KR100291660B1

KR100291660B1 - Tantalum capacitor using composite powder

Info

Publication number: KR100291660B1
Application number: KR1019980012131A
Authority: KR
Inventors: 문석기
Original assignee: 권문구; 엘지전선주식회사
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2001-06-01
Also published as: KR19990079495A

Abstract

PURPOSE: A tantalum capacitor obtained by using another metal as a parent metal except tantalum and coating tantalum composite powder on a parent metal is provided which has an effect on reducing the manufacturing cost while having the same performance as conventional tantalum capacitors. CONSTITUTION: This tantalum capacitor is prepared by coating tantalum powder(12) having a thickness of 0.2 to 0.3 microns on a parent metal(11) having a particle size of 2 to 3 microns.

Description

Tantalum Capacitors Using Composite Powder

본 발명은 복합분말을 이용한 탄탈륨 커패시터에 관한 것으로, 특히 탄탈륨외에 다른 금속을 복합적으로 사용하되 탄탈륨 복합분말을 모금속에 코팅하여 제작함으로써, 성능은 기존의 탄탈륨 커패시터와 같으면서도 가격을 낮추도록 한 것을 특징으로 하는 복합분말을 이용한 탄탈륨 커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a tantalum capacitor using a composite powder, and in particular, by using a combination of other metals in addition to tantalum, and by coating a tantalum composite powder on the parent metal, the performance is the same as the existing tantalum capacitor, while lowering the price It relates to a tantalum capacitor using a composite powder.

일반적으로 탄탈륨 커패시터는 소형이면서 대용량화가 가능하고 또한 사용온도 범위가 -55℃ - 125℃로 온도 특성이 안정되어 있고, 또한 정전용량, 손실, 누설전류의 변화가 적고 신뢰성이 높아 통신기기, 컴퓨터, 산업용 기기등 주로 고품의 전자기기에 사용되고 있다.In general, tantalum capacitors are small and capable of high capacity, and have stable temperature characteristics with a temperature range of -55 ° C to 125 ° C. They also have low reliability, low change in capacitance, loss and leakage current, and high reliability. It is mainly used for high quality electronic devices such as industrial devices.

또한 일반적으로 탄탈륨 커패시터의 제조공정은 탄탈 분말(Ta-powder)에 바인더(Binder)를 혼합하여 펠릿(pellet)을 형성하는 성형공정과, 전술한 펠릿을 소결로에 넣고 진공상태와 1500℃ - 2000℃의 분위기에서 열을 가하여 펠릿내의 바인더와 불순물을 제거하고, 순수한 탄탈분말만 소결시키는 소결공정과, 전반 화학 처리공정의 작업성을 용이하게 하기 위해 펠릿을 알루미늄 벨트에 용접하는 소자용접공정과, 상기 알루미늄 벨트에 용접된 펠릿을 인산수용액에서 전기분해시켜 탄탈 소자의 표면에 유전체인 오산화이 탄탈층(Ta₂0₂)을 형성시키는 화성공정과, 오산화이 탄탈피막위에 전해질층을 형성하기 위하여 소자를 질산망간액(MN(NO₃)₂) 중에 침전시킨후 소성로에서 열분해시켜 이산화망간(MN0₂) 고체 전해질층을 형성하는 소성과정과, 상기 이산화 망간층이 형성된 탄탈 소자에 음극 단자를 인출하기 위하여 소자의 외벽면에 카본과 은 페이스트를 도포하는 카본, 은 도포 공정으로 순차 진행된다.In general, the manufacturing process of the tantalum capacitor is a molding process of forming a pellet (pellet) by mixing a binder (Ta-powder) in tantalum powder, and the above-mentioned pellets in a sintering furnace under a vacuum and 1500 ℃-2000 A sintering process in which the binder and impurities in the pellets are removed by heating in a 占 폚, and only the pure tantalum powder is sintered, and an element welding process in which the pellets are welded to the aluminum belt to facilitate the workability of the overall chemical treatment process; A chemical conversion process for forming a dielectric layer of tantalum pentoxide (Ta ₂ 0 ₂ ) on the surface of the tantalum element by electrolyzing the pellets welded to the aluminum belt in an aqueous solution of phosphate, and nitriding the element to form an electrolyte layer on the tantalum pentoxide layer. Precipitating in the manganese liquid (MN (NO ₃ ) ₂ ) and pyrolysis in the kiln to form a manganese dioxide (MN0 ₂ ) solid electrolyte layer, and the manganese dioxide In order to take out a negative electrode terminal to a tantalum element in which an interlayer was formed, it progresses sequentially by the carbon and silver application | coating process which apply | coats carbon and silver paste to the outer wall surface of an element.

