KR100251761B1 - 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 관한 것으로, 성형소자를 진공 소결로에 장진하여 10-5㎜Hg 정도의 진공중에서 160O℃∼20OO℃ 정도로 가열한 후 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속을 양산하는 소결공정과, 상기 탄탈금속을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하여 상기 탄탈금속의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 생성하는 화성공정과, 3∼20%의 중량비로 희석된 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O) 및 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)의 혼합액에 상기 산화피막을 침적하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 형성하는 혼합공정과, 상기 이산화망간/카본입자 혼합층 위에 콜로이달 카본(Collidal Carbon) 액을 도포한 후 건조시켜 카본 층을 생성하는 카본 생성공정과, 상기 카본 층 위에 음극단자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 Ag 페이스트 액을 도포한 후 건조시켜 Ag 층을 생성하는 Ag 생성공정으로 이루어지기 때문에, 고주파 영역에서의 임피던스가 감소되어 주파수 특성이 매우 향상되는 탁월한 효과가 있다.
Description
본 발명은 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O)에 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)을 3∼20%의 중량비로 희석하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 형성하는 혼합 공정을 산화피막(Ta2O5)을 생성하는 화성공정 후에 진행하여 고주파 영역에서의 임피던스가 감소될 수 있도록 하므로써 고주파 영역에서의 주파수 특성이 매우 향상되는 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄탈륨 고체 전해 콘덴서는, 양극산화에 의하여 형성된 탄탈 산화물(Ta2O2)을 유전체로 한다. 이 탄탈의 박과 소결체를 전극으로 양극산화에 의하여 탄탈 금속면에 형성된 산화피막은 화성전압 1V당 10∼16Å으로 형성된 얇은 피막으로서 피막의 두께는 화성전압의 상승에 비례하여 증가하며 콘덴서의 정전용량과는 반비례 관계를 이룬다.
화성전압은 탄탈륨 전해 콘덴서의 종류에 따라 다르지만 탄탈륨 고체 전해 콘덴서에서는 정격전압의 3∼4배, 탄탈 박형 전해 콘덴서에서는 1.3∼1.4배를 기준으로 한다. 그리고, 유전체인 탄탈 산화피막의 유전물은 εr=23으로, εr=7인 알루미늄 산화피막에 비하여 약 3배이다.
또한, 이러한 종류의 콘덴서는 산화피막의 정류특성을 가지고 있으므로, 기본적으로는 유극성 콘덴서이다.
제1도의 설명도에 도시된 바와 같이 산화피막의 금속면에 인접해 있는 부분은 Ta2O5의 정량비 이상의 과승 탄탈원자를 가지고 있는 n형 산화 탄탈층이 형성된다. 이에 속한 층이 Ta2O5의 정량비의 조성을 지닌 진성 반도체층으로 이루어져 있으며, 이 층이 앞에서 말한 화성전압에 비례하는 두께를 양극 산화피막의 표면에 밀착된 고체물질이 표면상태를 구성해서 이것에 의한 산화피막의 표면에 p형 산화 탄탈층이 유기되는 현상이 발생한다.
이러한 양극 산화피막의 구조는 p-i-n접합을 하지않고 두께가 얇은 상태에서 유전체로서의 양호한 절연성, 내압성을 나타내는 원인이라고 말할 수 있다.
상술한 바와 같이 정의된 종래 기술에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 종래 기술에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기 위한 설명도이고, 상세한 설명 중 부호 S10은 도면에는 미도시되었지만 내용의 흐름상 성형공정을 나타내므로 편의상 기재하여 설명하기로 한다.
종래 기술에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법은 제2도에 도시된 바와 같이, 탄탈분말에 바인더(binder) 역할을 하는 용제인 D-Camphor를 혼합 건조 제거시킨 후 평량하여 양극 리드단자를 삽입시키는 성형공정(S10)과, 상기 성형공정(S10)에 의하여 양산된 성형소자를 진공 소결로에 장진하여 10-5㎜Hg 정도의 진공중에서 1600℃∼200O℃ 정도로 가열한 후 상기 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속(10)을 양산하는 소결공정(S20)과, 상기 소결공정(S20)에 의하여 양산된 상기 탄탈금속(10)을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하여 상기 탄탈금속(10)의 표면에 산화피막(Ta2O5)(20)을 생성하는 화성공정(S30)과, 상기 화성공정(S30)에 의하여 양산된 상기 산화피막(20)의 표면에 전해질의 이산화망간(MnO2) 층(3O)을 형성하는 소성공정(S40)과, 상기 소성공정(S40)에 의하여 양산된 이산화망간 층(30) 위에 콜로이달 카본(Colloidal Carbon) 액을 도포한 후 건조시켜 카본 층(40)을 생성하는 카본 생성공정(S50)과, 상기 카본 생성공정(S50)에 의하여 양산된 카본 층(40) 위에 음극단자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 Ag 페이스트 액을 도포한 후 건조시켜 Ag 층(50)을 생성하는 Ag 생성공정(S60)으로 이루어진다.
