(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面に金属層あるいは合金層を積層したセラミックまたは高分子材料からなる基材層２枚を金属層あるいは合金層が向かい合うようにしていて、積層し、該基材層の金属層あるいは合金層の間に、該基材層よりサイズが小さい導電板を積層してなる基材層積層体であって、隣接する基材層同士の間隙に電気メッキ法によって導電成長層を有することを特徴とする基材層積層体。
【請求項２】
片面に銅層を有したチタン酸バリウムからなる基材層２枚を銅層が向かい合うようにしていて、該基材層の銅層の間に、該基材層よりサイズが小さい銅板からなる導電板を積層してなる積層型コンデンサーであって、隣接する基材層同士の間隙に電気メッキ法によって形成した銅層を有することを特徴とする積層型コンデンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、導電層を有する基材層と導電板とを積層してなる基材層積層体、および積層型コンデンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミック部材は耐熱性、耐摩耗性、電気絶縁性などの点で優れた特性を持つ反面、一般的に靭性に乏しいとされるため金属材料とセラミック部材を接合した複合材が数多く提案されており、エレクトロニクス、自動車、産業部品など幅広い分野で応用されてきている。セラミック部材と金属材料の接合方法としては、高融点金属法、活性金属法、蒸着法などいくつかの方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の接合法のように、高温プロセスを用いる場合には熱膨張差による残留応力や接合界面での脆弱化合物層の形成といった悪影響が生じるなどの問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような技術的背景に鑑み、基材層と導電層を複数層積層してなる基材層積層体、および基材層積層体を用いた部品を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題に対する第１の解決手段として本発明の基材層積層体は、片面に金属層あるいは合金層を積層したセラミックまたは高分子材料からなる基材層２枚を金属層あるいは合金層が向かい合うようにしていて、該基材層の金属層あるいは合金層の間に、該基材層よりサイズが小さい導電板を積層してなる基材層積層体であって、隣接する基材層同士の間隙に電気メッキ法によって導電成長層を有することを特徴とする。
【０００６】
前記課題に対する第２の解決手段として本発明の積層型コンデンサーは、
片面に銅層を有したチタン酸バリウムからなる基材層２枚を銅層が向かい合うようにしていて、該基材層の銅層の間に、該基材層よりサイズが小さい銅板からなる導電板を積層してなる積層型コンデンサーであって、隣接する基材層同士の間隙に電気メッキ法によって形成した銅層を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の基材層積層体３０の一実施形態を示す概略断面図であり、基材層２４、２８の間隙に導電層２９を形成した例を示している。
【０００８】
基材層２４としては、基材層積層体を製造可能な素材であれば特にその種類は限定されず、基材層積層体の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、セラミック、水晶、ダイヤモンド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ、ダイヤモンド・ライク・カーボン）、ガラス、高分子材料、半導体材料などや、さらにこれらを他の基材（例えば、金属材や合金材、ガラス材、高分子材、セラミック材など）に膜形成したものや、これらを基材として金属層や合金層（例えば、導電層２９に適用される材質など）などを積層した積層材（蒸着材、メッキ材など）や、ガラスやセラミックスなどを蒸着した蒸着材などを用いることができる。基材層積層体をコンデンサなどに適用する場合には、チタン酸バリウムなどを用いることができる。また基材層表面に回路パターンなどを形成したものを用いてもよい。
【０００９】
セラミックとしては、例えば、アルミナ、クロム酸ランタン、珪化モリブデン、コーディエライト、サイアロン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化カリウム、酸化珪素、酸化錫、酸化チタン、酸化ベリリウム、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、シリカ、ジルコニア、ジルコン、ジルコン酸チタン酸塩、ステアタイト、スポジュメン、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化チタン、窒化ホウ素、ニオブ酸リチウム、フェライト、ベリリア、ホルステライト、ムライト、ジルコニウムボライド、チタンボライド、ランタンボライド、硫化カドミウム、硫化モリブデン、ＰＬＺＴ（Ｐｂ，Ｌａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などやこれらを少なくとも１種類含む混合体などを用いることができる。
【００１０】
