JPS6260213A - 鉛ガラス質薄膜誘電体材料 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、コンデンサ用薄膜誘電体材料に関するもので
あり、フィルムコンデンサの小型・軽量化を目的とする
。

従来の技術１発明が解決しようとする問題点機器の小型
・軽量化志向、高集積回路の採用による電子回路の高密
度化あるいは、自動挿入の普及などに伴い、電子部品に
対する小型化の要請がますます強くなってきている。そ
の中にあって。

フィルムコンデンサも同様に小型化へと種々ノ開発が試
みられている。コンデンサの静電容量は。

誘電体の誘電率と電極面積に比例し、厚さに反比例する
。したがって５従来のフィルムコンデンサの小型化をは
かる場合には、誘電体材料として使用するフィルムの誘
電率を大きくするか、または厚さを薄くすることにより
、単位電極面積当りの静電容量を大きくすることが要求
される。一般にフィルムコンデンサの誘電体材料として
は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、ポリカーボネートなどからなる高分子フィ
ルムが使用されている。これらの高分子フィルムの厚さ
４〜６μｍが普通であるが、近年市場要請により厚さ２
〜３μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムも商
品化されている。しかしながら、厚さ２〜３μｍのフィ
ルムを工業的規模で生産する場合、そのフィルムの薄さ
から生じる多くの技術的問題点がある。例えば、しわの
発生を防止しつつ、厚み精度の高いピンホールの無いフ
ィルムを歩留りよく製造するには、原料ポリマーの精製
、溶融成型、加熱延伸、製造ラインの建屋内置囲気ある
いはその防塵などに高度の管理が必要となる。したがっ
て、厚さが薄いフィルムを安価に量産することは非常に
難しく、そのためフィルムの厚み２μｍ程度が工業生産
の限界と考えられている。

フィルムコンデンサの小型・軽量化の手段としては１例
えば特開昭５４１１２７８２８号において、耐熱性プラ
スチックフィルムの両面上に、互いに異なる端部を残し
て蒸着金属電極を形成し。

一方の面には熱硬化性樹脂層、他方の対向面には耐熱性
熱可塑性樹脂層を形成し、これら構成最小単位を積層し
たチップ状フィルムコンデンサが提案されている。この
フィルムコンデンサの誘電体層は、耐熱性プラスチック
フィルムと熱硬化性樹脂層及び耐熱性熱可塑性樹脂層か
らなり、かっこの両者が並列結合された構成となってい
る。従来のフィルムコンデンサと比較すれば、静電容量
が数倍増加した。しかしながら、新たに追加された誘電
体層が有機樹脂で構成されているため、大きな誘電率が
期待できないので、フィルムコンデンサの小型・軽量化
への要請に対しては不十分なものである。

一方、フィルムコンデンサの小型化・高性能化の手段と
して、高分子フィルム上、または金属箔上に無機誘電体
薄膜を積層した巻回し型コンデンサが提案されている。

例えば、特開昭５２−５８８５５号によれば、プラスチ
ックフィルムに金属を両面蒸着し、その少なくとも片面
の金属層の表面に金属酸化物絶縁体を蒸着し、その金属
酸化物絶縁体を空気コンデンサのスペーサーとして用い
ることを特徴としたフィルムコンデンサである。

ポリエステルフィルム基板上にＳｉＯ□蒸着膜を形成し
た場合、かなりの凹凸やピンホールがみられる。そこで
、この凹凸やピンホールの多い５ｉ０２蒸着膜を空気コ
ンデンサのスペーサーとじて用いることを提案している
。また、特公昭５８−２１８１４号によれば、一方の電
極となる金属箔に無機誘電体薄膜を形成したものと、他
方の電極としてプラスチックフィルムに導電性金属薄膜
を形成したものとを積層し５巻回したことを特徴とする
巻回し型コンデンサである。アルミ箔上に化学的析出法
、真空蒸着法、スパッタリング法を用いて無機誘電体を
形成し、成膜後温度２００℃以上で熱処理を行い、薄膜
の高結晶性、高純度化をはかっている。両者において明
らかなように、高分子フィルム基板上に真空蒸着法など
により作成した薄膜は、結晶性の低いピンホールの多い
膜であり、膜の高結晶性１高純度化をはかるには成膜後
の高温熱処理に頼らざるを得ないところが現状である。

