一种片式电容器的制备方法与流程

本发明涉及电容器的制备方法，具体涉及一种片式无机介质电容器的制备方法。

背景技术：

伴随着各种电子设备的小型化发展，片式电容器的种类不断增加，体积也不断减小，在众多的片式电容器中，多层陶瓷电容器(mlcc)是用量最大、发展最快的一种，其主要使用的电介质材料为陶瓷电介质材料。但随着脉冲功率技术在国防重大军事科研(如全电动舰船和战斗用车辆、激光核聚变、大功率能量发生器等)及民用(如脉冲激光器、医用ct及可再生清洁能源应用等)方面的广泛而深入的应用，对电介质电容器储能密度提出了更高的要求，因此，电容器用电介质材料需要持续不断地更新。微晶玻璃电介质材料兼具陶瓷材料高介电常数及玻璃材料高击穿场强的优点，具有超高的储能密度，是一种极具应用潜力的新型电介质储能材料。由于现有的多层陶瓷电容器制备工艺很难兼容微晶玻璃电介质材料，且因其本身的独石结构使其很难维护保养，因此，亟需一种能兼容这种新型电介质片式电容器的制备方法。

技术实现要素：

本发明提供的片式无机介质电容器的制备方法，可与半导体芯片微纳加工工艺兼容，适用于各种陶瓷及微晶玻璃电介质材料，所制备的单片式微晶玻璃电容器在预置模块中可实现即插即用的简便化操作并易于实现快速对电容器进行维护保养，从而解决了目前具有独石结构的片式电容器或薄膜电容器制备方法无法兼容微晶玻璃电介质材料且难于维护保养的问题。

本发明的技术方案包括了预置模块和片式电容器单体的制备方法，所述预置模块是一种设有插槽能将多片片式电容器单体并联连接，且即插即用任意调整电容容量的装置，根据需要将多片片式电容器单体插入预置模块中构成本发明所述的片式电容器。所述制备片式电容器单体的方法包括如下步骤：

一．电容器主体介质材料的制备：

（1）将粒径在100-1000nm的陶瓷粉料倒入圆形模具中通过热压烧结形成“晶圆级”陶瓷胚片，压力≥120mpa，烧结温度900-1500℃，烧结时间2-6h。

（2）将于1400-1600℃温度下熔融的玻璃液倒入圆形模具中通过急冷压延形成“晶圆级”玻璃胚片，然后在900-1100℃温度下退火热处理1-8h。

（3）上述圆形模具的尺寸可以选择2英寸、4英寸、6英寸、8英寸及12英寸的直径，对获得的陶瓷胚片或玻璃胚片进行双面研磨至预定厚度后再进行双面光学级抛光，获得基体介质片。

二．表面电极的制备：

（1）在所述基体介质片上旋涂光刻胶，光刻胶材料不做限定，然后按圆形电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，曝光及显影条件不做限定。将完成曝光显影的基体介质片采用电子束蒸发或磁控溅射技术进行金属电极的沉积，沉积厚度500-5000nm，电极材料为ag、au、al、cu、ni、w、pt、ti中的一种或几种组合。

（2）将完成金属电极沉积的基体介质片使用去胶液对表面的光刻胶进行清洗，清洗掉表面残留的光刻胶及上面沉积的电极材料。

（3）所述基体介质片双面都做上述处理。

三．采用等离子体气相沉积或原子层沉积技术分别在经过上述步骤后得到的介质片上下两表面沉积钝化层，钝化层材料为sio2、si3n4、sion、al2o3、zro2、y2o3、tio2或ta2o5，钝化层沉积厚度选择100-2000nm。

四．电接触窗口的制作：

运用光刻技术在上述经过沉积钝化层后的介质片的上下两面钝化层上刻蚀出设定的电极图案。具体方式如下：

（1）将已完成表面钝化层沉积的介质片的单面旋涂光刻胶，光刻胶材料不做限定。

（2）将涂有光刻胶一面的介质片按一定的电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，曝光及显影条件不做限定。

（3）将已完成曝光显影的介质片采用干法刻蚀对暴露出来的钝化层进行刻蚀，刻蚀气体可根据钝化层的材质选择cf4、ch4、ch3f、ch2f2、chf3、hbr、o2或sf6等一种或几种组合；刻蚀气体的比例、流量、刻蚀功率、刻蚀时间不做限定，视具体钝化层材质与厚度决定。

（4）将刻蚀完成的介质片使用去胶液对表面残留的光刻胶进行清洗，完成单面电接触窗口的制作，另一面也采用相同方法完成电接触窗口的制作。

附图说明

图1是本发明所示的片式电容器结构示意图；

附图中：1.预置模块；2.片式电容器单体；3.连接线路。

具体实施方式

下面通过两个实施例的说明，便于更好的理解本发明的技术方案。

实施例1：电容器介质为陶瓷材料的片式电容器。

s1.将精细研磨后粒径在100-1000nm的陶瓷粉料倒入2英寸圆形模具中通过热压烧结形成“晶圆级”陶瓷片，压力≥120mpa，烧结温度900-1500℃，烧结时间2-6h。

s2.对已成型的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料进行双面研磨至0.1-0.3mm厚度并进行双面光学级抛光，完成电容器主体材料制备。

s3.表面电极的制备：

s3-1.片状“晶圆级”陶瓷电介质材料单面旋涂光刻胶，本例中使用ma-n400光刻胶，厚度50-100nm。

s3-2.将涂有光刻胶一面的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料按圆形电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，本例中曝光时间4-10s，显影时间30-60s。

s3-3.将已完成曝光显影的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料采用电子束蒸发或磁控溅射技术进行金属电极的沉积，本例中金属电极材料可选择为ag电极，本例中厚度为1000nm。

s3-4.将已完成电极材料沉积的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料使用去胶液对表面的光刻胶进行清洗并剥离掉一部分电极材料，完成表面电极的制备。

