KR100473098B1 - 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법 - Google Patents

고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체층의 기계적 강도를 향상시키는 동시에 저레벨로 안정된 LC 특성을 가지는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 고체 전해 콘덴서는 다수의 공극부를 가지는 양극체의 표면부에 형성된 유전체층, 그 유전체층의 표면 및 상기 공극부에 각각 형성된 다공질체와 그 다공질체가 가지는 복수의 관통공 내부에 충전된 도전성 고분자를 포함하는 반도체층, 및 그 반도체층 표면 상에 형성된 음극체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법 {SOLID ELECTROLYTIC CAPACITOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터 고체 전해 콘덴서는 양극-유전체-반도체층(고체 전해질층)-음극의 구성으로 되어 있고, 일반적으로 양극으로서 밸브 작용을 가지는 금속(밸브 작용 금속)의 표면층에 유전체층으로서 산화 피막(이하, 유전체층이라 함)을 형성하고, 그 위에 반도체층(고체 전해질층) 및 음극이 형성된 구조로 되어 있다.
여기에서, 밸브 작용 금속이란 양극 산화에 의해서 두께의 제어가 가능한 산화 피막을 형성시킬 수 있는 금속으로서, Nb, Al, Ta, Ti, Hf, Zr 등을 지칭하는데, 현실적으로는 Al 및 Ta 두 가지가 주로 사용되고 있다.
이 중, Al에 관해서는 에칭박을 양극으로서 사용하는 것이 많고, Ta는 분말소결되어 다공질체를 형성하여 그것을 양극에 사용하고 있다.
다공질 소결체 타입의 전해 콘덴서는 고체 전해 콘덴서 중에서도 특히 소형 대용량화가 가능하기 때문에, 휴대전화, 정보 단말기기 등의 소형화의 요구에 매칭되는 부품으로서 많은 수요가 있다.
이하에서 Ta 고체 전해 콘덴서의 종래의 구조 및 제조 방법에 관해 도면을 이용하여 설명한다.
도 4는 Ta 고체 전해 콘덴서의 종래의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, Ta를 이용한 종래의 고체 전해 콘덴서(1)는 소자 리드선(11a)이 매설(埋設)된 Ta 혼합 분말을 소결하여 이루어지는 양극체(11)의 표면에 유전체층(12)이 형성되고, 반도체층(13)으로서 탄소 분말 등을 함유하는 도전성 고분자층(131)이 상기 유전체층(12)의 표면에 형성되어 있다.
또, 상기 반도체층(13) 상에는 음극체(14)로서 흑연 페이스트층(141)이 형성되고, 그 위에 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 양극체(11)측 소자 리드선(11a) 및 상기 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)의 각각에 리드프레임(52)이 접합되어 전체가 수지(51)로 몰드 외장(外裝)된다.
다음에, Ta 고체 전해 콘덴서의 종래의 제조 방법에 관해 도 5를 이용하여 설명한다.
(1) Ta 다공질체의 형성(S1)
① Ta 분말 조합
프레스 성형성을 향상시키기 위해서 Ta 분말에 바인더를 첨가하여 혼합한다.
② 프레스ㆍ소결
상기 Ta 혼합 분말 속에 양극의 소자 리드선을 삽입하여, 원주형 또는 직사각형으로 프레스 성형한다.
이어서 상기 프레스 성형품을 고진공(10-4Pa 이하) 중에서 1300∼2000℃로 가열함으로써 소결하여 Ta 다공질체, 즉 양극체를 형성한다.
(2) 유전체층 형성(S2)
화성(化成) 처리(S2a)
상기 Ta 다공질체를 양극으로서 대향 전극과 함께 인산 등의 전해액 중에 침지하고 화성 전압을 인가함으로써 Ta 다공질체 표면에 유전체를 이루는 Ta 산화 피막을 형성한다(양극 산화법).
이 때, 화성 전압의 조건〔Vf(포메인션 볼트)〕에 의해 유전체층(Ta 산화 피막)의 두께가 결정되고 콘덴서로서의 특성이 결정된다.
또, 상기 전해액으로는 농도가 0.6 용량%인 인산 수용액 등이 이용된다.
(3) 반도체층(전해질층) 형성(S3)
전단계에서 형성된 Ta 다공질체의 산화 피막 상에 반도체층으로서 고체 전해질층이 형성된다.
고체 전해질로는 이산화망간이나 피롤, 티오펜 및 그 유도체를 중합시킨 도전성 고분자 등을 이용한다.
여기에서, 예를 들면 고체 전해질로서 피롤 중합체를 이용한 경우에는, 표면에 유전체층이 형성된 양극체 상에 피롤모노머 용액과 3산화철 등의 산화제 용액을 이용하여 화학 중합 또는 전해 중합시킴으로써 고체 전해질층이 형성된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또, 도전성 고분자를 형성하는 방법으로서, 산화제를 미리 유전체 표면에 형성하고 그 후 모노머 용액에 침지하여 중합 반응을 일으키는 것도 가능하다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
또, 고체 전해질층으로서 망간을 이용하는 경우에는, 표면에 유전체층이 형성된 양극체를 질산망간 등에 침지하여 가열 처리하는 공정 등을 차례로 행함으로써 고체 전해질층이 형성된다.
또, 적당한 가교제를 이용하여 폴리아닐린 등을 중합하여 고체 전해질을 형성할 수도 있다 (예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
(4) 재화성(再化成) 공정(S4)
다음에, 상기 반도체층(고체 전해질층)을 형성하는 공정에서, 특히 망간을 반도체층(고체 전해질층)의 성분으로서 선택한 경우에는 공정 중에 행하여지는 열처리에 의해서 상기 유전체층이 파괴되어 있는 개소가 있다.
이 유전체층의 파괴 개소를 다시 수복하기 위해서, 유전체층 및 반도체층(고체 전해질층)이 차례로 형성된 양극체에 다시 화성 처리(S2a)를 행한다.
