一种包含串联结构电介质的高电容密度的电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高电容密度的电容器及其制备方法，本发明专利技术的电容器包括由正介电材料和负介电材料串联组成的串联结构的电介质，所述正介电材料为介电常数为正值的材料，所述负介电材料为介电常数为负值的材料。本发明专利技术的电容器的制备方法可以是分别制备一面负载有正介电材料前驱体薄膜的电极和一面负载有负介电材料前驱体薄膜的电极，复合并固化得到电容器；还可以先制备一面负载有正(或负)介电材料前驱体薄膜的电极，然后负载负(或正)介电材料前驱体薄膜，再与另一个电极复合，固化，得到电容器。本发明专利技术的电介质厚度薄，在2μm～100μm，降低了生产工艺要求和生产成本，且电容密度高，在1.5nF/cm2～50nF/cm2。

【技术实现步骤摘要】
一种包含串联结构电介质的高电容密度的电容器及其制备方法
本专利技术属于电容器
，涉及一种高电容密度的电容器及其制备方法，尤其涉及一种包含串联结构电介质的高电容密度的电容器及其制备方法。
技术介绍
随着电子信息技术的进步，印制电路板向着多功能、小型化发展，要求越来越多的电子元器件埋入到基板当中，既可以节省空间，提高生产效率，同时还能够提高产品性能。特别是，复合电介质材料随着科技的发展在基板当中的用量越来越大，要求越来越高。目前用于制备电容的电介质材料主要是由正介电材料构成。由于对电容材料的柔性要求较高，所以使用具有较高介电常数的陶瓷材料不宜用于电容材料的制备。聚合物材料具有很好的柔韧性，但是其介电常数一般低于5。使用具有高介电常数的陶瓷材料与聚合物材料进行复合可以得到介电常数相对较高的复合材料。此类复合材料的介电常数一般低于30，要获得较高的电容密度，只能通过降低电容材料中电介质的厚度来获得。但是，厚度的降低对制备工艺要求很高，生产成本高，缺陷多，良品率低。因此，迫切需要一种新的方法既能够提高电容材料的电容密度，又能够降低生产工艺要求，提高材料的良品率，降低产品的生产成本。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种具有高电容密度的电容器及其制备方法。本专利技术可以在很宽的电介质厚度范围2μm～100μm内使电容器具有很高的电容密度，而且，降低了生产工艺要求，提高了产品的良品率，降低了生产成本，具有广阔的应用前景。本专利技术所述“具有高电容密度的电容器”指：电容器的电容密度在1.5nF/cm2～50nF/cm2，例如为1.5nF/cm2、3nF/cm2、5nF/cm2、10nF/cm2、12nF/cm2、15nF/cm2、17.5nF/cm2、20nF/cm2、22nF/cm2、24nF/cm2、27nF/cm2、30nF/cm2、32.5nF/cm2、35nF/cm2、36nF/cm2、38nF/cm2、40nF/cm2、41.5nF/cm2、43nF/cm2、45nF/cm2、48nF/cm2或50nF/cm2等。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种具有高电容密度的电容器，所述电容器包括由正介电材料和负介电材料串联组成的电介质，其中，所述正介电材料指介电常数为正值的材料，所述负介电材料指介电常数为负值的材料。优选地，所述正介电材料的介电常数大于5，例如为8、20、30、40、50、65、80、100、125、150、180、200、220、245、255、270、280、290或300等。优选地，所述负介电材料的介电常数小于-5，例如为-6、-10、-20、-30、-40、-50、-65、-75、-90、-110、-120、-140、-160、-180、-200、-220、-235、-270、-300、-400、-450、-500、-600、-700、-1000、-1200、-1500、-1800、-2000、-2500、-2750、-3000、-3500、-3800、-4000、-4500、-5000、-6000、-6500、-7000、-10000、-20000、-30000、-45000或-100000等。优选地，记所述正介电材料的介电常数为M，所述负介电材料的介电常数为N，则要求︱M︱≤︱N︱，例如M＝6，N＝-15；M＝10，N＝-35；M＝6，N＝-40；M＝20，N＝-70；M＝25，N＝-85；M＝30，N＝-100；M＝50，N＝-110；M＝65，N＝-135或M＝75，N＝-150等。若︱M︱≥︱N︱，串联结构的电介质易出现介电常数为负值的情况，不适用于电容器的使用。优选地，所述正介电材料的厚度为1μm～50μm，例如为2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、20μm、22.5μm、25μm、27μm、30μm、35μm、40μm、42μm、45μm或50μm等，优选为8μm～30μm。