KR100833392B1 - 고체 전해질 커패시터, 분포정수형 노이즈 필터, 및 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체 전해질 커패시터로서, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 제2 유전체층(3)이 애노드 부재(4)의 애노드부(4a)의 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에 형성된다. 캐소드층의 도전성 폴리머층(5)과 제2 유전체층(3) 사이에는 전기절연 수지층(2)이 형성된다.
Description
도 1은 제1 비교예로서 종래의 고체 전해질 커패시터를 나타내는 단면도이다.
도 2A는 도 1에 나타낸 커패시터의 내부 소자의 사시도이며, 도 2B는 도 2A의 2B-2B 선을 따라 자른 단면도, 도 2C는 도 2A의 2C-2C 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 제3 비교예로서 종래의 분포정수형 노이즈 필터를 나타내는 단면도이다.
도 4A는 도 3에 나타낸 필터의 내부 소자의 사시도이며, 도 4B는 도 4A의 4B-4B 선을 따라 자른 단면도, 도 4C는 도 4A의 4C-4C 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해질 커패시터의 내부 소자를 나타내는 사시도이며, 도 5B는 도 5A의 5B-5B 선을 따라 자른 단면도, 도 5C는 도 5A의 5C-5C 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 5A 내지 도 5C에 나타낸 내부 소자가 내장된 본 발명의 제1 실시예에 따르는 고체 전해질 커패시터의 단면도이다.
도 7A는 제2 비교예로서 고체 전해질 커패시터의 내부 소자를 나타내는 사시도이며, 도 7B는 도 7A의 7B-7B 선을 따라 자른 단면도, 도 7C는 도 7A의 7C-7C 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8A는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 분포정수형 노이즈 필터의 내부 소자를 나타내는 사시도이며, 도 8B는 도 8A의 8B-8B 선을 따라 자른 단면도, 도 8C는 도 8A의 8C-8C 선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 도 8A 내지 도 8C에 나타낸 내부 소자가 내장된 본 발명의 제2 실시예에 따르는 고체 전해질 커패시터의 단면도이다.
도 10A는 제4 비교예로서 분포정수형 노이즈 필터의 내부 소자를 나타내는 사시도이며, 도 10B는 도 10A의 10B-10B 선을 따라 자른 단면도, 도 10C는 도 10A의 10C-10C 선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명은 누설전류를 감소시킬 수 있는 고체 전해질 커패시터, 누설전류를 감소시킬 수 있는 분포정수형 노이즈 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이들 구성 부품에서의 누설 전류 저감에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 고체 전해질 커패시터는 내부 소자(inner element, 300), 내부 소자(300)를 몰딩하고 커버하여 형성된 수지 패키지(8), 및 상기 수지 패키지(8)로부터 부분적으로 노출되며 내부 소자(300)에 전기적으로 연결된 애노드 및 캐소드 단자(9, 10)를 가지도록 구성되어 있다.
고체 전해질 커패시터의 내부 소자(300)는 도 2A, 2B 및 2C에 상세하게 나타내고 있다. 상기 내부 소자(300)는 밸브 기능 금속(valve action metal)으로 만들어지며 서로 인접하는 애노드부(4a)와 애노드 리드부(4b)가 설치된 애노드 부재(4)를 가진다. 또한 내부 소자(300)는 밸브기능 금속의 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(1), 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며, 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면(도 2B) 및 애노드부(4a)의 단부측면(도 2C)에 형성된 제2 유전체층(3) 및, 제1 및 제2 유전체층(1, 3) 상에 형성된 캐소드층을 가진다.
캐소드층은 제1 유전체층(1)과 제2 유전체층(3) 상에 형성된 도전성 폴리머층(5), 도전성 폴리머층(conductive polymer layer)(5) 상에 형성된 그래파이트층(graphite layer)(6) 및 그래파이트층(6) 상에 형성된 은페이스트층(silver paste layer)층(7)으로 구성된다.
도 1을 다시 참조하면, 애노드 단자(9)는 애노드 부재(4)의 애노드 리드부(4b)의 하부 표면에 접속된다. 캐소드 단자(10)는 캐소드층의 은페이스트층(7)의 하부 표면에 접속되어 있다.
도 2a 내지 2c를 참조하여, 고체 전해질 커패시터의 내부 소자(300)의 제조 공정을 이하에 설명한다.
우선, 비교적 큰 사이즈의 밸브 기능 금속으로 만들어진 금속박(metal foil) 이 준비된다.
