KR100654998B1 - 전도성 고분자를 이용한 캐패시터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 고분자를 이용한 탄탈전해 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 고분자 폴리피롤(polypyrrole)를 이용한 캐패시터를 제조하는 과정의 중합공정을 개선하여 LC 특성과 ESR 특성을 개선시키는 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 전도성 고분자를 이용하여 성형 단계, 소결 단계, 화성 단계, 소성 단계, 조립 단계, 에이징 단계 및 마킹 단계를 거쳐 탄탈전해 캐패시터를 제조하는 방법에 있어서, 상기 소성 단계는 상기 화성 단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침하는 단계(S410); 상기 산화제 내에 용해되어 있는 용매가 상기 탄탈소자 내의 산화제와 동시에 존재하는 상태로 만들기 위해 상온에서 30분 동안 단시간 건조시키는 단계(S420); 상기 결과물을 모노머 용액에 함침하는 단계(S430); 상기 모노머 용액을 건조하는 단계(S440); 및 상기 단계들을 반복 시행하는 단계(S450); 를 포함하여 구성되는 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 제시한다.
Description
도 1은 일반적인 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록도이고,
도 2는 도 1의 제조방법중 소성단계의 중합공정을 나타낸 블록도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 소성단계의 중합공정을 나타낸 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
S100 : 성형단계 S200 : 소결단계
S300 : 화성단계 S400 : 소성단계
S410 : 산화제 용액 함침단계 S420 : 산화제 건조단계
S430 : 모노머 용액 함침단계 S500 : 조립단계
S600 : 에이징단계 S700 : 마킹단계
본 발명은 전도성 고분자를 이용한 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 고분자 폴리피롤(polypyrrole)를 이용한 캐패시터를 제조하는 과정의 중합공정을 개선하여 LC특성과 ESR 특성을 개선한 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 작용을 하는 탄탈금속의 산화피막을 캐패시터의 유전체로 이용하는 전해 캐패시터(electrolytic capacitor)를 탄탈륨(tantalum) 전해 캐패시터라 한다. 이러한 탄탈전해 캐패시터는 양극산화에 의하여 형성된 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 반비례의 관계를 이루고 있다. 또한, 화성전압은 탄탈전해 캐패시터의 종류에 따라 다르지만, 탄탈고체 전해 캐패시터에서는 정격전압의 3∼4배, 탄탈 박형 전해 커패시터에서는 1.3∼1.4배를 기준으로 하고 있고, 유전체인 탄탈산화피막의 유전율은 εr은 23으로, 유전율이 7에 해당하는 알루미늄 산화피막에 비해 약 3배에 해당한다.
도 1에는 이상과 같은 탄탈전해 캐패시터의 일반적인 제조방법을 도시하고 있다. 이를 참조하여 설명하면, 도 1에 있어서, 먼저, 성형단계로서 탄탈분말에 접착제(blinder) 역할을 행하는 용제인 D-Camphor를 혼합한 후, 용제를 건조 제거시킨 다음, 평량하여 원통형 또는 각형 펠릿(Pellet)에 양극 리드선인 탄탈선을 삽입시켜 일정한 밀도로 성형을 행한다.(S100) 이어서, 소결단계로서 성형된 소자를 진 공소결로에 장진한 후, 10-5mmHg 정도의 진공중에서 1600∼2000℃정도로 가열한 후 상기 D-Camphor를 제거하여 탄탈금속을 양산한다.(S200) 다음의 화성단계에서는 상기 소결공정에 의하여 양산된 탄탈금속을 전해액속에 넣고, 직류전압을 인가하여, 탄탈금속의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 생성하게 되며, 이것이 2개의 전극과 그 사이에 삽설되는 캐패시터의 유전체가 된다.(S300) 이어지는 소성단계에서는 화성단계에서 생성된 산화피막의 표면에 음극전해질로서의 이산화망간층을 형성한다. 즉, 소자의 기공내부에 있는 산화피막의 표면에 이산화망간층을 부착시키기 위하여 질산망간의 수용액중에 소자를 침적하여 함침시킨 후, 가열분해하여 이산화망간층을 얻게된다.(S400) 그리고, 조립단계(S500)에서는 소성단계(S400)에서 이산화망간층을 형성한 후의 소자에 대해서 외장까지의 필요한 카본 도포, 은페이스트 도포 및 리드용접을 행함으로서 외장공정까지가 완료된다. 이어지는 에이징 단계(S600)에서는 외장을 완료한 캐패시터는 목표품질, 또는 요구하는 품종에 만족할 만한 조건으로 에이징(Aiging)을 하여 초기불량을 제거한 다음, 신뢰성에 대한 롯(lot) 판정을 하여 롯에 해당하는 제품은 페기처분한다. 마지막으로 마킹단계(S700)에서는 캐패시터에 절연슬리브를 피복시키거나 필요한 표시(정격전압, 정전용량, 극성표시)를 행함으로서 탄탈 캐패시터의 제조공정을 완료하게 된다.
이상과 같은 종래의 탄탈전해 캐패시터의 제조방법에 잇어서, 화성단계(S300)에서 생성된 탄탈소자의 산화피막의 표면에 음극용 전해질로서의 이산화망간층은 전도도가 작고 표면의 접촉저항도 크므로, 최근에는 이산화망간 전해질보다 전도도가 크고, 전기화학적으로 안정된 피롤(pyrrole)등의 모노머(monomer)를 전해중합(eletrolyic polymerization)하여 얻은 고분자를 고체전해질로 사용하면 등가직류저항(ESR)값이나 고주파 특성이 개선되므로, 탄탈소자의 산화피막의 표면에 유전체층을 형성시킨 후, 소성단계(S400)에서 탄탈소자의 유전층의 표면에 전도성 고분자인 폴리피롤(polypyrrol)층을 형성시키게 되면, 폴리피롤층의 특성에 의해 초저저항화가 구현되는 것이 알려져 있다.
이러한 전해중합법은 중합에 필요한 전극을 제조하는 것이 매우 어려우므로, 이를 극복하고자, 도 2에 도시된 바와 같이, 소성단계(S400)에 있어서, 화성단계(S300)에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침하고(S41), 산화제를 건조한 후(S42), 모노머 용액에 함침하고(S43), 모노머를 건조하는 단계(S44)와, 상기 단계들은 반복시행하여(S45) 고분자층으로서의 폴리피롤층을 형성하는 산화중합법을 실행하였다.
하지만, 이러한 산화중합법의 산화제를 건조하는 단계(S42)는, 산화제에 용해되어 있던 용매가 완전히 고체화할 때까지 상온에서 대략 2시간에 걸쳐 건조해야 하므로, 중합시간이 크게 늘어나게 되고, 이로 인하여 제품의 양산시 재료비 및 공정시간이 늘어나게 됨으로서 양산을 제약하게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 산화제 용액에의 함침후, 산화제에 용해되어 있던 용매의 건조시간을 최대한 단축시키면서도 탄탈소자 내부 깊숙이까지 고분자층을 형성할 수 있는 전도성 고분자를 이용한 탄탈 전해 캐패시터의 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 의하면, 전도성 고분자를 이용하여 성형 단계, 소결 단계, 화성 단계, 소성 단계, 조립 단계, 에이징 단계 및 마킹 단계를 거쳐 탄탈전해 캐패시터를 제조하는 방법에 있어서, 상기 소성 단계는 상기 화성 단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침하는 단계(S410); 상기 산화제 내에 용해되어 있는 용매가 상기 탄탈소자 내의 산화제와 동시에 존재하는 상태로 만들기 위해 상온에서 30분 동안 단시간 건조시키는 단계(S420); 상기 결과물을 모노머 용액에 함침하는 단계(S430); 상기 모노머 용액을 건조하는 단계(S440); 및 상기 단계들을 반복 시행하는 단계(S450); 를 포함하여 구성되는 탄탈전해 캐패시터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 소성단계에 있어서, 화성단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침한 후, 산화제에 용해되어 있는 용매를 완전히 건조시키지 않고, 탄탈소자내에 산화제와 용매가 동시에 존재하는 상태이므로, 이 용매로 인하여 산화제와 모노머가 결합하여 고분자를 형성하는데 있어서 매우 원활한 상태를 유지해주기 때문에 탄탈소자 내부 깊숙이 까지 고분자층이 형성되므로, LC 특성 및 등가직렬저항(ESR) 특성이 개선되는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 일반적인 전도성 고분자를 이용한 탄탈전해 캐패시터의 제조방법의 과정중에서 소성단계이외에는 모두 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하였다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전도성 고분자를 이용한 탄탈 전해 캐패시터의 제조방법의 소성단계를 도시하였다.
