KR101051614B1 - 고체 전해 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

고체 전해 콘덴서는 콘덴서 소자와 콘덴서 소자가 탑재된 기판을 구비하고 있다. 콘덴서 소자는 밸브 금속으로 이루어지는 기체와 그 기체에 형성된 양극 및 음극을 갖는다. 기체의 제 1 주면상에는 양극 및 음극에 각각 접속된 양극 리드 배선 및 음극 리드 배선이 형성되고, 제 2 주면상에는 양극 랜드 및 음극 랜드가 형성된다. 기판을 관통하는 도전부는 양극 리드 배선을 양극 랜드에 전기적으로 접속하거나, 또는 음극 리드 배선을 음극 랜드에 전기적으로 접속한다.
Figure R1020057015755
고체 전해 콘덴서, 콘덴서 소자, 기판, 양극 리드 배선, 음극 리드 배선, 양극 랜드, 음극 랜드, 도전부

Description

고체 전해 콘덴서{Solid electrolytic capacitor}
본 발명은 고체 전해 콘덴서에 관한 것이다.
고체 전해 콘덴서는 절연성의 산화 피막을 형성하는 능력을 갖는 알루미늄, 티타늄, 진유(眞鍮), 니켈, 탄탈 등의 금속, 즉, 소위 밸브 금속을 양극(陽極)에 사용한다. 이 밸브 금속의 표면에는 그 표면을 양극 산화함으로써 절연성 산화 피막이 형성된다. 그 후, 이 산화 피막상에는 실질적으로 음극으로서 기능하는 고체 전해질층이 형성된다. 고체 전해질층은 유기 화합물 등의 재료로 구성된다. 또한, 고체 전해질층의 위에는 그라파이트나 은 등의 재료로 이루어지는 도전층이 음극으로서 형성된다. 고체 전해 콘덴서는 이러한 공정을 거쳐서 제조된다.
고체 전해 콘덴서의 저임피던스화를 도모하기 위해서는 ESL(등가 직렬 인덕턴스)이나 ESR(등가 직렬 저항)을 낮게 할 필요가 있다. 특히, 고주파 동작을 달성하기 위해서는 ESL을 충분히 낮게 유지하는 것이 필요하게 되어 있다. 일반적으로, 저ESL화를 도모하는 방법으로서는 첫째로, 전류 경로의 길이를 극력 짧게 하는 방법, 둘째로, 전류 경로에 의해서 형성되는 자장을 별도의 전류 경로에 의해서 형 성되는 자장에 의해 상쇄하는 방법, 셋째로, 전류 경로를 n개로 분할하여 실효적인 ESL을 1/n으로 하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 2000-311832호에 개시되는 발명은 제 1 및 제 3 방법을 채용한다. 또한, 일본 공개특허공보 제(평)06-267802호에 개시되는 발명은 제 2 및 제 3 방법을 채용한다. 또한, 일본 공개특허공보 제(평)06-267801호 및 일본 공개특허공보 제(평)11-288846호에 개시되는 발명은 제 3 방법을 채용한다.
전자기기에 사용되는 전원회로의 고주파화에 따라, 이 회로에 적용되는 고체 전해 콘덴서의 ESL(등가 직렬 인덕턴스)의 저감, 즉 임피던스의 저감이 더 한층 요구되고 있다. 그렇지만, 상술한 어떤 고체 전해 콘덴서에 있어서나, 통상은 콘덴서와 그것이 탑재되는 회로기판이, 콘덴서로부터 도출된 긴 리드부재에 의해서 접속되어 있다. 이 때문에, 이 리드부재에 있어서 불가피하게 임피던스가 증대하여 버린다. 즉, 콘덴서로부터 회로기판을 향하여 연장되는 리드부재는 콘덴서와 회로기판을 접속하기 위해서 적어도 1개소에서 굴곡시킬 필요가 있다. 이 때문에, 통전거리가 길어져 버린다.
그래서, 본 발명은 고체 전해 콘덴서의 임피던스를 저감하는 것을 목적으로 한다.
하나의 측면에 있어서, 본 발명은 고체 전해 콘덴서에 관한 것이다. 이 고체 전해 콘덴서는 콘덴서 소자와 그 콘덴서 소자가 탑재된 제 1 주면(主面) 및 제 1 주면에 대향하는 제 2 주면을 갖는 기판을 구비하고 있다. 콘덴서 소자는 양극부 및 음극부를 갖고 있다. 양극부 및 음극부는 밸브 금속으로 이루어지는 기체(基體)에 형성되고 있어도 좋다. 양극부는 밸브 금속으로 구성되어 있어도 좋다. 음극부는 기체상에 적층된 고체 고분자 전해질층 및 도전체층을 포함하고 있어도 좋다. 제 1 주면상에는 양극부 및 음극부의 각각에 전기적으로 접속된 양극 리드 배선 및 음극 리드 배선이 형성되어 있다. 제 2 주면상에 있어서 양극 리드 배선 및 음극 리드 배선의 각각에 대응하는 위치에는 각각 양극 랜드 및 음극 랜드가 형성되어 있다. 기판은 기판을 관통하는 제 1 및 제 2 도전부의 적어도 한쪽을 갖고 있다. 제 1 도전부는 양극 리드 배선을 양극 랜드에 전기적으로 접속한다. 제 2 도전부는 음극 리드 배선을 음극 랜드에 전기적으로 접속한다.
제 1 도전부는 기판을 관통하는 구멍과 이 구멍 중에 배치되어, 양극 리드 배선 및 양극 랜드 사이로 연장되는 도전체를 갖고 있어도 좋다. 제 2 도전부는 기판을 관통하는 구멍과 이 구멍 중에 배치되어, 음극 리드 배선 및 음극 랜드 사이로 연장되는 도전체를 갖고 있어도 좋다.
