專利名稱：溫度補償用薄膜電容器及其電子儀器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種補償半導體元件的結合電容的溫度依存性，減少使用該元件的電子電路的溫度依存性的薄膜電容器以及具有該薄膜電容器的電子儀器。
在這種薄膜電容器中，最好電介質層的介電常數(shù)以及Q值比較大，并且，最好在共振頻率的溫度系數(shù)中，能獲得以0為中心的正或負的任意溫度系數(shù)。
以往，作為具有這種特性的電介質組成物，例如是在BaO-TiO2系的電介質中添加氧化釤(Sm2O3)、氧化鎘(Gd2O3)、氧化鏑(Dy2O3)，氧化銪(Eu2O3)等，燒結而成的。但是，用于獲得這種現(xiàn)有的電介質瓷器組成物的技術，卻只能在介電常數(shù)εr為61～72，溫度系數(shù)τ為-24～31ppm/℃的范圍內(nèi)進行控制。
在這種背景下，技術開發(fā)不斷進步，提供了將共振頻率的溫度系數(shù)為正值的第1電介質瓷器組成物片與共振頻率的溫度系數(shù)為負值的第2電介質瓷器組成物片積層，通過粘接組合而構成的電介質瓷器組成物。
將必要的組成原料混合形成直徑為16mm、厚度為9mm的圓板狀，通過將該成形體在1260～1450℃的溫度下，進行數(shù)小時的燒成，來獲得第1電介質瓷器組成物，同時采用與所述不同的組成原料，進行成形燒成處理，制造同尺寸的第2電介質瓷器組成物，將兩電介質瓷器組成物切成厚度為1mm程度的片狀，通過將它們積層，來獲得積層型的電介質瓷器組成物。
更具體地講，將介電常數(shù)不同或者相同的電介質瓷器組成物積層，通過調整兩者的體積組成比，就可以獲得所希望的介電常數(shù)以及溫度系數(shù)。
然而，由于是將用燒結法制造的厚度為1mm左右的多枚第1電介質瓷器組成物片和第2電介質瓷器組成物片積層構成，可以用于片狀的積層型的電容器，但要進一步小型化、輕量化則有一定限度。例如，不能形成厚度為1mm以下的電容器，進一步薄膜化是很困難的。
而且，存在著以下所述問題即，由于采用介電常數(shù)為30以上的高電介質材料作為所述電介質瓷器組成物的材料，所以要獲得高Q值就會受到很大的制約。而且，由于所述電介質瓷器組成物是高介電常數(shù)，所以如果加工精度有差異，就容易影響電容量，導致電容器的靜電電容產(chǎn)生偏差。所述Q值表示高頻特性，該值越大，則電介質損失越小，作為高頻材料越優(yōu)異。
此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種在滿足所述特征的前提下，在1GHz以上的頻率區(qū)域具有優(yōu)異Q值的薄膜電容器。
此外，本發(fā)明的又一目的在于提供一種通過采用具有所述優(yōu)異特性的薄膜電容器，而使溫度穩(wěn)定性優(yōu)異的電子儀器。
本發(fā)明人為了解決以上所述問題，經(jīng)過反復進行以下所述的各種研究以及實驗，得出以下所述結果由于在電介質材料的電子極化密度的溫度依存性與介電常數(shù)的溫度依存性之間具有相關性，并且，根據(jù)電容溫度系數(shù)與介電常數(shù)和線熱膨脹系數(shù)的乘積成比例，通過選擇線熱膨脹系數(shù)為25ppm/℃以上的材料，就可以提供電容溫度系數(shù)為負，其絕對值在200ppm/℃以上的薄膜電容器，而且，研究的結果表明通過采用介電常數(shù)為4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)為25ppm/℃以上的電介質薄膜，就可以提供一種改善了由于加工精度引起的靜電電容的標準偏離問題的、容易實現(xiàn)小型化、薄型化、輕量化的、可以進行溫度補償并且在高頻區(qū)域的Q值優(yōu)異的薄膜電容器。
根據(jù)利用以下所述的式(1)所示的Clausius-Mosotti式的現(xiàn)象論理論，對介電常數(shù)的溫度依存性進行了研究。
式1(式中，k為介電常數(shù)，αm/V表示每單位體積的極化率)用溫度T對以上所述的式(1)進行微分，并進行整理，可獲得以下所述的式(2)。
式2(式中，tanδ表示介電常數(shù)的正切，K表示線熱膨脹系數(shù)，K≈104(ppm/℃)。)式3式4式5圖6為表示基于式(2)的介電常數(shù)k與電容溫度系數(shù)之間關系的概略圖。
從圖6中可以看出，存在著低介電常數(shù)區(qū)域、中間介電常數(shù)區(qū)域和高介電常數(shù)區(qū)域等3個區(qū)域。
在圖6的介電常數(shù)在4以下的低介電常數(shù)區(qū)域(～1＜k＜～4)中，極化的主要原因是電子極化，沒有表示出對溫度的依存性。但是，該電子極化的密度隨溫度變化時，介電常數(shù)隨溫度變化，電容溫度系數(shù)與介電常數(shù)和線熱膨脹系數(shù)的乘積成比例。因此，本發(fā)明人認識到通過選擇線熱膨脹系數(shù)為數(shù)十到數(shù)百ppm/℃的材料，就可以獲得從負的數(shù)百到數(shù)千ppm/℃的電容溫度系數(shù)值。實際上，當將線熱膨脹系數(shù)為170～210ppm/℃的丙烯酸類樹脂(k＝3.5)構成的電介質薄膜適用于電容器中時，確認了電容溫度系數(shù)可以達到-2000ppm/℃。但是，丙烯酸類樹脂在高頻區(qū)域的Q值較低，具體地講，在1GHz的Q值只有30左右，所以不能適用于使用了在高頻區(qū)域采用的半導體結合電容的電子電路。
為此，本發(fā)明人針對在1GHz以上的高頻區(qū)域中Q值較高的材料并且是熱膨脹系數(shù)適當?shù)牟牧希磸瓦M行了各種研究以及實驗，結果表明后述的全氟烷基乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料、聚丙烯、苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料是很適合的材料。所述環(huán)化體高分子的介電常數(shù)為2.1、線熱膨脹系數(shù)在70～100ppm/℃，如果將該高分子膜構成的電介質薄膜置入電極之間制作成電容器，則其電容溫度系數(shù)可以獲得-600～-700ppm/℃。所述苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料的介電常數(shù)為2.7、線熱膨脹系數(shù)在50～70ppm/℃，如果將該高分子膜構成的電介質薄膜置入電極之間，制作成電容器，則其電容溫度系數(shù)可以獲得-350～-400ppm/℃。
另一方面，在圖6的中間介電常數(shù)區(qū)域(～4＜k＜～30)中，極化的主要原因相當于從電子極化向原子極化的遷移區(qū)域，。原子振動勢能的非線性引起的原子固有振動數(shù)的降低導致的介電常數(shù)的正溫度依存性和所述密度變化所引起的負的溫度依存性相互競爭，在該區(qū)域中，電容溫度系數(shù)可能為正，也可能為負。本發(fā)明人對作為SiNx的例子的Si3N4和作為SiOx的例子的SiO2的電容溫度系數(shù)進行了調查，獲得了Si3N4為0ppm/℃，SiO2為-120ppm/℃的值，在將該SiNx或者SiOx構成的電介質薄膜單獨夾在電極之間的電容器中，由于隨著電容溫度系數(shù)為負而導致Q值降低，即使單獨置入電極之間，要提供具有能達到目特性的電容器也是很困難的。但是，通過把處于該中間介電常數(shù)區(qū)域的電介質材料所構成的電介質薄膜，與所述全氟烷基乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料構成的電介質薄膜組合使用，調整這些電介質薄膜的膜厚比等，就可以獲得電容溫度系數(shù)為負的、其絕對值在0～700ppm/℃范圍內(nèi)的所希望值。
下面，說明作為本發(fā)明中的電介質薄膜，采用線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的理由。
