CN103000380A - 钽电容器 - Google Patents
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Abstract
提供一种钽电容器，包括：通过烧结钽粉末形成的芯片烧结体；以及由铌（Nb）形成并具有由位于芯片烧结体内部的插入区和位于芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线，由于铌（Nb）丝用作阳极引出线，从而增强了阳极引出线与钽粉末的键合力，以便可以改善等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年9月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0091235的优先权，该申请的公开内容通过引用合并到本申请中。
技术领域
本发明涉及钽电容器，尤其涉及能够增强阳极引出线与钽粉末之间的键合力并改善烧结时的泄漏电流（LC）特征的钽电容器。
背景技术
钽（Ta）是一种由于具有极好的机械和物理特征（诸如，高熔点和抗腐蚀性）而在诸如航空航天工业和国防工业的工业中以及在机械工程工业、化学工业、医学工业、电气器材工业和电子产品工业中得到广泛使用的金属。
特别地，在各种金属中，钽材料能够形成相对更稳定的阳极氧化物薄膜，因此已经被广泛用作小型电容器的阳极材料。
而且，近来，由于信息技术（IT）工业（诸如电子产品工业和信息通信工业）的快速发展，钽在全世界的使用已经以近似每年10%的速度锐增。
钽电容器具有利用了钽粉末在烧结和凝固时所生成的间隙的结构。通过阳极氧化方法，钽氧化物（Ta2O5）可以在钽的表面上形成以作为电极金属。所形成的钽氧化物用作介电材料，在该钽氧化物上，锰氧化物（MnO2）层可以形成以作为电解质。
另外，由于负电极的引出，可以在MnO2层上形成石墨层和金属层。
通过在与粘结剂混合的钽粉末中插入钽丝（tantalum wire）并执行浇铸（molding）和烧结来准备钽烧结体、通过阳极氧化方法在钽烧结体的表面上生成化学转化覆膜并之后在其上执行烧成工艺来制造钽电容器。
然而，由纳米颗粒构成的钽粉末在烧结过程中可以在相对低的烧结温度下被烧结，同时钽丝具有体积大的特性，因此它的熔点相对高，这会导致与钽粉末的弱键合力。
这会成为改善等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性的障碍。
发明内容
本发明的一个方面提供一种能够增强阳极引出线与钽粉末之间的键合力并改善烧结时的泄漏电流（LC）特性的钽电容器。
根据本发明的一个方面，提供一种钽电容器，包括：通过烧结钽粉末形成的芯片烧结体；以及由铌（Nb）形成并具有位于芯片烧结体内部的插入区和位于芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线。
芯片烧结体可以包括顺序地涂覆在它的表面上的介电氧化物涂层、具有负极性的固态电解质层以及阴极加固层。
固态电解质层可以由选自由锰氧化物（MnO2）和导电聚合物构成的群中的至少一者形成。
导电聚合物可以是选自由聚吡咯（polypyrrole）、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺（polyaniline）构成的群中的至少一者。
阴极加固层可以通过顺序地分层堆积碳和银（Ag）形成。
根据本发明的另一方面，提供一种钽电容器，包括：通过烧结钽粉末形成的并具有安装表面的芯片烧结体；用于允许芯片烧结体安装于其上的阴极引线框架；由铌（Nb）形成并具有位于芯片烧结体内部的插入区和位于芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线；连接到由铌（Nb）形成的阳极引出线的非插入区的阳极引线框架；以及环绕芯片烧结体和由铌（Nb）形成的阳极引出线的树脂浇铸部。
芯片烧结体可以包括顺序地涂覆在它的表面上的介电氧化物涂层、具有负极性的固态电解质层以及阴极加固层。
固态电解质层可以由选自由锰氧化物（MnO2）和导电聚合物构成的群中的至少一者形成。
导电聚合物可以是选自由聚吡咯（polypyrrole）、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺（polyaniline）构成的群中的至少一者。
阴极加固层可以通过顺序地分层堆积碳和银（Ag）形成。
附图说明
通过下面的结合附图的详细描述，本发明的上述以及其它方面、特征和其他优点将更清楚被理解，其中：
图1是根据本发明实施方式的钽电容器的芯片烧结体的示意剖面图；
图2是根据本发明另一实施方式的钽电容器的透视图；
图3是示出了根据本发明另一实施方式的钽电容器的内部结构的剖面图；以及
