专利名称：制造电容器的方法和电容器的制作方法
技术领域：
本文讨论的实施方式涉及用于制造具有由导体和电介质的复合材料形成的介电层的电容器的方法，和这样的电容器。
背景技术：
用于抑制电子装置产生的噪声的去耦电容器、用于消除电子装置间的直流电势差的耦合电容器以及滤波器的结构元件等形式的电容器是电子装置的必不可少的元件。近年在电子装置的小型化方面取得了令人瞩目的进展，而且为了匹配电子装置的小型化，对电容器的小型化也存在日益增长的需求。
适于小型化的电容器是陶瓷电容器和铝电解电容器。因为这些电容器具有较高的单位体积容量，因此它们即使在小型化的情况下也能维持较高的容量。
在陶瓷电容器中，介电层(电容器的对向电极之间所设置的绝缘层)由钛酸钡等铁电物质形成，以确保必要容量。日本特开平第05-47589号公报公开了一种包含钛酸锶的陶瓷电容器。为进一步增大容量，在多层陶瓷电容器中交替层积更多的电极和介电层。在铝电解电容器中，通过粗糙化增大阳极箔的表面积，并实现较高的容量。
不过，在任一种前述的电容器中，为增大容量进行了复杂且精准的制造过程。结果，当将前述电容器制成为具有较高的容量时生产成本增加。
发明内容
因此，本发明的一个方面中的目的是提供一种可通过简单且价廉的制造过程形成的高容量、小尺寸的电容器，以及用于制造这种电容器的方法。
根据本发明的一个方面，用于制造电容器的方法包括通过与气体一同喷射导体颗粒使所述导体颗粒加速，所述导体颗粒的各表面均完全被覆有电介质；通过使所述导体颗粒与基板碰撞将所述导体颗粒固着至所述基板，所述导体颗粒的所述表面仍然完全被覆有所述电介质；和将由固着至所述基板的所述导体颗粒构成的沉积膜夹持在电极之间。
应当理解前述的概括性描述和下列的详细描述对于所要求保护的本发明都是示例性和说明性的，而非限制性的。
图1是通过气相沉积法使用颗粒的表面被覆有氧化铝的Al粉作为原料粉末得到的沉积膜的截面图，该图表示在透射电子显微镜下观察到的图像的具体特征； 图2是说明沉积前其表面被覆有介电膜的导体颗粒的状态的示意图； 图3是描述实施方式1的用于制造电容器的方法的过程的流程图； 图4是实施方式1的电容器的示意性截面图； 图5是BL电容器的示意性截面图； 图6描述了BL电容器的等效电路； 图7是根据实施方式2的电容器的示意性截面图； 图8是描述通过在透射电子显微镜下观察根据实施方式2的结构体的截面而得到的图像的特征的图； 图9是描述实施方式1的制造方法的过程的流程图； 图10是实施方式1中的成膜设备的结构图； 图11是实施方式1的电容器的截面图； 图12是实施方式2的电容器的截面图； 图13是描述实施方式3的电容器的外观的立体图； 图14是通过经由外部壳体观察实施方式3的电容器的内部得到的视图； 图15描述了实施方式3的电容器的主要部分(介电层和电极)的横向截面图； 图16是实施方式4的电容器的截面图； 图17是实施方式5的电子装置的结构图； 图18是实施方式5的电子装置的示意性截面图； 图19是描述变更例1的电容器的内部构成的透视图；和 图20是描述沉积膜(结构体)的截面的示意图，所述沉积膜通过从基板上剥离由气相沉积法形成的沉积膜并研磨该沉积膜的上表面和下表面而得到。
具体实施例方式 发明人已经对成膜法进行了广泛研究，借由该方法，包含聚集微粒的粉末与气体一同喷射并固着至基板(以下称为气相沉积法)。在研究过程中，本发明人通过使用表面被覆有介电膜(例如，表面氧化的Al颗粒)的导体颗粒作为原料粉末形成了金属膜，并研究了其结构和物理性质。
利用气相沉积法，微粒被气体加速至等于或高于声速的速度，并猛烈地碰撞基板。由于碰撞时的冲击力，微粒被固着至基板并形成较厚的膜。
在这种情况中，已经固着至基板的微粒不再维持原来的形状，而因碰撞时的冲击力所致而变形。因此，并不清楚，是被覆导体颗粒表面的介电膜即使在碰撞后仍然被覆导体颗粒的表面，还是介电膜破裂而金属微粒彼此固着。
关于该问题，专致于气相沉积的研究认为，颗粒彼此固着，原因是已经定位于颗粒内部的活性新表面在撞击的过程中暴露在表面上。
图1是通过将Al粉(其中颗粒的表面被覆有氧化铝)利用气相沉积法固着至铝箔而得到的沉积膜的截面图，该图表示在透射电子显微镜下观察到的图像的具体特征。用于形成沉积膜的Al粉是平均粒度为3μm±1μm(±后的数字代表标准偏差)的Al颗粒的聚集体，其表面被覆有厚度为10nm～100nm的氧化铝。在该情况中，成膜条件与以下描述的实施例1的条件相同。Al颗粒的平均粒度通过离心分离沉积法测定。
图2是说明沉积前微粒的状态的示意图。如图2所示，形成原料粉末的微粒2具有导体颗粒4(此处是Al颗粒)，该导体颗粒4的整个表面被覆有电介质6(在该情况中是氧化铝)。微粒2一般为球形。
然而，在通过微粒2与基板的碰撞而形成的沉积膜中，Al颗粒8极大变形，如图1所示。同时，各Al颗粒8分离，颗粒间插入有氧化铝层10。因此，在所述沉积膜中，Al颗粒8(金属颗粒)的整个表面被覆有氧化铝(电介质)。
参考图1和图2说明的成膜法基于如下机制利用构成颗粒的核部分的金属的塑性，使各颗粒塑性变形至形成于颗粒表面上的介电膜不破裂的程度，由此使各颗粒一体化并彼此固着，而非基于施加强烈冲击力而使颗粒彼此牢固附着的成膜机制。因此，采用本方法，通过利用金属的塑性变形由微粒形成膜。
