电容器和嵌入该电容器的多层板的制作方法

专利名称：电容器和嵌入该电容器的多层板的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型的电容器，更确切地i兌，涉及能够防止电容器 特性由于泄漏电流而恶化(deteriomt)的高电容电容器，以及嵌入 该电容器的多层才反。
背景技术：
相关纟支术的4皮露普通电容器的特点是金属-绝缘体-金属(MIM)结构。在这种 电容器中，根据以下方程，电容C与其面积A成正比并且与电介质 材料的厚度成反比。其中S。是在真空状态的介电常数，Sr为电介质材料的介电常数。
如以上的方程式所表明的，具有高介电常数和更薄厚度的介电 材料保证了电容器的高电容量。也就是说，厚度较小的铁电体层有 利于制造高电容量的电容器。另外，这引起电容器变薄，从而使产 品小型化。随着近来嵌入的无源器件技术引起关注，保证高电容量的更薄 的电容器将会优选地被应用于制造更微小的电子产品。然而，介电层的厚度更薄通常伴随着特性的丢失和恶化，例如 取决于其材料的泄漏电流。因此，超过一定水平地降^氐介电层的厚 度来升高电容量是不理想的。可选地，在多种嵌入多层线路板的电容器中，可以增加电容器 的面积或者可以嵌入附加的电容器以获得更高的电容量。然而，这 也会使夹层电路的设计复杂化。结果，在本领域已经存在对于新型电容器的需求，其不会由于 泄漏电流的损失增加造成电容器特性的降低并且即使当嵌入在多 层线路板中时，不需要额外设计复杂的夹层电路。发明内容本发明的一个方面提供了一种新型电容器，在不显著增加其厚 度的情况下，其能够保证从减少介电层的厚度获得相似效果的更高 电容量。本发明的 一个方面还提供了嵌入能够保证高电容量的电容器 的多层板，同时将出现厚度增加了的电容器最小化。才艮据本发明的一个方面，提供了一种电容器包括分别连接到 第一和第二才及的第一和第二电4及；在第一和第二电才及之间形成的介
电层；至少一个与第一和第二电才及具有重叠部分以在每一个重叠部分中形成电容的浮动电极，该浮动电极设置在介电层的内部。 浮动电极可以与第 一和第二电极平行设置。浮动电才及可以为共面i殳置并且互相间隔开的多个浮动电才及层。 浮动电极可以以基本相同的间距与第 一和第二电极分别间隔开。根据本发明的另外一个方面，提供了嵌入多层线路板的电容 器，包括具有多个沉积其上的绝缘层的绝缘体；在绝缘层上形成 的多个导电图案和导电通孔，分別构成绝缘体的夹层电路；嵌入在 绝缘体中的薄膜式电容器，其中该薄膜式电容器包含依次形成的第 一电极层、第一介电层、至少一个浮动电极层、第二介电层和第二 电极层，并且其中的第一和第二电极层连接到夹层电^各，浮动电极 层没有直^妻连^妻到夹层电^各并且与第一和第二电4及层有重叠部分 /人而在每一个重叠部分形成电容。绝缘层可以是烧制的陶瓷层，多层线路板可以是多层陶瓷板。绝缘层可以含有聚合物，多层线路板可以是印刷电路板。


上述和本发明的其他方面、特性和其它优势通过以下结合附图 的详细介绍更加清楚地理解，其中图1示出了^^艮据本发明的一个示例性具体实施方式
的电容器的 示意性透浮见图2A和2B示出了可应用于根据本发明的一个示例性具体实 施方式的电容器的浮动电极；图3示出了嵌入到根据本发明的一个示例性具体实施方式
的低 温共烧陶瓷(LTCC)板的电容器的横断面图；图4示出了嵌入到根据本发明的一个示例性具体实施方式
的印 刷电鴻4反的电容器的冲黄断面图；和图5A和5B的薄膜式电容器的特性的曲线图具体实施方式
现在， 地描述。图进4亍详纟田图1示出了根据本发明的一个示例性具体实施方式
的电容器的 示意性透一见图。参照图i,电容器io包括第一电极ih和第二电极i:zb,置于第一电极12a和第二电极12b之间的介电层14和设置在介电层l4 内的浮动电才及15。在如上i殳置的电容器中，通过与第一电才及12a和第二电才及12b 重叠i殳置的浮动电才及15，可认为介电层14 ^皮分为第一介电层14a 和第二介电层14b。在图1所示的电容器10中，第一电极12a和第二电才及分 别连接到一定供给电压的第一和第二极。浮动电极15没有直接连
