KR100596166B1 - 단판 콘덴서 소자 및 적층형 고체 전해 콘덴서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수율 및 성능이 우수한 적층형 고체 전해 콘덴서와, 이 콘덴서를 제조하기 위한 단판 콘덴서 소자를 제공한다. 본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서는 단판 콘덴서 소자(7)의 다수 매가 양극부(11)를 동일방향으로 맞추어 양극측 리드 프레임(9)상에 적층 고착시키고, 음극부를 양극부(11)측으로부터 음극부 선단을 향해 끝이 넓어지는 형상으로 음극측 리드 프레임(8)상에 적층 고착시켜 적층 콘덴서 소자(19)로 되고, 상기 소자(19)의 주위가 외장 수지(23)로 피복되어 밀봉되어 있는 적층형 고체 전해 콘덴서(25)이다. 단판 콘덴서 소자(7)로서, 유전체 산화 피막층(2)을 가지는 양극 기체(1)의 단부가 양극부(11)로 되고, 양극부(11)를 제외한 부분의 유전체 산화 피막(2)상에 고체 전해질층(4), 상기 층(4)상에 유전체층(5, 6)이 형성되어 음극부로 되며, 음극부 선단측의 두께(S2)가 음극부 기부의 두께(S1)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
Description
본 출원은 미국 출원 번호 제 60/107,003(출원일 : 1998년 11월 4일)에 의거하는 출원의 이익을 주장한다.
본 발명은, 도전성 고분자 등의 유기물 혹은 금속 산화물 등의 무기물을 고체 전해질로 한 고체 전해 콘덴서, 특히 적층형 고체 전해 콘덴서에 관한 것이다. 또한, 적층형 고체 전해 콘덴서를 제조하기 위한 단판(單板) 콘덴서 소자를 제공한다.
도전성 고분자(도전성 중합체라고도 한다) 등을 고체 전해질로 한 고체 전해 콘덴서의 적층에 있어서, 단판 콘덴서 소자의 고체 전해질층, 도전체층을 순차로 형성하는 음극부는 양극부에 비해 두껍기 때문에 각 음극부를 평행하게 상하로 적층하여 쌓으면 양극부는 스폿 용접할 수 있도록 구부릴 필요가 있다. 이 때문에 단판 콘덴서 소자의 양극부와 음극부의 경계 부근에서 응력 집중이 일어나 콘덴서의 성능이 악화되므로, 지금까지 각종 연구가 이루어져 왔다.
예를들면, 이 음극과 양극 간 단차를 해소하기 위해, 단판 콘덴서 소자의 적층시에 다수의 단판 콘덴서 소자의 음극부 사이에 그 간극에 대응한 두께의 금속판을 끼워 넣는 방법(특개평 5-205984호 공보 등), 양극부의 간극에 절연 수지층을 형성하고, 접속은 금속 세선(細線) 등으로 하는 방법(특개평 6-29163호 공보, 특개평 6-84716호 공보 등), 리드 프레임을 각 양극부 위치에 대응시켜 분할 가공하는 방법(특개평 4-167417호 공보 등) 등이 있다.
상기한 바와 같이, 적층시에 양극부와 음극부의 경계 부근에서 발생하는 응력 집중을 막기 위한 단차 해소 방법은, 공정 증가 혹은 재료 가공비 증가 등의 고비용으로 되고, 또한 공정 추가에 의해 취급중인 기계적 응력 등에 의한 단판 콘덴서 소자의 파괴 또는 성능 저하가 증가하고, 적층 콘덴서 제조의 수율이 악화되며, 또한 성능이 떨어지는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 이들 과제를 해결하기 위한 것으로, 적층시에 양극부와 음극부의 경계 부근에서 발생하는 응력 집중을 막아 적층 콘덴서 제조의 수율 저하 방지 및 성능이 우수한 고용량의 적층형 고체 전해 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 적층형 고체 전해 콘덴서를 제조하는데 적합한 단판 콘덴서 소자를 제공한다.
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도1은 본 발명의 단판 콘덴서 소자의 예를 도시하는 단면도,
도2는 본 발명의 단판 콘덴서 소자의 형상에 대해 다른 예를 도시하는 단면도,
도3은 단판 콘덴서 소자의 예를 도시하는 단면도,
도4는 본 발명의 적층 콘덴서 소자의 예를 도시하는 단면도,
도5는 본 발명의 적층 콘덴서 소자의 제조방법에 있어서, 적층 후에 가압하는 예를 도시하는 단면도,
도6은 본 발명의 적층 콘덴서 소자에 대해, 리드 프레임의 양면에 적층시킨 예를 도시하는 단면도,
도7은 비교예1의 적층 콘덴서 소자를 도시하는 단면도,
도8은 비교예2의 적층 콘덴서 소자에 대해, 제조시의 적층 후에 가압하는 예를 도시하는 단면도,
도9는 본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서의 예를 도시하는 단면도이다.
도1, 도2는 본 발명의 단판 콘덴서 소자의 예를 도시하는 단면도이다. 도1에 서, 상기 단판 콘덴서 소자는, 표면에 유전체 산화 피막층(2)을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체(基體)(1)의 단부가 양극부(11)로 되고, 이 양극부(11) 및 절연층(3)을 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층(2)상에 고체 전해질층(4), 그 위에 도전체층(5, 6)이 순차로 형성되어 이 부분이 음극부로 되며, 상기 음극부 선단부분의 두께(S2)가 음극부 기부(基部)의 두께(S1)보다 두꺼운 단판 콘덴서 소자로서, 양극부(11)측으로부터 음극부 선단의 방향을 향해 음극부의 두께가 점차 두꺼워 지는 단판 콘덴서 소자이다.
또한, 도2에 도시하는 단판 콘덴서 소자는 음극부의 두께가 계단형상으로 두껍게 되어 있는 단판 콘덴서 소자이다.
도9는 본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서의 예를 도시하는 단면도로서, 도1에 도시하는 단판 콘덴서 소자의 다수 매를 적층한 적층 콘덴서 소자를 이용하여 얻은 적층형 고체 전해 콘덴서를 나타낸다.
본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서에 있어서, 적층되는 단판 콘덴서 소자의 적층 매수는, 상기 단판 콘덴서 소자의 두께나 도전성 접착층 두께의 디자인 또는 요구 성능, 적층 형태(예를들면, 도6의 양면 적층형, 또는 도4의 편면 적층형 등)에 의존하지만, 통상 2∼20매, 바람직하게는 2∼12매가 이용된다.
