(57)【要約】コンデンサーが、一対の電極と、一対の電極の間に配設される金属化誘電体層とを含み、金属化誘電体層は、誘電体材料内に分布した複数の金属凝集体を有する。分布は、金属化誘電体層内の金属の体積分率が少なくとも約３０％であるようなものである。一方、複数の金属凝集体は、誘電材料によって互いに分離される。金属−誘電体複合材を形成する方法は、複数の誘電体粒子を金属で被覆することであって、複数の金属被覆された誘電体粒子を形成する、被覆することと、少なくとも約７５０℃〜約９５０℃の温度で複数の金属被覆された誘電体粒子を焼結することであって、金属被覆を離散的な分離された金属凝集体に変える、焼結することと、を含むことができる。誘電体テープによって電極を分離する従来の技法と対照的に、本発明のシステム及び方法は、金属化誘電体層が焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成されることができることを実証する。
2013545291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサーであって、
一対の電極と、
前記一対の電極の間に配設される金属化誘電体層であって、前記金属化誘電体層内の金属の体積分率が少なくとも約３０％であるように誘電体材料内に分布した複数の金属凝集体を含む、金属化誘電体層と、を備え、
前記複数の金属凝集体は、前記誘電体材料によって互いに分離される、コンデンサー。
【請求項２】
焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成される少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層を更に備え、
前記少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層は、前記電極の少なくとも一方から前記金属化誘電体層を分離する、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項３】
前記金属の前記体積分率は、約３０％〜約６０％の範囲にある、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項４】
前記金属の前記体積分率は、約４０％〜約５０％の範囲にある、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項５】
前記金属化誘電体層は、浮遊電極として構成される、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項６】
前記金属化誘電体層は、電圧端子と電気的結合するための電極として構成される、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項７】
前記金属化誘電体層は、約０．０１ミクロン〜約２５０．０ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項８】
前記金属化誘電体のないコンデンサーより約２倍〜約１０００倍高いキャパシティブ密度を示す、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項９】
前記誘電体材料はセラミックを含む、請求項１に記載のコンデンサー。
【請求項１０】
多層コンデンサーであって、
複数の電極と、
それぞれが前記電極のうちの２つの電極の間に配設される、複数の誘電体層と、を備え、
前記誘電体層の少なくとも１つは、内部に複数の金属包含物が分布した誘電体材料を含む金属化部分を有し、
前記金属化部分内の金属の体積分率が少なくとも約３０％であり、前記金属包含物は前記誘電体材料によって別の金属包含物から分離される、多層コンデンサー。
【請求項１１】
焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成される少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層を更に備え、
前記少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層は、前記電極の少なくとも１つから前記金属化誘電体層を分離する、請求項１０に記載の多層コンデンサー。
【請求項１２】
前記金属化誘電体層内の金属の体積分率は少なくとも約３０％である、請求項１１に記載の多層コンデンサー。
【請求項１３】
前記金属の前記体積分率は、約４０％〜約６０％の範囲にある、請求項１２に記載の多層コンデンサー。
【請求項１４】
金属−誘電体複合材を形成する方法であって、
複数の誘電体粒子を金属で被覆することであって、複数の金属被覆された誘電体粒子を形成する、被覆することと、
約７５０℃〜約９５０℃の温度で前記複数の金属被覆された誘電体粒子を焼結することであって、前記金属被覆を複数の離散的な分離された金属凝集体に変える、焼結することと、を含む、金属−誘電体複合材を形成する方法。
【請求項１５】
約８００℃〜約９４５℃の範囲になるように前記焼結温度を更に選択する、請求項１８に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層を焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成することを更に含み、
前記少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層は、前記電極の少なくとも１つから前記金属化誘電体層を分離する、請求項１８に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも約３０％である金属の体積分率で前記金属化誘電体層を形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
約４０％〜約６０％の範囲内にある金属の体積分率で前記金属化誘電体層を形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
約０．１ミクロン〜約２５０ミクロンの範囲内の厚さで前記金属化誘電体層を形成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属−誘電体複合材は、コンデンサーとして使用され、前記コンデンサーは、前記金属化誘電体のないコンデンサーより約２倍〜約１０００倍高いキャパシティブ密度を示す、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「CAPACITOR WITH THREE-DIMENSIONAL HIGH SURFACE AREA ELECTRODE AND METHODS OF MANUFACTURE」と題する２０１０年１２月１５日に出願された米国特許出願第１２／９６９，１８６号の一部継続出願であり、この米国特許出願に対して、米国特許法第１２０条の下で優先権を主張する。また、「CERAMIC CAPACITOR AND METHOD OF MAKING THE SAME」と題する２０１０年１０月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／３９２，４５０号に対して、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で優先権を主張する。これらの２つの特許出願の内容全体が引用することにより本明細書の一部を成すものとする。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサーはキャパシタンスという主な電気的特性、すなわち、電荷を蓄積する能力を有する任意のデバイスである。電子工学の分野では、電荷を蓄積するコンデンサーの能力は電流の流れを制御する際に有用である。さらに、電気信号をフィルタリングするために、回路内でコンデンサーを利用することができる。例えば、ラジオ受信機又はテレビ受像機のチューニング回路において、可変キャパシタンスを有するコンデンサーを用いることができる。キャパシタンスを変更すると、チューナー回路の共振周波数が、所望の放送局又はチャネルの周波数と一致するように変化し、全ての不要な周波数の信号が除去される。
【０００３】
コンデンサーのうち最も簡単なものは、誘電体とも呼ばれる絶縁体によって互いに分離される２つの導電性材料のプレートを備え、各プレートが１つの端子に接続される。充電されていないコンデンサーの端子間に電圧が印加されるとき、各プレートに電荷が（正の電荷は陽極プレートに、及び負の電荷は陰極プレートに）流れるが、導電性プレート間の絶縁体を越えて流れない。導電性の陽極プレート及び陰極プレート上で逆の電荷が増加するとき、両プレート間にある誘電体に及ぼされる力も増加し、それにより誘電体にかかる電界が増加する。この現象は、プレート上の電荷に比例して増加する電圧を生成する。
【０００４】
プレート間の電位（電圧）に対する各プレート上の電荷の大きさの比が上記のキャパシタンスであり、コンデンサーを充電するために用いられる外部から印加される電圧源を近似する。これら２つの電圧（電圧源及びコンデンサー）が同じ大きさを有するとき、電流が流れなくなり、コンデンサーは充電されたとみなされる。充電されたコンデンサーは、その後、加えられた電気的負荷を通して外部電圧を低減することによって放電され、それゆえ、生成された電流によってプレートから電荷が急速に流れ出すときに、プレートにかかる電圧が減少する。
【０００５】
構成及び材料の組み合わせにおいてそれぞれ異なる数多くのタイプのコンデンサーがあるが、上記で説明された物理的性質は全てについて基本的に同じである。一般的なコンデンサーのタイプは、誘電体層としてセラミックを利用し、セラミック材料からなる中空の円筒体がその内面及び外面において導電性金属の薄膜で覆われる円筒形構造をとるか、又は導電性材料およびセラミック材料の複数のプレートを交互に配置してサンドイッチ型の「電極−誘電体−電極」構成を作り出す平坦な平行板構造をとることができる。
【０００６】
いわゆる平行板構造で構成されるコンデンサーを製造するのは極めて簡単である。２つの導電性電極層の間に誘電体層が狭持され、結果として形成される平行板コンデンサーのキャパシタンスは、電極プレートの重なり合う面積、誘電体層の厚み及び誘電体の誘電率の関数である。
【０００７】
積層セラミックコンデンサー（ＭＬＣＣ）は、それぞれが３層を形成することができる複数の積重された「電極−誘電体−電極」構成（ＥＤＥ）を有する平行板コンデンサーである。ＭＬＣＣのキャパシタンスは数多くの平行板を並列に接続することによって大幅に増加させることができる。簡単に言うと、積重された構成の数が増えるとキャパシタンスも増加し、１つのＭＬＣＣが形成される。同様に、ヘッドルーム（head room）を増やすのではなく、個々のコンデンサーを直列に接続して、基本的に、上述のＭＬＣＣをより大きな表面積にわたって広げることもできる。
【０００８】
高く積重されたＭＬＣＣよりも直列に接続されたコンデンサーが優れている点は、直列構成は電圧破壊に対してより良好な耐性を示すことが当該技術分野において知られていることである（所与のコンデンサー上の電荷及び電圧が増えると、或る時点において誘電体がもはや互いに電荷を絶縁することができなくなり、その後に絶縁破壊、すなわち、或るエリアにおいて高い導電性を示すようになり、それにより蓄積されたエネルギーが下がり、電荷が少なくなる傾向があり、内部熱が生成される）。
【０００９】
通常のＭＬＣＣを形成するために用いられる製造方法に戻ると、交互に対を成す複数の導電性プレート間にセラミック系スラリーのような誘電体スラリーを塗布することによって、コンデンサーを形成することができる。しかしながら、ＭＬＣＣの製造は、プレートの代わりに、導電性インク又は導電性ペースト（例えば、銀のような導電性材料を含むインク又はペースト）を使用することに大きく移行してきた。このインク又はペーストは、担体ポリマーフィルム上に予め成形された誘電体スラリーの「グリーンテープ」上にスクリーン印刷することができる。上述されたことと同じく、交互に配置される誘電体テープ及び電極塗布からなる数多くの層を積重し、貼り合わせて、最終的なＭＬＣＣ製品を形成することができる。
【００１０】
約５００〜約１０００の層を有する積層セラミックコンデンサーを達成することができる。ただし、多くの場合に誘電体層が約１ミクロン厚未満である。ＭＬＣＣの層厚を低減することは、ヘッドルームを節約することと直接関連するが、多くの場合に高くつくのはヘッドルームではない。実際には、ＭＬＣＣのような受動電気部品を収容するために必要とされる全表面積が、電気回路における貴重な領域（real estate）を表す。
【００１１】
表面実装技術を用いて受動部品が占有する空間を低減するために、０４０２サイズ（約０．０４インチ×約０．０２インチ）が最も一般的なサイズとして本格化しつつあり、０２０１（約０．０２インチ×約０．０１インチ）も信頼性を確保して製造することができる。一般的に言うと、キャパシタンスを一定に保持するとき、小さいＭＬＣＣほど良好である。しかしながら、誘電体層及び電極層の厚みを継続的に削減していくと製造上の問題が生じる可能性があるので、単に占有面積（area footprint）を減らし、層の数を増やすことには限界がある。それゆえ、セラミックコンデンサーのサイズを小さくし、かつキャパシティブ密度（capacitive density）を高める動向を継続するための代替的な方法を提供する必要があり、向上したキャパシティブ密度を呈するコンデンサーが必要である。
【００１２】
一態様では、コンデンサーであって、一対の電極と、前記一対の電極の間に配設される金属化誘電体層と、を備えるコンデンサーが開示され、コンデンサーにおいて、前記金属化誘電体層は、誘電体材料内に分布した複数の金属凝集体を有する。前記分布は、金属化誘電体層内の金属の体積分率が、少なくとも約２０ｗｔ％、又は少なくとも約３０ｗｔ％、又は少なくとも約４０ｗｔ％、又は少なくとも約５０ｗｔ％である、例えば約３０重量パーセント（ｗｔ％）〜約６０ｗｔ％の範囲内のようなものである。多くの実施の形態では、前記複数の金属凝集体（「金属包含物」とも呼ばれる）は、前記誘電体材料によって互いに分離される。
【００１３】
多くの実施の形態では、金属凝集体は、パーコレーション金属ネットワークを形成することなく、上記体積分率等の、かなりの体積分率の金属化誘電体層を提供する。
【００１４】
幾つかの例示的な実施の形態では、金属化誘電体層内の金属の体積分率は、約４０％よりも大きい、例えば約４０％〜約６０％の範囲内にあるとすることができる。他の実施の形態では、金属の体積分率は、約５０％〜約６０％の範囲内にあるとすることができる。
【００１５】