接到供给电压并且置于第一介电层14a和第二介电层14b之间而不 直才妄4妄触第一电才及12a和第二电才及12b。使用浮动电极15的电容器10明显可以提高超过厚度等于第一 介电层14a和第二介电层14b的总厚度的普通金属-绝缘体-金属 (MIM)电容器的电容量。电容器10具有从连接到供给电压和置 于其间的第一介电层14a和第二介电层14b的第一电才及层12a和第 二电极层12b产生的电容量。同样，电容器10还具有产生的附加 电容量部分。更准确地说，在电容器10中，即使浮动电极15没有 直接连接到供给电压，浮动电极15-第一介电层14a-第一电极12a， 以及浮动电极15-第二介电层14b-第二电极12b分别形成了附加的 拟电容量部分。这里，拟电容量部分被认为通过浮动电极15彼此 串联连接。此外，串联连接的拟电容量部分形成了分别与已有的电 容量部分，即具有第一电极12a和第二电才及12b以及置于其间的介 电层14a和14b的电容器的电容量，并联连接的等效电路。因此， 如上所述，浮动电极15与已有电容量提供了附加电容量，从而产 生了更高的电容量。才艮据本具体实施方式
构成的电容器10保证了比具有与本具体 实施方式的电容器的介电层相同厚度的介电层的传统电容器的更 高电容量。同样，电容器10还提供了多种优点。发明人的实验结 果发现，浮动电才及15可用来减少由泄漏电流造成的损失。这将会 通过后面的实施例进4亍详细的描述。如上所述，本具体实施方式
的电容器解决了包括将介电层14a 和14b变薄的损失问题以获得高电容量。另外，该电容器保证了更 高的电容量，即使其介电层具有与传统电容器的介电层相同的厚 度，从而有利于在大范围的电容器应用的领域内使用。
如图l所示，浮动电极15设置于介电层14内，但是分别与第 一电极12a和第二电极12b平行。这使得设计具有理想电容量的电 容器更容易，简化了电容器的制造工艺并且使该工艺具有可重复 性，/人而解决了与分散(dispersion)有关的问题。特别是，浮动电极15分别以基本相同的间距与第一电极12a 和第二电极12b分隔开，从而在第一介电层14a和第二介电层14b 的厚度相同时实现更高的电容量。也就是说，根据本具体实施方式
， 第一介电层14a可以与第二介电层14b的厚度相同以获得更高的电谷里。如上所述，由浮动电才及15-第一介电层14a-第一电才及12a确定 的拟电容量部分以及由浮动电极15-第二介电层14b-第二电极12b确定的拟电容量部分彼此串联连接。该串联连接的拟电容量部分与 已有的电容量部分并耳关连4妄以构成等岁文电^各。在这个串写关连冲妄的电 容器中，当两个电容量部分基本相同时，该电容器具有最高的电容 量。因此，第一介电层14a和第二介电层14b可以是相同的厚度。 同时，当第一介电层和第二介电层之一的厚度小于临界厚度，即认 为产生不足电流和泄漏电流的厚度，该电容器的特性会有缺陷。如上所述，根据本具体实施方式
，浮动电极设置于介电层内并 且没有连接供给电压，从而增加了电容量和增强了介电特性。同样， 本具体实施方式
还可以实现多种变型。特别是，浮动电极置于第一 介电层和第二介电层之间并且与第一和第二电极具有重叠部分以 在每个重叠部分形成电容量。然而这种排列可以进行各种修改。图2A和2B示出了浮动电极根据本发明的一个示例性实施例 被设定为分开的电极部分。图2A和2B出于说明的目的，只示出了 第一和第二电才及以及浮动电才及的排列，省略了介电层。^f旦是认为介
电层是置于第一电极和浮动电极之间以及第二电才及和浮动电极之 间。首先，图2A示出了包括第一电极22a和第二电极22以及置于 其间的3个浮动电才及图形25a、 25b和25c的电才及的4非列。如上所 述，认为这种电极排列是电容器的结构，其中介电材料填充于第一 电极22a和第 一浮动电极图形25a到第三浮动电极图形25c之间以 及第二电极22b和第一浮动电极图形25a到第三浮动电极图形25c 之间。在这种电极排列中，与图1所披露的电容器10相似，第一电 极22a和第二电极22b分别连接到一定供给电压的第 一和第二极。 然而，第一浮动电才及图形25a到第三浮动电才及图形25c没有直4妻连 接到供给电压并且没有直接接触第 一 电极22a和第二电极22b 。才艮据本具体实施方式
