JP2009105369A - 金属キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気伝導度を大きく改善させた金属キャパシタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】形成部，第１・第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材１１と、該金属部材に形成される金属酸化層１２と、金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成される複数のメーン電極層１４と、第１・第２電極引き出し部が外部に露出されるようにメーン電極層と金属部材に形成される絶縁層１５と、第１・第２電極引き出し部と直交するようにメーン電極層と絶縁層に形成されメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層１６と、第１・第２電極引き出し部に選択的に連結される第１のリード端子２１と、メーン電極層に連結される第２のリード端子２２と、前記各リード端子が連結された金属部材を前記各リード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材３０を具備する金属キャパシタ。
【選択図】図３
【解決手段】形成部，第１・第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材１１と、該金属部材に形成される金属酸化層１２と、金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成される複数のメーン電極層１４と、第１・第２電極引き出し部が外部に露出されるようにメーン電極層と金属部材に形成される絶縁層１５と、第１・第２電極引き出し部と直交するようにメーン電極層と絶縁層に形成されメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層１６と、第１・第２電極引き出し部に選択的に連結される第１のリード端子２１と、メーン電極層に連結される第２のリード端子２２と、前記各リード端子が連結された金属部材を前記各リード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材３０を具備する金属キャパシタ。
【選択図】図３
Description
本発明は、金属キャパシタ及びその製造方法に係るもので、より詳しくは電解質で金属材質を適用して電気伝導度を大きく改善させた金属キャパシタ及びその製造方法に関するものである。
従来、電源回路から出力される電源を一定な値になるように平滑させるか又は低周波バイパスで使用されるキャパシタとしてはアルミニウム電解キャパシタ（aluminium electrolytic capacitor）が公知されており、その製造方法は次のとうりである。
まず、アルミニウム箔の表面積を広げて静電容量を大きくするためにアルミニウム箔(aluminium foil)の表面を食刻(etching)する過程を実施する。食刻過程が完了されるとアルミニウム箔に誘電体を形成させる化成(forming)過程を実施する。食刻と化成過程を通じてそれぞれ陰極と陽極のアルミニウム箔が製造されるとアルミニウム箔と電解紙を製品の長さによって必要寸法の幅だけ切る断裁(slit)過程を実施する。断裁が完了されるとアルミニウム箔に引き出し端子であるアルミニウムリード棒を接合させるステッチ(stich)過程を実施する。
アルミニウム箔と電解紙の断裁が完了されると陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔の間に電解紙を挿入した後円筒状で巻いて解かされないようにテープで接着させる巻取り(winding)過程を実施する。巻取り過程が完了されると巻取りされた素子をアルミニウムケースに挿入した後電解液を注入する含浸(impregnation)を実施する。電解液の注入が完了されるとアルミニウムケースを封口材で封入する封入(curling)過程を実施する。封入過程が完了されると誘電体損傷を復旧するエージング(aging)過程を実施してアルミニウム電解キャパシタの組立を完了する。
ところが、最近電子機器のデジタル化及び小型化の進展で高周波数で低いインピーダンスを有するキャパシタを要求していて上記のように製造される従来のアルミニウム電解キャパシタを改善するために機能性積層型アルミニウム固体キャパシタや機能性タンタルキャパシタが適用されているが次のような問題点がある。
従来の機能性積層型アルミニウム固体キャパシタ又は機能性タンタルキャパシタは電解質でポリピロー(polypyrrole)やポリチオフェン(polythiophene)等の導電性の高分子化合物が使用されることによって耐熱性、耐電圧(５０Ｖ以上)の限界がある。また、グラファイト(graphite)のようなペーストを順次に塗布して陰極を形成するのでキャパシタの厚さが厚くなって積層数に限界があり、層間接触抵抗が生じてインピーダンス特性を悪化させる。