도9에 도시하는 적층형 고체 전해 콘덴서(25)는, 단판 콘덴서 소자(7)의 4매가, 그 양극부(11)를 동일측(좌측)으로 맞추고 상기 양극부(11)의 일부를 동일방향으로(우측 상방향으로) 구부려 양극측 리드 프레임(9)상에서 각 양극부(11)를 양극측 리드 프레임(9)에 근접하도록 적층 고착하며, 그 음극부를 양극부(11)측으로부터 음극부 선단을 향해 끝이 넓어지는 형상으로 음극측 리드 프레임(8)상에 도전성 접착층(10)에 의해 적층 고착하여 적층 콘덴서 소자(19)로 되고, 상기 적층 콘덴서 소자(19)의 주위가 외장 수지(23)로 피복하여 밀봉되어 있는 적층형 고체 전해 콘덴서이다.
상기 적층형 고체 전해 콘덴서(25)에 있어서는, 단판 콘덴서 소자(7)로서 도1에 도시하는 바와같이, 음극부에 테이퍼형상의 경사를 주어 음극부 선단부분의 두께(S2)가 음극부 기부의 두께(S1)보다 두꺼운 단판 콘덴서 소자가 이용된다. 그리고, 적층형 고체 전해 콘덴서(25)를 제조하기 위한 적층 콘덴서 소자(19)의 형상이 끝이 넓어지는 형상으로 되어 있다.
또한, 음극 및 양극측 리드 프레임(8, 9)은 예를들면 공지의 철계 또는 동계의 합금재를 이용하여 구성할 수 있다.
본 발명에 대해 이하에 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서 다수 매의 단판 콘덴서 소자(7)를 적층하여 적층 콘덴서 소자(19)를 얻을 경우, 각 음극부 간 및 음극부와 음극측 리드 프레임(8)의 접속은 도전성 접착층(도전 페이스트를 사용)(10)으로 행해지며, 각 양극부 간 및 양극부(11)와 양극측 리드 프레임(9)의 접속은 스폿 용접 또는 레이저 용접으로 실시된다.
한편, 도7에 도시하는 적층 구조의 경우에는 각 음극부를 평행하게 상하로 적층하고 있으므로, 양극부(11)는 스폿 용접할 수 있도록 구부러질 필요가 있다. 단판 콘덴서 소자(7)의 적층 매수가 많을수록 도7에 도시하는 바와같이 최상부에 적층된 단판 콘덴서 소자(7)의 양극부(11)는 보다 크게 구부러지므로, 단판 콘덴서 소자(7)의 양극부(11)와 음극부의 경계 부근에서 응력 집중이 일어나 콘덴서 성능이 악화된다.
이에 대해, 본 발명은 리드 프레임상에 적층할 때의 응력 집중을 회피하기 위해, 단판 콘덴서 소자(7)의 양극부를 크게 구부리지 않고 리드 프레임에 적층하는 적층형 고체 전해 콘덴서를 제공한다.
즉, 도4에 도시하는 바와같이, 끝이 넓어지는 형상의 단판 콘덴서 소자(7)의 다수 매의 양극부(11)를 동일방향으로 맞추고, 또한 각 양극부(11)가 양극측 리드 프레임(9) 표면에 근접하도록 적층하고, 두꺼운 음극부를 양극부(11)측으로부터 음극부측을 향해 끝이 넓어지는 형상이 되도록 한 적층 콘덴서 소자(19)로 했다.
단판 콘덴서 소자(7)가 끝이 넓어지는 형상이면, 양극부(11)를 스폿 용접 등으로 적층하여 고착(적층 고착)시키고, 또한 각 음극부 간 및 음극부와 음극측 리드 프레임(8) 간을 도전성 접착층(10)으로 적층 고착시킴으로써, 높은 수율로 내열성 등이 우수한 적층 콘덴서 소자(19)를 얻을 수 있다는 것을 알았다.
단, 도전성 접착층(10)은 은 미세 분말을 포함하는 은 페이스트 등의 도전 페이스트를 이용하여 형성할 수 있다.
그런데, 단판 콘덴서 소자 2매를 끝이 넓어지는 형상으로 리드 프레임 상에 쌓는 공지예(특개평 6-13269호 공보)가 있지만, 그 목적은 외장 수지로 밀봉했을 때에 수지의 경화 응력을 완화시키기 위해 끝이 넓어지는 형상으로 하는 것을 목적으로 하고 있고, 양극부를 리드 프레임 표면에 적층 고착하는 것을 기재하고 있지 않은 점이 본 발명과는 본질적으로 다르다.
또한, 본 발명에 있어서는, 도9에 도시하는 바와같이 외장 수지(23)의 소정 치수내에 다수의 단판 콘덴서 소자(7)를 내장시키기 위해 도전 페이스트로 음극측 리드 프레임(8)상에 단판 콘덴서 소자(7)를 적층 고착할 시에, 적당량의 도전 페이 스트를 음극부 및 리드 프레임(8)의 특정 범위에 도포하는 것이 바람직하고, 또한 적당한 압력으로 단판 콘덴서 소자(7)를 가압 적층함으로써 끝이 넓어지는 형상의 적층 콘덴서 소자(19)를 매우 쉽게 얻을 수 있다는 것을 알았다.
즉, 도전 페이스트를 이용하여 음극측 리드 프레임(8) 상에 단판 콘덴서 소자(7)를 적층 고착할 시의 가압력은 약 17∼420g/㎠의 범위인 것이 바람직하다. 따라서, 단판 콘덴서 소자(7)가 두께 0.3mm×폭3mm×길이4mm 인 경우는 2g∼50g 정도의 하중이 단판 콘덴서 소자(7)의 적층 고착시에 걸린다.
또한, 단판 콘덴서 소자(7)의 음극부에 도1에 도시하는 바와같이 테이퍼형상의 경사를 주어 단판 콘덴서 소자(7)의 형상을 끝이 넓어지는 형상으로 하던지 혹은 단판 콘덴서 소자(7)의 음극부의 두께를 도2에 도시하는 바와같이 계단형상으로 크게 하여 단판 콘덴서 소자(7)의 형상을 끝이 넓어지는 형상으로 함으로써, 끝이 넓어지는 형상의 적층 콘덴서 소자(19)를 무리없이 얻을 수 있는 것을 알았다.
다음에 적층형 고체 전해 콘덴서를 제조하기 위한 단판 콘덴서 소자에 대해 설명한다.
본 발명의 단판 콘덴서 소자에서는, 도1∼도3에 도시하는 바와같이, 표면에 유전체 산화 피막층(2)을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체(1)의 단부가 양극부(11)로 되고, 이 양극부(11)를 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층(2)상에 고체 전해질층(4), 그 위에 도전체층(5, 6)이 순차로 형성되어 음극부로 되어 있다.
여기서 유전체 산화 피막층(2)은 큰 표면적을 가지는 유전체층으로서 에칭된 판 작용 금속으로 이루어지는 세공(細孔) 표면에 형성되는 것이고, 유전체 산화 피막층(2)에는 알루미나, 산화 탄탈 등과 같이 판 작용 금속의 산화물 또는 그 소결체로 구성할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 판 작용 금속으로서는 알루미늄, 탄탈, 니오븀(niobium), 티탄 등을 들 수 있다.
