KR100264841B1 - 탄탈콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법 - Google Patents
탄탈콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 탄탈 콘덴서에 사용되는 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 관한 것으로, 탄탈 콘덴서의 제조공정중 화성 및 소성처리시 처리액의 침투가 용이한 탄탈륨 소결소자의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 있어서, 수 ㎛ 크기의 탄탈륨 분말을 성형하여 다수개의 부분소결소자를 제조한 다음, 상기 부분 소결소자들을 결합하고 열처리하는 것을 포함하여 이루어지는 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법을 그 요지로 한다.
Description
제1도는 칩형 탄탈콘덴서의 일반적 구조를 나타낸 도면.
제2도는 종래 방법에 의한 탄탈륨 소결소자의 제조방법을 나타낸 개략도.
제3도는 본 발명의 방법이 적용된 일실시예에 의한 탄탈륨 소결소자의 제조방법을 나타낸 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 화성 및 소성처리된 탄탈륨 소결소자 10a : 탄탈륨 분말
10b : 부분소결소자 10c : 공극
10d : 화성 및 소성처리전 열처리(소결)된 탄탈륨 소결소자
10e : 열처리(소결)전 결합제에 의해 결합된 탄탈륨 소결소자
20 : 양극(+)단자 30 : 음극(-)단자
40 : 은(Ag) 접착제 50 : 케이스
본 발명은 탄탈 콘덴서에 사용되는 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄탈 콘덴서에 제조공정중 특히 화성 및 소성공정에서의 액함침성이 우수한 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 관한 것이다.
탄탈 콘덴서는 체적당 대용량이고, 우수한 주파수 특성 및 온도특성을 가질뿐만 아니라 낮은 누설전류, 낮은 손실 및 낮은 임피던스 값으로 인하여 최근 그 사용이 증가하고 있는 추세이다.
이와같은 탄탈 콘덴서는 칩(Chip)형 (일명 SMD형), 딥(Dip)형 (일명 리드형) 및 금속케이스형으로 분류되며, 그 용도는 칩형인 경우 주로 캠코더, 휴대용 전화기, 노트북 PC등과 같은 민생기기의 표면실장 부품(SMD) 세트에 장착사용되며, 딥형인 경우 오디오, TV등의 민생기기에, 그리고 금속 케이스형의 경우 군용과 같이 고신뢰성이 요구되는 특수용도에 사용된다.
일반적으로 탄탈 콘덴서는 제1도에 나타난 바와같이, 내부에 핵심소자인 탄탈륨소결소자(10)가 위치하고, 상기 탄탈륨 소결소자(10)에 음극(-)과 양극(+)의 단자(20,30)가 형성된 구조로서, 그 제조는 (탄탈륨 소결소자제조)→(화성)→(소성)→케이스조립→(검사)의 순으로 행해진다.
여기서 탄탈륨 소결소자란, 콘덴서의 용량을 결정하고, 기타 주요특성에 중요한 영향을 미치는 탄탈콘덴서의 핵심소재로서, 콘덴서의 양극(+) 역할을 하며 표면적을 늘리기 위해 미세하고 복잡한 형태의 탄탈륨 분말을 사용하여 일정크기로 성형소결한 제품으로, 액처리(화성 및 소성)를 하기 위해 약 0.7-2㎛의 미세기공이 50-60% 차지하고 있는 다공질체이다.
상기 공정 단계들중 탄탈륨 소결소자 제조단계란 상기한 바와같은 탄탈륨 소결소자를 제조하는 단계로 제품의 수율 및 신뢰성 그리고 콘덴서의 3대특성(누설전류, 손실, 용량)에 영향을 미치며, 이때 발생된 재료적 결함은 곧바로 콘덴서 특성의 결함으로 연결되므로 주의하여 탄탈륨 소결소자를 제조해야만 하는 단계이다.
통상 탄탈륨 소결소자의 제조는 (소결소자 설계)→(결합제혼합)→(성형)→(소결)의 공정으로 이루어지는데, 이때, 소결소자 설계단계는 소결소자의 치수, 사용분말의 종류 및 양, 그리고 화성 전압등을 결정하는 단계이고, 결합제 혼합단계는 탄탈륨 분말에 미량의 결합제 및 윤활제를 혼합시키는 공정이고, 성형은 프레스를 이용하여 일정크기 및 형태로 가압, 성형하는 공정이며, 소결은 약 1,450℃ 이상의 고온에서 10-5Torr이하의 진공분위기에서 일정시간 열처리하는 공정이다.
화성단계는, 콘덴서에 꼭 필요한 유전체층(Ta2O5)을 형성하는 단계로 콘덴서의 누설전류 및 내압특성과 일정한 관련이 있는 단계이고, 소성단계는 콘덴서의 음극층(MnO2/C/Ag층)을 형성하는 단계로 콘덴서의 손실 및 임피던스 특성과 밀접한 관련이 있는 단계이다.
탄탈 콘덴서에서는 상기와 같은 화성 및 소성단계에서 화성 및 소성처리액을 탄탈륨 소결소자의 미세한 공극을 따라 침투시키면, 소정시간 경과후 상기 처리액이 열화학적 반응에 의해 고체화되고 이 고체가 전해질을 대신하므로서, 콘덴서의 특성을 나타내게 된다. 따라서, 탄탈 콘덴서의 특성은 상기한 여러 제조공정 단계중, 특히 화성 및 소성공정에 의해 큰영향을 받게 된다.
상기와 같이 탄탈 소결소자를 화성 및 소성처리하여 목적하는 콘덴서의 특성을 나타내게 하기 위해서는 화성 및 소성처리액이 소결소자내의 공극을 따라 소결소자의 내부에 까지 충분히 침투하여 외부와 내부의 화성 및 소성처리액의 침투정도가 균일해야만 한다.