图4是对包括钽（Ta）丝的钽电容器和包括铌（Nb）丝的钽电容器之间的泄漏电流（LC）进行比较的图示。
具体实施方式
下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形成体现，而且不应当被解释为局限于本文阐述的实施方式。相反地，提供这些实施方式，以便本公开将是透彻和完整的，而且将向本领域技术人员充分地传递本发明的范围。在附图中，出于清晰起见可以放大元件的形状和尺寸，而且在整个附图中将使用相同的参考标号来指示相同或类似的元件。
图1是根据本发明实施方式的钽电容器的芯片烧结体的示意剖面图。
参照图1，根据本发明一个实施方式的钽电容器可以包括：通过烧结钽粉末形成的芯片烧结体11；以及由铌（Nb）形成并具有位于芯片烧结体内部的插入区和位于芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线12。
可以通过将阳极引出线插入与粘结剂混合的钽粉末中、浇铸成具有需求大小的钽器件并在强真空（10-5托或更少）和1000~2000℃的环境下对钽器件烧结大约30分钟来准备芯片烧结体11。
在根据本发明的钽电容器中，被插入与粘结剂混合的钽粉末中的阳极引出线可以由铌（Nb）材料形成。
根据本发明的实施方式，由于是通过将由铌（Nb）形成的阳极引出线12插入与粘结剂混合的钽粉末中并之后执行浇铸和烧结工艺来准备芯片烧结体11，所以阳极引出线12与钽粉末之间的键合力可以是极好的。
原因是在具有低熔点（例如，2477℃）的铌（Nb）材料被用作阳极引出线12的情况中，钽器件是在1000~2000℃的温度下被烧结，所以阳极引出线12与钽粉末之间的键合力可以是极好的。
具体地，在钽器件中使用的由纳米颗粒构成的钽粉末是在低烧结温度1000~2000℃下被烧结，但在阳极引出线由钽材料形成的情况中，阳极引出线具有体积大的特性，因此它的熔点可以是3000℃或更高。
如上所述，在与粘结剂混合并将由钽材料形成的阳极引出线插入其中的钽粉末在1000~2000℃的温度下被烧结的情况中，由钽材料形成的具有高熔点的阳极引出线与钽粉末之间的键合力会被降低。
如上所述那样制造的钽电容器在等效串联电阻（ESR）和泄漏电流特性方面会是有问题的。
然而，在根据本发明实施方式的钽电容器中，阳极引出线由具有相对低熔点的铌（Nb）材料形成，因此阳极引出线与钽粉末的键合力会被增强，从而等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性会得到改善。
同时，介电氧化物涂层13、具有负极性的固态电解质层14以及阴极加固层15和16可以顺序地涂覆在芯片烧结体11的表面上。
可以通过将粘结剂和粉末（除了钽粉末之外，诸如钛（Ti）或铌（Nb）粉末）相混合来制造芯片烧结体11。
可以通过采用利用电化学反应的化学转化工艺在芯片烧结体11的表面上生成氧化物覆膜（Ta2O5）来形成介电氧化物涂层13。
固态电解质层14可以由选自由例如锰氧化物（MnO2）和导电聚合物构成的群中的至少一者形成，但并不局限于此。
导电聚合物可以是选自由例如聚吡咯（polypyrrole）、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺（polyaniline）构成的群中的至少一者，但并不局限于此。
通过例如在介电氧化物涂层13的表面上涂覆硝酸-锰溶液并之后执行烧成工艺从而形成锰氧化物（MnO2），固态电解质层14可以具有负极性。
另外，根据本发明实施方式的钽电容器可以进一步包括形成在固态电解质层14的表面上的导电材料的阴极加固层15和16，以便改善固态电解质层的导电性。
阴极加固层15和16可以通过顺序地在固态电解质层14的表面上涂覆碳层15和银（Ag）层16来形成。
图2是根据本发明另一实施方式的钽电容器的透视图。
图3是示出了根据本发明另一实施方式的钽电容器的内部结构的剖面图。
参照图2和图3，根据本发明另一实施方式的钽电容器100可以包括：通过烧结钽粉末形成的并具有安装表面的芯片烧结体110；用于允许芯片烧结体安装于其上的阴极引线框架180；由铌（Nb）形成并具有位于芯片烧结体110内部的插入区和位于芯片烧结体110外部的非插入区的阳极引出线120；连接到由铌（Nb）形成的阳极引出线120的非插入区的阳极引线框架170；以及环绕芯片烧结体110和由铌（Nb）形成的阳极引出线120的树脂浇铸部190。
根据本发明实施方式的钽电容器可以包括通过烧结钽粉末形成的并具有安装表面的芯片烧结体110。
准备芯片烧结体110的方法与上面描述的方法相同，因此将省略对它的描述。
另外，介电氧化物涂层、具有负极性的固态电解质层以及阴极加固层可以顺序地涂覆在芯片烧结体110的表面上（未示出）。