幾つかの実施の形態では、金属化誘電体層は、約０．０１ミクロン〜約２５０．０ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。
【００１６】
幾つかの実施の形態では、金属化誘電体層は、実質的に金属フリーの誘電体層（本明細書で「空乏層」とも呼ばれる）によって電極の少なくとも一方から分離される。幾つかのこうした実施の形態では、金属化誘電体層は、その間に金属化誘電体層が配設される２つの電極のそれぞれから、実質的に金属フリーの誘電体層によって分離される。幾つかの実施の形態では、実質的に金属フリーの誘電体層の厚さは、約５．０ミクロン〜約１０．０ミクロンの範囲内である。
【００１７】
幾つかの実施の形態では、金属化誘電体層は、浮遊電極（すなわち、外部電圧源に結合するためには構成されない電極）として構成され、一方、幾つかの他の実施の形態では、金属化誘電体層は、電圧端子に電気的結合するのに適した電極として構成される。
【００１８】
幾つかの実施の形態では、金属化誘電体層を有する上記コンデンサーは、同じサイズ、電極、及び誘電体材料を有するが、金属包含物を欠く仮想のコンデンサーのキャパシタンスより少なくとも２倍大きい（例えば、２倍〜約１０００倍の範囲内）キャパシタンスを示す。
【００１９】
幾つかの実施の形態では、誘電体材料はセラミックを含む。例えば、誘電体材料は、例えば約０．０１ミクロン〜約１５．０ミクロン、より詳細には約０．０５ミクロン〜約１０．０ミクロンの範囲内のサイズを有する複数のセラミック粒子の形態であり得る。多くのこうした実施の形態では、金属化誘電体層の金属凝集体は、セラミック粒子の外側表面上に配設された金属包含物の形態であり得る。
【００２０】
幾つかの実施の形態では、セラミック粒子は、ＢａＴｉＯ３、ドープされたＢａＴｉＯ３、及び他のチタン酸バリウム誘電体のうちの任意のもので形成される。
【００２１】
幾つかの実施の形態では、上記コンデンサーにおいて、電極の少なくとも一方は、誘電体に組み込まれる金属と共通した少なくとも１つの構成成分を有する金属成分で形成される。例えば、幾つかの実施の形態では、両方の電極は、誘電体に組み込まれる金属と同じ金属で形成される。
【００２２】
別の態様では、コンデンサーが開示され、コンデンサーは、少なくとも一対の電極と、電極間に配設された誘電体層であって、金属化部分を含む、誘電体層と、を含む。金属化部分は、分離された金属包含物が誘電体内に分布する金属−誘電体複合材の形態であり得る。コンデンサーは、誘電体層に組み込まれる金属を欠くことを除いて、全ての点で同一であるコントロールコンデンサー（例えば、同じ寸法を有し、電極が同じ金属で形成され、誘電体層が同じ誘電体材料で形成される）のキャパシタンスよりも、少なくとも約３倍、少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、又は少なくとも約２０倍大きいキャパシタンスを示す。例えば、コンデンサーは、約３〜約１０００の範囲の倍率だけコントロールコンデンサーのキャパシタンスよりも大きいキャパシタンスを示し得る。
【００２３】
幾つかの実施の形態では、金属組み込み式誘電体の有効誘電率は、２０の誘電率を有する通常の誘電体の場合、約２０〜約１２０の範囲内にあるとすることができる。幾つかの実施の形態では、金属包含物が、全誘電体層にわたって分布するが、他の実施の形態では、金属包含物は、誘電体層の一部分内に限定される。場合によっては、こうした金属化層は、実質的に金属包含物がない層（「空乏層」）によって、電極の少なくとも一方から分離され得る。
【００２４】
別の態様では、金属−誘電体複合材を形成する方法が開示され、この方法は、複数の誘電体粒子を金属で被覆することであって、複数の金属被覆された誘電体粒子を形成する、被覆することと、複数の金属被覆された誘電体粒子を焼結することであって、金属被覆を複数の離散的な分離された金属凝集体に変える、焼結することと、を含むことができる。一般に、焼結温度は、セラミック粒子を被覆するために使用される金属に基づいて選択される。例えば、幾つかの実施の形態では、焼結温度は、例えば銀が使用されるとき、少なくとも約８００℃とすることができる。焼結温度は、一般に、約７５０℃〜約９５０℃の範囲、より詳細には約８５０℃と約９４５℃との間にあるとすることができる。複数の金属被覆された誘電体粒子は、約１０分〜約１０００分の範囲内の継続期間の間、焼結されることができるが、他の温度及び焼結継続期間もまた利用され得る。
【００２５】
上記方法の幾つかの実施の形態では、誘電体層に組み込まれる金属の一部は、高温焼結プロセス中に電極の少なくとも一方にマイグレートして、その電極に隣接する薄い誘電体層であって、実質的に金属フリーな、薄い誘電体層（「空乏層」）を形成する。換言すれば、約０．０１ミクロン〜約２０．０ミクロンの範囲内、例えば約０．０１ミクロン〜約１０．０ミクロンの範囲内の厚さを有し得る空乏層が、焼結プロセス中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成されることができる。幾つかの実施の形態では、電極の少なくとも一方の金属成分（複数の場合もある）及び誘電体に組み込まれる金属の金属成分（複数の場合もある）は、例えば、誘電体に組み込まれる金属の一部分の、電極への「ウィッキング」を容易にすることによって、空乏層のｉｎ−ｓｉｔｕ形成を容易にするために、少なくとも１つの構成成分を共通に有するように選択される。
【００２６】
本発明のシステムは、金属化誘電体層が焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ形成されることができることを実証する。コンデンサー構造は、積層セラミックコンデンサー（ＭＬＣＣ）の焼結プロセス中にｉｎ−ｓｉｔｕ生成されることができる。例えば、貴金属ＭＬＣＣでは、誘電体層を形成する銀誘電体複合材内の銀は、積層セラミックコンデンサーの焼結中に電極層にマイグレートする傾向がある。銀誘電体複合材内に残る誘電体は、コンデンサー構造内に誘電体層を形成する。この薄い誘電体層の厚さは、金属又は合金のタイプ、金属含有量の割合、焼結温度及び継続期間、誘電体組成物等のパラメーターに応じて変動し得る。典型的には、約０．１ミクロン〜約２０ミクロン、より典型的には約０．２ミクロンと約５ミクロンとの間の厚さが達成され得る。焼結中にｉｎ−ｓｉｔｕ生成されるコンデンサー構造は、現行のテープビルドアップ技術（tape buildup technology）で補完して、改善されたＭＬＣＣを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ｂと合わせて、一実施形態による、ＥＤＥ３層を有する３次元積層セラミックコンデンサーを生成するための改良型製造プロセスを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａと合わせて、一実施形態による、ＥＤＥ３層を有する３次元積層セラミックコンデンサーを生成するための改良型製造プロセスを示す図である。
【図１Ｃ】金属被覆された誘電体テープが図１の方法で使用されるときに生成されるＭＬＣＣの冶金学的微細構造断面図である。
【図２Ａ】焼結前のＭＬＣＣの構成を示す図である。
【図２Ｂ】その端部の絶縁体が誘電体で構成されるＭＬＣＣの構成を示す図である。
【図２Ｃ】Ａｇ−誘電体複合材が電気的に短絡されているＭＬＣＣの比較例を示す図である。
【図３】電極とＡｇ−誘電体の両方が誘電体テープの表面上に印刷されている非対称レイアウトを有するＭＬＣＣを示す図である。
【図４】図３の例示的な実施形態の非対称レイアウトに対する、ＭＬＣＣの対称レイアウトでかつ焼結前のステージを示す図である。
【図５Ａ】誘電体層がまだ形成されていない焼結前の例示的なＭＬＣＣを示す図である。
【図５Ｂ】焼結後の例示的なＭＬＣＣの冶金学的微細構造断面図である。
【図６Ａ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第１のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図６Ｂ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第１のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図６Ｃ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第１のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図７Ａ】図６Ａ〜６ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第１のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図７Ｂ】図６Ａ〜６ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第１のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図７Ｃ】図６Ａ〜６ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第１のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図７Ｄ】図６Ａ〜６ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第１のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図８Ａ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第２のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図８Ｂ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第２のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図８Ｃ】約５時間、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第２のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図９Ａ】図８Ａ〜８ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第２のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図９Ｂ】図８Ａ〜８ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第２のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図９Ｃ】図８Ａ〜８ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第２のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図９Ｄ】図８Ａ〜８ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第２のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１０Ａ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第３のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１０Ｂ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第３のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１０Ｃ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第３のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１１Ａ】図１０Ａ〜１０ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第３のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１１Ｂ】図１０Ａ〜１０ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第３のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１１Ｃ】図１０Ａ〜１０ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第３のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１２Ａ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第４のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１２Ｂ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第４のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１２Ｃ】約１時間、約９７５℃でＭＬＣＣを焼結した後の、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第４のサンプルＭＬＣＣの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１３Ａ】図１２Ａ〜１２ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第４のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１３Ｂ】図１２Ａ〜１２ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第４のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１３Ｃ】図１２Ａ〜１２ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第４のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１３Ｄ】図１２Ａ〜１２ＣのサンプルＭＬＣＣに対応する他の第４のサンプルＭＬＣＣの光学顕微鏡によって生成された冶金学的微細構造断面図である。
