包括第一介电层和第二介电层的多层膜的制作方法

包括第一介电层和第二介电层的多层膜的制作方法
【专利说明】包括第一介电层和第二介电层的多层膜
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2012年11月21日提交的美国临时专利申请61/728，986的优先权，其公开内容全文以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0003]在微电子产品中，通常约80 %的电子部件属于无源器件类别，其不能够在电路性能方面增加增益或执行开关功能。表面安装的分立组件可占据印刷电路/布线板的表面积的超过40% ;占据这一数额的空间可能发出了一个挑战。与分立式无源器件相关的其他挑战包括成本、处理、装配时间和收率。
[0004]嵌入式无源器件提供了分立式无源器件的一种替代形式。通过从印刷电路/布线板的表面上除去分立式无源元件并将它们嵌入到基底板的内层，嵌入式无源器件可以提供许多优点，例如减小的尺寸和重量，提高的可靠性，更好的性能和降低的成本。这些优点，例如，已在过去十年期间驱动了朝着嵌入式无源技术发展的显著量的努力。参见，例如，美国专利申请6，974，547 (Kohara等人)和8，183，108 (Borland等人)和美国专利申请公开2007/0006435 (Banerji 等人)和 2010/0073845 (Suh 等人)。
[0005]在其他技术中，无机或杂化无机/有机层已在用于电学、包装和装饰应用的薄膜中使用。这些层可提供所需的特性，如机械强度、耐热性、耐化学品性、耐磨性、湿气阻隔性和氧气阻隔性。多层结构可通过各种制备方法来制备。这些方法包括液体涂布技术，例如溶液涂布、辊涂、浸涂、喷涂和旋涂；以及干法涂布技术例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射和用于固体材料的热蒸镀的真空处理。用于多层涂层的一种方法是制备多层氧化物涂层，例如散布于薄聚合物膜保护层上的氧化铝或氧化娃。多层构造的例子可见于美国专利7，449，146(Rakow等人)和美国专利申请公布2009/0109537 (Bright 等人)中。

【发明内容】

[0006]下一代嵌入式电容器要求较高的电容密度与可接受的介电损耗和渗漏电流值用于在微电子领域中应用。电容密度可以通过使用更薄的介电材料而提高。然而，当使用薄介电膜时，因为基底表面粗糙度，外来颗粒污染，以及介电薄膜中的针孔和裂纹可导致功能性电容器的低收率。
[0007]本发明提供了包括第一介电层和第二介电层的多层膜，其所述介电层可以在例如用于嵌入式电容器和能量储存应用的薄膜电容器中是可用的。导电基底上的第一介电层充当平坦化介电层，其可以减轻表面粗糙度和外来颗粒污染的问题。第二介电层设置在(例如，直接设置在)第一介电层上。在许多实施例中，第二介电层可以覆盖形成在第一介电层中的任何裂纹或针孔。第一介电层和第二介电层的组合通常在柔性基底上提供了高收率的功能电容器，其具有高电容密度值，低介电损耗和优异的绝缘特性。有利的是，本文公开的多层膜并不需要复杂的沉积设备，洁净室环境，或者通常的任何种类的对基底进行的表面清洁处理。
[0008]在一个方面，本发明提供了具有第一介电层和直接形成于第一介电层上的第二介电层的多层介电膜，第一介电层包括具有第一击穿场强的第一材料，第二介电层包括具有小于第一击穿场强的第二击穿场强的第二材料。第一介电层在局部位置处具有小于第二击穿场强的第三击穿场强，并且多层介电膜在局部位置处具有高于第三击穿场强的第四击穿场强。局部位置可以是例如第一介电层中的裂纹或针孔。
[0009]在另一方面中，本发明提供了一种多层膜，其包括第一导电层，直接形成于第一导电层上的第一介电层，直接形成于第一介电层上的第二介电层，以及直接形成于第二介电层上的第二导电层。