また、特開昭５４−１８０６２号によれば、方形樹脂フ
ィルムの一平面に、その−側端がこの樹脂フィルムの一
側端に導出されるような方形の第１の電極を付与し、こ
の電極の上に、この電極を隠蔽するような薄膜誘電体を
スパッタリングあるいはイオンブレーティング法により
形成する積層コンデンサの製造方法が提案されている。

イオン工学的な表面処理技術であるスパッタリング法あ
るいはイオンブレーティング法を用いる場合、特に基板
として樹脂フィルムを使用する際に、基板の温度上昇に
より樹脂フィルムの寸法安定性を損ない、その上に形成
する薄膜誘電体の特性の低下を引き起こす。また、マス
ク剤を塗布し、マージン部を形成する場合には、マスク
剤の洗い出しのための水洗工程を経るので、高付着力の
膜が要求され、蒸発原子１分子のエネルギーを高めるこ
とが必要となり、その結果として基板冷却では抑えるこ
とができない基板の温度上昇を引き起こしてしまう問題
がある。つまり、基板として用いる樹脂フィルムの表面
状態、薄膜誘電体層の材質が。

このような薄膜コンデンサを作成する場合の重要な点で
あり、薄膜作成方法に薄膜の誘電特性が大きく左右され
るのが現状である。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、前記の薄膜誘電体の欠点を解消６一 するため鋭意研究を進めた結果、薄膜誘電体層をＲＦビ
イオンブレーティング法ＲＦは高周波法を称し、以下Ｒ
Ｆとする。）を用いて形成することにより、一般的なイ
オンブレーティング法、スパンタリング法では抑えるこ
とのできない基板温度の抑制が可能となり、真空薄着法
などでは得られない高稠密で高純度化した薄膜誘電体層
が得られることを見出し５本発明に到達したのである。

すなわち本発明は、高分子フィルムを支持体基板として
、その片側表面に導電性金属の蒸着を施した金属化フィ
ルム上に、真空系にガスを導入して。

真空度１０−２〜１０−５Ｔｏｒｒ　（日本真空製　電
離真空計にて測定）に保ち、高周波電界を印加すること
によりプラズマを発生させるＲＦビイオンブレーティン
グ法より形成された薄膜誘電体を形成することより得ら
れるコンデンサ用薄膜誘電体材料に関するものである。

１９６４年にマトノクスによってイオンブレーティング
が開発されて以来。

各種のイオンブレーティング法が考案されてきた。

例えば、イオンブレーティングの原型であるマトソクス
法、高周波により励起されたプラズマ中でイオン化が促
進されるＲＦビイオンブレーティング法複数の熱陰極を
設け、この熱陰極から出る電子を蒸発粒子に衝突させて
イオン化する多陰極法。

カソードガンに不活性ガスを導入してプラズマ電子ビー
ムを発生させ、物質を蒸発させながらイオン化するホロ
ーカソード法、基板と蒸発源の間にプラスに印加された
バイアスプローブをおいたバイアスプローブ法、基板に
プラスの電圧を印加する低圧力プラズマ薄着法、蒸発源
に密閉型の容器を用い、蒸発した粒子が細かいノズルよ
り数個〜数百個の原子や分子の集まったクラスターイオ
ンが基板に衝突して膜形成するクラスターイオンビーム
法などがある。しかしながら、ＲＦイオンブレーティン
グ法法外外基板温度の急激な上昇をもたらし、基板冷却
によっても誘電特性の優れた薄膜誘電体を形成すること
ができず、高分子フィルムを基板として用いる場合には
、ＲＦビイオンブレーティング法用いるのがよい。

ＲＦビイオンブレーティング法用いることによって、プ
ラズマ中で蒸発原子２分子が電離ガスと衝突することに
よってイオン化され、また反応し。

大きなエネルギーを得て基板上で成膜される。よって、
一時的に非化学量論的な組成で飛び出した化合物も雰囲
気ガスから不足分を補い、化学量論的に安定なものとな
り得るのである。同時に高エネルギーを得た原子１分子
が基板上で成膜するため、高稠密な高付着強度を有する
薄膜が得られ。