介电氧化物涂层、固态电解质层和阴极加固层的特征与在本发明的上述实施方式中描述的特征相同。
根据本发明另一实施方式的钽电容器可以包括由铌（Nb）形成并具有位于芯片烧结体110内部的插入区和位于芯片烧结体110外部的非插入区的阳极引出线120。
这样，由于阳极引出线120由具有相对低熔点的铌（Nb）材料形成，所以阳极引出线120与钽粉末的键合力会被增强，从而等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性会得到改善。
具有安装表面的芯片烧结体110可以通过使用银（Ag）膏附设到阴极引线框架180上。
另外，由铌（Nb）形成的阳极引出线120的非插入区可以连接到阳极引线框架170。
将阳极引出线120与阳极引线框架170彼此连接的方法可以通过但尤其局限于例如采用电焊接的附设来执行，而且特别地，所述焊接可以通过电点焊方法执行。
另外，根据本发明另一实施方式的钽电容器可以包括环绕芯片烧结体110和由铌（Nb）形成的阳极引出线120的树脂浇铸部190。
树脂浇铸部190的材料并没有受到特别限制，而且树脂浇铸部190可以通过使用环氧树脂浇铸来环绕芯片烧结体110和由铌（Nb）形成的阳极引出线120来形成。
树脂浇铸部190可以用于形成具有形状的钽电容器，以便芯片烧结体110受到保护而且然电容器能够容易地安装在印刷电路板（PCB）上。
在根据本发明实施方式的钽电容器中，铌（Nb）丝被用作阳极引出线，因此阳极引出线与钽粉末的键合力在烧结时会被增强，从而等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性会得到改善。
图4是对包括钽（Ta）丝的钽电容器和包括铌（Nb）丝的钽电容器之间的泄漏电流（LC）进行比较的图示。
从图4中可以看出，在通过使用钽（Ta）丝制造的钽电容器的情况中，钽电容器的泄漏电流（LC）平均为15μA，而在通过使用铌（Nb）丝制造的钽电容器中，钽电容器的泄漏电流（LC）平均为10μA，这表明与使用钽（Ta）丝制造的钽电容器相比改进了大约33%。
因此，在根据本发明实施方式的钽电容器中，铌（Nb）丝被用于阳极引出线，从而获得极好的泄漏电流（LC）特性。
如上所述，根据本发明的实施方式，铌（Nb）丝被用作阳极引出线，因此阳极引出线与钽粉末的键合力在烧结时会被增强，从而等效串联电阻（ESR）和泄漏电流（LC）特性会得到改善。
虽然已经结合实施方式示出并描述了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离由所附权利要求所定义的本发明精神和范围的情况下，可以做出修改和变形。
Claims (10)
1.一种钽电容器，该钽电容器包括：
通过烧结钽粉末形成的芯片烧结体；以及
由铌（Nb）形成并具有位于所述芯片烧结体内部的插入区和位于所述芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线。
2.根据权利要求1所述的钽电容器，其中，所述芯片烧结体包括顺序地涂覆在它的表面上的介电氧化物涂层、具有负极性的固态电解质层以及阴极加固层。
3.根据权利要求2所述的钽电容器，其中，所述固态电解质层由选自由锰氧化物（MnO2）和导电聚合物构成的群中的至少一者形成。
4.根据权利要求3所述的钽电容器，其中，所述导电聚合物选自由聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺构成的群中的至少一者。
5.根据权利要求2所述的钽电容器，其中，所述阴极加固层通过顺序地分层堆积碳和银（Ag）形成。
6.一种钽电容器，该钽电容器包括：
通过烧结钽粉末形成并具有安装表面的芯片烧结体；
用于允许所述芯片烧结体被安装于其上的阴极引线框架；
由铌（Nb）形成并具有位于所述芯片烧结体内部的插入区和位于所述芯片烧结体外部的非插入区的阳极引出线；
连接到由铌（Nb）形成的所述阳极引出线的所述非插入区的阳极引线框架；以及
环绕所述芯片烧结体和由铌（Nb）形成的所述阳极引出线的树脂浇铸部。
7.根据权利要求6所述的钽电容器，其中，所述芯片烧结体包括顺序地涂覆在它的表面上的介电氧化物涂层、具有负极性的固态电解质层以及阴极加固层。
8.根据权利要求7所述的钽电容器，其中，所述固态电解质层由选自由锰氧化物（MnO2）和导电聚合物构成的群中的至少一者形成。
9.根据权利要求8所述的钽电容器，其中，所述导电聚合物选自由聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺构成的群中的至少一者。
10.根据权利要求7所述的钽电容器，其中，所述阴极加固层通过顺序地分层堆积碳和银（Ag）形成。
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