发明人随后研究了这种沉积膜的电性质。其中各Al颗粒8通过电绝缘的氧化铝膜10隔开的结构表明所述沉积膜是具有极高电阻率的绝缘膜。
得到上述结果后，本发明人考虑使用前述沉积膜作为电容器的介电层。因此，本发明人在所述沉积膜的上表面上形成了金属电极，形成了其中将所述金属电极用作上部电极并将由铝箔制成的基板用作下部电极的电容器，并测定了单位面积的电容(电容密度)。所述沉积膜的厚度为250μm。
测量得到了极高的值，即30μF/cm2，该值超过了传统电容器的电容密度。例如，即使在将具有极高介电常数的钛酸钡作为介电层并且所述介电层的厚度薄至1μm的陶瓷电容器中，电容密度也仅有2.5μF/cm2。
此外，气相沉积法是用于制造较厚的膜的简单且价廉的方法。基于上述信息，本发明人构想了一种具有通过气相沉积法形成的沉积膜作为介电层的电容器。
此外，对图1所示的结构进行了详细的观察后，本发明人发现，利用其中连续形成有被覆金属颗粒表面的介电膜的结构体可以获得巨大的静电电容。在以上描述的实例中，可以说利用气相沉积法形成前述结构从而实现这样的结构体。
然而，前述结构体不仅可以通过气相沉积法形成，还可以通过冷喷涂方法和喷粒涂布法(shot coating method)形成。此外，还可以通过CIP(冷等静压压缩)、HIP(热等静压压缩)、热压和冷压实现，这些方法均是以高压压机施加压缩应力的成型法。
因此，前述结构体可以通过任何方法形成，只要形成于金属粉末表面上的介电层不破裂且金属粉末可被限制在其中连续形成有介电膜的结构体中即可。
换言之，参考图1进行说明的实例表明，气相沉积法是用于形成前述结构体的有效的成膜法。
(实施方式1) 本实施方式涉及用于制造电容器的方法(以及所述电容器)，采用该方法，通过与气体一同喷射其整个表面被覆有电介质的导体颗粒，并使所述导体颗粒与基板碰撞而形成介电层。
(1)制造方法 首先，将说明本实施方式的用于制造电容器的方法。
图3是描述本实施方式的用于制造电容器的方法的过程的流程图。
(i)步骤S2 在本步骤中，其各表面均完全被覆有电介质6的导体颗粒4(参见图2)与气体一同喷射并被加速。在该情况中，优选的是，导体为可通过热氧化或电化学处理形成绝缘氧化膜的阀金属，例如铝、钛、锆、镁、硅、铁、钽、铪。
此外，导体颗粒的表面热氧化、使用醇盐的电介质涂布、使用金属盐的表面湿式处理、气相涂布、电化学转化处理等也可以用来使导体颗粒的整个表面被覆有介电膜。
(ii)步骤S4 经加速的导体颗粒随后与基板碰撞，并且导体颗粒以所述导体颗粒(例如，铝颗粒8)的各表面仍然完全被覆有电介质(例如，氧化铝10)的状态固着至基板(参见图1)。
在该过程中，基板和导体颗粒均不经历加热。结果，沉积过程中由导体颗粒形成的膜的温度明显低于导体颗粒的熔点。因此，核部分的金属导体颗粒因碰撞过程中的冲击力而发生塑性变形且导体颗粒固着至基板，而不是导体颗粒在融化后固着至基板。不过，勿庸置疑也可以加热基板或导体颗粒，只要电介质6不会因还原等消失即可。
沉积膜中的导体颗粒的表面是否完全被覆有电介质可通过在透射电子显微镜下观察沉积膜的截面来判定。换言之，本步骤是导体颗粒固着至基板从而在透射电子显微镜下观察沉积膜的截面时，导体颗粒8的整个表面均被覆有电介质的工序。
(iii)步骤S6 在本步骤中，通过将由固着的导体颗粒所形成的沉积膜夹持在电极之间来形成电容器。
(2)构造 图4是本实施方式的电容器11的示意性截面图。
如图4所示，本实施方式的电容器11具有由下述工序形成的结构体12，在所述工序中，其各表面均完全被覆有电介质6的导体颗粒4与基板碰撞，并且以所述导体颗粒的表面仍然完全被覆有电介质6的状态固着至基板。此处，结构体12是在上述步骤S4中形成的沉积膜。
在本实施方式的电容器11中，结构体12夹持在电极14、16之间。在该情况下，用于沉积导体颗粒的基板可由金属制成，而且这样的基板可以用作下部电极16。作为选择，也可从基板剥离沉积膜，下部电极16可以形成在暴露表面上。
(3)操作 将本实施方式的电容器安装在电路中，并在将电路的一对导线与电极14、16连接时使用。在电极14、16之间显现出导线间的电势差，响应该电势差在电极14、16处感生出电荷。在该情况下，因为电极间存在结构体12，所以电极14、16处感生的电荷变得非常高，并实现高电容。
(4)与晶界绝缘型半导体电容器的比较 如上所述，本实施方式的电容器具有极高的电容密度。目前仍不清楚得到如此高的电容密度的原因(一个可能的解释是，形成于金属颗粒表面上的薄介电层以三维方式形成在所形成的结构体(膜等)的内部)。不过，以与本实施方式的电容器相同的方式，使用复合材料(在本实施方式中，为Al和氧化铝的复合材料)作为介电层的电容器是晶界绝缘型半导体电容器(阻挡层电容器；以下称之为BL电容器)。
图5是BL电容器的示意性截面图。
使用钛酸钡颗粒或钛酸锶颗粒作为基材形成BL电容器18的介电层。此处，以使用钛酸钡颗粒作为基材的BL电容器作为实例，在其制造方法之后对BL电容器的构造进行说明。