복수의 상기 콘덴서 소자가 서로 인접하여 배치되어 있어도 좋다. 이들의 콘덴서 소자는 서로 전기적으로 접속된 양극부 및 서로 전기적으로 접속된 음극부를 갖고 있어도 좋다.
복수의 상기 콘덴서 소자의 양극부끼리는 밸브 금속체를 통해서 전기적으로 접속되어 있어도 좋다. 이 밸브 금속체는 복수의 콘덴서 소자의 양극부끼리의 사이에 있는 부분과 양극 리드 배선에 접속된 부분을 갖고 있어도 좋다.
복수의 콘덴서 소자의 음극부끼리는 도전성 접착제를 사용하여 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터, 더욱 충분히 이해되게 된다. 첨부 도면은 단순한 예시에 불과하다. 따라서, 첨부 도면이 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.
본 발명의 적용범위는 이하의 상세한 설명으로부터 한층 더 분명해진다. 그러나, 이 상세한 설명 및 특정한 예는 본 발명의 적합한 형태를 개시하고는 있지만, 단순한 예시에 불과하다. 본 발명의 취지와 범위 내에서의 여러 가지의 변형 및 변경이, 이 상세한 설명으로부터 당업자에게는 분명해지기 때문이다.
도 1은 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 1 실시형태를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 고체 전해 콘덴서의 주요부를 도시하는 모식 단면도.
도 3은 양극 산화 처리를 도시하는 모식도.
도 4는 도 1에 도시하는 기판의 평면도.
도 5는 도 4의 V-V선 단면도.
도 6은 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 2 실시형태를 도시하는 사시도.
도 7은 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 3 실시형태를 도시하는 사시도.
도 8은 도 7에 도시하는 기판의 평면도.
도 9는 양극 산화 처리를 도시하는 모식도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
제 1 실시형태
도 1은 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 1 실시형태를 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 고체 전해 콘덴서(10)는 콘덴서 소자(12)와 콘덴서 소자(12)가 탑재되는 방형 박편형의 기판(14)과 콘덴서 소자(12) 및 기판(14)을 몰드하는 수지 몰드(16)를 갖고 있다.
콘덴서 소자(12)는 박형의 알루미늄 기체(밸브 금속 기체) 위의 일부의 영역(후술함)에, 고체 고분자 전해질층 및 도전체층이 순차로 적층된 구조를 갖는다. 알루미늄 기체의 표면은 조면화(粗面化; 확면화)되는 동시에 화성 처리가 실시되어 있다. 도 2를 참조하면서, 콘덴서 소자(12)의 구조를 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1에 도시한 고체 전해 콘덴서(10)의 주요부를 도시하는 모식 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 에칭에 의해서 조면화된 알루미늄 기체(18; 두께 100pm)의 표면(18a)에는 화성 처리, 즉 양극 산화에 의해서, 절연성의 산화알루미늄 피막(20)이 형성되어 있다. 조면화된 알루미늄 기체(18)의 주요부에는 도전성의 고분자 화합물을 포함하는 고체 고분자 전해질층(21)이 함침되어 있다. 또, 고체 고분자 전해질층(21)은 단량체의 상태로 알루미늄 기체(18)의 주요부에 함침되고, 그 후, 화학산화중합 또는 전해산화 중합된다.
이 고체 고분자 전해질층(21)상에는 그라파이트 페이스트(paste)층(22) 및 은 페이스트층(23; 도전체층)이 스크린인쇄, 침지법(딥 성형) 및 스프레이 도포 중 어느 하나에 의해서 순차로 형성되어 있다. 이들의 고체 고분자 전해질층(21), 그라파이트 페이스트층(22) 및 은 페이스트층(23)에 의해서 콘덴서 소자(12)의 음극부(28)가 구성되어 있다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 콘덴서 소자(12)는 직사각형 박편형의 축전부(12a)와 축전부(12a)의 긴 쪽의 2측면(13c)으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 복수의 박편형의 양극부(12b)를 갖고 있다. 이들의 양극부(12b)는 짝수개의 쌍(도 1에서는 2쌍)을 이루고 있다. 이하, 설명의 편의상, 축전부(12a)의 장변방향을 X방향, 축전부(12a)의 단변방향을 Y방향, X방향 및 Y방향에 직교하는 방향을 Z방향으로 한다.
축전부(12a)는 알루미늄 기체(18)를 주체로 하여 구성되어 있다. 축전부(12a)의 양 주면(主面; 13a) 및 X방향의 끝면(13b; 짧은 쪽의 2측면)에는 거의 전역에 걸쳐 음극부(28)가 형성되어 있다. 이 음극부(28)는 상술한 고체 고분자 전해질층(21), 그라파이트 페이스트층(22) 및 은 페이스트층(23)으로 구성되어 있다. 양극부(12b)는 알루미늄 기체(18)의 돌출부이다. 양극부(12b)는 축전부(12a)의 긴 쪽의 측면(13c)의 각각에 1쌍씩 형성되어 있고, 어느쪽의 양극부(12b)나 Y방향으로 연장되어 있다. 콘덴서 소자(12)를 Z방향을 따라 내려다 보면, 이들 4개의 양극부(12b)는 축전부(12a)의 중심을 중심으로 하여 점대칭으로 배치되어 있다. 여기에서, 「중심」은 축전부(12a)의 주면(13a)상에 있어서 주면(13a)의 대각선이 교차하는 일점을 가리킨다. 양극부(12b)를 이와 같이 배치하면, 콘덴서 소자(12)를 기판(14)에 탑재할 때에, 중심을 통해 Z방향으로 연장되는 축의 주위에 콘덴서 소자(12)를 180도 회전시켜도, 콘덴서 소자(12)의 극성 배치는 변화하지 않는다. 이 결과 콘덴서 소자(12)를 기판(14)에 탑재할 때에 잘못된 극성으로 콘덴서 소자(12)를 기판(14)상의 전극에 접속하는 것을 방지할 수 있다.