양극 기체(1)는 상기 판 작용 금속의 지지체를 가리키고, 그 표면에 유전체 산화 피막층(2)을 형성하고 일단을 본 발명에서는 양극부(11)라고 칭한다.
또한, 유전체 산화 피막층(2)을 형성하기 전에 용량 증가를 위한 양극 기체(1)의 표면적을 확대하는 에칭 처리가 행해진다.
도1∼3에 도시하는 바와같이, 단판 콘덴서 소자의 양극부(11)와 음극부는 절연층(3)으로 분리되어 있고, 음극부에 고체 전해질층(4), 도전층(5, 6)이 형성되어 있다.
절연층(3)을 양극부(11)에 닿게 해 차양형상으로 설치하여 양극부(11)와 음극부를 구분해도 된다. 절연층(3)은 음극부와 양극부(11)를 전기적으로 절연하기 위한 층이다.
절연층(3)은 절연성 재료로, 예를들면 일반적인 내열성 수지, 바람직하게는 용제에 가용 혹은 팽윤시킬 수 있는 내열성 수지 또는 그 전구체(前驅體), 무기질 미세 분말과 셀룰로스계 수지로 이루어지는 조성물(특개평 11-80596호 공보) 등을 사용할 수 있는데, 재료는 제한되지 않는다. 구체예로는 폴리페닐술폰(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 시안산에스테르수지, 불소수지(테트라플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르공중합체 등), 폴리이미드 및 이들의 유도 체 등을 들 수 있다. 특히 바람직하게는 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 불소수지 및 이들의 전구체를 들 수 있다. 상기 폴리이미드는 주고리에 이미드 구조를 포함하는 화합물이고, 통상 전구체의 폴리아믹산을 용제에 녹인 용액을 사용하고, 도포후에 고온으로 가열 처리하여 이미드화를 도모한 것이다. 재료는 상기와 같이 폴리이미드의 화학 구조로 제한되지 않지만, 바람직하게는 평균 분자량으로 1,000∼1,000,000이고, 보다 바람직하게는 2,000∼200,000의 절연성이 우수한 화합물이 사용된다.
고체 전해질층(4)은 도전성 고분자나 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 등을 포함하는 유기물, 혹은 이산화망간, 이산화납 등의 금속 산화물 이외의 무기물을 화학 산화 또는 전해 산화법 등으로 형성해도 된다.
고체 전해질층(4) 상의 도전체층(5)은 카본 페이스트로, 도전체층(5)상의 도전체층(6)은 은 페이스트 등의 도전 페이스트를 이용하여 형성할 수 있는데, 이들 재료 또는 그 방법으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서, 고체 전해질층(4)을 형성하기 위해 이용하는 도전성 고분자로서, 진성(眞性) 도전성 고분자(특개평 1-169914호 공보) 나 π공역계의 폴리아닐린(예를들면, 특개소 61-239617호 공보), 복소오원환식(複素五員環式) 화합물의 폴리피롤(예를들면, 특개소 61-240625호 공보), 폴리티오펜 유도체(예를들면 특개평 2-15611호 공보) 및 폴리이소티아나프텐(예를들면 특개소 62-118511호 공보) 등의 공지의 폴리머를 본 발명에서 이용할 수 있다.
즉, 고체 전해질층(4)을 형성하기 위해, 아닐린, 피롤, 티오펜, 이소티아나프텐 및 이들의 치환 유도체의 2가기의 화학 구조로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화학 구조를 포함하는 도전성 중합체를 이용할 수 있다. 또한, 공지의 도전성 중합체, 즉 벤젠, p-페닐렌비닐렌, 티에닐렌피닐렌, 나프트〔2, 3-c〕 티오펜 및 이들의 치환 유도체의 2가기의 화학 구조를 포함하는 중합체도 고체 전해질층(4)을 형성하기 위해 사용할 수 있다.
이들 도전성 고분자는 도펀트(dopant)를 포함한 도전성 고분자 조성물로서 고체 전해질층(4)을 형성하기 위해 사용된다. 또한, 도펀트만의 첨가뿐만 아니라, 예를들면 유기계 혹은 무기계의 필러(filler)가 더 병용되어도 된다.
피롤이나 티오펜 등의 중합성 복소오원환식 화합물(이하, 복소오원환식 화합물이라고 한다)의 중합체를 사용할 경우, 양극박(陽極箔)을 복소오원환식 화합물의 저급(低級) 알콜/수계 용액에 침지시킨 후, 산화제와 전해질을 용해시킨 수용액에 침지시켜 화학 중합시키고, 도전성 고분자를 양극박상에 형성하는 방법(특개평 5-175082호 공보), 3, 4-디옥시에틸렌티오펜모노머 및 산화제를 바람직하게는 용액의 형태로 전후하여 개별로 또는 함께 금속박의 유전체 산화 피막에 도포하여 형성하는 방법(특개평 2-15611호 공보나 특개평 10-32145호 공보) 등을 본 발명에 적용할 수 있다. 또한, 특개평 10-32145호 공보에 개시되어 있는 바와같이 벤조퀴논술폰산이나 지환식(脂環式) 술폰산과 같은 특정 유기 술폰산을 도핑한 폴리(3, 4-디옥시에틸렌-티오펜)를 본 발명에서 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 단판 콘덴서 소자 및 적층형 고체 전해 콘덴서에서, 그 고체 전해질(4)에는 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 3, 4-디옥시에틸렌-티오펜 유전체의 중합체도 적합하게 사용할 수 있다.
단, 상기 일반식(Ⅰ)에서, R1 및 R2은 각각 독립하여 수소 원자, C1∼C6의 직쇄형상 혹은 분기형상의 포화 혹은 불포화의 탄화수소기, 또는 C1∼C6의 탄화수소기가 상호 임의의 위치에서 결합하고 2개의 산소 원소를 포함하는 적어도 1개 이상의 5∼7원환의 포화 탄화수소의 환상 구조를 형성하는 치환기를 나타낸다. 또한, 상기 환상 구조에는 치환되어도 되는 비닐렌 결합을 가지는 것, 치환되어도 되는 페닐렌 구조의 것이 포함된다.
또한 마찬가지로 하기 일반식(Ⅱ)의 2가기의 화학 구조를 포함하는 중합체도 고체 전해질(4)을 형성하기 위해 적합하게 사용할 수 있다.
상기 일반식(Ⅱ)에서, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립하여 수소 원자, C1∼C10의 직쇄형상 혹은 분기형상의 포화 혹은 불포화의 알킬기, 알콕시기 또는 알킬에스테르기, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 1급, 2급 또는 3급 아미노기, 트리플로로메틸기, 페닐기 및 치환 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1가기를 나타내거나 또는 R3, R4, R5 및 R6의 탄화수소쇄는 상호 임의의 위치에서 결합하고, 이러한 기에 의해 치환을 받는 탄소원자와 함께 적어도 1개 이상의 3∼7원환의 포화 또는 불포화 탄화수소의 환상 구조를 형성하는 2가기를 형성해도 된다.