상기 카본, 은 도포공정은 이산화망간층 형성후의 소자에 대해서, 외장까지에 필요한 카본 도포, 은 페이스트 도포, 리드 와이어를 용접하는 공정으로 순차적으로 이루어지는데, 카본 도포와 은 페이스트 도포는 음극 단자와의 접속을 완전하게 할 목적으로서 카본층은 소자를 콜로이달 카본액중에 침전시킨후 건조 도포하고, 은 페이스트 도포는 1차 도포시에 은분말의 비중을 1.63%로 하고 2차 도포시 은분발의 비중을 1.88%로 조정하여 도포하며, 은 페이스트층의 두께를 0.4 - 0.6㎜로 한정하여 도포한후 음극 리드 와이어를 접합하기 위해 솔더링을 실시하여 솔더를 형성한다.The carbon and silver coating step is performed by sequentially applying carbon coating, silver paste coating, and lead wire to the device after the manganese dioxide layer is formed. Carbon coating and silver paste coating are connected to the negative electrode terminal. For the purpose of perfecting the carbon layer, the carbon layer is dried and coated by precipitating the element in the colloidal carbon solution.The silver paste is 1.63% of the silver powder in the first coating and 1.88 in the second powder. The coating is adjusted by%, and the thickness of the silver paste layer is limited to 0.4-0.6 mm, and then applied to solder the negative lead wire to form a solder.

전술한 사항을 도면을 첨부하여 설명하면 다음과 같다.The foregoing is described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 납디핑 공정을 완료한후 탄탈륨 콘덴서의 단면도로써, 탄탈소자(2)에는 양극 리드 와이어(1)가 연결되어 있으며, 상기 탄탈소자(2)의 외측으로는 유전체인 탄탈 피막층(3)이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view of a tantalum capacitor after completion of the lead dipping process, in which a positive lead wire 1 is connected to the tantalum element 2, and a tantalum film layer 3, which is a dielectric, is formed outside the tantalum element 2. Is formed.

상기 탄탈 피막층(3)의 외측으로는 전해질인 이산화 망간층(4)이 도포되어 있고, 상기 이산화 망간층(4)의 외측으로는 카본 분말층(5)이 형성되어 있다. 상기 카본 분말층(5)의 외측으로는 은 페이스트층(6)이 형성되고, 상기 은 페이스트층(6)의 외측으로는 솔더층(7)이 형성된다.The manganese dioxide layer 4 which is electrolyte is apply | coated to the outer side of the said tantalum film layer 3, and the carbon powder layer 5 is formed on the outer side of the said manganese dioxide layer 4. A silver paste layer 6 is formed outside the carbon powder layer 5, and a solder layer 7 is formed outside the silver paste layer 6.

상술한 바와같이 기존의 탄탈륨 소자는 평균입도 2㎛ 정도의 탄탈륨 분말을 성형한후에 진공로에서 약 1500℃ - 2000℃ 정도에서 1시간 정도 소결후 인산에서 화성하고, 오산화이 탄탈층(Ta₂0₂)을 형성하여 만들어 졌다.As described above, the conventional tantalum element is formed of tantalum powder having an average particle size of 2 μm, and then sintered in a vacuum furnace for about 1 hour at about 1500 ° C. to 2000 ° C., and then converted into phosphoric acid, and a tantalum pentoxide layer (Ta ₂ 0 ₂ ) It was made by forming a.

상기 오산화이 탄탈층(Ta₂0₂)의 유전막은 화성전압과 전류 그리고 온도에 따라 변하는데 보통 0.2㎛ - 0.3㎛ 정도를 적정두께로 보고 있다.The dielectric film of the di tantalum pentoxide layer (Ta ₂ 0 ₂ ) varies depending on the conversion voltage, the current, and the temperature, and is generally considered to be about 0.2 μm to 0.3 μm as an appropriate thickness.

그런데 탄탈륨 분말 소결체에서 화성하여 유전막이 생기는 것은 도 2의 14에서 나타낸 바와같이 전체 분말에 비해서 적은 부피이다.However, the formation of the dielectric film by chemical conversion in the tantalum powder sintered compact has a smaller volume than the total powder as shown in FIG.

