KR100280293B1 - 탄탈 캐패시터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

탄탈 캐패시터의 전해질로 사용되는 폴리피롤을 탄탈소자의 유전체 산화막에 코팅시키는 탄탈 캐패시터의 제조방법이 개시되어 있다. 탄탈륨의 표면에 산화피막을 형성시킨 후 탄탈륨을 저분자의 폴리피롤용액에 함침시켜 1차 폴리피롤층을 형성시키고, 2차로 고분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시켜 2차 폴리피롤층을 형성시킨다. 상기 저분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시키면 저분자인 폴리피롤이 탄탈륨의 내부로 신속하게 침투하여 전해질의 특성을 향상시키게 된다.

Description

탄탈 캐패시터의 제조방법
본 발명은 탄탈 캐패시터(Tantal Capacitor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄탈 캐패시터의 전해질로 사용되는 폴리피롤을 탄탈소자의 유전체 산화막에 코팅시키는 탄탈 캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄탈 캐패시터는 반도체작용을 하는 탄탈금속(Ta)의 산화피막을 캐패시터의 유전체(Ta2O5)로 이용한 캐패시터이다. 상기 탄탈 캐패시터는 양극산화에 의하여 탄탈산화물(Ta2O5)을 유전체로 하고 있다. 탄탈의 박과 소결체를 전극으로 양극산화에 의하여 탄탈금속면에 형성된 산화피막은 화성전압 1V당 10 ∼ 16Å으로 형성된 얇은 피막으로서 피막의 두께는 화성전압의 상승에 비례하여 증가하며, 캐패시터의 정전용량과는 반비례 관계를 이루고 있다. 또한, 화성전압은 탄탈전해 캐패시터의 종류에 따라 다르지만 탄탈고체 캐패시터에서는 정격전압의 3 ∼ 4배, 탄탈박형 캐패시터에서는 1.3 ∼ 1.4배를 기준으로 하고 있고, 유전체인 탄탈산화피막의 유전율= 23으로 유전율이 7에 해당하는 알루미늄산화피막에 비해 약 3배에 해당한다.
상기와 같은 탄탈 캐패시터의 일반적인 제조방법을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1에서, 먼저, 성형단계(100)는 탄탈분말에 결합제(binder)역할을 하는 D-Camper를 혼합한 후 용제를 건조 제거시킨다음 평량하여 원통형 또는 각형 펠릿(Pellet)에 양극 리드선인 탄탈선을 삽입시켜 일정한 밀도로 성형을 한다. 소결단계(200)에서는 성형된 소자를 진공소결로에 장진후 10-5∼10-6Torr 정도의 진공중에서 1600℃∼2000℃ 정도로 가열하여 결합제 제거와 동시에 소결을 한다. 화성단계(300)에서는 2개의 전극과 그 사이에 삽입되는 유전체로 구성되는 캐패시터의 유전체를 생성하는 단계로 전해액중에 소결소자를 넣어서 직류전압(화성전압)을 인가하여 탄탈금속의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 생성하게 되며, 이것이 유전체가 된다. 소성단계(400)에서는 화성단계(300)에서 생성된 산화피막의 표면에 전해질의 이산화망간층을 형성한다. 즉, 소자의 기공내부에 있는 산화피막의 표면에 이산화망간층을 부착시키기 위하여 질산망간의 수용액중에 소자를 침적하여 함침시킨 후 가열분해하여 이산화망간층을 얻게 된다. 조립단계(500)에서는 소성단계(400)에서 이산화망간층을 형성한 후의 소자에 대해서 외장까지의 필요한 카본도포, 은페이스트도포 및 리드용접을 함으로써 외장공정까지가 완료된다. 에이징(Aging)단계(600)에서는 외장을 완료한 캐패시터는 목표품질, 또는 요구하는 품종에 만족할 만한 조건으로 에이징을 하여 초기불량을 제거한 다음 신뢰성에 대한 롯(lot)판정을 하여 롯에 해당하는 제품은 폐기처분한다. 마킹단계(700)에서는 캐패시터에 절연슬리브를 피복시키거나 필요한 표시(정격전압, 정전용량, 극성표시)를 함으로써 탄탈캐패시터가 제조완료된다.