또한, 일반식(Ⅱ)에서, R3, R4, R5 및 R6이 나타내는 알킬기, 알콕시기, 알킬에스테르기 또는 이들에 의해 형성되는 환상 탄화수소쇄에는 카르보닐, 에테르, 에스테르, 아미드, 술피드, 술피닐, 술포닐, 이미노 결합을 임의의 수로 포함해도 된다. 일반식(Ⅱ)에 기재한 δ는 반복 단위당 하전수(荷電數)를 나타내고, 0∼1의 범위이다.
그러나, 본 발명의 단판 콘덴서 소자 및 적층형 고체 전해 콘덴서에서는 특별히 화학구조에 한정되지 않고, 통상 고체 전해질(4)을 형성하는 재료의 전기 전도도는 0.1∼200S/㎝의 범위, 바람직하게는 1∼100S/㎝의 범위, 더욱 바람직하게는 10∼100S/㎝의 범위이면 된다.
피롤이나 티오펜류 등의 복소오원환식 화합물의 산화중합에 대해 적합한 산화제로서, 예를들면 특개평 2-15611호 공보 기재의 염화철(Ⅲ), Fe(Cℓ04)3 이나 유기산철(Ⅲ), 무기산철(Ⅲ), 알킬과황산염, 과황산암모늄, 과산화수소 등을 광범위하게 사용할 수 있다. 상기 유기산철(Ⅲ)의 유기산의 예로는 메탄술폰산이나 도데실벤젠술폰산과 같은 탄소 수(數) 1∼20의 알킬술폰산이나 마찬가지로 지방족 카르복시산을 들 수 있다. 그러나, 상기 산화제의 사용범위는 상세하게는 상기 모노머 화합물의 화학 구조와 산화제 및 반응 조건 등의 제한을 받는다. 예를들면, 티오펜류의 산화(중합)는 Handbook of Conducting Polymers지(Marcel Dekker, Inc.사 발행, 1987년, 99페이지, 도5 참조)의 설명에 의하면, 치환기의 종류에 따라 산화 전위(중합이 일어나기 쉬움을 나타내는 1개의 척도)가 크게 변하여 중합 반응을 좌우한다(산화 전위는 약 1.8∼약 2.7V의 범위에 광범위하게 퍼져 있다). 따라서, 구체적으로는 사용하는 모노머 화합물과 산화제, 반응 조건의 조합이 중요하다.
상기 도전성 중합체에 포함되는 도펀트는 이용하는 π전자공역 구조를 가지는 중합체에 제한되지 않는다. 도펀트는 통상 음이온이면 되고, 또한 상기 음이온이 저분자 음이온이어도, 고분자 전해질 등의 고분자 음이온이어도 된다. 예를들면, 구체적으로 PF6
-, SbF6
-, AsF6
-와 같이 5B족 원소의 할로겐화물 음이온, BF4
-와 같이 3B족 원소의 할로겐화물 음이온, I-(I3
-), Br-, Cℓ-과 같이 할로겐 음이온, CℓO4
-와 같이 과할로겐산 음이온, AℓCℓ4
- FeCℓ4
- SnCℓ6
- 등과 같이 루이스산 음이온 혹은 NO3
-, SO4
2- 와 같이 무기산 음이온, 또는 p-톨루엔술폰산이나 나프탈렌술폰산, C1∼C5의 알킬 치환 나프탈렌술폰산, CF3SO3
-, CH3SO3
- 와 같이 유기 술폰산 음이온, 또는 CH3COO-, C6H5COO- 와 같이 카르복시산 음이온 등의 프로톤산 음이온을 들 수 있다.
더욱 바람직하게는, 유기 술폰산 음이온, 유기 인산 음이온 등이 사용된다. 특히 유기 술폰산 음이온에서는 방향족 술폰산 음이온, 방향족 폴리 술폰산 음이온, OH기 또는 카르복시기가 치환된 유기 술폰산 음이온, 아다만탄(adamantane) 등의 골격을 가지는 지방족 유기 술폰산 음이온 등의 다양한 화합물을 적용할 수 있다.
예를들어 유기 술폰산을 예시하면, 벤젠술폰산이나 p-톨루엔술폰산, 메탄술폰산, 에탄술폰산, α-술포나프탈렌, β-술포나프탈렌, 나프탈렌디술폰산, 알킬나프탈렌술폰산(알킬기로서는 부틸, 트리이소프로필, 디-t-부틸 등)을 들 수 있다.
또한, 다른 예시로서, 한개 이상의 술포 음이온기와 퀴논 구조를 분자내에 가지는 술포퀴논 화합물의 음이온(이하 술포퀴논 음이온이라고 약칭한다), 안트라센술폰산 음이온, 나프탈렌술폰산 음이온, 벤젠술폰산 음이온, 크실렌디술폰산 음이온(o, p, m)을 예시할 수 있다.
술포퀴논 음이온의 기본 골격으로서는 p-벤조퀴논, o-벤조퀴논, 1,2-나프트퀴논, 1,4-나프트퀴논, 2,6-나프트퀴논, 9,10-안트라퀴논, 1,4-안트라퀴논, 1,2-안트라퀴논, 1,4-크리센퀴논, 5,6-크리센퀴논, 6,12-크리센퀴논, 아세나프트퀴논, 아세나프텐퀴논, 칼홀퀴논, 2,3-보르난디온, 9,10-페난트렌퀴논, 2,7-필렌퀴논을 들 수 있다.
그 중에서도 본 발명에서 사용하는 술포퀴논으로서는 안트라퀴논, 1,4-나프트퀴논, 2,6-나프트퀴논의 골격을 가지는 술포퀴논이 바람직하게 사용된다. 예를들면 안트라퀴논류의 경우, 안트라퀴논-1-술폰산, 안트라퀴논-2-술폰산, 안트라퀴논- 1,5-디술폰산, 안트라퀴논-1,4-디술폰산, 안트라퀴논-1,3-디술폰산, 안트라퀴논-1,6-디술폰산, 안트라퀴논-1,7-디술폰산, 안트라퀴논-1,8-디술폰산, 안트라퀴논-2,6-디술폰산, 안트라퀴논-2,3-디술폰산, 안트라퀴논-2,7-디술폰산, 안트라퀴논-1,4,5-트리술폰산, 안트라퀴논-2,3,6,7-테트라술폰산, 이들의 알칼리 금속염 및 이들의 암모늄염 등을 사용할 수 있다.
1,4-나프트퀴논류의 경우는 1,4-나프트퀴논-5-술폰산, 1,4-나프트퀴논-6-술폰산, 1,4-나프트퀴논-5,7-디술폰산, 1,4-나프트퀴논-5,8-디술폰산, 이들의 알칼리 금속염 및 이들의 암모늄염 등을 사용할 수 있다.
2,6-나프트퀴논류의 경우는 2,6-나프트퀴논-1-술폰산, 2,6-나프트퀴논-3-술폰산, 2,6-나프트퀴논-4-술폰산, 2,6-나프트퀴논-3,7-디술폰산, 2,6-나프트퀴논-4, 8-디술폰산, 이들의 알칼리 금속염 및 이들의 암모늄염 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 술포퀴논으로서는 더욱 공업적인 염료중에서 예를들면 안트라퀴논아이리스 R, 안트라퀴논바이올렛 RN-3RN이 있고, 이들도 마찬가지로 유용한 술포퀴논계 도펀트로서 상기 염의 형태로 사용할 수 있다.
또한, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리스틸렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리비닐황산, 폴리-α-메틸술폰산, 폴리에틸렌술폰산, 폴리인산 등의 고분자 전해질 음이온도 사용된다.
또한, 이들의 도펀트는 상기 도전성 중합체를 생성할 수 있는 공지 산화제의 환원체 음이온도 포함된다. 예를들면, 알칼리 금속과황산염류나 과황산 암모늄염류 등의 산화제 생성 음이온인 황산 이온을 들 수 있다. 그 이외에는 과망간산 칼륨 등의 망간류, 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논(DDQ), 테트라클로로-1,4-벤조퀴논, 테트라시아노-1,4-벤조퀴논 등의 퀴논류에서 생성되는 도펀트를 들 수 있다.
이상, 본 발명에서는 도전성 중합체에 상기 도펀트의 적어도 1종류를 포함하는 것이 적절하게 사용된다. 예를들면, 도전성 중합체에 도펀트로서 황산 이온이 π공역 구조의 전체 반복단위에 대해 0.1∼10몰%의 범위이고, 다른 도펀트로서 상기 술포퀴논 음이온, 예를들면 안트라퀴논술폰산 음이온이 1∼50몰%의 범위를 포함하는 것이다.
한편, 단판 콘덴서 소자에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
단판 콘덴서 소자로서 도1, 2에 도시하는 바와같이, 음극부 선단부분의 두께가 음극부 기부의 두께보다 두꺼운 선단이 굵은 형상의 것을 이용하면, 적층형 고체 전해 콘덴서로서 이를 적층한 경우, 적층 콘덴서 소자(19)가 끝이 넓어지는 형상으로 되기 쉽다(도9 참조). 즉, 단판 콘덴서 소자(7)의 형상으로서 고체 전해질층(4)과 도전체층(5, 6)의 합계 두께를 도1에 도시하는 바와같이 음극부 선단을 향해 점차 두껍게 한 형상, 혹은 그 두께를 도2에 도시하는 바와같이 음극부 선단을 향해 계단형상으로 두껍게 한 형상이 바람직하다.
또한 발명의 다른 실시형태로서 선단이 굵은 형상의 단판 콘덴서 소자에 있어서, 음극부 기부의 두께(S1)와, 그 선단부의 최대 두께(S2)의 비(S2/S1)가 1.1∼5.0의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 1.3∼3.0의 범위이다.
도1에 도시하는 형상의 단판 콘덴서 소자(7)를 얻는 방법의 예로서, 도전 페이스트를 도포후 선단측의 도전체층(5, 6)이 두꺼워지도록 기계적으로 가압 성형하는 방법을 들 수 있다. 다른 방법으로는, 소자(7)의 선단부에 반복하여 도전 페이스트를 도포하고, 도1, 2에 도시하는 바와같이, 점차적으로 혹은 계단형상으로 도전체(5, 6)를 두껍게 하는 방법을 들 수 있다. 소자(7)의 선단 부분을 음극부 기부의 두께(S1)보다 크게 할 수 있는 방법이면 어떠한 방법을 이용해도 된다.
단판 콘덴서 소자(7)는 적층되고, 예를들면 도4에 도시하는 적층 콘덴서 소자(19)로 된다.
단판 콘덴서 소자(7)를 적층하는 방법은, 예를들면 1매마다 음극측의 리드 프레임(8)상에 도전 페이스트를 이용하여 적층해도 되고, 또한 2매 이상을 미리 끝이 넓어지는 형상으로 적층한 적층품을 음극측 리드 프레임(8)에 접착에 의해 적층해도 된다. 또한 이들 소자(7)를 겹쳐 적층해도 되며, 이들 이외의 적층 방법을 채용해도 된다. 또한 리드 프레임(8) 표리(表裏)의 한쪽, 혹은 도6에 도시하는 바와같이 표리 양측에 단판 콘덴서 소자(7)를 적층해도 된다.
단판 콘덴서 소자에 있어서 선단이 굵어 지는 것이 아니라, 소자 상하면이 대략 평행인 단판 콘덴서 소자(도3)를 이용하여 끝이 넓어지는 형상으로 적층해도 되고, 그 적층 콘덴서 소자(19)를 얻는 방법으로는 도전성 접착층(10)의 두께를 음극부 선단측에서 음극부 기부측보다 두껍게 하는 방법을 들 수 있다.
음극부와 음극부 간의 도전성 접착층(10) 및 음극부와 음극측 리드 프레임(8) 간의 도전성 접착층(10)은 음극부의 선단에서 음극부 길이(L)(도1 참조)의 80%정도의 범위(즉, 도전성 접착층(10)의 음극부 선단에서의 길이(L1)는 0.8×L 이하)로 형성되는 것이 바람직하다. 선단으로부터 80% 정도의 범위를 넘어 도전성 접착층(10)을 형성하려 하면, 도전 페이스트가 접층시에 양극부(11)에 도달할 염려가 있어 쇼트(short) 등에 의한 수율 악화나 쇼트로 되지 않아도 누설 전류가 커지는 등의 성능 저하를 초래할 염려가 있다. 도전성 접착층(10)을 음극부 길이(L)의 80%정도의 범위로 형성하기 위해서는 도전 페이스트를 음극부 길이의 선단측으로부터 길이의 반정도의 범위로 도포하는 것이 좋다.
또한, 다수 매의 단판 콘덴서 소자(7)가 기계적으로 가압 적층됨으로써 끝이 넓어지는 형상의 적층 콘덴서 소자(19)로 되는 것이 바람직하다. 즉, 도5에 도시하는 바와같이, 다수 매의 단판 콘덴서 소자(7)를 도전 페이스트로 음극측 리드 프레임(8) 상에 적층할 때, 적당한 압력으로 단판 콘덴서 소자(7)를 가압판(17)으로 가압하여 도전 페이스트의 두께를 조절함으로써 소정 치수의 끝이 넓어지는 형상으로 한다.
이 때, 도전성 접착층(10)의 두께를 음극부 기부로부터 음극부 선단부분을 향해 점차 두꺼워지도록 하면, 적층 콘덴서 소자(19)의 음극부 선단부분의 두께(W2)가 음극부 기부의 두께(W1)보다 커지고, 그 결과, 적층 콘덴서 소자(19)가 끝이 넓어지는 형상으로 되기 쉽다.