금속박의 하부 및 상부 표면은 에칭으로 영역이 확대되어 있다. 또한, 금속박의 소정 영역의 외부 표면상에는, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층이 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정(anodizing process)으로 형성된다. 유전체층을 가진 금속박은 그 위에 유전체층이 형성된 부분과, 유전체층이 없는 다른 부분을 각각 가지는 다수의 조각으로 절단된다. 이어지는 제조과정에서, 각각의 조각은 제1 유전체층(1)이 그 위에 부분적으로 형성된 애노드 부재(4)로서 사용될 수 있다. 애노드 부재(4)는 직사각형 형상을 가지며 제1 유전체층(1)을 가진 애노드부(4a)와 제1 유전체층(1)이 없는 애노드 리드부(4b)로 구성된다. 그러나, 애노드 부재(4)(조각)의 절단면에 대응하는 애노드부(4a)의 좌측, 우측 및 단부측 표면은 제1 유전체층(1)에 의해 덮이지 않고 노출된다.
다음으로, 제2 유전체층(3)은 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 애노드 부재(4)의 애노드부(4a)의 좌측, 우측 및 단부측 표면상에 형성된다.
그리고나서, 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)은 제1 유전체층(1)과 제2 유전체층(3) 상에 캐소드층으로서 순서대로 형성된다.
제2 유전체층(3)을 위한 양극산화처리 공정에 사용된 인가 전압은 제1 유전체층(1)의 전기적 절연에 있어서의 절연파괴(breaking-down)를 방지하기 위하여 제1 유전체층(1)보다 낮은 전압으로 설정된다. 따라서, 제2 유전체층(3)은 제1 유전체층(1)보다 얇게 만들어진다. 이것은 제2 유전체층(3)이 제1 유전체층(1) 보다 전기적 절연성이 떨어진다는 것을 의미한다. 실제 사용시, 고체 전해질 커패시터(소자(300))에 전압이 인가되면, 큰 누설 전류가 제2 유전체층(3)을 통과하는 경향이 있다.
도 4A, 4B 및 4C와 함께 도 3을 참조하여, 종래의 분포정수형 노이즈 필터가 내부 소자(500), 수지 패키지(8), 및 제1 및 제2 애노드 단자(9, 10)와 캐소드 단자(10)를 가지도록 구성된다.
분포정수형 노이즈 필터의 내부 소자(500)는, 밸브 기능 금속으로 만들어지며 제1 애노드 리드부(4b), 애노드부(4a) 및 제2 애노드 리드부(4c)가 순서대로 설치된 애노드 부재(4), 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(1), 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면에 형성된 제2 유전체층(3, 도 4B) 및 상기 제1 및 제2 유전체층(1, 3) 상에 형성된 캐소드층을 가진다.
상기 캐소드층은 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)으로 구성되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 애노드 단자(9, 11)는 애노드 부재(4)의 제1 및 제2 애노드 리드부(4b, 4c)의 상부 표면에 각각 접속된다. 캐소드 단자(10)는 캐소드층의 은페이스트층(7)의 하부 표면에 접속된다.
도 4A 내지 4C를 참조하여, 분포정수형 노이즈 필터의 내부 소자(500)의 제조공정에 대하여 이하에서 설명한다.
우선, 비교적 큰 사이즈의 밸브 기능 금속으로 만들어진 금속박이 준비된다.
상기 금속박의 하부 및 상부 표면은 에칭으로 면적이 확대되어 있다. 또한, 금속박의 소정영역의 외부 표면상에는, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전 체층이 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 형성된다. 유전체층과 함께 금속박은 유전체층이 그 위에 형성된 중간부와 유전체층이 없는 두 개의 단부를 각각 가지는 다수의 조각으로 절단된다. 이어지는 제조공정에서, 각각의 조각들은 제1 유전체층(1)이 그 위에 부분적으로 형성된 애노드 부재로서 이용될 수 있다. 애노드 부재(4)는 직사각형을 가지며 제1 유전체층(1)이 있는 애노드부(4a)와 제1 유전체층(1)이 없는 제1 및 제2 애노드 리드부(4b, 4c)로 구성된다. 그러나, 애노드 부재(4)(조각)의 절단면에 대응하는 애노드부(4a)의 좌측, 우측, 및 단부측 표면은 제1 유전체층(1)에 의해 덮이지 않고 노출된다.
다음으로, 제2 유전체층(3)은 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 애노드 부재(4)의 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면상에 형성된다.
그리고나서, 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6), 및 은페이스트층(7)이 상기 제1 유전체층(1)과 제2 유전체층(3) 상에 캐소드층으로서 순서대로 형성된다. 그리하여, 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 내부 소자(500)가 제조된다.
제2 유전체층(3)을 위한 양극산화처리 공정에 사용된 인가 전압은 제1 유전체층(1)을 위한 양극산화처리 공정보다 낮은 전압으로 설정되어, 제1 유전체층(1)이 전기적 절연에 있어서 절연파괴되는 것을 방지한다. 따라서, 종래의 고체 전해질 커패시터와 관련하여 상술한 바와 같은 제2 유전체층의 전기적 절연 성질에 있어서 유사한 문제점이 초래된다.
고체 전해질층으로서 도전성 폴리머층을 가지는 분포정수형 노이즈 필터의 다른 예가 일본 특허 공개 제2002-164760호 공보에 개시되어 있다.