(5) 음극체 형성(S5)
흑연 페이스트층 형성(S5a) 및 은(Ag)을 포함하는 페이스트층 형성(S6)
상기 반도체층(고체 전해질층) 상에 음극체로서 흑연층을 형성하고, 또 그 위에 은(Ag)을 포함하는 페이스트층을 형성한다. 이 흑연층의 형성에 관해서는 본 발명자가 일본 특개평11-297574의 제20 및 제21 단락에 개시하는 방법을 이용할 수도 있다.
(6) 리드프레임 접합(S7) 및 몰드 외장(S8)
다음에, 양극의 소자 리드선에 리드프레임 양극부를 스폿 용접에 의해서 접합하고, 은(Ag)을 포함하는 페이스트층에 리드프레임 음극부를 도전성 접착제에 의해 접합한다.
마지막으로 전체를 수지로 몰드 외장하여, 도 4에 도시한 바와 같은 구성의 Ta 고체 전해 콘덴서를 완성한다.
[특허 문헌 1]
일본 특개2001-160318호 공보(단락 0032, 0033)
[특허 문헌 2]
일본 특개2000-216061호 공보(단락 0018∼0020)
[특허 문헌 3]
미국특허 제6,391,379호(실시예 2)
그러나 이상의 공정에서 제조되는 Ta 고체 전해 콘덴서에는 다음과 같은 문제가 있었다.
화성액에 함침하여 표면에 유전체층이 형성된 양극체를 산화제 함유액에 침지하여 자연 건조시키는 공정에서, 상기 산화제 함유액은 표면 장력에 의해서 표면에 유전체층이 형성된 상기 양극체의 에지 부분에 잔류하기 쉽고, 그 결과 유전체층 상에 형성되는 반도체층, 즉 고체 전해질층의 층 두께가 불균일하게 되는 경우가 있었다.
이와 같이 반도체층(고체 전해질층)에 층 두께가 불균일한 부분이 있으면, 수지 외장 공정에서 행하여지는 열처리에 의해서 반도체층(고체 전해질층)이 손상되어 각 층의 상호 박리나 균열을 발생시킬 우려가 있었다.
또, 반도체층(고체 전해질층)의 손상에 의해 유전체층도 손상될 우려가 있어, 콘덴서 제조 시의 몰드 외장의 단계, 콘덴서 실장 시의 땜납 접합의 단계, 또는 콘덴서 실장 이후 사용 시의 열 영향에 따라 누설 전류(Leakage Current, 이하 LC라 함)가 커지는 문제를 발생하는 원인이 되었다. 여기에서, LC는 일정한 직류 전압을 일정 시간 콘덴서에 가한 후에 콘덴서에 흐르고 있는 전류를 말하며, LC가 작을 수록 양질의 콘덴서라고 할 수 있다.
또한, 고체 전해질 콘덴서의 중요한 특성으로서 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance, 이하 ESR라 함)을 들 수 있고, 상기 LC와 함께 낮은 수치로 제한할 필요가 있다
ESR 특성의 증가 원인으로서, 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복하지 못하거나 또는 형성 불량이 있는 것을 들 수 있다. 이 경우, 콘덴서 특성인 용량의 감소나 유전 손실의 증가를 야기하기 때문에 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복하는 것은 중요한 과제이다.
즉, 본 발명의 제1의 목적은 LC와 ESR이 모두 작은 새로운 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는, 다수의 공극부(空隙部)를 가지는 양극체(陽極體)의 표면부에 형성된 유전체층(誘電體層), 상기 유전체층의 표면 및 상기 공극부에 각각 형성된 다공질체와 상기 다공질체가 가지는 복수의 관통공 내부에 충전(充塡)된 도전성 고분자를 포함하는 반도체층, 및 상기 반도체층 표면 상에 형성된 음극체를 구비한다.
이와 같이 구성함으로써, 도전성 고분자가 다공질 수지 내를 충전하도록 형성되고 반도체층, 즉 고체 전해질층의 층 두께가 균일하게 된다.
또, 도전성 고분자가 다공질체에 대하여 스며듦으로써 앵커 효과를 가지며, 반도체층으로서의 기능을 나타내는 도전성 고분자가 유전체층 및 음극체에 대하여 박리되기 어렵게 된다. 따라서, 유전체층과 반도체층과 음극체의 견고한 접합이 실현되어 ESR이 낮은 고체 전해 콘덴서로 된다.
또한, 도전성 고분자가 전기 절연성 다공질체의 각 구멍에 충전된 양태로 형성됨에 따라, 반도체층, 즉 고체 전해질층의 두께가 균일하게 되어 LC가 낮은 고체 전해질 콘덴서를 실현할 수 있는 동시에, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층을 구비하는 고체 전해질 콘덴서가 된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제2 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는 상기 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서로서, 상기 다공질체의 상호 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함한다.
다공질체끼리의 접합이 이러한 가교 구조를 갖춤으로써 다공질체 전체의 기계적 강도가 증대되어, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층이 된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제3 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는 상기 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서로서, 상기 도전성 고분자와 상기 다공질체의 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함한다.
도전성 고분자와 다공질체의 접합이 이러한 가교 구조를 갖춤으로써 반도체층 전체의 기계적 강도가 증대되어, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고해진다. 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층이 된다. 따라서, 그 접속면의 박리 강도가 증가하여, 열응력 등에 의해서도 고체 전해질 콘덴서의 ESR이 증가되기 어렵다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제4 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는 상기 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서로서, 상기 반도체층과 상기 유전체층의 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함한다.
반도체층과 양극체의 표면부에 형성된 유전체의 접합이 이러한 가교 구조를 갖춤으로써 그 접속면의 박리 강도가 증가하여, 열응력 등에 의해서도 고체 전해질 콘덴서의 ESR이 증가되기 어렵다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제5 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는, 상기 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서로서, 상기 다공질체의 공극률(porosity)이 58% 이상 95% 이하이며, 또한 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-14㎡ 이상 0.8×10-8㎡ 이하이다.