【図１４】３次元構造が誘電体微粒子上の導電性被覆から形成される、３次元コンデンサーの１つの例示的な実施形態を形成する単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図１５】３次元構造が被覆された誘電体粒子の誘電体スラリーに混入された金属粒子から形成される、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ層の断面図である。
【図１６】金属粒子が誘電体グリーンテープに埋め込まれる、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図１７】金属粒子が誘電体グリーンテープに埋め込まれ、導体プレートが誘電体層に隣接する低融点電極材料の層を含む、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図１８】金属被覆された微粒子を用いて間に誘電体層が狭持されている導電層を作り出している、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図１９】誘電体層と電極層の間に金属被覆されたセラミック層が形成される、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図２０】３次元構造が主導体層から誘電体層中に垂直に突出する、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図２１】３次元構造が主導体層から誘電体層中に突出する、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層の断面図である。
【図２２】誘電体層内に複数の離散的な金属包含物を有するが、電極に隣接した「空乏層」がない、３次元コンデンサーの別の例示的な実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで開示される実施形態、並びにその特徴及び態様は、キャパシタンス効率を改善するコンデンサー、及び製造方法を提供することに向けられる。より具体的には、改善されたコンデンサーは、誘電体との界面の点において３次元の様相を有する電極層を用いて構成することができる。有利には、３次元コンデンサーの実施形態は、当業者に既知である現在のコンデンサー設計と比べて、コンデンサーを収容するために回路内に必要とされる占有空間を大幅に削減する。必ずしも高ｋ（高誘電率）誘電体材料を必要とすることもなく、常に増え続けるスタック内に付加的な「電極−誘電体−電極」構成を追加することもなく、複数のコンデンサーを直列につなぎ合わせることもなく、キャパシティブ密度の増加を実現することができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、ＭＬＣＣ等のコンデンサーが開示され、コンデンサーは、１つ又は複数の金属化誘電体層を含み、金属化誘電体層はそれぞれ、電圧端子に結合するために適合した２つの電極間に配設される。組み込まれた金属が、パーコレーションネットワークを形成しない別個の金属包含物を形成することを保証しながら、かなりの量の金属が、誘電体層内に組み込まれ得ることが発見された。実際には、場合によっては、組み込まれた金属の体積分率は、パーコレーションの発生をもたらすことなく、パーコレーション閾値を超え得る。例えば、幾つかの実施形態では、誘電体層内の金属の体積分率は、少なくとも約４０％であり得る。さらに、幾つかの実施形態では、空乏化誘電体層（すなわち、実質的に金属がない、好ましくは完全に金属がない誘電体層）は、少なくとも１つの電極、好ましくは金属化層がその間に配設される両方の電極から金属化誘電体層を分離する。こうして、高いキャパシタンスならびに高いキャパシティブ密度を示すコンデンサーが達成され得る。
【００３０】
ＭＬＣＣの例示的な実施形態は、本明細書においてセラミック系コンデンサーとの関連で開示されるが、ＭＬＣＣの種々の実施形態は必ずしもセラミック系部品を含まなくてもよく、それゆえ、本開示の範囲はセラミック系実施形態には限定されないことは当業者には理解されよう。さらに、開示される実施形態の誘電体層、陽極層及び陰極層は本明細書において包括的に「プレート」又は「層」と呼ばれる場合もある。しかしながら、本開示は、３次元コンデンサーの全ての実施形態において導電層又は誘電体層が「硬い」又は「堅い」プレートでなければならないように解釈されるべきではない。むしろ、示される特定の例示的な実施形態との関連において解釈されるように、用語「プレート」は、硬いプレート、又はインク、ペーストを塗布することによって作り出されるプレート、変形可能な物体の構造等を含む、任意のコンポーネント層、又はその作製方法を含むように理解されたい。すなわち、用語「プレート」は単に３次元コンデンサー内の特定の層を指しており、そのような層は、その層が関連付けられる例示的な実施形態の開示に関して記述される場合がある特徴及び態様によってのみ制限されることを理解されたい。
【００３１】
一般的に、本開示において記述される特定の実施形態は、例示のためにのみ与えられ、ＭＬＣＣの範囲を制限するものと解釈されない。さらに、ＭＬＣＣの種々の実施形態は種々の構成成分又は材料の選択肢を利用することができるが、本開示における例示的な実施形態に関して記述される例示的な材料は、ＭＬＣＣ内に含まれる場合がある材料又は構成成分の包括的な列挙として意図していない。ＭＬＣＣ、詳細には、陽極層、陰極層、端子、導電性突出部、誘電体又は「グリーンテープ」層等のコンデンサーの特徴を作り出すために用いられる材料は、実施形態によって（例えばコンデンサーが意図される特定の用途に基づいて）異なり、おそらく或る特定の実施形態の新規の特徴又は態様を生み出すのに役に立つが、本開示の範囲を制限しない。
【００３２】
所与の３次元コンデンサーの種々の構成要素又は特徴のための材料選択は、限定はしないが、電極の場合−銀（例えば重量パーセントで約１００％）、銀パラジウム合金（重量パーセントで約９５％Ａｇ：約５％パラジウム）、パラジウム、並びに限定はしないが、金、白金、イリジウム及びそれらの合金のような他の貴金属、並びに限定はしないが、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ハフニウム及びレニウムのような高融点金属、並びに限定はしないが、ニッケル、ニッケル合金、銅及び銅合金のような卑金属を含み、誘電体層の場合：セラミック及びガラスセラミック、限定はしないが、銀被覆セラミック、パラジウム被覆セラミック、銀パラジウム被覆セラミック等のような貴金属被覆セラミック、並びに銀被覆調製（formulated）チタン酸バリウム系誘電体、銀被覆ガラスビーズ、並びに限定はしないが、アルミナ及び酸化タンタルのような無機酸化物を含む。
【００３３】
ここで図面を参照すると、例示的な３次元コンデンサーの種々の態様、特徴及び実施形態、並びに製造方法が更に詳細に提示されることになる。なお、同様の参照番号は図面全体を通して同様の構成要素を表す。図面及び詳細な説明において記述されるような例は説明として提供されており、ＭＬＣＣ、詳細には３次元コンデンサーの範囲を制限するものとして意図していない。
【００３４】
３次元コンデンサーを形成する方法、又は３次元コンデンサー内に含まれる場合がある構成物の具体的な材料が説明される。それゆえ、３次元コンデンサーのようなＭＬＣＣは、添付の特許請求の範囲及び当業者に理解されるようなその等価物の範囲内にある、以下の例の任意の変更及び変形を含む。
【００３５】
ＭＬＣＣの例示的な実施形態によれば、誘電体層において被覆されていないセラミック粒子の代わりに金属被覆されたセラミック粒子又は銀誘電体複合材を用いることによって、３次元コンデンサーの実施形態のようなＭＬＣＣを作り出すために用いることができる、改善された製造工程が説明される。被覆された誘電体材料若しくは金属誘電体複合材又は混合物と、改善された製造方法とを合わせて、ＭＬＣＣを実施することができる。
【００３６】
３次元コンデンサーの幾つかの実施形態は、積層セラミックコンデンサー（ＭＬＣＣ）等を含み、それゆえ、本開示において説明及び図示される３次元コンデンサーの実施形態の多くは、ＭＬＣＣ内の単一の３層を表すことができる単一の「電極−誘電体−電極」構成（ＥＤＥ）のみを示すことを意図していることは理解されたい。
【００３７】
図１及び図２は合わせて、本発明の例示的な実施形態による、ＥＤＥ３層を有するＭＬＣＣを生成するために用いることができる１つの例示的な製造方法１０１を示す。図１を参照すると、ＭＬＣＣの製造プロセスにおいて、セラミック粉末２０５を、限定はしないが、溶媒、ポリマー樹脂及び分散剤のような添加剤を含むことができる化合物のような担体に混合入して（ステップ１０５）、セラミックスラリー２１０を形成する。
【００３８】
セラミックスラリー２１０を用いて、本プロセスのテープ成形ステップ１１０において、「グリーンセラミックテープ」２１５を成形する。グリーンテープ２１５は、セラミック粉末スラリーから形成されており、最終的には、コンデンサーの誘電体層としての役割を果たすことになる。例示的なグリーンテープは、セラミックスラリーから形成されるように上述されているが、本発明の実施形態は、セラミック以外に、又はセラミックに加えて、限定はしないが、調整チタン酸バリウム系誘電体、限定はしないが、低温同時焼成セラミックにおいて用いられるＣａ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ系ガラスセラミック、及び高温同時焼成セラミックにおいて用いられるアルミナガラスセラミックのようなガラスセラミック、並びに種々の金属被覆セラミック、並びに無機酸化物及び化合物のような材料から作製されるグリーンテープ構成要素を含むことができることは理解されよう。被覆又は混合のために用いられる金属は、限定はしないが、銀パラジウム合金（例えば、銀パラジウム組成の重量パーセントで、約９５％Ａｇ及び約５％Ｐｄ、より好ましくは約９０％Ａｇ及び約１０％Ｐｄ、最も好ましくは約７０％Ａｇ及び約３０％Ｐｄの範囲内）、並びにパラジウム、パラジウム合金、白金、白金合金、銀、銀合金、金、金合金、及びイリジウム、ロジウム、ルテニウムのような他の貴金属又はそれぞれの合金、並びに、限定はしないが、銅、ニッケル、鉄、コバルト、マンガン、チタン、亜鉛のような卑金属、並びに、限定はしないが、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、タンタル及びニオブのような高融点金属を含むことができる。
【００３９】
グリーンテープの表面テクスチャリングは機械的なローラーを用いて行なうこともできる。例えば、グリーンテープ上で転がした後に、ローラー上のテクスチャをグリーンテープ上に転写することができる。その後、成形されると、グリーンテープ２１５は例示的なプロセスを進み、ステップ１２０においてスクリーン印刷される。
【００４０】
ステップ１２０におけるスクリーン印刷前に、電極金属粉末２２０を担体化合物と混合して（ステップ１１５）、電極インク２２５を形成する。電極インク２２５をセラミックグリーンテープ２１５上にスクリーン印刷して（ステップ１２０）、最終的なＭＬＣＣの単一の誘電体−導体２層を形成する。
【００４１】
ステップ１２０は、図１Ｃ〜図１３に関連して以下で述べる本発明のシステム及び方法の１つの主要な態様である。銀誘電体複合材又は混合物は、「グリーンテープステージ（green tape stage）」とも呼ばれ当業者に知られ、スクリーン印刷ステップ１２０で使用することができる。銀誘電体複合材は、金属（例えば、銀）被覆された誘電体テープ、金属（例えば、銀）粉末と混合された誘電体、金属（例えば、銀）被覆されたセラミック粒子、又は当業者によって理解される金属誘電体複合材を形成するための任意の他の方法を含むことができる。金属被覆されたセラミック粒子が使用される幾つかの実施形態では、セラミック粒子は、約０．０１ミクロン〜約１０．０ミクロンの範囲内のサイズを有する。
【００４２】
金属（すなわち、銀）粉末又は金属（すなわち、銀）被覆された誘電体テープと混合された誘電体粒子を含む誘電体複合材が、ステップ１２０で上述した、例示的な未被覆セラミック粉末２０５の代わりに使用される場合、図１４〜図２２又は図１Ｃ〜図１３に示すＭＬＣＣを形成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、銀被覆されたセラミック粒子を使用することができる。以下でより詳細に述べるように、或る特定のプロセスパラメーター、例えば、銀被覆されたセラミック粒子についての約８５０℃〜約９５０℃の範囲内の焼結温度が使用されると、金属の一部分が、少なくとも一方の電極に近接する領域からその電極にマイグレートし、それにより、その電極に近接して空乏層（すなわち、実質的に金属がない層）を生成する。場合によっては、電極にマイグレートした金属は、例えば指状突出部の形態で、その電極の表面層の増加をもたらし、それが、次に、後続の処理ステップを通して形成されるコンデンサーのキャパシタンスを増大させ得る。幾つかの実施形態では、電極は、空乏層を生成するため、電極に近接した薄い複合金属−誘電体層内の金属がその電極へマイグレートすることを促進するために、誘電体に組み込まれる金属と共通した少なくとも１つの金属成分を有する。
【００４３】
ステップ１０５〜１２０は繰り返されるので、ステップ１２５において、それぞれが単一の誘電体−導体２層を含む、複数のスクリーン印刷されたグリーンテープシート２３０が積重され、スクリーン印刷された導電層と次のシートのグリーンテープの底面とを繰返し並置することによって、ＥＤＥ３層が作り出されるようにする。ステップ１２５から生じるスタックは、ステップ１３０の積層プロセスにおいて積層される。結果として生じる貼り合わせられたスタック２３５は、その後、ステップ１３５において、複数の交互配置されたＥＤＥ３層を含む個々のセラミックグリーンチップ２４０に変わる。
【００４４】
図１Ｂにおいて本方法すなわち方法１０１が継続し、ステップ１４０において、個々のセラミックグリーンチップ２４０が焼成プロセスにかけられる。焼成プロセス（ステップ１４０）では、グリーンセラミックチップ２４０はベルト式加熱炉等に通され、上記のスラリー内の有機物が除去され、それにより、グリーンセラミックチップ２４０が焼結されて、ＥＤＥ３層を含むセラミックコンデンサーチップ２４５になる。焼結温度は、例えば誘電体−導電性層を形成するために使用される金属に基づいて、選択され得る。一般に、焼結温度は、金属の少なくとも部分的な溶融をもたらすために十分に高い。例として、焼結温度は、卑金属ＭＬＣＣにおいて、ニッケル被覆されたセラミックの場合、約１１００℃〜約１５００℃の範囲内、銀被覆されたセラミックの場合、約７５０℃〜約９８０℃の範囲にあり得る。
【００４５】