在使用半導體結合電容的電子電路中，通常，由于該半導體結合電容的電容溫度系數(shù)為正(+200～+500ppm/℃)，因此，為了抵消該半導體結合電容的溫度特性，希望該電子電路中的溫度補償用薄膜電容器的電容溫度系數(shù)為負，其絕對值在200ppm/℃以上。
電容溫度系數(shù)、線熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)，具有以下所述的式(3)所示的關系，Tcc＝-a·αt·k(3)(式中，Tcc表示電容溫度系數(shù)，-a＝4，αt表示線熱膨脹系數(shù)(ppm/℃)，k表示介電常數(shù)。)當電介質薄膜的介電常數(shù)在4以下時，可以使電容溫度系數(shù)為-200ppm/℃以下的線熱膨脹系數(shù)的范圍，從式(3)中可以求出為αt＝12.5ppm/℃以上，但在本發(fā)明中，特別將電介質薄膜的介電常數(shù)在4以下，線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上作為本發(fā)明的范圍。
圖7表示電介質薄膜的介電常數(shù)和線熱膨脹系數(shù)之間的關系。斜線區(qū)域表示介電常數(shù)k在4以下時，能使電容溫度系數(shù)為-200ppm/℃以下(電容溫度系數(shù)為負，其絕對值在200ppm/℃以上)的區(qū)域(圖7中的斜線)。本發(fā)明的范圍(介電常數(shù)在4以下，線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上)是圖7的斜線重合的區(qū)域。
為了解決所述問題，本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，其特征是將介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜置入一對電極之間。
所述電介質薄膜的介電常數(shù)最好在1.5以上4.0以下，從穩(wěn)定的電子極化區(qū)域可以顯示出穩(wěn)定的負的電容溫度系數(shù)的這一點來看，介電常數(shù)最好在1.5以上2.5以下。
在有關構成的溫度補償用薄膜電容器中，作為電介質薄膜通過采用線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的材料，可以讓電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))為負，而且，作為電介質薄膜通過采用介電常數(shù)在4.0以下的材料，使之不容易受到加工精度的影響，可以改善靜電電容的標準偏離問題，能進行溫度補償。而且，利用有關構成的溫度補償用薄膜電容器，就可以獲得能實現(xiàn)小型化、薄型化、輕量化的薄膜電容器。
在本發(fā)明中，讓所述電介質薄膜的線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上，是因為在使用半導體結合電容的電子電路中，由于所述半導體結合電容具有正的溫度系數(shù)，為了抵消該半導體結合電容的溫度系數(shù)，希望溫度補償用薄膜電容器的電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))為負，特別是使其值在-200～-500ppm/℃的范圍內(nèi)，如果所述電介質薄膜的線熱膨脹系數(shù)不到25ppm/℃，要讓電容器的電容溫度系數(shù)處于所述范圍將是很困難的。
在本發(fā)明的所述構成中，其特征是頻率在1GHz以上的Q值在100以上。而且，在本發(fā)明的所述構造中，頻率在1GHz以上的Q值最好在300以上。
在有關構成的溫度補償用薄膜電容器中，作為電介質薄膜通過采用在介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的基礎上，構成電容時，頻率在1GHz以上的Q值在100以上的材料，可以減少在1GHz以上的高頻區(qū)域的介電損耗，獲得適用于頻率在1GHz以上的高頻電路的薄膜電容器。
在本發(fā)明的所述構成中，其特征是電容溫度系數(shù)為負。所述電容溫度系數(shù)的絕對值最好在200ppm/℃以上在使用半導體結合電容的電子電路中，由于所述半導體結合電容具有正的溫度系數(shù)，如果溫度補償用薄膜電容器的電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))為負，特別是溫度系數(shù)的絕對值在200ppm/℃以上，可以抵消該半導體結合電容的正的溫度系數(shù)。
在本發(fā)明的所述構成中，其特征是所述電介質薄膜包含以氟類高分子材料為主要成分的材料。作為氟類高分子材料，可以采用聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚體(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚體(FEP)等結晶質，全氟類的氟類聚合物、或者全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等非晶質，全氟類的氟類聚合物、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚體(ETFE)、氯三氟乙烯-乙烯共聚體(ECTFE)等氟類聚合物。
如果所述氟類高分子材料作為主要成分包含在電介質薄膜中，可以獲得介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜。而且，通過所采用的氟類高分子材料，薄膜電容器的頻率在1GHz以上的Q值可以在100以上，最好在在300以上。
在所述氟類高分子材料中，特別是如果采用全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子，通過將該高分子材料溶解在作為溶媒的全氟三丁胺(TFPA)中，采用旋轉噴涂法容易形成電介質薄膜，使得制造工藝簡單。
在本發(fā)明的所述構成中，作為所述電介質薄膜除了采用包含以氟類高分子材料為主要成分的材料之外，也可以采用包含聚丙烯(PP)為主要成分的材料，或者包含聚醚酮醚(PEEK)為主要成分的材料、或者包含間規(guī)聚苯乙烯(SPS)為主要成分的材料。
在本發(fā)明的所述構成中，當所述電介質薄膜包含以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料時，最好在該電介質薄膜的上側積層有覆蓋該電介質薄膜的保護薄(隔離材料)。這是由于所述全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，當所述電介質薄膜包含以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料時，如果形成有覆蓋該電介質薄膜的保護薄，可以防止所述電介質薄膜的腐蝕。作為所述保護薄的材料，可以從Si3N4等的SiNx、SiN2等的SiOx、非晶質SiOxNy、Ti等中選擇使用。
而且，在本發(fā)明的所述構成中，所述電介質薄膜也可以包含以在分子內(nèi)具有包含單環(huán)式炭化氫的縮合多環(huán)式氫基和不飽和結合的高分子材料為主要成分的材料。
作為在所述分子內(nèi)具有包含單環(huán)式炭化氫的縮合多環(huán)式氫基和不飽和結合的高分子材料，例如也可以是包含以苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料。作為苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料，例如可以采用在分子內(nèi)具有苯并環(huán)丁烯基或者萘并環(huán)丁烯基、乙烯基的高分子材料、或者在分子內(nèi)具有苯并環(huán)丁烯基或者萘并環(huán)丁烯基、乙烯基、硅氧烷鍵的高分子材料。