首先，由钛酸钡颗粒制造成型体。然后对该成型体进行还原处理，钛酸钡颗粒转化为半导体。接着，在所述成型体上涂布CuO、PbO、Bi2O3等。随后对涂布有CuO、PbO、Bi2O3等的成型体进行热处理。
作为热处理的结果，CuO、PbO和Bi2O3扩散至转化为半导体的钛酸钡颗粒20的晶界，包含CuO、PbO和Bi2O3作为基材的薄的电介质的层22形成于颗粒20之间(图5)。上部电极14和下部电极16分别形成在已经由此形成的介电层28的上表面和下表面上。端子24和26随后与各自的电极连接，由此完成BL电容器的构成。
图6描述了BL电容器的等效电路。对应于各部件(上部电极14、介电层28和下部电极16)的电路被赋予已经指配给各部件的附图标记。如图6所示，在对应于介电层28的等效电路中，对应于转化为半导体的钛酸钡颗粒20的电阻器30和对应于包含CuO、PbO和Bi2O3等作为基材的薄的电介质的层22的非常小的电容器32以网络方式连接。
电容器的电阻元件消耗输入电容器的电能并造成电容器的损耗。因此，源自转化为半导体的钛酸钡颗粒20(以下称为转化为半导体的BaTiO3颗粒)的电阻器30造成BL电容器的损耗。转化为半导体的BaTiO3颗粒20的电阻值足够小时，这种损耗可以忽略。不过，转化为半导体的BaTiO3颗粒20的电阻率约为10-1Ω·cm，即，该电阻率较高，损耗不能被忽略。鉴于此，BL电容器伴随有巨大损耗的问题。
相反，在根据所述实施方式的电容器中，因为介电层由导体颗粒形成，所以损耗非常小。
与BL电容器相关的另一个问题是电容器很难小型化，这是因为难以减小介电层28的厚度。相反，根据本实施方式的电容器易于小型化。
形成BL电容器时，BaTiO3颗粒20的直径总是等于或大于50μm。结果，BL电容器的厚度仅仅在介电层28中就等于或大于400μm。如此厚的介电层与电容器的小型化需求是背道而驰的，这就是BL电容器之所以难以用在电子装置中的原因。
此外，由于用于制造BL电容器的方法的具体特征所致，介电层不得不通过使流态化的CuO等扩散入转化为半导体的钛酸钡颗粒之间的空隙而形成。结果，只能使用具有较低熔点且易于引起扩散和流态化的材料作为电介质材料。
有时将诸如铅等危害性物质用作这种具有较低熔点的电介质材料的主要成分。结果，在制造过程中产生Pb蒸气。因此，就危害性物质规定来说，BL电容器的使用也受到限制。
BL电容器的介电层由作为半导体和电介质的复合物的介电层形成。在本实施方式的电容器中，介电层也是由半导体和电介质的复合物形成。因而，与BL电容器的实例的比较表明，本实施方式的电容器也将难以小型化。
然而，当本发明人实际尝试制造电容器时，本实施方式的电容器可以形成为具有的介电层的厚度小于400μm并具有足够的电容。例如，甚至可以形成厚度为几个微米的介电层。
因此，使用本实施方式的电容器，即使当介电层由复合材料形成时，也可以容易地实现小尺寸高电容的电容器。
此外，BL电容器难以在印制电路板上集成化，而本实施方式的电容器可容易地在印制电路板上集成化。
如上所述，将BaTiO3颗粒等转化为半导体的处理和CuO扩散处理需要加热。印制电路板不能耐受这样的加热。另一方面，本实施方式的电容器可以在室温形成，并且易于在印制电路板上集成化。
陶瓷电容器被认为是适于小型化的电容器。然而，如同将在后面所描述的，需要复杂且昂贵的工序来增大陶瓷电容器的电容。与此相反，本实施方式的电容器可以通过简单价廉的工序形成。在这方面，本实施方式的电容器也优于前述的传统电容器。
陶瓷电容器的电容通过交替层积大量的介电层(陶瓷层)和电极而增大。由此制得的高电容陶瓷电容器被称为“多层陶瓷电容器”。因为多层陶瓷电容器具有这样的复杂结构，因此其制造成本总是较高。
与此相反，因为本实施方式的电容器通过气相沉积与电极形成的一个循环制得，所以其制造成本较低。
除了多层陶瓷电容器之外，铝电解电容器也具有较高的电容。然而，制造铝电解电容器时，使用化学试剂例如用于蚀刻铝箔，产生了大量的有毒废水。因此，铝电解电容器具有较高的环境负荷。与此相反，在本实施方式的电容器的制造过程中几乎不产生有害性物质。因此，本实施方式的电容器具有非常小的环境负荷。
实施方式2 本实施方式涉及用于制造电容器的方法(以及所述电容器)，该方法为通过与实施方式1的方法中的电介质颗粒一同喷射其各表面均完全被覆有电介质的导体颗粒而进行。
(1)制造方法 本实施方式的电容器通过以与实施方式1中相同的方式相继执行下列三个工序来制造气体喷射工序(步骤S2)、固着工序(步骤S4)和电极形成工序(步骤S6)。
在本实施方式中，气体喷射工序(加速过程)是这样的工序其各表面上均完全被覆有电介质(例如氧化铝)的导体颗粒(例如Al颗粒)与电介质颗粒(例如BaTiO3颗粒)一同被气体喷射，并与电介质颗粒一同被加速。在其他方面，本实施方式的气体喷射工序与实施方式1的步骤S2相同。
在固着工序中，电介质颗粒与导体颗粒一同碰撞基板。在其他方面，本实施方式的固着工序与实施方式1的步骤S4相同。
电极形成工序与实施方式1的步骤S6相同。
(2)构造 图7是本实施方式的电容器的示意性截面图。