ステップ１５０において、焼結されたセラミックコンデンサーチップ２４５は、その後、導電性金属粉末２５５から混合された（ステップ１４５）終結インク２５０に浸漬することによって、２つの端部それぞれにおいて金属化することができる。終結金属化は、交互になっている導電性プレート間（陽極と陽極及び陰極と陰極）の内部接続、及び回路基板に活用するための電気的接点を提供する。終結されたチップ２６０は、その後、ステップ１５５の終結焼成プロセスにおいて再び乾燥及び焼成され、ＭＬＣＣ２６５になる。幾つかの実施形態では、焼成温度は例えば約７５０℃〜約９００℃の範囲内にあり得る。最後的に、終結金属を保護し、かつハンダ付け接続を容易にするために、ステップ１６０のめっきプロセスにおいて、ＭＬＣＣ２６５にスズめっきを施すことができる。製造関連の当業者には既知であるように、ＭＬＣＣ２６５は、その後、回路内で使う（ステップ１７０）前に、品質管理のために、ステップ１６５において検査プロセスを経ることができる。
【００４６】
図１Ｃ〜図１３の３次元コンデンサーを構築するための、特有の構成成分選択を伴う改良型製造プロセス：印刷された被覆を有する金属被覆された誘電体テープ又はスラリー
金属被覆された誘電体テープを使用した実際のサンプルの焼結後の図：図１Ｃ
【００４７】
ここで図１Ｃを参照すると、この図は、銀被覆された誘電体テープ３０が図１Ａ〜図１Ｂの方法で使用されるときに生成されるＭＬＣＣ１００Ａの断面図を示す。この図は、約１０００倍の拡大レベルで走査型電子顕微鏡を使用して生成された。ＭＬＣＣ１００Ａは、幾つかの層、すなわち、金属電極層１０、誘電体層２０Ａ（本明細書で空乏層２０Ａとも呼ばれる）、金属−誘電体テープ層３０（本明細書で金属化誘電体層３０とも呼ばれる）、及び誘電体層４０を備える。誘電体層４０は、幾つかの実施形態では、空乏層２０Ａの厚さよりも大きい、例えばこの例では約６倍だけ大きい、厚さを有するとすることができる。同様に、見えるのは、焼結中にマイグレートする金属のポケット（pocket）又は包含物６０５である。誘電体層２０Ａは、銀−誘電体層３０からの銀のマイグレーションによってｉｎ−ｓｉｔｕ形成されることがここで留意される。
【００４８】
以下は、このＭＬＣＣ構造１００を形成するために使用される例示的な材料である。電極層１０は、９５／５のＡｇ／Ｐｄ（約９５％の銀と約５％のパラジウム）を含む。誘電体層４０は、ＭＲＡ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓによって製造されたＶＬＦ−２２０Ａｑ３の製品名で市販製品として販売された、低温焼成可能なＣＯＧタイプチタン酸塩誘電体を含むとすることができ、金属−誘電体（すなわち、Ａｇ−誘電体）複合材テープ層３０は、ＶＬＦ−２２０Ａｑ３を被覆している銀の約３０（重量）％を含むことができる。焼結温度は、約９４０℃〜約９７５℃の範囲にあるとすることができる。コンデンサーチップのサイズは、２０１８（約０．２０インチ×約０．１８インチ）等のサイズを含むことができる。通常、コンデンサーチップを作るために６つの活性層が使用される。典型的な誘電体層の厚さは、約０．００１インチ（約２５ミクロン）である。本発明の範囲内には、他のサイズが含まれる場合がある。
【００４９】
焼結後に電子顕微鏡によって生成された断面図である図１Ｃをここで参照すると、コンデンサー１００Ａは、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０の上部にＡｇ／Ｐｄ電極１０をプリントすることによって構築することができ、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０は、誘電体層４０によって絶縁される。誘電体層４０は約３０ミクロンの厚さを有することができ、一方、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０は、焼結後に約１０ミクロンの厚さを有する。
【００５０】
走査型電子顕微鏡画像図１Ｃでは、明るい色合いの材料は、電極１０内のＡｇ／Ｐｄ、金属、及びＡｇ−誘電体複合材層３０内のＡｇである。暗い色合いの背景エリアは誘電体を構成する。Ａｇ−誘電体複合材内のＡｇの電極１０へのマイグレーションによって焼結プロセス中に形成され、約５ミクロンの厚さを有する誘電体層２０Ａは、Ａｇ／Ｐｄ電極１０と残りのＡｇ−誘電体複合材層３０との間に明瞭に見ることができる。Ａｇ−誘電体複合材テープ３０内に、金属の包含物又はポケット６０５が観測される。コンデンサー１００Ａのキャパシタンスを、誘電体内の金属の混入なしの純粋な誘電体テープだけを用いて作られた同じ寸法及び材料を有するコントロールコンデンサーと比較すると、約５倍（５００％）のおおよその増加が観測される。
【００５１】
焼結前の図：金属被覆された誘電体テープを使用する例示的な層設計−図２Ａ〜図５Ａ
ここで図２Ａを参照すると、この図は、誘電体層４０なしでＡｇ−誘電体複合材テープ３０だけを使用して形成することができる別の例示的なコンデンサー構造１００Ｂを示す。具体的には、図２Ａは、焼結前のＭＬＣＣ１００Ｂの構成を示す。図２Ａは、焼結前のグリーンステージ（ステップ１３０〜１３５、図１Ａ）におけるコンデンサー１００Ｂの構成を示す。図２Ａでは、Ａｇ／Ｐｄ電極１０は、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０上に直接印刷される。Ａｇ−誘電体複合材テープ３０は、その端部の一方を終端５０Ａで電気的に絶縁される。終端５０Ａ、５０Ｂは、限定はしないが、銀を含む材料から作ることができる。
【００５２】
Ａｇ−誘電体複合材テープ３０の端部の一方の絶縁体は、誘電体４０又は揮発性（fugitive）インクによって形成された空気充填キャビティ（図示せず）を含むことができる。絶縁体はまた、図２Ｂに示すように焼結中にＡｇ／Ｐｄ電極１０Ｂを使用して形成することができる。換言すれば、図２Ｂは、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０を備える、その端部に絶縁体を有するＭＬＣＣ１００Ｃの構成を示す。
【００５３】
図１Ｃに関連して述べる誘電体層２０Ａは、本方法のこの中間ステージ又はフェーズで示す図２Ｂのこのステージではまだ形成されない。焼結すると、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０内の銀は、マイグレートし、誘電体複合材テープ３０内で誘電体層２０Ａ（図１Ｃに示す）をｉｎ−ｓｉｔｕ形成する。電極層１０及びＡｇ−誘電体複合材テープ３０は、図１Ａに示すように焼結中に形成される誘電体層２０Ａと共に、図２Ｂのコンデンサー構造１００Ｃを形成することができる。２つの誘電体層２０Ａ（図２Ｂでは示さず）を各Ａｇ−誘電体複合材テープ３０内に形成することができることに留意されたい。
【００５４】
図２Ｃは、Ａｇ−誘電体複合材テープ３０が電気的に短絡されるＭＬＣＣ１００Ｄの比較例を示す。具体的には、図２Ｃは、コンデンサー構造１００Ｄの比較例を示しており、誘電性絶縁体４０又はキャビティが終端５０Ａに近いＡｇ−誘電体複合材テープ３０の一端で使用されないときに、全てのＡｇ−誘電体複合材テープ３０が、図２Ａ及び図２Ｂの実施形態と比べて電気的に短絡される。しかし、Ａｇ−誘電体層３０を通常通過する電流を短絡させることは、終端５０が付加される終結プロセス中に銀マイグレーションが効果的に起こるように許容又は促進される場合に、防止される場合がある。図２Ｃのこの例示的な実施形態はまた、焼結前ステージを示しており、誘電体層２０Ａ（図１に示す）がまだ形成されていないことを意味する。
【００５５】
Ａｇ−誘電体複合材テープ３０の代わりにＡｇ−誘電体複合材層３０を形成するためにペーストが使用され得る。Ａｇ−誘電体複合材層３０は、通常、コンデンサー構造１００について焼結ステージ中に銀マイグレーションが起こった後に層３０内に電極を形成するために、銀−絶縁体層が十分な金属材料を有することを保証するのに十分に厚くなければならない。図２Ｃのこの実施形態についてのＡｇ−誘電体複合材層３０の典型的な厚さは、一般に、図１Ｃの説明で述べた約１０ミクロンの大きさを含む。
【００５６】
ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体層厚は、印刷された層厚によって影響を受けるだけでなく、焼結温度、及び金属−誘電体複合材を形成するために使用される金属の性質および誘電体の化学物質等の他の因子によっても影響を受けることが当業者によって理解される。ここで与えられる厚さは、限定因子として使用されるべきでないこと、及び、ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体層が薄ければ薄いほど、一般に、より高い又はより増加したキャパシタンス性能をもたらすこともまた理解される。
【００５７】
図３は、電極１０及びＡｇ−誘電体３０が共に誘電体テープ７０の表面に印刷される非対称レイアウトを有するＭＬＣＣ１００Ｅを示す。具体的には、図３は、電極１０及び３つのＡｇ−誘電体層３０Ａ、３０Ｂ、及び３０Ｃが共に誘電体テープ７０の上部に印刷されるコンデンサー構造１００Ｅの別の例示的な実施形態を示す。この構成では、異なる誘電体層厚を有する２つのタイプのサブコンデンサー構造を形成することができる。
【００５８】
図３は、焼結前のグリーンステージにおけるコンデンサー構成を示す、したがって、図１に示す焼結中に形成される誘電体層２０Ａはまだ形成されていない。１つのサブコンデンサー構造は、Ａｇ／Ｐｄ電極１０と、隣接する第１の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ａとの間に焼結後に形成される。ここで、残りのＡｇ−誘電体複合材３０Ａは一方の電極であり、Ａｇ／Ｐｄ電極１０は他方の電極であり、誘電体空乏層としてｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体層２０Ａ（図示せず）と共に薄いコンデンサー構造を形成する。他のコンデンサー構造は、誘電体テープ層７０にわたって、Ａｇ／Ｐｄ電極１０と、第２の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ｂとの間に焼結後に形成される。第１のコンデンサー下部構造が、ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体の層が薄いため、従来の構造である第２のタイプよりもはるかに大きなキャパシタンスを有することが明らかである。
【００５９】
第１の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ａ、第２の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ｂ、及び第３の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ｃは、これらの材料のその各部材製造中に形成される方法が、図２Ｃの実施形態のＡｇ−誘電体複合材テープ３０と異なる。図２Ａ、図２Ｂ、及び図２ＣのＡｇ−誘電体複合材テープ３０は、スラリーからテープ成形することによって形成され、一方、第１の印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０Ａ、３０Ｂ、及び３０Ｃは、ペーストから印刷することによって形成される。機能材料、Ａｇ−誘電体複合材粉末は同じとすることができる。各コンデンサー１００Ｄ（図２）及び１００Ｅ（図３）が形成されると、複合材テープ３０ならびに複合材３０Ａ、３０Ｂ、及び３０Ｃは、全コンデンサー１００Ｄ、１００Ｅの動作に関して同じように機能する。
【００６０】
図４は、図３の例示的な実施形態の非対称レイアウト１００Ｅに対して、ＭＬＣＣの対称レイアウト及び焼結前のステージを示す。具体的には、図４のこの例示的な実施形態では、Ａｇ−誘電体複合材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ（ペーストから形成される）は、終端５０Ａ、５０Ｂに対して交互方式で配置される。図４は焼結前のステージを概略的に示すため、誘電体層２０Ａ（図１に示す）は形成されていない。
【００６１】
一方、図３の例示的な実施形態では、Ａｇ−誘電体複合材層３０は、一方の終端５０Ｂに接触しているだけである。
【００６２】
図５Ａは、誘電体層２０Ａがまだ形成されていない焼結前の例示的なＭＬＣＣ１００Ｇを示す。具体的には、図５Ａは、焼結前のグリーンステージにおける別の例示的なコンデンサー構造１００Ｇを示しており、誘電体層２０Ａ（図１Ｃに示す）がまだ形成されていないことを意味する。この例示的な実施形態では、Ａｇ−誘電体複合材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ（ペーストから形成される）及びＡｇ／Ｐｄ電極１０は共に誘電体テープ７０の上部に印刷される。Ａｇ−誘電体複合材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、電流の短絡を防止するために、Ａｇ／Ｐｄ電極１０のエリアに比べて大きなエリアに印刷される。図５Ａのこの例示的な実施形態では、電極１０の表面積に対する複合材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの表面積は約２０％大きい。コンデンサー構造１００Ｇはまた、図３に示すものと同じ材料で作られる誘電体テープ層７０を有する。
【００６３】
焼結後の図：金属被覆された誘電体テープを使用する実際のサンプルの層設計−図５Ｂ
図５Ｂは、焼結後の例示的なＭＬＣＣ１００Ｈの断面図を示す。具体的には、図５ｂは、焼結後のコンデンサー構造１００Ｈを示す。図５ｂは、光学顕微鏡によって生成された断面図であり、コンデンサー構造１００Ｈの例示的な実施形態を示しており、誘電体テープ７０上に印刷される、印刷されたＡｇ−誘電体複合材３０（図２Ａ〜図５Ａの焼結前のステージに示すように、ペーストから形成される）内の銀が、電極１０内に完全にマイグレートすることを許容され、それにより、焼結中に誘電体層２０Ａがｉｎ−ｓｉｔｕ形成される。図５Ｂでは、明るい色合いの材料は、Ａｇ／Ｐｄ電極材料１０であり、一方、暗い色合いの背景材料は誘電体層７０及び２０Ａである。
【００６４】
図５Ｂに示すように、Ａｇ−誘電体複合材３０（焼結前の図２Ａ〜図５Ａに示す）内の銀は、電極層１０に完全にマイグレート又は移動して、層２０Ａ及びその結果得られるコンデンサー構造が形成される。本説明で使用されるとき、「ｉｎ  ｓｉｔｕ」は、「焼結中」を意味する。このコンデンサー構造１００Ｇ及び１００Ｈを、焼結中に銀のマイグレーションによって形成される印刷された薄いコンデンサーを持たない誘電体層及び電極のための、同じサイズを有しかつ同じ材料で形成された従来のコンデンサーと比較すると、キャパシタンスの約６倍（約６００％）の増加が観測される。絶縁破壊電圧は、通常、誘電体層が薄いことによって低下しないことも留意される。
