电介质膜、膜电容器以及电子设备的制造方法_2

文档序号:9693355阅读:来源:国知局
能够在较高地维持击穿电场强度的状 态下实现高介电常数化。
[0039]作为这种陶瓷粒子3,如图3所示,优选以构成陶瓷粒子3的2种晶相形成核壳结构 的方式进行配置。此处,所谓核壳结构,是指由核部以及设置在该核部周围的壳部形成,核 部由2种晶相中的一种晶相形成,壳部由2种晶相中的另一种晶相形成的构成。
[0040] 如果是以构成陶瓷粒子3的2种晶相形成核壳结构的形式进行配置的陶瓷粒子,则 在陶瓷粒子3的中心区域(核部:3a)和有机树脂5之间隔着陶瓷粒子3的表面区域(壳部: 3b),因此,陶瓷粒子3的表面区域(壳部:3b)在陶瓷粒子3的中心区域(核部:3a)和有机树脂 5之间成为显示出中间的介电常数的区域。因此,可以形成从陶瓷粒子3的中心区域(核部: 3a)到有机树脂5,介电常数阶段性变化的陶瓷粒子3。因此,可以减小陶瓷粒子3和有机树脂 5的界面处的急剧的电场强度的变化。结果可以得到高介电常数、击穿电场强度高、并且绝 缘可靠性高的电介质膜1。
[0041] 此外,在以构成陶瓷粒子3的2种晶相形成核壳结构的方式进行配置时,如图3所 示,优选轴比c/a小的晶相配置在轴比c/a大的晶相的外侧。即,优选构成壳部的晶相的轴比 c/a比构成核部的晶相小。
[0042] 作为这种具有核壳结构的陶瓷粒子3,优选使用具有钙钛矿结构的陶瓷材料。其原 因在于,如果陶瓷粒子3具有钙钛矿结构,则例如能够通过组成的变化、成分固溶度的差异 而改变轴比c/a,另外,高介电常数化也变得容易。
[0043] 作为具有钙钛矿结构的陶瓷材料,可以列举钛酸钡系陶瓷作为适当材料。
[0044] 此处,所谓钛酸钡系陶瓷,不只是化学式BaTi03表示的化学计量比的组成式所表 示的复合氧化物,只要是可以维持钙钛矿结构的程度,则也可以是改变了Ba:Ti的组成比和 氧含量的材料,还可以是Ca置换到Ba的位点,使Ca固溶于陶瓷粒子3的几乎整体的材料。 [0045]另外,还可以使用使Ba、Ca和Ti以外的成分固溶而成的材料。这时,作为Ba、Ca和Ti 以外的成分,优选Mg、Sr、Zr和Sn。对于这些元素,在与陶瓷粒子3中的核部3a进行比较时,在 表面附近(距离陶瓷粒子3表面的深度为直径的1/3以下的区域)以高浓度含有的元素以一 种为宜。另外,在提高介电常数(ε)和绝缘击穿电压(E)的乘积(εΧΕ)这一点上,优选核部3a 为BaTi0 3、且壳部3b含有Mg的构成。换句话说,优选为陶瓷粒子3含有镁、并且与核部相比而 在壳部中以高浓度含有该镁。此处,对于陶瓷粒子3具有核壳结构的状态而言,在将特定成 分(例如,Mg、Sr、Zr和Sn中的任一种)的表层附近的浓度设为1时,将这些成分的浓度为1/10 以下的区域判定为核部。这时,在含有壳部3b的陶瓷粒子3中,以不含有稀土类元素和锰为 宜。在陶瓷粒子3中含有Mg、Sr、Zr和Sn以外的元素(例如,稀土类元素、锰)时,由于在陶瓷粒 子3中形成多个浓度梯度,因此难以区分核部和壳部。结果难以形成图3所示的具有介电常 数的变化的电介质膜1。
[0046]在本实施方式的电介质膜1中,所含有的陶瓷粒子3的体积比率为2~30体积%,优 选为3~20体积%,更优选为10~15体积%。
[0047]从可以形成轴比c/a不同的晶相3a、3b,实现高介电常数化的理由出发,陶瓷粒子3 的平均粒径优选为50~500nm、50~300nm,特别优选为50~90nm。
[0048] 构成电介质膜1的陶瓷粒子3的体积比率,在剖面观察电介质膜1时,由划分为矩形 的照片内所存在的陶瓷粒子3和有机树脂5各自的比例求出。
[0049] 电介质膜1的比介电常数(ε),由在从膜电容器切下的电介质膜1的两面上以规定 面积形成电极层的试样求出。
[0050] 在进行特性评价时,使用LCR测量器测定静电容量,由测定的静电容量、电极层的 有效面积(在电介质膜的两面上重叠有电极层的面积)和电介质膜的厚度算出比介电常数。
[0051] 电介质膜1的击穿电场强度(Ε)使用测定静电容量的试样,在电介质膜1的电极间 以商用频率60Hz、每秒100V的升压速度施加电压,并由漏电流值超过1.0mA的瞬间的电压值 求出。