本発明の目的は前記のような問題点を解決するためのもので、電解質で金属材質を適用して電気伝導度を従来の電解質で電解液や有機半導体を使用することに比べて10,000〜1,000,000倍改善させた金属キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は電解質で金属材質を使用することによって小型化、低損失化、リップル発熱低減、長寿命化、耐熱安全性、非発煙、非発火及び耐環境性を改善させることができる金属キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明の金属キャパシタは、多数個の溝が形成される溝形成部と、溝形成部にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材と、端子増加型金属部材に形成される金属酸化層と、端子増加型金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成される多数個のメーン電極層と、端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるように多数個のメーン電極層と端子増加型金属部材に形成される絶縁層と、端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に形成され前記多数個のメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層と、端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部に選択的に連結される第１のリード端子と、端子増加型金属部材のメーン電極層に連結される第２のリード端子と、第１及び第２のリード端子が連結された端子増加型金属部材を第１及び第２のリード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材と、で構成されることを特徴とする。
本発明の金属キャパシタの製造方法は、母材にプリンティング方式インク、物理的なスクラッチ、ナノ針を用いてパターンや溝を形成する過程と、ＤＣ食刻方法を用いて母材の両面にそれぞれ多数個の溝が配列される溝形成部を形成して、その一側と他側に第１及び第２電極引き出し部を一体に形成する端子増加型金属部材を形成する過程と、端子増加型金属部材に溝形成部と第１及び第２電極引き出し部が一体に形成されると陽極酸化方法を用いて端子増加型金属部材に金属酸化層を形成する化成過程と、端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるようにＣＶＤ方法を用いて多数個のメーン電極層と端子増加型金属部に絶縁層を形成する過程と、電解メッキや無電解メッキ方法を用いて端子増加型金属部の溝形成部に多数個のシード電極層を形成する過程と、多数個のシード電極層に電解メッキや無電解メッキ方法を用いて多数個のシード電極層を媒介として前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋没されるように多数個のメーン電極層を形成する過程と、端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に多数個のメーン電極層を連結する導電性連結層を形成する過程と、端子増加型金属部材の前記メーン電極層に第２のリード端子を連結させて前記第１及び第２電極引き出し部にそれぞれ第１のリード端子を選択的に連結させる過程と、第１及び第２のリード端子が連結されると端子増加型金属部材の第１及び第２のリード端子が外部に露出されるように前記端子増加型金属部材を密封部材で密封させる過程と、で構成されることを特徴とする。
本発明の金属キャパシタは電解質で金属材質を適用することによって従来の電解質で電解液や有機半導体を使用することに比べて電気伝導度を10,000〜1,000,000倍改善させることができて、直列積層して高電圧化が可能で、電気的な安全性が高くて、小型化、低損失化、低ＥＳＲ(Equivalent Series Resistance)、低インピーダンス(impedance)化、耐熱安全性、非発煙、非発火及び耐環境性を改善させることができる利点を提供する。
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例による金属キャパシタの構成を添付された図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施例による金属キャパシタの斜視図で、図２は図１に示された金属キャパシタのＡ１―Ａ２線の切断面図で、図３は図１に示された金属キャパシタのＢ１―Ｂ２線の切断面図である。本発明の金属キャパシタ１０は図１乃至図３に示されたように、端子増加型金属部材１１、金属酸化層１２、多数個のシード電極層１３、多数個のメーン電極層１４、絶縁層１５、多数個の導電性連結層１６、第１のリード端子２１、第２のリード端子２２及び密封部材３０で構成されるが、前記シード電極層１３は使用者によって適用しない場合もある。
以下、本発明の第１実施例による金属キャパシタの構成を添付された図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施例による金属キャパシタの斜視図で、図２は図１に示された金属キャパシタのＡ１―Ａ２線の切断面図で、図３は図１に示された金属キャパシタのＢ１―Ｂ２線の切断面図である。本発明の金属キャパシタ１０は図１乃至図３に示されたように、端子増加型金属部材１１、金属酸化層１２、多数個のシード電極層１３、多数個のメーン電極層１４、絶縁層１５、多数個の導電性連結層１６、第１のリード端子２１、第２のリード端子２２及び密封部材３０で構成されるが、前記シード電極層１３は使用者によって適用しない場合もある。
次に、本発明の金属キャパシタ１０のそれぞれの構成について説明する。