상기 소성단계(400)에서 산화피막의 표면에 전해질로 이산화망간층(MnO2)을 형성하게 되는데, 최근에는 이산화망간층 대신에 전도도가 좋은 고분자인 폴리피롤층(Polypyrrole)을 형성한다.
도 2는 종래의 방법으로 제조된 탄탈 캐패시터의 개략적인 부분단면도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 탄탈륨(10)의 표면에는 산화피막(Ta2O5)(12)이 형성되고, 상기 산화피막(Ta2O5)(12)이 표면에 형성된 탄탈륨(10)은 폴리피롤(PPy)용액에 직접 함침시켜 산화피막(Ta2O5)(12)의 표면에 폴리피롤층(14)을 형성시킨다. 상기 폴리피롤층(14)은 전해질층에 해당하며, 상기 폴리피롤층(14)의 표면에는 카본층(16) 및 Ag페이스트층(18)이 형성된다. 상기 산화피막(Ta2O5)(12)이 표면에 형성된 탄탈륨(10)을 폴리피롤용액에 함침시킴으로써 형성시키는 폴리피롤층(14)은 탄탈륨(10)의 내부로 폴리피롤이 침적되어야 전해질의 용량이 좋아진다. 그런데 상기 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시키게 되면 폴리피롤이 탄탈륨의 내부로 침투하지 못하여 전해질의 용량이 감소되는 원인이 된다. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄탈 캐패시터의 전해질로 사용되는 폴리피롤이 탄탈소자의 내부로 깊숙히 침투되도록 유전체 산화막의 표면에 코팅시키는 탄탈 캐패시터의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 종래의 방법으로 제조된 탄탈 캐패시터의 개략적인 부분단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 탄탈전해 캐패시터의 부분단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30 : 탄탈륨
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄탈륨의 표면을 산화시켜 산화피막을 형성시키는 산화피막형성단계; 상기 산화피막이 형성되면 산화피막이 형성된 탄탈륨을 저분자 폴리피롤용액에 1차로 함침시켜 1차폴리피롤층을 형성시키는 1차함침단계; 상기 1차함침단계 다음에 탄탈륨을 고분자 폴리피롤용액에 함침시켜 2차폴리피롤층을 형성시키는 2차함침단계; 상기 2차함침단계 다음에 2차폴리피롤층의 표면에 카본층을 형성시키는 카본층형성단계; 그리고 상기 카본층위에 은(Ag)페이스트층을 형성시키는 은페이스트형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄탈 캐패시터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 탄탈륨(Tantalum)의 표면에 산화피막을 형성시킨 후 탄탈륨을 저분자의 폴리피롤용액에 함침시켜 1차 폴리피롤층을 형성시키고, 2차로 고분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시켜 2차 폴리피롤층을 형성시킨다. 상기 저분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시키면 저분자인 폴리피롤이 탄탈륨의 내부로 신속하게 침투하여 전해질의 특성을 향상시키게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 탄탈전해 캐패시터의 부분단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 설명하면, 먼저, 탄탈전해 캐패시터를 제조하기 위하여 탄탈분말을 성형공정 및 소결공정을 통해 일정한 크기를 갖는 탄탈소자인 탄탈륨(30)으로 형성시킨다. 상기 탄탈륨(30)은 산화피막형성단계(S10)에서 탄탈륨(30)의 표면을 산화시켜 유전체인 산화피막(32)을 형성시키게 된다. 