如果在電介質薄膜中包含以所述苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料，可以獲得介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜。而且，由于所采用的苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料，薄膜電容器的頻率在1GHz以上的Q值可以達到100以上，最好可以達到300以上。
所述電介質薄膜由苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料構成時，由于該高分子材料不容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，可以不需要設置所述保護膜(隔離材料)。
為了解決所述問題，本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，其特征是將介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上的第1電介質薄膜和電容溫度系數(shù)的絕對值在50ppm/℃以下的第2電介質薄膜置入一對電極之間。
依據(jù)有關構成的溫度補償用薄膜電容器，通過改變所述第1電介質薄膜和第2電介質薄膜之間的膜厚比和體積比，可以讓電容溫度系數(shù)為負，其絕對值在0～700ppm/℃的范圍內(nèi)。這樣，本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，由于可以讓電容溫度系數(shù)的絕對值在0～700ppm/℃的范圍內(nèi)所希望的值，所以，可以具有便攜式電子儀器、微波通信儀器等需要進行溫度補償?shù)碾娮觾x器所要求的電容溫度系數(shù)，因此，可適用的電子電路很難受到限制。
而且，由于是通過第1電介質薄膜和第2電介質薄膜積層構成，與現(xiàn)有的片狀電介質瓷器組成物的積層構造不同，可以實現(xiàn)薄型化、小型化。
作為所述第1電介質薄膜也可以采用包含以氟類高分子材料為主要成分的材料。
而且，所述第1電介質薄膜，除了采用包含以氟類高分子材料為主要成分的材料之外，也可以采用包含聚丙烯(PP)為主要成分的材料，或者包含聚醚酮醚(PEEK)為主要成分的材料、或者包含間規(guī)聚苯乙烯(SPS)為主要成分的材料。
當所述第1電介質薄膜包含以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料時，優(yōu)選所述第2電介質薄膜積層在所述第1電介質薄膜的上側。這是由于所述全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，當?shù)?電介質薄膜包含以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料時，如果形成有覆蓋第1電介質薄膜的第2電介質薄膜，可以防止第1電介質薄膜的腐蝕。所述第2電介質薄膜可以從Si3N4等的SiNx、SiN2等的SiOx、非晶質SiOxNy、Ti等中選擇使用。
而且，當所述第1電介質薄膜為包含以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料，并且該第1電介質薄膜積層在所述第2電介質薄膜的上側時，最好在第1電介質薄膜的上側積層有覆蓋該第1電介質薄膜的保護薄。這是由于所述氟類高分子材料，如上所述，容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，當?shù)?電介質薄膜包含以氟類高分子材料為主要成分的材料，并且該第1電介質薄膜積層在所述第2電介質薄膜的上側時，如果在該第1電介質薄膜的上側形成有覆蓋該第1電介質薄膜的保護薄，可以防止所述第1電介質薄膜的腐蝕。作為保護膜，采用對形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液具有優(yōu)異抗蝕性的材料，例如可以從Si3N4等的SiNx、SiN2等的SiOx、非晶質SiOxNy、Ti等中選擇使用。
而且，作為所述第1電介質薄膜也可以采用包含以苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料。
所述第1電介質薄膜由苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料構成時，由于該高分子材料不容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，可以不需要設置所述保護膜。
為了解決所述問題，本發(fā)明的電子儀器，其特征是包括以上所述任意一種構成的本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器。
依據(jù)有關構成的電子儀器，通過在使用半導體結合電容的電子電路等需要進行溫度補償?shù)碾娮与娐分校O置所述任意一種構成的本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，就可以讓具有所述電子電路的便攜式電子儀器、微波通信儀器等電子儀器具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。


圖1為表示有關本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器的實施方案1的剖面結構圖。
圖2為表示圖1所示薄膜電容器的俯視圖。
圖3為表示具有有關本發(fā)明的薄膜電容器的電路的一例的電路圖。
圖4為表示有關本發(fā)明的薄膜電容器的溫度系數(shù)和變?nèi)荻O管的溫度系數(shù)進行比較的圖。
圖5為表示變更本發(fā)明的薄膜電容器的第1電介質薄膜的膜厚時的溫度特性圖。
圖6為表示以用溫度對Clausius-Mosotti式進行微分后所獲得的式子為基礎的介電常數(shù)與電容溫度系數(shù)的關系的概略圖。
圖7為表示電介質薄膜的介電常數(shù)和線熱膨脹系數(shù)之間的關系圖。
圖8為表示有關本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器的其他實施方案的剖面結構的圖。
圖9為表示有關本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器的實施方案2的剖面結構的圖。
圖10為表示有關本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器的實施方案3的剖面結構的圖。
圖11為表示有關本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器的其他實施方案的剖面結構的圖。
圖12為表示在實施例4中制作的薄膜電容器的溫度與靜電電容之間的關系的圖。
圖13為表示在實施例5中制作的薄膜電容器的溫度與靜電電容之間的關系的圖。
圖14為表示在實施例6中制作的薄膜電容器的溫度與靜電電容之間的關系的圖。
符號說明下面簡要說明附圖符號。
1、1a、21、31、31a-薄膜電容器，2-基板，3-第1電極層(電極)，4-第2電介質薄膜，5-第1電介質薄膜，7-第2電極層(電極)，8-保護膜(隔離材料)。
實施方案1圖1為表示本發(fā)明實施方案1的溫度補償用薄膜電容器。該實施方案的薄膜電容器1通過在平面為矩形狀的基板2的一面上積層薄膜狀的第1電極層(下部電極)3、薄膜狀的第2電介質薄膜4、薄膜狀的第1電介質薄膜5、薄膜狀的第2電極層(上部電極)7所構成。
所述基板2，雖然并不需要特別限定其材質，只要具有為了讓電容器整體具有適當?shù)膭傂缘某浞值暮穸龋瑫r通過用成膜法在基板2上分別形成薄膜狀的第1電極層3、第2電介質薄膜4、第1電介質薄膜5、第2電極層7時能夠耐住成膜處理溫度即可。作為滿足以上條件的例，可以是在表面覆蓋硅的部件例如桂圓片、或者SiO2、Al2O3等。