端子増加型金属部材１１は、図４Ｂに示されたように両面にそれぞれ多数個の溝１１ｄが配列され形成される溝形成部１１ａと、溝形成部１１ａの一側と他側にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃと、で構成される。そして、前記溝形成部１１ａに形成された多数個の溝１１ｄは円形や多角形で形成される。多数個の溝１１ｄが形成される端子増加型金属部材１１は溝形成部１１ａと第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃが一体に形成されて、アルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうちいずれか一つが適用される。
金属酸化層１２は端子増加型金属部材１１の表面に形成されて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、一酸化ニオビウム（ＮｂＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のうちいずれか一つが適用される。金属酸化層１２は端子増加型金属部材１１の上／下両面と側面１１ｅに形成される。
絶縁層１５は、端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃと多数個の溝１１ｄがそれぞれ露出されるように端子増加型金属部材１１に形成される。このような絶縁層１５は、多数個のメーン電極層１４を形成した後にも形成することができる。即ち、絶縁層１５は、端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃが外部に露出されるように端子増加型金属部材１１の側面１１ｅに沿って多数個のメーン電極層１４と端子増加型金属部材１１に形成される。即ち、絶縁層１５は端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃを除いた残りの側面１１ｅに形成される。
多数個のシード電極層１３は、端子増加型金属部材１１の溝形成部１１ａの両面に形成された金属酸化層１２にそれぞれ形成される。多数個のメーン電極層１４は、端子増加型金属部材１１の溝形成部１１ａに形成された多数個の溝１１ｄが埋まるように溝形成部１１ａの両面に形成されたシード電極層１３にそれぞれ形成される。
多数個の導電性連結層１６は、図１に示されたように、端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃと直交するように多数個のメーン電極層１４と絶縁層１５に形成され多数個のメーン電極層１４を連結する。多数個のメーン電極層１４を連結するために多数個の導電性連結層１６は、互いに対向するように形成される第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃと直交されるように多数個のメーン電極層１４と絶縁層１５に形成され多数個のメーン電極層１４が電気的に連結されるようにする。導電性連結層１６によって電気的に連結される多数個のメーン電極層１４、シード電極層１３及び導電性連結層(１６)はそれぞれアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）及び金（Ａｕ）のうちいずれか一つが適用される。
第１のリード端子２１は、端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃに選択的に連結される。例えば、第１のリード端子２１は、端子増加型金属部材１１の第１電極引き出し部１１ｂに連結するか又は端子増加型金属部材１１の第２電極引き出し部１ｃ)に連結することができる。第２のリード端子２２は、端子増加型金属部材１１のメーン電極層１４に連結して無極性を有する金属キャパシタ１０を構成する。
多数個のメーン電極層１４のうち一つに連結される第２のリード端子２２は、接着力を改善させるために導電性接着層１７がさらに具備されて、導電性接着層１７は多数個のメーン電極層１４のうち第２のリード端子２２が連結されるメーン電極層１４に設置される。密封部材３０は第１及び第２のリード端子２１，２２が連結された端子増加型金属部材１１を第１及び第２のリード端子２１，２２が外部に露出されるように密封させるために設置され、モールディング材質や内部の空いたカバー部材が適用される。
次に、前記の構成を有する本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０の製造方法を添付された図面を参照して説明する。
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０の製造方法は、まず図４Ａ及び図４Ｂに示された金属材質の膜やホイル(foil)のような母材１が用意した後、プリンティング方式インクや物理的なスクラッチを用いてパターン(図示せず)を形成するか又はナノ針で傷をつかせる。そして、前記母材１をＤＣ(Direct Current)食刻方法を用いて母材１の両面にそれぞれ多数個の溝１１ｄが配列される溝形成部１１ａを形成して一側と他側に第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃが一体に形成された端子増加型金属部材１１を形成する。
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０の製造方法は、まず図４Ａ及び図４Ｂに示された金属材質の膜やホイル(foil)のような母材１が用意した後、プリンティング方式インクや物理的なスクラッチを用いてパターン(図示せず)を形成するか又はナノ針で傷をつかせる。そして、前記母材１をＤＣ(Direct Current)食刻方法を用いて母材１の両面にそれぞれ多数個の溝１１ｄが配列される溝形成部１１ａを形成して一側と他側に第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃが一体に形成された端子増加型金属部材１１を形成する。