또한, 제2 유전체층을 가지는 고체 전해질 커패시터가 일본 특허 공개 평9-260215호 공보와 평10-74669호 공보에 개시되어 있다. 제2 유전체층은 전압인가에 의한 양극산화처리 공정으로 제1 유전체층이 그 위에 형성된 애노드 부재의 절단면 상에 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 형성된다.
또, 고체 전해질 커패시터의 제조방법이 일본 특허 공개 평3-95910호 공보에 개시되어 있다. 상기 방법에서, 전기절연 수지(electrical insulating resin)로 만들어진 마스크층은 유전체층이 그위에 형성된 애노드 부재의 양극산화처리 공정의 미가공 부분(unprocessed part)에 형성되어 있다.
본 발명의 목적은 누설전류를 저감할 수 있는 고체 전해 커패시터 및 분포정수형 노이즈 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 밸브 기능 금속으로 만들어지며 애노드부와 애노드 리드부가 설치된 애노드 부재, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(dielectric layer), 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에 형성된 제2 유전체층, 및 상기 제1 및 제2 유전체층들 상에 형성된 캐소드층을 포함하는 고체 전해질 커패시터가 제공된다. 상기 고체 전해질 커패시터는 상기 제2 유전체층 및 상기 캐소드층 사이에 형성된 전기 절연 수지층을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 밸브 기능 금속으로 만들어지며 제1 애노드 리드부, 애노 드부 및 제2 애노드 리드부가 설치된 애노드 부재, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 제1측 및 제2측 표면상에 형성된 제2 유전체층 및 상기 제1 및 제2 유전체층 상에 형성된 캐소드층을 포함하는 분포정수형 노이즈 필터가 더 제공된다. 상기 분포정수형 노이즈 필터는 상기 제2 유전체층 및 상기 캐소드층 사이에 형성된 전기 절연 수지층을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 또한 고체 전해질 커패시터를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 밸브 기능 금속으로 만들어지고 그 하부 및 상부 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층을 가지는 금속박을 준비하는 단계, 상기 금속박으로부터 애노드부와 애노드 리드부가 설치된 애노드 부재를 절단하는 단계로서, 상기 애노드부가 그 하부 및 상부 표면상에 상기 유전체층이 설치된 제1 유전체층을 가지며, 상기 금속박의 절단면에 대응하는 그 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에서 노출되어 있는 단계, 상기 애노드부의 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 제2 유전체층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 유전체층들 상에 캐소드층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제2 유전체층 및 캐소드층 사이에 전기절연 수지층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 분포정수형 노이즈 필터를 제조하는 방법을 더 제공하며, 상기 방법은, 밸브 기능 금속으로 만들어지고 그 하부 및 상부 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층을 가지는 금속박을 준비하는 단계, 상기 금속박으로부터 제1 애노드 리드부, 애노드부 및 제2 애노드 리드부가 설치된 애노드 부재를 절단해내는 단계로서, 상기 애노드 리드부는 그 하부 및 상부 표면상에 상기 유전체층이 설치된 제1 유전체층을 가지며, 금속박의 절단면에 대응하는 그 제1측 및 제2측 표면상에 노출되어 있는 단계, 상기 애노드부의 제1측 및 제2측 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 제2 유전체층을 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 유전체층 상에 캐소드층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제2 유전체층 및 캐소드층 사이에 전기 절연 수지층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 각각의 고체 전해질 커패시터 및 분포정수형 노이즈 필터는 전기적 절연성이 뛰어난 전기절연 수지층이 애노드 부재의 애노드부의 절단면 상에 형성된 제2 유전체층 상에 적층되어 있기 때문에, 누설 전류를 저감할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통하여 보다 완벽하게 이해될 것이다.
제1 실시예
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 고체 전해질 커패시터는 내부 소자(100), 상기 내부 소자(100)를 몰딩하여 커버함으로써 형성된 수지 패키지(8), 애노드 단자(9) 및 캐소드 단자(10)를 가진다.
도 5A 내지 도 5C를 참조하면, 본 발명의 고체 전해질 커패시터의 내부 소자(100)는 밸브 기능 금속인 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4)를 가진다. 애노드 부재(4)에는 애노드부(4a)와 애노드 리드부(4b)가 설치되어 있다. 내부 소자(100)는 알루미늄 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면상에 형 성된 제1 유전체층(1), 알루미늄 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 제1측, 제2측, 및 제3측 표면으로서 좌측, 우측 및 단부측 표면상에 형성된 제2 유전체층(3) 및 상기 제1 유전체층(1) 및 제2 유전체층(3) 상에 형성된 캐소드층을 더 가진다.
애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면은 서로 대향하며 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면에 수직이다. 또한, 단부 측면은 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면에 수직이며, 좌측 및 우측 표면과 각도를 가지고, 바람직하게는 90도 각도를 가지고 위치된다.