高分子材料としては、例えば、プラスチックなどの有機高分子物質や２種類以上の有機高分子物質の混合体、高分子やガラスや金属や紙などの繊維などを有機高分子物質に混ぜた混合体などを用いることができる。プラスチックとしては、例えば、アクリル樹脂、アミノ樹脂（メラミン樹脂、ユリア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂など）、アリル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、液晶ポリマー、ＥＥＡ樹脂（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｔｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ樹脂）、ＡＡＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ａｃｒｙｌａｔｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ  樹脂）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−Ｓｔｙｒｅｎｅ  樹脂）、ＡＣＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−Ｓｔｙｒｅｎｅ樹脂）、ＡＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−Ｓｔｙｒｅｎｅ樹脂）、アイオノマー樹脂、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エポキシ樹脂、珪素樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、弗化エチレンプロピレン、弗素樹脂、ポリアセタール、ポリアリレート、ポリアミド（６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロン、６１２ナイロンなど）、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリシクロヘキンジメルテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリトリメチレンナフタレートなど）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリカーボネート、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリサルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリブタジエン、ポリブテン、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。
【００１１】
半導体材料としては、例えば、ＩＶ族の単体半導体（Ｇｅ、Ｓｉなど）、ＩＩＩ−Ｖ族やＩＩ−ＶＩ族などの２元素やさらに多元素の化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＮなど）、その他の化合物半導体（ＢｉＴｅ系化合物、ＢｉＳｂＴｅ系化合物など）などである。半導体材料は単結晶でも多結晶でもアモルファスでもよく、半導体材料のタイプはｎ形半導体でもｐ形半導体でも真性半導体でもよい。また半導体材料として機能素子を形成したものを用いてもよい。例えば、ダイオード、トランジスタ（バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ）、サイリスタなどであり、メタル・オキサイド・セミコンダクタ電界効果トランジスタ、インシュレーテッド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ、静電誘導トランジスタ、静電誘導サイリスタなども用いることができる。
【００１２】
また基材層２４の厚みも基材層積層体の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、５０〜１００００μｍであることが好ましい。５０μｍ未満の場合には基材層としての製造が難しくなり、１００００μｍを超えると基材層積層体としての製造が難しくなる。より好ましくは、５００〜５０００μｍである。さらに基材層積層体が製造可能であれば、基材層の表面に多少の凹凸があっても構わない。
【００１３】
なお基材層２８の材質や厚みは、基材層２４に適用可能な材質や厚みであれば特には限定されず、基材層積層体の用途により適宜選定して用いることができ、基材層２４と同じでもよいし異なっていてもよい。
【００１４】
導電層２９としては、基材層積層体を製造可能な素材であれば特にその種類は限定されず、基材層積層体の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属（例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなど）やこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金（例えば、ＪＩＳに規定の合金など）あるいはこれらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体（例えば、クラッド材、メッキ材、蒸着膜材など）やこれらの混合体や構造体などを用いることができる。基材層積層体の用途がコンデンサであれば、電極として導電性に優れた金属であるＣｕなどやこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金などを用いることができる。
【００１５】
ＪＩＳに規定の合金としては合金鋼やステンレス鋼の他に、例えば、Ｃｕ系合金では、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄銅、アルミニウム青銅、白銅など、Ａｌ系合金では、例えばＪＩＳ  Ｈ  ４０００に記載の１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系など、Ｎｉ系合金では、例えばＪＩＳ  Ｈ  ４５５１に記載の常炭素ニッケル、低炭素ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−銅−アルミニウム−チタン合金、ニッケル−モリブデン合金、ニッケル−モリブデン−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金、ニッケル−クロム−モリブデン−鉄合金などを用いることができる。