이와 같이 구성함으로써, 도전성 고분자가 막힘을 일으키지 않고 효율적으로 다공질체 내에 형성된다. 이로 인하여, 이러한 구성을 구비하는 고체 전해질 콘덴서의 ESR이 증가되기 어렵다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제6 발명에 따른 고체 전해 콘덴서는 상기 본원 제1 발명에 따른 고체 전해 콘덴서로서, 상기 반도체층의 층 두께가 1.0×10-5m 이상 1.0×10-3m 이하이다.
이와 같이 구성함으로써, 수지 외장 시의 열 스트레스에 의해서 반도체층과 이것에 접하는 각 층의 박리나 균열을 발생시킬 우려가 적어진다. 이로 인하여, 이러한 구성을 구비하는 고체 전해질 콘덴서의 LC는 증대되기 어렵다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제7 발명에 따른 적어도 양극체와 유전체와 음극체를 가지는 고체 전해 콘덴서의 제조 방법은, (A) 유전체층이 표면 상에 형성된 양극체를 준비하는 공정, (B) 반도체층의 다공질체를 형성하기 위한 원재료를 포함하는 액체와 상기 유전체층의 표면을 접촉시키고 건조하여 관통공을 가지는 상기 다공질체를 형성하는 공정, (C) 상기 다공질체를 구비하는 상기 양극체를 산화제 용액에 침지하여, 상기 다공질체의 관통공을 충전하도록 반도체층의 도전성 고분자를 형성하는 공정, 및 (D) 상기 반도체층 표면 상에 음극체를 형성하는 공정을 포함한다.
이러한 제조 방법을 채용함으로써, 얻어지는 고체 전해 콘덴서가 구비하는 도전성 고분자는 다공질 수지 내를 충전하도록 형성되고 반도체층, 즉 고체 전해질층의 층 두께가 균일하게 된다.
또, 도전성 고분자가 다공질체에 대하여 스며듦으로써 앵커 효과를 나타내어, 반도체층으로서의 기능을 나타내는 도전성 고분자가 유전체층 및 음극체에 대하여 박리되기 어렵게 된다. 따라서, 유전체층과 반도체층과 음극체의 견고한 접합이 실현되어, ESR이 낮은 고체 전해 콘덴서가 만들어진다.
또한, 도전성 고분자가 전기 절연성 다공질체의 각 구멍에 충전된 양태로 형성됨으로써 반도체층, 즉 고체 전해질층의 두께가 균일하게 되어 LC가 낮은 고체 전해질 콘덴서를 실현할 수 있는 동시에, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층을 구비하는 고체 전해질 콘덴서가 만들어진다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제8 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법은, 본원 제7 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법으로서, 공정 (B)와 공정 (C)의 사이에, 상기 유전체층과 상기 다공질체의 표면부에 가교 물질을 포함하는 박층을 형성하는 공정을 포함한다.
이러한 공정을 채용함으로써 다공질체끼리 또는 도전성 고분자와 다공질체 또는 유전체층과 반도체층 중 어느 하나 이상의 접합은 가교를 포함하는 접합이 되고, 그 접속면의 박리 강도가 증가한다. 따라서, 본 제조 방법으로 만들어진 고체 전해질 콘덴서는 열응력 등에 의해서도 그것의 ESR이 증가되기 어렵다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제9 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법은 본원 제8 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법으로서, 상기 다공질체는 무기 산화물을 포함하고, 상기 가교 물질은 실란 커플링제를 포함한다.
이러한 재료를 이용함으로써 특히 견고한 결합을 가지는 고체 전해 콘덴서를 만들 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본원 제10 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법은 본원 제7 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법으로서, 공정 (B)에서 사용하는 액체에서, 다공질체를 형성하기 위한 원재료의 농도가 10 용량% 이상 20 용량% 이하이다.
다공질체를 형성하기 위한 원재료의 농도가 10 용량%보다 낮으면, 다공질체의 형성이 불충분하게 되어 수지 외장 공정에서의 열 스트레스에 충분히 대항할 수 없고 LC가 현저히 증대된다.
이에 반하여, 상기 농도가 20 용량%보다 높으면, 유전체층 상의 다공질체가 과도하게 형성되어 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복할 수 없고 ESR이 현저히 증대된다. 전술한 바와 같이, 제조 직후에 ESR이 큰 고체 전해질 콘덴서는 그 후 ESR이 크게 상승하는 경향이 있기 때문에, 다공질체를 형성하기 위한 원재료의 액중 용적율을 20 용량%가 상한이 되도록 하는 것이 특히 바람직하다.
[발명의 실시형태]
이하에, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법의 일 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일 실시예에서의 구성을 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서(1)는 콘덴서 소자(10), 그의 양극부 및 음극부 각각이 직접적 또는 간접적으로 접속하는 리드프레임(52), 및 최소한 콘덴서 소자(10)를 봉지(封止)하는 몰드 수지(51)를 구비한다.
고체 전해 콘덴서(1)의 한 요소인 상기 콘덴서 소자(10)는, Ta로 이루어지는 소자 리드선(11a), 소자 리드선(11a)이 매설되는 Ta 혼합 분말을 소결하여 이루어지는 양극체(11), 양극체(11)의 표면부에 형성되는 유전체층(12), 유전체층(12)의 표면에 형성되는 도전성 고분자(131)와 다공질체(132)로 이루어지는 반도체층(13), 반도체층(13)을 둘러 싸도록 형성되는 흑연 페이스트층(141)으로 이루어지는 상기 음극체(14), 및 음극체(14) 상에 형성되는 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)을 구비한다.
여기에서, 상기 양극부란 양극체(11) 형성 시에 삽입된 소자 리드선(11a)을 지칭하고, 이 소자 리드선(11a)의 표면에는 접합되는 상기 리드프레임(52)에 도통시키기 위해서 상기 유전체층(12)은 형성되어 있지 않다.