즉, 13은 화성되지 않은 탄탈륨으로서 커패시터에서 하는 역할은 단순한 전극의 연장으로서 도전체의 역할만을 하게 된다.That is, 13 is a non-tanned tantalum, and the role of the capacitor is to simply act as a conductor as an extension of the electrode.

따라서 상기와 같이 이루어지는 탄탈륨 커패시터는 원재료인 고가의 탄탈륨이 많이 들어가기 때문에 사용에 제약이 많이 따르고 있고, 이러한 가격요인이 발생하는 이유로 인하여 알루미늄 커패시터가 범용으로 사용되고 있는 실정이다.Therefore, the tantalum capacitor made as described above has a lot of restrictions due to the use of expensive tantalum as a raw material, and due to the reason that such a price factor occurs, the aluminum capacitor is widely used.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 탄탈륨외에 다른 금속을 복합적으로 사용하되 탄탈륨 복합분말을 모금속에 코팅하여 탄탈륨 커패시터를 제작토록 함으로써, 성능은 기존의 탄탈륨 커패시터와 같으면서도 가격을 낮추도록 한 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by using a combination of other metals in addition to tantalum, but by coating a tantalum composite powder on the parent metal to produce a tantalum capacitor, the performance is the same as the conventional tantalum capacitor to lower the price For that purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,As a means for achieving the above object,

본 발명은 탄탈륨외에 다른 금속을 모금속으로 이용하고, 탄탈륨 복합분말을 모금속에 코팅하여 탄탈륨 커패시터를 제작함이 특징이다.The present invention is characterized by producing a tantalum capacitor by using a metal other than tantalum as a mother metal, and coating a tantalum composite powder on the mother metal.

도 1은 일반적인 탄탈륨 커패시터의 탄탈소자 단면도.1 is a cross-sectional view of a tantalum element of a typical tantalum capacitor.

도 2는 종래의 탄탈륨 커패시터의 탄탈소자 내부구조 모형도.Figure 2 is a schematic diagram of the internal structure of the tantalum element of the tantalum capacitor.

도 3은 본 발명의 탄탈륨 커패시터 구조도.3 is a structural diagram of a tantalum capacitor of the present invention.

도 4는 본 발명에서 탄탈륨 커패시터의 탄탈소자 내부구조 모형도.Figure 4 is a schematic diagram of the internal structure of the tantalum element of the tantalum capacitor in the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1: 리드 와이어 2: 탄탈소자1: lead wire 2: tantalum element

3: 탄탈 피막층 4: 이산화 망간층3: tantalum coating layer 4: manganese dioxide layer

5: 카본 분말층 6: 은 페이스트 층5: carbon powder layer 6: silver paste layer

7: 솔더층 11: 모금속7: solder layer 11: base metal

12: 탄탈륨 분말층 13: 화성되지 않은 탄탈륨12: tantalum powder layer 13: unburned tantalum

14: 탄탈륨 분말이 화성되어진 탄탈륨14: tantalum in which tantalum powder is converted

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

그리고 본 발명의 설명에서 종래와 동일 또는 동등한 부분은 같은 도면부호로 표기하여 설명한다.And the same or equivalent parts in the description of the present invention will be described by the same reference numerals.

도 3은 본 발명의 구성도로써, 도시한 바와 같이 모금속(11)에 미립의 탄탈륨 분말을 코팅하여 흡착시킨다.3 is a schematic diagram of the present invention, as shown in the fine metal tantalum powder coated on the base metal 11 and adsorbed.

이때 모금속(11)의 입경은 통상적 탄탈륨 커패시터용 탄탈륨 분말의 평균 입도인 2㎛ - 3㎛ 정도인 것을 사용한다.At this time, the particle diameter of the parent metal 11 is used that the average particle size of the tantalum powder for a tantalum capacitor is usually about 2㎛-3㎛.

여기서, 모금속(11)의 선택시 고려해야할 사항은, 도금액에 녹지 않아야 되며, 또한 소결시 탄탈륨과 반응하여 금속간 화합물을 만들지 않아야 된다.Here, matters to be taken into consideration when selecting the parent metal 11 should not be dissolved in the plating solution, and should not react with tantalum during sintering to form an intermetallic compound.

