專利名稱：一種埋入式電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子埋入式電容領(lǐng)域，具體涉及ー種以ー種高介電復(fù)合材料為電介質(zhì)層的“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于對(duì)電子元件多功能性及小尺寸的需求增加，在這種環(huán)境下，促使設(shè)計(jì)者想方設(shè)法將更多的電路元件放在一個(gè)封裝中，以滿足消費(fèi)者的需求，運(yùn)用埋入式技術(shù)將原來表面SMT的無源元件設(shè)計(jì)在封裝基板中，則可在基板表面空出多于空間，而且埋入式技術(shù)更適合于高頻特性，因此使得埋入式無源元件的設(shè)計(jì)成為無源元件在未來發(fā)展的重要技術(shù)之一。在一套電路系統(tǒng)的無源元件中，電容器的使用占全部無源元件的50%以上，如果將其埋入基板中，基板的面積將大大減小，而且其電子廣品的性能會(huì)大大提尚。 目前，埋入式電容主要是采用濺射電鍍エ藝，減層法エ藝，半加層法エ藝等方法，將陶瓷薄膜或復(fù)合材料薄膜制備成埋入式電容。如，陳巖等在“埋入式電容印制電路板制作エ藝”(《印制電路信息》2003，2，pp. 50-54) 一文中采用FR406埋入電容材料，運(yùn)用采用標(biāo)準(zhǔn)薄板的圖形轉(zhuǎn)移エ藝進(jìn)行電容內(nèi)層圖形的制作。這種埋入式電容在室溫、10KHz、64%RH條件下進(jìn)行測試。所有電容的最大值為476. 2pF最小值為429. IpF偏差47. IpF最大誤差(max-min) /min約10.3%。電容材料銅箔表面與半固化片層壓的抗剝強(qiáng)度滿足I PC接受標(biāo)準(zhǔn)。又如，W. Jillek 等在“Embedded components in printed circuit boards:aprocessing technology review^^international journal of advanced manufacturingtechnology>2005, 25, pp, 350-360) 一文中以鈦酸鋇為電介質(zhì)薄膜基體,運(yùn)用減層法與加層法制備了埋入式電容，其電容密度為16. 8pF/mm2，擊穿場強(qiáng)大于9V/iim，當(dāng)頻率達(dá)到3GHz，尺寸小于Imm2時(shí)，其性能仍然保持穩(wěn)定。目前所報(bào)道的埋入式電容，無法同時(shí)滿足介電性能好、成型エ藝簡單等要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，而提供一種介電常性能好，成型エ藝簡單的“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容及其制備方法。本發(fā)明所提供的ー種埋入式電容器，所述的電容器由一種復(fù)合材料作為電介質(zhì)層，兩邊通過層壓的方法將銅箔疊加在一起組成，所述電容器中間為中間層薄膜，中間層薄膜的上下兩側(cè)分別為外層電極；中間層薄膜厚度為10 U m,外層電極厚度為35 y m ;中間層薄膜和外層電極分別由納米聚合物和單面鍍鋅電解銅箔組成；中間層薄膜中聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為60%-90%，無機(jī)納米粒子所占體積分?jǐn)?shù)為10%-40% ;所述的無機(jī)納米粒子是粒徑為95-105nm的鈦酸鋇(BaTiO3),或者粒徑為40_50nm的ニ氧化鈦。進(jìn)ー步地，所述聚合物為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚氨酯或聚偏ニ氟こ烯。本發(fā)明還提供ー種埋入式電容器的制造方法，該方法包括以下步驟
I)將粒徑為95-105nm的BaTiO3粒子與こ醇溶劑按照IgBaTiO3粒子6mL的比例混合后，于30-60°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于30_60°C強(qiáng)カ攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液；2)在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550 ；3)反應(yīng)2小時(shí)后，將懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用；4)將改性后的納米粒子(BaTi03-KH550)按照Ig納米粒子16. ImLこ醇溶劑的比例加入こ醇溶劑中，超聲分散60-120min，直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)力攪拌條件下，將加入環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10-40%，；將其于50_60°C強(qiáng)力 攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTiO3納米粒子混合液；5)將納米粒子混合液在45-65°C范圍內(nèi)強(qiáng)カ攪拌，直到60_90%的溶劑揮發(fā)；6)采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于40-70°C下恒溫真空干燥10_20min，得到預(yù)固化的電介質(zhì)層；7)將預(yù)固化的電介質(zhì)層，夕卜層電極放在壓片機(jī)上，于10±5Mpa、70±5 V和150±5°C分別熱壓I小時(shí)，得到三層結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。本發(fā)明的關(guān)鍵在于熱壓的溫度、時(shí)間和壓カ的選擇，選擇原則如下1)熱壓溫度要高于聚合物基體的初始熔融溫度或固化溫度以上5°C ；2)熱壓時(shí)間不僅要保證各層之間實(shí)現(xiàn)良好的界面結(jié)合；3)熱壓壓力不能過大，保證薄膜厚度均勻，而且要避免各層出現(xiàn)較大的形變。本發(fā)明具有以下效果I)本發(fā)明所提供的多層聚合物基電介質(zhì)復(fù)合材料同時(shí)具有較高的介電性能。2)本發(fā)明所提供的制備方法，エ藝簡單，成型溫度低。


圖I、埋入式電容器“三明治”結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、實(shí)施例1、2、3、4制備的埋入式電容室溫下的介電常數(shù)與頻率的關(guān)系圖。圖3、實(shí)施例1、2、3、4制備的埋入式電容室溫下下的介電損耗與頻率的關(guān)系圖。圖4、實(shí)施例4制備的埋入式電容的不同頻率下的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系圖。圖5、實(shí)施例4制備的埋入式電容的不同頻率下的介電損耗與溫度的關(guān)系圖。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。
