KR100211728B1 - 캐패시터용 콤포지트 파우더 - Google Patents

Abstract

이종 성분의 소재를 콤포지트 파우더로 하여 소재 및 제조 비용을 낮추고 제 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 커패시터용 콤포지트 파우더에 관한 것으로, 개개의 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 동(Cu)등의 파우더 표면에 탄탈을 코팅하여 커패시터용 탄탈/니켈, 탄탈/알루미늄, 탄탈/동 파우더를 제조한 것이 특징이다.

Description

커패시터용 콤포지트 파우더

제1도는 종래 커패시터의 개략 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 커패시터의 개략 구성도.

제3(a)도 내지 제3(e)도는 본 발명의 기계적인 방법에 의해 콤포지트 파우더를 제조하는 과정의 각 중간 단계에서 콤포지트 파우더의 형상을 나타낸 전자 현미경 사진.

제4도는 본 발명의 기계적인 방법에 의하여 니켈 파우더 표면에 탄탈을 코팅한 탄탈/니켈 콤포지트의 형상을 나타낸 전자 현미경 사진.

본 발명은 커패시터를 제조하기 위해 사용되는 소재인 콤포지트 파우더에 관한 것으로, 특히 이종의 소재를 콤포지트 파우더로 제조하여 커패시터용 소재의 가격을 낮추고 커패시터의 제 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 커패시터용 콤포지트 파우더에 관한 것이다.

최근의 전기, 전자 제품에서의 특징을 한 가지로 표현하면 제품의 경박 단소화라 할 수 있는데, 이러한 제품의 소형화는 반도체 등의 각종 전자 부품과 함께 다양한 회로를 구성하는 커패시터가 존재함으로써 가능하다고 하겠다.

상기와 같은 커패시터는 각종 회로 구성시 필요한 요구 조건에 따라 다양한 유전 특성을 지닌 소재(유전체)를 이용하여 제조되어 지고 있는 바, 현재까지 사용되고 있는 유전체로는 마이카, 종이, 세라믹, 플라스틱 필름, 글라스, 반도체, 알루미늄, 탄탈 등이 있다.

상기와 같은 소재들을 사용하는 커패시터는 특정 회로에 요구되는 커패시터의 제 특성, 즉 정전용량(Capacitance), 사용되는 전류의 주파수, 정격전압(Critical Voltage), 누설 전류(Leakage Current), tanδ, 극성(Polarity), 온도에 따른 정전특성 변화 등에 따라 알맞은 것이 선택되게 된다.

상기와 같은 고유의 제 특성치를 지닌 유전체를 회로의 요구되는 특성치로 부합시키기 위해서는 이미 널리 알려져 있는 커패시터의 정전용량 관계식을 이용하여 적합한 형태의 커패시터로 제조하게 된다.

커패시터의 정전용량 관계식 C = ε(A/d)

여기서, A는 전극 또는 유전체의 표면적이고, d는 전극 사이의 거리를 나타낸다.

예를 들어, 상기 식을 이용하면 같은 유전체 재료로 만든 커패시터로 다양한 정전용량을 가진 커패시터를 제조할 수 있다. 즉, 유전체의 표면적(A)를 증가시키거나, 전극 사이의 거리(d)를 감소시키면 정전용량은 증가하게 되며, 반대로 유전체의 표면적(A)를 감소시키거나, 전극 사이의 거리(d)를 증가시키면 정전용량은 감소하게 된다.

이러한 원리를 실제로 적용하여 커패시터 제조시에는 유전체 소재를 가능한한 박막으로 만들거나, 또는 금속의 표면만을 산화시켜 산화피막을 형성한다. 이와같이 금속의 표면에 산화피막을 형성하여 제조되는 커패시터의 경우, 사용되는 금속은 표면만이 산화되어 유전체로 이용되고 산화피막 안쪽은 전극으로서 작용하게 된다.