【００１６】
また導電層２９の厚みも基材層積層体の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、５０〜１０００μｍであることが好ましい。５０μｍ未満の場合には導電層としての形成が難しくなり、１０００μｍを超えると基材層積層体としての製造が難しくなる。より好ましくは、５０〜５００μｍである。さらに好ましくは、１００〜２００μｍである。
【００１７】
図１に示す基材層積層体３０の製造方法について説明する。基材層積層体３０を構成する導電層２９は、例えば図２に示すような断面構造であり、基材層２４、２８にそれぞれ接する導電層２２、２６に導電板２０を介挿し、導電層２２、２６、導電板２０に挟まれた間隙に導電成長層２３、２７を成長させることによって形成することができる。また導電板２０を用いずに導電層２２、２６の間隙に直接導電層を成長させてもよい。
【００１８】
まず図３、４に示す導電層体１０、１２の導電層２２、２６側を対向させて、図５に示すようにその間に導電板２０を介挿させ、導電層２２、２６および導電板２０間に充分な電気的導通を確保するように、かつ導電層体１０、１２が破損などの悪影響を被らない程度に導電層体１０、１２および導電板２０を適切な手段により固定することにより、接触構造体３２を構成する。この際の固定は、適切な治具を用いて圧接状態で挟持してもよいし、適切な導電性部材を用いて非圧接状態で把持してもよい。なお図３、４に示す導電層体１０、１２は、基材層２４、２８にそれぞれ導電層２２、２６を蒸着やスパッタリングなどの適切な手段により積層したものである。また導電層２２、２６、導電板２０は、導電層２９に適用可能な材質や厚みであれば特には限定されず、基材層積層体の用途により適宜選定して用いることができ、その材質や厚みは同じでもよいし異なっていてもよい。例えば、図２または図９に示す導電成長層２３、２７が銅メッキにより形成される場合には、導電層２２、２６はＣｕであることが好ましい。また導電板２０は、ＪＩＳに規定のＣｕ系合金であることが好ましい。
【００１９】
次にメッキ浴において、図６に示すように接触構造体３２の間隙に電極体１４を挿入して、接触構造体３２の導電層２２、２６、導電板２０を一方の電極に接続し、電極体１４を他方の電極に接続して通電することによって電気メッキを行う。これにより間隙奥側よりメッキ層が成長し始め、導電板２０および導電層２２、２６の奥側に導電成長層が形成される。図８に示すように導電成長層が成長して行くに従って電極体１４を外方へ移動させることによって、最終的に図９に示すような導電成長層を形成することができ、接触構造体を接合または固着することができる。なお図７は導電成長層が成長していく途中状態を示している。また銅メッキを行う場合には、導電層２２、２６、導電板２０をカソードとし、電極体１４をアノードとして機能させることが好ましい。
【００２０】
間隙の間隔が狭くなってメッキ液が容易には間隙部分に浸透しなくなる場合には、例えば、接触構造体をメッキ浴内で組み立てたり、組み立てる前に導電層体の導電層部分に予めメッキ液を浸しておくなどメッキ液との親和性を高めたり、あるいは細い中空糸などのホースで間隙中へメッキ液をポンプ供給したり、あるいは導電板２０として間隙側に細孔を有する中空部材を用いてメッキ液を中空部材より間隙中に排出または中空部内へ吸入させるなどの適切な方法を用いることにより、メッキ液の供給あるいは環流をさせることが可能である。なお間隙内のメッキ液は、導電成長層の成長と共に間隙内より追い出される。
【００２１】
導電板２０は、図１１に示すように帯状でもよいし、図１２に示すように串状をしていてもよいし、放射状など適切な形状を適宜選択して用いることができ、上記のように中空体であってもよい。また導電板の少なくとも一部を導電層体より外部にはみ出させることにより、このはみ出し部を電極として外部との電気的接続に用いることができる。なお図中破線部は導電層体の大きさを概念的に表している。
【００２２】
メッキ浴としては、硫酸浴、塩化浴、シアン浴、リン酸浴、硼フッ酸浴、スルファミン酸浴などを適宜選定して用いることができ、例えば銅メッキを行う場合には、硼フッ化銅浴、硫酸銅浴、ピロリン酸銅浴、シアン化銅浴などを用いることができる。
【００２３】
電極体１４は、例えば図１０に示すように電極として機能する導電体１５を絶縁体１６で被覆した形態をしており、間隙の奥側で導電体１５が露出する形態をとっている。このため目的とする個所以外のメッキを抑制しあるいは短絡を防止することができ、目的とする個所を効率よくメッキすることができる。さらに導電成長層の成長に合わせて電極体１４を間隙外方へ移動させることによって、連続的に導電成長層を成長させることが可能となる。移動は、成長に合わせたリニア動作でもよいし、所定時間毎に所定距離を移動させるステップ移動でもよい。この移動は、サーボモータやステッピングモータなどの適切な移動手段を用いることで実現することができる。なお電気メッキとして通電する電流や電圧のピーク値や積算値あるいはこれらを変換可能な物理量例えば時間などに変換することにより、移動制御を行うことができる。
【００２４】
電極体１４の導電体１５を可溶性電極として機能させる場合には、サーボモータやステッピングモータなどの適切な移動手段を用いることにより、導電体１５の絶縁体１６からの露出部分がメッキ工程において必要とされる寸法となるように、導電体１５を適宜送り出すことが可能であり、送り出しはステップ送出でもよいしリニア送出でもよい。導電体１５は、導電層２９に適用可能な材質や厚みであれば特には限定されず、基材層積層体の用途により適宜選定して用いることができ、その材質や厚みは導電層２９の材質や厚みと同じでもよいし異なっていてもよい。銅メッキを行う場合には、導電体１５はＣｕまたはＣｕ系合金であることが好ましい。