また、高真空頭載での高周波励起によるプラズマ発生の
ため、高分子フィルム基板の温度上昇が抑制されるので
ある。薄膜誘電体層は鉛ガラス質からなり、その膜厚の
範囲０．３〜１．０μｍ（日型アネルバ製　繰返し反射
干渉計ナノスコープにて測定）において高稠密なものが
得られる。鉛ガラスは、鉛酸化物と珪素酸化物の化合物
からなり、鉛化合物が８５ｗｔ％以上含有する。好まし
くは、鉛酸化物が９０％ｗｔ含有するのがよい。鉛酸化
物が８５ｗｔ％以上含有した鉛ガラスは、安定なガラス
化領域からはずれたものであり、一般に使用されている
鉛ガラスとは組成比が大きく異なっている。

また鉛ガラスは、鉛酸化物とガラス化剤を焼結したもの
でも、溶融させたものでもよい。このような鉛ガラスを
蒸発母材として用いることによってはじめて、誘電特性
に優れた薄膜誘電体が得られるのである。膜厚０．３μ
ｍ以下の場合には絶縁抵抗に問題があり、１．０μｍ以
上の場合は薄膜自身の亀裂をまねく原因となる。好まし
くは０．８μｍ程度の膜厚がよい。支持体基板として用
いる高分子フィルムは、その上に積層する薄膜誘電体の
形状に大きく影響を与えるため、高分子フィルムの表面
粗さ特性が２面積１ｍｍ”あたりＳ　Ｒｚ０．　５μｍ
以下でかつＳ　Ｒｍ、０．７μｍ以下（小板研究所製５
Ｅ−３ＡＫを用い、クリーンベンチ内においてクラス１
００以下の雰囲気で測定。ＳＲｚは高い山から１０点平
均山高さであり、ＳＲイ、は最大山高さを示すものであ
る。）のものを用いる。この高分子フィルムの表面粗さ
特性は、好ましくは５Ｒｚ０．３μｍ以下でかつＳＲイ
、０．５μｍ以下のものがよい。ただし、実際には高分
子フィルムに５００人程鹿の／ｌ電極を形成するが、こ
の場合の金属化フィルムの表面粗さ特性は、高分子フィ
ルムのもとの特性に比べほとんど変化しないので、金属
化フィルムの表面粗さも前述のものと同等の特性が必要
である。高分子フィルムには、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネー
トなどがあるが、好ましくはポリエチレンテレフタレー
トを用いるのがよい。

また、コンデンサの小型化を計るため２通常はフィルム
厚み２〜２５メツｍのものを使用するが２本発明におい
てはより小型化を達成するために、好ましくは２〜６μ
ｍのものを用いるのがよい。高分子フィルム基板上に無
機誘電体薄膜を形成する場合、ＲＦビイオンブレーティ
ング法用いることによって、従来の真空蒸着法などで得
られなかった高槻密性、高純度の薄膜誘電体の形成が可
能となり、従来のフィルムコンデンサの数倍の静電容量
が得られ１本発明によってフィルムコンデンサの大容量
小型化を可能ならしめることは明らかである。

実施例 以下に実施例を示して２本発明を第１図を参照して具体
的に説明する。

実施例１ 支持体基板１は、フィルム厚１２μｍ　（ＳＲｚ−０，
２μｍ、ＳＲ□−０，４μｍ）のポリエステルフィルム
を用い、アセトン中で超音波洗浄を行った後、ボンバー
ド処理（流量比；Ａｒ　：Ｏ□−１０：　３．　４　Ｘ
　１０−”Ｔｏｒｒ）を行った。下部電極２は。

Ａ１をポリエステルフィルム基板上に真空蒸着を行った
。その上に、鉛ガラス質薄膜誘電体３を非蒸着部分を形
成するためのマスクを行い、ＲＦビイオンブレーティン
グ法形成した。