[0052] 构成本实施方式的膜电容器的电介质膜1的厚度,从高容量化的观点考虑,优选为 10M1以下,特别优选为5μπι以下,另一方面,从确保电介质膜1的击穿电场强度(E)、可以稳定 化的理由出发,优选为Ιμπι以上。
[0053] 图5(a)是模式地表示在电介质膜的两面上具有电极层的结构的剖面图,图5(b)是 模式地表不本发明的膜电容器的一种实施方式的外观剖视图。
[0054] 具备上述电介质膜1的本实施方式的膜电容器由本体部23构成,所述本体部23以 在电介质膜1的两面具备电极层21的构成为基本结构。由此,可以得到能够提高比介电常数 且不会降低击穿电场强度的膜电容器。
[0055] 需要说明的是,关于本体部23,除了将矩形的电介质膜1和电极层21交替层叠的层 叠型的膜电容器以外,还可以应用于将长条状的电介质膜1和电极层21卷绕而成的结构的 卷绕型的膜电容器。这些膜电容器还可以在外部电极24上具有作为端子的引线25,但是从 膜电容器小型化的观点考虑,优选不具有引线25的结构。另外,从绝缘性和耐环境的观点考 虑,本体部23、外部电极24和引线25的一部分可以被外装部件26覆盖。
[0056] 而且,这种构成的膜电容器,通过与电路中具备的导体连接,可以形成发挥优异的 整流作用的电路,可以得到安装密度高、小型的电子设备。图6中示出了将以去耦为目的的 电路(膜电容器为图6中箭头所表示的位置)作为基本电路、而使用本发明的膜电容器的电 子设备的例子,但本实施方式的膜电容器并不限于此,除了去耦以外,还可以同样地用于噪 声除去、耦合、电压的平滑化和直流/交流转换等电路。
[0057] 接着,本实施方式的电介质膜例如可以通过以下所示的制造方法得到。首先,准备 用作电介质膜1母材的有机树脂。
[0058]作为有机树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚萘 二甲酸乙二醇酯(PEN)、环烯烃聚合物(C0P)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚苯醚(PPE)和聚 醚酰亚胺(PEI)等是适合的。
[0059]关于这些有机树脂在室温(约25°C)下的比介电常数(ε),例如,聚对苯二甲酸乙二 醇酯(PET)为3.3,聚丙烯(ΡΡ)为2.3,聚苯硫醚(PPS)为3.0,环烯烃聚合物(C0P)为2.2~ 3.0,聚醚砜(PES)为3.4~3.7,聚芳酯(PAR)为3.1~3.4,聚苯醚(PPE)为2.5~2.7,聚醚酰 亚胺(PEI)为3.1~3.3。
[0060] 另外,关于这些有机树脂在室温(约25°C)下的施加交流电压(频率为60Hz)时的击 穿电场强度(E),例如,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为310(ν/μπι),聚丙烯(PP)为380(ν/μ m),聚苯硫醚(PPS)为210(ν/μπι),环烯烃聚合物(COP)为370~510(ν/μπι),聚醚砜(PES)为 280(ν/μπι),聚芳酯(PAR)为300(ν/μπι),聚苯醚(PPE)为420(ν/μπι),聚醚酰亚胺(PEI)为210 (ν/μπι) 〇
[0061] 作为陶瓷粒子3,具有钙钛矿结构的陶瓷粒子3是适合的,例如,使用钛酸钡系陶瓷 为宜。这时,在提高陶瓷粒子3和有机树脂5的相容性方面,可以对陶瓷粒子3进行硅烷偶联 处理、钛酸酯偶联处理等表面处理。
[0062] 具有轴比c/a不同的2种以上的晶相的钛酸钡系陶瓷,例如,可以通过以下方式得 到:使MgO等可以相对于钛酸钡固溶的、Ba、Ca和Ti以外的多种元素,部分地附着在钛酸钡粉 末的表面,并对其进行加热使其在钛酸钡粉末的表面附近部分固溶。
[0063] 对于具有轴比c/a不同的2种晶相的钛酸钡系陶瓷,只要使固溶的元素为1种即可。
[0064] 为了得到以2种晶相形成核壳结构
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