【００６５】
上述した例示的な実施形態では、キャパシタンスの増加は、通常、Ａｇ−誘電体複合材３０からの銀のマイグレーション後に薄い誘電体層２０Ａが形成されるためである。しかしながら、銀の電極１０へのマイグレーションはまた、電極／誘電体界面において不均一な表面を形成する機会を生じる。粗い表面は、通常、電極１０の表面積を増加させ、キャパシタンスの増加に寄与する場合がある。
【００６６】
電極／誘電体界面において不均一表面をもたらすこれらの変化は、焼結温度によって影響を受ける場合がある。図１Ｃ〜図５に示すコンデンサーの例示的な実施形態では、コンデンサー１００が低温で焼成されると、キャパシタンスの約１０％の増加が観測された。
【００６７】
コンデンサー１００（Ｇ及びＨ）はまた、単に純粋な誘電体でＡｇ−誘電体複合材３０を換えることによって作ることができることが指摘されるべきである。これは、Ａｇ−誘電体複合材３０において銀の割合がゼロに近づくときと同等である。上記の例示的な実施形態では、銀は、Ａｇ−誘電体複合材３０内の金属として使用される。限定はしないが、卑金属ＭＬＣＣ内のＮｉ及びＮｉ／Ｃｕならびに貴金属積層セラミックコンデンサー（ＭＬＣＣ）内で使用されるＡｇ／Ｐｄ合金等の、他の金属又は合金がＡｇ−誘電体複合材３０のために使用され得る。場合によっては、Ａｇ−誘電体複合材３０内の金属含有量は、マイグレーション後に導電性層を形成するのに十分に高くなければならない。ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体層２０Ａ、例えば図１Ｃに示す誘電体層２０Ａ、図５Ｂの誘電体層３０の厚さに影響を及ぼす（affect or impact）因子は、金属誘電体複合材３０内の金属又は合金の融点、焼結温度、及び、金属誘電体複合材３０内の金属含有量である。誘電体４０又は誘電体７０内のガラスはまた、ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される誘電体層２０Ａの厚さに著しく影響を及ぼす場合がある。
【００６８】
試験サンプルの焼結後の図：金属被覆された誘電体テープを使用する層設計−図６〜図１３
図６〜図１３は、金属（すなわち、Ａｇ）被覆された誘電体テープを使用するＭＬＣＣ層設計の４つのサンプルについての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の白黒写真及び光学顕微鏡図を示す。これらのＡｇ被覆された誘電体テープは、ＭＬＣＣの層を形成する総誘電体厚の約１／３を構成するために使用される。各ＭＬＣＣの他の２／３は、通常の誘電体テープを含む。これらのサンプルでは、より薄く見える１つの層が、Ａｇ被覆された誘電体テープのシートによって接触されなかったことが留意された。これは、全体の構造が導電性になったことに起因して働かなかった／実行しなかった他の試験サンプルの場合と同様に、全体の構造が導電性になることを防止するために意図的に行われた。
【００６９】
これらのサンプルＭＬＣＣのカバー層はまた、通常の誘電体テープから作られる。（Ａ）と指定された１００個のＭＬＣＣが、配向が同じになるように処理され、それにより、内部電極が、Ａｇ被覆された誘電体テープ上に直接印刷された。これらの部品は、Ａｇ被覆された層が下を（Ａｌ２Ｏ３セッターの方に）向くようにバーンアウトされ焼結された。４８個のＭＬＣＣが、被覆された層がそれぞれ、バーンアウト及び焼成中に上を（セッターから遠くに）向くように処理された（ラベルＢ）。図６〜１３に示す４つのサンプルの各グループ（Ａ及びＢ）は、細分され、２つのプロファイル、９４０℃／５時間焼結及び９７５℃／１時間焼結を使用して焼成された。
【００７０】
図６〜図１３に示すサンプルの観測結果
図２Ｃを参照した従来のサンプルと比較して本設計の場合、焼結された微細構造における著しい改善が存在した。９７５℃／１時間焼結は、９４０℃／５時間プロファイルよりかなり高密度であるように見える。
【００７１】
図６〜図１３に示す各サンプルにおいて、結合剤バーンアウト及び焼成中の配向によらず、誘電体層３０の被覆されたテープ部分内のＡｇは、実際には９５Ａｇ／５Ｐｄ内部電極１０から遠くにマイグレートするように思われ（当業者にとって予想外の結果である）、また、電気的性能に最小の影響を及ぼすように見える。これは、一部の層においてＡＧが重力に抗して上に移動したため予期外であった。一方、当業者は、重力のためにＡｇが下に移動すると予想するであろう。
【００７２】
図６〜図１３に示すこれらのサンプルの別の観測結果は、Ａｇマイグレーションが、被覆されたテープ誘電体層３０内に主に留まるように見え、むしろ純粋な誘電体層２０Ａであるように見えるものとして集まることである。銀−誘電体複合材内の銀は、電極層内にマイグレートし、また同様に、Ａｇ金属のポケット６０５を形成するようにマイグレートする。これらのポケット６０５は、より速いプロファイル焼結トライアル（ＬＴ−３０８８Ａ、焼結．９７５℃／１時間−図１０及び図１１並びにＬＴ−３０８８Ｂ、焼結．９４０℃／１時間−図１２及び図１３）においてかなり頻繁に現れるが、より遅いトライアル（ＬＴ−３０８８Ａ、焼結．９７５℃／５時間−図６及び図７並びにＬＴ−３０８８Ｂ、焼結．９４０℃／５時間−図８及び図９）においてサイズが大きい。やはり、これは、Ａｇの多くが、純粋のＡｇのポケット６０５として蓄積していることを示唆する。これらのサンプルの別の観測結果は、サンプル断面がいずれも層間剥離を示さないことであった。
【００７３】
【表１】
2013545291.tif 000003
【００７４】
有効誘電率は、最大のキャパシタンスを示した各グループからの単一部品について計算された。当業者が理解するように、有効誘電率は、観測されるキャパシタンスとコンデンサーの寸法に基づいて計算される。誘電損失は、各グループについて約０．００％で測定され、例外として、９４０℃／５時間で焼結されたＬＴ−３０８８Ａは、約０．００〜約０．０３％の範囲であった。やはり、これらの範囲は、Ａｇと有効層の通常の誘電体部分との間でほとんど反応しないことを示唆する。
【００７５】
一方、この誘電体についてのＭＬＣＣ形態における通常の誘電率（Ｋ）は、通常、約２３である。Ｋ平方（K-squares）が、この実行（内部９５Ａｇ／５Ｐｄ電極層は持たないが、ＭＬＣＣと同じＡｇ被覆された誘電体の層を含む）に関しても行われ、測定されたＫは、約２４．５であることがわかった。やはり、これは、Ａｇが、誘電体に関して大部分は非反応性であり、当業者が理解するように、もしあってもこの形態の伝導にそれほど寄与しないことを示唆する。
【００７６】
図６〜図１３に示し、また、以下で更に詳細に述べられるサンプルについての観測結果の要約
金属被覆された（すなわち、Ａｇ被覆された）誘電体テープから形成されるＭＬＣＣ３次元コンデンサーは、ＭＬＣＣ全体のキャパシタンス及び有効誘電率Ｋを大幅に増加させるように見える。ＬＴ−３０８８Ｂの１つの場合、上述の通り、その増加は、金属被覆された誘電体テープなしで形成されたＭＬＣＣと比べて約５倍であるように見える。
【００７７】
図６〜図１３に示した４つのサンプルの詳細な説明
図６〜図１３は、上記で論じた４つのサンプルを示す。各サンプルは、その種々の層について以下の参照数字を使用する：Ａｇ電極層１０；Ａｇ電極層１０とＡｇ被覆された誘電体テープ３０との間に形成された誘電体層２０Ａ；Ａｇ金属のポケット６０５；及び未被覆の標準的な／正規の誘電体テープ７０。
【００７８】
具体的には、図６Ａ〜図６Ｃは、約５時間のソーキング、約９４０℃でＭＬＣＣ１００−１を焼結した後、Ａｇ被覆された誘電体テープ３０を使用した第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１（ＬＴ−３０８８Ａ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された断面図を示す。
【００７９】
より具体的には、図６Ａは、約５００倍の拡大レベルでの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８０】
図６Ｂは、約２０００倍の拡大レベルでの図６Ａの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、（図６Ａに示す例より少数であるが）幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８１】
図６Ｃは、約５０００倍の拡大レベルでの図６Ａの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０だけが見える。誘電体テープ層３０内に形成されたＡｇ金属のポケット６０５も見える。上述の通り、長いソーキング時間を有するこの例示的な第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１（及び第２の例示的なサンプルＭＬＣＣ１００−２）内の金属（すなわち−Ａｇ）のポケット６０５は、より長いソーキング時間を有するが数がより頻繁でない第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３及び第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４のポケット６０５に比べてサイズが大きい。
【００８２】
図７Ａ〜図７Ｄは、図６Ａ〜図６Ｃに示すものに対応する他のサンプルの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１（ＬＴ−３０８８Ａ）の光学顕微鏡によって生成された断面図を示す。具体的には、図７Ａ〜図７Ｃは、約１００倍の拡大レベルでの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１の光学顕微鏡断面図を示す。図７Ａ〜図７Ｃでは、Ａｇ電極層１０、Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０、及び未被覆の標準的な／正規の誘電体テープ７０を含む、幾つかの層が見える。（金属のポケット又は包含物６０５は見えない。）図７Ａは、第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１の第１の実施形態を示し、図７Ｂは、第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１の第２の実施形態を示し、図７Ｃは、第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１の第３の実施形態を示し、各実施形態は、ＭＬＣＣ１００の同じバッチ又はセットで製造された。
【００８３】
図７Ｄは、約１０００倍の拡大レベルでの第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１の光学顕微鏡断面図を示す。この図７Ｄでは、Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む幾つかの層が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８４】
図８Ａ〜図８Ｃは、約５時間のソーキング、約９４０℃でＭＬＣＣを焼結した後に、Ａｇ被覆された誘電体テープを使用した第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２（ＬＴ−３０８８Ｂ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された断面図を示す。より具体的には、図８Ａは、約５００倍の拡大レベルでの第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８５】
図８Ｂは、約２０００倍の拡大レベルでの図８Ａの第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、（図８Ａに示す例より少数であるが）幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８６】
図８Ｃは、約５０００倍の拡大レベルでの図８Ａの第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０だけが見える。誘電体テープ層３０内に形成されたＡｇ金属のポケット６０５も見える。上述の通り、より長いソーキング時間を有するこの例示的な第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２（及び第１の例示的なサンプルＭＬＣＣ１００−１）内の金属（例えば、Ａｇ）のポケット６０５は、より長いソーキング時間を有するが数がより頻繁でない第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３及び第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４のポケット６０５に比べてサイズが大きい。
【００８７】
図９Ａ〜図９Ｄは、図８Ａ〜図８Ｃに示す第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２（ＬＴ−３０８８Ｂ）に対応する他の第２のサンプルの光学顕微鏡によって生成された断面図を示す。具体的には、図９Ａ〜図９Ｃは、約１００倍の拡大レベルでの第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２の光学顕微鏡断面図を示す。図９Ａ〜図９Ｃでは、Ａｇ電極層１０、Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０、及び未被覆の標準的な／正規の誘電体テープ７０を含む、幾つかの層が見える。（金属のポケット又は包含物６０５は見えない。）図９Ａは、第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２の第１の実施形態を示し、図９Ｂは、第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２の第２の実施形態を示し、図９Ｃは、第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２の第３の実施形態を示し、各実施形態は、ＭＬＣＣ１００の同じバッチ又はセットで製造された。
【００８８】