具體實(shí)施例方式參見附圖I，為ー種埋入式電容器的結(jié)構(gòu)，所述的電容器由一種復(fù)合材料作為電介質(zhì)層，兩邊通過層壓的方法將銅箔疊加在一起組成，中間為中間層薄膜2，中間層薄膜2的上下兩側(cè)分別為外層電極I ;中間層薄膜厚度為10 u m,外層電極厚度為35 y m ;中間層薄膜和外層電極分別由納米聚合物復(fù)合材料和單面鍍鋅電解銅箔組成；復(fù)合材料的聚合物為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚氨酯或聚偏ニ氟こ烯。中間層薄膜中聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為50%-70%，無機(jī)納米粒子所占體積分?jǐn)?shù)為30%-50% ;無機(jī)納米粒子為鈦酸鋇BaTiO3，粒徑為95_105nm，也可以采用粒徑為40-50nm的ニ氧化鈦TiO2。實(shí)施例I
I)將5g粒徑為95-105nm的BaTiO3加入30mLこ醇溶劑中，在30°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于30°C強(qiáng)力攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液；在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550 ;在50°C反應(yīng)2小時(shí)后，將BaTiO3懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用。2)將I. 8632g改性后的納米粒子(BaTi03-KH550)加入30mLこ醇溶劑中，超聲分散60-120min,直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)カ攪拌條件下,加入3. 855g環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%，將其于50°C強(qiáng)力攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTi O3納米粒子混合液；將納米粒子混合液于50±5°C強(qiáng)力攪拌，直到70%的溶劑揮發(fā)；采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于40°C下恒溫真空干燥20min，得到預(yù)固化的復(fù)合材料電介質(zhì)層；3)將預(yù)固化的電介質(zhì)層(中間層薄膜)，外層電極放在壓片機(jī)上，于10±5Mpa、70±5°C和150±5°C分別熱壓I小時(shí)，得到“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。其室溫下的介電常數(shù)和介電損耗與頻率變化的關(guān)系分別如圖2和圖3中的曲線I。 實(shí)施例2I)將5g粒徑為95-105nm的BaTiO3加入30mLこ醇溶劑中，在40°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于40°C強(qiáng)力攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液；在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550 ;在60°C反應(yīng)2小時(shí)后，將BaTiO3懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用。2)將I. 8632g改性后的納米粒子(BaTi03_KH550)加入30mLこ醇溶劑中，超聲分散60-120min，直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)カ攪拌條件下，加入I. 927g環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20%，將其于50°C強(qiáng)力攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTiO3納米粒子混合液；將納米粒子混合液于50±5°C強(qiáng)力攪拌，直到80%的溶劑揮發(fā)；采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于50°C下恒溫真空干燥20min，得到預(yù)固化的復(fù)合材料電介質(zhì)層；3)將預(yù)固化的電介質(zhì)層(中間層薄膜)，外層電極放在壓片機(jī)上，于15±5Mpa、70±5°C和150±5°C分別熱壓I小時(shí)，得到“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。其室溫下的介電常數(shù)和介電損耗與頻率變化的關(guān)系分別如圖2和圖3中的曲線2。實(shí)施例3I)將5g粒徑為95-105nm的BaTiO3加入30mLこ醇溶劑中，在50°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于50°C強(qiáng)力攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液；在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550 ;在70°C反應(yīng)2小時(shí)后，將BaTiO3懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用。2)將I. 8632g改性后的納米粒子(BaTi03_KH550)加入30mLこ醇溶劑中，超聲分散60-120min，直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)カ攪拌條件下，加入I. 285g環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，將其于60°C強(qiáng)力攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTiO3納米粒子混合液；將納米粒子混合液于60±5°C強(qiáng)力攪拌，直到90%的溶劑揮發(fā)；采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于60°C下恒溫真空干燥lOmin，得到預(yù)固化的復(fù)合材料電介質(zhì)層；3)將預(yù)固化的電介質(zhì)層(中間層薄膜)，上層電極放在壓片機(jī)上，于20±5Mpa、70±5°C和150±5°C分別熱壓I小時(shí)，得到“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。