또, 상기 음극부란 리드프레임(52)이 접합되어 콘덴서 소자(10)의 음극체(14)와 도통시킨 최외각의 부분(또는 층)을 지칭하고, 본 형태에서는 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)이 음극부에 상당한다.
즉, 리드프레임(52)은 양극부인 소자 리드선(11a) 및 음극부인 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)의 각각에 접속하는 양극 단자 및 음극 단자이다.
또, 본 실시예에서는 상기 음극 단자측 리드프레임(52)과 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)은 도전성 접착제(53)를 통하여 접속되어 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 구조, 특히 상기 콘덴서 소자의 구조에 대해 도 2를 참조하여 이하에 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에서의 콘덴서 소자의 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해질 콘덴서의 콘덴서 소자(10)는 표면 및 내부에 다수의 요철부(凹凸部)를 가지는 소결체인 양극체(11), 그 양극체(11)의 표면에 형성된 유전체층(12), 이러한 유전체층(12)의 표면 상에 형성된 반도체층(13), 이것을 싸도록 형성된 음극체(14)[흑연 페이스트층(141)], 및 은(Ag)을 포함하는 페이스트층(15)으로 이루어진다.
또, 도 2에 나타내는 공극부(133)란 양극체(11)로서 소결했을 때에 형성되는 중공부이다.
도 2에 나타내는 반도체층(13)은 도전성 고분자(131) 및 전기 절연성 다공질체(132)를 구비하고, 유전체층(12)의 표면을 덮고, 또한 공극부(133)에 도달하도록 형성되어 이루어진다.
여기에서, 도전성 고분자(131)는 종래부터 이용되고 있는 전해질, 예를 들면 폴리피롤이며, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에서는 종래와 같이 상기 도전성 고분자(131)가 단일로 반도체층(13)(전해질층)을 구성하는 것이 아니라, 종래의 반도체층(전해질층) 대신에 전기적 절연성 다공질체(132)의 구멍에 도전성 고분자(131)가 충전된 양태로 형성되어 있다.
즉, 다공질체(132)는 반도체층(13)의 주구성 요소인 도전성 고분자(131)의 뼈대가 되도록 형성되어 있다.
또, 도전성 고분자(131) 및 다공질체(132)가 형성되는 영역은 상기 유전체층(12)의 표면 상에 한정되지 않고, 상기 공극부(133) 전체로 이루어진다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 다공질체(132)는 불규칙한 형상을 이루고, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 실시예에서는 최소한 도전성 고분자(131)의 도전성을 방해하지 않을 정도로 다공질체(132)가 형성되어 있으면 된다.
구체적으로는, 다공질체(132)는 불규칙한 섬유형을 이루고 있을 수도 있지만, 반도체층(13)의 구조로서, 반도체층(13)의 표면과 반도체층(13)-유전체층(12)의 계면이 도통하는 것을 방해하지 않을 정도로 다공질체(132)가 형성되어야 한다.
또, 다공질체(132)를 구성하는 물질은 가교(Cross-link), 즉 화학적 결합을 가지고 서로 접속하는 영역을 포함하는 것이 바람직하며, 다공질체(132)의 기계적 강도가 증대되어, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층이 된다.
이와 같이 구성함으로써, 도전성 고분자는 다공질 수지 내를 충전하도록 형성되고, 반도체층, 즉 고체 전해질층의 층 두께가 균일하게 된다.
또, 도전성 고분자가 다공질체에 대하여 스며듦으로써 앵커 효과를 나타내어, 반도체층으로서의 기능을 나타내는 도전성 고분자가 유전체층 및 음극체에 대하여 박리하기 어렵게 된다. 따라서, 유전체층과 반도체층과 음극체와의 견고한 접합이 실현되어 ESR이 낮은 고체 전해 콘덴서가 된다.
또한, 도전성 고분자가 전기 절연성 다공질체의 각 구멍에 충전된 양태로 형성됨으로써 반도체층, 즉 고체 전해질층의 두께가 균일하게 되어 LC가 낮은 고체 전해질 콘덴서를 실현할 수 있는 동시에, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층을 구비하는 고체 전해질 콘덴서가 된다.
또, 다공질체(132)끼리 또는 도전성 고분자(131)와 다공질체(132) 또는 유전체층(12)과 반도체층(13)중 어느 하나 이상의 접합은 가교를 포함하는 접합인 것이 바람직하다. 가교 구조를 갖춤으로써 그 접속면의 박리 강도가 증가하여, 열응력 등에 의해서도 고체 전해질 콘덴서의 ESR이 증가되기 어렵다.
더욱 바람직한 것은, 다공질체의 공극률, 즉 다공질체가 차지하는 겉보기 용량에 대한 공공(空孔) 용량의 비율이 58% 이상 95% 이하이고, 또한 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-14㎡ 이상 0.8×10-8㎡ 이하가 되도록 하는 것이다. 이와 같이 구성함으로써, 도전성 고분자가 막힘을 일으키지 않고 효율적으로 다공질체 내에 형성된다. 이로 인하여, ESR이 증가되기 어렵다.
이에 반하여, 공극률이 58% 보다 낮거나 또는 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-14㎡보다 작으면, 도전성 고분자가 다공질 수지 내에 형성되지 않는 부분이 발생한다. 이로 인하여, 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복할 수 없어 ESR의 초기값의 증대를 초래한다. ESR의 초기값이 큰 콘덴서는 그 후의 사용 환경에서 ESR의 증가율도 크다는 것이 경험적으로 알려져 있고, 상기 초기값을 낮게 억제함으로써 신뢰성이 높은 고체 전해질 콘덴서가 얻어진다. 한편, 공극률이 95%보다 높은 경우 또는 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-8㎡보다 큰 경우는 다공질 수지의 기계적 강도가 충분히 확보되지 않고, 수지 외장 시의 열 스트레스에 의해 반도체층이 손상되기 쉽다.