[0010]在一个实施例中，多层膜包括第一导电层，通过已蒸发液体的冷凝直接形成于第一导电层上的第一介电层，直接形成于第一介电层上的不同的第二介电层，第二介电层不是通过已蒸发液体的冷凝形成的，以及直接形成于第二介电层上的第二导电层。第一导电层和第二导电层具有小于约百分之十的平均可见光透射率。
[0011]在另一个实施例中，多层膜包括具有至少十纳米平均粗糙度表面的第一导电层；直接形成于第一导电层表面上并具有第一介电常数的第一介电层；直接形成于第一介电层上并具有大于第一介电常数的第二介电常数的不同的第二介电层；以及直接形成于第二介电层上的第二导电层。
[0012]在另一个实施例中，多层膜包括具有平均表面粗糙度为至少十纳米的表面的第一金属层，直接形成于第一金属层的表面上并具有小于20的第一介电常数的第一介电层，直接形成于第一介电层上并具有大于20的第二介电常数的第二介电层，以及在第二介电层上经过直接电镀的第二金属料层。
[0013]在另一个实施例中，多层膜包括大于十微米的厚度的第一导电层，直接形成于第一导电层的表面上并具有小于一微米的厚度的第一聚合物层，直接形成于聚合物层上并具有小于一微米的厚度的陶瓷层，以及直接形成于陶瓷层上并具有大于十微米的厚度的第二导电层。
[0014]在另一个实施例中，多层膜包括具有表面的第一导电层，设置在第一导电层表面上的第一介电层，设置在第一介电层上的第二介电层，以及设置在第二介电层上的第二导电层。第一介电层包含聚合物，并且第二介电层包含陶瓷。第一导电层具有至少10纳米的平均表面粗糙度或至少10微米的厚度中的至少一者。
[0015]本发明还提供了多层膜在任何上述实施例中作为电容器的用途。
[0016]在本专利申请中，例如“一个”、“一种”和“所述”之类的术语并非仅指单一实体，而是包括一般类别，其具体实例可用于举例说明。术语“一个”、“一种”和“所述”可以与术语“至少一种”互换使用。后接列表的短语中的至少一种(一个)”和“包括(包含)...中的至少一种(一个)”是指列表中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。除非另外指明，否则所有数值范围均包括它们的端值在内以及在端值之间的非整数值。
[0017]术语“第一”和“第二”在本发明中仅以其相对意义使用。应当理解，除非另外指明，那些术语仅为了在描述一个或多个实施例时的便利而使用。
[0018]术语“聚合物”包括均聚物和共聚物以及可以在可混溶的共混物中形成的均聚物或共聚物，例如通过共挤出或通过包括例如酯交换反应在内的反应形成。共聚物包括无规共聚物和嵌段共聚物二者。
[0019]术语“交联的”聚合物是指通过共价化学键，通常通过使分子或基团交联从而将聚合物链连接在一起以形成网状聚合物的聚合物。交联聚合物通常特征在于其不溶性，但在存在适当溶剂的情况下可以是溶胀性的。
[0020]本发明的上述
【发明内容】
并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或每种实施方式。以下描述更具体地例示了示例性实施例。因此，应当理解，附图和以下描述仅用于举例说明的目的，而不应被理解为是对本发明范围的不当限制。
【附图说明】
[0021]结合附图，结合以下对本发明的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本发明，其中:
[0022]图1是示出了根据本发明的一些实施例的多层膜的实施例的示意图，并且
[0023]图2是示出了用于制备根据本发明的多层膜的方法和设备的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0024]图1是根据本发明的多层膜10的实施例的示意图。膜10包括第一导电层12 ;设置在第一导电层12的表面上的第一介电层14 ;设置在第一介电层上的第二介电层16 ;以及设置在第二介电层上的第二导电层18。第一导电层12具有第一主表面22。第一介电层14分别具有第一主表面23和第二主表面24，其中第一主表面23与第一导电层12的第一主表面22接触。第二介电层16分别具有第一主表面25和第二主表面26，其中第一主表面25与第一介电层14的第二主表面24接触。第二导电层18分别具有第一主表面27和第二主表面28。在示例性的实施例中，第二导电层18的第一主表面27与第二介电层16的第二主表面26接触。
