誘電体膜(31)の分散溶液の塗布面に取り付けられてもよい。これにより、誘電体膜(31)と金属箔との間に介在することとなる誘電体微粒子膜(32)は、誘電体膜(31)と金属箔とを接着するための接着層として機能することになる。
【００３８】
上述の如く製造された回路基板においては、誘電体膜(31)に、図２に示す如くピンホール(５)やクラックが発生し易いため、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誘電体膜(31)上に直接、第２導電層(２)を形成した場合、第２導電層(２)を構成する金属の一部がピンホール(５)やクラック内に浸入し、これによってピンホール(５)やクラックを介して第１導電層(１)と第２導電層(２)との間の絶縁が破壊される虞がある。
又、第１導電層(１)の表面には微小な凹凸が存在するため、誘電体膜(31)を薄膜化した場合、誘電体膜(31)の表面に第１導電層(１)の一部が露出する虞がある。このため、誘電体膜(31)上に直接、第２導電層(２)を形成した場合、第１導電層(１)の露出部分と第２導電層(２)とが接触して第１導電層(１)と第２導電層(２)との間の絶縁が破壊される虞がある。
【００３９】
しかしながら、本実施形態に係る回路基板においては、誘電体膜(31)上に誘電体微粒子を含んだ分散溶液を塗布して誘電体微粒子膜(32)が形成されているので、誘電体膜(31)にピンホール(５)やクラックが存在している場合でも、ピンホール(５)やクラック内に分散溶液が入り込み、その結果、該ピンホール(５)やクラックが誘電体微粒子膜(32)の一部によって充填されることとなる。又、誘電体膜(31)の表面に第１導電層(１)の一部が露出している場合でも、該露出部分が誘電体微粒子膜(32)によって被覆されることとなる。
従って、第１導電層(１)と第２導電層(２)との間の絶縁が、誘電体微粒子膜(32)によって維持されることになる。
【００４０】
又、上述の如く誘電体膜(31)にピンホール(５)やクラックが発生した場合、回路基板のコンデンサ回路の誘電率がピンホール(５)やクラックによって生じた空隙の影響により低下するが、本実施形態に係る回路基板においては、ピンホール(５)やクラックが誘電体微粒子膜(32)の一部によって充填されるので、誘電率の低下が抑制されることになる。
【００４１】
更に、本実施形態に係る回路基板においては、誘電体微粒子膜(32)が、誘電体膜(31)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ので、誘電体膜(31)と誘電体微粒子膜(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。
【００４２】
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】
【００４３】
(１)  第１導電層
(２)  第２導電層
(３)  誘電体層
(31)  誘電体膜
(32)  誘電体微粒子膜
(４)  基板
(５)  ピンホール
【図１】
2010137448.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010137448.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010137448.tif 000007
【国際調査報告】
2010137448.tif 000008
2010137448.tif 000009
2010137448.tif 000010
2010137448.tif 000011