KR101158230B1 - 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 - Google Patents

고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101158230B1
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김재광
정준석
송장섭
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 내부가 양극의 극성을 가지며, 일측에 양극와이어가 삽입된 콘덴서 소자; 상기 콘덴서 소자의 외표면 일측에 형성된 음극 인출층; 상기 콘덴서 소자의 하면 양측부에 결합된 단자보강재; 상기 단자보강재의 표면을 감싸도록 형성된 산화방지 코팅층; 상기 콘덴서 소자의 외주면을 감싸며, 상기 양극 와이어의 돌출된 단부와 상기 음극 인출층의 단부 및 상기 단자보강재의 하면이 노출되도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부의 양측부와 상기 단자보강재의 하면에 도금층에 의해 형성된 양극 단자 및 음극 단자;를 포함한다.

Description

고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법{Solid electrolytic capacitor and method for preparing the same}
본 발명은 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 단자보강재의 산화 방지를 목적으로 콘덴서 소자 하부측에 산화방지 코팅층이 형성된 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 전해 콘덴서는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류 전류를 차단하고 교류 전류를 통과시키려는 목적으로 사용되는 전자부품 중의 하나로서, 이러한 고체 전해 콘덴서 중 대표적으로 탄탈륨 콘덴서가 제작되고 있다.
탄탈륨 콘덴서는 일반 산업기기용은 물론 정격전압 사용 범위가 낮은 응용회로에 사용되며, 특히 주파수 특성이 문제되는 회로나 휴대 통신기기의 노이즈 감소를 위하여 많이 사용된다.
이와 같은 고체 전해 콘덴서는 기본적으로 탄탈로 구성된 콘덴서 소자 중앙부 또는 중앙부를 제외한 부위에 리드 와이어를 삽입하거나 삽입된 리드 와이어를 콘덴서 소자의 외부에서 밴딩하여 제작한다.
또한, 콘덴서 소자에 리드 프레임을 조립하는 방법으로, 양극(+) 리드 와이어와 양극(+) 리드 프레임을 스폿(spot) 용접에 의해서 양극 단자를 인출하고, 몰드 패키지 후 양극과 음극 리드 포밍(forming)에 의해 전극 단자를 인출하는 방법이 사용된다.
도 1과 도 2는 종래 고체 전해 콘덴서에 관한 도면으로서, 도 1은 종래 고체 전해 콘덴서의 사시도이고, 도 2는 종래 고체 전해 콘덴서의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 고체 전해 콘덴서(10)는 콘덴서의 용량 및 특성을 결정하는 유전체분말 소재로 루어진 콘덴서 소자(11)와, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)에 용이하게 장착하도록 상기 콘덴서 소자(11)에 연결되는 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)과, 상기 콘덴서소자(11)를 외부환경으로부터 보호하고 콘덴서소자의 형상을 만들기 위해 에폭시(Epoxy)로 몰딩한 에폭시케이스(15)로 구성된다.
이때, 상기 콘덴서 소자(11)는 일측에 봉상의 양극 와이어(12)가 일정 길이로 돌출 형성되어 있다.
그리고, 상기 양극 와이어(12)에는 양극 리드프레임(13)과의 접촉율을 높이고 용접시 좌우 흔들림을 방지하기 위해 외부면이 평평한 압공면(12a)을 구비하고 있다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(11)를 제조하는 공정은 프레스 공정에서 유전체분말을 직육면체 상으로 성형하여 소결하고, 화성 공정을 거치면서 외부면에 유전체 산화피막을 형성한 다음, 질산망간수용액에 함침하여 그 외부면에 고체 전해질로 된 이산화 망간층을 열분해하여 형성한다.
상기와 같이 제조된 콘덴서 소자(11)에 상기 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)을 연결하는 공정은, 상기 콘덴서 소자(11)의 일측면에 일정 길이로 돌출된 봉 상의 양극 와이어(12)의 압공면(12a)에 판 상의 양극 리드프레임(13)을 용접하여 양극 단자를 인출하는 단계와, 상기 콘덴서 소자(11)의 외부 표면이나 음극 리드프레임(14)에 도포된 도전성 접합제를 매개로 하여 상기 음극단자를 인출하는 단계로 이루어진다.