在本实施方式的电容器34的的结构体12(其形成电容器的介电层)中，在导体颗粒4之间存在电介质颗粒36。在其他方面，本实施方式的电容器与实施方式1的电容器11相同(参见图4和图7)。
图8是描述通过在透射电子显微镜下观察本实施方式的结构体12的截面而得到的图像的特征的图。图8中所描绘的实例是通过气相沉积法使用钛酸钡(BaTiO3)和Al粉(其中Al颗粒的表面被覆有氧化铝)的混合粉末作为原料粉末而形成的结构体的截面图像。此处，氧化铝的厚度为10nm～100nm，Al粉的粒径为3μm±1μm。钛酸钡(BaTiO3)的粒径为100nm。钛酸钡在混合粉末中的体积比为5％(以下以5体积％表示)。具体的成膜条件与下面描述的实施例2的条件相同。
如图8所示，在通过气相沉积形成的结构体中，Al颗粒8极大地变形。此外，各Al颗粒8分离，颗粒间插入有氧化铝层10。因此，Al颗粒8(金属颗粒)的各表面完全被覆有氧化铝(电介质)。
此外，在Al颗粒8(导体颗粒)之间存在BaTiO3颗粒(电介质颗粒38)。
当电介质颗粒如此存在于导体颗粒之间时，结构体12的绝缘体击穿电压增大。这显然是因为导体颗粒间的间隙变大。不过，电介质颗粒的直径变得过大时，导体颗粒间的电容降低。结果，电容器的电容也降低。因此，优选的是电介质颗粒的平均尺寸小于导体颗粒8的平均尺寸。
在图8描述的实例中，BaTiO3颗粒用作电介质颗粒38。当诸如BaTiO3颗粒等具有高介电常数的电介质颗粒与原料粉末混合时，电容器的电容迅速增大。
用于该实施方式的作为电介质颗粒而添加的颗粒不仅是BaTiO3颗粒，还可以是其他电介质材料的颗粒。
诸如TiO2、MgO、Ta2O3、SiO2、AlN和Al2O3等陶瓷是可由此增大电容器电容的电介质的其他实例。
其他实例包括具有钙钛矿结构的氧化物陶瓷，例如，Pb体系的含铅的复合钙钛矿氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba体系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及铋的层状结构体，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，还可以使用任何具有等于或大于10的介电常数的氧化物、氮化物和碳化物的颗粒。
使用参考图1进行说明的结构体(利用气相沉积由Al颗粒形成的沉积膜，其表面被覆有氧化铝)作为介电层的电容器的电容密度为30μF/cm2，而使用图8所描述的结构体作为介电层(厚度为10μm)的电容器的电容密度为100μF/cm2。
诸如TiO2、MgO、Ta2O3、SiO2、AlN和Al2O3等陶瓷是可由此增大电容器电容的电介质的其他实例。
其他实例包括具有钙钛矿结构的氧化物陶瓷，例如，Pb体系的含铅的复合钙钛矿氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba体系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及铋的层状结构体，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，还可以使用任何具有等于或大于10的介电常数的氧化物、氮化物和碳化物的颗粒。
因此，如上所述，根据所述实施方式，也可以使用含铅的电介质，不过与BL电容器相反的是，在制造过程中没有Pb蒸气生成。
在参考图8进行说明的实例中，BaTiO3颗粒以斑状方式存在于氧化铝层中，不过本发明人根据透射电子显微镜下的观察证实了还可能存在连续形成BaTiO3层的情况。
实施例1 本实施例涉及用于制造电容器的方法(以及所述电容器)，其中，其表面完全被覆有氧化铝的铝颗粒与气体一同喷射并被固着至铝箔。
图9是描述本实施例的制造方法的过程的流程图。图10是用于本实施例的成膜设备的结构图。图11是本实施例的电容器的截面图。
(1)制造方法和构造 本实施例的电容器的构造将在下面于制造过程之后进行说明。
(i)步骤S2 在该步骤中，制备原料粉末40(参见图9和图10)。
首先，制备平均粒度为3μm、标准偏差为±1μm的铝微粒的聚集体(也就是Al粉)。此处，其平均粒度和标准偏差是使用Shimazu Corp.制造的离心式粒度分析仪SA-CP3通过离心分离沉淀法测定的值(用于下述各实施例中的颗粒的平均粒度和标准偏差也同样测定)。
然后将Al粉在空气中于550℃加热3小时。该氧化处理的结果使得铝粉的整个表面被覆有厚度约为100nm的氧化铝，形成原料粉末(以下称为被覆有Al2O3的Al粉)。在该情况中，氧化铝可具有完全的无定形结构、混合的无定形-晶体结构或完全的晶体结构。
(ii)步骤S4至步骤S12 随后将铝箔作为成膜用基板42安装在成膜设备44上。成膜室46具有可在X方向和Y方向移动的台架48，将厚度为50μm的铝箔安装在该台架上(步骤S4)。
随后通过机械增压泵50和真空泵52将成膜室46的内部抽真空，并使压力降至10Pa以下(步骤S6)。在该情况中，关闭设置在连接气瓶54和浮动颗粒形成容器56的气体管道中的第一阀门58。同样关闭设置在连接浮动颗粒形成容器56和成膜室46的气体管道中的第二阀门60。