所述第1電極層3和第2電極層7既可以是Cu、Ag、Au、Pt等單一金屬構成的單層構造，也可以是多種金屬構成的積層型。采用積層型時，可以是硅氧化物、Cr、Ni、鉻氧化物、鎳氧化物、Pt等所構成的層、或者是將2層以上的這些層積層后所構成。
所述第2電介質薄膜4優(yōu)選采用比后述的第1電介質薄膜5具有高耐壓的、具有高Q值的、低溫度變化率的材料。
更具體地說，第2電介質薄膜4優(yōu)選采用電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))的絕對值在50ppm/℃以下的材料，更優(yōu)選采用電容溫度系數(shù)的絕對值在50ppm/℃以下，介電常數(shù)在10以下，耐電場強度在5MV/cm以上，更最好在8MV/cm以上，無負載Q值在200以上，更最好在500以上(頻率在1GHz以上)，介電緩和時間在1秒以上的材料。作為第2電介質薄膜4的厚度，最好在1μm(1×10-6m)以下，更最好在500～5000(0.05～0.5μm)的范圍內(nèi)。這樣可以確保耐電壓、并且實現(xiàn)薄型化、高量產(chǎn)化。
而且，作為滿足這些條件的材料，例如可以采用SiNx層、SiOx層、非晶質SiOxNy層。該SiNx層、例如可以通過PECVD法等成膜法形成。而且，非晶質SiOxNy層，例如可以通過濺射法或者PECVD法等成膜法形成。
第2電介質薄膜4的膜厚應在50nm(500)～500nm(5000)的范圍內(nèi)。
所述第1電介質薄膜5在耐壓方面雖然可以比第2電介質薄膜4多少差一些，但優(yōu)選采用比第2電介質薄膜4具有高的溫度變化率。
作為第1電介質薄膜5，更具體地說，選用介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上的材料，優(yōu)選介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上，電容溫度系數(shù)為負的材料，更優(yōu)選介電常數(shù)在4以下，并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上，電容溫度系數(shù)為負，并且該電容溫度系數(shù)的絕對值在200ppm/℃以上的材料。
而且，作為第1電介質薄膜5，在介入第1和第2電極層3、7那樣的電極之間時，得Q值對于1GHz以上的頻率應在100以上，最好在300以上。
而且，第1電介質薄膜5的介電常數(shù)最好在1.5以上4.0以下，更最好在1.5以上2.5以下。
而且，作為所述第1電介質薄膜5的材質，例如可以是包含以氟類高分子材料為主要成分的、或者包含以從聚丙烯、聚醚酮醚、間規(guī)聚苯乙烯中選擇一種以上作為主要成分的材料。作為所述氟類高分子材料，可以采用聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚體、四氟乙烯-六氟丙烯共聚體等結晶質，全氟類的氟類聚合物、或者全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等非晶質，全氟類的氟類聚合物、聚氯三氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚體(ETFE)、氯三氟乙烯-乙烯共聚體(ECTFE)等氟類聚合物。采用這些氟類聚合物中的全氟烷基乙烯醚的環(huán)化體高分子是由于容易用旋轉噴涂法、噴涂法、浸漬法等涂敷法形成第1電介質薄膜以及在1GHz以上的頻率獲得100以上的Q值而且，作為所述第1電介質薄膜5的材質，也可以是包含以苯環(huán)丁烯系高分子材料或者萘環(huán)丁烯系高分子材料為主要成分的材料。作為苯環(huán)丁烯系高分子材料或者萘環(huán)丁烯系高分子材料，例如可以采用在分子內(nèi)具有苯環(huán)丁烯基或者萘環(huán)丁烯基和乙烯基的高分子材料，或者在分子內(nèi)具有苯環(huán)丁烯基或者萘環(huán)丁烯基、乙烯基和硅氧烷鍵的高分子材料。作為采用所述苯環(huán)丁烯系或者萘環(huán)丁烯系高分子材料形成電介質薄膜5的成膜方法，例如在形成了所述第1電極層3的基板2的表面(第1電極層3的表面)上用旋轉噴涂法、噴涂法、浸漬法等涂敷法涂敷在溶媒中溶解了以下所述化學式(1)所示的單體，然后，通過在熱板上進行硬化，將所述溶媒散發(fā)，讓所述單體重合，形成由苯環(huán)丁烯系高分子材料或者萘環(huán)丁烯系高分子膜構成的電介質薄膜5。
化學式1第1電介質薄膜5的膜厚應在50nm(500)～500nm(5000)的范圍內(nèi)。
在實施方案1的薄膜電容器中，作為第1電介質薄膜5，通過采用線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上的材料，可以控制電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))為負，而且，由于該第1電介質薄膜5的介電常數(shù)在4.0以下，不容易受到加工精度的影響，可以改善靜電電容的標準偏離的問題，使得溫度補償成為可能。
并且，這種電容溫度系數(shù)為負，其絕對值在200ppm/℃以上的第1電介質薄膜5是為了調整所述第2電介質薄膜4的電容溫度系數(shù)而設置。
而且，通過調整第1電介質薄膜5和第2電介質薄膜4的膜厚與組成比，可以調整作為電容器的Q值、耐電壓、電容溫度系數(shù)，即使使用環(huán)境的溫度差很大，也可以獲得優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。
而且，由于是將第1電介質薄膜5和第2電介質薄膜4積層后構成，與現(xiàn)有的片狀電介質瓷器組成物的積層結構不同，有利于薄形化、小型化，容易獲得厚度在5μm(5×10-6m)以下的物品。
而且，第1電介質薄膜5由所述那樣的苯環(huán)丁烯系或者萘環(huán)丁烯系高分子材料構成時，由于這些高分子材料不容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，不需要設置后述的實施方案3中所述的保護膜8。
以上表明，圖1所示構成的薄膜電容器1，可以適用于手機等便攜式電子儀器、微波通信儀器等有必要針對溫度進行補償?shù)碾娮觾x器電路中。例如，可以與壓控振蕩頻率元件、變?nèi)荻O管等組合使用。
此外，在所述實施方案中，雖然是對在第1和第2電極層3、7之間設置第1和第2電介質薄膜5、4的情況進行了說明，也可以如圖8所示，是在第1和第2電極層3、7之間只設置第1電介質薄膜5的薄膜電容器1a。在圖8中，符號2表示基板。
圖3為表示將有關本發(fā)明的薄膜電容器1構成的薄膜電容器C1組裝在實用電路中的構成例。在該電路中，與線圈L并聯(lián)連接電容器C0和變?nèi)荻O管Dc，在所述變?nèi)荻O管Dc并聯(lián)連接所述實施方案的薄膜電容器C1，薄膜電容器C1的上部電極7和下部電極3與輸入輸出端子11、12連接，在輸入輸出端子12與薄膜電容器C1的一方電極之間串聯(lián)一電阻R。
在圖3所示的電路中，由于變?nèi)荻O管Dc是通過電壓改變其電容值，該變?nèi)荻O管Dc的溫度系數(shù)具有正的給定值，該變?nèi)荻O管Dc的溫度系數(shù)由薄膜電容器C1抵消，可以提供溫度穩(wěn)定性優(yōu)異的振蕩電路。
圖4為表示其溫度系數(shù)分布。假定變?nèi)荻O管Dc的溫度系數(shù)在+200～+500ppm/℃的范圍內(nèi)，薄膜電容器C1的溫度系數(shù)在-200～-500ppm/℃的范圍內(nèi)，通過調整兩者的溫度系數(shù)，可以提高溫度的穩(wěn)定性。此外，依據(jù)所述現(xiàn)有專利的電容器中，不可能獲得在-200～-500ppm/℃的寬范圍內(nèi)的溫度系數(shù)調整。
這種薄膜電容器，適用于變?nèi)荻O管的溫度補償電路等，作為溫度補償用具有廣泛的適用性。
