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世界首次在树脂基板上形成高介电常数陶瓷膜并成功开发出多层化技术
富士通株式会社
富士通株式会社和株式会社富士通研究所(1)，与独立行政法人产业技术综合研究所(2)在世界上首次联合开发了在室温下在树脂电路板上形成多层介电常数(3)为400的陶瓷膜的技术。利用本次开发的技术，可以在FR4(4)等印刷电路板中埋置电容器等元件，能够实现实际安装电路板的小型化和降低成本。
本技术是将树脂材料和陶瓷材料加以集成，为了在信息无所不在的新时代中实现设备的进一步小型化进行基础研究而开发的。
本技术的详细内容在8月9日在法国格勒诺布尔召开的国际会议“International Conference on Crystal Growth (ICCG)”上发表。本次技术开发是在日本经济产业省纳米技术工程“纳米水平电子陶瓷材料低温成形和集成技术项目”之下，接受独立行政法人新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的委托而进行的。
【开发背景】
为了实现信息无所不在的网络社会，设备的多功能化、小型化、高频化、低价格化是关键。满足这些要求的技术，目前人们都注目于印刷电路板的高密度安装技术。例如，在移动终端设备中，开始搭载GPS和无线LAN等多种功能，这就造成电路板变得很大。为了实现小型化，必须减少在电路板表面所搭载的陶瓷芯片电容器等各种高频部件的数目，实现集成。
在以世界上广泛普及的低价格环氧树脂材料为主体的印刷电路板上，如果能够埋置具有高介电常数的陶瓷电容器，则就可以实现设备的多功能化、小型化、高频化和低价格化。
【研究课题】
但是，环氧树脂电路板的耐热温度为300℃左右，要埋置必须在高温下形成的陶瓷电容器基本上是不可能的。另一方面，使用树脂中掺杂陶瓷的复合材料的话，介电常数只有几十左右，无法满足适应高频要求的性能。
用陶瓷制作电路板的技术，由于形成电路板时需要高达1000℃左右的温度，工程很复杂，难以降低成本。另外，工程中电路板的体积要收缩10%以上，无法提高尺寸的精度，也就不能满足微细化的要求。如此等等，存在着不少的问题。
【开发技术】
1. 在树脂电路板上低温形成陶瓷膜的技术
本次开发的技术，是用气流吹送陶瓷粉末，向电路板高速喷射，利用与电路板的撞击而形成膜，利用雾化淀积法基本上在室温下就可以在树脂电路板上形成陶瓷膜。利用化学手段将表面状态不稳定的陶瓷粒子，在室温下成功地在树脂电路板上形成了陶瓷膜。另外，本技术是以独立行政法人产业技术综合研究所先进制造工艺研究部门的明渡纯为组长的小组所开发的雾化淀积法为基础，与该组共同开发的。
2. 陶瓷膜的高介电常数化技术和多层化技术
陶瓷粒子中含有结晶性好的粒子，通过控制陶瓷粒子的流速，可以控制所形成陶瓷的微观结构，实现了高介电常数。另外，通过缓和所形成陶瓷膜的内部应力(5)，同时选择与陶瓷膜容易粘结的金属组成的电极，成功地在树脂电路板上形成了多层电容器。
【效果】
采用本次开发的技术，在FR4印刷电路板上，世界首次的在室温下成功地形成了陶瓷膜（图1，图2）。所形成陶瓷膜的介电常数最高值达400，此值是陶瓷与树脂复合材料介电常数的约10倍，与在600℃的高温下进行热处理的溅射法所制成的陶瓷膜为同一水平。同时，在FR4印刷电路板上成功地形成了由3层结构组成的电容器。所形成电容器的容量密度(6)，平均1平方厘米达300纳法(7)，从实用上看，这是非常高的水平。
本次开发的技术，可以应用到下列产品中，为信息无所不在的时代中为各种产品的多功能化、小型化、高频化、低价格化作出贡献。
- 内置电容器的印刷电路板和组件
- 由各种陶瓷制元件（过滤器，天线等）集成的模块
- 高频电子部件
【前景展望】
将进一步开发具有更高介电常数陶瓷电介质的低温形成技术，同时开发能适于各种元件应用的陶瓷膜。另外，为了实现在印刷电路板中形成电容器的实用化，将进行下一步开发。
【相关图片】
图1：在树脂电路板（FR4）上形成的多层电容器的外观
图2：在树脂电路板（FR4）上形成的多层电容器断面照片
★ 相关链接
株式会社富士通研究所
独立行政法人 产业技术综合研究所
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[1] 株式会社富士通研究所
社长 村野和雄，总部位于日本川崎市中原区。
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[2] 独立行政法人产业技术综合研究所
理事长 吉川弘之，东京都千代田区。
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[3] 介电常数
介电常数是用来描述电介质使电场减弱的程度，它等于真空电场强度与加入电介质后其内的合电场强度之比，而且此比值只由电介质本身的性质决定，与所加外电场无关。
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[4] FR4
Flame Retardant Type 4的缩写。是由玻璃纤维和环氧树脂的复合材料所构成的难燃性印刷电路板材料的名称，是使用领域最广的印刷电路板。
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[5] 内部应力
由于机械或热的原因，在材料内部积聚的应变力。
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[6] 容量密度
在电容器等中，表示平均单位面积所积累的电荷量的数值。该值越大，越能够高效地积累电荷。
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[7] 纳法
电容量的单位是法拉，简称法，用字母F表示。但法拉这个单位太大，实际应用中经常用到的电容单位还有毫法、微法、纳法、皮法等。它们之间的进制关系是：1法拉=1000毫法，1毫法=1000微法，1微法=1000纳法，1纳法=1000皮法。
新闻ID： 2004-08-13
日期： 2004-08-13
城市： 东京
公司：
富士通株式会社