또, 상술한 형상의 콘덴서 소자(12)는 조면화되는 동시에 화성 처리가 실시된 표면을 갖는 알루미늄 호일을 천공 가공함으로써 제조된다. 천공 가공된 알루미늄 호일은 화성액에 침지되고, 그것에 의하여 알루미늄 호일의 주면뿐만 아니라 측면에도 절연성의 산화알루미늄 피막이 형성된다. 이렇게 하여 알루미늄 기체(18)가 얻어진다. 화성액은 예를 들면, 농도 3%의 아디핀산암모늄 수용액 등이 바람직하다.
여기에서, 콘덴서 소자(12)에 실시하는 처리에 관해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 음극부(28)가 형성되기 전의 콘덴서 소자(12)에 실시되는 양극 산화 처리를 도시하고 있다. 우선, 콘덴서 소자(12)의 한편의 측면(13c) 상에 형성된 양극부(12b)를 열 경화형 레지스트(24)에 의해서 마스크한다. 그리고, 스테 인리스 비커(25) 중에 수용된, 아디핀산암모늄 수용액으로 이루어지는 화성용액(26) 중에, 반대측의 측면(13c) 상에 형성된 양극부(12b)를 지지하면서 콘덴서 소자(12)를 침지한다. 계속해서, 지지된 양극부(12b)를 플러스극, 스테인리스 비커(25)를 마이너스극으로서 사용하여 전압을 인가한다. 이 때의 전압은 원하는 산화알루미늄 피막의 막 두께에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 10nm 내지 1pm의 막 두께를 갖는 산화알루미늄 피막(20)을 형성하는 경우에는 통상, 수볼트 내지 20볼트 정도의 전압이 인가된다. 전압 인가에 의해 양극 산화가 개시되면, 모세관 현상 때문에, 조면화된 콘덴서 소자(12)의 표면 위를 화성용액(26)이 상승한다. 이 결과 조면화된 콘덴서 소자(12)의 측면을 포함하는 전체 표면에 산화알루미늄 피막(20)이 형성된다. 이 후, 콘덴서 소자(12)에는 공지의 방법으로 음극부(28)가 형성된다.
도 4는 도 1에 도시하는 기판(14)의 평면도이며, 도 5는 도 4의 V-V선 단면도이다. 기판(14)은 FR4재(에폭시수지재)로 된 프린트기판이다. 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 기판(14)의 상측면(14a)에는 구리제의 리드 배선(30)이 인쇄되고, 하측면(14b)에는 구리제의 랜드 전극(32)이 인쇄되어 있다. 기판(14)에는 구리제의 리드 배선(30)과 랜드 전극(32)을 전기적으로 접속하는 비어 홀(via hall)(34; 도전부)도 형성되어 있다. 이들의 비어 홀(34)은 기판(14)의 두께 방향(도면의 Z방향)에 관통하는 구멍(36)의 내면에 구리 도금(38; 도전체)이 실시된 구조를 갖고 있다. 비어 홀(34)은 기판(14)의 대향하는 말단부(14c 및 14d)의 각각에 있어서 X방향을 따라 4개씩 등간격으로 형성되어 있다. 또, 한쪽의 말단부의 각 비어 홀(34)은 다른 쪽의 말단부의 대응하는 비어 홀(34)과 쌍을 이루고 있다. 각 쌍의 비어 홀(34)은 Y방향으로 나열되어 있다. 비어 홀(34)은 드릴가공에 의해 기판(14)에 관통 구멍(36)을 형성한 후, 관통구멍(36)의 표면에 무전해 구리 도금(38)을 형성함으로써 얻어진다.
기판 하측면(14b)에 있어서 노출되는 비어 홀(34)의 말단부의 주변에는 방형상의 랜드 전극(32)이 8개 형성되어 있다. 각 랜드 전극(32)은 각각 대응하는 비어 홀(34)과 전기적으로 접속되어 있다. 랜드 전극(32)은 양극 랜드 전극(32A)과 음극 랜드 전극(32B)을 포함하고 있다. 상술한 1쌍의 비어 홀(34)에 접속된 2개의 랜드 전극(32) 중, 한쪽이 양극 랜드 전극(32A)이며, 다른쪽이 음극 랜드 전극(32B) 이다. 각 말단부(14c 및 14d)에 형성된 4개의 랜드 전극(32)은 양극 랜드 전극(32A)과 음극 랜드 전극(32B)이 교대하도록 배치되어 있다.
기판 상측면(14a)에 있어서 노출되는 비어 홀(34)의 말단부의 주변에는 리드 배선(30)이 형성되어 있다. 이들의 리드 배선(30)은 양극 리드 배선(30A) 및 음극 리드 배선(30B)을 포함하고 있다. 이들의 리드 배선(30A 및 30B)은 대응하는 비어 홀(34)과 전기적으로 접속되어 있다. 음극 리드 배선(30B)은 음극 랜드 전극(32B)과 전기적으로 접속된 4개의 비어 홀(34)의 말단부 주변 및 기판 상측면(14a)의 중앙부를 포함하도록 일체적으로 형성되어 있다. 양극 리드 배선(30A)은 양극 랜드 전극(32A)과 전기적으로 접속된 4개의 비어 홀(34)의 주변 각각에 형성되어 있고, 랜드 전극(32)과 마찬가지로 방형상으로 되어 있다. 또, 하나의 음극 리드 배선(30B)과 4개의 양극 리드 배선(30A)은 전기적으로 격리되어 있다.