[0025]在示例性的实施例中，表面22，23，24，25，26和27看起来是平坦的，彼此发生物理接触的两个相邻表面各自100%接触。然而，这并非必需的。在一些实施例中，第一导电层12、第一介电层14、第二介电层16、或第二导电层18中的任一者可以具有防止两个相邻表面在某些区域彼此接触的表面粗糙度或表面特征。在一个实施例中，多层膜中的两个相邻主表面(例如，主表面22和23、主表面24和25、或主表面26和27)各自的基本部分是彼此物理接触的。在一些实施例中，主表面的基本部分可以为主表面面积的至少50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%、或99%。因此，在一些实施例中，多层膜中两个相邻主表面(例如，主表面22和23、主表面24和25、或主表面26和27)各自面积的至少50%,60%,70%,75%,80%,85%,90%,95%,98%，或 99%是彼此物理接触的。
[0026]第一导电层便利地充当基底，第一导电层和第二导电层建立在其之上，并且它还充当例如最终电容器中的电极。第一导电层通常包含金属并且可以包含导电单质金属、导电金属合金、导电金属氧化物、导电金属氮化物、导电金属碳化物或导电金属硼化物。可用的导电金属的例子包括单质银、铜、铝、金、钯、铂、镍、铑、钌、铝、锌、以及它们的组合。可用的导电金属合金的例子包括不锈钢。在一些实施例中，第一导电层便利地是金属箔。在一些实施例中，金属箔包括铜或镍中的至少一种。例如，金属箔可用包括铜或其合金、铜-殷钢-铜-殷钢、镍、镍-涂覆的铜。在一些实施例中，金属箔包括不锈钢。在一些实施例中，第一导电层是铜箔。铜箔可以购自多个供应商(例如，纽约州胡西克福尔斯的橡树一三井公司(Oak Mitsui, Hoosick Falls, NY)、亚利桑那州钱德勒的JX日矿日石金属公司(JXNippon Mining&Metals, Chandler, AR)、肯塔基州路易斯维尔的奥林黄铜公司(Olin BrassCorporat1n, Louisville, KY)、以及德国巴恩斯多夫的卡尔舒伦克公司(Carl SchlenkAG, Barnsdorf, Germany))。
[0027]就前述实施例中任一个的第一导电层12而言，该层可用具有至少1微米的厚度，在一些实施例中，具有至少5、10、15、或20微米的厚度。第一导电层的厚度可以为至多100微米，在一些实施例中，为75微米。例如，第一导电层的厚度可以在1微米至100微米，5微米至100微米，10微米至100微米，20微米至100微米，1微米至75微米或10微米至75微米的范围内。第一导电层的厚度可以根据例如多层膜所需的柔性而选择或设计。
[0028]有利的是，根据本发明的多层膜经常可以不清洁或处理第一导电层或基底而制备。然而，在一些实施例中，第一导电层可以被清洁，例如使用溶剂(例如，异丙醇)或者使用酸性蚀刻溶液(例如，包括盐酸)。第一导电层还可以用电感耦合等离子体进行清洁。
[0029]导电的第一层可以具有多种表面粗糙度数值。例如，按照从制造商处所接收的，金属箔可用具有5纳米至250纳米(nm)范围内的平均表面粗糙度。平均表面粗糙度是绝对值的算术平均值。表面粗糙度是通过轮廓曲线仪测量的，例如，纽约州普莱恩维尤的威科仪器公司(Veeco Instruments, Inc.，Plainview, NY)制造的 Dektak 6M 触针式曲线仪，使用两次或三次测量的平均值。在一些实施例中，第一介电层设置在其上的第一导电层表面的平均粗糙度为至少5nm、7.5nm或10nm。在一些实施例中，第一介电层设置在其上的第一导电层表面的平均粗糙度为至多250nm、200nm或1