專利名稱：疊片式金屬化薄膜電容及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子元件及其制備方法，尤其是一種電容及其制備方法。
背景技術(shù)：
薄膜電容容量范圍廣，工作電壓范圍極寬，溫度特性好，穩(wěn)定性高，可實(shí)現(xiàn)金屬化， 具有自愈性，被廣泛用于汽車電子、航天、通訊、軍事等多個(gè)行業(yè)。隨著超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，電子元件逐步向著全固化、小型化、薄膜化和片式化方向發(fā)展，這使得傳統(tǒng)的塑料薄膜和二氧化硅作為主要電容介質(zhì)材料的發(fā)展空間受到了一定的制約?，F(xiàn)在的電容存在介質(zhì)的介電常數(shù)低，耐熱差，成膜性差，機(jī)械強(qiáng)度低等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種疊片式金屬化薄膜電容及其制備方法，它的各項(xiàng)性能優(yōu)秀，成本低廉，易于產(chǎn)業(yè)化，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板，在絕緣基板上設(shè)有金屬薄膜電極I及金屬薄膜電極Π，在金屬薄膜電極I與金屬薄膜電極π之間設(shè)有將它們完
全分隔的介質(zhì)薄膜，防止電容短路，金屬薄膜電極I、金屬薄膜電極π及介質(zhì)薄膜組成疊片
式結(jié)構(gòu)，金屬薄膜電極I上設(shè)有引出電極I在金屬薄膜電極π上設(shè)有引出電極π ；在疊片式結(jié)構(gòu)的外部設(shè)有鈍化保護(hù)層。金屬薄膜電極I /介質(zhì)薄膜/金屬薄膜電極Π的結(jié)構(gòu)組成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)需要重復(fù)上述結(jié)構(gòu)單元，構(gòu)成疊片式金屬化薄膜電容。絕緣基板為二氧化硅、氧化鋁、氮化鋁或絕緣陶瓷基片。也可以是在某種襯底上沉積了絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般要求基板具有良好的絕緣性能和熱傳導(dǎo)性能。所述的金屬薄膜電極I和金屬薄膜電極II的材料為鉭、鈮、鋁、銅或銀等金屬中的一種或幾種的組合，或上述幾種金屬所構(gòu)成的合金，或者金屬與合金所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述的介質(zhì)薄膜的材料為五氧化二鉭、五氧化二鈮或氧化鋁中的一種或幾種的組
I=I O疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，
步驟一，在絕緣基板上采用掩膜技術(shù)沉積出金屬薄膜電極I，并對金屬薄膜電極I進(jìn)行熱處理；
步驟二，在步驟一的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)沉積出介質(zhì)薄膜，對沉積后的介質(zhì)薄膜行熱處理；
步驟三，在步驟二的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)在介質(zhì)薄膜上沉積出金屬薄膜電極II ；沉積后對金屬薄膜電極II進(jìn)行熱處理；
步驟四，重復(fù)步驟一、二、三的工藝，得到金屬薄膜電極11/介質(zhì)薄膜/金屬薄膜電極I/ 介質(zhì)薄膜/金屬薄膜電極11/介質(zhì)薄膜/金屬薄膜電極I/襯底的疊層結(jié)構(gòu)；具體的層數(shù)由電容器的電容量等電容設(shè)計(jì)參數(shù)確定；
步驟五，在步驟四的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)在疊層結(jié)構(gòu)的外部沉積鈍化保護(hù)膜，并露出引出電極。鈍化保護(hù)膜材料可選二氧化硅，氮化硅或其他材料，其特征是具有較好的絕緣性能和溫度穩(wěn)定性。步驟六，在步驟五的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面切割，將整塊襯底上多個(gè)電容器分割成單個(gè)電容器件。上述的對金屬薄膜電極I、介質(zhì)薄膜及金屬薄膜電極11/進(jìn)行的熱處理是根據(jù)選用的材料特性和產(chǎn)品的性能需要來決定具體處理的工藝參數(shù)；
