具有高集成密度的薄膜电容器制造技术

本发明专利技术涉及用于薄膜电容器的双层电介质层，其特征在于，a)下面的第一层(4)包括含磷氧化合物的自组装单层，以及上面的第二层(5)包括含胍化合物的平面化层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有高集成密度的薄膜电容器 本专利技术涉及用于薄膜电容器的双层电介质层（或称为双层介电层），其特征在于， a)下面的第一层包括含磷氧化合物（Phosphoroxo-Verbindung)的自组装单层，以及上面 的第二层包括含胍化合物的平面化层。 现有技术 如今，印刷电路板不仅仅服务于电子元件的裸布线（bio β en Verdrahtung)和机 械固定。由于出于成本和空间的原因需要提供集成密度越来越高的电路，因而在现代化的 设计中实施"3维组装"(3D-B estUCkung)，其中无源构件如电阻器和电容器被集成进印刷电 路板。这也考虑到以下事实，随着在日用产品如电脑主板或移动电话印刷电路板中的时钟 频率的上升，越来越宽的用于各构件之间可靠的通信（信噪比）的数据总线有了用处，这就 需要增加的电容谷（kapazitive Senken)。尽管电容器和电阻器之间的比例以前在1:1的 水平，但是现在由于需求的变化该比例增加到了 3:1。另外，"3维组装"特别适合于直流或 低频应用中具有集成的高容量电容器的电路板，其中集成的电容器用作辅助电容器或用于 电压平滑（Spaiinuiigsg 丨 Iittung)。 因此，电容器的直接集成会是有利的，因为： -通过并行处理可同时制造数千个电容器， -经集成的电容器是极其坚固和可靠的， -不仅可使用标准印刷电路板还可使用预浸料坯， -相比于衬底材料的粗糙度，电容器的高度可小到忽略不计，以及 -可实现非常高的集成密度（容量/面积）。 特别强调的是，具有自组装单层和平面化层的薄膜电容器的双层结构可导致更 高的电容器容量。因此，例如DE 1020 09037691 Al描述了一种可能的薄膜电容器的技 术设计，其包括用于自组装单层的保护层，所述保护层包括具有高介电常数的氧化物纳 米颗粒。所述氧化物纳米颗粒具有小于50nm的平均粒径并且具有使其稳定而不团聚 (Agglomeration)和聚集（Aggregation)的保护壳。此外，还公开了基于有机电子设备的构 件，其被集成进印刷电路板、预浸料坯或电路板，其中所述电路板、印刷电路板或预浸料坯 用作衬底。 DE 1020 10063718 Al描述了另一种可能性，其中公开了一种用于电子元件的电 介质层，所述电子元件在印刷电路板衬底上具有有机电介质，并且其中所述电介质层具有 离子液体。通过这种结构提供了例如电容性元件的电子元件，其被布置在印刷电路板衬底、 预浸料坯或印刷电路板上。 令人惊奇的是，专利技术人现已发现具有含胍化合物的平面化层的双层薄膜电容器相 比于现有技术具有明显改善的特性。在此，所述胍化合物通常属于离子液体（IL)的类别。 所述液体特别适用于平面化层的结构。特别地，所述胍化合物因其改善的性能而相对于IL 的其它成员更出色。 在此，根据本专利技术使用胍化合物类作为平面化层是通过具体的要求规定的测试 (Abtesten)来获得的，这导致特别适合在薄膜电容器中使用的化合物。在此特别要注意 的是，在制造本专利技术的双层薄膜电容器的过程中用于平面化层的化合物的选择要考虑到以 下： a)相态 所述化合物在应用温度范围内应是液态的并且在操作温度下具有尽可能低的粘 度。这使得电荷载流子的更高的迀移率成为可能并由此导致更快的响应。此外，产生了更宽 的处理窗口。一般经由胍化合物的取代基的选择形成用于适配IL的相态的有效手段。因 此，例如，空间扩张的（raumgreifend)有机侧基（Seitengruppen)与阳离子的连接通常导 致了更低的IL熔点。 b)残留水分 所述胍化合物应是非吸湿性的化合物。此外，所述胍化合物的残留水分在加工过 程中应保存尽可能的低并且最好能忽略不计。