다음에, 기판(14)상에 콘덴서 소자(12)를 탑재하여 고체 전해 콘덴서(10)를 제작하는 방법에 관해서, 도 1 및 도 4를 참조하면서 설명한다.
기판(14)상에 콘덴서 소자(12)를 탑재할 때, 콘덴서 소자(12)의 양극부(12b)는 각각, 기판(14)상의 대응하는 위치에 배치된 양극 리드 배선(30A)과 전기적으로 접속된다. 이 전기적 접속은 저항 용접이나 YAG 레이저 스폿 용접 등의 금속 용접법을 사용하여 행하여진다. 이 결과 양극부(12b)의 알루미늄 기체(18; 도 2 참조)와 양극 리드 배선(30A)이 전기적으로 접속된다. 그것에 따라서, 알루미늄 기체(18)와 기판 하측면(14b)에 형성된 4개의 양극 랜드 전극(32A)이 4개의 비어 홀(34)을 통해서 전기적으로 접속된다. 또한 기판(14)상에 콘덴서 소자(12)를 탑재할 때, 음극부(28)의 최상층인 은 페이스트층(23; 도 2 참조)은 도전성 접착제(48)에 의해서 음극 리드 배선(30B)과 전기적으로 접속된다. 따라서, 음극부(28; 즉, 고체 고분자 전해질층(21), 그라파이트 페이스트층(22) 및 은 페이스트층(23))와 기판 하측면(14b)에 형성된 4개의 음극 랜드 전극(32B)이 4개의 비어 홀(34)을 통해서 전기적으로 접속된다. 그리고, 기판(14)상에 콘덴서 소자(12)가 상술한 방법에 의해 탑재된 후에, 인젝션 또는 트랜스퍼 몰드에 의해서 수지 몰드(16)가 형성된다. 또, 수지 몰드(16)는 기판(14) 및 콘덴서 소자(12)의 양쪽을 덮는 에폭시수지이다.
이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 고체 전해 콘덴서(10)에 있어서는 기판(14)의 두께 방향(도면의 Z방향)으로 직선형으로 연장되는 비어 홀(34)에 의해서, 리드 배선(30)과 랜드 전극(32)이 접속되어 있다. 이 고체 전해 콘덴서(10)를 탑 재하는 회로기판(도시하지 않음)상의 단자가 고체 전해 콘덴서(10)의 각각의 랜드 전극(32A, 32B)과 전기적으로 접속되면, 이 비어 홀(34)을 통해서 회로기판으로부터 콘덴서 소자(12)로 전력이 공급된다. 그 때문에, 굴곡부를 갖는 리드부재를 통해서 콘덴서 소자로 전력이 공급되는 고체 전해 콘덴서에 비교하여, 회로기판상의 단자와 콘덴서 소자(12)의 전극(양극부(12b) 및 음극부(28))과의 통전거리가 단축되고, 그것에 따라서 등가 직렬 인덕턴스가 저감된다. 그리고, 이 등가 직렬 인덕턴스의 저하에 따라, 임피던스가 낮아진다. 등가 직렬 인덕턴스 및 임피던스가 저하되는 것으로, 고체 전해 콘덴서(10)의 고주파 동작에 대한 대응이 용이해지고, 또한, 전류용량의 증가 및 발열량의 억제가 달성된다. 따라서, 고체 전해 콘덴서(10)는 전원의 1차측이나 2차측에 배치되는 비교적 큰 전류가 흐르는 회로에 대한 적용이 가능하다.
제 2 실시형태
다음에, 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 2 실시형태를 설명한다.
도 6은 제 2 실시형태의 고체 전해 콘덴서(10A)를 도시하는 사시도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 고체 전해 콘덴서(10A)는 상술한 콘덴서 소자(12)를 3개 구비하고 있는 점에서만, 상술한 고체 전해 콘덴서(10)와 다르다. 이 고체 전해 콘덴서(10A)에 있어서, 3개의 콘덴서 소자(40A, 40B 및 40C)는 서로 겹쳐 있다. 그리고, 3개의 콘덴서 소자(40A, 40B 및 40C) 중, 하단에 위치하는 콘덴서 소자(40A)는 상술한 콘덴서 소자(12)와 같은 방법으로 기판(14)상에 탑재되어 있다.
하단의 콘덴서 소자(40A)와 이 콘덴서 소자(40A) 상에 겹쳐 중단(中段)의 콘덴서 소자(40B)는 음극부(28)끼리가 도전성 접착제(48)에 의해서 전기적으로 접속되어 있고, 양극부(12b)끼리가 각각 밸브 금속 호일(42)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 밸브 금속 호일(42; 밸브 금속체)은 조면화 처리가 실시되지 않은 표면을 갖는 알루미늄 호일이며, 양극부(12b)의 각각과 초음파 용접에 의해 접속되어 있다. 이것에 의해, 밸브 금속으로 이루어지는 양극부(12b)끼리의 전기적인 접속이 확실하게 행하여진다. 그리고, 이 밸브 금속 호일(42)과 양극 리드 배선(30A)을 YAG 레이저 스폿 용접으로 접속하는 것으로, 중단의 콘덴서 소자(40B) 및 상단의 콘덴서 소자(40C)의 알루미늄 기체와 양극 리드 배선의 전기적인 접속이 행하여지고 있다. 또, 이 밸브 금속 호일(42)과 양극부(12b)의 접속법은 냉간(冷間) 압접을 사용한, 코킹(calking) 고정이어도 좋고, 밸브 금속 호일(42)과 양극 리드 배선(30A)의 접속법은 저항 용접이어도 좋다.