적층 콘덴서 소자(19)의 끝이 넓어지는 형상으로서, 적층 콘덴서 소자(19)의 음극부 기부의 두께(W1)와 상기 소자(19)의 음극부 선단 부분의 최대 두께(W2)의 비(W2/W1)는 1.3∼5.5이고, 바람직하게는 1.5∼3.5이다.
단판 콘덴서 소자(7)의 양극부(11)는 단판 콘덴서 소자(7)의 적층후에 구부러져도 되고, 그 적층전에 미리 구부러져도 된다.
양극부(11)와 양극부(11) 간 및 양극부(11)와 양극측 리드 프레임(9)을 접속하는 방법은, 스폿 용점, 레이저 용접 및 도전 페이스트로의 접속 등, 어떠한 방법을 채용해도 된다. 음극부의 적층과 양극부 접속의 순서도 특별한 한정은 없고, 어느쪽을 먼저 해도 되고, 또한 번갈아 행해도 된다. 어떻게 하든지 간에 단판 콘덴서 소자(7)에 큰 기계적인 응력이 가해지지 않도록 적층하여 적층 콘덴서 소자(19)를 제작하는 것이 중요하다.
적층 콘덴서 소자(19)는, 도9에 도시하는 바와같이, 외장 수지(23)로 밀봉하고, 외장 수지(23)의 외측 리드 프레임을 외장 수지를 따라 구부려 외부 리드(21)로서 적층형 고체 전해 콘덴서(25)가 된다. 외장 수지(23)의 예는 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 있고, 외부 리드(21)는 예를들면 재질(42 합금)로 구성할 수 있다.
단판 콘덴서 소자(7)의 양극부를 동일방향으로 맞추어 양극측 리드 프레임(9) 상에 적층 고착시키면, 혹은 선단이 굵은 형상의 단판 콘덴서 소자(7)를 이용하면, 적층 콘덴서 소자(19)가 외장 수지(23)로부터 빠져 나오지 않도록 할 수 있고, 또한 단판 콘덴서 소자(7)의 적층 매수를 늘려 고용량의 적층형 고체 콘덴서(25)를 얻을 수 있다.
이하, 적층 콘덴서 소자의 구조예를 들고, 이들의 수율성, 내열성을 설명한다.
도4는 적층 콘덴서 소자의 일례의 단면도로, 단판 콘덴서 소자(7) 4매를 가압하지 않고 끝이 넓어지는 형상으로 함으로써 양극부(11)를 크게 구부리지 않고 스폿 용접할 수 있는 예이다. 본 예는 후술하는 도7의 것에 비교해 수율이 좋고, 리플로우 시험 후의 누설 전류가 적다.
도5는 적층 콘덴서 소자의 다른 예의 단면도이다. 본 예는 단판 콘덴서 소자(7) 끼리의 간격을 제어하여 목적하는 끝이 넓어지는 형상의 적층 콘덴서 소자를 얻기 위해, 단판 콘덴서 소자(7)마다 소정 각도, 압력으로 기계적으로 가압하여 적층한 예이다. 그 결과, 단판 콘덴서 소자(7)의 양극부(11)를 크게 구부리지 않고 스폿 용접할 수 있다. 도4에 도시하는 예와 마찬가지로 수율이 좋고, 리플로우 시험 후의 누설 전류가 적다.
도6은 가압하면서 리드 프레임(8)의 표리에 단판 콘덴서 소자(7)를 3매씩 적층한 적층 콘덴서 소자의 예이다. 적층 매수는 6매로 추정되는데, 수율, 리플로우 시험 후의 누설 전류치 모두, 도5의 4매 적층의 예에 비해 약간 떨어지지만, 다음의 도7에 비하면 우수하다.
도7은 단판 콘덴서 소자(7)의 4매를 평행하게 적층한 적층 콘덴서 소자의 예이다. 소자(7)의 음극측을 리드 프레임(8)에 평행하게 적층하고 있고, 평판 기체의 양극부(11)를 리드 프레임(9)에 근접시켜 스폿 용접을 용이하게 하기 위해 양극부(11)를 크게 구부릴 필요가 있다. 이 때문에 절연부와 음극부의 경계부가 발 생시키는 응력이 작은 도4∼6에 비해 수율이 나쁘고, 리플로우 시험 후의 누설 전류치가 크다.
도8은 가압하면서 소자(7)를 적층 할 때, 도전 페이스트를 음극부 전체면에 도포한 적층 콘덴서 소자의 예이다. 절연부와의 경계부 근방의 음극부에 도전 페이스트가 있으면 누설 전류가 증대한다. 도5에 도시하는 것에 비해 수율, 리플로우 시험 후의 누설 전류가 모두 나쁘다.
도4∼8에 도시하는 적층 콘덴서 소자를 제작하여 수율, 내열성을 비교했다.
실시예1
본 예의 적층 콘덴서 소자는 도4에 도시하는 것이다.
우선, 도1에 도시하는 선단이 굵은 형상의 단판 콘덴서 소자(7)를 이하와 같이 하여 제작했다.
표면에 알루미나의 유전체 산화 피막층(2)을 가지는 두께 90㎛, 길이 5mm, 폭 3mm의 알루미늄(판 작용 금속)의 에칭 박(箔)(양극 기체(1))의 상단의 길이 2mm, 폭 3mm의 부분을 양극부(11)로 하고, 나머지 3mm×3mm의 부분을 10wt%의 아디핀산 암모늄 수용액에서 13V 화성(化成)하여 절단부에 유전체 산화 피막층(2)을 형성하여 유전체를 준비했다. 이 유전체 표면에 과황산 암모늄 20wt%와 안트라퀴논-2-술폰산 나트륨 0.1wt%가 되도록 조제한 수용액을 함침시키고, 이어서 3,4-디옥시에틸렌-티오펜을 5g 용해한 1.2moℓ/ℓ의 이소프로판올 용액에 침지시켰다. 이 기판을 꺼내어 60℃의 환경하에서 10분간 방치함으로써 산화 중합을 완성시키고, 물로 세정했다. 이 중합 반응 처리 및 세정 공정을 각각 10회 반복하여 도전성 고분자의 고체 전해질층(4)을 형성했다.
이어서, 카본 페이스트조에 침지, 고화(固化)시켜 도전체층(5)을 형성했다. 그리고, 은 페이스트조에 침지하여, 고화시키는 조작을 반복하여 도전체층(6)의 두께를 선단을 향해 점차 두껍게 함으로써 도1에 도시하는 선단이 굵은 형상의 단판 콘덴서 소자(7)를 얻었다. 상기 단판 콘덴서 소자(7)의 음극부 기부의 두께(S1)와, 그 선단부의 최대 두께(S2)의 비(S2/S1)는 2.1 이었다.