随后将步骤S2中制得的原料粉末引入浮动颗粒形成容器56中。然后用振荡器49对整个浮动颗粒形成容器56施加超声波，在该状态下原料粉末40被加热至约80℃，并在真空中脱气30分钟。此时，打开第二阀门60，将浮动颗粒形成容器56抽真空。完成真空脱气后关闭第二阀门60。上述预处理除去了吸附在原料粉末40的表面上的水分(步骤S8)。
然后打开第一阀门58，将由高纯氦气构成的压缩气体(气体压力，2kg/cm2，气体流速，8升/分钟)引入浮动颗粒形成容器56，构成原料粉末40的被覆有Al2O3的Al微粒在氦气中上升并开始浮动(将如此浮动在气体中的微粒称为浮动颗粒)。在该过程中，仍然通过振荡器49对整个浮动颗粒形成容器56施加超声波以加强浮动颗粒的形成。气体流速用设置在气瓶54和浮动颗粒形成容器56之间的质量流量计(图中未示出)测定(步骤S10)。
然后打开第二阀门60，已经转化为浮动颗粒的原料粉末经由喷嘴62被传送至成膜室46中，转化为浮动颗粒的被覆有Al2O3的Al微粒由喷嘴62朝向基板42喷射(步骤S12)。喷射时间(成膜时间)为38分钟。在成膜的过程中，基板维持在室温。通过上述过程形成了厚度为250μm的沉积膜。
上述图1描述了通过上述过程形成的沉积膜的截面图像的具体特征，该图像是在透射电子显微镜下观察到的。图1证明所述沉积膜是通过下述工序形成的结构体，其中其表面完全被覆有氧化铝10(电介质)的Al颗粒8(导体颗粒)与基板碰撞，并以所述颗粒的表面仍然完全被覆有氧化铝10的状态被固着至基板。
沉积膜(结构体)与基板之间的粘着强度为3kg/mm2。
(iii)步骤S14 然后将其上已经形成有上述结构体(沉积膜)的基板从成膜室46中移出，并在所述结构体的上表面上形成电容器的上部电极。上表面上形成了金属电极之后的结构与上文中参考图4的实施方式1中说明的电容器11的主要部分相同。
在下述过程之后形成上部电极14(参见图4)。
首先，用作种电极(seed electrode)的Au膜通过蒸发法沉积在结构体12的上表面上。然后，在种电极上形成在待形成上部电极的预定位置处具有开口的光致抗蚀膜。
随后通过在开口处进行电镀而形成Au镀层。然后除去光致抗蚀剂，露出的Au膜(蒸镀膜)通过碾磨或化学蚀刻除去。
上述电极14通过上述工序形成。
(iv)步骤S16 图11是在本步骤中完成的电容器64的截面图。
在本步骤中，首先，电极导线68与将用作下部电极的铝箔66和上部电极14相连接。然后，将配有电极导线68的电容器的主体收容在电绝缘外壳70(例如，陶瓷封装)中，使电极导线68的末端暴露在外部。电容器64通过上述过程完成。
(2)性质 将在下面描述本实施例的电容器的性质。
表1和表2描述了与本实施例和下述实施例2至实施例4有关的数据(介电层的构造和制得的电容器的性质)。表1和表2中也包括关于具有与前述实施例的电容器类似的构造的传统电容器的数据。
表1
表2
例如，本实施例的电容器64的构造与具有单层介电层的传统陶瓷电容器的构造类似。
表1中的第二行描述了与陶瓷电容器有关的数据，在所述陶瓷电容器中介电层是厚度为1μm的单层钛酸钡。表1中的第三行描述了与本实施例的电容器有关的数据。
如表1中的第二行和第三行所述，陶瓷电容器的电容密度为2.5μF/cm2，而本实施例的电容器的电容密度基本上大于和等于30μF/cm2。
因此，当介电层通过气相沉积法使用其中导体颗粒的各表面完全被覆有电介质的粉末作为原料粉末而形成时，可以形成比陶瓷电容器具有更高电容的电容器。
实施例2 本实施例涉及用于制造电容器的方法(以及所述电容器)，采用该方法，其各表面完全被覆有氧化铝的铝颗粒与钛酸钡颗粒一同喷射并固着至铝箔。
(1)制造方法 本实施例的用于制造电容器的方法与实施例1的电容器的制造方法的不同之处在于，原料粉末是其各表面完全被覆的铝颗粒与钛酸钡颗粒的混合粉末。钛酸钡颗粒的尺寸为100nm。钛酸钡颗粒的混合比为5体积％。
本实施例的制造方法与实施例1的制造方法的另一个不同之处在于，转化为浮动颗粒的粉末的喷射时间为1.5分钟。结果，在本实施例中形成的沉积膜的厚度为10μm。沉积膜与基板之间的粘着强度为3kg/mm2。
本实施例的制造方法与实施例1的制造方法的又一个不同之处在于，在电极形成工序(步骤S14)中，将通过气相沉积法形成的沉积膜与基板剥离，而且在沉积膜的上表面和下表面被研磨掉500nm之后形成电极。此处，上表面电极和下表面电极均以与实施例1的上表面电极相同的方式形成。
图20是描述沉积膜(结构体)的截面的示意图，所述沉积膜通过从基板上剥离由气相沉积法形成的沉积膜并研磨该沉积膜的上表面和下表面而得到。
如图20所示，当研磨沉积膜(结构体12)的上表面126和下表面128时，除去了被覆所述沉积膜的最外表面的氧化物膜。因此，电容器的电容增大。
沉积膜(结构体)的研磨可以通过机械研磨、电解研磨、CMP(化学机械研磨)或离子减薄等进行。除了上述方面的不同之外，本实施例的电容器的制造方法与实施例1的电容器的制造方法基本相同。