고체 전해 콘덴서(10A)를 탑재하는 회로기판(도시하지 않음)상의 단자가 고체 전해 콘덴서(10A)의 각각의 랜드 전극(32A 및 32B)과 전기적으로 접속되면, 하단의 콘덴서 소자(40A)뿐만 아니라, 중단의 콘덴서 소자(40B) 및 상단의 콘덴서 소자(40C)에도 전력이 공급된다. 그 때문에, 이 고체 전해 콘덴서(10A)는 1개의 콘덴서 소자(12)를 갖는 고체 전해 콘덴서(10)의 정전용량의 대략 3배의 정전용량을 갖고 있다.
이 고체 전해 콘덴서(10A)에 있어서도, 기판(14)의 두께 방향(도면의 Z방향)으로 직선형으로 연장되는 비어 홀(34)에 의해서 리드 배선(30)과 랜드 전극(32)이 접속되어 있다. 따라서, 굴곡부를 갖는 리드 배선을 통해서 전력이 공급되는 고체 전해 콘덴서에 비교하여, 회로기판상의 단자와 콘덴서 소자의 전극(양극부(12b) 및 음극부(28))과의 통전거리가 단축되고, 그것에 따라서, 등가 직렬 인덕턴스 및 임피던스가 저하된다.
또, 고체 전해 콘덴서(10A)에서는 3개의 콘덴서 소자를 갖지만, 콘덴서 소자의 수를 적절하게 증가시켜도 좋다. 이 경우, 콘덴서에 사용하는 콘덴서 소자의 수가 증가한 분만큼, 정전용량이 증가한다. 또한, 겹치는 콘덴서 소자의 음극부(28)끼리는 도전성 접착제(48)를 사용하여 용이하게 전기적으로 접속할 수 있다.
제 3 실시형태
다음에, 본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서의 제 3 실시형태를 설명한다.
도 7은 제 3 실시형태의 고체 전해 콘덴서를 도시하는 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시하는 기판의 평면도이다. 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 고체 전해 콘덴서(10B)는 콘덴서 소자의 형상이 다른 점, 기판의 리드 배선, 비어 홀 및 랜드 전극의 배치가 다른 점에서만, 상술한 고체 전해 콘덴서(10)와 다르다. 즉, 고체 전해 콘덴서(10B)의 콘덴서 소자(44)는 정방형 박편형의 축전부(44a)와 축전부(44a)의 4개의 측면의 각각으로부터 바깥쪽으로 돌출하는, 박편형의 4개의 양극부(44b)로 구성되어 있다. 축전부(44a)의 주면 및 측면에는 그 거의 전역에 걸쳐 상술한 음극부(28)가 형성되어 있다. 콘덴서 소자(44)를 Z방향을 따라 내려다 보면, 양극부(44b)는 축전부(44a)의 중심을 중심으로 하여 점대칭으로 배치되어 있는 동시에, 콘덴서 소자(44)의 각(角) 근처로 치우치게 하여 배치되어 있다. 또, 상술한 형상의 콘덴서 소자(44)는 콘덴서 소자(12)와 마찬가지로, 조면화되는 동시에 화성 처리가 실시된 표면을 갖는 알루미늄 호일을 천공 가공함으로써 제조된다. 천공 가공된 알루미늄 호일은 화성액에 침지되고, 그것에 의하여 알루미늄 호일의 주면뿐만 아니라 측면에도 절연성의 산화알루미늄 피막이 형성된다.
여기에서, 콘덴서 소자(44)에 실시하는 처리에 관해서, 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 음극부(28)가 형성되기 전의 콘덴서 소자(44)에 실시되는 양극 산화 처리를 도시하고 있다. 우선, 콘덴서 소자(44)의 3개의 양극부(44b)를 열 경화형 레지스트(24)에 의해서 마스크한다. 그리고, 스테인리스 비커(25) 중에 수용된 아디핀산암모늄 수용액으로 이루어지는 화성용액(26) 중에, 열 경화형 레지스트로 마스크되어 있지 않은 양극부(44b)를 지지하면서 콘덴서 소자(44)를 침지한다. 계속해서, 지지된 양극부(44b)를 플러스극, 스테인리스 비커(25)를 마이너스극으로서 사용하여 전압을 인가한다. 이 때의 전압은 원하는 산화알루미늄 피막의 막 두께에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 10nm 내지 1pm의 막 두께를 갖는 산화알루미늄 피막(20)을 형성하는 경우에는 통상, 수볼트 내지 20볼트 정도의 전압이 인가된다. 전압 인가에 의해 양극 산화가 개시되면, 모세관 현상 때문에, 조면화된 콘덴서 소자(44)의 표면 위를 화성용액(26)이 상승한다. 이 결과 조면화된 콘덴서 소자(44)의 측면을 포함하는 전체 표면에 산화알루미늄 피막(20)이 형성된다. 이 후, 콘덴서 소자(44)에는 공지 방법으로 음극부(28)가 형성된다.