前記食刻方法は、母材１を略５０℃でリン酸１％水溶液で１分程度前処理過程を行って、７０乃至９０℃で硫酸、リン酸及びアルミニウム等が混合された混合物で２分程度１次エッチングを行うことになる。この時、電流密度は１００乃至４００ｍＡ／ｃｍ２である。そして、再び略８０℃近傍で硝酸、リン酸及びアルミニウム等が混合された混合物で１０分程度２次エッチングを行うことになる。この時、電流密度は１０乃至１００ｍＡ／ｃｍ２である。前記エッチングが完了されると、６０乃至７０℃で硝酸３０〜７０ｇ／ｌ溶液で１０分程度化学的洗浄を行う。
端子増加型金属部材１１に形成される第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃは、それぞれ第１のリード端子２１を選択的に連結させ有極性の有する金属キャパシタを構成する場合に３端子を有するように構成したものである。しかし、無極性である場合にも２端子を有する金属キャパシタとしても構成することもできる。このような端子増加型金属部材１１の溝形成部１１ａに形成される多数個の溝１１ｄは円形や多角形で形成されて、径が１μｍ乃至１００μｍになるように形成されて、深さは端子増加型金属部材１１の厚さが１である場合両面で０．５未満になるように形成される。例えば、端子増加型金属部材１１の厚さが３００μｍであれば１５０μｍ以下になるように形成される。また、前記多数個の溝１１ｄが多角形である場合にも円形の溝と同じく有効径を１μｍ乃至１００μｍになるように形成することが好ましい。
端子増加型金属部材１１に溝形成部１１ａと第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃを一体に形成した後、図４Ｃに示されたように陽極酸化方法を用いて端子増加型金属部材１１に金属酸化層１２を形成する化成過程を実施する。
前記陽極酸化方法は、まず７０〜１００℃で２〜１０分間加熱(Boiling)工程を行って、ホウ酸とホウ酸アンモニウムの混合物で電圧１５０ｖで１次に酸化を進行して、だんだん前記混合物の濃度と電圧を変化させながら複数回(２〜３次)酸化を進行させることになる。そして、所定の温度例えば、４００〜６００℃で熱処理を行って、再び再化成を行うことになる。また、再化成の際発生された副産物を除去するために副産物処理を行う。そして、また再び再化成と熱処理を繰り返し行う。そして、ホウ酸やリン酸を拭き取るために所定の洗浄工程を行う。
端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃが外部に露出されるように図４Ｄに示されたように、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)方法を用いて端子増加型金属部材１１の側面１１ｅ（図１に示される)に絶縁層１５を形成して、絶縁層１５は絶縁テープ(tape)や樹脂系列の材質が適用される。参考に、ここではＣＶＤを適用したが、絶縁樹脂や絶縁インクを用いたディッピング(Diping)工程やインクジェットプリンティング(Ink-jet printing)やスクリーンプリンティング(Screen printing)を適用したスプレー(Spray)工程やスタンピング(Stamping)工程のうちいずれか一つを適用することもできる。
図４Ｅに示されたように、金属酸化層１２に電解メッキや無電解メッキ方法を用いて浸透するように端子増加型金属部材１１の溝形成部１１ａに多数個のシード電極層１３を形成する。
シード電極層の形成工程で、活性剤(Activator)として常温の硫酸パラジウム水溶液で１０〜数百秒間浸積した後、常温で１秒〜３０秒間浸積洗浄して表面の活性剤を除去する。ニッケル無電解メッキではニッケルリン酸塩水溶液を適用して、ｐＨ範囲(ｐＨは４〜８)や温度(５０〜８０℃)を適切に調節して５〜２０分間メッキをすることになる。この場合、多数個の溝１１ｄの内部にのみシード電極層１３を形成することができるようになる。そして、使用者の要求によって追加的なメッキ工程と１００℃以下で乾燥工程を行うことになる。
多数個のシード電極層１３が形成されると図４Ｆに示されたように、電解メッキや無電解メッキ方法を用いて多数個のシード電極層１３を媒介として端子増加型金属部材１１の溝形成部１１ａに形成された多数個の溝１１ｄが埋没されるように多数個のメーン電極層１４を形成する。
前記メーン電極層１４を形成するための電解メッキは硫酸ニッケルや塩化ニッケル水溶液をｐＨ１から５にして、温度は３０〜７０℃で維持して、電流密度は２０〜１２０ｍＡ／ｃｍ２のＤＣ電流を印加して電解メッキを実施してメーン電極層１４を形成する。そして、メーン電極層１４を形成するための無電解メッキは７０〜９０℃の間のニッケルリン酸水溶液をｐＨ５〜７の間に調節してここにシード電極層１３が形成された素材を１０〜３０分間無電解メッキを行って、表面のメッキ液成分を除去するための洗浄と１００℃以下の乾燥を進行してメーン電極層１４を形成する。
図４Ｇに示されたように、端子増加型金属部材１１の第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃと直交する方向の端子増加型金属部材１１の側面１１ｅに多数個のメーン電極層１４を連結する導電性連結層１６を形成する。
