JPS60253207A - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はコンデンサの製造方法に係り、特に回路基板上
に直接形成される膜コンデンサの製造方法に関するもの
である。

し発明の技術的背景とその問題点〕 最近の電子機器の小屋化、薄型化の進歩はめざましくこ
の原動力となっているのが能動部品の高集積化と、受動
部品、機構部品の小型化である。

受動部品の中で抵抗、コンデンサはチップタイプの素子
が普及し、小屋化の要請に対応している。

又、抵抗に関していえば、基板上に直接形成する膜抵抗
化も進んでいる。これは酸化ルテニウムを主成分とする
厚膜ペースト、カーボンを主成分とする有機厚膜ペース
トを用いて印刷、焼成によるもの、或いは、蒸着、スパ
ッタリング、メッキ等による薄膜技術を用いたもの等で
ある。

このような膜抵抗は、チップ部品のような実装工程が不
要であり、工程の簡略化、コスト低減に寄与する。

これに対応してコンデンサも膜化しようという思想はあ
る。例えば抵抗と同様に厚膜技術を用いて基板上に下部
両極−誘電体−上部両極を夫々印刷焼成することが考え
られるが、焼成条件、印刷条件により容量値が敏感であ
るため、所定の容量を有するコンデンサを得ることは困
難である。

又、このような膜コンデンサに眠らず、通當のチップコ
ンデンサ等のコンデンサ素子でもその容量値は製造プロ
セスにより大きな影曽を受け、設計値どおりの容量を有
するコンデンサを得るのは非常に困難であった。

つまり、コンデンサは、最終プロセスを経なければ、そ
の容量値がわからないという１大ね問題点を有していた
。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、容易に所
定の容量値を有するコンデンサを得ることのできる、特
に回路基板上に直接形成するのに適したコンデンサの製
造方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、誘電体層上に、被加熱部分のみ導電体へ転化
する絶縁体層を形成し、前記絶縁体層を部分的に加熱し
導電体とすることによｐ電極を形成し、所定の容量を得
ることを特徴とするコンデンサの製造方法である。

このように被加熱部分のみが導電体へ転化する絶縁体層
を用いて、加熱により部分的に導電体とすることにより
、電極面積を徐々に増加させることができるので、容量
値を所定の値に近づけながらコンデンサを製造すること
ができる。容量値を測定しながらこの製造を行なうこと
ができるので設定値どおりの容量を得ることができる。

又、たとえ容量値が設定値を越えても、その時は通常の
抵抗のトリミングと同様にして電極をカッティングすれ
ば容易に容量を減少きせることかできる。

このような方法によれば、従来から広く用いられている
厚膜技術等の膜技術を用いて、コンデンサを製造するこ
とができるだめ、回路基板上に形成する膜コンデンサの
製造方法として好適でめる。

本発明における加熱によ９導電体に変化する絶縁体層と
しては、加熱により炭化して抵抗体となる有機高分子体
１有機高分子体中に金楓、金属酸化物等の導体原料粉が
分散され、加熱により有機成分が分解蒸発し、導体Ｍ科
粉が析出・融着する絶縁性有機高分子体１有機高分子体
中に金属の有機化合物が溶解しており、加熱により有機
成分が分解蒸発し、金層成分が析出・融着する絶縁性有
等が挙げられる。いずれも加熱部分が選択的に導電体に
変化するものである。

加熱によシ炭化して抵抗体となる有機高分子体には熱可
重性重合体、熱硬化性重合体、さらにはそれらいずれか
２種以上の組合せ等、炭化して抵抗体に転化し得るもの
であれば特に限定されない。

具体例を挙げると、ポリイミド、ポリ（アよドーイミド
）、ポリベンゾイミダゾール、メランンビスマレイミド
トリアジン、ポリスルホン、ポリフェ°ニレンスルファ
イド等である。しかしながら、形成される抵抗素子の経
時安定性の点から、アクリルニトリル含有率が５重量％
以上の有機重合体材料を用いると特に好ましい。このア
タリロニトリル系有機重合体材料の例を挙げると、アク
リルニトリルの単独および共重合体、並びにそれらと非
アタリロニトリル系重合体（熱硬化性および熱可輩性プ
ラスチックを含む）との混合物である。

絶縁性基体は上記有機重合体材料だけで形成されていて
もよいし、あるいは、セライック基板、金属基板等に塗
布された形態をとっても良い。塗布する場合は、この有
機重合体材料を主成分としこれに加えて塗布の均一性を
確保しおよび（または）抵抗値を制御するために８ｉ０
２　、　ＡｔｚＯｉ等の金属酸化物の微粒子（粒径５０
μｍ〜１０μｍ）を５０重量％まで含んでいてもよい。