상기 소재의 대표적인 것은 알루미늄(Al)과 탄탈(Ta) 등이 있는 데, 탄탈 커패시터의 경우에는 제1에 도시된 바와 같이 탄탈 파우더(powder)를 화성 처리하여 산화피막(10)인 Ta₂O₅는 유전체로 하고, 산화피막(10) 내부의 탄탈(20)은 단지 전극으로만 작용하게 구성된다. 이 같은 경우 상기 탄탈(20)의 저항치가 통상의 도체보다 최소한 4배 이상이므로 저항열에 의한 커패시터의 특성 열화의 원인이 된다. 또한 탄탈(20)이 전극으로서 역할을 수행할 수 있도록 탄탈 파우더틀 산화피막 형성을 위한 화성 처리전에 소결을 실시하게 되는데, 이때의 소결 방법은 약 1500 2000의 고온 진공 열처리로 수행하므로, 이 고온의 열처리 온도를 견딜 수 있는 값 비싼 탄탈 와이어(30)를 삽입하여 소결을 실시 한 후, 상기 탄탈 와이어(30) 단부에 다시 통상의 석도금 동선인 양극단자(40)를 솔더링하여 연결시키게 된다. 여기서, 도면중 미 설명부호 50은 음극단자이고, 60은 카본층이며, 70은 도전성 접착제이며, 80은 은도포층이며, 90은 에폭시수지층을 도시한 것으로 종래의 탄탈 커패시터 제조시 전극의 접촉을 향상시키기 위하여 사용되는 것들이다.

상기와 같이 이루어진 종래의 탄탈 커패시터는 값이 고가이면서 저항치가 높고, 고융점 소재인 탄탈 파우더(20)와 탄탈 와이어(30)를 전극으로 사용하기 때문에 소결공정시 고온 진공 열처리를 실시해야 함으로서 커패시터 제조 비용이 대폭 상승하고, 커패시터 특성 열화 요인이 존재하는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안 된 것으로, 그 목적은 커패시터 제 특성에 필요한 만큼의 두께의 산화피막 형성용 소재(예를 들면, 탄탈)를 저항치가 낮고, 소결온도 낮은 소재(예를 들어, 니켈, 또는 알루미늄)에 코팅을 하여 콤포지트 파우더로 제조함으로서 종래의 단순히 표면 화성 처리를 통해 금속 산화 피막을 형성하는 커패시터가 지닌 문제점을 해결하는 커패시터용 콤포지트 파우더를 제공하는 것이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 설명에서 종래와 동일한 부분은 같은 도면 부호로 표기하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 제2도에 도시된 바와 같이 니켈 파우더(100)에 탄탈(200) 코팅을 하여 커패시터용 콤포지트 파우더를 형성한 것이다. 즉, 본 발명은 개개의 니켈 파우더에 탄탈을 코팅하여 커패시커용 탄탈/니켈 콤포지트 파우더가 제조된다.

상기 개개의 니켈 파우더에 탄탈을 코팅하는 방법으로는 탄탈 염화물을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법과 기계적 혼합 방식을 이용하는 두가지 방법이 있다. 그러나 상기 탄탈 염화물을 이용하는 CVD법을 사용하는 경우는 기계적 방식에 비하여 탄탈을 코팅하는 데 소요되는 각종 제조 조건의 통제가 까다롭고, 탄탈 코팅 시간이 최소한 20시간 이상으로 많이 소요되는 등의 단점이 있어 양산 공정에는 적합하지 않다고 사료된다.

이에 비해 기계적 방법에 의한 콤포지트 파우더의 탄탈 코팅은 코팅 시간이 10시간 이내로 짧고, 조건의 통제도 용이하여 커패시터용 콤포지트 파우더의 양산 제조에 적합하다.