나아가서, 반도체층의 두께가 1.0×10-5m 이상 1.0×10-3m 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 수지 외장 시의 열 스트레스에 의해서 반도체층과 이것에 접하는 각 층의 박리나 균열을 발생시킬 우려가 적어지고 LC가 증대되기 어렵다. 이 범위보다 층 두께가 얇을 경우는 수지 외장 시의 열 스트레스에 의한 영향으로 반도체층이 손상을 받고, 지나치게 두꺼울 경우는 다공질체층의 형성 공정에서의 건조 공정에서 다공질체가 받는 열응력에 의해 도리어 기계적 강도가 저하된다.
다음에, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법의 일 실시예에 대해 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
여기서, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법의 실시예에 기재된 용액의 농도 표기는 모두 용량%를 의미하는 것으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일 실시예에서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 먼저
(1) Ta 다공질체(양극체)의 형성(S101)
① Ta 분말 조합(調合)
프레스 성형성을 향상시키기 위해서 Ta 분말에 바인더를 첨가하여 혼합한다.
② 프레스ㆍ소결
상기 Ta 혼합 분말 속에 양극의 소자 리드선을 삽입하고 원주형 및 직사각형으로 프레스 성형한다.
이어서, 상기 프레스 성형품을 고진공(10-4Pa 이하) 하에 1400∼2000℃로 가열함으로써 소결하여 Ta 다공질체(양극체)를 형성한다.
(2) 유전체층 형성(S102)
〔화성 처리(S102a)〕
상기 Ta 다공질체를 양극으로서 대향 전극과 함께 인산 등의 전해 수용액 중에 침지하고 화성 전압을 인가함으로써 Ta 다공질체 표면에 유전체층이 되는 Ta 산화 피막을 형성한다(양극 산화법).
이 때, 화성 전압의 조건〔Vf; 포메인션 볼트(formation voltage)〕에 의해 Ta 산화 피막의 두께가 결정되고, 콘덴서로서의 특성이 결정된다. 또, 전해액으로는 농도가 0.6%인 인산 수용액 등이 이용된다.
(3) 반도체층 형성(S103)
본원 발명에서의 반도체층은 다공질체 및 도전성 고분자로 이루어진다.
ㆍ다공질체 형성(S103a)
표면에 유전체층(12)이 형성된 양극체(11)에 대하여, 다공질체 형성을 위한 원재료를 용매에 분산시키는 동시에 계면활성제가 포함된 분산액을 침지 또는 도포하여 건조시킨다.
또, 상기 건조는 상기 용매를 기화시키고 도전성 고분자를 담지하는 구멍을 형성하기 위한 공정이기 때문에, 상기 구멍을 다수 형성하기 위해서 재료 특성상 허용되는 한 고온에서 건조하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다공질체 형성을 위한 원재료로는 용매, 예를 들면 물에 대하여 용이하게 분산되는 것이 바람직하고, PTFE(폴리데트라플루오로에틸렌), 실리카, 셀룰로오즈 등이 선택된다. 그 형상은 특별히 한정되지 않고 입자형일 수도 있고 섬유형일 수도 있다.
본 실시예에서는 분산액을 이용했지만, 특개2001-160318호(종래 기술 단락에서의 특허 문헌 3)의 단락 0026 등에 제시된 바와 같이, 폴리아미드를 알코올계 용매에 녹인 용액을 이용하여 이를 건조하여 얻어지는 다공질형 폴리아미드를 상기 다공질체로 이용하는 것도 가능하다.
다음의 도전성 고분자층 형성 공정을 행하기 전에 유전체층(12)과 다공질체(132)의 표면부에 가교 물질을 포함하는 박층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
그 후 가열 등의 방법에 의해서 가교 반응을 일으켜 다공질체(132)끼리 또는 도전성 고분자(131)와 다공질체(132) 또는 유전체층(12)과 반도체층(13) 중 어느 하나 이상의 접합은 가교를 포함하는 접합으로 함으로써 그 접속면의 박리 강도가 증가하여 열응력 등에 의해서도 고체 전해질 콘덴서의 ESR이 증가되기 어렵다.
이러한 가교 물질로는 실란 커플링제나 에폭시계 재료 등을 들 수 있다. 실란 커플링제에 관해서, 실리콘 원자에 결합하는 작용기에 특별한 제한은 없지만, 메톡시기나 에톡시기 등의 알콕시기 또는 알콕시기를 구성하는 수소 원자의 일부가 할로겐 원자로 치환된 것 등이 바람직하다.
또, 실란 커플링제를 가교 물질로서 이용하는 경우, 다공질체(132)는 무기 산화물을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 실란 커플링제는 도전성 고분자(131), 다공질체(132), 및 유전체층(12)에 대하여 가교를 형성하여 특히 기계적 강도가 강한 반도체층(13)이 얻어진다.
ㆍ도전성 고분자층 형성(S103b)
본원 발명에서의 반도체층으로서 기능하는 중요한 요소인 전해질층의 형성에는 도전성 고분자가 이용된다.
이 도전성 고분자재료로는 피롤, 티오펜, 아닐린, 퓨란 및 그 유도체를 중합시킨 도전성 고분자 등이 이용된다.
이 전해질층의 형성은 화학 산화 중합법에 의해 행한다. 먼저, 산화제를 포함하는 액체, 예를 들면, 벤젠술폰산제2철이나 톨루엔술폰산제2철, 나프탈렌술폰산제2철 또는 3염화철을 에탄올이나 메탄올 또는 프로판올 등의 알콜과 물의 혼합용매로 용해하여 얻어지는 것을 준비한다. 이 액체에 상기 다공질체가 형성된 양극체를 침지하고 건조한 후, 모노머 용액에 침지함으로써 이루어진다.
이러한 공정에 의해 이 전해질층은 상기 다공질체에 형성된 각 구멍에 충전되도록 형성된다.