상기 단판 콘덴서 소자(7)의 4매를, 도4에 도시하는 바와같이 4개의 양극부(11)를 좌측에 맞추고, 4개의 음극부를 우측에 맞추어 음극부와 음극부 간 및 음극부와 리드 프레임(8) 간을 도전 페이스트로 접착함으로써 이들을 적층 고착하여 끝이 넓어지는 형상의 적층품을 얻었다. 상기 적층품의 양극부(11)를 구부리면서 양극부(11) 끼리 및 리드 프레임(9)의 한쪽 표면과 양극부(11)의 하면을 스폿 용접함으로써 도4에 도시하는 적층 콘덴서 소자(19)를 얻었다. 도4 중의 부호 13은 용접부를 나타낸다. 단, 단판 콘덴서 소자(7)의 4매를 가압하지 않고 적층했다. 또한, 도전 페이스트의 도포 길이는 선단으로부터 음극부 길이(L)의 50% 정도의 범위내로 했다.
실시예2
본 예의 적층 콘덴서 소자는 도5에 도시하는 것이다. 실시예1과 다른 주요한 점은 적층 콘덴서 소자(19)를 제조할 때, 단판 콘덴서 소자(7)의 4매를 가압판(17)을 이용하여 가압(40g/소자)한 점이다.
실시예3
본 예의 적층 콘덴서 소자(19)는 도6에 도시하는 것이다. 실시예2와 다른 주요한 점은 리드 프레임(8)의 표리에 단판 콘덴서 소자(7)를 3매씩 적층한 점이다.
비교예1, 비교예2
비교예1은 도7에 도시하는 적층 콘덴서 소자이다. 비교예1이 실시예1과 다른 주요한 점은 적층 콘덴서 소자(19)를 제조할 때, 단판 콘덴서 소자(7)의 음극측을 리드 프레임(8)에 평행하게 적층한 점이다.
비교예2는 도8에 도시하는 적층 콘덴서 소자이다. 비교예2가 실시예1과 다른 주요한 점은 적층 콘덴서 소자(19)를 제조할 때, 도전 페이스트를 음극부 전체면에 걸쳐 도포하고, 단판 콘덴서 소자(7) 끼리, 단판 콘덴서 소자(7)와 음극측 리드 프레임(8)을 적층한 점이다.
이상과 같이 하여 적층한 적층 콘덴서 소자의 수율, 리플로우 시험후의 누설 전류치를 표1에 나타낸다. 표1에서 실시예1∼3의 적층 콘덴서 소자는 비교예1, 비교예2에 비해 수율이 좋고, 또한 리플로우 시험후의 누설 전류치가 낮은 것을 알 수 있다.
| 적층상황 (적층매수) | 페이스트 도포(주1) | 가압 | 수율(%) (주2) | 리플로우시험후의 누설 전류치(주3) | ||
| 평균(μA) | 범위(μA) | |||||
| 실시예1 | 끝이 넓어짐(4매) | 선단측 반분 | 무 | 86 | 0.3 | 0.5 |
| 실시예2 | 끝이 넓어짐(5매) | 선단측 반분 | 유 | 93 | 0.3 | 0.4 |
| 실시예3 | 끝이 넓어짐(6매) | 선단측 반분 | 유 | 80 | 0.4 | 0.5 |
| 비교예1 | 평행(4매) | 전면 | 무 | 71 | 1.7 | 2.5 |
| 비교예2 | 끝이 넓어짐(4매) | 전면 | 유 | 78 | 0.7 | 1.0 |
주) (1) 접착용 도전 페이스트의 음극부 도포 면적
(2) 누설 전류치가 1μA 이하를 합격으로 하여 수율을 산출했다.
(3) 리플로우로(reflow爐)에서 열처리(240℃ 피크)한 후의 누설 전류치
의 평균과 편차를 평가했다. (n=30)
(4) 범위란 최대 전류치와 최소 전류치의 차를 의미한다.
또한, 도4에 도시하는 적층 콘덴서 소자에 대해서는, 고체 전해질을 다른 도전성 고분자나 무기산화물로 한 적층 콘덴서 소자를 제작하여 수율, 내열성을 이하와 같이 비교했다.
실시예4
실시예1과 마찬가지로 유전체를 준비하고, 이 유전체의 표면에 특개평 2-242816호 공보 기재의 방법을 채용하여 합성 및 승화(昇華) 생성된 5,6-디메톡시-이소티아나프텐을 1.2moℓ/ℓ농도, 탈기(脫氣) IPA 용액(용액4)에 침지시킨 후, 20wt% 농도의 과황산 암모늄 수용액에 Tetrahedron 지(35권(No.19), 2263페이지, 1979년)에 기재된 방법으로 합성한 3-메틸-2-안트라키노릴메탄술폰산나트륨을 용해시켜 상기 농도가 0.1wt%가 되도록 조제한 수용액(용액3)을 함침시켰다. 이어서 이 기판을 꺼내어 60℃의 환경하에서 10분간 방치함으로써 산화적 중합을 완성시켰다. 이 침지 공정을 각각 10회 반복하여 도전성 고분자의 고체 전해질층(4)을 형성했다. 이어서 도전체층(5, 6)의 형성 및 선단이 굵은 형상의 단판 콘덴서 소자(7)를 4매 적층하고, 리드 프레임(8, 9)에 고착하여 도4에 도시하는 적층 콘덴서 소자(19)를 얻었다. 즉 고체 전해질층(4)의 형성 이외는 실시예1과 같은 방법으로 적층 콘덴서 소자를 제작했다.
실시예5
실시예1에서 사용한 3,4-디옥시에틸렌-티오펜 대신에 피롤-N-메틸의 동일 농도 용액을 이용한 이외는 실시예1의 기재와 같은 방법으로 4매의 단판 콘덴서 소자(7)를 적층한 적층 콘덴서 소자를 제작했다.
실시예6
실시예1과 마찬가지로 유전체를 준비하고, 이 유전체 표면을 초산납삼수화물 2.4몰/ℓ 수용액과 과황산 암모늄 4.0 몰/ℓ의 수용액의 혼합액에 침지시키고, 60℃에서 30분간 반응시켰다. 이와같은 반응을 3회 반복하고, 이산화납 25wt%, 황산납 75wt%로 이루어지는 고체 전해질층(4)을 형성했다. 이후는 실시예1과 같은 방법으로 4매의 단판 콘덴서 소자(7)를 적층한 적층 콘덴서 소자를 제작했다.
이상 실시예 4∼6의 적층 콘덴서 소자의 수율, 리플로우 시험 후의 누설 전류치를 표2에 나타낸다. 도전성 고분자 또는 무기산화물을 고체 전해질로 한 어떠한 예에 있어서도 수율, 내열성 모두 실시예1의 결과와 같고, 어떠한 고체 전해질을 이용해도 양호한 특성의 적층 콘덴서 소자를 얻을 수 있는 것을 알았다.