導電性連結層１６が形成されると図３に示されたように、端子増加型金属部材１１のメーン電極層１４に第２のリード端子２２を連結させて第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃにそれぞれ第１のリード端子２１を選択的に連結させる。例えば、第１及び第２電極引き出し部１１ｂ，１１ｃにそれぞれ第１のリード端子２１を選択的に連結させて有極性の有する金属キャパシタを構成する場合に３端子を有するように構成することができて、無極性である場合にも２端子を有する金属キャパシタとしても構成することができる。
導電性連結層１６を形成する過程と第１及び第２のリード端子２１，２２を連結させる過程の間には第１及び第２のリード端子２１，２２の接着力を改善させるために第２のリード端子２２が連結されるメーン電極層１４に導電性接着層１７を形成する。導電性接着層１７は金属接着剤やソルダーペーストを塗布する方法、電解メッキ方法及び無電解メッキ方法のうちいずれか一つが適用される。
第１及び第２のリード端子２１，２２が連結されると図３に示されたように、端子増加型金属部材１１の第１及び第２のリード端子２１，２２が外部に露出されるように端子増加型金属部材１１を密封部材３０で密封させる。端子増加型金属部材１１を密封部材３０で密封させる過程は端子増加型金属部材１１の密封の際モールディング材質や内部の空いたカバー部材で密封する。
（第２実施例）
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０を構成する非貫通型金属部材１０ａを用いた無極性の有する金属キャパシタ１１０を、添付された図面を用いて説明する。
本発明の第２実施例による金属キャパシタ１１０は、図５に示されたように多数個の非貫通型金属部材１０ａ、導電性接着層１７、第３のリード端子２３、第４のリード端子２４及び密封部材３０で構成されて、それぞれの構成を順次に説明すると次のようだ。
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０を構成する非貫通型金属部材１０ａを用いた無極性の有する金属キャパシタ１１０を、添付された図面を用いて説明する。
本発明の第２実施例による金属キャパシタ１１０は、図５に示されたように多数個の非貫通型金属部材１０ａ、導電性接着層１７、第３のリード端子２３、第４のリード端子２４及び密封部材３０で構成されて、それぞれの構成を順次に説明すると次のようだ。
多数個の非貫通型金属部材１０ａは、それぞれ端子増加型金属部材１１、金属酸化層１２、多数個のシード電極層１３、多数個のメーン電極層１４、絶縁層１５及び多数個の導電性連結層１６からなり、それぞれの構成は金属キャパシタ１０と同一なので詳細な説明は省略する。ここではシード電極層１３があることについて説明したが、前記シード電極層１３は使用者の要求によって除去し使用することもできる。
前記のような構成を有する多数個の非貫通型金属部材１０ａは、それぞれ順次に積層される。導電性接着層１７は、多数個の非貫通型金属部材１０ａのメーン電極層１４の間にそれぞれ設置され多数個の非貫通型金属部材１０ａを接着させる。
第３のリード端子２３は、積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａのうち奇数番目に位置した多数個の非貫通型金属部材１０ａの第１電極引き出し部１１ｂにそれぞれ連結される。即ち、図５に示されたように積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａのうち最上側に位置した非貫通型金属部材１０ａが一番目の非貫通型金属部材１０ａだと仮定すると、その下側に位置した非貫通型金属部材１０ａを順に２番目、３番目及び４番目に位置したことになる。
ここで、第３のリード端子２３は、１番目や３番目のような奇数番目に位置した非貫通型金属部材１０ａの第１電極引き出し部１１ｂにそれぞれ連結される。これと反対に、第４のリード端子２４は、積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａのうち偶数番目に位置した非貫通型金属部材１０ａの第２電極引き出し部１１ｃにそれぞれ連結され無極性を有する金属キャパシタ１１０を構成する。即ち、同一な極性を有する金属酸化層１２が形成される端子増加型金属部材１１の第１電極引き出し部１１ｂ及び第２電極引き出し部１１ｃにそれぞれ第３のリード端子２３及び第４のリード端子２４が連結されることによって金属キャパシタ１１０は無極性を有するように構成される。
密封部材３０は、非貫通型金属部材１０ａに連結された第３及び第４のリード端子２３，２４を外部に露出されるように密封させて、その内部に積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａを保護することになる。
（第３実施例）
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０を構成する非貫通型金属部材１０ａを用いた本発明の第３実施例による金属キャパシタ１２０を、添付された図６を参照して説明する。
本発明の第１実施例による金属キャパシタ１０を構成する非貫通型金属部材１０ａを用いた本発明の第３実施例による金属キャパシタ１２０を、添付された図６を参照して説明する。
図６に示されたように、本発明の第３実施例による金属キャパシタ１２０は、３端子を有する金属キャパシタ１２０で多数個の非貫通型金属部材１０ａ、導電性接着層１７、第１の極性リード端子２５、第２の極性リード端子２６及び第３の極性リード端子２７で構成されて、それぞれの構成を順次に説明する。