고체 전해 콘덴서(10B)는 정방형 박편형의 기판(46)을 갖는다. 기판(46)에 는 기판(46)의 두께 방향(도면의 Z방향)으로 연장되는 8개의 비어 홀(34)이 형성되어 있다. 이들의 비어 홀(34)은 기판(46)의 각 변을 따라 1쌍의 비어 홀(34)이 나열되도록 배치되어 있다. 이들의 비어 홀(34)의 말단부가 노출되는 기판 하측면(46b)에는 기판(46)의 각 변을 따라, 방형상의 양극 랜드 전극(32A) 및 음극 랜드 전극(32B)이 병설되어 있고, 대응하는 비어 홀(34)과 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 이들 4쌍의 랜드 전극(32)은 양극 랜드 전극(32A)과 음극 랜드 전극(32B)이 교대하도록 순환적으로 배치되어 있다.
기판 상측면(46a)에 있어서 노출되는 비어 홀(34)의 말단부의 주변에는 리드 배선(30)이 형성되어 있다. 이들의 리드 배선(30)은 양극 리드 배선(30A) 및 음극 리드 배선(30B)을 포함하고 있다. 이들의 리드 배선(30A 및 30B)은 대응하는 비어 홀(34)과 전기적으로 접속되어 있다. 음극 리드 배선(30B)은 음극 랜드 전극(32B)과 전기적으로 접속된 4개의 비어 홀(34)의 말단부 주변 및 기판 상측면(46a)의 중앙부를 포함하도록 일체적으로 형성되어 있다. 양극 리드 배선(30A)은 양극 랜드 전극(32A)과 전기적으로 접속된 4개의 비어 홀(34)의 주변 각각에 형성되어 있고, 랜드 전극(32)과 마찬가지로 방형상으로 되어 있다. 또, 하나의 음극 리드 배선(30B)과 4개의 양극 리드 배선(30A)은 전기적으로 격리되어 있다.
이상에서 설명한 고체 전해 콘덴서(10B)에서도, 기판(46)의 두께 방향(도면의 Z방향)으로 직선형으로 연장되는 비어 홀(34)에 의해서, 리드 배선(30)과 랜드 전극(32)이 접속되어 있다. 따라서, 굴곡부를 갖는 리드부재를 통해서 전력이 공급되는 고체 전해 콘덴서에 비교하여, 회로기판상의 단자와 콘덴서 소자의 전극(양 극부(44b) 및 음극부(28))의 통전거리가 단축되고, 그것에 따라서, 등가 직렬 인덕턴스 및 임피던스가 저하된다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 밸브 금속 기체의 재료로서, 알루미늄이 사용되고 있지만, 알루미늄 대신에, 알루미늄합금, 또는 탄탈, 티타늄, 니오브, 지르코늄 또는 이들의 합금 등에 의해서, 밸브 금속 기체를 형성할 수도 있다.
상기 실시형태에서는 리드 전극쌍을 구성하는 양극 리드 전극 및 음극 리드 전극이, 조면화된 표면을 갖는 박형의 알루미늄 기체의 중심을 중심으로 하여 점대칭으로 배치되어 있다. 그러나, 밸브 금속 기체의 대향하는 2개의 말단부에 각각 형성된 2세트의 리드 전극쌍이, 그 중심선을 축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있어도 좋다.
즉, 조면화된 표면을 갖는 박형의 알루미늄 기체의 대향하는 2개의 말단부에, 각각 1세트의 리드 전극쌍이 형성되고 있고, 한쪽의 리드 전극쌍의 양극 리드 전극과 대향하는 위치에, 다른 쪽의 리드 전극쌍의 양극 리드 전극이 배치되어 있어도 좋다. 또, 도전부는 안이 빈 비어 홀에 한하지 않고, 예를 들면, 비어 홀 안이 땜납 등의 도전체로 메워진 구조를 갖고 있어도 좋다. 또한 도전부는 기판의 가장자리에 있어서 기판을 관통하는 노치의 표면에 금속이 도포된 구조 등, 다른 구조를 갖고 있어도 좋다.
상기에서는 8단자의 고체 전해 콘덴서를 설명하였지만, 단자수는 이것에 한정되는 것이 아니라, 단자수를 가감하여도 좋다.
또한, 상기에서는 축전부(12a)와 양극부(12b)가 일체화된 타입의 콘덴서 소자를 설명하였지만, 도통만 되어 있으면, 축전부(12a)와 양극부(12b)가 따로따로 제작되어 접합되어도 좋다. 예를 들면, 콘덴서 소자는 축전부(12a)와 양극부(12b)의 밸브 금속간이 직접 접합된 구성을 갖고 있어도 좋다. 이러한 콘덴서 소자는 우선 축전부 전체의 조면화 처리를 하여, 고체 고분자 전해질층 등을 형성한 후에 원하는 위치의 고체 고분자 전해질 등을 일정한 면적으로 박리하여, 전극부를 초음파 용접 등에 의해 용접하는 것으로 얻어진다. 또, 음극부와 양극부의 쇼트를 피해야만 하는 형편상, 예를 들면, 이전의 박리 면적을 충분히 확보하는 등하여, 고체 전해 고분자층 등과 양극부(12b)가 접촉하지 않도록 구성해야만 한다. 이와 같이 하는 것으로, 도 3 및 도 9에서 도시한 바와 같은 레지스트에서의 전극부의 보호를 필요로 하지 않고, 간이하게 콘덴서 소자를 제작할 수 있다.
이하, 본 발명의 효과를 더 한층 분명한 것으로 하기 위해서, 실시예를 든다.
제 1 실시예
도 6에 도시한 고체 전해 콘덴서(10A)와 같은 고체 전해 콘덴서를 이하와 같이 하여 제작하였다.
우선, 조면화 처리가 실시되고, 산화알루미늄 피막이 형성되어 있는 두께 100pm의 알루미늄 호일 시트로부터, 음극 전극 영역의 면적이 0.75㎠가 되는 소정의 치수로 알루미늄 호일을 잘라내었다. 그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 양극 리드 전극부분에 열 경화성 레지스트를 일정한 면적에 걸쳐 형성하였다. 레지스트 처리한 알루미늄 호일을 3중량%의 농도 및 6.0의 pH로 조정된 아디핀산암모늄 수용액 중에 침지하는 동시에 전압을 인가하여, 알루미늄 호일의 절단 단면에 산화알루미늄 피막을 형성하였다. 또, 이 화성 처리는 화성 전류 밀도가 50 내지 100 mA/㎠, 화성 전압이 12볼트인 조건 하에서 행하였다. 다음에, 화학산화중합에 의해서, 폴리피롤로 이루어지는 고체 고분자 전해질층을 음극 전극영역에 형성하였다. 여기에서, 폴리피롤로 이루어지는 고체 고분자 전해질층은 정제한 0.1mol/리터의 피롤 모노머, 0.1mol/리터의 알킬나프탈렌설폰산나트륨 및 0.05mol/리터의 황산철(III)을 포함하는 에탄올수 혼합용액 셀 중에서 형성하였다. 그 때, 30분간에 걸쳐 교반하여 화학산화중합을 진행시켜, 같은 조작을 3회 반복하였다. 그 결과 최대 두께가 약 50㎛인 고체 고분자 전해질층이 얻어졌다.
이렇게 하여 적층된 고체 고분자 전해질층의 표면에, 또한 카본 페이스트 및 페이스트를 순차 도포하여, 음극 전극을 형성하였다. 마지막에, 양극 리드 전극부에 형성하여 둔 레지스트막을 제거하였다.
상기한 바와 같이 하여 제작한 고체 전해 콘덴서 소자를 3개 준비하여, 3층 적층하였다. 또, 전극부 사이에 개재하는, 조면화되어 있지 않은 알루미늄 호일(밸브 금속 호일)은 일본 에머슨(Emerson)주식회사 브란슨 사업본부가 만든 40kHz-초음파 용접기를 사용하여, 대응하는 양극 전극부와 용접하였다. 또한, 콘덴서 소자간 및 최하단의 콘덴서 소자의 음극 전극영역과 기판의 음극 리드 배선은, 은 에폭시 도전성 접착제를 사용하여 전기적으로 접속하여, 콘덴서 소자의 각각의 전극 부에 고정된 조면화되어 있지 않은 알루미늄 호일과 기판의 양극 리드 배선은 NEC제 YAC 레이저 스폿 용접기로 용접 고정하였다. 또한, 콘덴서 소자 및 기판을, 인젝션 또는 트랜스퍼 몰드에 의해서 에폭시수지로 덮고, 상술한 고체 전해 콘덴서를 제작하였다. 그 후, 기지의 방법으로 제작된 고체 전해 콘덴서에 일정한 전압을 인가하여, 에이징(ageing) 처리를 하여, 누설 전류를 충분히 저감시켜, 고체 전해 콘덴서를 완성시켰다.
이렇게 하여 얻어진 8단자형 고체 전해 콘덴서#1의 전기적 특성에 관해서, 애질런트 테크놀로지(Aglient Technologics)사제 임피던스 애널라이저(analyzer) 4194A, 네트워크 애널라이저 8753D를 사용하여, 정전용량 및 S21 특성을 측정하고, 얻어진 S21 특성을 바탕으로, 등가회로 시뮬레이션을 하여, ESR, ESL 값을 결정하였다. 그 결과 120Hz에서의 정전용량은 325μF이며, 100kHz에서의 ESR은 12mΩ이며, ESL은 150pH이었다. 또, 같은 방법으로, 리드 프레임을 사용하는 종래의 고체 전해 콘덴서의 정전용량 및 ESR, ESL 값을 측정한 결과 120Hz에서의 정전용량은 320μF이며, 100kHz에서의 ESR은 14mΩ이며, ESL은 300pH이었다.
제 2 실시예
도 7에 도시한 콘덴서 소자를 3개 구비하는 고체 전해 콘덴서를 이하와 같이 하여 제작하였다.
우선, 조면화 처리가 실시되어 산화알루미늄 피막이 형성되어 있는 두께 10O㎛의 알루미늄 호일 시트로부터, 음극부의 면적이 1㎠가 되는 소정의 치수로, 알루미늄 호일을 잘라내었다. 그리고, 실시예 1과 같이 레지스트 처리한 전극을 도 9에 도시한 바와 같이, 3중량%의 농도, 6.0의 pH로 조정된 아디핀산암모늄 수용액 중에 침지하는 동시에 전압 인가하여, 알루미늄 호일의 절단 단면에 산화알루미늄 피막을 형성하였다. 또, 이 화성 처리는 화성 전류밀도가 50 내지 100mA/㎠, 화성전압이 12볼트인 조건 하에서 행하였다. 다음에, 산화알루미늄 피막상에 있어서 음극부를 배치해야 하는 영역에, 화학산화중합에 의해서, 폴리피롤로 이루어지는 고체 고분자 전해질층을 형성하였다. 여기에서, 폴리피롤로 이루어지는 고체 고분자 전해질층은 정제한 0.1mol/리터의 피롤 모노머, O.1mol/리터의 알킬나프탈렌설폰산나트륨 및 0.05mol/리터의 황산철(HI)을 포함하는 에탄올수 혼합용액 셀 중에서 형성하였다. 그 때, 30분간에 걸쳐 교반하여 화학산화중합을 진행시켜, 같은 조작을 3회 반복하였다. 그 결과 최대 두께가 약 50㎛인 고체 고분자 전해질층이 얻어졌다.