實施方案2圖9為表示本發(fā)明實施方案2的溫度補償用薄膜電容器的的剖面圖。該實施方案的薄膜電容器21與圖1和圖2所示的薄膜電容器1的不同之處在于，第1電介質薄膜5和第2電介質薄膜4的積層順序相反，即，第2電介質薄膜4在第1電介質薄膜5的上側積層。此外，和實施方案1相同的構成部分，采用相同的符號并省略其說明。
而且，作為第2電介質薄膜4的材質，和實施方案1采用的相同，從SiNx層、SiOx層、非晶質SiOxNy層等中選擇使用。
而且，作為第1電介質薄膜5的材質，和實施方案1采用的相同，雖然也可以從包含以氟類高分子材料為主要成分的材料、和包含以苯環(huán)丁烯系或者萘環(huán)丁烯系高分子材料為主要成分的材料等中選擇使用，但在本實施方案中，特別是當采用以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料時，可以獲得第2電介質薄膜4在第1電介質薄膜5的上側積層的效果。這是因為所述氟類高分子材料不容易被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕，如果所形成的第2電介質薄膜4覆蓋包含以氟類高分子材料為主要成分的第1電介質薄膜5，可以防止第1電介質薄膜5的腐蝕。
在實施方案2的薄膜電容器21中，通過采用所述構成，具有和實施方案1的薄膜電容器1相同的作用效果。而且，由于第2電介質薄膜4在第1電介質薄膜5的上側積層，當該第1電介質薄膜5采用以全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子等氟類高分子材料為主要成分的材料構成時，可以防止第1電介質薄膜5被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕。
實施方案3圖10為表示本發(fā)明實施方案3的溫度補償用薄膜電容器的的剖面圖。該實施方案的薄膜電容器31與圖1和圖2所示的薄膜電容器1的不同之處在于，在第2電介質薄膜4的上側積層的第1電介質薄膜5采用包含以氟類高分子材料為主要成分的材料，而且，在該第1電介質薄膜5的上側積層覆蓋第1電介質薄膜5的保護薄(隔離材料)8。
此外，和實施方案1相同的構成部分，采用相同的符號并省略其說明。
作為保護膜8的材料，采用對形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液具有優(yōu)異耐蝕性的材料，例如，可以從Si3N4等的SiNx、SiN2等的SiOx、非晶質SiOxNy、Ti等中選擇使用。
在實施方案3的薄膜電容器31中，通過采用所述構成，具有和實施方案1的薄膜電容器1相同的作用效果。而且，由于在包含以氟類高分子材料為主要成分的第1電介質薄膜5的上側積層覆蓋第1電介質薄膜5的保護薄8，可以防止第1電介質薄膜5被形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕。
此外，在所述實施方案中，雖然是對在第1和第2電極層3、7之間設置第1和第2電介質薄膜5、4、和保護膜8的情況進行了說明，也可以如圖11所示，是在第1和第2電極層3、7之間只設置第1電介質薄膜5和在其上側形成的保護膜8的薄膜電容器31a。并且，在圖11中，符號2表示基板。
實施例1將在由在鋁或者玻璃構成的基板上成膜的Cu所構成的上部和下部電極層之間成膜的電介質薄膜的材質變更為以下所述表1所示的材料時，對各種薄膜電容器(樣品No.1～12)Q值進行了調查。上部和下部電極層的厚度分別為膜厚1500nm(15000)。所述電介質薄膜的厚度為2000nm(20000)。而且，薄膜電容器的電容值由于被設定為一定的10pF，所以上部電極層的縱橫尺寸在50～1000μm的范圍內(nèi)變化。Q值的測定結果以及評價結果如表1所示。而且，各電介質薄膜的介電常數(shù)以及線熱膨脹系數(shù)和其評價結果如表1所示。
表1在表1中，PTFE表示聚四氟乙烯，PFA表示四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚體，F(xiàn)EP表示四氟乙烯-六氟丙烯共聚體，PCTFE表示聚氯三氟乙烯，ETFE表示四氟乙烯-乙烯共聚體，ECTFE表示氯三氟乙烯-乙烯共聚體，PP表示聚丙烯，PMMA表示聚甲基丙烯酸甲酯，PEI表示聚醚酰亞胺，PPS表示對聚苯硫，SPS表示間規(guī)聚苯乙烯，PEEK表示聚醚酮醚。
表1中的介電常數(shù)欄中○表示介電常數(shù)在4.0以下，×表示介電常數(shù)超過4.0，在線熱膨脹系數(shù)欄中○表示線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上，×表示線熱膨脹系數(shù)不到25ppm/℃。
表1的結果表明，樣品No.9～10的電介質薄膜，由于線熱膨脹系數(shù)不到25ppm/℃，要將電容溫度系數(shù)控制成負數(shù)是很困難的。
相反，對于樣品No.1～8、11、12的電介質薄膜，由于介電常數(shù)和線熱膨脹系數(shù)均滿足所要求的條件，電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))可以控制成負數(shù)，并且不容易受到加工精度的影響，也不會存在靜電電容的標準偏離的問題。而且，Q值雖然隨著頻率的增高有降低的趨勢，但樣品No.1～4、8、11、12的電容器在1GHz以上頻率區(qū)域Q值均在100以上，具有優(yōu)異的高頻特性。
實施例2
對以下制作的積層型薄膜電容器的電極層之間的第1和第2電介質薄膜中第1電介質薄膜的厚度在50nm～300nm((500?！?000)的范圍內(nèi)變化時的電容溫度系數(shù)、1GHz頻率的Q值以及耐電壓特性進行了調查。在此的電容溫度系數(shù)，是從圖5所示的當環(huán)境溫度從20℃升溫到120℃時的溫度(℃)與靜電電容(pF)之間的關系曲線的斜率計算求出，第1和第2電介質薄膜的膜厚和電容溫度系數(shù)的結果如表2所示。
在鋁或者玻璃構成的基板上Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的下部電極層通過濺射法在室溫下成膜形成。然后，在該下部電極層上用PECVD法，成膜形成由SiNx構成的膜厚為300nm(3000)的第2電介質薄膜。
然后，通過采用旋轉噴涂法將全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子溶解在作為溶媒的全氟三丁胺(TFPA)中之后的液體涂敷在該第2電介質薄膜的表面上，為散發(fā)所述溶媒，在熱板上依次分別進行①50℃2分鐘、②110℃2分鐘、③250℃10分鐘的3步硬化，獲得全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子膜。然后，在干蝕刻機中采用Ar等離子對由所述高分子構成的第1電介質薄膜進行20nm(200)蝕刻，然后，在其上進行光刻膠涂敷、預烤、曝光、顯影、后烤，形成抗蝕劑模樣，在采用SF6或者CF4等離子對所述第1和第2電介質薄膜進行連續(xù)干蝕刻后，剝離光刻膠。最后，在該第2電介質薄膜上采用濺射法在室溫下形成由Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的上部電極層，獲得積層型薄膜電容器。而且，薄膜電容器的電容值由于被設定為一定的10pF，所以上部電極層的縱橫尺寸在50～1000μm的范圍內(nèi)變化。這樣獲得的積層型薄膜電容器在1GHz的Q值為210～290的范圍內(nèi)，耐電壓在200V以上，該Q值和耐電壓值隨著第1電介質薄膜的厚度不同而呈現(xiàn)不同的值。
此外，此處的SiNx構成的第2電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為3ppm/℃，介電常數(shù)為7.0，當在電極層間只有第2電介質薄膜存在時(第1電介質薄膜的厚度為零時)，在1GHz的Q值為200。