이때, 상기 성형공정(S10)에서의 탄탈분말은 순도가 높은 것, 특히 Fe, C, Cu, Nb 등의 불순물 함유량이 극소인 것이 아니면 안된다. 즉, 탄탈분말 입자의 크기, 형상, 순도 등에 의하여 전기적 성능이 크게 좌우되므로 제품의 정격성능, 품질수준 치수에 이르기까지 종합적으로 실험한 후 분말을 선정해야만 되는 것이다.
그리고, 상기 소결공정(S20)에 의하여 양산된 소결소자는 알류미늄박의 에칭후와 같이 됨을 알 수 있다.
또한, 상기 화성공정(S30)에서 가해진 직류전압은 콘덴서 정격전압의 3∼4배로서 알루미늄 전해 콘덴서에 비하여 상당히 높다. 이와 같이 상기 직류전압이 높은 것은, 고체 전해질, 즉, 이산화망간을 사용하고 있기 때문에 산화피막(20)의 손상에 대한 수복효과가 적은 것을 보상하기 위한 것이다.
한편, 상기 소성공정(S40)을 통하여 치밀한 이산화망간 층(30)을 얻기 위해서는 열분해시에 산화피막(20)이 손상되어 누설전류가 증가하므로 화성공정(S30)을 다시한번 하는 재 화성공정을 하기도 한다.
상기 공정으로 이루어진 탄탈륨 고체 전해 콘덴서는 소결공정(S20)에 의하여 양산된 탄탈금속(10)을 양극산화시키고, 소성공정(S40)에 의하여 코팅된 이산화망간 층(30)을 통하여 음극을 인출하는 구조로 구성되게 된다.
그런데, 상술한 바와 같은 공정으로 이루어진 종래 기술에 따른 탄탈륨 고체전해 콘덴서의 제조방법은, 음극단자를 인출하기 위한 이산화망간 층(30)을 형성하는 열분해 방법으로 인하여 산화피막(20)이 손상되어 다시 상기 산화피막(20)을 형성하는 공정을 반복 수행해야만 되는 커다란 단점이 있었다.
그리고, 산화피막(2O)위에 이산화망간 층(30)을 코팅하고자 할 때에 MnO2의 전기 전도도가 2∼3×10-1s/cm로 재료 자체의 저항이 크므로 인하여 양극에서 음극으로 전자이동에 커다란 장애를 가져오는 문제점이 발생하였다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O)에 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)을 3∼20%의 중량비로 희석하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 화성공정에 의하여 양산된 산화피막(Ta2O5)의 표면에 형성하므로써 고주파영역에서의 주파수 특성이 양호하게 되는 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 제공함에 있다.
제1도는 일반적인 탄탈 금속의 산화피막 부분을 나타내는 설명도.
제2도는 종래 기술에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기 위한 설명도.
제3도는 본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기 위한 설명도.
제4도는 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법의 효과를 설명하기 위한 것으로,
a도는 종래 기술에 따른 커패시턴스 비교값을 나타내는 그래프이고,
b도는 본 발명에 따른 커패시턴스 비교값을 나타내는 그래프임.
제5도는 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법의 효과를 설명하기 위한 것으로,
a도는 종래 기술에 따른 고주파 특성을 나타내는 그래프이고,
b도는 본 발명에 따른 고주파 특성을 나타내는 그래프임.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 탄탈금속 200 : 산화피막
300 : 이산화망간/카본입자 혼합층 400 : 카본 층
500 : Ag 층 S100 : 성형공정
S200 : 소결공정 S300 : 화성공정
S400 : 혼합공정 S500 : 카본 생성공정
S600 : Ag 생성공정
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 탄탈분말에 바인더(binder) 역할을 하는 용제인 D-Camphor를 혼합 건조 제거시킨 후 평량하여 양극 리드단자를 삽입시키는 성형공정과, 상기 성형소자를 진공 소결로에 장진하여 10-5㎜Hg 정도의 진공중에서 1600℃∼2000℃ 정도로 가열한 후 상기 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속을 양산하는 소결공정과, 상기 탄탈금속을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하여 상기 탄탈금속의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 생성하는 화성공정과, 3∼20%의 중량비로 희석된 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O) 및 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)의 혼합액에 상기 산화피막을 침적하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 형성하는 혼합공정과, 상기 이산화망간/카본입자 혼합층 위에 콜로이달 카본(Colloidal Carbon) 액을 도포한 후 건조시켜 카본 층을 생성하는 카본 생성공정과, 상기 카본 층 위에 음극단자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 Ag 페이스트 액을 도포한 후 건조시켜 Ag 층을 생성하는 Ag 생성공정으로 이루어지는 것을 그 기술적 공정상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법의 바람직한 실시예를 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기 위한 설명도이고, 상세한 설명 중 부호 S100은 도면에는 미도시되었지만 내용의 흐름상 성형공정을 나타내므로 편의상 기재하여 설명하기로 하고, 종래 공정과 동일 작용을 하는 공정에 대해서는 개략 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법은 제3도에 도시된 바와 같이 탄탈분말에 바인더(binder) 역할을 하는 용제인 D-Camphor를 혼합 건조 제거시킨 후 평량하여 양극 리드단자를 삽입시키는 성형공정(S100)과, 상기 성형공정(S100)에 의하여 양산된 성형소자를 진공 소결로에 장진하여 10-5mmHg 정도의 진공중에서 1600℃∼2000℃ 정도로 가열한 후 상기 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속(100)을 양산하는 소결공정(S200)과, 상기 소결공정(S200)에 의하여 양산된 탄탈금속(100)을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하여 상기 탄탈금속(100)의 표면에 산화피막(Ta2O5) (200)을 생성하는 화성공정(S300)과, 상기 화성공정(S300)에 의하여 양산된 화성공정(S300)에 의하여 양산된 상기 산화피막(200)의 표면에 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O)에 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)을 3∼20%의 중량비로 희석하여 이산화망간/카본입자 혼합층(300)을 형성하는 혼합공정(S400)과, 상기 혼합공정(S400)에 의하여 양산된 이산화망간/카본입자 혼합층(300) 위에 콜로이달 카본(Colloidal Carbon) 액을 도포한 후 건조시켜 카본 층(400)을 생성하는 카본 생성공정(S500)과, 상기 카본 생성공정(S500)에 의하여 양산된 카본 층(400) 위에 음극단자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 Ag 페이스트 액을 도포한 후 건조시켜 Ag 층(500)을 생성하는 Ag 생성공정(S600)으로 이루어진다.