그리고, 상기 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)에 각각 전기적으로 연결된 상기 콘덴서 소자(11)는 외장 공정에서 에폭시로 몰딩하여 에폭시 케이스(15)를 형성한 후, 최종적으로 마킹 공정을 거쳐 콘덴서의 제작이 완료된다.
이와 같이 제작되는 종래 고체 전해 콘덴서(10)는 에폭시 케이스(15)를 포함한 전체 부피에서 콘덴서 소자(11)의 체적 효율이 현저히 저하됨에 따라 정전 용량이 작아지고 임피던스의 값이 커지는 문제점이 지적되고 있다.
또한, 종래 고체 전해 콘덴서는 양극 와이어(12)와 양극 리드프레임(13)을 직접 용접하는 과정에서 고온의 열이 발생하게 되며, 이때 발생한 열이 상기 양극 와이어(12)를 통해 콘덴서 소자(11)에 영향을 미치게 되어 열에 취약한 콘덴서 소자(11)를 손상시키는 문제점이 있었다.
따라서, 상기 콘덴서 소자(11)에 가해진 열충격에 의해 유전체가 파괴되며 이로 인해 제품 특성저하 및 불량이 발생하기 때문에 제조 원가가 상승하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 콘덴서 소자 하부측에 단자보강재의 표면을 감싸는 산화방지 코팅층이 형성됨에 따라 콘덴서가 고온의 챔버 내에서 제작될 때 단자보강재의 표면이 산화되는 것이 방지되도록 한 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 내부가 양극의 극성을 가지며, 일측에 양극와이어가 삽입된 콘덴서 소자와, 상기 콘덴서 소자의 외표면 일측에 형성된 음극 인출층과, 상기 콘덴서 소자의 하면 양측부에 결합된 단자보강재와, 상기 단자보강재의 표면을 감싸도록 형성된 산화방지 코팅층과, 상기 콘덴서 소자의 외주면을 감싸며, 상기 양극 와이어의 돌출된 단부와 상기 음극 인출층의 단부 및 상기 단자보강재의 하면이 노출되도록 형성된 몰딩부와, 상기 몰딩부의 양측부와 상기 단자보강재의 하면에 도금층에 의해 형성된 양극 단자 및 음극 단자;를 포함하는 고체 전해 콘덴서가 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 콘덴서 소자의 외표면은 음극층이 더 형성될 수 있으며, 음극층이 형성된 콘덴서 소자의 외측면과 음극 인출층 사이에는 전도성 완충재가 개재될 수 있다.
상기 콘덴서 소자의 하부에는 액상 에폭시 수지(EMC : Epoxy Molding Compound)가 도포될 수 있으며, 상기 단자보강재의 표면을 감싸는 산화방지 코팅층이 액상 에폭시 수지의 하면으로 연장 형성될 수 있다.
상기 단자보강재는 소정 강도 이상의 금속성 재질 또는 합성수지 재질로 구성될 수 있으며, 금속성 재질일 경우 스틸 또는 Cu, Ni 등으로 구성될 수 있다.
이때, 단자보강재는 100㎛ 이내의 두께로 형성됨이 바람직하며, 그 상부에 결합되는 콘덴서 소자의 체적 효율의 증대를 위하여 20 내지 50㎛의 두께로 형성됨이 더욱 바람직하다.
상기 산화방지 코팅층은 육면체로 구성된 단자보강재의 외부 노출면을 제외한 4면에 도포되도록 함과 아울러 단자보강재의 내측면으로부터 외부로 노출된 액상 에폭시 수지의 하면으로 연장되어 고온의 챔버 내에서 콘덴서의 제작시 단자보강재의 표면 산화를 방지함에 따라 단자보강재의 고착 강도가 향상되도록 할 수 있다.
또한, 상기 콘덴서 소자의 하면과 단자보강재의 하면을 제외한 콘덴서 소자의 외주면에 몰딩부가 형성될 수 있다. 이때, 상기 몰딩부는 콘덴서 소자에 결합된 양극 와이어의 돌출 단부 및 음극 인출층의 단부가 노출된 상태로 콘덴소 소자의 외주면에 형성될 수 있다.
상기 콘덴서 소자는 외주면에 음극층과 음극 보강층이 형성되며, 상기 음극층은 콘덴서 소자의 표면에 탄탈산화물(Ta2O5)의 산화피막으로 구성된 절연층, 이산화망간(MnO2)으로 구성된 고체 전해질층으로 이루어지며, 그 외주면에 카본과 실버(Ag) 페이스트 등이 순차적으로 도포되어 음극 보강층이 형성될 수 있다.
이때, 상기 음극층이 형성된 콘덴서 소자의 일측면에 형성되는 음극 인출층은 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성될 수 있으며, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 몰딩부의 양측부와 단자보강재의 하면에는 각각 양극 단자와 음극 단자가 도금층에 의해 형성될 수 있다.
상기 양극 단자와 음극 단자는 전해 도금이나 무전해 도금 또는 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성 가능하다.
이때, 상기 도금층은, 무전해 도금을 통해 형성될 경우 무전해 니켈 인(Ni/P) 도금으로 형성된 내부 도금층과, 상기 내부 도금층에 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 도금으로 형성된 외부 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 목적은, 합성수지의 필름 형태로 구성된 시트 상에 단자보강재를 형성하는 단계; 상기 시트 상면과 상기 단자보강재의 상면에 산화방지 코팅층이 형성되는 단계; 상기 산화방지 코팅층 상에 액상 에폭시 수지(EMC)를 도포하는 단계; 내부가 양극의 극성을 갖고 표면에 음극층이 형성되며, 일측 단부측에 양극 와이어가 결합된 콘덴서 소자를 준비하는 단계; 상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계; 상기 액상 에폭시 수지가 도포된 시트 상에 상기 콘덴서 소자를 일정한 간격으로 어레이하는 단계; 어레이된 콘덴서 소자의 외측면에 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 몰딩부의 양측부로 음극 인출층과 양극 와이어의 단부가 노출되도록 몰딩 제품을 커팅하는 단계; 및 몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자 및 음극 단자를 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법이 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계 이전에 콘덴서 소자의 표면과 음극 인출층이 이루는 계면 상에서 발생되는 접합 트러블을 감소시키기 위하여 전도성 완충재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 인출층은, 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성될 수 있으며, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 몰딩부의 양측부를 커팅하는 단계 이후에는 상기 시트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 콘덴서 소자가 상기 시트 상에 어레이되는 단계에서, 상기 콘덴서 소자는 상기 시트 상에 형성된 단자보강재에 양측부가 지지되며, 상기 시트 상면과 상기 단자보강재의 상면에 개재된 액상 에폭시 수지에 의해 고착될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 시트에 단자보강재를 형성하는 단계에서, 상기 단자보강재는 에칭에 의한 패턴의 가공에 의해 형성되거나 무전해 또는 전해 도금에 의한 패턴의 가공에 의해서 형성될 수 있다.
상기 산화방지 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 산화방지 코팅층은 내약품성과 내열성 및 밀착성이 우수한 에폭시 계열의 소재로 선정됨이 바람직하고, 스크린 프린팅이나 스프레이 방식을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 몰딩 제품을 커팅하는 단계 이후에는 커팅면에 도금층 형성이 용이하도록 불순물을 제거하기 위하여 그라인딩 및 트리밍 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자 및 음극 단자가 형성되는 단계에서, 상기 양극 단자 및 음극 단자는 전해 도금이나 무전해 도금 또는 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화하여 제조비용을 절감함과 아울러 단자보강재의 하면을 제외한 표면에 산화방지 코팅층을 형성함에 따라 콘덴서의 제조 공정중에 발생될 수 있는 단자보강재의 표면 산화를 방지할 수 있는 장점이 있으며, 단자보강재의 산화 방지에 의해 단자보강재와 액상 에폭시 수지의 고착 강도 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 소형화를 구현함과 아울러 정전용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 낮은 ESR(Equivalent Series Resistance) 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 고체 전해 콘덴서의 사시도.
도 2는 종래 고체 전해 콘덴서의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일실시예 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 측단면도.
도 5는 본 발명에 채용되는 콘덴서 소자의 단면도.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 제작시 공정도로서,
도 6은 단자보강재 형성시 단면도이고,
도 7은 단자보강재의 상면에 산화방지 코팅층 형성시의 단면도이며,
도 8은 액상 에폭시 수지 도포시 단면도이며,
도 9는 단자보강재에 콘덴서 소자 실장시 단면도이고,
도 10은 콘덴서 소자의 외부에 몰딩부 형성시 단면도이다.