而且，全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子所構成的第1電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為74ppm/℃，介電常數(shù)為2.1，當在電極層間只有第1電介質薄膜存在時(第2電介質薄膜的厚度為零時)，電容溫度系數(shù)為-677ppm/℃，在1GHz的Q值為300。
表2所述圖5和表2的結果表明，在電極層間設置了第2電介質薄膜(SiNx膜)和全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子所構成的第1電介質薄膜的薄膜電容器中，通過在50nm到300nm的范圍內(nèi)調整線熱膨脹系數(shù)為74ppm/℃、介電常數(shù)為2.1的第1電介質薄膜的厚度，可以調整第1和第2電介質薄膜的厚度比，這樣，可以在-240～-512ppm/℃的范圍內(nèi)調整電容溫度系數(shù)。對于該例的薄膜電容器，由于可以在-240～-512ppm/℃的范圍內(nèi)調整電容溫度系數(shù)，很適用于對變?nèi)荻O管等那樣的溫度系數(shù)為正的電子儀器進行溫度補償。而且，在電極層間只設置第2電介質薄膜的薄膜電容器在1GHz的Q值只有200，而在電極層間除SiNx構成的第2電介質薄膜之外還設置了全氟二乙烯醚的環(huán)化體高分子所構成的第1電介質薄膜的本例的薄膜電容器中，在1GHz的Q值可以在210以上。
實施例3對于改變在Cu構成的上部和下部電極層之間介入的電介質膜薄的介電常數(shù)時的薄膜電容器的加工誤差和容量(Cs)的標準偏離情況進行了考察。此處的薄膜電容器的目標片容量設定值設定為10pF。容量通過以下所述的式(4)進行計算。
Cs＝ε0×ε(s/d)(4)(式中，ε0＝8.854×10-14(Fcm-1)，S表示電極面積，d表示電極之間的距離，ε表示介電常數(shù)。)表3表示作為設置在所述薄膜電容器中的電介質薄膜采用介電常數(shù)為2.5的材料(ECTFE構成的材料)時的加工誤差和容量的標準偏離。在此，電極的長度L＝0.4mm，電極之間的距離d＝0.3mm。
表4表示作為設置在所述薄膜電容器中的電介質薄膜采用介電常數(shù)為4的材料(PPS構成的材料)時的加工誤差和容量的標準偏離。在此，電極的長度L＝0.3mm，電極之間的距離d＝0.3mm。在此所采用的PPS(對聚苯硫)，是其介電常數(shù)如表1所示在本發(fā)明的范圍內(nèi)、而線熱膨脹系數(shù)在本發(fā)明的范圍之外的材料，因此，在本實驗例中，PPS的介電常數(shù)的值只用于考察加工精度對容量標準偏離的影響。
表5表示作為設置在所述薄膜電容器中的電介質薄膜采用介電常數(shù)為1000的材料(BaTiO3系構成的材料)，表示采用電極之間的距離與介電常數(shù)為2.5和4的材料時相同的距離時的加工誤差和容量的標準偏離。并且，在此，電極的長度L＝0.02mm，電極之間的距離d＝0.3μm。
表6表示作為設置在所述薄膜電容器中的電介質薄膜采用介電常數(shù)為1000的材料(BaTiO3系構成的材料)，電極面積和介電常數(shù)為4的相同時的加工誤差和容量的標準偏離。在此，電極的長度L＝0.3mm，電極之間的距離d＝80μm。
表3表4表5表6所述表3～表6的結果表明，采用介電常數(shù)為2.5和4的電介質薄膜與采用電極之間距離相同而介電常數(shù)為1000的電介質薄膜的薄膜電容器，當加工誤差在1μm以上時，容量的標準偏離大大偏離其許可范圍(10pF的5％的范圍)。而且，采用介電常數(shù)為4的電介質薄膜與采用電極面積相同而介電常數(shù)為1000的電介質薄膜的薄膜電容器，只要加工誤差在5μm以下，容量的標準偏離在許可范圍(10pF的5％的范圍)內(nèi)，但電極之間的距離在80μm，對于薄形化是很困難的。
對此，采用介電常數(shù)為2.5和4的電介質薄膜的薄膜電容器，只要加工誤差在5μm以下，容量的標準偏離就在許可范圍(10pF的5％的范圍)內(nèi)。在采用介電常數(shù)為4的電介質薄膜的薄膜電容器中，當其電極面積與采用介電常數(shù)為1000的電介質薄膜的薄膜電容器相同時，其電極之間的距離約為其1/27。
因此，電介質薄膜的介電常數(shù)在4以下時，可以減少由于加工精度引起的容量的標準偏離，并且可以實現(xiàn)薄膜電容器的薄形化、小型化。
實施例4對于將以下制作的第1和第2電介質膜薄置入電極之間的積層型薄膜電容器的電極層之間的電容溫度系數(shù)、在1GHz的Q值以及耐電壓性進行了考察。在此的電容溫度系數(shù)分別從圖12所示的當環(huán)境溫度從20℃上升到100℃時的溫度(℃)和靜電電容(pF)之間的關系曲線的斜率中求出。
在鋁或者玻璃構成的基板上Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的下部電極層通過濺射法在室溫下成膜形成。然后，在該下部電極層上用PECVD法成膜形成由SiNx構成的膜厚為150nm(1500)的第2電介質薄膜。
然后，通過采用旋轉噴涂法將包含以下所述結構式(II)所示結構的二乙烯基硅氧烷-二-苯并環(huán)丁烷的溶液(溶媒為1，3，5-三甲苯)涂敷在該第2電介質薄膜的表面上，為散發(fā)所述溶媒，在熱板上依次分別進行①50℃2分鐘、②110℃2分鐘、③250℃10分鐘的3步硬化，獲得膜厚為150nm(1500)的苯并環(huán)丁烯類高分子膜。
化學式2然后，在所述高分子構成的第1電介質薄膜表面上進行光刻膠涂敷、預烤、曝光、顯影、后烤，形成抗蝕劑模樣，在采用SF6或者CF4等離子對所述第1和第2電介質薄膜進行連續(xù)干蝕刻后，剝離光刻膠。最后，在該第2電介質薄膜上采用濺射法在室溫下形成由Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的上部電極層，獲得積層型薄膜電容器。這樣獲得的積層型薄膜電容器在1GHz的Q值為100，耐電壓在150V以上，電容溫度系數(shù)為-261ppm/℃。
此外，此處的SiNx構成的第2電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為3ppm/℃，介電常數(shù)為7.0，當在電極層間只有第2電介質薄膜存在時(第1電介質薄膜的厚度為零時)，在1GHz的Q值為200。而且，苯并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為52ppm/℃，介電常數(shù)為2.7，當在電極層間只有第1電介質薄膜存在時(第2電介質薄膜的厚度為零時)，電容溫度系數(shù)為-380ppm/℃，在1GHz的Q值為250。
所述結果表明，在電極層間設置了第2電介質薄膜(SiNx膜)和苯并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜(高分子膜)的薄膜電容器中，電容溫度系數(shù)為-261ppm/℃。對于該例的薄膜電容器，由于電容溫度系數(shù)為負，很適用于對變?nèi)荻O管等那樣的溫度系數(shù)為正的電子儀器進行溫度補償。
而且，在電極層間除SiNx構成的第2電介質薄膜之外設置苯并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜的本例的薄膜電容器中，在1GHz的Q值可以在100以上。
實施例5對于將以下制作的第1和第2電介質膜薄置入電極之間的積層型薄膜電容器的電極層之間的電容溫度系數(shù)、在1GHz的Q值以及耐電壓性進行了考察。在此的電容溫度系數(shù)分別從圖13所示的當環(huán)境溫度從20℃上升到100℃時的溫度(℃)和靜電電容(pF)之間的關系曲線的斜率中求出。