図９Ｄは、約１０００倍の拡大レベルでの第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２（ＬＴ−３０８８Ｂ）の光学顕微鏡断面図を示す。この図９Ｄでは、Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む幾つかの層が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００８９】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、約１時間のソーキング、約９７５℃でＭＬＣＣ１００−３を焼結した後に、Ａｇ被覆された誘電体テープ３０を使用した第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３（ＬＴ−３０８８Ａ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された断面図を示す。より具体的には、図１０Ａは、約５００倍の拡大レベルでの第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９０】
図１０Ｂは、約２０００倍の拡大レベルでの図１０Ａの第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、（図１０Ａに示す例より少数であるが）幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９１】
図１０Ｃは、約５０００倍の拡大レベルでの図１０Ａの第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０だけが見える。誘電体テープ層３０内に形成されたＡｇ金属のポケット６０５も見える。上述の通り、Ａｇ金属のポケット６０５は、第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３（及び第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４）をより速くソーキング、焼結するときにかなり頻繁に現れるが、第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１及び第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２を遅くソーキングするときに比べてサイズが小さい。
【００９２】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３（ＬＴ−３０８８Ａ）に対応する他の第３のサンプルの光学顕微鏡によって生成された断面図を示す。具体的には、図１１Ａ〜図１１Ｃは、約１００倍の拡大レベルでの第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３の光学顕微鏡断面図を示す。図１１Ａでは、Ａｇ電極層１０、Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０、及び未被覆の標準的な／正規の誘電体テープ７０を含む幾つかの層が見える。（金属のポケット又は包含物６０５は見えない。）図１１Ａは、第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３の第１の実施形態を示し、図１１Ｂは、第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３の第２の実施形態を示し、図１１Ｃは、第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３の第３の実施形態を示し、各実施形態は、ＭＬＣＣ１００の同じバッチ又はセットで製造された。
【００９３】
図１１Ｄは、約１０００倍の拡大レベルでの第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３の光学顕微鏡断面図を示す。この図１１Ｄでは、Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む幾つかの層が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９４】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、約１時間のソーキング、約９７５℃で焼結した後に、Ａｇ被覆された誘電体テープ３０を使用した第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって生成された断面図を示す。より具体的には、図１２Ａは、約５００倍の拡大レベルでの第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９５】
図１２Ｂは、約２０００倍の拡大レベルでの図１２Ａの第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４（ＬＴ−３０８８Ｂ）のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む、（図１２Ａに示す例より少数であるが）幾つかの層の例が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９６】
図１２Ｃは、約５０００倍の拡大レベルでの図１２Ａの第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４のＳＥＭ断面図を示す。Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０だけが見える。誘電体テープ層３０内に形成されたＡｇ金属のポケット６０５も見える。上述の通り、Ａｇ金属のポケット６０５は、第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４（及び第３のサンプルＭＬＣＣ１００−３）をより速くソーキング、焼結するときにかなり頻繁に現れるが、第１のサンプルＭＬＣＣ１００−１及び第２のサンプルＭＬＣＣ１００−２を遅くソーキングするときに比べてサイズが小さい。
【００９７】
図１３Ａ〜図１３Ｄは、図１２Ａ〜図１２Ｃに示す第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４（ＬＴ−３０８８Ａ）に対応する他の第４のサンプルの光学顕微鏡によって生成された断面図を示す。具体的には、図１３Ａ〜図１３Ｃは、約１００倍の拡大レベルでの第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の光学顕微鏡断面図を示す。図１３Ａ〜図１３Ｃでは、Ａｇ電極層１０、Ａｇ被覆された誘電体テープ層３０、及び未被覆の標準的な／正規の誘電体テープ７０を含む幾つかの層が見える。（金属のポケット又は包含物６０５は見えない。）図１３Ａは、第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の第１の実施形態を示し、図１３Ｂは、第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の第２の実施形態を示し、図１３Ｃは、第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の第３の実施形態を示し、各実施形態は、ＭＬＣＣ１００の同じバッチ又はセットで製造された。
【００９８】
図１３Ｄは、約１０００倍の拡大レベルでの第４のサンプルＭＬＣＣ１００−４の光学顕微鏡断面図を示す。この図１３Ｄでは、Ａｇ電極層１０、誘電体層２０Ａ、及びＡｇ被覆された誘電体テープ層３０を含む幾つかの層が存在する。Ａｇ金属のポケット６０５も見える。
【００９９】
図１４〜図２２の３次元コンデンサーを構築するための、特有の構成成分選択を伴う改良型製造プロセス：金属被覆されたセラミック粒子
上述の例示的な被覆されていないセラミック粉末２０５の代わりに、金属被覆されたセラミック粒子を用いることによって、改良型セラミックコンデンサー製造方法１０１を用いて、３次元コンデンサーの実施形態を作り出すこともできる。
【０１００】
限定はしないが、銀被覆誘電体のような連続微粒子被覆を特徴とする金属被覆されたセラミック粉末が、３次元ＭＬＣＣの種々の実施形態において利用される。これを書いた時点では、銀被覆ガラスビーズがTechnic社（ロードアイランド州ウーンソケット所在）及びPotters Industries社（ペンシルバニア州マルバーン所在）から入手可能である。
【０１０１】
通常、金属被覆セラミック粉末の金属被覆は、限定はしないが、貴金属ＭＬＣＣの場合には銀又は銀パラジウム合金、卑金属ＭＬＣＣの場合にはニッケル又はニッケル合金のような、電極層を作り出すために用いることができる導電性粉末と一致する。他の実施形態では、一致していなく欠陥のある被覆を有する金属被覆セラミック粉末を用いることができる。さらに、所与の３次元コンデンサーの実施形態に粉末が組み込まれる前の幾つかの金属被覆セラミック粉末に微粒子被覆は実質的に一致しているが、金属被覆セラミック微粒子をペーストに混合するプロセス中において、被覆の連続性に欠陥が生じる場合がある。被覆された微粒子が、連続して一貫した被覆を特徴とするか、又は連続していない欠陥のある被覆を特徴とするかにかからず、被覆された微粒子を用いて、３次元コンデンサーの実施形態の誘電体層を効果的に形成することができる。
【０１０２】
有利には、金属被覆とセラミック微粒子基質との間に特有の表面張力があるので、焼結温度に晒される結果として、金属被覆の不連続が生じる場合がある。金属被覆された微粒子を所与の焼結温度に晒すことによって、金属被覆が微粒子から流れ、隣接する微粒子間の空隙内に凝集できることは当業者には理解されよう。誘電体微粒子の表面から流れた金属被覆から結果として生成される凝集体は、並置される誘電体微粒子間の空洞内に収まり、同時にＭＬＣＣ内の陽極層又は陰極層と接触する場合があり、それにより、電極層から誘電体層中へ実質的に垂直に突出する、陽極層又は陰極層の導電性延長部を効果的に作り出す。特に、そして有利には、凝集した金属被覆からなる複数の突出部は、導電層に起因する表面積を増やすことによって、ＭＬＣＣの全占有空間を拡大することなく、ＭＬＣＣのキャパシティブ密度を高める役割を果たす。焼結後に、金属被覆の幾つかの凝集体から生じる場合がある突出部の厚みは、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲にある全粒子厚の１％〜９０％であると考えられている。
【０１０３】
種々の製造パラメーター及び材料パラメーターを利用して、被覆された誘電体微粒子からの導電性被覆の流動及び凝集を制御することができ、それゆえ、特定のプロセスパラメーター設定の組み合わせ又は材料特徴が新規であるか、又は新規の結果を与えることができる場合であっても、プロセスパラメーター設定又は材料特徴の変動は本開示の範囲を制限しないことは当業者には認識されよう。金属被覆微粒子からの金属被覆の流動及び凝集に影響を及ぼすために利用することができる製造パラメーター及び材料特徴は、限定はしないが、金属被覆割合、誘電体層の厚み、焼結温度及び焼結時間を含む。
【０１０４】
３次元コンデンサーの幾つかの実施形態は、コアシェルセラミック粒子からなる誘電体材料選択を利用することができる。幾つかの実施形態では、コアシェルセラミック粒子におけるコアはＢａＴｉＯ３の組成を有することができ、一方、シェルはキャパシタンスの温度係数を改良するためにドーパントに富むことができる。組成分布（コアシェル構造）は、要求された温度範囲にわたって一貫した誘電率を提供することができる。
【０１０５】
図１４は、３次元コンデンサーの１つの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層３００の断面図を示しており、金属凝集体（包含物）の形態の３次元構造（突出部）は誘電体微粒子上の導電性被覆から形成される。誘電体層３０５は、例えば、金属被覆されたセラミック粒子３１５を含むことができ、セラミック微粒子上の導電性金属被覆は、限定はしないが、銀パラジウム合金、パラジウム、パラジウム合金、白金、白金合金、銀、銀合金、金、金合金等を含むことができる。ＥＤＥ３層３００の幾つかの実施態様では、誘電体層を有する金属の体積分率は、例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、又は少なくとも約４０％、例えば約４０％〜約６０％の範囲内にあるとすることができる。誘電体微粒子上に銀パラジウム被覆を含むことができる実施形態の非限定的な一例として、銀パラジウム被覆の組成の重量パーセントは、約９５％Ａｇ及び約５％Ｐｄ、より好ましくは約９０％Ａｇ及び約１０％Ｐｄ、最も好ましくは約７０％Ａｇ及び約３０％Ｐｄの範囲にあるとすることができる。
【０１０６】
幾つかの実施形態において用いられる誘電体微粒子上の導電性金属被覆は、限定はしないが、イリジウム、ロジウム及びルテニウムのような他の貴金属及びそれぞれの合金を含むことができる。加えて、幾つかの実施形態は、限定はしないが、銅、ニッケル、鉄、コバルト、マンガン、チタン、亜鉛のような卑金属を含む金属被覆を有する微粒子を含むことができる。さらに、更に他の実施形態は、限定はしないが、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、タンタル及びニオブのような高融点金属で被覆された誘電体微粒子を含むことができると考えられる。
【０１０７】
さらに、例示的な誘電体層３０５は被覆されたセラミック粒子で構成されるように記述されるが、層３０５内の被覆された粒子の誘電体部分は、限定はしないが、セラミック及びガラスセラミック、限定はしないが、銀被覆セラミック、パラジウム被覆セラミック、銀パラジウム被覆セラミック等の貴金属被覆セラミック、並びに銀被覆調製チタン酸バリウム系誘電体、銀被覆ガラスビーズ、並びに限定はしないが、アルミナ及び酸化タンタルのような無機酸化物のような、セラミック以外の誘電体物質で構成される場合もあるとも考えられる。また、セラミック粒子３１５上の金属被覆３２０は、誘電体グリーンシートを形成する前には実質的に均一とすることができるが（図示せず）、焼結後に、金属被覆３２０は有利には不連続になる。
【０１０８】
誘電体層３０５は、２つの電極プレート３１０Ａと３１０Ｃとの間に配置されるセラミック粒子３１５の完全な層として示される。特に、図１４の図において、プレート３１０Ａは陽極プレートを表すものとして示され、プレート３１０Ｃは陰極プレートを表すものとして示されているが、応用形態の要求に応じて、いずれかの導電性プレート３１０が充電コンデンサーの陽極又は陰極として動作できることは当業者には理解されよう。誘電体層３０５のセラミック粒子の粒径は通常、約０．０１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲にあるが、当業者によって理解されるように、他の誘電体粒子の粒径の範囲も可能である。