又、導電率を調整するため、Ｃｏ、ＡＪ　等の金属粒子
、金属イオン等を含んでいても良い。

又、有機高分子体中に金属の有機化合物、導体粉等を分
散／溶解させたものは、いずれも有機高分子体を分解蒸
発せしめて導電体を形成するが、有機高分子体としては
エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ
塩化ビニル、アクリル系樹脂、ポリビニルブチラール、
ポリビニルケトン、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹
脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、メラミン
樹脂等のいずれを用いても良いが、光エネルギー照射に
より容易に熱分解する材料、例えばポリアクリル酸、ポ
リビニルケトン、ポリメチルアクリレート、ポリエチル
アクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリメチル−
メタアクリレート、ポリエチルーメタアクリレート、ポ
リブチル−メタアクリレート、ポリヒドロキシメチル−
メタアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピン、飽和
パラフィン系ワックス、ポリエチレングリコール。

ポリグロピレングリコール、ポリビニルブチラール、ポ
リビニルアルコール等が適している。特にアクリル系樹
脂が良く、アクリル系樹脂ではポリメチルメタアクリレ
ート樹脂或いはそのコーポリマー等が好適である。

なお、ここで用いることのできる粉末としては、銅、ニ
ッケル、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チ
タン、金、銀、白金、鉄等の金属粉末を使用することが
できる。さらに、粉末としてＲｕＯ２、Ｎｉｐ、　Ｓｎ
ｏｗ、　Ｃｒ　、　５ｉｎｆｆｉ、　Ｖ＊Ｏｓ、　Ｆｅ
１ｎ４等の導電性を有する金属酸化物を用いることも可
能である。この場合、形成される導体路は抵抗体として
作用することに表る。又、硫酸塩等の金属塩の形で分散
させても良い。

金属粉末等の粉末を用いた場合融着或いは焼結させるた
めには、一般には高温高圧が必要であるが、粉末自身の
粒径を細かくすることによシ融着を一層容易に行うこと
ができる。特に平均粒径２０００〔Ａ］以下の粉末を有
機高分子バインダに分散させた組成物上に光エネルギー
を照射することによシ、有機高分子体が極めて容易に熱
分解すると同時に含有した粉末が融着析出する。粉末の
粒径が大きい場合、特に現在市販されている粉体はミク
ロンオーダのものが多く、これらを用いると粒径が大き
いため、有機樹脂とで構成した組成物は絶縁性、特に耐
圧が十分ではなくなるおそれがある。さらに、パターン
幅が２０〔μｍ〕以下というような微細に形成すると、
粉末の粒径がｚｏｏｏ（Ａ）以上では連続したパターン
の形成が困難となり、断線状態或いは隣接導体との短絡
等の障害が生じる虞れもある。

さらに金属粉末は空気中において表面層が酸化されやす
く、有機高分子体中に分散させてもその絶縁性を確保す
るのに有利である。又、あらかじめ金属粉末表面を酸化
しておいても良い。この場合、還元性雰囲気中で加熱を
行えば還元反応にょシ、金属導体が形成される。特に還
元性雰囲気を用いなくとも有機高分子体によっては分解
する時に酸化物を還元する場合もある。

また、導体路原料としての粉末と有機高分子体との構成
比は特に限定しないが、これらを主成分とする膜が絶縁
性であることが必要条件で６Ｊ）、加熱部位以外を高絶
縁に保つには粉末の含有率が絶縁性基体を構成する有機
高分子体（導体路原料を含めたもの、以下絶縁性組成物
という）に対し、体積比でａ５［％）以下が望ましい、
また良好な配線を形成するため実質的に５％以上の含有
率が好ましい。

また、基体上に塗布する場合、この絶縁性組成物中に基
板材料と同種のものを混入すれば、熱膨張率の差等を緩
和でき、被°着強度が大となる。

導体路原料として有機金属化合物を用いた場合は、無機
金属塩が樹脂中に分散しにくいこと、又、イオン導電性
が生じるため例えば樹脂中に分散せしめても長期的な負
荷状態では電解現象を呈する虞れがあること、また金属
酸化物では導電性が低いものしか得られないことがある
のに比べ有機金属化合物は樹脂への相溶性を良くするこ
とも可能である。又、加熱時には結局分解して金属成分
の融着となり、粉末の場合と同様に導体路を形成するこ
とができる。有機金属化合物は高分子でもよいが、単位
分子当シの金属の比率が大きい程良い。