金屬薄膜電極I和金屬薄膜電極II采用磁控濺射法進(jìn)行沉積；介質(zhì)薄膜層和鈍化保護(hù)層采用磁控濺射法或PECVD法沉積。五氧化二鉭具有很高的介電常數(shù)(五氧化二鉭為27，二氧化硅為3. 8，塑料薄膜約為3)、熔點(diǎn)高(1800°C )、化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕和熱穩(wěn)定性好。以五氧化二鉭等為電介質(zhì)的薄膜電容器CV密度大(即同樣電壓條件下，單位體積的電容量大)，等效串聯(lián)電阻(ESR) 小，漏電流小。沉積的金屬薄膜電極具有自身恢復(fù)性能，抵抗絕緣破壞的可靠性較高，可以在高溫或低溫等特種條件下使用，具有長期的穩(wěn)定性。這種薄膜電容可以應(yīng)用在電子、航天、軍事等眾多的高科技領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種簡單易行、易于產(chǎn)業(yè)化的疊片式金屬化薄膜電容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造方法。與傳統(tǒng)的通過卷繞單個(gè)電容器所制造的卷繞型電容器相比工時(shí)大幅減小，在同樣的電介質(zhì)厚度和外形尺寸下，疊片芯子的電容量比卷繞式的提高20%以上；由于滯留電感極小，使疊片式金屬化薄膜電容器具有較好的頻率響應(yīng)特性、較強(qiáng)的抗電磁干擾和抗射頻干擾能力，脈沖上升速率和脈沖特性優(yōu)異，因而耐電流脈沖能力比常規(guī)卷繞式大10倍以上。由于采用了上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用五氧化二鉭等既絕緣， 又具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的材料制成的薄膜作為電介質(zhì)，解決一般薄膜電容器電介質(zhì)的介電常數(shù)低，耐熱差，成膜性差，機(jī)械強(qiáng)度低等問題。而且通過掩膜工藝，沉積兩層金屬膜作為電極，極大地減少了金屬用量，降低了生產(chǎn)成本，制作工藝簡單。選用鉭、鈮、銅、銀等金屬或它們合金作為金屬薄膜電極，它們的電阻率很低，并且可耐高溫高壓，具有較高的穩(wěn)定性， 可適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境。另外，利用本發(fā)明的制備方法可進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明的方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，制作的成本較為低廉，而且所得到的產(chǎn)品具有較好的物理性能及化學(xué)穩(wěn)定性，使用壽命長，制作成本較低，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
圖1為沉積金屬薄膜電極I前絕緣基板掩膜圖； 圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為沉積金屬薄膜電極I后分布圖4為圖3的A-A剖視圖； 圖5為沉積介質(zhì)薄膜4前的掩膜圖； 圖6為圖5的A-A剖視圖； 圖7為沉積介質(zhì)薄膜4后的分布圖； 圖8為圖7的A-A剖視圖9為沉積金屬薄膜電極Π前的掩膜圖10為圖9的A-A剖視圖11為沉積金屬薄膜電極Π后分布圖12為圖11的A-A剖視圖13為切割好的單片疊層金屬化薄膜電容器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖14為圖13的A-A剖視圖。
附圖標(biāo)記說明
1-絕緣基板、2-金屬薄膜電極I、3-金屬薄膜電極Π 4-介質(zhì)薄膜、5-沉積掩膜I、6-金屬電極層掩膜、7-沉積掩膜II、8-引出電極I、9-引出電極Π
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例1 疊片式金屬化薄膜電容的結(jié)構(gòu)如圖14所示，包括采用氧化鋁制備的絕緣基板1，在絕緣基板1上設(shè)有采用鉭制備的金屬薄膜電極I 2及采用鉭制備的金
屬薄膜電極Π 3，在金屬薄膜電極I 2與金屬薄膜電極Π 3之間設(shè)有將它們完全分隔的介質(zhì)
薄膜4，介質(zhì)薄膜4采用五氧化二鉭進(jìn)行制備，金屬薄膜電極I 2、金屬薄膜電極Π 3及介質(zhì)
薄膜4組成疊片式結(jié)構(gòu)，金屬薄膜電極I 2上設(shè)有引出電極I 8，在金屬薄膜申UdI丨上設(shè)有
引出電極Π 9 ；在疊片式結(jié)構(gòu)的外部設(shè)有鈍化保護(hù)層。疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，
步驟一、在潔凈的氧化鋁基板上鋪設(shè)沉積掩膜15 (沉積掩膜5的設(shè)計(jì)是根據(jù)電容器規(guī)格、型號、容值等技術(shù)參數(shù)要求)，采用磁控濺射法沉積出約0. 25微米厚的鉭金屬制備的金
屬薄膜電極I 2;在沉積完成后，對金屬薄膜電極I 2進(jìn)行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻致密的金屬薄膜電極I 2；
步驟二、在步驟一的基礎(chǔ)上，選用金屬電極層掩膜6，并采用磁控濺射法沉積出約0. 10 微米厚的五氧化二鉭介質(zhì)薄膜4 ；沉積完成后，對介質(zhì)薄膜4進(jìn)行70(TC熱處理約30分鐘， 以得到均勻致密的介質(zhì)薄膜4 ；
步驟三、在步驟二的基礎(chǔ)上，選用沉積掩膜Π 7，采用磁控濺射法沉積出約0. 25微米厚的鉭金屬制備的金屬薄膜Π 3;在沉積完成后，對金屬薄膜電極Π 3進(jìn)行700°C熱處理約