애노드 부재(4)의 재료는 알루미늄으로 한정되지는 않으며 티타늄, 탄탈륨, 니오븀과 같은 밸브 기능 금속 또는 그 합금일 수 있다. 제1 유전체층(1) 및 제2 유전체층(3)은 밸브 기능 금속의 산화물일 수 있다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 제2 유전체층(3)의 두께는 6.5nm이다.
게다가, 내부 소자(100)는 에폭시 수지로 만들어지며 제2 유전체층(3)과 캐소드층 사이에 형성된 전기절연 수지층(2)을 가진다.
전기절연 수지층(2)은 에폭시 수지로 제한되는 것은 아니며, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지(fluorine resin) 및 폴리이미드 수지와 같은 전기절연 수지일 수 있다. 특히, 에폭시 수지는 접착성(adhesion)이 뛰어나므로 바람직하다.
전기절연 수지층(2)의 두께는 15㎛ 이다. 전기절연 수지층(2)의 두께는 2 내지 30㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 이것은 두께가 2㎛보다 작으면 층 결함(layer defect)이 발전될 수 있는 한편, 두께가 30㎛ 보다 큰 경우에는 소자의 부 피효율(volumetric efficiency)이 감소되기 때문이다.
캐소드층은, 폴리피롤(polypyrrole) 및 폴리아닐린(polyaniline)과 같은 도전성 폴리머로 만들어지며, 제1 유전체층(1) 및 전기절연 수지층(2) 상에 형성된 도전성 폴리머층(5), 도전성 폴리머층(5)상에 형성된 그래파이트층(6) 및 그래파이트층(6) 상에 형성된 은페이스트층(7)으로 구성된다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 고체 전해질 커패시터의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
우선, 알루미늄으로 만들어지며 비교적 큰 사이즈의 알루미늄박이 준비된다.
금속박의 하부 및 상부 표면은 에칭에 의해 영역이 확장된다. 또한, 금속박의 소정 영역의 외부 표면상에는, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층이 6V의 전압 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 형성된다. 유전체층을 가진 금속박은 그위에 유전체층이 형성된 일부분과 유전체층이 없는 다른 부분을 각각 가지는 많은 조각으로 절단된다. 이어지는 제조과정에서, 각각의 조각들은 제1 유전체층(1)이 그위에 부분적으로 형성된 애노드 부재(4)로서 이용된다. 애노드 부재(4)는 직사각형 형상을 가지며 제1 유전체층(1)을 가진 애노드부(4a)와 제1 유전체층(1)이 없는 애노드 리드부(4b)로 구성된다. 그러나, 제1 유전체층(1)은 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면상에만 형성된다. 한편, 애노드 부재(4)(조각)의 절단 표면에 대응하는 애노드부(4a)의 좌측, 우측, 및 단부측 표면은 제1 유전체층(1)에 의해 덮이지 않고 노출된다.
다음으로, 제2 유전체층(3)은 5V의 전압 인가에 의한 양극산화처리 공정으로 애노드 부재(4)의 애노드부(4a)의 좌측, 우측, 및 단부측 표면상에 형성된다.
계속하여, 전기절연 수지층(2)은 롤 코터(roll coater)를 이용하여 에폭시 수지의 도포 공정(coating process)에 의해 제2 유전체층(3)의 표면상에 형성된다.
그리고나서, 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)이 제1 유전체층(1) 및 전기절연 수지층(2) 상에 캐소드층으로서 순서대로 형성된다. 도전성 폴리머층(5)은 화학 중합 공정(chemical polymerization process)에 의해 형성된다.
따라서, 도 5A 내지 5C에 나타낸 내부 소자(100)가 제조된다.
도 6을 참조하면, 애노드 단자(9)는 애노드 부재(4)의 애노드 리드부(4b)의 하부 표면에 접속되며 캐소드 단자(10)는 캐소드층의 은페이스트층(7)의 하부 표면에 접속된다.
내부 소자(100)는 몰딩에 의해 수지 패키지(8)로 덮인다.
따라서, 도 6에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따르는 고체 전해질 커패시터가 제조된다.
한편, 전기절연 수지층(2)의 형성 공정은 롤 코터를 이용한 도포 공정으로 제한되는 것은 아니며, 역 코터(reverse coater)에 의한 도포 공정, 스크린 프린팅(screen printing)과 같은 프린트 공정 또는 침지 공정(soaking process)일 수 있다.
비교를 위해, 제1 및 제2 비교예의 고체 전해질 커패시터가 제작되어 실험되었다. 제1 및 제2 비교예의 고체 전해질 커패시터를 이하에 설명하기로 한다.