그리고 코팅재로 쓰이는 탄탈륨 분말(12)의 두께는 0.2㎛ - 0.3㎛ 정도로 한다.And the thickness of the tantalum powder 12 used as a coating material is about 0.2㎛-0.3㎛.

이는 이상적인 오산화이 탄탈층(Ta₂0₂)의 두께가 0.2㎛ - 0.3㎛ 정도이기 때문이다.This is because the ideal thickness of the tantalum pentoxide layer Ta ₂ 0 ₂ is about 0.2 μm to 0.3 μm.

그리고 도 3과 같은 복합 분말의 형상은 현행 알려져 있는 메카노 퓨전(Mechano fusion)의 방법을 사용하며, 이를 위해서는 모합금이 구형일수록 좋고, 또한 메카노 퓨전 공정시 산화를 막기위해 진공상태를 유지해 주어야 한다.In addition, the shape of the composite powder as shown in FIG. 3 uses the currently known method of Mechano fusion, and for this purpose, the mother alloy has a spherical shape, and must be maintained in a vacuum state to prevent oxidation during the mechano fusion process. do.

코팅 방법으로 메카노 퓨전을 제시한 것은 본 발명의 기술범위를 제한하기 위한 것이 아니라, 이 방법이 서로 다른 입경을 가진 분말간의 코팅방법으로 널리 사용되고 있기 때문이다.The mechano fusion is presented as a coating method because it is not intended to limit the technical scope of the present invention, but this method is widely used as a coating method between powders having different particle diameters.

도 4는 이런 코팅분말로 소결한 후에 화성한 커패시터의 내부 단면구조이다.4 is an internal cross-sectional structure of a capacitor formed after sintering with such a coating powder.

상기와 같은 탄탈 커패시터를 소결시에는 산화를 방지하기 위해 고진공 소결뿐만 아니라, 모금속(11)으로부터의 산소이동에 의한 산화를 막기 위해 고순도의 모금속을 사용하여야 한다.When sintering the tantalum capacitor as described above, in order to prevent oxidation, a high purity mother metal should be used to prevent oxidation by oxygen migration from the mother metal 11 as well as high vacuum sintering.

이는 탄탈륨 층(12)의 산소 함량이 3800ppm을 넘으면 화성시 결함으로 작용하기 때문이다.This is because when the oxygen content of the tantalum layer 12 exceeds 3800 ppm, it acts as a defect in chemical conversion.

또한 화성 공정시 화성액이 탄탈륨과는 모두 접촉이 이루어지되, 모금속과는 접촉하지 않도록 해야 한다.In the chemical conversion process, all chemicals are in contact with tantalum but not in contact with the parent metal.

이는 후공정인 이산화망간 침투 공정시에도 마찬가지여서 모금속과 전해질인 이산화망간이 서로 접촉하여 통전되는 일이 없도록 해야 한다.This is the same in the post-manganese dioxide infiltration process, so that the parent metal and the manganese dioxide as electrolytes do not come into contact with each other and are energized.

이는 커패시터의 특성이 모금속(11)에 영향을 받지 않고 오직 도금된 탄탈륨층(12)에 의해서만 좌우되기 위함이다.This is because the characteristics of the capacitor are not influenced by the parent metal 11 and only depend on the plated tantalum layer 12.

따라서 상기와 같이 모금속에 탄탈륨층을 형성하게 되면, 상기 탄탈륨층을 통해서 커패시터 기능을 수행하기 때문에 기존의 탄탈륨 커패시터에 비해서 성능이 떨어지지 않는다.Therefore, when the tantalum layer is formed on the parent metal as described above, since the capacitor function is performed through the tantalum layer, performance is not deteriorated as compared with the conventional tantalum capacitor.

상술한 바와같이 본 발명은 탄탈륨외에 다른 금속을 복합적으로 사용하되 탄탈륨 복합분말을 모금속에 코팅하여 제작함으로써, 성능은 기존의 탄탈륨 커패시터와 같으면서도 가격을 낮추도록 하는 효과를 제공한다.As described above, the present invention uses a combination of other metals in addition to tantalum, but by producing a tantalum composite powder coated on the mother metal, the performance is the same as the existing tantalum capacitor, but also provides the effect of lowering the price.

Claims

In a tantalum capacitor manufactured using tantalum,

Tantalum capacitor using a composite powder, characterized in that the tantalum powder (12) is coated on the parent metal (11).