여기에서, 이들 다공질체 및 도전성 고분자로 이루어지는 반도체층의 두께(층 두께)는 후공정인 수지 외장 공정에서의 열 스트레스에 의해서 누설 전류의 증대를 방지할 목적으로 1.0×10-5m 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 두께가 1.0×10-3m을 넘으면 다공질체를 형성할 때의 건조 공정에서 다공질체가 받는 열 스트레스에 의해 도리어 기계적 강도가 저하된다.
이러한 제조 방법을 채용함으로써, 도전성 고분자는 다공질 수지 내를 충전하도록 형성되고 반도체층, 즉 고체 전해질층의 층 두께가 균일하게 된다. 또, 도전성 고분자가 다공질체에 대하여 스며듦으로써 앵커 효과를 나타내어 반도체층으로서의 기능을 나타내는 도전성 고분자가 유전체층 및 음극체에 대하여 박리되기 어려워지고, 결과로서 수지 외장 시의 유전체층과 반도체층과 음극체의 견고한 접합이 실현된다.
또, 도전성 고분자(131)가 전기 절연성 다공질체(132)의 각 구멍에 충전된 양태로 형성됨으로써 반도체층, 즉 고체 전해질층의 두께가 균일하게 되어 누설 전류를 억제하는 동시에 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층의 기능을 나타낸다.
더욱 바람직한 것은, 다공질체의 공극률, 즉 다공질체가 차지하는 겉보기 용량에 대한 공공 용량의 비율이 58% 이상 95% 이하이고, 또한 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-14㎡ 이상 0.8×10-8㎡ 이하가 되도록 하는 것이다. 이와 같이 구성함으로써, 도전성 고분자가 막힘을 일으키지 않고, 효율적으로 다공질체 내에 형성된다. 이로 인하여 ESR이 낮아진다.
공극률이 58% 보다 낮거나, 또는 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-14㎡보다 작으면 도전성 고분자가 다공질 수지 내에 형성되지 않는 부분이 발생한다. 이로 인하여, 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복할 수 없어 ESR의 초기값의 증대를 초래한다. ESR의 초기값이 큰 콘덴서는 그 후의 사용 환경에서 ESR의 증가율도 크다는 것이 경험적으로 알려져 있고, 상기 초기값을 낮게 억제함으로써 신뢰성 높은 고체 전해질 콘덴서가 얻어진다. 한편, 공극률이 95%보다 높은 경우 또는 구멍의 평균 개구 면적이 0.8×10-8㎡보다 큰 경우는 다공질 수지의 기계적 강도가 충분히 확보되지 않고, 수지 외장 시의 열 스트레스에 의한 영향으로 반도체층이 손상된다.
나아가서, 반도체층의 층 두께가 1.0×10-5m 이상 1.0×10-3m 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 수지 외장 시의 열 스트레스에 의해서 반도체층과 이것에 접하는 각 층과의 박리나 균열을 발생시킬 우려가 적어지고 LC가 증대되기 어렵다. 이 범위보다 층 두께가 얇은 경우는 수지 외장 시의 열 스트레스에 의한 영향에 따라 반도체층이 손상을 받고, 지나치게 두꺼운 경우는 다공질체층의 형성 공정에서의 건조 공정에서 다공질체가 받는 열응력에 의해 도리어 기계적 강도 저하된다.
또, 상기 제조 방법으로서, 다른 바람직한 제조 방법은 유전체층이 형성된 양극체를 침지하는 용액에 대해 다공질체의 농도를 10 용량% 이상 20 용량% 이하가 되도록 하는 것이다. 상기 농도가 10 용량%보다 낮으면 다공질체의 형성이 불충분하게 되어 수지 외장 공정에서의 열 스트레스에 충분히 대항할 수 없어 LC가 현저히 증대된다.
이에 반하여, 상기 농도가 20 용량%보다 높으면 유전체층 상의 다공질체가 지나치게 형성되고, 도전성 고분자가 유전체를 충분히 피복할 수 없어 ESR이 현저히 증대된다. 전술한 바와 같이, 제조 직후에 ESR이 큰 고체 전해질 콘덴서는 그 후 ESR이 크게 상승하는 경향이 있기 때문에, 다공질체의 용적율을 20 용량%가 상한이 되도록 하는 것이 특히 바람직한 형태이다.
(4) 재화성 공정(S104)
다음에, 상기 유전체의 수복(修復)을 목적으로서 상기 화성 처리(S102a)를 다시 행한다.
(5) 음극체 형성(S105)
흑연층 형성(S105a)
상기 반도체층(13)을 둘러 싸도록 흑연으로 이루어지는 음극체를 형성한다.
(6) 은(Ag)을 포함하는 페이스트층 형성(S106)
그 후, 상기 음극체와 음극 단자의 접합을 양호하게 하기 위해서 상기 음극체 상에 은(Ag)을 포함하는 페이스트층을 형성한다.
(7) 리드프레임 접합(S107)
다음에, 양극의 소자 리드선에 리드프레임 양극부를 스폿 용접에 의해서 접합하고, 은(Ag)을 포함하는 페이스트층에 리드프레임 음극부를 도전성 접착제에 의해서 접합한다.
(8) 몰드 외장(S108)
마지막으로, 전체를 수지로 몰드 외장하여 도 1에 도시한 바와 같은 구성의 Ta 고체 전해 콘덴서가 완성된다.
[실시예]
이하의 구체적인 실시예의 설명은 본 발명의 보다 명확한 이해를 돕기 위한 것이다. 실시예에서는 본 발명의 바람직한 형태를 기재하지만, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이하에, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법의 일 실시예에 대해 도면 및 표를 참조하여 설명한다.
실시예 1
탄탈로 만든 소자 리드선이 매설된 CV값 50 kcv/g의 탄탈 분말을 펠릿에 넣어 프레스하고, 10-4Pa보다 높은 진공 분위기 하에 1300∼2000℃ 중, 바람직한 온도로서 1350℃에서 소결하여 직방체의 형상을 가지는 다공질형의 양극체를 얻었다.