多数個の非貫通型金属部材１０ａは端子増加型金属部材１１、金属酸化層１２、多数個のシード電極層１３、多数個のメーン電極層１４、絶縁層１５及び多数個の導電性連結層１６からなり、それぞれの構成は金属キャパシタ１０と同一なので詳細な説明は省略する。このような構成を有する多数個の非貫通型金属部材１０ａはそれぞれ順次に積層されて、導電性接着層１７は多数個の非貫通型金属部材１０ａのメーン電極層１４の間にそれぞれ設置され多数個の非貫通型金属部材１０ａを接着させる。
第１の極性リード端子２５は積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａの第１電極引き出し部１１ｂにそれぞれ連結されて、第２の極性リード端子２６は非貫通型金属部材１０ａのうち一つのメーン電極層１４に連結される。即ち、図６に示されたように、第２の極性リード端子２６は積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａのうち最下側に位置した多数個のメーン電極層１４に連結される。しかし、前記第２の極性リード端子２６は使用者の要求によって多数個の非貫通型金属部材１０ａのうちいずれか一つにも連結可能である。メーン電極層１４に連結される第２の極性リード端子２６の接着力を改善するために多数個の非貫通型金属部材１０ａのうち一つのメーン電極層１４に導電性接着層１７が形成される。
第３の極性リード端子２７は、積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａの第２電極引き出し部１１ｃにそれぞれ連結され金属キャパシタ１２０を３端子で構成することができる。３端子からなる第１乃至第３の極性リード端子２５,２６,２７のうち第１の極性リード端子２５と第３の極性リード端子２７はそれぞれ陽極箔で作用するように金属酸化層１２が形成された端子増加型金属部材１１の第１電極引き出し部１１ｂ及び第２電極引き出し部１１ｃにそれぞれ連結されることによってアノード(anode)電極で使用されて、第２の極性リード端子２６は陰極箔で作用するように金属酸化層１２を形成していないメーン電極層１４に連結されることによってカソード(cathode)電極で使用され金属キャパシタ１２０が有極性を有するように構成される。
第１電極引き出し部１１ｂ及び第２電極引き出し部１１ｃが具備される端子増加型金属部材１１は、陰極箔で作用するように適用することができる。端子増加型金属部材１１が陰極箔で作用する場合にメーン電極層１４は陽極箔で作用する。従って、第１の極性リード端子２５と第３の極性リード端子２７は第２の極性リード端子２６がカソード電極で適用される場合にそれぞれアノード電極で適用されて、第２の極性リード端子２６がアノード電極で適用される場合にはそれぞれカソード電極で適用される。また、第２の極性リード端子２６は第１の極性リード端子２５と第３の極性リード端子２７がそれぞれカソード電極で適用される場合にアノード電極で適用されて、第１の極性リード端子２５と第３の極性リード端子２７がそれぞれアノード電極で適用される場合にカソード電極で適用される。
密封部材３０は、第１乃至第３の極性リード端子２５，２６，２７が連結された多数個の非貫通型金属部材１０ａを第１乃至第３の極性リード端子２５，２６，２７が外部に露出されるように密封させて積層された多数個の非貫通型金属部材１０ａを保護する役割をすることになる。このように本発明の金属キャパシタは金属材質を使用することによって高電圧が可能となり、耐熱安全性、耐環境性を改善させることができるので陰極形成が必要なくてキャパシタの厚さを薄く製造することができて、層間接触抵抗が生じなくてインピーダンス特性を改善させることができる。
本発明の金属キャパシタは、電源回路の平滑回路、ノイズフィルタやバイパスキャパシタ等に適用することができる。
１０，１１０，１２０…金属キャパシタ、１０ａ…非貫通型金属部材、１１…端子増加型金属部材、１１ａ…溝形成部、１１ｂ…第１電極引き出し部、１１ｃ…第２電極引き出し部、１２…金属酸化層、１３…シード電極層、１４…メーン電極層、１５…絶縁層、１６…導電性連結層、１７…導電性接着層。
Claims (19)
- 多数個の溝が形成される溝形成部と、前記溝形成部にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材と、
前記端子増加型金属部材に形成される金属酸化層と、
前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成される多数個のメーン電極層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるように多数個のメーン電極層と端子増加型金属部材に形成される絶縁層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に形成され前記多数個のメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部に選択的に連結される第１のリード端子と、
前記端子増加型金属部材のメーン電極層に連結される第２のリード端子と、
前記第１及び第２のリード端子が連結された端子増加型金属部材を第１及び第２のリード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材と、で構成されることを特徴とする金属キャパシタ。 - 多数個の溝が形成される溝形成部と、前記溝形成部にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材と、
前記端子増加型金属部材に形成される金属酸化層と、
前記端子増加型金属部材の溝形成部の両面に形成された金属酸化層にそれぞれ形成される多数個のシード電極層と、