본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일실시예 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 채용되는 콘덴서 소자의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서(100)는 일측 단부에 양극 와이어(111)가 결합된 콘덴서 소자(110)와, 콘덴서 소자(110)의 타측 단부면에 형성된 음극 인출층(120)과, 콘덴서 소자(110)의 하면 양측부에 부착된 단자보강재(150)와, 단자보강재(150)의 표면에 형성된 산화방지 코팅층(170)과, 콘덴서 소자(110)의 외주면을 감싸는 몰딩부(130) 및 몰딩부(130)의 양측면에 형성된 양극 단자(141)와 음극 단자(142)로 구성된다.
이때, 상기 양극 단자(141)와 음극 단자(142) 사이의 콘덴서 소자(110) 하면에는 액상 에폭시 수지(EMC,160)가 충진되며, 상기 액상 에폭시 수지(160)는 콘덴서 소자(110)와 단자보강재(150)가 접하는 면 사이에 개재되어 콘덴서 소자(110)와 단자보강재(150)의 고착이 이루어지도록 한다.
또한, 상기 단자보강재(150) 상에 형성된 산화방지 코팅층(170)은 액상 에폭시 수지(160)의 하면으로 연장 형성되는 바, 단자보강재(150)의 하면을 제외한 상면과 측면의 4면을 감싸며 단자보강재(150) 사이에 형성된 액상 에폭시 수지(160)의 하면 전체를 감싸는 형태로 연장 형성될 수 있다.
이에 따라, 산화방지 코팅층(170)은 콘덴서의 제조 공정 중 고온의 챔버를 이용한 성형시 단자보강재(150)와 액상 에폭시 수지(160) 사이의 틈새를 통해 고온의 열이 전달되어 단자보강재(150)의 산화가 방지되도록 하는 역할을 하게 되며, 단자보강재(150)와 액상 에폭시 수지(160)의 고착 강도를 더 강화시킬 수 있도록 할 수 있다.
또한, 산화방지 코팅층(170)은 고온에서 견딜수 있는 내열성과 콘덴서 제조 공정 중에 투입되는 약품에 견딜 수 있는 내약품성 및 단자보강재(150)에 밀착될 수 있는 밀착성이 우수한 재질로 형성됨이 바람직하며, 더 바람직하게는 에폭시 계열의 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 고체 전해 콘덴서(100)를 각 구성요소별로 좀 더 자세하게 설명하면, 상기 콘덴서 소자(110)는 일측 단부에 상기 양극 단자(141)와 전기적으로 접속되는 양극 와이어(111)의 일단부가 노출되게 결합된 직육면체 형태로 구성된다.
콘덴서 소자(110)는 도 5와 같이 양극의 극성을 가지고, 외표면에 음극층(도면 미도시)이 형성된 탄탈 펠렛(112)과, 상기 음극층의 외부에 카본(113a)과 실버 페이스트(113b)가 순차적으로 도포된 음극 보강층(113)으로 구성된다.
상기 탄탈 펠렛(112)은 유전체 산화피막층으로 이루어진 절연층에 의해서 그 외측에 형성되는 음극층과 절연되고, 상기 절연층은 전기화학 반응을 이용한 화성 공정에 의해서 탄탈 펠렛(112)의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 성장시켜 형성된다.
이때, 상기 절연층은 상기 탄탈 펠렛(112)을 유전체로 변화시키게 된다.
여기서, 상기 탄탈 펠렛(112)은 탈탄 파우더와 바인더의 혼합물로 제작되는 바, 상기 탈탄 파우더와 바인더를 일정비율로 혼합 교반시키고, 혼합 파우더를 압축하여 직육면체로 성형한 후, 이를 고온과 고진동 하에서 소결시켜 제작된다.
상기 탄탈 펠렛(112)은 탄탈(Ta) 외에도 니비오(Nb) 산화물과 같은 재질을 이용하여 소결 제작될 수 있다.