，浮动电极在一个方向上一皮分开并且形成 3个相同尺寸的浮动电才及图形25a到25c。第一浮动电才及图形25a 到第三浮动电极图形25c可以被认为确定了等效电路，其中由第一 电极22a和第二电极22b形成的一对拟电容量部分一起串联连接并 且与已有的电容部分并耳关连4妻。同样，第一浮动电极图形25a到第三浮动电极图形25c可以共 面设置。与第一浮动电极图形25a到第三浮动电极图形25c设置在 不同平面上的情况相比，这保证了第 一浮动电才及图形25a到第三浮 动电极图形25c设计的简化，从而简化了工艺。例如，当本具体实 施方式应用嵌入多层线路板的薄膜式电容器时，图2A示出的浮动 电极图形25a到25c可以通过形成较低的介电层，形成浮动电极的 电极层，然后通过已知的工艺在电极层上形成图形来产生。 同时，如上所述，为了获得更高的电容，第一电才及22a和第二 电极22b之间的介电层彼此的厚度可以相同。图2B示出了与图2A相似的电才及排列。其中口长一的不同是置 于第 一 电极32a和第二电极32b之间的浮动电极被分解为2x2的矩 P车，开j成了 4个-;孚S力电才及图开》35a、 35b、 35c详口 35d。 ^口:t匕戶斤述， 本具体实施方式
的浮动电核j皮分解为2x2的矩阵以形成相同尺寸的 第一到第四浮动电才及图形35a到35d。当然，以与前述具体实施方式
相似的方式，第一电极32a和第 二电极32b分别连接到 一定供给电压的第 一和第二极，但是没有直 4妄连接到供给电压并且没有直接4妄触第一电4及32a和第二电极 32b。另夕卜，第一到第四浮动电极图形35a、 35b、 35c和35d可以共面设置以保证更简单的工艺和更易于设计电容量。此外，置于第一 电才及32a和浮动电才及之间以及第二电才及32b和浮动电才及之间的介电 层(未示出)可以设计为相同的厚度，从而产生更高的电容量。3口上所述，浮动电才及可以形成为多种图形。在前述具体实施方 式中，浮动电极图形尺寸相同，但是并不限制于此。至少一些浮动 电才及图形可以是不同的尺寸。本具体实施方式
的电容器可以嵌入到多层线賴^反中以4是供更 好的优势。尤其是，本具体实施方式
的电容器可以在不过多增加其 体积、也不需附加夹层电路结构的情况下，保证高电容量，从而有 利于用作多层线路板的嵌入电容器。图3示出了嵌入才艮据本发明的一个示例性具体实施方式
的 LTCC板的电容器的横断面图。
参照图3，该LTCC板IOO包括由多个陶瓷层llla到llld，即 绝乡彖层，形成的绝纟彖体110。第一陶瓷层llla到第四陶瓷层llld 中的每一层配备有至少一个导线116a到116d以及导通孔 117a到 117d，从而构成了理想的夹层电路。才艮据本具体实施方式
，嵌入的电容器120包括依次方丈置在第二 陶瓷层111b上的第一电才及层122a、第一介电层124a、浮动电才及125、 第二介电层124b和第二电才及层122b。在这里，第一电极层122a和第二电极层122b连接到夹层电路。 第一电才及层122a连冲妄到在第二陶瓷层111b上形成的导线116b，第 二电极层122b连接到延伸穿过第三陶瓷层111c并且连接到在第四 陶瓷层llld上形成的导线116c的导通孔117b。同时，浮动电极125 置于第一介电层124a和第二介电层124b之间并且没有直接连接到 夹层电^各。如上所述，本具体实施方式
的嵌入的电容器120,除了由具有 连接到夹层电路的第一电极层122a和第二电极层122b以及设置于 其间的第一介电层124a和124b的电容器产生的电容量以外，可以 具有由浮动电4及125产生的附加电容量部分。更确切地i兌，嵌入的 电容器120被认为具有由彼此串联连接的浮动电极125-第 一介电层 124a-第一电极122a确定的电容量部分以及浮动电极125-第二介电 层124b-第二电才及122b确定的电容量部分。因此，本具体实施方式
的嵌入的电容器可得到相似体积的传统 电容器几乎不期望的更高的电容量，并且通过浮动电极125降低泄 漏电流造成的损失。
特别是，尽管电容量更高并且改善了电容器特性，嵌入的电容 器120不需附加的夹层电路，这就消除了多层线路板的电路复杂化 的问题或者避免了相当大地改变传统夹层电路设计的需要。本具体实施方式