제1 비교예
도 1에 나타낸 종래의 고체 전해질 커패시터가 제1 비교예로서 사용된다. 상기 커패시터는 도 2A 내지 도 2C에 나타낸 내부 소자(300), 수지 패키지(8) 및 애노드 및 캐소드 단자(9, 10)를 가진다. 내부 소자(300)는 밸브 기능 금속으로서 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4), 알루미늄 산화물로 만들어진 제1 유전체층(1), 알루미늄 산화물로 만들어진 제2 유전체층(3) 및 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)으로 구성된 캐소드층을 가진다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 제2 유전체층(3)의 두께는 6.5nm이다.
제1 비교예의 고체 전해질 커패시터(소자(300))에서, 두께 6.5nm의 제2 유전체층(3)만이 애노드부(4a)의 좌측, 우측 및 단부측 표면 상에 형성된다. 제2 유전체층(3)은 5V의 인가 전압에 의한 양극산화처리 공정으로 형성된다.
제2 비교예
제2 비교예의 고체 전해질 커패시터는 도 7A 내지 도 7C에 나타낸 내부 소자(400), 수지 패키지 및, 애노드 단자와 캐소드 단자를 가진다. 도 7A 내지 7C를 참조하면, 내부 소자(400)는 밸브 기능 금속으로서 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4), 알루미늄 산화물로 만들어진 제1 유전체층(1), 에폭시 수지로 만들어진 전기 절연 수지층(2), 및 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)으로 구성된 캐소드층을 가진다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 전기절연 수지층(2)의 두께는 15㎛ 이다.
제2 비교예의 고체 전해질 커패시터(소자(400))에서는, 전기절연 수지층(2)만이 애노드부(4a)의 좌측, 우측 및 단부 측면에 형성된다.
이제, 제1 실시예와 제1 및 제2 비교예의 고체 전해질 커패시터에 대하여 누설 전류에 의한 실험을 행하였다.
실험편(test pieces)으로서, 제1 실시예와 제1 및 제2 비교예와 관련된 고체 전해질 커패시터 100편이 준비된다.
테스트조건은 이하와 같다. 2.5V의 전압이 각 실험편의 애노드 단자와 캐소드 단자 사이에 60초간 인가된다. 15㎂ 또는 그 이상의 누설 전류를 나타낼 때 실험편을 결함으로서 정의한다.
실험결과로서, 제1 실시예와 제1 및 제2 비교예 각각과 관련된 누설 전류의 분포(distribution in leak current), 평균 누설 전류(average leak current) 및 결함율(defective rate)을 이하의 표 1에 나타낸다. 또한 표 1에서는, 제2 실시예의 분포정수형 노이즈 필터와 함께 후술하는 제3 및 제4 비교예의 실험결과를 나타낸다.
| 누설전류 분포 | 평균 누설 전류 | 결함율 | |
| 제1 실시예 | 0.2 내지 21㎂ | 11㎂ | 1% |
| 제1 비교예 | 0.8 내지 224㎂ | 103㎂ | 8% |
| 제2 비교예 | 0.6 내지 156㎂ | 31㎂ | 4% |
| 제2 실시예 | 0.2 내지 18㎂ | 10㎂ | 1% |
| 제3 비교예 | 0.2 내지 259㎂ | 127㎂ | 11% |
| 제4 비교예 | 0.3 내지 175㎂ | 46㎂ | 5% |
표 1을 참조하면, 제1 비교예 및 제2 비교예 모두에 비하여 제1 실시예는 결함율이 개선된다는 것이 명백하다. 이러한 결과는 제1 실시예가 제2 유전체층 상에 절연 수지층을 가지는 한편, 제1 비교예는 전기 절연 수지층이 없으며, 제2 비교예는 제2 유전체층이 없다는 사실로부터 비롯된다. 한편, 제2 비교예는 제1 실시예에 비하여 개선 효과가 덜하지만 제1 비교예에 비해서는 결함율이 뛰어나다.
제2 실시예
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 분포정수형 노이즈 필터는 내부 소자(200), 내부 소자(200)를 몰딩하여 커버함으로써 형성된 수지 패키지(8), 제1 및 제2 애노드 단자(9, 11) 및 캐소드 단자(10)를 가진다.
도 8A 내지 도 8C를 참조하면, 분포정수형 노이즈 필터의 내부 소자(200)는 밸브 기능 금속으로서 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4)를 가진다. 애노드 부재(4)에는 제1 애노드 리드부(4b), 애노드부(4a) 및 제2 애노드 리드부(4c)가 순서대로 설치되어 있다. 내부 소자(200)는 알루미늄 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(1), 알루미늄 산화물로 만들어지며 애노드부(4a)의 제1측 및 제2측 표면으로서 좌측 및 우측 표면상에 형성된 제2 유전체층(3) 및, 제1 유전체층(1)과 제2 유전체층(3) 상에 형성된 캐소드층을 더 가진다.
애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면은 서로 대향되며, 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면에 수직이다.
애노드 부재(4)의 재료는 알루미늄으로 한정되지 않으며 티타늄, 탄탈륨 및 니오븀과 같은 밸브 기능 금속 또는 그 합금일 수 있다. 제1 유전체층(1)과 제2 유전체층(3)은 밸브 기능 금속의 산화물일 수 있다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 제2 유전체층(3)의 두께는 6.5nm이다.