30分鐘，以得到均勻致密的金屬薄膜電極Π 3 ；
步驟四，重復(fù)三次步驟一、二、三的工藝，得到包含3個(gè)結(jié)構(gòu)單元(金屬薄膜電極113/介質(zhì)薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結(jié)構(gòu)；具體的層數(shù)由電容器的電容量等電容設(shè)計(jì)參數(shù)確定；
步驟五，在步驟四的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要采用掩膜技術(shù)在疊層結(jié)構(gòu)的外部沉積出以二氧化硅為材料的鈍化保護(hù)膜(鈍化保護(hù)膜材料可選二氧化硅，氮化硅或其他材料，其特征是具有較好的絕緣性能和高溫、低溫的穩(wěn)定性)，并露出引出電極(包括引出電極8及引出電極 9)。步驟六，在步驟五的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面切割，將整塊襯底上多個(gè)電容器分割成單個(gè)電容器件，并進(jìn)行封裝。本發(fā)明的實(shí)施例2 疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，
步驟一、在潔凈的氮化鋁基板上鋪設(shè)沉積掩膜15 (沉積掩膜5的設(shè)計(jì)是根據(jù)電容器規(guī)格、型號、容值等技術(shù)參數(shù)要求)，采用磁控濺射法沉積出約0. 20微米厚的鈮金屬制備的金
屬薄膜電極I 2;在沉積完成后，對金屬薄膜電極I 2進(jìn)行700°C熱處理約30分鐘，以得到
均勻致密的金屬薄膜電極I 2；
步驟二、在步驟一的基礎(chǔ)上，選用金屬電極層掩膜6，并采用磁控濺射法沉積出約0. 08 微米厚的五氧化二鈮介質(zhì)薄膜4 ；沉積完成后，對介質(zhì)薄膜4進(jìn)行70(TC熱處理約30分鐘， 以得到均勻致密的介質(zhì)薄膜4 ；
步驟三、在步驟二的基礎(chǔ)上，選用沉積掩膜Π 7，采用磁控濺射法沉積出約0. 20微米厚的鈮金屬制備的金屬薄膜Π 3 ;在沉積完成后，對金屬薄膜電極Π 3進(jìn)行700°C熱處理約
30分鐘，以得到均勻致密的金屬薄膜電極Π ；
步驟四，重復(fù)三次步驟一、二、三的工藝，得到包含2個(gè)結(jié)構(gòu)單元(金屬薄膜電極113/介質(zhì)薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結(jié)構(gòu)；具體的層數(shù)由電容器的電容量等電容設(shè)計(jì)參數(shù)確
6定；
步驟五，在步驟四的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要采用掩膜技術(shù)在疊層結(jié)構(gòu)的外部沉積出以氮化硅為材料的鈍化保護(hù)膜，并露出引出電極(包括引出電極8及引出電極9)。步驟六，在步驟五的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面切割，將整塊襯底上多個(gè)電容器分割成單個(gè)電容器件，并進(jìn)行封裝。本發(fā)明的實(shí)施例3 疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，
步驟一、在潔凈的二氧化硅基板上鋪設(shè)沉積掩膜15 (沉積掩膜5的設(shè)計(jì)是根據(jù)電容器規(guī)格、型號、容值等技術(shù)參數(shù)要求)，采用磁控濺射法沉積出約0. 30微米厚的銅銀合金制備
的金屬薄膜電 I 2;在沉積完成后，對金屬薄膜電極I 2進(jìn)行700°C熱處理約30分鐘，以
得到均勻致密的金屬薄膜電極I 2；
步驟二、在步驟一的基礎(chǔ)上，選用金屬電極層掩膜6，并采用磁控濺射法沉積出約0. 12 微米厚的氧化鋁介質(zhì)薄膜4 ；沉積完成后，對介質(zhì)薄膜4進(jìn)行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻致密的介質(zhì)薄膜4;
步驟三、在步驟二的基礎(chǔ)上，選用沉積掩膜Π 7，采用磁控濺射法沉積出約0. 30微米厚的銅銀合金制備的金屬薄I Π〗；在沉積完成后，對金屬薄膜電極Π 3進(jìn)行700°C熱處理
約30分鐘，以得到均勻致密的金屬薄膜電板Π 5；
步驟四，重復(fù)三次步驟一、二、三的工藝，得到包含3個(gè)結(jié)構(gòu)單元(金屬薄膜電極113/介質(zhì)薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結(jié)構(gòu)；具體的層數(shù)由電容器的電容量等電容設(shè)計(jì)參數(shù)確定；