본 발명에 따른 소성단계는, 도시된 바와 같이, 화성단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침하는 단계(S410)와, 산화제내에 함유된 용매를 완전히 건조시키지 않도록, 바람직하게는 상온에서 30분동안 건조하는 단계(S420)와, 피폴(pyrrole), 티오펜(thiophene), 푸란(furan), 아닐린(aniline), 아세틸렌(acethylene)등의 모노머 용액에 함침하는 단계(S430)와, 상기 단계들을 반복시행하여 이루어진다.
산화제 용액으로서, 용매의 5∼40%를 아세톤, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올등 물보다 휘발성이 크고 표면장력이 작은 용매를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.
이상에서과 같이, 본 발명의 소성단계에서의 중합방법은 화성단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침한 후, 산화제에 용해되어 있는 용매를 완전히 건조시키지 않고, 상온에서 30분동안 건조시켜 탄탈소자내에 산화제와 용매가 동시에 존재하는 상태를 만듦으로써 상기 용매로 인하여 산화제와 모노머가 결합하여 고분자를 형성하는데 매우 원활한 상태를 유지해주기 때문에 탄탈소자 내부 깊숙이 까지 고분자층을 형성할 수 있다.
즉, 단시간 건조상태의 산화제에 피폴(pyrrole), 티오펜(thiophene), 푸란(furan), 아닐린(aniline), 아세틸렌(acethylene) 등의 모노머 용액을 전해중합(eletrolyic polymerization) 하여 얻어진 고분자를 고체 전해질로 사용하면, 탄탈소자의 내부 깊숙이 까지 고분자층이 형성됨은 물론 중합속도가 빨라짐으로써 탄탈소자의 외부에도 고분자층이 원활하게 형성됨에 따라 고주파(LC) 특성 및 등가직렬저항(ESR) 특성이 향상된다.
즉, 단시간 건조상태의 산화제에 피폴(pyrrole), 티오펜(thiophene), 푸란(furan), 아닐린(aniline), 아세틸렌(acethylene) 등의 모노머 용액을 전해중합(eletrolyic polymerization) 하여 얻어진 고분자를 고체 전해질로 사용하면, 탄탈소자의 내부 깊숙이 까지 고분자층이 형성됨은 물론 중합속도가 빨라짐으로써 탄탈소자의 외부에도 고분자층이 원활하게 형성됨에 따라 고주파(LC) 특성 및 등가직렬저항(ESR) 특성이 향상된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 전도성 고분자를 이용하는 탄탈전해 캐패시터의 제조방법은 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누 구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전도성 고분자를 이용하는 탄탈전해 캐패시터의 제조방법은 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침한 후, 종래 보다 건조시간을 단축시킴으로서 산화제에 용해되어 있는 용매를 완전히 건조시키지 않고, 탄탈소자내에 산화제와 용매가 동시에 존재하는 상태로 함으로서, 이 용매로 인하여 산화제와 모노머가 결합하여 고분자를 형성하는데 있어서 매우 원활한 상태를 유지해주기 때문에 탄탈소자 내부 깊숙이 까지 고분자층이 형성됨은 물론, 고분자의 중합속도가 빨라짐으로서 탄탈소자의 외부에도 고분자층이 원활하게 형성됨에 따라 LC 특성 및 등가직렬저항(ESR) 특성이 개선되는 효과를 가진다.
Claims (2)
- 전도성 고분자를 이용하여 성형 단계, 소결 단계, 화성 단계, 소성 단계, 조립 단계, 에이징 단계 및 마킹 단계를 거쳐 탄탈전해 캐패시터를 제조하는 방법에 있어서,상기 소성 단계는상기 화성 단계에서 생성된 탄탈소자의 산화피막을 산화제 용액에 함침하는 단계(S410);상기 산화제 내에 용해되어 있는 용매가 상기 탄탈소자 내의 산화제와 동시에 존재하는 상태로 만들기 위해 상온에서 30분 동안 단시간 건조시키는 단계(S420);상기 결과물을 모노머 용액에 함침하는 단계(S430);상기 모노머 용액을 건조하는 단계(S440); 및상기 단계들을 반복 시행하는 단계(S450); 를 포함하여 구성되는 탄탈전해 캐패시터의 제조방법.
- 삭제
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