게다가, 내부 소자(200)는, 에폭시 수지로 만들어지며 제2 유전체층(3)과 캐소드층 사이에 형성된 전기 절연 수지층(2)을 가진다.
전기 절연 수지층(2)은 에폭시 수지로 한정되지 않으며, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 및 폴리이미드 수지와 같은 전기 절연 수지일 수 있다. 특히, 에폭시 수지는 접착성(adhesion)이 뛰어나기 때문에 바람직하다.
전기 절연 수지층(2)의 두께는 15㎛ 이다. 전기 절연층(2)의 두께는 2 내지 30㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 이것은, 층 결함은 두께가 2㎛보다 작은 경우에 발전될 수 있는 한편, 소자의 부피효율은 두께가 30㎛ 보다 큰 경우에 감소하기 때문이다.
캐소드층은, 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머로 만들어지며 제1 유전체층(1)과 전기 절연 수지층(2) 상에 형성된 도전성 폴리머층(5)과, 도전성 폴리머층(5)상에 형성된 그래파이트층(6) 및 상기 그래파이트층(6) 상에 형성된 은페이스트층(7)으로 구성되어 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 분포정수형 노이즈 필터의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
우선, 비교적 큰 사이즈의 알루미늄으로 만들어진 알루미늄박(aluminum foil)이 준비된다.
상기 금속박의 하부 및 상부 표면은 에칭으로 면적이 확대되어 있다. 또한, 금속박의 소정 영역의 외부 표면상에는, 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층이 6V 전압의 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 형성된다. 유전체층을 가진 금속박은 각각 유전체층이 없는 일부분, 그위에 유전체층이 형성된 다른 부분, 및 유전체층이 없는 또다른 부분을 순서대로 가지는 많은 조각으로 절단된다. 이어지는 제조과정에서, 각각의 조각은 제1 유전체층(1)이 그 위에 부분적으로 형성된 애노드 부재(4)로서 이용된다. 애노드 부재(4)는 직사각형 형상을 가지며, 제1 유전체층(1)이 없는 제1 애노드 리드부(4b), 제1 유전체층(1)을 가진 애노드부(4a) 및 제1 유전체층(1)이 없는 제2 애노드 리드부(4c)의 순으로 구성된다. 그러나, 제1 유전체층(1)은 애노드부(4a)의 하부 및 상부 표면에만 형성된다. 한편, 애노드 부재(4)(조각)의 절단면에 대응하는 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면은 제1 유전체층(1)에 의해 덮이지 않으며 노출된다.
다음으로, 제2 유전체층(3)은 애노드 부재(4)의 애노드부(4a)의 좌측 및 우측상에 5V 전압의 인가에 의해 양극산화처리 공정으로 형성된다.
계속하여, 전기 절연 수지층(2)은 롤 코터(roll coater)를 이용하여 에폭시 수지의 도포 공정에 의해 제2 유전체층(3)의 표면상에 형성된다.
그리고나서, 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)이 제1 유전체층(1) 및 전기절연 수지층(2) 상에 캐소드층으로서 순서대로 형성된다. 도전성 폴리머층(5)은 화학 중합 공정(chemical polymerization process)에 의해 형성된다.
따라서, 도 8A 내지 도 8C에 나타낸 내부 소자(200)가 제조된다.
도 9를 참조하면, 제1 및 제2 애노드 단자(9, 11)는 애노드 부재(4)의 제1 및 제2 애노드 리드부(4b)의 하면에 각각 접속되는 한편, 캐소드 단자(10)는 캐소드층의 은페이스트층(7)의 하면에 접속된다.
내부 소자(200)는 몰딩으로 수지 패키지(8)에 의해 덮인다.
따라서, 도 9에 나타낸 본 발명의 제2 실시예에 따르는 분포정수형 노이즈 필터가 제조되었다.
한편, 전기절연 수지층(2)의 형성 공정은 롤 코터를 이용한 도포 공정으로 제한되는 것이 아니며, 역 코터(reverse coater)를 이용한 도포 공정, 스크린 프린팅과 같은 프린트 공정 또는 침지 공정(soaking process)일 수 있다.
비교를 위하여, 제3 및 제4 비교예의 분포정수형 노이즈 필터가 제작되어 실험되었다.
제3 비교예
도 3에 나타낸 종래의 분포정수형 노이즈 필터가 제3 비교예로서 이용된다. 노이즈 필터는 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 내부 소자(500), 수지 패키지(8)와, 제1 및 제2 애노드 단자(9, 11)와 캐소드 단자(10)를 가진다. 내부 소자(500)는 밸브 기능 금속으로서 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4), 알루미늄 산화물로 만들어진 제1 유전체층(1), 알루미늄 산화물로 만들어진 제2 유전체층(3) 및 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)으로 구성된 캐소드층을 가진다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 제2 유전체층(3)의 두께는 6.5nm이다.