상기 양극체를 0.6 용량%의 인산 수용액 중에 침지하고, 33.7V에서 180분간 양극 산화함으로써 유전체층을 형성했다.
이 펠릿을 PTFE 분말 20 용량% 및 소량의 계면활성제(폴리옥시에틸렌페닐에테르)를 포함하는 수용액에 5분간 침지했다.
침지 후의 펠릿을 240℃의 오븐에 30분간 넣어 건조했다. 이렇게 해서 얻어진 다공질체의 공극률은 58% 이상이며 다공질체의 각 구멍의 평균 직경은 5.0×10-7m였다.
건조 후의 펠릿을 에탄올 1000g에 벤젠술폰산제2철을 400g 용해한 산화제 용액에 상온에서 5분간 침지한 후 건조시켰다.
계속해서, 이 펠릿을 5 용량%의 피롤을 모노머로서 포함하는 수용액에 1분간 침지하고 자연 건조했다. 상기 산화제 용액으로의 침지와 건조, 그리고 이어서 행하는 모노머 용액으로의 침지와 건조를 4회 반복하여 얻어진 다공질체와 도전성 고분자로 이루어지는 반도체층의 두께는 1.0×10-5m였다.
다음에 다시 양극 산화 처리를 행하여 유전체층의 수복을 행했다.
그 후, 폴리메타아크릴산메틸 수지와 아세틸셀룰로오스 수지를 4:1의 중량비로 혼합한 바인더 5 중량%와 이것에 흑연 분말 15 중량%와 순수 80 중량%를 혼합한 흑연 페이스트를 막 두께가 30㎛가 되도록 여러 번 침지했다. 계속해서, 150℃의 고온 상태에서 30분간 경화하여 음극체로서의 흑연층을 형성했다.
다음에, 음극체 상에 은 페이스트층을 도포법에 의해 형성하고, 양극의 소자 리드선에 리드프레임 양극부를 스폿 용접하고, 은 페이스트층에 리드프레임 음극부를 도전성 접착제(은 플레이크 함유)에 의해서 접합했다. 마지막으로, 양쪽의 리드프레임의 단부 이외를 수지(에폭시 수지)로 몰드 외장하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 상이한 전압으로 LC를 계측한 결과의 평균값은 이하와 같았다.
전압 1.5V LC 0.1μA
전압 2.5V LC 0.5μA
전압 4.0V LC 10μA
전압 6.3V LC 30μA
전압 10V LC 200μA
상기 10개의 콘덴서에 대해 ESR을 계측한 결과의 평균값은 37mΩ이었다.
또, 상기 제조 공정에 있어서, 수지 외장 공정 후 LC가 증대되어 로트 아웃한 콘덴서는 500개 중 0.80%였다.
또한, 양품에 대해 리플로 퍼니스(reflow furnace)에 의한 실장 실험(260℃에서 10초간 유지하는 것을 2회 반복함)을 행한 후, 콘덴서로서의 기능이 손상된 것은 500개 중 0%였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 제조 방법이지만 다공질체 형성 공정에서의 PTFE를 용량 10%으로 하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 상이한 전압에서 LC를 계측한 결과의 평균값은 이하와 같았다.
전압 1.5V LC 0.1μA
전압 2.5V LC 0.8μA
전압 4.0V LC 23μA
전압 6.3V LC 84μA
전압 10V LC 350μA
상기 10개의 콘덴서에 대해 ESR을 계측한 결과의 평균값은 36mΩ이었다.
또, 상기 제조 공정에서 수지 외장 공정 후 LC가 증대되어 로트 아웃한 콘덴서는 500개 중 2.80%였다.
또한, 양품에 대해 리플로 퍼니스에 의한 실장 실험(260℃에서 10초간 유지하는 것을 2회 반복함)을 행한 후, 콘덴서로서의 기능이 손상된 것은 500개 중 0%였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 제조 방법으로 다공질체 형성의 공정까지 행하여 건조 후 펠릿을 제조했다.
메톡시계 실란 커플링제 0.5 중량% 수용액을 아세트산으로 pH 4로 조정한 용액에 상기 건조 후의 펠릿을 15분간 침지하고, 자연 건조를 45분간 행하고 다시 125℃에서의 가열 건조를 10분간 행하여 다공질층 및 유전체층 상에 실란 커플링제층을 형성했다.
이 다공질층 및 유전체층 상에 실란 커플링제층이 형성된 펠릿을 실시예 1과 같이 알콜 1000g에 벤젠술폰산제2철을 400g 용해한 산화제 용액에 상온에서 5분간 침지한 후 건조시키고, 이후 실시예 1과 동일한 공정을 행하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 ESR을 계측한 결과의 평균값은 35mΩ였다.
또, 상기 제조 공정에서 수지 외장 공정 후 LC가 증대되어 로트 아웃한 콘덴서는 500개 중 0.40%였다.
또한, 양품에 대해 리플로 퍼니스에 의한 실장 실험(260℃에서 10초간 유지하는 것을 2회 반복함)을 행한 후, 콘덴서로서의 기능이 손상된 것은 500개 중 0%였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 제조 방법으로 펠릿 표면에 유전체층을 형성했다.
이 펠릿을 평균 입경 2.5×10-4m인 실리카 분말 20 용량%가 분산된 수용액에 5분간 침지했다.
침지 후의 펠릿을 240℃의 오븐에 30분간 넣어 건조했다. 이렇게 해서 얻어진 다공질체의 공극률은 58% 이상이며, 다공질체 구멍의 평균 직경은 5.0×10-7m였다.
메톡시계 실란 커플링제 0.5 중량% 수용액을 아세트산으로 pH 4로 조정했다. 이 용액에 건조 후의 펠릿을 15분간 침지하여 자연 건조를 45분간 행하고, 다시 125℃에서의 가열 건조를 10분간 행하여 다공질층 및 유전체층 상에 실란 커플링제층을 형성했다.