【０１０９】
上記で説明されたように、セラミックチップの焼結後の金属被覆３２０の不連続性は主に、限定はしないが、金属とセラミックのような、被覆された誘電体粒子３１５の異種の材料間の表面張力に起因する。一般的に、焼結温度に達した後に、その温度によって、金属被覆３２０が流れ、誘電体セラミック粒子３１５間の空洞３２５内に凝集する。有利には、溶融した微粒子被覆から生じる凝集した金属３２０は、冷えて、陽極プレート３１０Ａ又は陰極プレート３１０Ｃのいずれかから誘電体層中に実質的に垂直下方に延在又は突出する複数の３次元構造又は突出部３２０を形成することになる。導電性材料で構成される３次元構造３２０の多くは、ＥＤＥ３層３００の陽極プレート３１０Ａ又は陰極プレート３１０Ｃのいずれかとの界面構造３３０を形成することができる。誘電体粒子３１５間全てに分散される誘電体材料により、導電性プレート３１０Ａ、３１０Ｃに起因する全表面積を効果的に増やすことができ、それゆえ、コンデンサー３００の全キャパシティブ密度を高めることができることは当業者には理解されよう。
【０１１０】
キャパシティブ密度増加の非限定的な例として、３次元コンデンサーの実施形態は、どこにおいても、従来のコンデンサー設計よりも約１０倍〜約１０００倍の増加したキャパシティ密度（capacity density）を有すると推定されている。それでも、キャパシティ密度増加の上記の範囲は例示のためにのみ与えられ、本開示の範囲に関する制限要因ではない。回路内に同等の、又は概ね同等の占有空間を必要とする他のコンデンサー設計に比べて、所与の３次元コンデンサーの実施形態は、有利には、より高いキャパシティ密度を有することができることは当業者には認識されよう。
【０１１１】
重要なことには、誘電体微粒子被覆３１５が凝集する結果として、誘電体層３０５及び導電層３１０に対して実質的に垂直な角度以外の角度も考えられ、それゆえ、３次元構造３３０が種々の層に対して実質的に垂直であるという上記の記述は、３次元コンデンサー３００の範囲を制限しないことは当業者には理解されよう。形成される３次元構造３１５、３２０は両方とも、所与の導体プレートに起因する全表面積を増やすだけでなく、基本的に、所与のＥＤＥ３層３００内に複数の小さなマイクロコンデンサー３層構成を形成する。
【０１１２】
上述の例示的な実施形態のような、３次元コンデンサー３１５を作り出すために誘電体層３０５において用いるのに適している金属被覆セラミック粉末は、商品化することができる。革新的なコンデンサー構造は種々の誘電体微粒子材料及び被覆の組み合わせを含むことができるが、或る特定の組み合わせが他の組み合わせよりも好都合である場合がある。さらに、限定はしないが、金属被覆割合の選択、焼結温度及び焼結時間のような種々のパラメーターを用いて、３次元コンデンサー内の３次元構造の特性又は様相を制御できることは当業者には認識されよう。
【０１１３】
図１５は、３次元コンデンサーの１つの例示的な実施形態を形成する単一のＥＤＥ層４００の断面図を示しており、３次元構造が、誘電体粒子又は被覆された誘電体粒子の誘電体スラリーに混合される金属粒子４２１から形成される。上述の方法１０１のステップ１２０と同じく、電極プレート４１０Ａ、４１０Ｃはグリーンテープ２１５、４０５上に印刷され、グリーンテープ２１５、４０５は、純粋な誘電体スラリー２１０から形成される代わりに、金属微粒子４２１及び誘電体粒子又は金属被覆誘電体微粒子４１５の混合物から形成される。図１４の実施形態に関して上述したように、金属被覆誘電体微粒子は、導電性被覆及び誘電体微粒子の任意の組み合わせで構成できると考えられ、本明細書において、具体的な微粒子及び導電性被覆材料の選択及び組み合わせは例示的のために与えられており、本開示の範囲を制限しないことは理解されよう。同様に、金属微粒子４２１は、限定はしないが、銀、銀パラジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金等を含む任意の適切な導電性材料で構成することができると考えられる。誘電体粒子４１５の金属被覆は、金属微粒子４２１との機械的な混合の結果として不連続になる場合があるが、焼結後に、その被覆は通常流れ、誘電体層に対して実質的に垂直に３次元構造又は突出部４２０が形成されるように凝集することになり、或る物は上側電極との界面４３０Ａ上に形成され、或る物は界面４３０Ｂ上に形成されて下側電極に接続され、金属微粒子４２１が全体にわたって凝集される。
【０１１４】
図１４に示される３次元コンデンサー層の製造は、方法１０１に関して記述されたものと基本的に同じである。さらに、図１４に示される例示的な実施形態の３次元コンデンサーを製造するために、通常、図１及び図２との関連で記述されたような製造プロセスに対して変更が加えられる。具体的には、ステップ１０５において、ＭＬＣＣ製造時に、セラミック誘電体粉末２０５の代わりに金属被覆された誘電体３１５が用いられる場合には、結果として形成される３次元コンデンサーは、図１４の実施形態に類似の構造を有することになる。同様に、粉末２０５の代わりに、導電性微粒子４２１及び誘電体粒子又は被覆された誘電体微粒子４１５の機械的な混合が取り入れられる場合には、結果として形成される３次元コンデンサーは、図１５の実施形態に類似の構造を有することになる。
【０１１５】
特有の構成成分選択及び付加的な製造ステップ
【０１１６】
種々の新規の構成成分選択に対応するために付加的な製造ステップを組み込むことによって、特有のセラミックコンデンサー製造方法１０１を用いて３次元コンデンサーを作り出すことができる。
【０１１７】
図１６は３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層５００の断面図を示しており、金属粒子５２１が誘電体グリーンテープ２１５、５０５にしみ込む。金属粒子５２１が誘電体粒子５１５間の空隙に押し込まれるように、微細粒子を含む金属粉末をスラリーにして、方法１０１に関して記述された誘電体グリーンテープ２１５の表面上に塗布することができる。図１４及び図１５の実施形態に関して説明されたのと同様に、金属微粒子５２１は、限定はしないが、銀、銀パラジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金等を含む任意の適切な導電性材料で構成できると考えられる。したがって、金属微粒子の材料選択肢は、当業者であれば思いつくものであり、本開示の範囲を制限しないことは理解されよう。
【０１１８】
基本的に、微細粒子の金属スラリーを塗布することによって、金属粒子５２１が誘電体テープ２１５、５０５の「細孔」内に入り込み、それにより、プレート５１０Ａ、５１０Ｃとの界面５３０を形成する突出部５２２を作り出すように凝集する可能性がある。有利には、界面を形成する任意の突出部５２２は、導電性プレート５１０Ａ、５１０Ｃに起因する表面積を効果的に増やす働きをすることができる。
【０１１９】
再び方法１０１を参照すると、電極スクリーン印刷ステップ１２０において電極インク５１０Ａ、５１０Ｂを印刷する前に、適当に小さいサイズの金属微粒子５２１を含むスラリーの堆積物を誘電体テープ２１５に付けることができるように、ステップ１１０の後に、かつスクリーン印刷ステップ１２０の前に、付加的なステップを追加することができる。
【０１２０】
図１７は、３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層６００の断面図を示しており、金属粒子６２１が、誘電体グリーンテープ２１５、６０５の中に埋め込まれ、導体プレートは、誘電体層６０５に隣接する低融点電極材料の層を含む。図１６の実施形態と同様に、図１７は、誘電体層６０５に隣接する低融点金属導体６１１Ａ、６１１Ｃを拡散することによって形成される電極構造を示す（低融点は、主導体プレート６１０Ａ、６１０Ｃに用いられる材料の融点に対するものである）。例えば、約９５％Ａｇ／約５％Ｐｄ（銀／パラジウム合金）の上側電極層６１０Ａ、６１０Ｃの下に１００％銀電極６１１Ａ、６１１Ｃを用いることによって、焼結ステップ１４０中に誘電体微粒子６１５間の空洞に流れ込む金属を増やすことができ、それにより、任意の埋め込まれた金属微粒子６２１とともに、３次元構造又は突出部６２２を作り出すことができる。特に、図１７の図は、低融点導体層６１１Ａ、６１１Ｃ及び埋め込まれた金属微粒子６２１の両方を含む実施形態を示すが、低融点材料が焼結時に誘電体微粒子６１５間の空隙内に流れ込むのに応じて、導電性突出部を適切に作り出すことができるので、類似の実施形態は埋め込まれた微粒子６２１を含まない場合があることは理解されよう。
【０１２１】
図１４及び図１５の実施形態に関して説明されたものと同じように、金属微粒子６２１は、限定はしないが、銀、銀パラジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金等を含む任意の適切な導電性材料で構成できると考えられる。したがって、金属微粒子の材料選択肢は、当業者であれば思いつくものであり、本開示の範囲を制限しないことは理解されよう。重要なことには、例示的な図１７の実施形態に類似の実施形態では、主導体が誘電体に並置されるように、低融点導体層が主導体の上方に配置されることが要求される場合があることも当業者には認識されよう。
【０１２２】
再び方法１０１を参照すると、同じステップにおいてであるが、主電極６１０の印刷に先行して、低融点電極ペーストが印刷されるように、スクリーン印刷ステップ１２０内に付加的なステップを追加することができる。
【０１２３】
図３〜図６に関して説明及び図示してきた３次元コンデンサーの例示的な実施形態は、限定はしないが、銀、銀／パラジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅又は銅合金のような、硬いプレート又は主に導電性微粒子を含む電極層を利用する。しかしながら、３次元コンデンサーの他の実施形態は、限定はしないが、銀被覆セラミック微粒子又は導電性被覆と非導電性材料との任意の組み合わせのような、金属被覆された非導電性材料を含む陽極層及び陰極層を利用する。さらに、３次元コンデンサーの導電層のために金属被覆された非導電性材料を利用するそのような実施形態では、非導電性材料に起因する導電層又は代替的には導電性被覆における具体的な重量パーセントは実施形態によって異なる場合があり、約１％〜約９０％の範囲にあるとすることができる。有利には、そのような実施形態は、３次元構造の種々の利点を提供することに加えて、従来のコンデンサー構成よりも優れたコスト削減を実現することができる。
【０１２４】
図１８は、３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層７００の断面図を示しており、金属被覆された微粒子７２０を用いて、間に誘電体層７０５を狭持する導電層７１０Ａ、７１０Ｃを作り出している。例示的な図７の実施形態では、スクリーン印刷ステップ１２０においてグリーンテープ７０５上に塗布される電極インク２２５は、限定はしないが、金属被覆されたセラミック粉末のような導電性被覆微粒子、並びに当業者であれば思いつくことができる任意の他の微粒子及び被覆の組み合わせを含むことができる。有利には、ステップ１４０において焼結温度に晒すと、電極層７１０内の溶融した微粒子被覆の凝集によって３次元金属ネットワーク７２０が生じるときに、インクから機能的な電極層７１０が形成される。重要なことには、幾つかの実施形態では、電極層７１０内の３次元金属ネットワーク７２０は、電極及び誘電体を機械的に混合することによって達成することもできる。
【０１２５】
図１９は、３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層８００の断面図を示しており、誘電体層８０５と、電極層８１０Ａ、８１０Ｃとの間に金属被覆セラミック層８１１Ａ、８１１Ｃが形成される。この例示的な実施形態における誘電体層８０５は、例えば、被覆されていない標準的なセラミックのような誘電体材料から形成することができる。金属被覆セラミック層８１１はネットワーク構造８２０を形成し、それぞれの電極層８１０に電気的に接続される。３次元コンデンサーの図１７の実施形態に関して説明された低融点導電層と同様に、標準的な電極８１０Ａ、８１０Ｃを印刷する前に、金属被覆セラミック粒子を含むインクを用いて、ステップ１２０において金属被覆セラミック層８１１を印刷することができる（代替的には、幾つかの実施形態においては、金属被覆セラミック微粒子層の前に、標準的な電極層を印刷することができる）。
【０１２６】
図３〜図８において説明及び図示されてきた３次元コンデンサーの例示的な実施形態は、誘電体微粒子上の導電性被覆の流動を制御させることによって、及び／又は導電性粒子を埋め込むことによって形成される実施形態である。
【０１２７】
機械的な変換ステップ及び／又は予め設計されたプレート形状を用いる製造プロセス
３次元コンデンサーの幾つかの実施形態は、設計された導体／誘電体形状、及び／又は機械的な変換技法によって、誘電体層に対して実質的に垂直に配置される３次元構造を有する。
【０１２８】
図２０は、３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層９００の断面図を示しており、３次元構造（又は突出部）９２０が、陽極層９１０Ａ及び陰極層９１０Ｃから誘電体９０５中に垂直に突出する。２つの電極９１０は、誘電体層９０５によって分離される。例示的な図２０の実施形態における誘電体層９０５は、限定はしないが、被覆されていない標準的なセラミックのような従来の誘電体材料から形成することができるが、種々の実施形態において、上述したのと同じような被覆された微粒子を用いることができると考えられる。
【０１２９】
当業者によって理解されるような任意の適切な機械的デバイス又は穿孔方法によって、電極突出部９２０を収容する「スロット（slot）」又は「穴（bore）」が誘電体９０５内に作り出される。その後、それらのスロットを導電性材料で満たすことによって、実質的に垂直な３次元電極延長部すなわち指状突出部９２０が作り出される。それぞれの電極９１０Ａ、９１０Ｃに接続されるとき、電極突出部９２０は、陽極突出部９２０及び陰極突出部９２０の対の間の重なり９２１のエリアにおいて、主コンデンサー９００内に付加的なコンデンサー構成を作り出す。上述の実施形態と同じく、電極延長部９２０は、主電極プレート９１０とともに、電極層の有効表面積を増やし、それゆえ、そのような３層９００を含むコンデンサーのキャパシティブ密度を高めるように働く。
【０１３０】