其室溫下的介電常數(shù)和介電損耗與頻率變化的關(guān)系分別如圖2和圖3中的曲線3。實(shí)施例4I)將5g粒徑為95-105nm的BaTiO3加入30mLこ醇溶劑中，在60°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于60°C強(qiáng)力攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液；在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550 ;在80°C反應(yīng)2小時(shí)后，將BaTiO3懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用。2)將I. 8632g改性后的納米粒子(BaTi03_KH550)加入30mLこ醇溶劑中，超聲分散60-120min,直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)カ攪拌條件下,加入0. 964g環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40%，將其于60°C強(qiáng)力攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTiO3納米粒子混合液；將納米粒子混合液于60±5°C強(qiáng)力攪拌，直到60% 的溶劑揮發(fā)；采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于70°C下恒溫真空干燥lOmin，得到預(yù)固化的復(fù)合材料電介質(zhì)層；3)將預(yù)固化的電介質(zhì)層(中間層薄膜)，外層電極放在壓片機(jī)上，于5Mpa、70±5°C和150±5°C分別熱壓I小時(shí)，得到“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。其室溫下的介電常數(shù)和介電損耗與頻率變化的關(guān)系分別如圖2和圖3中的曲線4。其不同頻率下的介電常數(shù)和介電損耗與溫度變化的關(guān)系分別如圖4和圖5。從圖2-4中可看出，本發(fā)明得到的多層聚合基電介質(zhì)復(fù)合材料具有介電常數(shù)較高、介電損耗較低、介電常數(shù)和介電損耗的溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.ー種埋入式電容器，所述的電容器由一種復(fù)合材料作為電介質(zhì)層，兩邊通過層壓的方法將銅箔疊加在一起組成，其特征在于，所述電容器中間為中間層薄膜(2)，中間層薄膜(2)的上下兩側(cè)分別為外層電極(I);中間層薄膜(2)厚度為IOy m，外層電極(I)厚度為35 y m ;中間層薄膜(2)和外層電極(I)分別由納米聚合物和單面鍍鋅電解銅箔組成；中間層薄膜(2)中聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為60%-90%，無機(jī)納米粒子所占體積分?jǐn)?shù)為10%-40% ;所述的無機(jī)納米粒子是粒徑為95-105nm的鈦酸鋇(Ba TiO3),或者粒徑為40_50nm的ニ氧化鈦(Ti02)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的埋入式電容器，其特征在于，所述聚合物為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚氨酯或聚偏ニ氟こ烯。
3.—種埋入式電容器的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)將粒徑為95-105nm的BaTiO3粒子與こ醇溶劑按照IgBaTiO3粒子6mL的比例混合后，于30-60°C攪拌20min，而后超聲振蕩60min，再于30_60°C強(qiáng)カ攪拌60min，得到BaTiO3懸濁液； 2)在強(qiáng)カ攪拌的過程中，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑KH550； 3)反應(yīng)2小時(shí)后，將懸濁液抽濾，洗滌，干燥去除溶劑，研磨，過篩待用； 4)將改性后的納米粒子(BaTi03-KH550)按照Ig納米粒子16.ImLこ醇溶劑的比例加入こ醇溶劑中，超聲分散60-120min，直到不發(fā)生團(tuán)聚；在強(qiáng)力攪拌條件下，將加入環(huán)氧樹脂，使得BaTiO3納米粒子在環(huán)氧樹脂中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10-40%，；將其于50_60°C強(qiáng)カ攪拌，直到環(huán)氧樹脂完全溶解，得到環(huán)氧樹脂與BaTiO3納米粒子混合液； 5)將納米粒子混合液在45-65°C范圍內(nèi)強(qiáng)力攪拌，直到60-90%的溶劑揮發(fā)； 6)采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法將混合溶液涂覆在基底銅箔上之后，于40-70°C下恒溫真空干燥10-20min，得到預(yù)固化的電介質(zhì)層； 7)將預(yù)固化的電介質(zhì)層，夕卜層電極放在壓片機(jī)上，于10±5Mpa、70±5°C和150±5°C分另IJ熱壓I小時(shí)，得到三層結(jié)構(gòu)的埋入式電容器。
全文摘要
一種“三明治”結(jié)構(gòu)的以聚合物基電介質(zhì)復(fù)合材料為基體的埋入式電容制備方法屬于微電子領(lǐng)域?，F(xiàn)有埋入式電容無法兼顧加工工藝與介電性能，且制備工藝復(fù)雜。本發(fā)明所提供的埋入式電容由疊加在上下電極與電介質(zhì)層組成；上下兩層電極為單面鍍鋅電解銅箔；中間電介質(zhì)層為聚合物與無機(jī)陶瓷粒子復(fù)合材料，其中聚合物體積分?jǐn)?shù)為60%-90%，無機(jī)陶瓷粒子的體積分?jǐn)?shù)為10%-40%。本發(fā)明通過以聚合物為基體，以無機(jī)陶瓷粒子為分散相，采用旋轉(zhuǎn)涂層技術(shù)制備復(fù)合材料電介質(zhì)層后，采用層壓工藝將上下電極與中間復(fù)合材料電介質(zhì)層壓合在一起，得到“三明治”結(jié)構(gòu)的埋入式電容。本發(fā)明提供的埋入式電容具有介電常數(shù)高，介電損耗低，溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性優(yōu)，制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G4/18GK102651278SQ20121016395
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者黨智敏, 查俊偉, 白曉飛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)