이와 같은 공정으로 이루어진 탄탈륨 고체 전해 콘덴서는 금속 case type와 Dip type, Chip type 등이 있는데, 여기에서 상기 금속 case type는 조립 후의 탄탈소자 외부 리드단자를 용접한 후 납으로 충진된 금속 케이스에 소자를 고정시켜 상기 케이스를 전기적으로 접촉시킨 다음 Hermetic Seal단자 또는 수지로 Sealing 한 구조로 이루어지고, 상기 Dip type는 탄탈소자에 외부 리드선을 용접한 후 음극리드단자와 소자를 납땜 접촉시킨 구조로 이루어지고, 상기 Chip Type는 탄탈소자와 음극단자 접속시 내열성이 우수한 도전성 접착제를 사용하여 납땜시 열적 스트레스에 견딜 수 있는 구조로 이루어진다.
한편, 상기 화성공정(S300)에 의하여 양산된 상기 산화피막(200)의 표면에 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O)에 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)을 3∼20%의 중량비로 희석하여 이산화망간/카본입자 혼합층(300)을 형성하는 혼합공정(S400)은, 상기 희석용액에 탄탈륨 반제품을 Dipping하여 내부까지 용액이 침원되도록 한 후, 240∼300℃의 범위 내에서 열분해시켜 Mn02+C 혼합분말 상태로 만든다.
이때, 상기 산화피막(200) 위에는 MnO2가 코팅되면서 카본입자가 혼합되어 더 빠른 전기전도도를 가짐을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 의하면, 탄탈금속을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하는 화성공정에 의하여 양산된 산화피막(Ta2O5)의 표면에 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O)에 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)을 3∼20%의 중량비로 희석하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 형성하는 혼합공정을 진행하므로써, 순수 이산화망간 층일 때보다 더욱 높은 전도성을 갖게 되고, 고주파 영역에서의 임피던스가 감소되며 주파수 특성이 매우 향상되어 양질의 제품을 양산할 수 있게 되는 탁월한 효과가 있다.
즉, 제4a, b도 및 제5a, b도에 도시된 그래프에서와 같이 용량값은 큰 차이를 보이지 않으면서 고주파 손실 특성에서는 월등하게 개선됨을 알 수 있다.
Claims (1)
- 탄탈분말에 바인더(binder) 역할을 하는 용제인 D-Camphor를 혼합 건조 제거시킨 후 평량하여 양극 리드단자를 삽입시키는 성형공정과, 상기 성형소자를 진공 소결로에 장진하여 10-5㎜Hg 정도의 진공중에서 1600℃∼2000℃ 정도로 가열한 후 상기 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속을 양산하는 소결공정과, 상기 탄탈금속을 전해액 속에 넣어서 직류전압을 인가하여 상기 탄탈금속의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 생성하는 화성공정과, 3∼20%의 중량비로 희석된 전해질의 질산망간 수용액(Mn(NO3)2·6H2O) 및 수용성 카본 미립용액(전도성 카본)의 혼합액에 상기 산화피막을 침적하여 이산화망간/카본입자 혼합층을 형성하는 혼합공정과, 상기 이산화망간/카본입자 혼합층 위에 콜로이달 카본(Colloidal Carbon) 액을 도포한 후 건조시켜 카본 층을 생성하는 카본 생성공정과, 상기 카본 층 위에 음극단자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 Ag 페이스트 액을 도포한 후 건조시켜 Ag 층을 생성하는 Ag 생성공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1019970060122A KR100251761B1 (ko) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 탄탈륨 고체 전해 콘덴서의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| KR19990039879A KR19990039879A (ko) | 1999-06-05 |
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ID=19524765
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR100251761B1 (ko) |
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1997
- 1997-11-14 KR KR1019970060122A patent/KR100251761B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR19990039879A (ko) | 1999-06-05 |
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