优选地，所述负介电材料的厚度为1μm～50μm，例如为2μm、4μm、10μm、13μm、16μm、20μm、25μm、27.5μm、30μm、32.5μm、35μm、40μm、43μm、46μm或50μm等，优选为8μm～30μm。优选地，由正介电材料和负介电材料串联而组成的电介质的厚度优选在2μm～50μm。本专利技术中，对正介电材料和负介电材料的厚度优选的原因有两方面，一是考虑成本，介电材料越薄，对材料的加工工艺要求越高，生产成本越高；二是考虑使用性和轻薄化，当串联结构的电介质的厚度大于50μm时，其将失去柔韧性，在使用过程中容易出现开裂现象，也不利于产品的轻薄化。优选地，所述正介电材料的厚度大于所述负介电材料的厚度，例如正介电材料的厚度为5μm，负介电材料的厚度为2μm；正介电材料的厚度为10μm，负介电材料的厚度为5μm；正介电材料的厚度为20μm，负介电材料的厚度为5μm；正介电材料的厚度为20μm，负介电材料的厚度为8μm；正介电材料的厚度为25μm，负介电材料的厚度为12.5μm；正介电材料的厚度为35μm，负介电材料的厚度为18μm；正介电材料的厚度为40μm，负介电材料的厚度为25μm等。若正介电材料的厚度小于负介电材料的厚度，串联得到的电介质易出现介电常数为负值的情况，不适用于电容器的使用。优选地，所述正介电材料为介电常数为正值的聚合物基复合材料。优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中的聚合物为热固性高分子化合物，优选为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂或聚酯树脂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述负介电材料为介电常数为负值的聚合物基复合材料。优选地，所述介电常数为负值的聚合物基复合材料中的聚合物为热固性高分子化合物，优选为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂或聚酯树脂中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术中，所述环氧树脂包括双酚A环氧树脂，例如亨斯迈生产的GY2600，GY6010，GY6020，MY790-1，LY1556和GY507等；双酚F环氧树脂，例如亨斯迈生产的GY281，GY282，GY285，PY306，PY302-2和PY313等；酚醛环氧树脂，例如南亚树脂生产的NPPN-638S，和NPPN-631等；邻甲酚醛环氧树脂，例如南亚树脂生产的NPCN-701，NPCN-702，NPCN-703，NPCN-704，NPCN-704L和NPCN-704K80等；脂环族环氧树脂，例如美国Emerald旗下CVC特种化学品公司生产的EPALLOY5200，亨斯迈生产的CY179，CY184，CY192，CY5622和CY9729等；联苯环氧树脂，例如日本三井化学生产的YX4000，YX4000K，YX4000H，YX4000HK，YL6121H和YL6121HN等；溴化环氧树脂，例如岳阳巴陵石化生产的CYDB-500，CYDB-700，CYDB-900，CYDB-400和CYDB-450A80等。优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，包含由陶瓷填料或导电填料中的任意一种或两种的组合构成的填料添加物。优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，所述陶瓷填料选自钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、锆钛酸钡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高电容密度的电容器，其特征在于，所述电容器包括由正介电材料和负介电材料串联组成的电介质，其中，所述正介电材料为介电常数为正值的材料，所述负介电材料为介电常数为负值的材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有高电容密度的电容器，其特征在于，所述电容器包括由正介电材料和负介电材料串联组成的电介质，其中，所述正介电材料为介电常数为正值的材料，所述负介电材料为介电常数为负值的材料。2.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述正介电材料的介电常数大于5；优选地，所述负介电材料的介电常数小于-5；优选地，记所述正介电材料的介电常数为M，所述负介电材料的介电常数为N，则︱M︱≤︱N︱；优选地，所述正介电材料的厚度为1μm～50μm，优选为8μm～30μm；优选地，所述负介电材料的厚度为1μm～50μm，优选为8μm～30μm；优选地，由正介电材料和负介电材料串联而组成的电介质的厚度优选在2μm～50μm；优选地，所述正介电材料的厚度大于所述负介电材料的厚度。