제3 비교예의 분포정수형 노이즈 필터(소자(500))에서, 두께 6.5nm의 제2 유전체층(3)만이 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면상에 형성된다. 제2 유전체층(3)은 5V의 인가전압에 의한 양극산화처리 공정으로 형성된다.
제4 비교예
제4 비교예의 분포정수형 노이즈 필터는 도 10A 내지 도 10C에 나타낸 내부 소자(600), 수지 패키지와 제1 및 제2 애노드 단자 및 캐소드 단자를 가진다. 도 10A 내지 도 10C를 참조하면, 내부 소자(600)는 밸브 기능 금속으로서 알루미늄으로 만들어진 애노드 부재(4), 알루미늄 산화물로 만들어진 제1 유전체층(1), 에폭시 수지로 만들어진 전기절연 수지층(2) 및 도전성 폴리머층(5), 그래파이트층(6) 및 은페이스트층(7)으로 구성된 캐소드층을 가진다.
제1 유전체층(1)의 두께는 7.8nm인 한편, 전기절연 수지층(2)의 두께는 15㎛이다.
제4 비교예의 분포정수형 노이즈 필터(소자(600))에서, 전기절연 수지층(2)만이 애노드부(4a)의 좌측 및 우측 표면상에 형성된다.
이제, 제2 실시예와 제3 및 제4 비교예의 분포정수형 노이즈 필터에 대하여 누설 전류에 의한 실험을 하였다.
실험편으로서, 제2 실시예와 제3 및 제4 비교예와 관련된 100 편의 분포정수형 노이즈 필터가 준비되었다.
테스트조건은 이하와 같다. 2.5V 전압이 각각의 실험편의 캐소드 단자와 제1 및 제2 애노드 단자 사이에 60초 동안 인가된다. 15㎂ 이상의 큰 누설 전류가 나타나면 실험편을 결함으로서 정의한다.
실험결과로서, 제2 실시예와 제3 및 제4 비교예 각각과 관련된 누설 전류 분포, 평균 누설 전류 및 결함율을 상술한 표 1에 나타낸다.
표 1을 참조하면, 제3 비교예와 제4 비교예 모두와 비교하여 제2 실시예는 결함율이 개선된다는 것이 명백하다. 이 결과는, 제2 실시예가 제2 유전체층상에 절연 수지층을 가지고 있는 반면, 제3 비교예는 전기절연 수지층이 없으며 제4 비교예는 제2 유전체층이 없다는 사실로부터 비롯된다. 한편, 제4 비교예는 비록 제2 실시예에 비하여 개선효과가 떨어지지만, 제3 비교예에 비해서는 결함율이 우수하다.
지금까지 본 발명을 그 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 여러 가지 방식으로 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 누설전류를 저감할 수 있는 고체 전해 커패시터 및 분포정수형 노이즈 필터 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
Claims (20)
- 밸브 기능 금속으로 만들어지며 애노드부(4a)와 애노드 리드부(4b)가 설치된 애노드 부재(4);밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(1);밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에 형성된 제2 유전체층(3); 및상기 제1 및 제2 유전체층들 상에 형성된 캐소드층(5, 6, 7)을 포함하는 고체 전해질 커패시터로서,상기 제1측 및 제2측 표면은 서로 대향하며 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면에 수직이고, 상기 제3측 표면은 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면에 수직이며 상기 제1측 및 제2측 표면과 각을 가지고 위치되며,상기 고체 전해질 커패시터는 상기 제2 유전체층(3) 및 상기 캐소드층(5, 6, 7) 사이에 형성된 전기 절연 수지층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터.
- 제1항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 및 폴리이미드 수지 중 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커 패시터.
- 제1항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 2 내지 30㎛ 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터.
- 제1항에 있어서,상기 밸브 기능 금속은 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드층(5, 6, 7)은 상기 제1 유전체층(1)과 상기 전기절연 수지층(2)상에 형성된 도전성 폴리머층(5), 상기 도전성 폴리머층 상에 형성된 그래파이트층(6) 및 상기 그래파이트층 상에 형성된 은페이스트층(7)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터.
- 밸브 기능 금속으로 만들어지며 제1 애노드 리드부(4b), 애노드부(4a) 및 제2 애노드 리드부(4c)가 설치된 애노드 부재(4);밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면상에 형성된 제1 유전체층(1);밸브 기능 금속의 산화물로 만들어지며 상기 애노드부의 제1측 및 제2측 표면상에 형성된 제2 유전체층(3); 및상기 제1 및 제2 유전체층 상에 형성된 캐소드층(5, 6, 7)을 포함하는 분포정수형 노이즈 필터로서,상기 제1측 및 제2측 표면은 서로 대향하며, 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면에 수직이고,상기 분포정수형 노이즈 필터는 상기 제2 유전체층(3) 및 상기 캐소드층(5, 6, 7) 사이에 형성된 전기 절연 수지층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터.