片状“晶圆级”陶瓷电介质材料的另一面的表面电极制备重复s3-1至s3-4的步骤，即可完成片状“晶圆级”电介质材料的双面电极制备。

s4.将已完成双面电极制备的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料采用等离子体气相沉积或原子层沉积技术在其上下两表面沉积钝化层，钝化层材料可选择sio2，si3n4，sion，al2o3，zro2，y2o3，tio2，ta2o5等具有宽带隙及较高介电常数的氧化物或氮化物材料，沉积厚度可选择100-2000nm。

s5.电接触窗口的制作：

s5-1.将已完成表面钝化层沉积的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料的单面旋涂光刻胶，本例中使用nlof2020光刻胶，厚度150-200nm。

s5-2.将涂有光刻胶一面的且已完成表面钝化层沉积的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料圆形电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，本例中曝光时间10-15s，显影时间60-80s。

s5-3.将已完成曝光显影的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料采用干法刻蚀对暴露出来的钝化层进行刻蚀，本例中刻蚀气体选择为cf4与o2，刻蚀气体的比例为2:1，刻蚀功率为100w，刻蚀时间300-330s。

s5-4.将刻蚀完成的片状“晶圆级”陶瓷电介质材料使用去胶液对表面残留的光刻胶进行清洗，完成单面电接触窗口的制作。

s5-5.片状“晶圆级”陶瓷电介质材料的另一面重复s5-1至s5-4的步骤，即可完成单片片式电容器的制作。

s6.将多片片式电容器插入预置的模块中，最终完成整个片式电容器的制作。

实施例2：电容器介质为微晶玻璃材料的片式电容器。

s1.将在1400-1600℃熔融的玻璃液倒入2英寸圆形模具中通过急冷压延形成“晶圆级”玻璃胚体，然后在900-1100℃热处理1-8h。

s2.对已成型的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料进行双面研磨至0.1-0.15mm厚度并进行双面光学级抛光，完成电容器主体材料制备。

s3.表面电极的制备：

s3-1.片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料单面旋涂光刻胶，本例中使用ma-n400光刻胶，厚度50-100nm。

s3-2.将涂有光刻胶一面的片状“晶圆级”微晶玻璃材料按圆形电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，本例中曝光时间4-10s，显影时间30-60s。

s3-3.将已完成曝光显影的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料采用电子束蒸发或磁控溅射技术进行金属电极的沉积，本例中金属电极材料可选择为au电极，本例中厚度为500nm。

s3-4.将已完成电极材料沉积的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料使用去胶液对表面的光刻胶进行清洗并剥离掉一部分电极材料，完成表面电极的制备。

片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料的另一面的表面电极制备重复s3-1至s3-4的步骤，即可完成片状“晶圆级”电介质材料的双面电极制备。

s4.将已完成双面电极制备的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料采用等离子体气相沉积或原子层沉积技术在其上下两表面沉积钝化层，钝化层材料可选择sio2，si3n4，sion，al2o3，tio2，ta2o5等具有宽带隙及较高介电常数的氧化物或氮化物材料，沉积厚度可选择100-2000nm。

s5.电接触窗口的制作：

s5-1.将已完成表面钝化层沉积的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料的单面旋涂光刻胶，本例中使用nlof2020光刻胶，厚度150-200nm。

s5-2.将涂有光刻胶一面的且已完成表面钝化层沉积的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料圆形电极图案在光刻机下进行曝光并显影去除多余的光刻胶，本例中曝光时间10-15s，显影时间60-80s。

s5-3.将已完成曝光显影的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料采用干法刻蚀对暴露出来的钝化层进行刻蚀，本例中刻蚀气体选择为cf4与o2，刻蚀气体的比例为2:1，刻蚀功率为100w、刻蚀时间300-330s。

s5-4.将刻蚀完成的片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料使用去胶液对表面残留的光刻胶进行清洗，完成单面电接触窗口的制作。

s5-5.片状“晶圆级”微晶玻璃电介质材料的另一面重复s5-1至s5-4的步骤，即可完成单片片式电容器的制作。

s6.将多片片式电容器插入预置的模块中最终完成整个片式电容器的制作。

本发明的有益效果：

本发明可与半导体芯片微纳加工工艺兼容，适用于各种陶瓷及微晶玻璃电介质材料，所制备的单片式微晶玻璃电容器在预置模块中可实现即插即用的简便化操作，易于实现对电容器的快速维护保养，解决了目前具有独石结构的片式电容器或薄膜电容器制备工艺无法兼容微晶玻璃电介质材料且难于维护保养的问题。