(2)构造 图12是本实施例的电容器的截面图。
本实施例的电容器72与实施例1的电容器的区别在于，在形成结构体13的导体颗粒之间存在钛酸钡颗粒。
此外，与实施例1的电容器的不同还在于，结构体13的上表面和下表面被研磨以除去氧化物膜。
本实施例的电容器72与实施例1的电容器11的不同之处还在于，将用作基板的铝剥离，下部电极16通过镀金形成。
在其他方面，本实施例的电容器与实施例1的电容器基本相同。
(3)性质 表1的第四行描述了与本实施例的电容器有关的数据。
如表1所示，本实施例的电容器的电容密度为100μF/cm2，甚至大于实施例1的电容器的电容密度。
具体仍不清楚通过混合钛酸钡颗粒与原料粉末而使得电容密度增大的原因，不过该结果显然源自钛酸钡的高的特定介电常数，该值等于3000。
本实施例的电容器的耐受电压为10V，该值使得所述电容器适于实际应用。
实施例3 本实施例涉及电解电容器规格的电容器，其中介电层根据实施例2形成在铝箔上，铝箔被卷绕，正如制造铝电解电容器时一样。
(1)制造方法 本实施例的电容器根据实施例2的制造方法制造，因此，本实施例的电容器的制造方法与实施例2的电容器的制造方法基本相同。
不过，用作基板的铝箔具有足以使基板被卷绕的长度。介电层(沉积层)不与铝箔剥离，铝箔用作电容器的一个电极。
此外，在本实施例中，在铝箔的两个表面上均形成介电层。在本实施例中，介电层的沉积时间对于各表面均为3分钟，各介电层的厚度为20μm(是实施例2的厚度的两倍)。铝箔的厚度为50μm，与实施例2中的厚度相同。介电层和基板的粘着强度为3kg/mm2。
如下面的“(2)构造”部分中所述，电极形成工序(步骤S14)和外壳收容工序(S16)与实施例2的制造方法中的不同。
此外，为了增大电容器的耐受电压，通过使沉积膜的一部分经历转化处理，可以使氧化膜形成为层状结构。例如，形成厚度为50μm的介电层时，通过气相沉积形成厚度为5μm的沉积膜的工序和通过在己二酸铵的水溶液中施加15V的直流电压以氧化沉积膜表面的工序(转化处理)可以重复进行。通过在沉积膜中由此形成具有层状结构的氧化膜，可以增大电容器的耐受电压。除了上述方面的不同之外，本实施例的电容器的制造方法与实施例2的电容器的制造方法基本相同。
(2)构造 图13是描述本实施例的电容器74的外观的立体图。图14是通过外部壳体(金属外壳76)观察本实施例的电容器74的内部得到的视图。图13和图14显示出本实施例的电容器74与卷绕型电解电容器类似。
在本实施例的电容器中，使用在其两个表面上均具有通过气相沉积形成的介电层(结构体)的铝箔来代替电解电容器的阳极箔。在本实施例中，通过在介电层(结构体)上进一步形成电极而得到的结构是电容器的主要部分(介电层和电极)。
本实施例的构造将在下面的电极形成工序(S14)和外壳收容工序(S16)之后进行说明。
图15描述了本实施例的电容器的主要部分(介电层和电极)的横向截面图。
首先，将糊状导电聚合物78涂布在根据上述“(1)制造方法”形成于铝箔66的两个表面上的结构体13(介电层)的表面上。随后将糊状炭80涂布在所述聚合物上，随后再次涂布银膏82。
该步骤(电极形成工序(S14))形成了由导电聚合物78、炭80和银膏82构成的第二电极86。
随后将电极导线68与由铝箔制成的第一电极84和第二电极86连接(参见图14)。然后卷绕铝箔86，其端部由固定胶带88固定由此维持卷绕状态。
随后将电极导线68固定至密封体(绝缘树脂)90。
最后，将卷绕的铝箔92收容在金属外壳76的内部，本实施例的电容器的制造得以完成(外壳收容工序(S16))。
(3)性质 表2的第三行描述了与本实施例的电容器有关的数据。
如表2所示，本实施例的电容器的电容密度为800μF/cm2，充分大于在第二行中描述的铝电解电容器的电容密度(200μF/cm2)。耐受电压为10V，与铝电解电容器的相同。
因此，本实施例的电容器具有的电容密度超过了铝电解电容器的电容密度。此外，与铝电解电容器相比，本实施例的电容器的制造方法未产生有毒废水。因此，本实施例的电容器是环境负荷较小的高电容密度电容器。此外，本实施例的电容器不具有极性。结果，将本实施例的电容器附着至印制电路板时无须注意电极的极性。
实施例4 本实施例涉及形成于印制电路板上的电容器。
(1)制造方法和构造 图16是本实施例的电容器的截面图。
首先，通过气相沉积法在作为基板的印制电路板94(FR4)上形成用作电容器的介电层的结构体13(沉积膜)。
除了基板是印制电路板而非铝箔之外，用于形成结构体13的过程与实施例2的制造方法相同。
然后根据实施例2研磨结构体13的上表面，除去氧化膜，随后通过电镀形成金制上部电极14。
通过上述步骤，在印制电路板上形成电容器96(参见图16)。在该情况下，电容器96的下部电极由印制电路板94的铜箔98形成。
本实施例的电容器具有嵌入式电容器的基本结构。
多层构造也可以形成为嵌入式电容器。
其中嵌有电容器的印制电路板例如可以通过重复下列步骤形成在本实施例的电容器上层积环氧树脂膜(以下称为“薄膜”)、热固化所述薄膜、在经热固化的薄膜上形成导线、并布置电子元件。