종래 탄탈륨 소결소자는 제2도에 나타난 바와같이 수 ㎛ 단위의 미세한 탄탈륨 분말(10a)에 결합제를 첨가한후, 가압 성형하고 열처리(소결)하여 탄탈소결소자(10d)를 제조한 다음, 콘덴서의 동작에 필요한 화학처리공정(화성 및 소성)을 실시하였다.
그러나, 이와같이 화학처리된 소결소자는 화성 및 소성처리액이 소결소자의 내부까지 미세공극을 따라 충분히 침투하지 못하는 반면에 외부에는 처리액이 과다하여 콘덴서의 특성을 충분히 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하여 탄탈륨 소결소자의 내부와 외부의 화성 및 소성처리액 침투가 균일하고 용이하게 될수 있도록 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 탄탈륨소결소자를 여러개의 부분소결소자를 사용하고 제조하고 부분소결소자들의 형상을 적절히 제어 하므로서 화성 및 소성처리시 소결소자의 미세공극을 따라 화성 및 소성 처리액의 침투가 소결소자의 내부까지 균일하고 용이하게 일어나도록 하여 유전체와 극의 안정된 형성뿐만 아니라 탄탈 콘덴서의 특성을 향상시킬 수 있는 탄탈륨 소결소자의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 있어서, 수 ㎛ 크기의 탄탈륨 분말을 성형하여 다수개의 부분 소결소자를 제조한 다음, 상기 부분소결소자들을 결합하고 열처리하는 것을 포함하여 이루어지는 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 제3도를 참고하여 보다 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 방법이 적용된 일실시예를 나타낸 것으로 본 발명의 방법이 여기에만 한정되는 것은 아니다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 먼저 수 ㎛ 크기의 탄탈륨 분말(10a)을 성형하여 일정크기의 부분소결소자(10b)를 제조한다.
이때, 부분소결소자는 공극율, 화성 및 소성처리액의 함침성과 유동성을 고려하여 그 크기는 2mm3이하, 형상은 각형, 구형, 원주형 및 기타 형상들중 적절히 설정함이 바람직하며, 그 이유는 다음과 같다.
부분 소결소자의 크기가 2mm3이상이면 소성액의 함침성이 나빠져 고용량 제품의 경우 용량의 5% 정도가 감소하기 때문이다.
본 발명의 부분 소결소자를 이용하면 2% 미만의 용량감소 유지가 가능하다.
상기와 같이 제조된 부분소결소자(10b)들을 결합제를 사용하여 결합시킨 다음 이들간의 결합강도를 증가시키기 위하여 열처리하여 탄탈륨 소결소자(10d)를 제조한다. 이때, 부분소결소자(10a)들을 결합제(Binder)로 임시로 접합한 후, 1400-1600℃의 온도범위에서 열처리하게 되면 결합제는 가스화되어 증발되고 부분 소결소자들은 서로 융착하여 견고하게 부착된다.
본 발명에서는 상기와 같이 탄탈륨 소결소자를 제조한후, 탄탈 콘덴서로 제품화하기 위하여 화성 및 소성처리하게 되면 화성 및 소성 처리액이 탄탈륨 소결소자(10d)의 부분소결소자(10b)들간의 공극(10c)을 따라 탄탈륨 소결소자의 내부까지 균일하고 용이하게 침투하여 탄탈 콘덴서에 필요한 유전체(Ta2O5)층 및 음극 (MnO2/C/Ag층)층을 용이하게 형성할 수 있게 된다.
이때 화성액으로는 연산(H3OP4)을 순수에 묽게 희석한 것을, 소성액으로는 질산망간[MN(NO3)2]을 순수와 대등한 비율로 섞은 것을 주로 사용한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
단일 소결소자와 부분 소결소자의 화성 및 소성처리시 처리액의 함침성을 비교하기 위하여, 개당 100㎌의 정전용량을 갖는 1개의 소결소자를 사용하여 제조한 용량 100㎌의 탄탈 콘덴서(비교예 1)와, 개당 25㎌의 정전용량을 갖는 4개의 부분 소결소자를 사용하여 제조한 용량 100㎌의 탄탈 콘덴서(발명예 a)를, 화성 및 소성처리후 각 공정에서의 정전용량을 측정하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.
이때, 화성처리액으로는 인산을, 소성처리액으로는 질산망간을 사용하였으며 부분소결소자는 크기 2mm3인 각형의 소자를 사용하였다.
[표 1]
일반적으로 화성공정에서의 처리액의 함침율은 정전용량과는 반비례하고, 소성공정에서의 처리액의 함침율은 비례하므로, 상기 표 1에서 알 수 있는 바와같이, 종래의 방법인 비교예 1의 경우는 처리액의 함침성이 본 발명의 방법인 발명예(a)의 경우에 비하여 떨어짐을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 탄탈륨 소결소자를 일정한 크기 및 형상을 갖는 부분 소결소자들을 이용하여 제조하므로서, 탄탈 콘덴서의 제조공정중 화성 및 소성공정에서 처리액이 탄탈륨 소결소자 내부까지 균일하고 용이하게 침투가 가능하여 유전체와 극의 안정된 형성뿐만 아니라 탄탈 콘덴서 용량 증가의 효과가 있다.
Claims (2)
- 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법에 있어서, 수 ㎛ 크기의 탄탈륨 분말을 성형하여 다수개의 부분 소결소자를 제조한 다음, 상기 부분소결소자들을 결합하고 열처리하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 부분 소결소자는 각형, 구형 및 원주형 중 선택된 하나의 형상임을 특징으로 하는 탄탈 콘덴서용 탄탈륨 소결소자의 제조방법.
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