在鋁或者玻璃構成的基板上Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的下部電極層通過濺射法在室溫下成膜形成。然后，在該下部電極層上用PECVD法成膜形成由SiNx構成的膜厚為150nm(1500)的第2電介質薄膜。
然后，通過采用旋轉噴涂法將包含以下所述結構式(3)所示結構的二乙烯基乙基-二-苯并環(huán)丁烷的溶液(溶媒為1，3，5-三甲苯)涂敷在該第2電介質薄膜的表面上，為散發(fā)所述溶媒，在熱板上依次分別進行①50℃2分鐘、②110℃2分鐘、③250℃10分鐘的3步硬化，獲得膜厚為150nm(1500)的萘并環(huán)丁烯類高分子膜化學式3然后，在所述高分子構成的第1電介質薄膜表面上進行光刻膠涂敷、預烤、曝光、顯影、后烤，形成抗蝕劑模樣，在采用SF6或者CF4等離子對所述第1和第2電介質薄膜進行連續(xù)干蝕刻后，剝離光刻膠。最后，在該第2電介質薄膜上采用濺射法在室溫下形成由Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的上部電極層，獲得積層型薄膜電容器。這樣獲得的積層型薄膜電容器在1GHz的Q值為100，耐電壓在150V以上，電容溫度系數(shù)為-238ppm/℃。
此外，此處的SiNx構成的第2電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為3ppm/℃，介電常數(shù)為7.0，當在電極層間只有第2電介質薄膜存在時(第1電介質薄膜的厚度為零時)，在1GHz的Q值為200。而且，萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為50ppm/℃，介電常數(shù)為2.75，當在電極層間只有第1電介質薄膜存在時(第2電介質薄膜的厚度為零時)，電容溫度系數(shù)為-370ppm/℃，在1GHz的Q值為240。
所述結果表明，在電極層間設置了第2電介質薄膜(SiNx膜)和萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜(高分子膜)的薄膜電容器中，電容溫度系數(shù)為-238ppm/℃。對于該例的薄膜電容器，由于電容溫度系數(shù)為負，很適用于對變?nèi)荻O管等那樣的溫度系數(shù)為正的電子儀器進行溫度補償。
而且，在電極層間除SiNx構成的第2電介質薄膜之外設置萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜的本例的薄膜電容器中，在1GHz的Q值可以在100以上。
實施例6對于將以下制作的第1和第2電介質膜薄置入電極之間的積層型薄膜電容器的電極層之間的電容溫度系數(shù)、在1GHz的Q值以及耐電壓性進行了考察。在此的電容溫度系數(shù)分別從圖14所示的當環(huán)境溫度從20℃上升到100℃時的溫度(℃)和靜電電容(pF)之間的關系曲線的斜率中求出。
在鋁或者玻璃構成的基板上Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的下部電極層通過濺射法在室溫下成膜形成。然后，在該下部電極層上用PECVD法成膜形成由SiNx構成的膜厚為150nm(1500)的第2電介質薄膜。
然后，通過采用旋轉噴涂法將包含以下所述的結構式(4)所示結構的二乙烯基硅氧烷-二-萘并環(huán)丁烷的溶液(溶媒為1，3，5-三甲苯)涂敷在該第2電介質薄膜的表面上，為散發(fā)所述溶媒，在熱板上依次分別進行①50℃2分鐘、②110℃2分鐘、③250℃10分鐘的3步硬化，獲得膜厚為150nm(1500)的萘并環(huán)丁烯類高分子膜。
化學式4然后，在所述高分子構成的第1電介質薄膜表面上進行光刻膠涂敷、預烤、曝光、顯影、后烤，形成抗蝕劑模樣，在采用SF6或者CF4等離子對所述第1和第2電介質薄膜進行連續(xù)干蝕刻后，剝離光刻膠。最后，在該第2電介質薄膜上采用濺射法在室溫下形成由Cu構成的膜厚為1500nm(15000)的上部電極層，獲得積層型薄膜電容器。這樣獲得的積層型薄膜電容器在1GHz的Q值為100，耐電壓在150V以上，電容溫度系數(shù)為-243ppm/℃。
并且，此處的SiNx構成的第2電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為3ppm/℃，介電常數(shù)為7.0，當在電極層間只有第2電介質薄膜存在時(第1電介質薄膜的厚度為零時)，在1GHz的Q值為200。而且，萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜，其線熱膨脹系數(shù)為50ppm/℃，介電常數(shù)為2.8，當在電極層間只有第1電介質薄膜存在時(第2電介質薄膜的厚度為零時)，電容溫度系數(shù)為-373ppm/℃，在1GHz的Q值為230。
所述結果表明，在電極層間設置了第2電介質薄膜(SiNx膜)和萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜(高分子膜)的薄膜電容器中，電容溫度系數(shù)為-243ppm/℃。對于該例的薄膜電容器，由于電容溫度系數(shù)為負，很適用于對變?nèi)荻O管等那樣的溫度系數(shù)為正的電子儀器進行溫度補償。
而且，在電極層間除SiNx構成的第2電介質薄膜之外設置萘并環(huán)丁烯類高分子所構成的第1電介質薄膜的本例的薄膜電容器中，在1GHz的Q值可以在100以上。
依據(jù)以上說明的本發(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，通過在一對電極之間置入介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜，就可以讓電容溫度系數(shù)(靜電電容的溫度系數(shù))為負，而且，不容易受到加工精度的影響，可以改善靜電電容的標準偏離問題，并且可以實現(xiàn)小型化、薄型化、輕量化，可以用于溫度補償。
在本發(fā)明中，頻率在1GHz以上的Q值在100以上，可以減少在1GHz以上的高頻區(qū)域的介電損耗，獲得適用于頻率在1GHz以上的高頻電路的薄膜電容器。
而且，所述電介質薄膜，由于包含以氟類高分子為主要成分的材料，可以獲得介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜，并且，由于用于電介質薄膜中的氟類高分子材料，使得讓該電介質薄膜置入電極之間的薄膜電容器的頻率在1GHz以上的Q值在100以上成為可能。
而且，所述電介質薄膜，如果包含以苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料，可以獲得介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜，并且，由于用于電介質薄膜中的苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料，使得讓該電介質薄膜置入電極之間的薄膜電容器的頻率在1GHz以上的Q值在100以上成為可能。
這樣，由所述苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料構成所述電介質薄膜時，這些高分子材料不容易被在形成電極時所采用的抗蝕顯影液或者抗蝕剝離液所腐蝕。