步驟五，在步驟四的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要采用掩膜技術(shù)在疊層結(jié)構(gòu)的外部沉積出以二氧化硅為材料的鈍化保護(hù)膜，并露出引出電極(包括引出電極8及引出電極9)。步驟六，在步驟五的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面切割，將整塊襯底上多個(gè)電容器分割成單個(gè)電容器件，并進(jìn)行封裝。在采用本發(fā)明方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明中的疊片式金屬化薄膜電容器的外形可以做適當(dāng)改變，電容器引出電極的位置也可以做相應(yīng)的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板(1 )，其特征在于在絕緣基板(1)上設(shè)有金屬薄膜電極I (2)及金屬薄膜電極II (3)，在金屬薄膜電極K2)與金屬薄膜電極II (3)之間設(shè)有將它們完全分隔的介質(zhì)薄膜(4)，金屬薄膜電極1(2)、金屬薄膜電極II (3)及介質(zhì)薄膜(4)組成疊片式結(jié)構(gòu)，金屬薄膜電極I (2)上設(shè)有引出電極1(8)，在金屬薄膜電極II (3)上設(shè)有引出電極II (9)；在疊片式結(jié)構(gòu)的外部設(shè)有鈍化保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式金屬化薄膜電容，其特征在于絕緣基板(1)為二氧化硅、氧化鋁、氮化鋁或絕緣陶瓷基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式金屬化薄膜電容，其特征在于所述的金屬薄膜電極I(2)和金屬薄膜電極II(3)的材料為鉭、鈮、鋁、銅或銀中的一種或幾種的組合，或上述幾種金屬所構(gòu)成的合金，或者金屬與合金所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式金屬化薄膜電容，其特征在于所述的介質(zhì)薄膜(4)的材料為五氧化二鉭、五氧化二鈮或氧化鋁中的一種或幾種的組合。
5.一種疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，其特征在于步驟一，在絕緣基板(1)上采用掩膜技術(shù)沉積出金屬薄膜電極I (2)，并對金屬薄膜電極I (2)進(jìn)行熱處理；步驟二，在步驟一的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)沉積出介質(zhì)薄膜(4)，對沉積后的介質(zhì)薄膜 (4)行熱處理;步驟三，在步驟二的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)在介質(zhì)薄膜上(4)沉積出金屬薄膜電極II(3)，沉積后對金屬薄膜電極II(3)進(jìn)行熱處理；步驟四，重復(fù)步驟一、二、三的工藝，得到金屬薄膜電極II (3)/介質(zhì)薄膜(4)/金屬薄膜電極I (2)/介質(zhì)薄膜(4)/金屬薄膜電極II (3)/介質(zhì)薄膜(4)/金屬薄膜電極I (2) /襯底(1)的疊層結(jié)構(gòu)；具體的層數(shù)由電容器的電容量等電容設(shè)計(jì)參數(shù)確定；步驟五，在步驟四的基礎(chǔ)上，采用掩膜技術(shù)在疊層結(jié)構(gòu)的外部沉積鈍化保護(hù)膜，并露出引出電極；鈍化保護(hù)膜材料可選二氧化硅，氮化硅或其他材料，其特征是具有較好的絕緣性能和溫度穩(wěn)定性；步驟六，在步驟五的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面切割，將整塊襯底上多個(gè)電容器分割成單個(gè)電容器件；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的疊片式金屬化薄膜電容的制造方法，其特征在于金屬薄膜電極I (2)和金屬薄膜電極II (3)采用磁控濺射法進(jìn)行沉積；介質(zhì)薄膜層(4)和鈍化保護(hù)層采用磁控濺射法或PECVD法沉積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板，在絕緣基板上設(shè)有金屬薄膜電極Ⅰ及金屬薄膜電極Ⅱ，在金屬薄膜電極Ⅰ與金屬薄膜電極Ⅱ之間設(shè)有將它們完全分隔的介質(zhì)薄膜，金屬薄膜電極Ⅰ、金屬薄膜電極Ⅱ及介質(zhì)薄膜組成疊片式結(jié)構(gòu)，金屬薄膜電極Ⅰ上設(shè)有引出電極Ⅰ，在金屬薄膜電極Ⅱ上設(shè)有引出電極Ⅱ；在疊片式結(jié)構(gòu)的外部設(shè)有鈍化保護(hù)層。本發(fā)明采用五氧化二鉭等既絕緣，又具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的材料制成的薄膜作為電介質(zhì)，解決一般薄膜電容器電介質(zhì)的介電常數(shù)低，耐熱差，成膜性差，機(jī)械強(qiáng)度低等問題。而且通過掩膜工藝，沉積兩層金屬膜作為電極，極大地減少了金屬用量，降低了生產(chǎn)成本，制作工藝簡單。
文檔編號H01G4/005GK102394177SQ20111038626
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者張安邦, 石健, 鄧朝勇, 馬亞林 申請人:貴州大學(xué)