【００２５】
上記のようにして導電成長層を形成させることにより、図９に示すような２層の基材層を有する基材層積層体３０を製造することができる。また必要により適当な大きさに切り出してもよい。このようにして製造された基材層積層体に、さらに必要により基材層や導電層の残留応力の除去や低減または密着性の向上などのために、基材層積層体に悪影響を与えない温度範囲で、例えば基材層の耐熱温度未満などで熱処理を施してもよい。なお外部に導電層が必要な場合には、基材層の両面共に導電層を有する導電層体を用いることにより達成することができる。
【００２６】
なお３層を超える基材層を有する基材層積層体は、１枚または複数枚の両面に導電層を有する導電層体を上記の２層の基材層間に挟むことにより、複数層の間隙を有する接触構造体を構成することができ、上記と同様にして製造することが可能である。また導電層体の基材層が導電性を有する場合や基材層の両面や周囲に導電層を有する場合などは、メッキされたくない部分を適切な絶縁性膜などでマスキングして対処することができる。さらに基材層が変形や破損などを起こしやすい場合には、適切な強度を有する支持体に例えば接着剤などの剥離あるいは除去可能な方法で固定することにより、基材層積層体の製造を行ってもよい。
【００２７】
本発明の基材層積層体として複数層の導電層体からなるものを用い、この導電層体としてチタン酸バリウムからなる基材層の両面に銅などからなる導電層を有するものを用いることによって、積層型コンデンサとして利用できる。このコンデンサでは、基材層数を増すことにより大容量化を図ることも可能である。この場合、例えば奇数番目と偶数番目の導電層のはみ出し部を基材層のそれぞれ異なる位置に形成させることなどにより、内部電極となる導電層の奇数番目と偶数番目をそれぞれ電気的に接続することを可能とし、外部電極への接続端子とすることもできる。この他にもバリスタやセラミックアクチュエータなどの積層構造素子などにも適用できる。
【００２８】
【実施例】
以下に、実施例を図面に基づいて説明する。導電層体１０、１２として、厚み２００μｍのチタン酸バリウムからなる基材層２４、２８に厚み５μｍの銅からなる導電層２２、２６を蒸着により積層したものを用いた。導電板２０として厚み１００μｍの銅板を用い、これを導電層体１０、１２の銅蒸着層２２、２６の対向面に挟み固定し、接触構造体３２を形成した。次にピロリン酸銅浴内で接触構造体３２の間隙部にメッキ液を浸透させ、無酸素銅からなる導電体１５を絶縁膜で被覆した電極体１４を間隙内部に差し込み、導電体１５をアノードとして、接触構造体３２の銅板２０および銅蒸着層２２、２６をカソードとして電気メッキを行った。なお間隙内の導電成長層が成長するに従って電極体１４および導電体１５の位置を変化させていき、基材層積層体３０を製造した。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の基材層積層体は、基材層と導電層を複数層積層して形成したものであり、本発明の部品は基材層積層体を用いたものである。このため高温プロセスを用いておらず、熱膨張差による残留応力や接合界面での脆弱化合物層の形成といった悪影響を排除もしくは軽減でき、コンデンサなどへの適用も好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基材層積層体の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の基材層積層体の導電層構造の一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の基材層積層体の製造に用いる導電層体の一実施形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の基材層積層体の製造に用いる他の導電層体の一実施形態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の基材層積層体の製造に用いる接触構造体の一実施形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の基材層積層体の製造に用いる接触構造体と電極体の関係を表す一実施形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の基材層積層体の製造過程の一実施形態を示す概略断面図である。
【図８】本発明の基材層積層体の製造過程の接触構造体と電極体の関係を表す一実施形態を示す概略断面図である。
【図９】本発明の基材層積層体の他の一実施形態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の基材層積層体の製造に用いる電極体の一実施形態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の基材層積層体の製造に用いる導電体の一実施形態を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の基材層積層体の製造に用いる導電体の他の一実施形態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０    導電層体
１２    導電層体
１４    電極体
１５    導電体
１６    絶縁体
１８    間隙
１９    間隙
２０    導電板
２１    導電板
２２    導電層
２３    導電成長層
２４    基材層
２６    導電層
２７    導電成長層
２８    基材層
２９    導電層
３０    基材層積層体
３２    接触構造体
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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