金属に結合する有機基の長いもの、例えばラウロイル、
ステアリル基等の鎖の長すものは光エネルギーによって
熱分解を起こした時に組成物中に占める金属の含有量が
低下してしまい、結果的に導電性の低す導体パターンし
か得られないため、金属含有量の高いものが望ましい。

また、有機基は熱分解時にカーボン化し難いものが好ま
しくフェニル基のような壌構造成いは二重結合、また腐
食性のある分解物の発生を抑えるためハロゲン元素等を
含まないものが望ましい。また、金属の種類としては導
体路にできるものであれば特に限定はないが、銅、ニッ
ケル、アルミニウム、金、銀等が好適である。さらに、
二種類の有機金属化合物を配合してもよい。

本発明に好適に使用できる有機金属化合物としては、ギ
酸金属化合物、酢酸金属化合物、アクリル酸金属化合物
或いはメタクリル酸化合物及びそのポリマー、アルキル
金属化合物でアルキルの炭素数が１〜５のもの、アルコ
キシ金属化合物で炭素数が１〜５のものが挙げられる。

さらに前記有機高分子体が熱線を吸収しやすいように改
質しておくことによシ、ファインパターンの形成が容易
となる。よって抵抗体を形成する場合は縁幅を細くでき
、高抵抗を得ることができる。前記有機高分子体材料の
改質方法としては、有機高分子体材料を熱処理（例えば
２００〜３００℃で０．０５〜１０時間）してやや熱分
解させ発色基を発生させる方法１熱エネルギーを吸収し
やすい染料、顔料（例えばカーボンブラック、ベンジジ
ンイエロー、ローダミンレーキＢ）、黒色酸化鉄を有機
重合体材料に添加する方法１熱エネルギーを吸収しやす
い官能基（例えば第１〜３級ア建ン基、ニトロ基）を有
機重合体材料に取込む方法９熱エネルギーを吸収しやす
い官能性化合物（例えばイミダゾール化合物、ニトロ化
合物、アミン化合物）を有機高分子体材料に配合する方
法１前記層上に、前記染料、顔料を含む塗料をコーティ
ングする方法等を挙げることができる。こうした改質方
法の抵抗体、導体路に転化（歳ｒ１７＠高いものであっ
てはならない。

本発明においては、このようにして前記絶縁体層に熱線
を照射する。熱線としては、例えばレーザー光、赤外線
等が挙げられるが、ファインパターンの形成、高効率で
の導電体への変換を考えた場合、エネルギー密度が高く
、スポット径を小さくできるレーザ光を用いることが好
ましい。

以下に本発明方法によるコンデンサの製造工程の概略を
示す。

第１図（イ）〜に）はコンデンサの製造プロセスを示す
ために回路基板の断面図である。

第１図（イ）は絶縁性基体（１）下部電極（２）（第１
の電極層）及び容量測定用の電極（８）を形成した図で
ある。絶縁性基体（１）として用いられるものは、アル
ミナセラミックスをはじめとする各種電機絶縁基７エ 板、あるいは紙Ｖ９ノール、ガラスエポキシ、ボリイは
ドＢＴレジン等の樹脂基板等いずれでも良い、電極（８
）、下部電極（２）はこれら絶縁性基体に応じた導電性
材料を用いれば良く、たとえば絶縁基体にアルミナセラ
ミックスを用いた場合にはＡｇ−Ｐａ　＋　Ａ’　ＨＡ
ｇ　ｅ　Ａｇ−Ｐｕ　＊　ＣＬＸ・等の厚膜導体が適当
であシま九絶縁基体にガラスエポキシをはじめとする樹
脂材料を用いる場合には銅箔のエツチングによシミ極を
形成したシ、有機系厚膜導電体を使用することができる
。いずれの場合にせよ、絶縁基体上に第１図（イ）に示
す導電性の電極が形成される方法であればどの方法を用
いても本発明の骨子から紘ずれるものではない０次に第
１図（ロ）に示す工程は第１の下部電極（２）上に誘電
体層（４）を形成し死因である。

誘電体層（４）としては、ガラス系では鉛ガラス。

ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、パイロ上２ム。

等の単体あるいはこれらを含む混合体が適貴である。ま
た磁器誘電体ではＴｉＯ２，ＢａＴｉ０ａ　、　８ｒＴ
ｉＯｉ。

ＣａＴｉｔｓ、ＭｆＴｉＱｓ、ＰｂＴｉ０ｇ、Ｂｉ　４
Ｔｉ５０１２．Ｓｒ／］″′ｉ０ｇ。

ＰｂＺｒＯｓ、　ＮａＮｂ０ｉ、　ＫＮｂＯｉ等の材料
単体あるいはこれらを主成分とした複合体を用いること
が出来る。

−また前記 ガラス物質との複合系でもよい。また有機の誘電体材料
として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリカーボネート。

ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン。

セルローストリアセテート、ポリバラキシレン。

ポリウレタン等単体あるいは二種以上の混合体と電材料
を主成分としたペースト状組成物を印刷塗布焼きつける
方法、あるいはフィルム状に整形したシートを貼り合わ
せる方法が適当である。

次いで第１図（ハ）は誘電体上に形成される上部電極を
設けるために加°熱によシ導電体へ転化する絶導電性を
生じるように、絶縁体層（５）に加熱によシ導電体（６
）（第２の電極層）を形成する。（第１図に））このよ
うに形成することによシ、最小の容量から監視できる。

次いで容量を測定しながら、加熱領域を広げ、上部電極
である導電体（６）の領域を増す。この様子を第２図に
半面図として示す。第２図（イ）は初期状態このような
導電体層（６）の形成は例えば第３図に概略図として示
すような装置を用いる。

電極（２）、　（８）には容量測定用のプローブ（ＡＩ
）（Ａ２）が接触されてお如、導電体（６）の領域が広
がるのとともに変化する容量を容量測定器（Ａ３）で監
視する。

ま良導電体（６）を形成するための熱源として、レーザ
ー光（Ａ６）を用い、０Ｎ１０ＦＦ、レーザー光の走査
等をコンビーータを用いた制御系（Ａ４）によりコント
ロールする。この制御系（Ａ４）は容量測定器（Ａ３）
からうけた信号によ如、設定値に容量が逸したときに、
レーザ光発生装置（Ａ５　）　Ｋ　ＯＦＦ’ＦＦ上供給
する。

レーザ光の走査は、レーザ光自体をふっても良いし、基
体を例えばＸ−Ｙステージ等を用いて動かしても良い。

又、従来の各種導体路の形成方法、例えば印刷法等にお
いても、導体路形成後、例えばエポキシ樹脂膜等の耐湿
性、外的保−等を目的とする保護膜を形成することは周
知の手段である。しかしながら、本発明に係るような方
法で形成した抵抗体。

導体路等の導電体には、機械的強度に問題が残る場合が
ある。従って従来法のごとく導電体を形成の後、保護層
を形成する方法も当然考えられるが仁のような保護層を
形成する工程自体が導電体に悪影響、すなわち断線、抵
抗値の変動等を与えてしまう恐れがある。そこで先に保
護層を形成した後、この保護層を介して熱線を照射する
ことによシ、前述の問題を解消することができる。すな
わち保護膜を介して熱線が照射され、絶縁体層が導電体
と変化した部分は、直接外気にさらされることはない。

保護層を透過して絶縁体層に熱線が照射され、導電体が
形成されるが、この時、有機高分子体の分解によシス体
が発生する場合がある。しかし、ごく少量であシ外観上
はほとんど変化をうけない。

保護層の種類にもよるが保護層を２０μｍ以上とすれば
、はぼ問題はない。又、一般にこのような方法で形成さ
れる導電体は、線幅の小さいことが特徴であシ、例えば
レーザビーム径を１００μｍ以下程度とすれば、発生す
る気体はほとんど保護層と絶縁体層との密着性を損なう
ことはない。

このような保護層としては、レーザ光等の熱線を透過す
るものであれば良く、例えばアクリル樹う旨、メラミン
樹脂、フェノール樹脂、ジアリル７”タレート樹脂、ポ
リスチレン樹脂、エポキシ樹脂。

ポリエステル樹脂等の透明度の高いものが挙げられる。

このような樹脂は直接前記絶縁性基体上に塗布しても良
いし、ラミネートしても良い、又、ガラス板等の無機質
の透明体を積層してもよい。

このように保線膜を形成した後、導電体を形成すれば機
械的強度、７４９ｇに優れたコンデンサを得ることがで
きる。

ることか好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば所望の容量値を有
するコンデンサを得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の詳細な説明する。

（実施例−１） 絶縁性基体に９６チアルミナセラミツクス基板（５０Ｘ
５０Ｘ０．６３５％　）　（京セラＩ！りを用い、Ａｔ
／Ｐｄペースト（Ｄｕｐｏｒｔ　９８４３）をスクリー
ン印刷し１５０℃１０分間乾燥させた後、８５０℃ピー
ク保持時間１０分、サイクルで４５分の焼成を行ない第
１図（イ）に示すように電極（２）ｊ　（８）を形成し
た。