단, 무기산화물보다 도전성 고분자가 리플로우 시험 후의 누설 전류치의 초기치 및 편차에서 약간 우수하고, 또한 가소성이 우수한 때문인지 도전성 고분자를 고체 전해질로서 이용한 쪽이 결과가 좋았다.
| 고체 전해질층 형성재료 | 수율(%)(주4) | 리플로우 시험후의 누설 전류치(주5) | ||
| 평균(μA) | 범위(μA) | |||
| 실시예4 | 5,6-디메톡시- 이소티아나프텐 | 93 | 0.3 | 0.4 |
| 실시예5 | 피롤-N-메틸 | 92 | 0.3 | 0.5 |
| 실시예6 | 초산납삼수 화물 | 91 | 0.5 | 0.7 |
주) (5) 누설 전류치가 1μA 이하를 합격으로 하여 수율을 산출했다.
(6) 리플로우로에서 열처리(240℃ 피크)한 후의 누설 전류치의 평균과
편차를 평가했다.(n=30)
(7) 범위란 최대 전류치와 최소 전류치의 차이를 의미한다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 수율, 내열성이 우수한 적층 콘덴서 소자가 얻어지며, 결과로서 수율, 내열성이 우수한 고용량의 적층형 고체 전해 콘덴서를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 단판 콘덴서 소자를 이용하면, 상기 적층형 고체 전해 콘덴서를 용이하게 얻을 수 있다. 본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서는 전자기기 등에서 콘덴서로서 이용된다.
본 발명의 단판 콘덴서 소자는, 표면에 유전체 산화 피막층을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체(基體)의 단부가 양극부로 되고, 이 양극부를 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층상에 고체 전해질층, 그 위에 도전체층이 순차 형성되어 음극부로 되며, 상기 음극부의 선단 부분의 두께가 음극부 기부(基部)의 두께보다 두꺼운 단판 콘덴서 소자이다.
본 발명의 적층형 고체 전해 콘덴서는, 표면에 유전체 산화 피막층을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체의 단부가 양극부로 되고, 이 양극부를 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층상에 고체 전해질층, 그 위에 도전체층이 순차로 형성되어 음극부로 되어 있는 단판 콘덴서 소자의 다수 매가, 그 양극부를 동일방향으로 맞추어 양극측 리드 프레임상에 적층 고착시키고, 그 음극부를 양극부측으로부터 음극부 선단을 향해 끝이 넓어지는 형상으로 음극측 리드 프레임상에 도전성 접착층을 형성하여 적층 고착시켜 적층 콘덴서 소자로 되고, 상기 적층 콘덴서 소자의 주위가 외장 수지로 피복하여 밀봉되어 있는 적층형 고체 전해 콘덴서이다.
상기 적층형 고체 전해 콘덴서에 있어서, 도전성 접착층이 음극부 선단으로부터 음극부 길이의 80%정도의 범위에 형성되는 것이 바람직하고, 또한, 적층 콘덴서 소자가 다수 매의 단판 콘덴서 소자를 가압 적층하여 얻어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층형 고체 전해 콘덴서에 있어서, 상기 단판 콘덴서 소자로서 음극부의 선단부분의 두께가 음극부 기부의 두께보다 두꺼운 단판 콘덴서 소자가 바람직하고, 또한 다수 매의 단판 콘덴서 소자의 음극부와 음극부 간 및 음극부와 음극측 리드 프레임 간이 도전성 접착층에 의해 적층 고착되고, 상기 도전성 접착층의 두께가 음극부 선단부분에서 음극부 기부측보다 두꺼운 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층형 고체 전해 콘덴서는 그 고체 전해질층이 도전성 고분자를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
Claims (14)
- 표면에 유전체 산화 피막층을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체(基體)의 단부가 양극부로 되고, 이 양극부를 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층상에 고체 전해질층, 그 위에 유전체층이 순차 형성되어 음극부로 되며, 상기 음극부의 선단 부분의 두께가 음극부 기부(基部)의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 단판 콘덴서 소자.
- 표면에 유전체 산화 피막층을 가지는 평판형상의 판 작용 금속으로 이루어지는 양극 기체의 단부가 양극부로 되고, 이 양극부를 제외한 부분의 상기 유전체 산화 피막층상에 고체 전해질층, 그 위에 유전체층이 순차로 형성되어 음극부로 되어 있는 단판 콘덴서 소자의 다수 매가, 그 양극부를 동일방향으로 맞추어 양극측 리드 프레임상에 적층 고착시키고, 그 음극부를 양극부측으로부터 음극부 선단을 향해 끝이 넓어지는 형상으로, 음극부와 음극부간 및 음극부와 음극측 리드 프레임간이 도전성 접착층에 의해 적층 고착되어 적층 콘덴서 소자로 되고, 상기 적층 콘덴서 소자의 주위가 외장 수지로 피복되어 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항에 있어서, 단판 콘덴서 소자로서, 음극부 선단 부분의 두께가 음극부 기부의 두께보다 두꺼운 단판 콘덴서 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 도전성 접착층이 음극부 선단으로부터 음극부 길이의 80%정도의 범위에 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항에 있어서, 적층 콘덴서 소자가 다수 매의 단판 콘덴서 소자를 가압 적층하여 얻어진 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 도전성 접착층의 두께가, 복수매의 단판 콘덴서 소자의 음극부 선단부분에서 음극부 기부측보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 고체 전해질층이 도전성 고분자를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제7항에 있어서, 도전성 고분자가, 중합성 복소오원환식 화합물, 아닐린, 벤젠, p-페닐렌비닐렌, 티에닐렌비닐렌, 이소티아나프텐, 나프트〔2, 3-c〕티오펜 및 이들의 치환 유도체의 2가기의 화학 구조로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화학 구조를 포함하는 중합체인 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제8항에 있어서, 중합성 복소오원환식 화합물이 3, 4-디옥시에틸렌티오펜 또는 그 치환 유도체인 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 단판 콘덴서 소자의 다수 매가 2∼20의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 양극부를 동일 방향으로 맞추어 양극측 리드 프레임상에 적층 고착하는 수단이 스폿 용접인 것을 특징으로 하는 적층형 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서, 음극부 기부의 두께와 음극부 선단부분의 두께 비가 1.1∼5.0의 범위인 것을 특징으로 하는 단판 콘덴서 소자.
- 제1항 또는 제12항에 기재한 단판 콘덴서 소자에 있어서, 음극부 두께에 끝이 넓어지는 형상의 경사를 주거나 혹은 음극부의 두께를 계단형상으로 두껍게 하여, 음극부의 선단부분의 두께가 음극부 기부의 두께보다 두껍게 된 것을 특징으로 하는 단판 콘덴서 소자.
- 제1항 또는 제12항에 기재한 단판 콘덴서 소자에 있어서, 유전체 산화 피막층상에 절연층이 형성되고, 이 절연층에 의해 음극부와 양극부가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 단판 콘덴서 소자.
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