(2)性质 表2的第五行描述了关于本实施例的电容器的数据。
如表2所示，本实施例的电容器的电容密度为100μF/cm2。
传统的嵌入式电容器例如是将通过溶胶-凝胶法形成的钛酸钡层用作介电层的电容器。表2的第四行描述了这种嵌入式电容器的数据。
如表2的第四行所示，传统的嵌入式电容器的电容密度至多为1μF/cm2。本实施例的电容器的电容密度(100μF/cm2)充分高于该值。本实施例的电容器的耐受电压为10V，与传统的嵌入式电容器的耐受电压相同。
因此，根据本实施例，可以极大地提高嵌入式电容器的容量。
还可以使用嵌埋法，通过该方法，在形成多层结构的过程中在树脂基板中形成薄膜，而且所述实施方式的电容器可以被制成为单独的元件然后嵌入树脂基板中。
实施例5 该实施例涉及带有前述实施例中任一实施例所述的电容器的电子装置。
由于上述实施例的电容器中的用作介电层的结构体比400μm更薄，因而所述电容器适于小型化。因此，上述实施例的电容器作为小型化的电子装置所带有的电容器是有利的。
例如，这些电容器可在诸如个人电脑、服务器、游戏机和信息家电、小型无线装置(例如，便携式电话)、IC(集成电路)卡等各种电子装置中用于去耦电容器、耦合电容器、滤波器用电容器和平滑电容器。
形成将携载于小型电子装置上的电容器的结构体具有的厚度优选小于400μm，更优选等于或小于200μm，最优选等于或小于100μm。
同时，通常将平均粒度等于或大于50nm的聚集微粒的粉末用作气相沉积用原料粉末。因此，用作介电层的结构体的厚度优选等于或大于1μm，更优选等于或大于5μm，最优选等于或大于10μm。
在本实施例中，将带有实施例4的电容器的电子装置作为本实施例的小型电子装置的一个实例进行说明。
图17是本实施例的电子装置的结构图。图18是本实施例的电子装置的示意性截面图。
如图17和图18所示，本实施例的电子装置至少具有IC100、用于驱动IC100的DC电源102、和用于抑制电子装置98产生的噪声的去耦电容器104。DC电源102与IC100的电源终端106连接。在该情况下，去耦电容器104是实施例4的电容器，其上部电极14与IC100的电源终端106连接。同时，去耦电容器104的下部电极16与地面连接。
将环氧树脂膜108层积在去耦电容器104上并对其进行热固化。在树脂膜上形成铜导线110。铜导线110使DC电源102和去耦电容器104的上部电极14与IC100的电源终端106连接。去耦电容器104的上部电极14和IC100的电源终端106经由位于导通孔112中的铜导线连接，导通孔112形成在环氧树脂膜08中。
因此，在本实施例的电子装置中，将实施例4的电容器104作为去耦电容器嵌入由印制电路板(FR 4)94和环氧树脂膜108所形成的内建式布线板中。
如上所述，实施例4的电容器的电容充分大于传统的嵌入式电容器的电容。因此，本实施例的去耦电容器104的电容充分大于传统的嵌入式去耦电容器的电容。
结果，即使当供应至IC100的电源终端106的电流明显波动时，电流波动也被去耦电容器104吸收，本实施例的电子装置实际上不产生噪声。
变更例1 本变更例涉及其中的介电层由实施例1或2的结构体形成的电容器，该电容器的构造与多层陶瓷电容器的构造类似。
实施例1和2的电容器与其中的介电层具有单层构造的陶瓷电容器类似。
然而，并不要求实施例1和2的沉积膜仅仅用于单层陶瓷电容器的介电层，其还可以用于多层陶瓷电容器的介电层。
图19是描述本变更例的电容器114的构造的透视图，其具有与多层陶瓷电容器类似的构造，并具有根据实施例1或2形成的介电层。切掉图19中所示的电容器114的一部分以描述本变更例的电容器114的内部结构。
如图19所示，在本变更例的电容器114中，实施例1或2的结构体116和内部电极118、120交替层积。在该情况下，将内部电极118、120分成布置在从底部数起的奇数层中的第一内部电极118，和布置在从底部数起的偶数层中的第二内部电极120。第一内部电极118和第二内部电极120被布置为梳齿状，并与第一外部电极122和第二外部电极124连接。
因此，在第一和第二外部电极122和124之间平行连接大量的电容器，增大了电容器114的电容。
结构体116和内部电极118及120的层积结构例如通过重复下列步骤而形成通过气相沉积在铝箔上沉积结构体116，蒸发并剥离金属膜。在该情况下，结构体116根据实施例1或2通过气相沉积形成，并在形成了结构体116和内部电极118及120之后剥离铝箔。
金属层还可以通过使用蒸发、溅镀、厚膜银粉漆和炭而形成。
剥离工序还可以在由介电层和金属内电极层构成的多层结构形成之后进行。
此外，在基板或箔片上完成多层结构之后，在一些应用情况中基板或箔片不能被剥离。
变更例2 在上述实施例中，铝颗粒用作导电颗粒。然而，其他金属、导电陶瓷(导电氧化物如氧化钌和氧化铟)以及导电树脂也可以用作所述导体颗粒。其他金属的实例包括作为贵金属常用的金属，如金、银、铜和铂，以及阀金属，如钛、钽、锆、镁、硅和铁。优选使用的是易于塑性变形的金属材料，并且原料的金属颗粒本身处于在成膜和加工过程中可以充分塑性变形的状态(尽管铝是容易塑性变形的材料，但是通过进行碾压等将铝加工成粉末而得到的粉末在成膜的过程中不能塑性变形，且不能形成成型体。例如，理想的是，金属颗粒是具有较高变形能力和较小应变的粉化颗粒)。