図２０において、スロット及び対応する電極突出部９２０は、断面に対して垂直であるように示されている。しかしながら、エッジ金属化及び終結技法によって主導体プレートのうちの１つに電気的に接続される電極延長部９２０を設けるために、そのようなレイアウトは図示されないものの、突出部９２０を断面に対して平行にできることは理解されたい。スロットを作り出すのに適した方法は、限定はしないが、レーザードリリング、機械的なパンチング等を含むことができる。電極突出部を作り出すためにスロットを満たすのに適した方法は、限定はしないが、所与の導体層９１０から所与の電極９２０を絶縁するために、誘電体インクを印刷して変化するスロットを満たすこと、又は誘電体テープ上に電極インクを印刷してスロットを満たすことを含むことができる。パターニングはフォトリソグラフィー技術又はインプリント印刷によっても達成することができると考えられる。３次元コンデンサーの実施形態を生み出すために誘電体内の穴を利用するための他の方法は、当業者であれば思いつくものであり、それゆえ、当業者に理解されるように、本明細書において図示され、説明された特定の例示的な実施形態は本開示の範囲を制限しない。
【０１３１】
図２０に示される例示的な実施形態、及び類似の実施形態に関して、パターン密度、それゆえ、キャパシタンスは、スロットを形成する機械的手段、及びスロットを満たす印刷手段の分解能によって制限されることは当業者には明らかであるはずである。
【０１３２】
図２１は、３次元コンデンサーの例示的な実施形態を形成することができる単一のＥＤＥ３層１０００の断面図を示しており、３次元構造（又は突出部）１０２０は、主導体層から誘電体層１００５中に突出する。上述の実施形態と同様に、図２１の例示的な実施形態は、有利には、誘電体１００５に結合される陽極の表面積及び陰極の表面積を増やすことによって、キャパシティブ密度を高める。電極構造１０２０は、限定はしないが、インプリント印刷、モールディング等のパターニング技法によって形成することができる。すなわち、３次元構造１０２０は、例示的な方法１０１のステップ１２０において電極層１０１０をスクリーン印刷する前に、誘電体グリーンテープ２１５に対して、歯を有するダイを当てる（例えば、型押しする）ことによって、改良型グリーンテープの構成成分内に作り出すことができる。
【０１３３】
例示的な図２１の実施形態における誘電体層１００５は、被覆されていない標準的なセラミックのような従来の誘電体材料から形成することができるが、全ての実施形態において必要であるとは限らない。改良型グリーンテープをスクリーン印刷すると、電極１０１０は、グリーンテープを型押し又はモールドすることによって生じた例示的な歯形に起因する、改良型誘電体層１００５への突起１０２０を得る。突起１０２０は、延長された電極としての役割を果たし、主コンデンサー１０００内に電荷を収集する付加的な表面積を効果的に作り出すことができる。
【０１３４】
図２１の例示的な実施形態及び類似の実施形態を製造する場合、製造方法１０１に対する変更は、「テープ成形」ステップ１１０後に又はその最中に、誘電体テープにテクスチャを追加することを含むことができる。特に、３次元コンデンサーの類似の実施形態において、図示されるもの以外の突起１０２０のパターンを用いることができることは当業者には認識されよう。
【０１３５】
図２２は、誘電体層３０５内に複数の離散的な金属包含物３２０を有するが、電極に隣接した「空乏層」がない、３次元コンデンサー２２００の別の例示的な実施形態の断面図を示す。この例示的な実施形態は、図１４に示す例示的な実施形態と同様であるため、差異だけが以下で述べられる。この例示的な実施形態によれば、３つの誘電体層３０５が存在する。これらの３つの誘電体層３０５は、それらの間に空乏層が配設されない状態で互いに隣接して配置される。空乏層７０５又は８０５は、図１８及び図１９の例示的な実施形態において見出されることができる。空乏層７０５、８０５は、実質的に金属フリーの誘電体層である空乏層である。
【０１３６】
本明細書において記述される複数のプロセス又はプロセスフローにおける或る特定のステップは、所与の３次元コンデンサーの実施形態が、記述したように機能するために、当然他のステップに先行しなければならない。しかしながら、そのような順序又はシーケンスがそこから生じる３次元コンデンサーの機能を変更しない場合には、３次元コンデンサーの製造は、記述されたステップの順序には限定されない。すなわち、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、幾つかのステップを他のステップの前、後又は他のステップと同時に実行できることを認識されたい。幾つかの場合においては、本発明から逸脱することなく、或る特定のステップを削除することも実行しないこともできる。
【０１３７】
上述のような３次元コンデンサーは、約１層〜約１０００層、好ましくは約３００層〜約５００層を含むことができ、誘電体層厚は多くの場合に約１ミクロン〜約５０ミクロンである。単一の誘電体層のみが利用されるとき、単層コンデンサーが形成され、多くの場合に低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）技術におけるパッシブインテグレーションにおいて見られる。３次元コンデンサーは、０４０２サイズ（約０．０４インチ×約０．０２インチ）程度の小さなサイズを含むこともでき、さらには、０２０１サイズ（約０．０２インチ×約０．０１インチ）を含むこともできる。
【０１３８】
結論
したがって、上述した方法１０１、例示的な実施形態、及び実際のサンプルは、一対の電極（図１Ｄの１０及び図１４の３１０Ａ、３１０Ｃ等）を含むことができるコンデンサーを開示する。金属被覆された誘電体テープ（図１Ｃの３０等、概して図１Ｃ〜図１３に見出される）又は金属被覆されたセラミック粒子（図１４の３１５等、概して図１４〜図２２に見出される）から形成される金属化誘電体層は、一対の電極の間に配設されることができる。金属化誘電体層は、金属化誘電体層内の金属の体積分率が少なくとも約３０％になるように、誘電体材料（図１及び図６の３０等、図１４のセラミック粒子３２０等、図１５の誘電体粒子４１５等）内に分布した複数の金属凝集体（図１Ｃ及び図６の金属ポケット６０５等、図１４の金属被覆３２０等、図１５の金属粒子４２１等）を含むことができる。複数の金属凝集体は、誘電体材料によって互いに分離されることができる。
【０１３９】
コンデンサーは、金属化誘電体層（図１Ｃの３０）を電極（図１Ｃの１０）の少なくとも一方から分離する、図１Ｃの２０Ａ等の、「空乏層」と呼ばれる少なくとも１つの実質的に金属フリーの誘電体層を含むことができる。金属の体積分率は、約３０％〜約６０％の範囲内にあるとすることができ、より好ましくは、金属の体積分率は、約４０％〜約６０％の範囲内にある。
【０１４０】
金属化誘電体層は、約０．０１ミクロン〜約５０．０ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。上述した結果として得られるコンデンサーは、金属化誘電体層がない状態のキャパシタンスの少なくとも５倍であるキャパシタンスを示す場合がある。上述の通り、コンデンサー内の誘電体材料は、セラミックを含むことができる。セラミックは、チタン酸バリウム系セラミック、又は、タンタル酸マグネシウム鉛及びニオブ酸マグネシウム鉛、ガラスセラミック、無機酸化物、アルミナ酸化物、並びにタンタル酸化物等の他のタイプのコンデンサー誘電体の任意の１つを含むことができる。
【０１４１】
上述の通り、セラミックは、金属凝集体（図１４に示す被覆３２０）で部分的に被覆される複数のセラミック粒子（図１４の粒子３１５等）を含むことができる。セラミック粒子は、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲内のサイズを有することができる。
【０１４２】
使用される金属凝集体は、銀、パラジウム、ニッケル、金、白金、イリジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、レニウム、ニッケル、及び銅の任意の１つを含むことができる。金属凝集体及び電極の少なくとも一方は、少なくとも１つの金属成分を共通に有する場合もあるし、有しない場合もある。すなわち、金属凝集体及び電極の少なくとも一方は、同じ金属で形成されない場合がある。電極は、銀、パラジウム、ニッケル、金、白金、イリジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、レニウム、ニッケル、及び銅のうちの任意のもので形成されることができる。
【０１４３】
上述した技法によって形成されるＭＬＣＣは、複数の電極及び複数の誘電体層を含むことができ、各誘電体層は２つの電極間に配設される。ＭＬＣＣの誘電体層の少なくとも一方は、内部に複数の金属包含物が分布される誘電体材料を含む金属化部分を有する。金属化部分内の金属の体積分率は、少なくとも約２０％、より詳細には少なくとも約３０％であり、上記包含物は誘電体材料によって別の包含物から分離される。
【０１４４】
誘電体層の金属化部分は、セラミックと複数の金属包含物の混合物を含むことができる。セラミックは、複数のセラミック粒子を含むことができる。セラミック粒子は、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲内のサイズを有することができる。
【０１４５】
コンデンサーの金属包含物及び電極の少なくとも一方は、少なくとも１つの金属成分を共通に有する場合もあるし、有しない場合もある。金属包含物及び少なくとも一方の電極は、同じ金属で形成される場合もあるし、形成されない場合もある。金属包含物は、銀すなわち非酸化性金属を含むことができる。誘電体層は、金属被覆された誘電体テープ又は金属で被覆されたセラミック粒子を含む実質的に２相の構成成分を含むことができる。
【０１４６】
上述した技法によって生成されるコンデンサーは、図１Ｃに示すように、一対の電極１０及び一対の電極１０間に配設された誘電体層３０、４０を含むことができる。誘電体層３０、４０は、図１Ｃに示すように、複数の離散的な金属包含物６０５を有する少なくとも１つの金属化部分３０、及び、一対の電極１０の少なくとも一方から上記少なくとも１つの金属化部分３０を分離する少なくとも１つの実質的に金属フリーの部分２０Ａを備えることができる。ｉｎ−ｓｉｔｕ形成される空乏層２０Ａは、約０．１ミクロン〜約１０ミクロンの厚さを有することができる。
【０１４７】
金属−誘電体複合材を形成する方法が開示されており、この方法は、（Ａ）複数の誘電体粒子を金属で被覆することであって、複数の金属被覆された誘電体粒子を形成する、被覆すること（図１Ｃ〜図１３に示すように、誘電体テープに金属被覆を塗布すること、又は、図１４〜図２２に示すように、個々に粒子を被覆すること）と、銀について少なくとも約７５０℃〜約９５０℃の温度で複数の金属被覆された誘電体粒子を焼結することであって、上記金属被覆を複数の離散的な分離された金属凝集体に変える、焼結することと、を含む。
【０１４８】
上記方法は、銀が使用される場合、約７５０℃〜約９５０℃の範囲になるように焼結温度を選択することを含む。複数の金属被覆された誘電体粒子は、通常、約０．１時間〜１０時間の範囲内の継続期間の間に焼結される。上述の通り、上記方法及び上記システムにおいて、複数の誘電体粒子又は誘電体テープは、セラミック材料を含む。誘電体粒子は、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲内のサイズを有することができる。一方、誘電体粒子に塗布される金属は、銀、パラジウム、ニッケル、金、白金、イリジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、レニウム、ニッケル、及び銅のうちの任意のもので形成されることができる。金属は、実質的に非酸化性とすることができる。
【０１４９】
上述の例示的な３次元コンデンサーの実施形態は、いわゆる、「テーププロセス」（図１Ａ及び図１Ｂに示す）を利用する。しかしながら、３次元コンデンサーの実施形態は、誘電体スラリーを用いて誘電体層が実際に印刷される、いわゆる「ウェットプロセス」を用いて形成することもできると考えられる。
【０１５０】
実施形態の詳細な説明を用いて、３次元コンデンサー及びその製造方法を説明してきたが、その実施形態は例として与えられており、本開示の範囲を制限することは意図していない。説明した実施形態は種々の特徴を含むが、３次元コンデンサーの全ての実施形態において必ずしもそれらの特徴の全てが必要とされるとは限らない。３次元コンデンサーの幾つかの実施形態は、それらの特徴、又はそれらの特徴の可能な組み合わせのうちの幾つかしか利用しない。３次元コンデンサー及びその製造方法の実施形態の変形形態は、当業者に理解されるような、本発明の範囲内に含まれる。
【０１５１】
ＭＬＣＣと関連して本明細書において開示されるシステム、デバイス、方法及び構成、又はその特徴若しくは態様は、限定はしないが、埋込受動部品の応用形態の場合のセラミック及びプラスチックポリマー基板のような、関連するか、又は類似の他の応用形態において使用できると考えられる。したがって、開示される実施形態、又はその変形形態は、他の応用形態の中でも、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）応用形態、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）応用形態、厚膜ハイブリッド回路及びプリント回路基板（ＰＣＢ）に組み込むことができることは当業者には認識されよう。さらに、３次元コンデンサー内の電極突出部は、有利には、超伝導体又は超伝導体の応用形態において望ましい場合がある電極表面積の増加を引き起こすので、開示される実施形態、又はその変形形態は、スーパーコンデンサー、又はスーパーコンデンサーの応用形態において利用することができると考えられる。
【０１５２】
「例示的な（exemplary）」という語は、「例、事例、又は例証として役立つ（serving as an example , instance ,or illustration）」ことを意味するために本明細書で使用される。「例示的な」ものとして本明細書で述べる任意の態様は、必ずしも、他の態様に比べて好ましい又は有利であるとして解釈されない。
【０１５３】
したがって、選択される態様が図示され詳細に述べられるが、添付の特許請求の範囲によって規定される、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、種々の置換及び変更がそれらの態様において行われることができることが理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１Ｃ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【国際調査報告】
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