3.根据权利要求1或2所述的电容器，其特征在于，所述正介电材料为介电常数为正值的聚合物基复合材料；优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中的聚合物为热固性高分子化合物，优选为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂或聚酯树脂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述负介电材料为介电常数为负值的聚合物基复合材料；优选地，所述介电常数为负值的聚合物基复合材料中的聚合物为热固性高分子化合物，优选为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂或聚酯树脂中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求3所述的电容器，其特征在于，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，包含由陶瓷填料或导电填料中的任意一种或两种构成的填料添加物；优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，所述陶瓷填料包括钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、锆钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、铌镁酸铅或钛酸铜钙中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，所述导电填料为导电碳材料和/或导电金属材料，所述导电碳材料优选包括碳纳米管、石墨烯、石墨、炭黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；所述导电金属材料优选包括金、银、铜、铁、镍、铝、锌或铂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述介电常数为正值的聚合物基复合材料的总质量为100wt％计，所述填料添加物的质量百分比为0.5wt％～85wt％，优选为20wt％～80wt％；优选地，所述介电常数为正值的聚合物基复合材料中，所述填料添加物在至少一个维度的尺寸为10nm～5μm，优选在至少一个维度的尺寸为100nm～1μm，进一步优选在三个维度的尺寸为100nm～0.5μm。5.根据权利要求3所述的电容器，其特征在于，所述介电常数为负值的聚合物基复合材料中包含导电填料；优选地，所述介电常数为负值的聚合物基复合材料中，所述导电填料为导电碳材料和/或导电金属材料，所述导电碳材料优选包括碳纳米管、石墨烯、石墨、炭黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；所述导电金属材料优选包括金、银、铜、铁、镍、铝、锌或铂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述介电常数为负值的聚合物基复合材料的总质量为100wt％计，所述导电填料的质量百分比为0.5wt％～40wt％，优选为5wt％～20wt％；优选地，所述介电常数为负值的聚合物基复合材料中，所述导电填料在至少一个维度的尺寸为10nm～5μm，优选在至少一个维度的尺寸为100nm～1μm，进一步优选在三个维度的尺寸为100nm～0.5μm。6.如权利要求1-5任一项所述的电容器，其特征在于，所述电容器包括两个电极；优选地，所述电极由导电材料组成，所述导电材料为铜、铝、金、银、镍、碳材料、导电氧化物或导电复合物中的任意一种或至少两种的组合，所述碳材料优选包括碳纳米管、石墨烯、石墨、炭黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。7.如权利要求1-6任一项所述的电容器的制备方法，其特征在于，所述方法为以下三个方案中的任意一种：方案一：分别制备一面负载有正介电材料前驱体薄膜的电极和一面负载有负介电材料前驱体薄膜的电极，然后将一面负载有正介电材料前驱体薄膜的电极和一面负载有负介电材料前驱体薄膜的电极进行复合，使正介电材料前驱体薄膜和负介电材料前驱体薄膜接触，然后固化，得到电容器；方案二：制备一面负载有正介电材料前驱体薄膜的电极，然后在负载有正介电材料前驱体薄膜的电极的正介电材料前驱体薄膜一侧制备负介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗遂斌，于淑会，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44