的电容器可以容易地应用于除LTCC板外的各 种多层线鴻4反。图4示出了嵌入到根据本发明的一个示例性具体实施方式
的印 刷电路板的电容器的横断面图。参照图4，印刷电路板200包括绝缘聚合物中心层211，其具 有形成在其上部和底部的金属图形216a和216b,以及在中心层211 的上部和底部分别形成的第一绝缘层213a和第二绝缘层213b。中 心层211与第一绝纟彖层213a和第二绝纟彖层213b构成了印刷电路板 200的绝缘体。中心层211的金属图形216a和216b可以通过在预 先设置在中心层211的上部和底部的铜箔(未示出)上形成图形来 狄付。每一个绝纟彖层213a和第二绝纟彖层213b都至少配备有导线218a 和218b以及导通3L 217a和217b中之一，乂人而形成理想的夹层电路。在本具体实施方式
中，在嵌入的电容器220中，通过在中心层 上部的铜箔上制造图形形成的金属图形可以提供更^f氐的电极层 222a。更低的电极层222a与第一介电层224a、浮动电极225a和 225b、第二介电层224b和第二电极层222b构成了嵌入的电容器 220。在本具体实施方式
中，嵌入的电容器220可以使用被设置成两 个浮动图形225a和225b的浮动电才及。第一浮动电才及图形225a和
第二浮动电才及图形225b置于第一介电层224a和第二介电层224b 之间并且没有直接连接到夹层电路。同样，第一电极层222a和第二电极层222b也连接到夹层电路。 也就是"i兌，第一电才及层222a和第二电才及层222b可以分别连4妄到在 第二绝缘层213b上形成的导通孔。以这种方式，本具体实施方式
的嵌入的电容器220可以具有， 除了由具有连接到夹层电路的第一电极层222a和第二电极层222b 以及置于其间的第 一介电层224a和第二介电层224b的电容器产生 的电容量，由浮动电极225产生的附加电容量部分。因此，本具体 实施方式的嵌入的电容器220获得了相似体积的传统电容器几乎不 期望的高电容量。另外，本具体实施方式
的嵌入电容器220可以通 过浮动电极225降低泄漏电流造成的损失。具有这些优点的嵌入电容器220可以有利地应用于如本具体实 施方式所披露的印刷电路板，而不需要附加的夹层电路。为了确定本具体实施方式
的电容器结构的改善效果，制造了具 有与图1的浮动电^^及相似的浮动电极的电容器以及传统MIM电容 器以评价电容器特性。发明实施例根据发明实施例，制造了图1所示结构的薄膜式电容器。首先，在具有无缺陷表面的镀铜箔沉积板上形成厚度为200nm 的介电薄膜，浮动电极沉积的厚度为50nm。随后，介电薄膜沉积 到200nm的厚度，这才羊形成了上部电才及。比举交实施例
根据比较实施例，除了不形成浮动电极，以与前述的发明实施例中相同的条件制造薄膜MIM电容器。也就是，介电薄膜在相同 的铜箔沉积板上和相同的孔腔(chamber)中形成400nm的厚度， 形成上部电才及。评价才艮据发明实施例和比较实施例制造的电容器的特性。图5A 和5B示出了结果的图表。参照图5A，发明实施例的电容器的电容量几乎是比较实施例 的电容器的两倍。同样，在损失值DF方面，发明实施例的电容器 表明了与比较实施例的电容器相比很小的差异性。发明实施例的电 容器根据频率的上升表现出在损失值上适度的下降。另外，发明实 施例的电容器与介电薄膜的厚度(例如，比较实施例中的200nm ) 降低以获得相等电容量的情况相比，在损失的特性上显著改善。同 时，如图5B所示，发明实施例的电容器与比较实施例的电容器相 比，根据电容的升高表现出在电阻上适度的降低。如前所述，才艮据本发明的示例性具体实施方式
，由于电极之间 的间隙，即介电薄膜的厚度的减小造成的损失特性的迅速恶化，电 容器被最小化并且提供更高的电容量。尤其是，即使当电容器嵌入 到多层线路板例如印刷电路板中时，只可以通过电容器制造中使用 的层生长方法来形成浮动电极，不需要复杂的修正或者附加夹层电 路，从而有利地生产高电容量的电容器。不偏离所附权利要求确定的本发明大精神和范围。
权利要求
1. 一种电容器，包括分别连接到第一和第二极的第一和第二电极；形成于所述第一和第二电极之间的介电层；和至少一个与所述第一和第二电极具有重叠部分以在每一个所述重叠部分形成电容量的浮动电极，所述浮动电极置于介电层内。
