疊片式金屬化薄膜電容的製作方法

2023-05-22 12:59:56

專利名稱：疊片式金屬化薄膜電容的製作方法
技術領域：
疊片式金屬化薄膜電容技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種電子元件，尤其是一種電容。
技術背景[0002]薄膜電容容量範圍廣，工作電壓範圍極寬，溫度特性好，穩定性高，可實現金屬化， 具有自愈性，被廣泛用於汽車電子、航天、通訊、軍事等多個行業。隨著超大規模集成電路的廣泛應用，電子元件逐步向著全固化、小型化、薄膜化和片式化方向發展，這使得傳統的塑料薄膜和二氧化矽作為主要電容介質材料的發展空間受到了一定的制約。現在的電容存在介質的介電常數低，耐熱差，成膜性差，機械強度低等問題。發明內容[0003]本實用新型的目的是提供一種疊片式金屬化薄膜電容，它的各項性能優秀，成本低廉，易於產業化，以克服現有技術的不足。[0004]本實用新型是這樣實現的疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板，在絕緣基板上設有金屬薄膜電極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之間設有將它們完全分隔的介質薄膜，防止電容短路，金屬薄膜電極I、金屬薄膜電極II及介質薄膜組成疊片式結構，金屬薄膜電極I上設有引出電極I，在金屬薄膜電極II上設有引出電極 II ；在疊片式結構的外部設有鈍化保護層。[0005]介質薄膜為五氧化二鉭介質薄膜。[0006]金屬薄膜電極I/介質薄膜/金屬薄膜電極II的結構組成一個結構單元，根據需要重複上述結構單元，構成疊片式金屬化薄膜電容。[0007]絕緣基板為二氧化矽、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複合結構，一般要求基板具有良好的絕緣性能和熱傳導性能。[0008]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成的合金，或者金屬與合金所構成的複合結構。[0009]所述的介質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[0010]五氧化二鉭具有很高的介電常數(五氧化二鉭為27，二氧化矽為3. 8，塑料薄膜約為3)、熔點高(1800°C )、化學性能穩定，耐腐蝕和熱穩定性好。以五氧化二鉭等為電介質的薄膜電容器CV密度大(即同樣電壓條件下，單位體積的電容量大)，等效串聯電阻(ESR) 小，漏電流小。沉積的金屬薄膜電極具有自身恢復性能，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，具有長期的穩定性。這種薄膜電容可以應用在電子、航天、軍事等眾多的高科技領域。[0011]本實用新型提供一種簡單易行、易於產業化的疊片式金屬化薄膜電容結構設計。 與傳統的通過卷繞單個電容器所製造的卷繞型電容器相比工時大幅減小，在同樣的電介質厚度和外形尺寸下，疊片芯子的電容量比卷繞式的提高20%以上；由於滯留電感極小，使疊片式金屬化薄膜電容器具有較好的頻率響應特性、較強的抗電磁幹擾和抗射頻幹擾能力，脈衝上升速率和脈衝特性優異，因而耐電流脈衝能力比常規卷繞式大10倍以上。[0012]由於採用了上述的技術方案，與現有技術相比，本實用新型採用五氧化二鉭等既絕緣，又具有良好的化學穩定性的材料製成的薄膜作為電介質，解決一般薄膜電容器電介質的介電常數低，耐熱差，成膜性差，機械強度低等問題。另外，利用本實用新型的製備方法可進行產業化生產，具有重要的現實意義。本實用新型結構簡單，容易實現產業化生產，製作的成本較為低廉，而且所得到的產品具有較好的物理性能及化學穩定性，使用壽命長，製作成本較低，具有廣泛的應用價值。