- 제6항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 및 폴리이미드 수지 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터.
- 제6항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 2 내지 30㎛ 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터.
- 제6항에 있어서,상기 밸브 기능 금속은 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터.
- 제6항에 있어서,상기 캐소드층(5, 6, 7)은 상기 제1 유전체층(1)과 전기절연 수지층(2) 상에 형성된 도전성 폴리머층(5), 상기 도전성 폴리머층 상에 형성된 그래파이트층(6), 및 상기 그래파이트층 상에 형성된 은페이스트층(7)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터.
- 고체 전해질 커패시터를 제조하는 방법으로서,밸브 기능 금속으로 만들어지며, 그 하부 및 상부 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층을 가지는 금속박을 준비하는 단계;상기 금속박으로부터 애노드부(4a)와 애노드 리드부(4b)가 설치되어 있는 애노드 부재(4)로 절단해내는 단계로서, 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면이 상기 유전체층(dielectric layer)이 설치된 제1 유전체층(1)으로 덮이는 한편, 상기 금속박의 절단면에 대응하는 상기 애노드부의 제1측, 제2측 및 제3측 표면이 노출되는 단계;상기 애노드부의 제1측, 제2측 및 제3측 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 제2 유전체층(3)을 형성하는 단계; 및상기 제1 및 제2 유전체층들 상에 캐소드층(5, 6, 7)을 형성하는 단계를 포함하고,상기 제1측 및 제2측 표면은 서로 대향하며 상기 애노드부의 상기 하부 및 상부 표면에 수직이고, 상기 제3측 표면은 상기 애노드부의 상기 하부 및 상부 표면에 수직이며 상기 제1측 및 상기 제2측 표면과 각을 가지고 위치되어 있고,상기 제2 유전체층(3) 및 캐소드층(5, 6, 7) 사이에 전기 절연 수지층(2)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수비 및 폴리이미드 수지 중 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 절연 수지의 도포 공정, 절연 수지의 프린트 공정 및 절연 수지의 침지 공정 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1 유전체층(1) 및 상기 제2 유전체층(3)은 전압 인가에 의하여 양극 산화처리 공정으로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 캐소드층 형성 단계는, 상기 제1 유전체층(1)과 상기 전기절연 수지층(2)상에 도전성 폴리머층(5)을 형성하는 단계와, 상기 도전성 폴리머층 상에 그래파이트층(6)을 형성하는 단계와, 상기 그래파이트층 상에 은페이스트층(7)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 커패시터의 제조방법.
- 분포정수형 노이즈 필터를 제조하는 방법으로서,밸브 기능 금속으로 만들어지며, 그 하부 및 상부 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 유전체층을 가지는 금속박을 준비하는 단계;상기 금속박으로부터 제1 애노드 리드부(4b), 애노드부(4a) 및 제2 애노드 리드부(4c)가 설치되어 있는 애노드 부재(4)로 절단해내는 단계로서, 상기 애노드부의 하부 및 상부 표면이 상기 유전체층이 설치된 제1 유전체층(1)에 의해 덮이는 한편, 금속박의 절단면에 대응하는 상기 애노드부의 제1측 및 제2측 표면이 노출되는 단계;상기 애노드부의 제1측 및 제2측 표면상에 밸브 기능 금속의 산화물로 만들어진 제2 유전체층(3)을 형성하는 단계; 및상기 제1 및 제2 유전체층 상에 캐소드층(5, 6, 7)을 형성하는 단계를 포함하고,상기 제1측 및 상기 제2측 표면은 서로 대향하고 상기 애노드부의 상기 하부 및 상부 표면에 수직이며,상기 제조방법은, 상기 제2 유전체층(3) 및 캐소드층(5, 6, 7) 사이에 전기절연 수지층(2)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터의 제조방법.
- 제16항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지, 및 폴리이미드 수지 중 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터의 제조방법.
- 제16항에 있어서,상기 전기절연 수지층(2)은 절연 수지의 도포 공정, 절연 수지의 프린트 공정, 및 절연 수지의 침지 공정 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터의 제조방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 유전체층(1)과 상기 제2 유전체층(3)은 전압 인가에 의하여 양극산화처리 공정으로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터의 제조방법.
- 제16항에 있어서,상기 캐소드층 형성단계는, 상기 제1 유전체층(1)과 상기 전기절연 수지층(2) 상에 도전성 폴리머층(5)을 형성하는 단계와, 상기 도전성 폴리머층 상에 그래파이트층(6)을 형성하는 단계와, 상기 그래파이트층 상에 은페이스트층(7)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분포정수형 노이즈 필터의 제조방법.
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Patent Citations (3)
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| JPH06349689A (ja) * | 1993-06-14 | 1994-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体電解コンデンサ |
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