前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成される多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成された多数個のシード電極層にそれぞれ形成される多数個のメーン電極層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるように多数個のメーン電極層と端子増加型金属部材に形成される絶縁層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に形成され前記多数個のメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部に選択的に連結される第１のリード端子と、
前記端子増加型金属部材のメーン電極層に連結される第２のリード端子と、
前記第１及び第２のリード端子が連結された端子増加型金属部材を第１及び第２のリード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材と、で構成されることを特徴とする金属キャパシタ。 - 請求項２において、前記端子増加型金属部材はアルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 請求項２において、前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成される多数個の溝は円形や多角形で形成されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 請求項２において、前記金属酸化層はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、一酸化ニオビウム（ＮｂＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 請求項２において、前記シード電極層と前記メーン電極層及び導電性連結層はそれぞれアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）及び金（Ａｕ）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 請求項２において、前記多数個のメーン電極層のうち一つは前記第２のリード端子を連結するための導電性接着層がさらに具備されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 請求項２において、前記密封部材はモールディング材質や内部の空いたカバー部材が適用されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 多数個の溝が配列され形成される溝形成部と、前記溝形成部にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材と、前記端子増加型金属部材に形成される金属酸化層と、前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成される多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成される多数個のメーン電極層と、前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるように多数個のメーン電極層と端子増加型金属部材に形成される絶縁層と、前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に形成され前記多数個のメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層と、からなり、それぞれ順次に積層される非貫通型金属部材と、
前記多数個の非貫通型金属部材のメーン電極層の間にそれぞれ設置され多数個の非貫通型金属部材を接着させる導電性接着層と、
前記積層された多数個の非貫通型金属部材のうち奇数番目に位置した多数個の非貫通型金属部材の第１電極引き出し部にそれぞれ連結される第３のリード端子と、
前記積層された多数個の非貫通型金属部材のうち偶数番目に位置した非貫通型金属部材の第２電極引き出し部にそれぞれ連結される第４のリード端子と、
前記第３及び第４のリード端子が連結された多数個の非貫通型金属部材を第３及び第４のリード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材と、で構成されることを特徴とする金属キャパシタ。 - 請求項９において、前記金属キャパシタは端子増加型金属部材の溝形成部の両面に形成された金属酸化層に形成される多数個のシード電極層をさらに含むことを特徴とする金属キャパシタ。
- 多数個の溝が配列され形成される溝形成部と、前記溝形成部にそれぞれ形成される第１及び第２電極引き出し部を有する端子増加型金属部材と、前記端子増加型金属部材に形成される金属酸化層と、前記端子増加型金属部材の溝形成部の両面に形成された金属酸化層にそれぞれ形成される多数個のシード電極層と、前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成される多数個の溝が埋まるように溝形成部に形成された多数個のシード電極層にそれぞれ形成される多数個のメーン電極層と、前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるように多数個のメーン電極層と端子増加型金属部材に形成される絶縁層と、前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に形成され前記多数個のメーン電極層を連結する多数個の導電性連結層と、からなり、それぞれ順次に積層される非貫通型金属部材と、