[0013]圖1為沉積金屬薄膜電極I前絕緣基板掩膜圖；[0014]圖2為圖1的A-A剖視圖；[0015]圖3為沉積金屬薄膜電極I後分布圖；[0016]圖4為圖3的A-A剖視圖；[0017]圖5為沉積介質薄膜4前的掩膜圖；[0018]圖6為圖5的A-A剖視圖；[0019]圖7為沉積介質薄膜4後的分布圖；[0020]圖8為圖7的A-A剖視圖；[0021]圖9為沉積金屬薄膜電極II前的掩膜圖；[0022]圖10為圖9的A-A剖視圖；[0023]圖11為沉積金屬薄膜電極II後分布圖；[0024]圖12為圖11的A-A剖視圖；[0025]圖13為切割好的單片疊層金屬化薄膜電容器的結構示意圖；[0026]圖14為圖13的A-A剖視圖。[0027]附圖標記說明[0028]1-絕緣基板、2-金屬薄膜電極I、3-金屬薄膜電極II、4-介質薄膜、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II。
具體實施方式
[0029]本實用新型的實施例1 疊片式金屬化薄膜電容的結構如圖14所示，包括採用氧化鋁製備的絕緣基板1，在絕緣基板1上設有採用鉭製備的金屬薄膜電極I 2及採用鉭製備的金屬薄膜電極113，在金屬薄膜電極12與金屬薄膜電極113之間設有將它們完全分隔的介質薄膜4，介質薄膜4採用五氧化二鉭進行製備，金屬薄膜電極12、金屬薄膜電極113及介質薄膜4組成疊片式結構，金屬薄膜電極I 2上設有引出電極18，在金屬薄膜電極113上設有引出電極Π9 ；在疊片式結構的外部設有鈍化保護層。[0030]疊片式金屬化薄膜電容的製造方法，[0031]步驟一、在潔淨的氧化鋁基板上鋪設沉積掩膜15(沉積掩膜15的設計是根據電容器規格、型號、容值等技術參數要求)，採用磁控濺射法沉積出約0. 25微米厚的鉭金屬製備的金屬薄膜電極I 2;在沉積完成後，對金屬薄膜電極I 2進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極I 2 ；[0032]步驟二、在步驟一的基礎上，選用金屬電極層掩膜6，並採用磁控濺射法沉積出約 0. 10微米厚的五氧化二鉭介質薄膜4 ；沉積完成後，對介質薄膜4進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的介質薄膜4 ；[0033]步驟三、在步驟二的基礎上，選用沉積掩膜117，採用磁控濺射法沉積出約0. 25微米厚的鉭金屬製備的金屬薄膜II ；在沉積完成後，對金屬薄膜電極II 3進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極II 3 ；[0034]步驟四，重複三次步驟一、二、三的工藝，得到包含3個結構單元(金屬薄膜電極 113/介質薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結構；具體的層數由電容器的電容量等電容設計參數確定；[0035]步驟五，在步驟四的基礎上，根據需要採用掩膜技術在疊層結構的外部沉積出以二氧化矽為材料的鈍化保護膜(鈍化保護膜材料可選二氧化矽，氮化矽或其他材料，其特徵是具有較好的絕緣性能和高溫、低溫的穩定性)，並露出引出電極(包括引出電極18及引出電極119)。[0036]步驟六，在步驟五的基礎上，進行平面切割，將整塊襯底上多個電容器分割成單個電容器件，並進行封裝。[0037]本實用新型的實施例2 疊片式金屬化薄膜電容的製造方法，[0038]步驟一、在潔淨的氮化鋁基板上鋪設沉積掩膜15(沉積掩膜15的設計是根據電容器規格、型號、容值等技術參數要求)，採用磁控濺射法沉積出約0. 20微米厚的鈮金屬製備的金屬薄膜電極I 2;在沉積完成後，對金屬薄膜電極I 2進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極I 2 ；[0039]步驟二、在步驟一的基礎上，選用金屬電極層掩膜6，並採用磁控濺射法沉積出約 0. 08微米厚的五氧化二鈮介質薄膜4 ；沉積完成後，對介質薄膜4進行70(TC熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的介質薄膜4 ；[0040]步驟三、在步驟二的基礎上，選用沉積掩膜117，採用磁控濺射法沉積出約0. 