这可以例如通过预干燥胍化合物或通过在加 工过程中使用保护气体来确保。低的残留水分防止了水敏性金属的腐蚀并且扩大了化合物 的电化学窗口。特别地，因高的施加电压而造成的在经集成的构件上的水的分解可由氧气 和氢气的析出而导致材料的损坏。 c)电化学稳定性 所述胍化合物应具有高的电化学稳定性并由此伴有宽的电化学窗口。从而减少了 构件中不受期望的副反应的可能性和平面化层的分解。较少的不受期望的副产物被积聚， 而这提高了薄膜电容器的寿命。 d)化学稳定性 所述胍化合物应是化学惰性的。除了由电化学过程而造成的电解质的损失，还应 排除所述胍化合物因与薄膜电容器的其它成分的反应而造成的损失。这避免了薄膜电容器 的过短的寿命和电容损失。 考虑到以上几点，从而得到明确的化合物类，其特别适合作为平面化层用于制造 薄膜电容器。特别地，所述胍化合物在此以卓越的电化学稳定性而出众（Trans. Nonferrous Met. Soc. China 19 (2009) )〇 因此，本专利技术所要解决的技术问题是提供用于构造双层薄膜电容器的平面化层的 特定的化合物类，其有助于电容器的电容的提高、寿命的延长以及低成本的制造。 上述技术问题通过权利要求1的特征得以解决。本专利技术具体的实施方式示于从属 权利要求中。 根据本专利技术的用于薄膜电容器的双层电介质层的特征在于，a)下面的第一层包括 含磷氧化合物的自组装单层，以及b)上面的第二层包括含胍化合物的平面化层。 通过本专利技术的双层电介质层的设计使薄膜电容器获得了比现有技术更高的电 容，所述双层电介质层具有下面的含磷氧化合物的自组装单层（SAM〃self assembled monolayer")，以及上面的含胍化合物的平面化层。正是通过选择平面化层的材料获得 了非常稳定且持久的电容器，该电容器实现了高达约lyF/mm 2的集成密度。所述集成密 度显著高于现有技术所描述的集成密度。不拘泥于理论，薄膜电容器的持久性可特别由 于本专利技术所使用的胍化合物的化学和电化学稳定性以及由于SAM的良好的漏电流特性 (Leckstromverhalten)而得到。正是胍化合物的物质类别结合磷氧-SAM导致了极其有利 的、带有非常高的总层介电常数的介电特性，这既为薄膜电容器的高的容量又为其持久性 奠定了基础。这是令人意想不到的，因为胍化合物也可具有部分的导电性。 在此，术语自组装单层（SAM)表示仅由一个分子层组成的层，其借助于锚固集团 附着在衬底上。通过与衬底的相互作用力以及分子间的相互作用力，各个层分子对齐并形 成有序的电介质层，这必要时还具有单个分子的大致平行的取向。在此，主要是单层化合物 的选择决定了薄膜电容器的漏电流特性和可靠性。特别是磷氧化合物对印刷电路板的常规 衬底（例如铜）显示出异常好的取向。 在此，本专利技术的范围内的磷氧化合物是具有至少一个有机基团的有机磷酸衍生物 或膦酸衍生物，所述有机基团在磷酸化合物的情况下经由氧连接而在膦酸化合物的情况下 经由磷连接，并且选自直链的、具有支链的或环状的C5-C25烷基、芳基、杂烷基、杂芳基。 根据本专利技术，所述平面化层包括胍化合物并且被布置在SAM上。该平面化层在所 述位置处满足两个功能。一方面，所述平面化层改善了薄膜电容器的介电性能，以及另一方 面，该第二层导致了衬底的表面粗糙度的降低。由于这些原因，通过这种构造获得了不怎么 粗糙的表面结构，在其上更易于沉积另外的金属电极。在此，表面粗糙度主要由衬底的粗糙 度来确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于薄膜电容器的双层电介质层，其特征在于，a)下面的第一层(4)包括含磷氧化合物的自组装单层，以及b)上面的第二层(5)包括含胍化合物的平面化层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D哈特曼，A卡尼茨，W坎特莱纳，G马斯，G施密德，D塔罗塔，M阿克希波瓦，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE