KR100572886B1 - 니오브 콘덴서의 제조방법 - Google Patents

니오브 콘덴서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

니오브 콘덴서의 제조방법 중 어느 한 단계로서 100∼1400℃의 온도로 유전체 산화층을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 콘덴서는 우수한 LC특성을 갖고, DC바이어스의 인가로 인한 전기 용량의 감소가 적다.

Description

니오브 콘덴서의 제조방법{Production Process for Niobium Capacitor}
본 출원은 35 U.S.C 111(b) 하에 2001년 4월 18일에 제출된 가출원 60/284,207의 출원일의 이익을 35 U.S.C §119(e)(1)에 의거하여 주장해서 35 U.S.C. §111(a) 하에 제출된 출원이다.
본 출원은 니오브 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 고온 수명 특성이 개선되고, 바이어스 변화가 감소되며, 단위중량당 큰 전기 용량과 적은 누설 전류(이하, "LC"라고 간략하는 경우도 있음)를 갖는 니오브 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.
휴대전화 및 퍼스널 컴퓨터 등의 전자 기기에 사용되는 콘덴서는 작은 크기 및 큰 전기 용량을 요구한다. 이 콘덴서들 중, 탄탈 콘덴서는 크기에 비해서 큰 전기 용량 및 우수한 성능을 가지고 있으므로 바람직하다. 탄탈 전해 콘덴서의 유전체 재료로서, 산화 탄탈이 일반적으로 사용되지만, 전기 용량을 더욱 증가시키기 위해, 유전체 재료로서 보다 큰 유전체 상수를 갖는 산화 니오브를 사용한 니오브 전해 콘덴서가 연구되어지고 있다. 본 발명자들은 니오브 전해 콘덴서 중, 전극으로서 부분적으로 질화된 니오브 소결체를 사용한 전해 콘덴서가 큰 전기 용량 및 양호한 LC특성을 갖는다는 것을 이미 제시하였다(일본특허공개 평10-242004 (미국 특허 제6,115,235호)참조).
상기 특허 공보에 개시된 부분적으로 질화된 니오브 소결체를 사용하여 제작된 콘덴서는 큰 전기 용량 및 양호한 LC특성을 갖지만, DC바이어스의 인가로 인한 전기 용량에 큰 감소가 발생한다. 따라서, 소망의 전기 용량을 갖는 콘덴서를 얻기 위해서는, 다량의 소결체를 사용할 필요가 있거나, 미세 입자 크기를 갖는 니오브 분체를 사용한 소결체를 제조할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 양호한 LC특성을 갖고, DC바이어스의 인가로 인한 전기 용량의 감소가 보다 적은 콘덴서, 및 그것의 제조방법을 제공하는 것이다.
DC바이어스의 인가로 인한 전기 용량의 감소는 니오브의 독특한 성질이고, 이것은 유전체층의 주성분으로서의 산화 니오브가 불안정하기 때문에 발생된다고 생각된다.
상기 문제에 대해 광범위한 연구를 한 결과, 본 발명자들은 유전체층의 주성분으로서 산화 니오브가 열에 노출됨으로써 안정화될 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이 발견에 기초하여 달성되었다.
하기와 같이, 본 발명은 니오브 콘덴서의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 콘덴서, 상기 콘덴서를 사용한 전자 회로 및 전자 기기를 제공한다.
(1) 도전체층 형성 전의 어느 한 단계로서 유전체 산화층을 100∼1400℃의 온도로 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(2) 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막을 갖는 상기 소결체를, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계 전에, 100∼1400℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(3) 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막 및 상기 산화막 상에 형성된 유기 반도체층을 갖는 상기 소결체를, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계 전에, 100∼350℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(4) 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막, 상기 산화막 상에 형성된 유기 반도체층, 및 상기 유기 반도체층 상에 형성된 도전체층을 갖는 상기 소결체를, 수지를 사용하여 자켓몰딩시키는 단계 전에, 100∼300℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 니오브 소결체가 1종 이상의 다른 원소를 50∼400,000질량ppm의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 니오브 소결체가 합금성분으로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프란슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유러퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 레늄, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 인, 비소, 안티몬, 비스무트, 셀레늄, 텔루르, 폴로늄 및 아스타틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 다른 원소를 50∼400,000질량ppm의 총량으로 함유하는 니오브 합금 소결체인 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 니오브 소결체가 붕소, 질소, 탄소 및 황으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 다른 원소를 50∼200,000질량ppm의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
(9) 상기 (8)에 기재된 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
(10) 상기 (8)에 기재된 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
이하, 본 발명의 니오브 콘덴서의 제조방법을 상세히 설명한다.