20微米厚的鈮金屬製備的金屬薄膜II ；在沉積完成後，對金屬薄膜電極II 3進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極II 3 ；[0041]步驟四，重複三次步驟一、二、三的工藝，得到包含2個結構單元(金屬薄膜電極 113/介質薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結構；具體的層數由電容器的電容量等電容設計參數確定；[0042]步驟五，在步驟四的基礎上，根據需要採用掩膜技術在疊層結構的外部沉積出以氮化矽為材料的鈍化保護膜，並露出引出電極(包括引出電極18及引出電極119)。[0043]步驟六，在步驟五的基礎上，進行平面切割，將整塊襯底上多個電容器分割成單個電容器件，並進行封裝。[0044]本實用新型的實施例3 疊片式金屬化薄膜電容的製造方法，[0045]步驟一、在潔淨的二氧化矽基板上鋪設沉積掩膜15(沉積掩膜15的設計是根據電容器規格、型號、容值等技術參數要求)，採用磁控濺射法沉積出約0. 30微米厚的銅銀合金製備的金屬薄膜電極I 2;在沉積完成後，對金屬薄膜電極I 2進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極I 2;5[0046]步驟二、在步驟一的基礎上，選用金屬電極層掩膜6，並採用磁控濺射法沉積出約 0. 12微米厚的氧化鋁介質薄膜4 ；沉積完成後，對介質薄膜4進行70(TC熱處理約30分鐘， 以得到均勻緻密的介質薄膜4 ；[0047]步驟三、在步驟二的基礎上，選用沉積掩膜117，採用磁控濺射法沉積出約0. 30微米厚的銅銀合金製備的金屬薄膜II ；在沉積完成後，對金屬薄膜電極II 3進行700°C熱處理約30分鐘，以得到均勻緻密的金屬薄膜電極II 3 ；[0048]步驟四，重複三次步驟一、二、三的工藝，得到包含3個結構單元(金屬薄膜電極 113/介質薄膜4/金屬薄膜電極12)的疊層結構；具體的層數由電容器的電容量等電容設計參數確定；[0049]步驟五，在步驟四的基礎上，根據需要採用掩膜技術在疊層結構的外部沉積出以二氧化矽為材料的鈍化保護膜，並露出引出電極(包括引出電極18及引出電極119)。[0050]步驟六，在步驟五的基礎上，進行平面切割，將整塊襯底上多個電容器分割成單個電容器件，並進行封裝。[0051]在採用本實用新型方法的基礎上，本實用新型中的疊片式金屬化薄膜電容器的外形可以做適當改變，電容器引出電極的位置也可以做相應的調整。
權利要求1.一種疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板(1 )，其特徵在於在絕緣基板(1)上設有金屬薄膜電極I (2)及金屬薄膜電極II (3)，在金屬薄膜電極I (2)與金屬薄膜電極II (3)之間設有將它們完全分隔的介質薄膜(4)，金屬薄膜電極I (2)、金屬薄膜電極II (3) 及介質薄膜(4)組成疊片式結構，金屬薄膜電極I (2)上設有引出電極I (8)，在金屬薄膜電極II (3)上設有引出電極II (9);在疊片式結構的外部設有鈍化保護層。
2.根據權利要求1所述的疊片式金屬化薄膜電容，其特徵在於介質薄膜(4)為五氧化二鉭介質薄膜。
專利摘要本實用新型公開了一種疊片式金屬化薄膜電容，包括絕緣基板，在絕緣基板上設有金屬薄膜電極I及金屬薄膜電極I，在金屬薄膜電極I與金屬薄膜電極I之間設有將它們完全分隔的五氧化二鉭介質薄膜，金屬薄膜電極I、金屬薄膜電極I及五氧化二鉭介質薄膜組成疊片式結構，金屬薄膜電極I上設有引出電極I，在金屬薄膜電極I上設有引出電極I；在疊片式結構的外部設有鈍化保護層。本實用新型採用五氧化二鉭等既絕緣，又具有良好的化學穩定性的材料製成的薄膜作為電介質，解決一般薄膜電容器電介質的介電常數低，耐熱差，成膜性差，機械強度低等問題。本實用新型結構簡單，易於產業化，使用效果好。
文檔編號H01G4/33GK202332580SQ20112048354
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者張安邦, 石健, 鄧朝勇, 馬亞林 申請人:貴州大學