이 다공질층 및 유전체층 상에 실란 커플링제층이 형성된 펠릿을 실시예 1과 같이 알콜 1000g에 벤젠술폰산제2철을 400g 용해한 산화제 용액에 상온에서 5분간 침지 후 건조시키고, 이후 실시예 1과 동일한 공정을 행하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 ESR을 계측한 결과의 평균값은 34mΩ였다.
또, 상기 제조 공정에서 수지 외장 공정 후 LC가 증대되어 로트 아웃한 콘덴서는 500개 중 0.40%였다.
또한, 양품에 대해 리플로 퍼니스에 의한 실장 실험(260℃에서 10초간 유지하는 것을 2회 반복함)을 행한 후, 콘덴서로서의 기능이 손상된 것은 500개 중 0%였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 제조 방법이되, 다공질체 형성의 공정을 행하지 않고, 즉 반도체층이 도전성 고분자만으로 구성된 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해, 상이한 전압에서 LC를 계측한 결과의 평균값은 이하와 같았다.
전압 1.5V LC 40μA
전압 2.5V LC 100μA
전압 4.0V LC 200μA
전압 6.3V LC 300μA
전압 10V LC 500μA
한편, ESR의 계측 결과의 평균값은 33mΩ였다.
또, 상기 제조 공정에서 수지 외장 공정 후 LC가 증대되어 로트 아웃한 콘덴서는 500개 중 11.20%였다.
또한, 양품에 대해 리플로 퍼니스에 의한 실장 실험(260℃에서 10초간 유지하는 것을 2회 반복함)을 행한 후, 콘덴서로서의 기능이 손상된 것은 500개 중 1.1%였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 제조 방법이되, 다공질체 형성 공정에서의 PTFE를 용량 5%로 하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다. 이 경우의 다공질체의 공극률은 95%보다 높았다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 4.0V에서 LC를 계측한 결과의 평균값은 179μA이고, ESR의 계측 결과의 평균값은 33mΩ였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 제조 방법이되, 다공질체 형성 공정에서의 PTFE를 용량 30%로 하여 고체 전해 콘덴서를 얻었다. 이 경우의 다공질체의 공극률은 58% 미만이었다.
이렇게 해서 얻어진 10V/100μF의 능력을 가지는 10개의 콘덴서에 대해 4.0V에서 LC를 계측한 결과의 평균값은 11μA이고, ESR의 계측 결과의 평균값은 46mΩ였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법에 의하면, 반도체층이 다공질 물질과 이것에 담지되는 도전성 고분자를 구비하기 때문에, 수지 외장 시의 유전체층과 반도체층과 음극체의 견고한 접합이 실현된다.
따라서, ESR이 낮은 고체 전해 콘덴서를 얻을 수 있다.
또한, 도전성 고분자가 전기 절연성 다공질체의 각 구멍에 충전된 양태로 형성됨으로써, 반도체층, 즉 고체 전해질층의 두께가 균일하게 되어 LC가 낮은 고체 전해질 콘덴서를 얻을 수 있는 동시에, 외장 공정 등에서 외부로부터의 열 스트레스에 대하여 견고한 반도체층을 구비하는 고체 전해질 콘덴서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일 실시예의 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 콘덴서 소자의 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 종래의 고체 전해 콘덴서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 고체 전해 콘덴서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
〔도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〕
1. 고체 전해 콘덴서, 10. 콘덴서 소자, 11. 양극체, 12. 유전체층, 13. 반도체층, 14. 음극체, 15. Ag 페이스트층, 51. 외장 수지, 52. 리드프레임, 53. 도전성 접착제, 131. 도전성 고분자, 132. 다공질형 수지, 133. 공극부, 141. 흑연층

Claims (10)

  1. 다수의 공극부(空隙部)를 가지는 양극체(陽極體)의 표면부에 형성된 유전체층(誘電體層),
    상기 유전체층의 표면 및 상기 공극부에 각각 형성된 다공질체와 상기 다공질체가 가지는 복수의 관통공 내부에 충전된 도전성 고분자를 포함하는 반도체층, 및
    상기 반도체층 표면 상에 형성된 음극체
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공질체의 상호 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함하는 고체 전해 콘덴서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 고분자와 상기 다공질체의 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함하는 고체 전해 콘덴서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 상기 유전체층의 접합이 가교로 이루어지는 접합을 포함하는 고체 전해 콘덴서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공질체의 공극률(porosity)이 58% 이상 95% 이하이며,
    상기 다공질체의 공극의 평균 개구면적이 0.8×10-14㎡ 이상 0.8×10-8㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층의 두께가 1.0×10-5m 이상 1.0×10-3m 이하인 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  7. (A) 유전체 층이 표면상에 형성된 양극체를 준비하는 공정;
    (B) (a) 반도체층의 다공질체를 형성하기 위한 원재료를 함유하는 액체와 상기 양극체의 상기 유전체층의 표면을 접촉시키고 건조하여 관통공을 가진 다공질체를 형성하는 단계 및, (b) 형성된 상기 다공질체를 구비한 상기 양극체를 산화제 용액에 침지하여 상기 다공질체의 상기 관통공을 도전성 고분자로 충전하는 단계를 포함하는, 반도체 층의 형성공정; 및,
    (C) 형성된 상기 반도체 층의 표면에 음극체를 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기공정 (B)의 상기 (a)단계 및 상기 (b)단계 사이에, 상기 유전체층과 상기 다공질체의 표면부에 가교 물질을 포함하는 박층(薄層)을 형성하는 공정을 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다공질체는 무기 산화물을 포함하고, 상기 가교물질은 실란 커플링제를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 공정(B)의 상기 (a)단계에서 사용하는 상기 액체 내에, 상기 다공질체를 형성하기 위한 원재료의 농도는 10 용량% 이상 20 용량% 이하인 고체 전해 콘덴서의 제조 방법.
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