前記多数個の非貫通型金属部材のメーン電極層の間にそれぞれ設置され多数個の非貫通型金属部材を接着させる導電性接着層と、
前記積層された多数個の非貫通型金属部材の第１電極引き出し部にそれぞれ連結される第１の極性リード端子と、
前記非貫通型金属部材のうち一つのメーン電極層に連結される第２の極性リード端子と、
前記積層された多数個の非貫通型金属部材の第２電極引き出し部にそれぞれ連結される第３の極性リード端子と、
前記第１乃至第３の極性リード端子が連結された多数個の非貫通型金属部材を第１乃至第３の極性リード端子が外部に露出されるように密封させる密封部材と、から構成されることを特徴とする金属キャパシタ。 - 請求項１１において、前記第２の極性リード端子が連結される多数個の非貫通型金属部材のうち一つのメーン電極層には導電性接着層がさらに具備されることを特徴とする金属キャパシタ。
- 母材にプリンティング方式インク、物理的なスクラッチ、ナノ針を用いてパターンや溝を形成する過程と、
ＤＣ食刻方法を用いて母材の両面にそれぞれ多数個の溝が配列される溝形成部を形成して、その一側と他側に第１及び第２電極引き出し部を一体に形成する端子増加型金属部材を形成する過程と、
前記端子増加型金属部材に溝形成部と第１及び第２電極引き出し部が一体に形成されると陽極酸化方法を用いて端子増加型金属部材に金属酸化層を形成する化成過程と、
前記端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部が外部に露出されるようにＣＶＤ方法を用いて多数個のメーン電極層と端子増加型金属部に絶縁層を形成する過程と、
前記電解メッキや無電解メッキ方法を用いて端子増加型金属部の溝形成部に多数個のシード電極層を形成する過程と、
前記多数個のシード電極層に電解メッキや無電解メッキ方法を用いて多数個のシード電極層を媒介として前記端子増加型金属部材の溝形成部に形成された多数個の溝が埋没されるように多数個のメーン電極層を形成する過程と、
端子増加型金属部材の第１及び第２電極引き出し部と直交するように前記多数個のメーン電極層と前記絶縁層に多数個のメーン電極層を連結する導電性連結層を形成する過程と、
前記端子増加型金属部材の前記メーン電極層に第２のリード端子を連結させて前記第１及び第２電極引き出し部にそれぞれ第１のリード端子を選択的に連結させる過程と、
前記第１及び第２のリード端子が連結されると端子増加型金属部材の第１及び第２のリード端子が外部に露出されるように前記端子増加型金属部材を密封部材で密封させる過程と、で構成されることを特徴とする金属キャパシタの製造方法。 - 請求項１３において、前記化成過程の陽極酸化方法は脱イオン水で加熱工程を行って、ホウ酸とホウ酸アンモニウムの混合物で混合物の濃度と電圧を変化させながら複数回酸化を進行させるように工程を行って、熱処理、再化成を繰り返し行う工程を行って、再化成の際発生された副産物を除去するために副産物処理を行って、ホウ酸やリン酸を拭き取るための洗浄工程を行うことを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 請求項１３において、前記金属酸化層に多数個のシード電極層を形成する過程で活性剤として硫酸パラジウム水溶液を適用して所定の時間浸積した後、再び所定の時間浸積洗浄して表面の活性剤を除去することを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 請求項１３において、前記メーン電極層を形成する過程で電解メッキは硫酸ニッケルや塩化ニッケル水溶液をｐＨ１から５にして、温度は３０〜７０℃で維持して、電流密度は２０〜１２０ｍＡ／ｃｍ２のＤＣ電流を印加して実施することを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 請求項１３において、前記メーン電極層を形成する過程で無電解メッキは７０〜９０℃の間のニッケルリン酸水溶液をｐＨ５〜７の間に調節してここにシード電極層が形成された素材を１０〜３０分間無電解メッキを行って、表面のメッキ液成分を除去するための洗浄と１００℃以下の乾燥を進行することを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 請求項１３において、前記溝形成部と溝形成部の一側と他側に第１及び第２電極引き出し部を一体に形成する過程で溝形成部に形成される多数個の溝は円形や多角形で形成されて、円形の溝の径は１μｍ乃至１００μｍになるように形成して、その深さが両面で０．５未満になるように形成されることを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 請求項１３において、前記導電性連結層を形成する過程と前記第１及び第２のリード端子を連結させる過程の間には第１及び第２のリード端子の接着力を改善させるために第２のリード端子が連結されるメーン電極層に導電性接着層を形成する過程がさらに具備されて、前記導電性接着層の形成は金属接着剤やソルダーペーストを塗布する方法、電解メッキ方法及び無電解メッキ方法のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
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