除了氧化铝之外，诸如氧化钽、氧化钛、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钽和氧化镁等各种电介质也可以用作被覆导体颗粒的电介质。对于用作原料粉末而不是与被覆有电介质的导体颗粒混合的电介质颗粒也是如此。
在诸如钛、钽、锆、镁、硅和铁等阀金属的情况中，通过进行热氧化可以容易地形成氧化物膜。
其他实例包括具有钙钛矿结构的氧化物陶瓷，例如，Pb体系的含铅的复合钙钛矿氧化物，如PbTiO3、PbZrO3、以通式Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)表示的PZT、以通式(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x，y≤1)表示的PLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3；Ba体系的BaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、Ba(Zr1-xTix)O3、(Ba1-xSrx)TiO3和BaTi1-xZrxO3；以及铋的层状结构体，ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3和CaCu3Ti4O12。
另外，还可以使用任何具有等于或大于10的介电常数的氧化物、氮化物和碳化物的颗粒。
变更例3 在以上实施例中，将通过气相沉积使用被覆有电介质的导体颗粒作为原料粉末而形成的结构体用作电容器的介电层。
不过，上述结构体的应用范围并不限于电容器。例如，所述结构体还可应用于由导体和电介质的复合材料形成的各种装置，如纳米复合磁体、磁制冷元件、耐磨表面涂层、压敏传感器、超声波传感器、IR(红外线)传感器、温度传感器、变阻器、各种压电元件、光调制器和热电元件。
采用所述实施方式的电容器和电容器的制造方法，可以以简单的方式和低成本制造高容量、小尺寸的电容器。
此处叙述的所有实例和条件性语言均意图用于教育目的，以帮助读者理解由本发明人所贡献的以推动该技术的本发明和概念，并且应当被解释为不限于这些具体叙述的实例和条件，说明书中这些实例的组织也不涉及显示本发明的优势和劣势。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，不过应当理解的是可以对其进行各种改变、替代和变化，而不会背离本发明的要旨和范围。
权利要求
1.一种用于制造电容器的方法，所述方法包括
通过与气体一同喷射导体颗粒使所述导体颗粒加速，所述导体颗粒的各表面均完全被覆有电介质；
通过使所述导体颗粒与基板碰撞将所述导体颗粒固着至所述基板，所述导体颗粒的所述表面仍然完全被覆有所述电介质；和
将由固着至所述基板的所述导体颗粒构成的沉积膜夹持在电极之间。
2.如权利要求1所述的用于制造电容器的方法，其中，喷射所述导体颗粒包括与所述导体颗粒一同喷射电介质颗粒，使所述导体颗粒碰撞包括使所述电介质颗粒与所述导体颗粒一同与所述基板碰撞。
3.一种结构体，所述结构体通过使各表面均完全被覆有电介质的导体颗粒与基板碰撞从而使所述导体颗粒固定至所述基板而形成，所述导体颗粒的各表面仍然完全被覆有所述电介质。
4.如权利要求3所述的结构体，其中，在所述导体颗粒之间提供电介质颗粒。
5.如权利要求4所述的结构体，其中，所述电介质颗粒的平均粒度小于所述导体颗粒的平均粒度。
6.一种电容器，在所述电容器中，权利要求3所述的结构体被夹持在电极之间。
7.如权利要求6所述的电容器，其中，所述结构体的厚度小于400μm。
8.一种电子装置，所述电子装置带有权利要求6所述的电容器。
9.一种用于制造电容器的方法，所述方法包括
对各表面均完全被覆有电介质的导体颗粒施加压缩应力从而使所述导体颗粒彼此固着，所述导体颗粒的所述表面仍然完全被覆有所述电介质；和
将由所述彼此固着的导体颗粒形成的结构体夹持在电极之间。
10.一种结构体，所述结构体通过对各表面均完全被覆有电介质的导体颗粒施加压缩应力从而使所述导体颗粒彼此固着而形成，所述导体颗粒的所述表面仍然完全被覆有所述电介质，
11.一种电容器，在所述电容器中，权利要求10所述的结构体被夹持在电极之间。
全文摘要
本发明提供一种电容器和用于制造电容器的方法，所述方法包括通过与气体一同喷射导体颗粒使所述导体颗粒加速，所述导体颗粒的各表面均完全被覆有电介质；通过使所述导体颗粒与基板碰撞而将所述导体颗粒固着至所述基板，所述导体颗粒的表面仍然完全被覆有所述电介质；和将由固着至所述基板的所述导体颗粒构成的沉积膜夹持在电极之间。
文档编号H01G4/002GK101609744SQ20091013506
公开日2009年12月23日 申请日期2009年4月22日 优先权日2008年6月20日
发明者今中佳彦 申请人:富士通株式会社