すなわち、アルゴン対酸素、　　３ｕｔｏ流し、ペルジ
ャー内の真空度７　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに保ち、電圧
２ＫＶ、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電界１００Ｗ
で印加しながら電子銃により、蒸発母材を加熱蒸発させ
形成した。ただし、蒸発母材は純度９９．９９％のｐｂ
ｏ微粉末９０ｗｔ％と、５ｉ０２微粉末１０ｗｔ％から
なる混合物をプレス成型し、約６時間真空焼結を行った
ものを用いた（実験１）。比較例として鉛ガラス質薄膜
誘電体層３を真空蒸着法において（比較例１−１）、ま
たホローカソード法においても形成した（比較例１−２
）。さらにその上に、非蒸着部分を形成するための適当
なマスクを行い、Ｊ：都電゛極４としてＡｆｆを真空蒸
着した。実験１．比較例１−１及び比較例１−２で得ら
れた薄膜コンデンサの静電容量（ＩＫＨｚで測定）、誘
電正接（ＩＫＨｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５Ｖで測
定）及び歩留り率を測定した。その結果を表１に示す。

ただし２歩留り率はサンプル１００点を作成し、電気絶
縁抵抗５Ｘ１０’Ω以上のものを百分率で表したもので
ある。表１に示すごとく。

ＲＦビイオンブレーティング法薄膜誘電体層を作成した
場合の方が、真空蒸着法、ホローカソード法で作成した
場合と比較して、誘電正接、電気絶縁抵抗２歩留り率に
おいて優れていることは明らかである。

表　　１ １３一 実施例２ 実験１において薄膜誘電体を作成した条件と同様の方法
で作成し、耐水洗性のテストを行った。

ただし、耐水洗性テスト用サンプルは、金属化フィルム
上に水溶性高分子を塗布し、パターンを形成し、その上
に薄膜誘電体をＲＦビイオンブレーティング法実験２）
、真空蒸着法（比較例２−１）及びホローカソード法（
比較例２−２）で形成した。そして、イオン交換水を用
いて水洗し、水洗後の静電容量（ＩＫＨｚで測定）、誘
電正接（ＩＫＨｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５■で測
定）１歩留り率を実施例１と同様の条件で測定した。そ
の結果を表２に示した。表２より、ＲＦビイオンブレー
ティング法薄膜誘電体を形成した方は、水洗工程を経て
もほとんど膜質は変化しないが、真空蒸着法、ホローカ
ソード法で作成した方は、誘電特性、物理特性の低下が
みられる。

実施例３ 付着強度はクロスカットテープテストによる。

すなわち、金属化フィルム上にＲＦビイオンブレーティ
ング法薄膜誘電体層を形成したもの（実験３）、真空蒸
着法で形成したもの（比較例３−１．）。

ホローカソード法で形成したもの（比較例３−２）にナ
イフで縦横１龍×ＩＨのマス目を１００個つくり、その
上にセロテープ（積木化学製）をはりつけた後そのセロ
テープを剥離して、１００個のマス目のうち剥離しない
マス目の個数をもって表示した。（密着性試験ＪＩＳ−
Ｄ−２０２０を適用）その結果を表３に示す。表３より
、ＲＦビイオンブレーティング法薄膜誘電体を作成した
場合剥離は認められず、付着強度の強い膜であることが
証明された。

表３ 実施例４ 表面粗さ特性が、　　Ｓ　Ｒｚ　−０，１１、ｉ７ｍ　
−０，７３，１７ｍ、　ＳＲｍｓ＝０．３４．ｃｒｍ　
〜１．２μｍの範囲にわたる高分子フィルム（小板研究
所製　５Ｅ−３ＡＫで測定）基板上に、ＲＦビイオンブ
レーティング法て膜厚０．１〜１．４μｍの鉛ガラス質
薄膜を形成して、誘電正接（％）１歩留り率（％）を測
定した。測定条件は実施例１と同様である。結果を表４
に示す。高分子フィルムの５ＲｚＯ，５０μｍ。

Ｓ　Ｒ，，０，７０μｍを越えると、誘電正接２歩留り
率も大きく悪化する。好ましくは、５Ｒｚ０．３μｍ以
下、ＳＲ，，０，５μｍ以下である。薄膜誘電体の膜厚
０．３μｍ以上ない場合には、誘電正接３歩留り率の優
れたものは得られず、１．０μｍ以上になると両者の低
下がおこり１局部的な亀裂が発生する。よって、薄膜誘
電体の膜厚０．３〜１．０μｍの範囲が適当であり、好
ましくは０．８μｍ程度である。