그리고, 음극층은 질산-망간 용액에 절연층으로 포밍된 탄탈 펠렛(112)을 함침시켜 그 외표면에 질산-망간 용액이 도포되도록 한 후에 이를 소성시켜 음극을 갖는 이산화망간(MnO2)층이 형성되도록 한다.
상기 콘덴서 소자(110)의 구성에서 절연층과 음극층에 대한 도면 부호 기재와 아래 도면의 표시는 본 발명이 채택하고 있는 고체 전해 콘덴서의 제작시 당업자에 의해 충분히 이해될 수 있는 공지 기술에 해당된다고 판단되어 생략하였다.
한편, 상기 음극층의 외측면에는 카본(carbon,113a)과 실버 페이스트(silver paste,113b)가 순차적으로 도포된 음극 보강층(113)이 형성되는 바, 상기 음극 보강층(113)은 상기 음극층이 가지는 극성에 대한 도전성이 향상되도록 함으로써, 상기 음극 보강층(113)에 결합되는 음극 인출층(120)과의 극성 전달을 위한 전기적 연결이 용이하게 한다.
양극 와이어(111)가 일단부에 결합되고, 외표면에 음극 보강층(113)이 형성된 콘덴서 소자(110)의 타단부, 즉 양극 와이어(111)가 결합된 단부의 반대편 단부측에는 음극 인출층(120)이 형성되어 음극 인출층(120)과 접합된 상태의 안정된 음극 단자가 인출될 수 있도록 한다.
상기 음극 인출층(120)은 Au, Pd, Ag, Ni, Cu 등의 점성이 있는 전도성 페이스트로 구성됨이 바람직하며, 콘덴서 소자(110)의 일면에 도포되어 건조, 경화, 소성 등의 가공을 통해 충분한 강도와 경도를 가지도록 한다.
이때, 상기 음극 인출층(120)은 대략 30 내지 300℃ 사이에서 경화된다.
또한, 상기 음극 인출층(120)은 양극 와이어(111)가 결합된 콘덴서 소자(110)의 일면에 디스펜싱(dispensing) 타입, 페이스트가 일면에 일정량 부착되도록 하는 디핑(dipping) 타입 및 시트 상에 페이스트를 프린트하여 이를 콘덴서 소자(110)의 일면에 부착되도록 하는 프린팅(printing) 타입 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 콘덴서 소자(110) 일면의 음극 인출층(120)과 음극 보강층(113) 사이에는 전도성 완충재(115)가 개재되는 데, 상기 전도성 완충재(115)는 음극 인출층(120)이 형성되는 콘덴서 소자(110) 표면이 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 하게 된다.
상기 전도성 완충재(115)는 음극 보강층(113)의 최외층을 구성하는 실버 페이스트층(113b)에 점성이 있는 전도성 페이스트의 음극 인출층(120)이 용이하게 접합될 수 있도록 화학적 기계적 친화력이 좋은 에폭시 계열로 형성됨이 바람직하다.
이때, 상기 전도성 완충재(115)를 음극 보강층(113)과 음극 인출층(120) 사이에 개재시키는 이유는, 음극 보강층(113)의 최외층인 실버 페이스트층(113a)과 음극 인출층(120)의 전도성 페이스트가 직접 접촉되어 발생될 수 있는 접촉 트러블을 해소시키기 위함이다.
상기 전도성 완충재(115)는 전도성의 에폭시 계열 뿐만 아니라 스틸 또는 페이스트 재질로 구성된 리드 프레임으로도 형성될 수 있을 것이다.
한편, 콘덴서 소자(110)의 하면 양측부에는 소정 두께의 단자보강재(150)가 부착된다.
상기 단자보강재(150)는 상기 몰딩부(130) 외측면에 형성되는 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 형성되는 부위의 콘덴서 소자(110) 하면에 부착되며, 콘덴서 소자(110)와의 접합면 사이에 액상 에폭시 수지(160), 즉 액상 EMC 가 개재되어 콘덴서 소자(110)와 견고하게 밀착 결합된다.
이때, 단자보강재(150)의 표면은 액상 에폭시 수지(160)와 결합된 상태에서 고온, 고압의 여러 공정을 거치면서 산화될 수 있는 바, 단자보강재(150)의 표면에 산화방지 코팅층(170)을 더 형성하여 단자보강재(150)의 산화가 방지될 수 있도록 한다.