제4도는 본 발명의 기계적 방법에 의해 니켈 파우더 표면에 탄탈을 코팅한 탄탈/니켈 콤포지트 형상을 나타낸 전자 현미경 사진을 예시한 것으로, 350㎛ 크기의 니켈 파우더와 215㎛ 크기의 탄탈 파우더를 기계적 방법에 의해 코팅을 실시하여 이루어진 것이다. 제4도에서 파우더 중심을 가로 지른 선을 따라 EDS 성분 분석을 나타낸 각각의 니켈, 탄탈 피크에서 보듯이 탄탈 성분이 파우더의 표피 부분에만 존재하며, 니켈은 탄탈 표피 부분의 안쪽에만 존재하고 있는 것이 확연이 나타난다. 즉, 니켈 파우더의 표면에 탄탈이 코팅된 콤포지트 파우더를 잘 표현하고 있다.

제4도와 같이 기계적 방법에 의해 얻어진 탄탈/니켈 콤포지트는 제3도에 도시된 바와 같이 탄탈 코팅층이 개개의 니켈 파우더 위에 생성되는 과정을 거쳐 이루어지게 된다.

즉, 제3(a)도는 탄탈 파우더이고, 제3(b)도는 니켈 파우더로, 니켈 파우더에 탄탈 파우더를 기계적 방법에 의해 코팅하여 기계적으로 코팅을 실시하면 탄탈 코팅층이 개개의 니켈 파우더 위에 생성되는 것이다. 제3(c)도는 탄탈 코팅이 1시간 정도 진행된 것이고, 제3(d)도는 탄탈 코팅이 5시간 정도 진행된 것이며, 제3(e)도는 탄탈 코팅이 10시간 정도 진행된 것이다. 상기와 같이 커패시터의 제 특성을 결정하게 될 탄탈 코팅층의 두께는 탄탈 파우더의 크기와 기계적 코팅 시간의 조합에 의해 얻어지게 되는 것이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 탄탈/니켈 콤포지트 파우더는 첫째, 열처리 온도에 따라 니켈 파우더에 의한 액상 또는 고상에서의 소결 효과를 나타내어, 커패시터의 제조 공정시 소결 온도가 종래의 15002000보다 낮은 7001200정도로 낮아지게 되어 제조 비용을 절감시키는 효과와 함께 니켈 파우더를 사용함으로서 종래에 비해 소재 비용을 대폭 절감시키는 효과가 있으며, 둘째, 제2도에 도시된 바와 같이 + 전극인 양극 단자 와이어(40)와 연결을 위하여 저항값이 탄탈보다 낮고 재료비가 저렴한 니켈 와이어(35) 등을 사용할 수 있고, 또는 종래의 탄탈 와이어(30)를 그대로 사용할 수 있는 장점을 갖는다.

상기의 실시 예와 동일한 기계적 방법으로 탄탈/알루미늄 콤포지트 파우더, 즉 알루미늄 파우더의 표면에 탄탈을 코팅한 콤포지트 파우더를 제조한 결과, 첫째, 소결이 탄탈/니켈의 경우보다 더 낮은 400600에서 가능하게 되고, 둘째 알루미늄의 저항치가 니켈의 -30이므로 특성열화 요인이 감소하는 장점을 갖는 것이 관찰되었다. 또한 저항치가 니켈의 -25정도인 동을 니켈 대신에 사용하여 제조한 경우 소결온도는 600900이었다.

이와 같은 상기의 결과를 이용할 수 있는 유전체로 사용되는 소재들과 전극으로 사용될 수 있는 소재들의 예는 표 1에 예시되어 있다. 즉, 이런 전극용 및 유전체용 소재들의 조합을 이용하여, 가격이 저렴하고 특성이 우수한 커패시터를 제조할 수 있다.

Claims (1)

1. 전극용 파우더의 외피에 유전체용 소재를 박막 코팅하여 형성되는 커패시터용 콤포지트 파우더에 있어서, 상기 전극용 파우더는 저항값과 소결온도가 낮은 알루미늄, 니켈, 동, 코발트, 아연, 은, 마그네슘 및 금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지고, 상기 유전체용 소재는 유전특성이 우수한 탄탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커패시터용 콤포지트 파우더.