2. 根据权利要求1所述的电容器，其中所述浮动电极与所述第一 和第二电才及并联i殳置。
3. 根据权利要求1所述的电容器，其中所述浮动电极包括多个共 面i殳置并且4皮此分隔开的浮动电才及。
4. 根据权利要求1所述的电容器，其中所述浮动电极以基本相同 的间距分别与所述第 一 电4及和所述第二电才及分隔开。
5. —种嵌入多层线路板的电容器，包括其上沉积有多个绝全彖层的绝缘体；在所述绝缘层上分别形成的多个导电图案和导通孔，以 构成所述绝纟彖体的夹层电^各；和嵌入所述绝缘体中的薄膜式电容器，其中所述薄膜式电容器包括依次形成的第一电极层、第 一介电层、至少一个浮动电极层、第二介电层和第二电极层， 以及其中所述第一和笫二电极层连接到所述夹层电路，所述 浮动电4及层没有直接连接到所述夹层电^各并且与所述的第一 和第二电极层具有重叠部分以在每一个重叠部分内形成电容量。
6. 根据权利要求5所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述浮动电才及层分别与所述第 一 电极层和所述第二电极层并联:i殳置。
7. 根据权利要求5所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所迷浮 动电极包括多个共面设置并且彼此分隔开的浮动电极。
8. 根据权利要求5所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所迷第 一和第二介电层具有相同的厚度。
9. 根据权利要求5所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层为烧制的陶瓷层，所述多层线^各板为多层陶瓷板。
10. 根据权利要求6所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所迷绝 缘层为烧制的陶瓷层，所述多层线路板为多层陶瓷板。
11. 根据权利要求7所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层为烧制的陶瓷层，所述多层线路板为多层陶瓷板。
12. 根据权利要求8所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层为烧制的陶瓷层，所述多层线路板为多层陶瓷板。
13. 根据权利要求5所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层含有聚合物并且所述多层线路板是印刷电路板。
14. 根据权利要求6所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层含有聚合物并且所述多层线鴻4反是印刷电路板。
15. 根据权利要求7所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层含有聚合物并且所述多层线路才反是印刷电路板。
16. 根据权利要求8所述的嵌入多层线路板的电容器，其中所述绝 缘层含有聚合物并且所述多层线赠4反是印刷电路板。
全文摘要
本发明提供了一种电容器和一种嵌入多层线路板的薄膜式电容器。该电容器包括连接到第一和第二极的第一和第二电极；形成于其间的介电层；和至少一个设置在介电层内并且与第一和第二电极具有重叠部分的浮动电极。该线路板包括其上具有多个绝缘层的绝缘体；在绝缘层上分别形成的多个导线图形和导通孔，以构成夹层电路；和嵌入绝缘体内的薄膜式电容器，其中该薄膜式电容器包括依次形成的第一电极层、第一介电层、至少一个浮动电极层、第二介电层和第二电极层，其中第一和第二电极层连接到夹层电路，浮动电极层没有直接连接到夹层电路。
文档编号H01G4/005GK101211693SQ20071018821
公开日2008年7月2日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年12月29日
发明者孙升铉, 李承恩, 申伊那, 郑栗教 申请人:三星电机株式会社