상기 산화방지 코팅층(170)은 액상 에폭시 수지(160)와 같은 방식의 전해, 무전해 도금에 의해 형성될 수 있으며, 단자보강재(150)의 표면 산화를 방지하여 액상 에폭시 수지(160)와의 고착 강도를 더 강화시키는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조 공정 중 전압 인가 및 특성 검사를 위하여 수시로 검사 장비에 장착하게 되는 데, 검사 장비의 탐침자(probe)를 양극 단자(141) 및 음극 단자(14)에 접촉할 때 단자 형성 부위에 부착된 단자보강재(150)에 의해서 충격 완충이 이루어지도록 함으로써 단자의 들뜸이나 파손이 방지될 수 있도록 한다.
상기 단자보강재(150)는 소정 강도 이상의 재질 금속 재질이나 합성수지 재질 또는 세라믹 등으로 구성될 수 있으며, 금속 재질인 경우 스틸(steel)이나 Cu, Ni 등의 전도성 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 단자보강재(150)는 100㎛ 이내의 두께로 형성될 수 있으며, 단자보강재(150)가 결합된 콘덴서 소자(110)가 제한된 공간 내에서 최적의 체적 효율을 갖도록 하기 위하여 20 내지 50㎛의 두께로 형성됨이 바람직하다.
상기 단자보강재(150)가 콘덴서 소자(110)의 하면에 부착될 때, 그 접착 매개체는 단자보강재(150) 사이에 충진되는 액상의 에폭시 수지(160) 및 산화방지 코팅층(170)으로 구성될 수 있다.
액상 에폭시 수지(160)는 콘덴서 소자(110)의 하면을 감싸며 콘덴서 소자(110)를 보호하는 역할을 함과 동시에 콘덴서 소자(110)와 단자보강재(150) 접합면 사이에 개재되어 콘덴서 소자(110) 하면에 단자보강재(150)를 견고하게 고착시키는 역할을 한다.
이때, 액상 에폭시 수지(160)는 절연재로 구성됨에 따라 콘덴서 소자(110)와 음극 단자(142)의 형성 부위에 부착되는 도전성 재질의 단자보강재(150)가 절연되어 쇼트가 방지될 수 있도록 한다.
또한, 통상적인 액상 에폭시 수지(160)는 일정량의 이형제가 포함되어 있으나, 본 실시예에 적용되는 액상 에폭시 수지(160)는 이형제가 포함되어 있을 경우 콘덴서 소자(110)와 단자보강재(150) 간의 접합 강도를 약화시킬 수 있기 때문에 이형제가 포함되지 않은 액상 에폭시 수지(160)를 사용함으로써, 콘덴서 소자(110)와 단자보강재(150)의 고착 강도가 향상되도록 할 수 있다.
그리고, 단자보강재(150)의 상면을 비롯한 측면의 4면을 감싸며 액상 에폭시 수지(160)의 하면을 덮도록 연장된 산화방지 코팅층(170)에 의해 단자보강재(150)과 액상 에폭시 수지(160)의 고착 강도를 더 향상시킬 수 있다.
여기서, 콘덴서 소자(110)의 상부를 감싸는 몰딩부(130)와는 별도로 콘덴서 소자(110)의 하면에 액상 에폭시 수지(160)의 충진에 의해 콘덴서 소자(110)의 외부를 감싸는 이유는, 몰딩부(130)를 형성하는 에폭시 소재로 콘덴서 소자(110)의 하면을 몰딩할 경우 에폭시 소재의 미충진에 의한 성형 불량이 발생될 수 있기 때문에 에폭시 수지 내에 포함된 필러(filler)가 비교적 작은 액상 에폭시 수지(160)를 이용하여 미성형 불량을 해소하기 위함이다.
즉, 본 실시예의 고체 전해 콘덴서(110)의 외장을 형성하는 몰딩부(130)는 에폭시 수지로 구성되는 데, 50 내지 100㎛의 크기를 갖는 필러(filler)가 60~90%의 함량을 가지도록 구성된다. 이러한 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(130) 형성시 콘덴서 소자(110)의 하면에 에폭시 수지를 도포하면 콘덴서 소자(110) 하면에 필러의 크기에 의해 에폭시 수지가 미충진되는 일이 발생하게 된다.