상기 산화피막형성단계(S10)에서 탄탈륨(30)의 표면에 산화피막(32)이 형성되면 1차함침단계(S20)에서 산화피막이 형성된 탄탈륨을 저분자 폴리피롤용액에 1차로 함침시킴으로써 산화피막(32)의 표면에 1차폴리피롤층(34)을 형성시킨다. 상기 저분자 폴리피롤용액은 분자량이 50,000이하에 해당한다. 상기 1차함침단계(S20)에서 산화피막(32)의 표면에 1차폴리피롤층(34)이 형성되면 2차함침단계(S30)에서는 탄탈륨(30)을 고분자 폴리피롤용액에 함침시키므로써 1차폴리피롤층(34)의 표면에 2차폴리피롤층(36)을 형성시키게 된다. 상기 고분자 폴리피롤용액은 분자량이 50,000∼수 10만의 범위에 해당한다. 상기 2차함침단계(S30)에서 2차폴리피롤층(36)이 형성되면 카본층형성단계(S40)에서는 2차폴리피롤층(36)의 표면에 카본층(38)을 형성시키게 되며, 은페이스트형성단계(S50)에서는 카본층형성단계(S40)에서 형성된 카본층(38)의 표면에는 은(Ag)페이스트층(40)을 형성시키게 된다.
이하, 일 실시예를 통해 본 발명을 설명하면, 탄탈분말을 성형공정에서 일정한 크기를 갖는 탄탈소자로 성형된 탄탈륨(30)의 표면에 유전체층인 산화피막(32)을 형성시킨다. 상기 산화피막(32)이 형성된 탄탈륨(30)을 분자량이 50,000이하인 저분자 폴리피롤용액에 함침시키게 된다. 상기 저분자 폴리피롤용액에 탄탈륨이 함침되면 저분자인 폴리피롤이 탄탈륨(30)의 내부로 신속하게 침투를 함과 동시에 표면에 1차폴리피롤층(34)이 얇게 형성되므로 전해질의 용량이 증대된다. 상기 저분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침하여 1차폴리피롤층(34)을 형성시킨 다음 분자량이 50,000이상에서 수10만이하인 고분자 폴리피롤용액에 탄탈륨(30)을 함침시키게 된다. 상기 1차폴리피롤층(34)이 형성된 탄탈륨(30)을 고분자 폴리피롤용액에 함침시키게 되면 고분자 폴리피롤이 1차폴리피롤층(34)의 표면에 코팅되어 2차폴리피롤층(36)이 형성된다. 상기 2차폴리피롤층(36)의 표면에는 카본층(38)및 은페이스트층(40)이 형성되므로서 탄탈전해 캐패시터가 완성된다.
따라서, 상기 탄탈륨(30)의 표면에는 저분자 폴리피롤에 의한 얇은 1차 폴리피롤층이 형성된 후 고분자 폴리피롤에 의한 2차 폴리피롤층이 형성되므로 탄탈륨(30)의 내부에 침투된 저분자의 폴리피롤과 고분자의 폴리피롤에 의해 전해질의 용량은 크게 증대된다.
이상 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 탄탈륨(Tantalum)의 표면에 산화피막을 형성시킨 후 탄탈륨을 저분자의 폴리피롤용액에 함침시켜 1차 폴리피롤층을 형성시키고, 2차로 고분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시켜 2차 폴리피롤층을 형성시킨다. 상기 저분자 폴리피롤용액에 탄탈륨을 함침시키면 저분자인 폴리피롤이 탄탈륨의 내부로 신속하게 침투하여 전해질의 특성을 향상시키게 된다.

Claims (1)

  1. 탄탈륨의 표면을 산화시켜 산화피막을 형성시키는 산화피막형성단계; 상기 산화피막이 형성되면 산화피막이 형성된 탄탈륨을 저분자 폴리피롤용액에 1차로 함침시켜 1차폴리피롤층을 형성시키는 1차함침단계; 상기 1차함침단계 다음에 탄탈륨을 고분자 폴리피롤용액에 함침시켜 2차폴리피롤층을 형성시키는 2차함침단계; 상기 2차함침단계 다음에 2차폴리피롤층의 표면에 카본층을 형성시키는 카본층형성단계; 그리고 상기 카본층위에 은(Ag)페이스트층을 형성시키는 은페이스트형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄탈 캐패시터의 제조방법.
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