니오브 콘덴서의 제조에 있어서, 1개의 전극(제 1전극) 상에 주로 산화 니오브를 함유하는 유전체 산화막층을 형성시키고, 이 유전체 산화층 상에는 다른 전극(반대 전극)을 형성시킨다. 제 1전극으로서, 니오브 또는 니오브 합금을 사용하는 것이 산화 니오브 층을 용이하게 형성하므로 바람직하고, 또한, 니오브 또는 니오브 합금의 소결체를 사용하는 것이 보다 큰 전기 용량을 얻을 수 있으므로 더욱 바람직하다.
예컨대, 전해 형성에 의해 니오브 소결체 또는 니오브 합금 소결체(특별히 언급이 없는 한, "니오브 소결체"라 함)의 상에 주로 산화 니오브를 함유하는 산화막층을 형성시키고, 반대 전극으로서 이 산화막 층의 외측 상에 이산화납 및 이산화망간 등의 무기 반도체층이나, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 등의 도핑제를 함유하는 유기 반도체층을 형성시킨다. 이어서, 이 전극 상에 접촉저항을 감소시킬 목적으로 탄소 페이스트 및 은 페이스트 등의 도전 페이스트를 가함으로써 도전체층을 형성시켜, 니오브 콘덴서 소자를 얻는다. 얻어진 니오브 콘덴서 소자는 일반적으로 에폭시 수지 또는 페놀 수지 등의 폴리머 밀봉재료로부터 수지 자켓을 형성시킴으로써 내열성 또는 내습성이 부여되므로, 실용에 제공된다.
본 발명의 니오브 콘덴서의 제조방법은 100∼1,400℃의 고온으로 유전체 산 화막층을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 고온으로의 노출은 유전체 산화막층의 형성 후이면, 어떤 단계에서도 수행할 수 있으나, 그대신 타이밍이나 온도가, 반도체층 또는 도전체층에 사용되는 구성 재료의 열에 대한 안정성에 따라서 달라진다. 니오브 콘덴서의 제조에 있어서, 폴리피롤류가 유기 반도체층에 사용되는 것이 바람직하고, 이 경우에 있어서, 열에 상기 산화막 상에 형성된 소결체를 노출시키는 타이밍은, 산화막의 형성 후이지만, 유기 반도체층의 형성 전이 보다 바람직하다. 유전체 산화막층이 노출되는 온도는 산화막의 화학적 형성 온도부터 융점까지, 예컨대 100∼1,400℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 150℃∼1,200℃, 더욱 바람직하게는 200∼1,000℃이다. 유기 반도체의 형성 후(도전체층의 형성 전)에 가열을 수행하는 경우에 있어서, 상기 온도는 100∼350℃가 바람직하고, 150∼300℃가 더욱 바람직하다.
도전체층의 형성 후(자켓몰딩 전)에 가열을 수행하는 경우에 있어서, 상기 온도는 100∼300℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 자켓팅(jacketing)에 사용되는 수지의 경화 온도 보다는 높지만, 270℃ 보다는 낮은 것이다. 예컨대, 사용되는 수지의 경화 온도가 140℃인 경우, 가열 온도는 150∼270℃의 범위 내에 있는 것이 더욱 바람직하다. 가열 온도를 자켓팅에 사용되는 수지의 경화 온도 보다 높게 설정하는 이유는, 수지에 의한 몰딩에서 열응력에 의한 효과를 완화시킴으로써, 반도체층 내부의 균열 발생과 누설 전류값의 증가를 방지할 수 있기 때문이라고 생각된다.
고온에 노출되는 분위기는 대기이어도 좋고, He, Ne 또는 Ar 등의 불활성 가 스 분위기이어도 좋다. 고온에서의 노출은 감압, 대기압 또는 가압 중 어느 조건 하에서도 수행할 수 있다. 특히, 가열 온도가 350℃ 이상인 경우, 상기 노출은 감압 하에 상기 언급된 바와 같은 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 모든 경우에 있어서, 고온에서의 유지 시간은 수초 내지 수십 시간이다. 열에 유전체 산화막층을 노출시킨 후, 전해 산화를 더 수행하여 유전체 산화막층을 안정화시켜도 좋다.
본 발명에 사용되는 니오브 소결체는 하기에 설명된다.
상기 니오브 소결체는 니오브 합금 소결체이어도 좋고, 주로 산화 니오브를 함유하는 유전체 산화막층을 형성시킬 수 있으면 충분하다.
예컨대, 니오브 소결체로서 적당히 사용할 수 있는 것은, 니오브 단체도 물론 사용할 수 있지만, 니오브 소결체의 일부분이 질화, 붕화, 탄화 및 황화의 방법 중 하나 이상에 의해 처리되어도 좋다. 상기 결합량은 즉, 질소, 붕소, 탄소 및 황함량의 총량은 소결체의 제작에 사용되는 미세 분말의 입자 크기, 소결체의 비표면적 또는 소결체의 형상에 따라서 달라지지만, 50∼200,000질량ppm이고, 바람직하게는 200∼20,000질량ppm이다.
니오브 합금 소결체의 다른 부분의 합금 성분은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프란슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유러퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 레늄, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로 듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 인, 비소, 안티몬, 비스무트, 셀레늄, 텔루르, 폴로늄 및 아스타틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 그것의 총함량은 함유되는 원소에 따라서 달라지지만, LC특성의 관점에서 50∼400,000질량ppm이 바람직하고, 100∼50,000질량ppm이 더욱 바람직하다. 이 니오브 합금 소결체의 일부분은 질화, 붕화, 탄화, 또는 황화되어도 좋다. 그것의 결합량은, 즉, 질소, 붕소, 탄소 및 황 함량의 총량은, 다른 부분의 합금 성분 또는 그것의 함량에 따라서 달라지지만, 50∼20,000질량ppm, 바람직하게는 200∼5,000질량ppm이다.
니오브 소결체의 표면 상에 형성된 유전체 산화막층은 소결체의 표면층 부분 상에 형성된 소결체 자체의 산화층이어도 좋고, 또한, 소결체의 표면 상에 형성된 다른 유전체 산화층이어도 좋지만, 니오브 소결체의 산화물을 함유하는 층이 바람직하고, 주로 산화 니오브를 함유하는 산화층이 더욱 바람직하다. 모든 경우에 있어서, 상기 산화층은 통상의 방법에 의해 형성된다. 예컨대, 전해 산화에 의해 주로 산화 니오브를 함유하는 유전체 재료("유전체 형성물" 또는 간단히 "형성물"이라 하는 경우도 있음)를 형성하는 경우에 있어서, 이것은 일본특허공개 2000-182899호(유럽특허 제1158552호)에 기재된 바와 같이, 0.1%의 인산 수용액 중에서 전기 화학적 형성을 수행함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 반도체층의 조성 및 형성법은 특히 한정되지 않지만, 알루미늄 전해 콘덴서의 기술 분야에서 사용되는 공지의 전해질 용액, 유기 반도체 및 무기 반도체로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 전해 용액의 구체예는, 아이소뷰틸트라이프로필암모늄 보로테트라플루오라이드 전해질이 5질량% 용해되어 있는 다이메틸포름아마이드와 에틸렌글리콜의 혼합액, 및 테트라에틸암모늄 보로테트라플루오라이드가 7질량% 용해되어 있는 프로필렌카보네이트와 에틸렌글리콜의 혼합액이 열거된다.
상기 유기 반도체의 구체예는 벤조피롤린 테트라머 및 클로라닐을 함유하는 유기 반도체, 주로 테트라티오테트라센을 함유하는 유기 반도체, 주로 테트라시아노퀴노다이메탄을 함유하는 유기 반도체, 및 하기 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 반복단위를 함유하는 폴리머에 도핑제를 도프함으로써 얻어지는 도전 폴리머를 주로 함유하는 유기 반도체가 열거된다:
Figure 112003031930700-pct00001
(식 중, R1∼R4는 같거나 달라도 좋고, 각각 수소원자, 1∼10의 탄소원자를 갖는 직쇄상 또는 분기상의 포화 또는 불포화 알킬기, 알콕시기, 또는 알킬에스터기, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 1차, 2차 또는 3차 아미노기, CF3기, 페닐기 및 치환 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택된 1가의 기를 나타내고; R1 및 R2의 탄화수소쇄나, R3 및 R4의 탄화수소쇄는 임의의 위치에서 서로 결합하여, 이들 기가 치환된 탄소원자와 함께 하나 이상의 3-, 4-, 5-, 6-, 또는 7-원환의 포화 또는 불포화 탄화수소의 환상 구조를 형성하기 위한 2가의 쇄를 형성하여도 좋고;
상기 환상 결합쇄는 임의의 위치에 카보닐기, 에테르기, 에스터기, 아마이드기, 설파이드기, 설파이닐기, 설포닐기 또는 이미노기의 결합을 함유하여도 좋고; X는 산소원자, 황원자 또는 질소원자를 나타내고; R5는 X가 질소원자일 경우에만 존재하고, 수소원자, 독립적으로 1∼10의 탄소원자를 갖는 직쇄상 또는 분기상의 포화 또는 불포화 알킬기를 나타낸다). 이들 중, 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)가 바람직하다.
무기 반도체의 예로는 이산화납 또는 이산화망간을 주로 함유하는 무기 반도체, 및 사산화삼철을 함유하는 무기 반도체가 열거된다. 이들 반도체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.
다른 부분의 전극이 고체인 경우, 예컨대, 다른 부분 전극 상에 탄소 페이스트 및 은 페이스트 등의 도전 페이스트가 순차적으로 적층되어 도전체층을 형성시킨다. 본 발명에 사용되는 도전 페이스트로서, 통상의 도전 페이스트의 1종 이상을 사용할 수 있다.
이어서 수행되는, 수지 자켓팅은 딥핑(dipping), 캐스팅(casting), 몰딩(molding), 포팅(potting) 또는 분체 도장 등의 공지의 방법에 의해 에폭시 수 지 또는 페놀 수지 등의 공지 폴리머 수지를 사용하여 수행된다.
(실시예)
본 발명을 실시예로 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
각 실시예에 있어서, 칩이 가공된 콘덴서의 전기 용량 및 누설 전류값은 하기 방법에 의해 측정되었다.
(1) 콘덴서의 전기 용량의 측정
실온에서, 휴렛-팩커드사(정밀 LCR 미터 모델 HP4284A)에 의해 제작된 LCR미터를, 제작된 칩의 단자 사이에 연결시키고, 칩으로 가공된 콘덴서의 전기 용량으로서, 120Hz에서 1.5V의 DC바이어스를 인가할 때의 전기 용량을 사용하였다. DC바이어스의 성능에 대한 수행의 개선점을 더욱 확실하게 나타내기 위하여, 하기 일반식에 의해 나타내어진 바와 같이 CV의 변화율을 "CV의 잔존율"로 나타내었다.
CV잔존율(%)=
(1.5V의 DC바이어스를 인가할 때의 CV값/DC바이어스를 인가하지 않을 때의 CV값)×100
(2) 콘덴서의 누설 전류의 측정
실온에서, 정격 전압값(2.5V, 4V, 6.3V, 10V, 16V, 25V) 중, 유전체 재료의 제작에서 화학 형성 전압(직류, 20V)의 약 1/3∼1/4의 근방에 직류 전압(6.3V)을 1분 동안 제작된 칩의 단자 사이에 계속적으로 인가한 후, 그 전류값을 구하였다. 이 전류값을 칩으로 가공된 콘덴서의 누설 전류값으로서 사용하였다.
실시예 1:
SUS304-제작의 용기에 100g의 니오브 잉곳을 넣었다. 거기에, 10시간 동안 400℃에서 수소를 계속 도입시켰다. 냉각 후, 수소화된 니오브 덩어리를 SUS-제작의 볼을 함유한 SUS304-제작의 포트에 넣고 10시간 동안 분쇄하였다. 이 수소화된 생성물을 물로 20부피% 슬러리로 형성시키고, 상기 얻어진 슬러리를 SUS304-제작의 스파이크 밀 중에 지르코니아 볼과 아울러 넣고, 7시간 동안 10℃ 이하에서 습식분쇄하였다. 이 슬러리를 원심 분리하고, 상층액 분리하여 분쇄물을 얻었다. 상기 분쇄물을 1.33×102Pa 및 50℃의 조건 하에서 건조시켰다. 이어서, 상기 수소화된 니오브 분체를 1시간 동안 1.33×10-2Pa 및 400℃에서 가열하여 탈수소하였다. 상기 생성된 니오브 분체는 0.8㎛의 평균 입자 크기를 가졌다. 상기 얻어진 니오브 분체를 4×10-3Pa의 감압 하에 1000℃에서 입자화시켰다. 이어서, 입자화된 덩어리를 분쇄하여 100㎛의 평균 입자 크기를 갖는 니오브 입자화 분체를 얻고, 이 분체를 질소 기류 중에 4시간 동안 300℃에서 가열하여 질화하였다.
이렇게 얻어진 니오브 입자화 분체를 0.3mmφ니오브 선과 함께 주조하여 대략 0.3cm×0.18cm×0.45cm의 성형체(약 0.1g)를 제작하였다.
이 성형체를 4×10-3Pa의 감압 하에 30분 동안 1,200℃에서 방치시킴으로써, 소결체를 얻었다. 상기 얻어진 소결체를 20V의 전압으로 1,000분 동안 800℃의 온도에서 0.1%인산 수용액 중에서 전기 화학적으로 형성시켰고, 결과로써 표면 상에 유전체 산화막층을 형성시켰다.
이어서, 표면 상에 유전체층이 형성된 소결체를 대기압 하의 공기 중에서 30분 동안 285℃의 온도로 노출시켰다. 그런 후, 실온까지 냉각시키고, 상기 소결체를 20V의 전압으로 200분 동안 80℃에서 0.1% 인산 수용액 중에서 전기 화학적으로 더 형성시켰다. 이어서, 10% 과황산 암모늄 수용액과 0.5% 안트라퀴논설폰산 수용액의 등량 혼합액과 유전체 산화막층을 접촉시킨 후, 피롤 증기로 접촉시키는 단계를 5번 이상 수행함으로써, 폴리피롤 함유 유기 반도체층을 형성시켰다.
유기 반도체층 상에, 탄소 페이스트층 및 은 페이스트층을 연속적으로 적층시켰다. 얻어진 소자를 리드 프레임(lead frame) 상에 놓고, 니토퍼녹스사 제작의 분체 에폭시 수지 PCE273를 사용하여 155℃에서 분체 도장을 5번 수행한 후, 2시간 동안 155℃에서 수지를 경화시킴으로써, 자켓몰드하였다. 이렇게 하여, 칩형 콘덴서를 제작하였다. 이 콘덴서(n=100개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타낸다. LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
실시예 2∼5
실시예 1과 동일한 방법으로 표 1 중에 나타낸 다양한 합금 종류를 갖는 니오브 합금 잉곳으로부터 생성된 니오브 합금 소결체를 얻었다. 유전체 산화막을 형성 후, 각각의 소결체를 표 1에 나타낸 온도에 노출시킨 후, 유기 반도체층 및 도전체층을 형성하여 칩형 콘덴서를 제작하였다. 각각의 콘덴서(n=100개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타내었다. LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
실시예 6
실시예 1과 동일한 방법으로, 0.8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 니오브 아연 합금 분체를 수소첨가, 분쇄 및 탈수소를 수행함으로써, 1000질량ppm의 아연을 함유한 니오브 아연 합금으로부터 생성시켜 얻었다. 얻어진 니오브 아연 합금 분체를 4×10-3Pa의 감압 하, 1,150℃에서 입자화시켰다. 이어서, 상기 입자화된 덩어리를 분쇄하여 평균 입자 크기 120㎛를 갖는 니오브 입자화 분체를 얻었다.
이렇게 하여 얻은 니오브 아연 입자화 분체를 0.3mmΦ니오브선과 아울러 주조하여, 대략 0.3cm×0.18cm×0.45cm의 성형체를 제작하였다.
상기 성형체를 4×10-3Pa의 감압 하에 30분 동안 1,250℃에서 방치시킴으로써, 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체는 20V의 압력으로 1,000분 동안 80℃의 온도에서 0.1% 인산 수용액 중에서 전기 화학적으로 형성시켰고, 결과로써 표면 상에 유전체 산화막층을 형성시켰다.
다음에, 표면 상에 유전체층이 형성된 소결체를 4×10-3Pa의 감압 하, 공기 중에 30분 동안 500℃의 온도에서 노출시켰다. 실온까지 냉각시킨 후, 상기 소결체를 25질량%의 과황산 암모늄을 함유하는 수용액(용액 1) 중에 침지시키고, 꺼내어 30분 동안 80℃에서 건조시키고, 3,4-에틸렌다이옥시티오펜 18질량%를 함유한 이소프로판올 용액(용액 2) 중에 침지시키고, 꺼내어 10분 동안 100℃의 대기 중에 방치시켜 산화중합을 수행하였다. 상기 소결체를 용액 1 중에 재침지시키고 난 후, 상기와 동일한 방법으로 처리하였다. 용액 1 중에 침지를 하고 나서, 상기 산화중 합을 수행할 때까지의 조작을 8번 수행한 후, 상기 소결체를 10분 동안 50℃의 온수로 세정하고, 30분 동안 100℃에서 건조시킴으로써, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)을 함유하는 유기 반도체층을 형성하였다.
유기 반도체층 상에, 탄소 페이스트층 및 은 페이스트층을 순차적으로 적층시켰다. 얻어진 장치를 리드 프레임 상에 놓고, 니폰 시바 게이지사 제작의 에폭시 수지 XNR1213으로 침지를 한번 수행한 후, 2시간 동안 150℃에서 수지를 경화시킴으로써, 자켓몰드하였다. 이렇게 하여, 칩형 콘덴서를 제작하였다. 이 콘덴서(n=50개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타낸다. LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
실시예 7 및 8;
실시예 6과 동일한 방법으로, 표 1에 나타낸 다양한 합금 종류를 갖는 니오브 합금 잉곳으로부터 생성된 니오브 합금 소결체를 얻었다. 유전체 산화막을 형성시킨 후, 각각의 소결체를 표 1에 나타낸 온도 및 분위기에 노출시킨 후, 유기 반도체층 및 도전체층을 형성하여 칩형 콘덴서를 제작하였다. 각각의 콘덴서(n=100개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타내었다. 상기 LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
실시예 9:
실시예 1과 동일한 방법으로, 평균 입자 크기 0.8㎛를 갖는 니오브 안티몬 합금 분체를 수소첨가, 분쇄 및 탈수소를 수행함으로써, 10,000질량ppm의 안티몬을 함유하는 니오브 안티몬 합금으로부터 생성시켜 얻었다. 얻어진 니오브 안티몬 합 금 분체를 4×10-3Pa의 감압 하, 1,100℃에서 입자화시켰다. 그런 후, 상기 입자화된 덩어리를 분쇄하여 평균 입자 사이즈 95㎛를 갖는 니오브 안티몬 입자화 분체를 얻었다.
이렇게 하여 얻은 니오브 안티몬 입자화 분체를 0.3mmφ니오브 선과 함께 주조하여 대략 0.3cm×0.18cm×0.45cm의 성형체(약 0.1g)를 제작하였다. 이 성형체를 4×10-3Pa의 감압 하, 30분 동안 1,250℃에서 방치시킴으로써, 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를 20V의 전압으로 1,000분 동안 80℃의 온도에서 0.1% 인산 수용액 중에서 전기 화학적으로 형성시켰고, 결과로써 표면 상에 유전체 산화막층을 형성시켰다.
그런 후, 유전체 산화막 상에 반도체층으로서, 60% 질화 망간 수용액 중에 상기 소결체를 침지시킨 후, 120분 동안 190℃에서 가열하는 것을 반복하여 이산화 망간층을 형성시켰다. 이어서, 소결체를 Ar 분위기 중에서 30분 동안 400℃의 온도로 노출시켰다. 실온까지 냉각시킨 후, 반도체층 상에 탄소 페이스트층 및 은 페이스트층을 순차적으로 적층시켰다. 얻어진 장치를 리드 프레임 상에 놓고, 니토 전자 공업사 제작의 에폭시 수지 MP시리즈를 사용하여 이동 주조를 수행한 후, 30분 동안 190℃에서 상기 수지를 경화시킴으로써, 자켓몰드하였다. 이렇게 하여 칩형 콘덴서를 제작하였다. 상기 칩형 콘덴서(n=100단의)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타낸다. 상기 LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
실시예 10 및 11:
실시예 10에 있어서의 니오브 소결체를 실시예 1과 동일한 방법으로 얻었다. 실시예 11에 있어서의 니오브 지르코늄 갈륨 합금 소결체를 실시예 2와 동일한 방법으로 얻었다. 유전체 산화막을 형성시킨 후, 실시예 9와 동일한 방법으로 반도체층을 형성시켰다. 이어서, 각각의 소결체를 표 1 중에 나타낸 온도에 노출시킨 후, 도전체층을 형성하여 칩형 콘덴서를 제작하였다. 각각의 콘덴서(n=100개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타내었다. 상기 LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.