表　　４ 実施例５ 表面粗さ特性において、ＳＲｚ　＝０．４８μｍ。

ＳＲ□−０，９９μｍである高分子フィルム基板（比較
例５）と、ＳＲｚ　＝０．４０μｍ、ＳＲ，、−０，５
１８ｍである高分子フィルム基板（実験５）を用い、そ
の上に実施例１と同様の方法で、ＡＡ電極、鉛ガラス質
誘電体、／ｌ電極を順次ＲＦビイオンブレーティング法
形成し、静電容量（ＩＫＨｚで測定）、誘電正接（ＩＫ
Ｈｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５ｖで測定）及び歩留
り率で測定した。

その結果を表５に示す。比較例５．実験５とも。

５Ｒｚ０．５０μｍ以下であるが、比較例５のようにＳ
Ｒ□０．９９μｍと大きくなると歩留り率が大幅に低下
し、誘電正接が増加する。

高分子フィルムの表面粗さ特性において１面積１ｍｍ”
あたり５Ｒｚ０．５μＩＴｌ以下でかつＳ　Ｒ，，０，
７μｍ以下であることが必要である。

表　　５ 実施例６ 実験１と同様の方法で、ポリエステルフィルム基板上に
Ａ７！電極、鉛ガラス質薄膜誘電体、Ａρ電極を順次積
層して薄膜コンデンサを形成した。

ただし、用いた蒸発母材は、純度９９．９９％のＰｂＯ
微粉末とＳｉ○２微粉末からなる混合物の組成を種々変
化させた。静電容量（］、　Ｋ　Ｈｚで測定）、誘電正
接（ＩＫＨｚで測定）、電気絶縁抵抗（２５■で測定）
及び歩留り率で測定した。その結果を表６に示す。表６
より、ＰｂＯ微粉末を８５ｗｔ％以上含有した蒸発母材
を用いた場合、優れた誘電特性の薄膜が得られ、特にＰ
ｂＯ微粉末を９０ｗｔ％含有するのがよいことは明らか
である。

（）内は−Ｌ％ 発明の効果 本発明によれば次の効果を得ることができる。

■　従来の真空蒸着法で作成された薄膜誘電体材料と比
較して、誘電正接、電気絶縁抵抗の優れたものが得られ
、その結果歩留り率を大きく向上することができる。

■　従来の真空蒸着法で作成された薄膜誘電体材料と比
較して、耐水洗性、付着強度の優れたものが形成できる
。

つまり、ＲＦビイオンブレーティング法薄膜誘電体を形
成することより、化学量論的に安定で。

誘電特性に優れた薄膜が形成でき、素子巻き時の不良品
発生率も、薄膜誘電体の付着強度の大幅な向上により大
きく低減することが可能となり、かつ従来のフィルムコ
ンデンサと比較しても、大幅に小型化することができた
。本発明により製造された薄膜誘電体材料は、従来のフ
ィルムコンデンサの誘電体材料である金属フィルムに比
べて、製造加工工程上の取扱いはほとんど変わらず、コ
ンデンサ用の全く新規な優れた薄膜誘電体材料が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明のコンデンサ用薄膜誘電体材料の実験
例及び比較例を模式的に示したものである。 １　ポリエステルフィルム基板 ２電　極 ３　誘電体層 ４電　極 特許出願人　　ユニチカ株式会社 菓１色

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高分子フィルムの表面粗さ特性において、面積１ｍｍ
   ＾２あたりＳＲｚ０．５μｍ以下かつＳＲｍａ０．７μ
   ｍ以下である高分子フィルムを支持体基板として、その
   片側表面に導電性金属の蒸着を施した金属化フィルム上
   に、ＲＦイオンプレーティング法により、膜厚の範囲０
   ．３〜１．０μｍの鉛酸化物を８５ｗｔ％以上含む鉛ガ
   ラス質からなる薄膜誘電体を形成することを特徴とする
   コンデンサ用鉛ガラス質薄膜誘電体材料。