이렇게 하여 적층된 고체 고분자 전해질층의 표면에, 또한 카본 페이스트 및 페이스트를 순차로 도포하여, 음극부를 형성하였다. 마지막에, 실시예 1과 같이 레지스트층을 제거하였다.
상기한 바와 같이 하여 제작한 고체 전해 콘덴서 소자를 3층 적층하였다. 또, 전극부 사이에 개재하는 조면화되어 있지 않은 알루미늄 호일(밸브 금속 호일)은 일본 에머슨주식회사 브란슨 사업본부가 만든 40kHz-초음파 용접기를 사용하여, 대응하는 전극부와 용접하였다. 또한, 콘덴서 소자의 음극 전극영역간 및 최하단 의 콘덴서 소자의 음극 전극영역과 기판의 음극 리드 배선은 은 에폭시 도전성 접착제를 사용하여 전기적으로 접속하여, 콘덴서 소자의 각각의 양극부로부터 도출된 알루미늄 호일과 기판의 양극 리드 배선은, NEC제 YAG 레이저 스폿 용접기로 용접 고정하였다. 또한, 콘덴서 소자 및 기판을, 인젝션 또는 트랜스퍼 몰드에 의해서 에폭시수지로 덮고, 상술한 고체 전해 콘덴서를 제작하였다. 그 후, 기지의 방법으로, 제작된 고체 전해 콘덴서에 일정한 전압을 인가하여, 에이징 처리를 하여, 누설 전류를 충분히 저감시켜, 고체 전해 콘덴서를 완성시켰다.
이렇게 하여 얻어진 8단자형 고체 전해 콘덴서#2의 전기적 특성에 관해서, 애질런트 테크놀로지사제 임피던스 애널라이저 4194A, 네트워크 애널라이저 8753D를 사용하여, 정전용량 및 S21 특성을 측정하고, 얻어진 S21 특성을 바탕으로, 등가회로 시뮬레이션을 하여, ESR, ESL 값을 결정하였다. 그 결과 120Hz에서의 정전용량은 440μF이며, 100kHz에서의 ESR은 13mΩ이며, ESL은 140pH이었다. 또, 같은 방법으로, 리드 프레임을 사용하는 종래의 고체 전해 콘덴서의 정전용량 및 ESR, ESL 값을 측정한 결과 120Hz에서의 정전용량은 435μF이고, 100kHz에서의 ESR은 14.5mΩ이며, ESL은 200pH이었다.
본 발명에 관계되는 고체 전해 콘덴서는 임피던스의 저감을 달성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 양극부 및 음극부를 갖는 콘덴서 소자와, 상기 콘덴서 소자가 탑재된 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 대향하는 제 2 주면을 갖는 기판을 구비하는 고체 전해 콘덴서로서,
    상기 제 1 주면상에는 상기 양극부 및 음극부의 각각에 전기적으로 접속된 양극 리드 배선 및 음극 리드 배선이 형성되고,
    상기 제 2 주면상에서 상기 각각의 양극 리드 배선 및 음극 리드 배선에 대응하는 위치에 각각 양극 랜드 및 음극 랜드가 형성되고,
    상기 기판은 상기 기판을 관통하여 상기 양극 리드 배선을 상기 양극 랜드에 전기적으로 접속하는 제 1 도전부 및 상기 기판을 관통하여 상기 음극 리드 배선을 상기 음극 랜드에 전기적으로 접속하는 제 2 도전부의 적어도 한쪽을 갖으며,
    상기 콘덴서 소자는 방형 박편형의 밸브 금속으로 이루어지는 기체(基體)를 더 갖으며, 상기 기체는 복수의 상기 양극부로서 복수의 돌출부를 갖고, 상기 기체의 2개의 주면은 연속적인 절연막에 의해 덮여 있고, 상기 음극부는 이 절연막 상에 형성되고, 상기 기판의 상기 제1 주면 상에는 상기 복수의 양극부의 각각에 전기적으로 접속된 복수의 상기 양극 리드 배선이 형성되어 있고,
    상기 음극 리드 배선은 상기 기체의 아래쪽에 위치하는 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 돌출하는 복수의 제2 부분을 갖으며,
    상기 제1 부분은 상기 음극부에 전기적으로 접속되고, 상기 복수의 제2 부분은 상기 복수의 양극 리드 배선과 교대로 나열되는 고체 전해 콘덴서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전부는 상기 기판을 관통하는 구멍과 이 구멍 중에 배치되어 상기 양극 리드 배선 및 양극 랜드 사이로 연장되는 도전체를 갖는 고체 전해 콘덴서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 도전부는 상기 기판을 관통하는 구멍과 이 구멍 중에 배치되어 상기 음극 리드 배선 및 음극 랜드 사이로 연장되는 도전체를 갖는 고체 전해 콘덴서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 콘덴서 소자가 서로 인접하여 배치되고, 이들 콘덴서 소자는 서로 전기적으로 접속된 양극부 및 서로 전기적으로 접속된 음극부를 갖는 고체 전해 콘덴서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 상기 콘덴서 소자의 양극부들은 밸브 금속체를 통해서 전기적으로 접속되는 고체 전해 콘덴서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브 금속체는 상기 복수의 상기 콘덴서 소자의 양극부들 사이에 있는 부분과 상기 양극 리드 배선에 접속된 부분을 갖는 고체 전해 콘덴서.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 상기 콘덴서 소자의 상기 음극부들은 도전성 접착제를 사용하여 전기적으로 접속되는 고체 전해 콘덴서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 리드 배선은 상기 제1 부분에 있어서만 상기 음극부에 전기적으로 접속되는, 고체 전해 콘덴서.
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