비교예 1∼3
실시예 1, 6 및 9에서 얻은 유전체 산화막층 상에 형성된 소결체를 비교예 1, 2 및 3에 각각 사용하였다. 각각의 실시예와 동일한 방법으로 반도체층 및 도전체층의 형성 및 에폭시 수지로 자켓몰딩을 순차적으로 수행함으로써, 열에 각각의 소결체를 노출시키지 않는 칩형 콘덴서를 제작하였다. 각각의 콘덴서(n=100개)의 평균 전기 용량 및 평균 LC값을 표 1에 나타낸다. 상기 LC값은 1분 동안 6.3V를 인가하였을 때의 값이다.





Figure 112003031940194-pct00002
상기와 같이, 니오브 소결체 또는 니오브 합금 소결체 상에 유전체 산화막층을 형성시키고, 이어서, 100∼1,400℃의 온도에서 유전체 산화막층을 노출시키는 단계로 제조된 콘덴서에 있어서, 상기 유전체 산화막층은 안정화되고, DC바이어스의 인가로 인한 전기 용량의 변화가 적어서, 적은 LC값과 높은 내열성을 갖는 매우 신뢰성이 높은 콘덴서를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 콘덴서를 사용하면, 동일한 전기 용량을 갖는 종래의 콘덴서에 비하여 더욱 소형인 콘덴서 제품을 얻을 수 있다.
상기와 같은 특성을 갖는 본 발명의 콘덴서는 바이패스 콘덴서나 아날로그 회로 및 디지탈 회로에 종종 사용되는 커플링 콘덴서로서 사용할 수 있고, 또한, 종래의 탄탈 콘덴서의 사용에도 사용할 수 있다.
일반적으로, 상기와 같은 콘덴서는 전자 회로에 종종 사용되므로, 본 발명의 콘덴서를 사용하면, 전자 부품의 배치나, 열 방출의 제약이 감소되어 매우 신뢰성이 높은 전자 회로를 보다 좁은 공간에 수용시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 콘덴서를 사용하면, 매우 신뢰성이 높고, 더욱 소형인 전자 기기, 예컨대, 컴퓨터, PC카드 등의 컴퓨터 주변 장치, 이동 전화 등의 모바일 기기, 가전 제품, 자동차 기기, 인공 위성 및 통신 장비 등을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 도전체층 형성 전의 어느 한 단계로서 유전체 산화층을 100∼1400℃의 온도로 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  2. 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막을 갖는 상기 소결체를, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계 전에, 100∼1400℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  3. 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막 및 상기 산화막 상에 형성된 유기 반도체층을 갖는 상기 소결체를, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계 전에, 100∼350℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  4. 니오브 소결체의 표면 상에 산화막을 형성시키는 단계, 상기 산화막 상에 반도체층을 형성시키는 단계, 상기 반도체층 상에 도전체층을 형성시키는 단계, 이어서, 자켓몰딩하는 단계를 포함하는 니오브 콘덴서의 제조방법에 있어서, 상기 표면 상에 형성된 산화막, 상기 산화막 상에 형성된 유기 반도체층, 및 상기 유기 반도체층 상에 형성된 도전체층을 갖는 상기 소결체를, 수지를 사용하여 자켓몰딩시키는 단계 전에, 100∼300℃의 온도로 노출시키는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니오브 소결체가 1종 이상의 다른 원소를 50∼400,000질량ppm의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니오브 소결체가 합금성분으로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프란슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유러퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 레늄, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 인, 비소, 안티몬, 비스무트, 셀레늄, 텔루르, 폴로늄 및 아스타틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 다른 원소를 50∼400,000질량ppm의 총량으로 함유하는 니오브 합금 소결체인 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  7. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니오브 소결체가 붕소, 질소, 탄소 및 황으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 다른 원소를 50∼200,000질량ppm의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 니오브 콘덴서의 제조방법.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
  9. 제 8항에 기재된 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  10. 제 8항에 기재된 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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