導電体ペーストとして を配合したものを用い、スクリーン印刷し、１５０℃１
０分間乾燥させた後、ピーク湿度６５０℃保持時間１０
分間、サイクルで４５分間焼成し、誘電体層（４）を第
１図（ロ）のごとく形成した。

さらに１、平均粒径ｏ、ｉ〜１．０μｍの銅粉末６５重
量部、アクリル樹脂アロン８４０９０（東亜合成ＫＫ製
）３５重量部及びＮ−ブチルカルピトールを混脅しペー
スト化した有機絶縁性材料を第１図０９に示すごとくス
クリーン印刷し、第１図（ハ）に示すごとく絶縁体層（
５）を形成した。次いで１２０℃３０分間乾燥処理を施
した。このあと、ＹＨＰ　４２７５Ａ　マルチＬＣ＆メ
ーターを用い電極（２）と電極（８）間の容量を測定し
ながら窒素ガス雰囲気中でＹＡＧレーザー装置（東芝Ｋ
Ｋ製ＬＡＹ−７１１）によってレーザービーム（ビーム
出力６Ｗ、スキャンスピード２０ｗ／ｓｅｃ　、ビーム
径５０μｍ）で絶縁体層（５）上を走査し導電体（６）
とし、上記電極を形成した。このとき容量測定器とレー
ザー装置とは連動しており設定値の容量になればレーザ
ー光は停止する様にプログラミングされている。

得られた膜コンデンサの特性を第１表に示す。

第　１　表 この実施例で示した膜コンデンサの上部電極の面積はサ
ンプルＡＩで１０７ｍ２．　Ａ　２で８０＋ｕ＋２．Ａ
　３で５３Ｉ２であり、これよシ比酵電率を計算すると
Ｃ−５，６であった。この様に本発明によれば設定容量
値に対し１％以内の精度で膜コンデンサをつくることが
出来る。

（実施例−２） 絶縁性基体（１）としてガラスエポキシ基板を用いたこ
の基材は通常Ｇ−１０とよばれ３５μ厚の銅箔をエツチ
ングにより除去し電極（２）、　（８１を形成した。

誘電体材料にはポリカーボネート樹脂２０重量部とミク
ロヘキサノンとｎ−ブチルカルピトールの混合溶剤８０
重量部とアエロジル１．５重量部を配合したペーストを
スクリーン印刷し１５０℃３０分の硬化で誘電体フィル
ムを形成した。

次いで、酢酸銅２０重量部、ポリメチルメタアクリレー
ト樹脂６０重量部を谷々Ｎ、Ｎジメチルホルムアシドに
溶解し、混合して有機金属含有樹脂組成物（有機絶縁性
材料）を得、これを前記第１図に示すごとくスクリーン
印刷、１００℃３０分間乾燥することにより絶縁体層（
５）を形成した。この上にＹＡＧレーザー装置（東芝Ｋ
Ｋ製ＬＡＹ７１１）にてスポット径５０μ６Ｗの出力で
絶縁体層（５）上を走査し、導電体（６）を形成した。

このとき同時に、Ｙ　ＨＰ　４２７５Ａ　マルチＬＣ几
メーターを用いて電極（２）　＃　（８１間の容量の測
定を行なった。

この結果第２表の膜コンデンサが得られた。

以Ｔｆ、日 第２表 以上の様に本発明によ多目標設定値に対して２．０チ以
内の精度で膜コンデンサをつくることが出来る。

（実施例−３） 実施例−１と同様な構成でアクリル系樹脂からなる保傾
層（７）を形成した上からＹＡＧレーザー光を照射して
コンデンサーを形成した（第４図９図中番号は第１図と
同様）。レーザー光の照射条件は実施例−１と同様であ
る。得られた膜コンデソリ１ すの特ｉ第３表に示す、　琳Ｔ−ｉβ 第　３　表 ＊）８５℃±３℃　１０００時間後 この様に非常に安定な特性を有するコンデンサを得るこ
とが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図はコンデンサを形成した基体の断面図、
第２図は第１図の基体の平面図、第３図性本発明に係る
製造装置を示す概略図。 ｌ・・・・・・・・・・・・・・・　絶縁性基体４・・
・・・・・・・・・・・・・　誘電体層５・・・・・・
・・・・・・・・・　相隊体層代理人　弁理士　則　近
　憲　佑（ほか１名）に） 第　２　図 第　１　図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘電体層上に、被加熱部分のみ導電体へ転化する絶縁体
   層を形成し、前記絶縁体層を部分的に加熱し導電体とす
   ることによシミ極を形成し、所定の容量を得ることを特
   徴とするコンデンサの製造方法。