而且，依據(jù)本發(fā)明的電子儀器，通過在需要進行溫度補償?shù)碾娮与娐分胁捎帽景l(fā)明的溫度補償用薄膜電容器，就可以讓具有所述電子電路的便攜式電子儀器、微波用通信儀器等電子儀器獲得優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。式1(k-1)(k+2)=αm/3ϵ0V---(1)]]>式21k∂k∂T=(k-1)(k+2)k(A+B+C)+Ktanδ---(2)]]>式3A=-13V(∂V∂T)P<0]]>式4B=13αm(∂αm∂V)T(∂V∂T)P>0]]>式5C=13αm(∂αm∂V)V<0]]>化學式1X1-CH＝CH-Y1-CH＝CH-X1(I)[式中，X1表示 或者表示 Y1表示單結合或者表示-CH2-CH2-或者表示-Si(R)2-O-Si(R)2-。(Y1中的R表示丙烯酸基)]表1樣品編號 電介質薄膜的材質介電常數(shù) 線熱膨脹系數(shù) Q值(ppm/℃)1PTFE 2.1 ○ 100 ○5000(at10GHz)2 全氟二乙烯醚的 2.1 ○ 74 ○1429(at10GHz)環(huán)化體高分子3 PFA2.1 ○ 120 ○3333(at1GHz)4 FEP2.1 ○ 83 ○2000(at1GHz)5 PCTFE 2.3～2.5○ 70 ○100(at1MHz)6 ETFE 2.6 ○ 90 ○200(at1MHz)7 ECTFE 2.5 ○ 80 ○111(at1MHz)8 PP 2.17 ○ 80 ○5000(at10GHz)9 PEI3.1 ○ 23 × 159(at10GHz)10 PPS4.0 ○ 20 × 1000(at1MHz)11 SPS2.9 ○ 25 ○213(at10GHz)12 PEEK 3.1 ○ 48 ○455(at10GHz)表2第1電介質薄膜 第2電介質薄膜 電容溫度系數(shù)的膜厚 的膜厚(nm) (nm) (ppm/℃)50300 -240100 300 -360200 300 -462300 300 -51表3L＝0.4mm、d＝0.3μm加工誤差Cs S d 偏差(μm) (pF) (cm2) (cm) (±％)0 11.811.60×10-33.00×10-551 11.861.61×10-33.00×10-50.52 11.921.62×10-33.00×10-51.03 11.981.62×10-33.00×10-51.54 12.041.63×10-33.00×10-52.05 12.101.64×10-33.00×10-52.510 12.401.68×10-33.00×10-55.表4L＝0.3mm、d＝0.3μm加工誤差 Cs S d 偏差(μm) (pF) (cm2) (cm) (±％)0 10.629.00×10-43.00×10-501 10.709.06×10-43.00×10-50.62 10.779.12×10-43.00×10-51.23 10.849.18×10-43.00×10-51.84 10.919.24×10-43.00×10-52.45 10.989.30×10-43.00×10-53.010 11.349.61×10-43.00×10-56.表5L＝0.02mm、d＝0.3μm加工誤差Cs Sd偏差(μm)(pF) (cm2)(cm) (±％)0 11.81 4.00×10-63.00×10-501 13.02 4.41×10-63.00×10-510.32 14.28 4.84×10-63.00×10-521.03 15.61 5.29×10-63.00×10-532.34 17.00 5.76×10-63.00×10-544.05 18.45 6.25×10-63.00×10-556.31026.58 9.00×10-63.00×10-5125.0表6L＝0.3mm、d＝80μm加工誤差 Cs S d 偏差(μm) (pF)(cm2) (cm)(±％)0 9.96 9.00×10-48.00×10-301 10.039.06×10-48.00×10-30.62 10.099.12×10-48.00×10-31.13 10.169.18×10-48.00×10-31.74 10.239.24×10-48.00×10-32.35 10.309.30×10-48.00×10-32.81010.649.61×10-48.00×10-35.化學式2
化學式3
化學式4

權利要求
1.一種溫度補償用薄膜電容器，其特征是將介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在25ppm/℃以上的電介質薄膜置入一對電極之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是頻率在1GHz以上的Q值為100以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是電容溫度系數(shù)為負。
4.根據(jù)權利要求3所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述電容溫度系數(shù)的絕對值在200ppm/℃以上。
5.根據(jù)權利要求1所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述電介質薄膜包含以氟類高分子材料為主要成分的材料。
6.根據(jù)權利要求5所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是在所述電介質薄膜的上側，積層有覆蓋該電介質薄膜的保護薄。
7.根據(jù)權利要求1所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述電介質薄膜包含以苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料。
8.根據(jù)權利要求7所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述高分子材料在分子內(nèi)具有苯并環(huán)丁烯基或萘并環(huán)丁烯基；乙烯基。
9.根據(jù)權利要求7所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述高分子材料在分子內(nèi)具有苯并環(huán)丁烯基或萘并環(huán)丁烯基；乙烯基；硅氧烷鍵。
10.一種溫度補償用薄膜電容器，其特征是將介電常數(shù)在4.0以下，并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上的第1電介質薄膜和電容溫度系數(shù)的絕對值在50ppm/℃以下的第2電介質薄膜置入一對電極之間。
11.根據(jù)權利要求10所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述第1電介質薄膜包含以氟類高分子材料為主要成分的材料。
12.根據(jù)權利要求11所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述第2電介質薄膜積層在所述第1電介質薄膜的上側。
13.根據(jù)權利要求11所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述第1電介質薄膜積層在所述第2電介質薄膜的上側，并且在所述第1電介質薄膜的上側，積層有覆蓋該所述第1電介質薄膜的保護膜。
14.根據(jù)權利要求10所述的溫度補償用薄膜電容器，其特征是所述第1電介質薄膜包含以苯并環(huán)丁烯類或者萘并環(huán)丁烯類高分子材料為主要成分的材料。
15.一種電子儀器，其特征是包括權利要求1所述的溫度補償用薄膜電容器。
16.一種電子儀器，其特征是包括權利要求10所述的溫度補償用薄膜電容器。
全文摘要
一種溫度補償用薄膜電容器,其特征是:將介電常數(shù)在4.0以下,并且線熱膨脹系數(shù)在50ppm/℃以上的第1電介質薄膜5和電容溫度系數(shù)的絕對值在50ppm/℃以下的第2電介質薄膜4置入一對電極之間。能改善由于加工精度所引起的靜電電容的標準偏離問題,容易實現(xiàn)小型化、薄型化、輕量化,能進行溫度補償。
文檔編號H01G4/18GK1360323SQ0114490
公開日2002年7月24日 申請日期2001年12月21日 優(yōu)先權日2000年12月21日
發(fā)明者青木政博, 佐佐木真, 北川均, 福井洋文 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社