따라서, 콘덴서 소자(110)의 하면에는 20~30㎛의 필러들이 50~90% 함유된 액상 에폭시 수지를 충진시켜 필러 크기에 의한 수지의 미충진 현상 발생이 방지되도록 할 수 있다.
상기 콘덴서 소자(110)의 하면에 액상 에폭시 수지(160)가 도포, 경화된 후 그 외의 콘데서 소자(110) 외주면을 감싸도록 몰딩부(130)가 형성된다.
상기 몰딩부(130)는 콘덴서 소자(110)의 외주면에 전체적으로 형성될 때, 콘덴서 소자(110) 양측부로 노출된 양극 와이어(111)의 단부와 음극 인출층(120)의 단부면을 제외한 부분을 비롯하여 콘덴서 소자(110)의 하면을 제외한 부분을 감싸도록 하여 콘덴서 소자(110)가 외부 환경으로부터 보호되도록 한다. 이때, 몰딩부(130)는 주로 에폭시 재질로 구성된다.
상기 콘덴서 소자(110)의 외주면에 몰딩부(130)를 형성할 때, 단위 콘덴서 소자(110) 별로 에폭시를 이용하여 몰딩부(130)가 형성될 수 있으며, 콘덴서 소자(110)를 등간격으로 배열한 후 일괄적으로 몰딩부(130)가 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이, 콘덴서 소자(110)를 감싸고 있는 몰딩부(130)는 양측면에 도금층에 의한 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 형성되어 개별적인 고체 전해 콘덴서(100)가 제조된다.
이때, 상기 양극 단자(141)와 음극 단자(142)는 몰딩부(130)의 양측면 상에만 형성될 수 있으나, 고체 전해 콘덴서가 주로 표면 실장(SMT)되는 전자부품임을 감안하여 몰딩부(130)의 양측면에서 하부로 연장되어 형성됨이 바람직하다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 몰딩부(130)의 양측면에서 외부로 노출된 양극 와이어(111)와 음극 인출층(120)과 도금층이 전기적으로 접속되어 양극 단자(141)와 음극 단자(142)로 형성되고, 양극 단자(141)와 음극 단자(142)는 콘덴서 소자(110)의 하면 양측부에 부착된 한 쌍의 단자보강재(150) 하면으로 연장 형성된다.
여기서, 양극 단자(141)측 단자보강재(150)는 콘덴서 소자(110) 하면에 도포된 액상 에폭시 수지(160)의 일부가 그 상면으로 유입됨에 따라 콘덴서 소자(110)와 절연된 상태를 유지하게 된다.
또한, 상기 양극 단자(141) 및 음극 단자(142) 형성을 위한 도금층은 전해 도금이나 무전해 도금에 의해 형성될 수 있으며, 고체 전해 콘덴서의 제작 단가를 더 낮추기 위하여 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성될 수도 있다.
상기 도금층이 무전해 도금을 통해 형성될 경우에는 무전해 니켈 인(Ni/P) 도금으로 형성된 내부 도금층과, 상기 내부 도금층에 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 도금으로 형성된 외부 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 기술적 구성을 갖는 본 실시예의 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 대하여 앞서 설명된 도면과 아래의 추가적으로 도시된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 제작시 공정도로서, 도 6은 단자보강재 형성시 단면도이고, 도 7은 단자보강재의 상면에 산화방지 코팅층 형성시의 단면도이며, 도 8은 액상 에폭시 수지 도포시 단면도이며, 도 9는 단자보강재에 콘덴서 소자 실장시 단면도이고, 도 10은 콘덴서 소자의 외부에 몰딩부 형성시 단면도이다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 합성수지 재질의 시트(200) 상에 단자보강재(150)를 일정한 간격으로 형성하고, 도 7에 도시된 바와 같이, 시트(200)의 상면과 단자보강재(150)의 상면이 복개되게 산화방지 코팅층(170)을 형성한다.
이 후에 도 8에 도시된 바와 같이, 단자보강재(150)의 일부가 복개되도록 시트(200) 상면에 액상 에폭시 수지(160)를 도포한다.
이때, 단자보강재(150)의 형성 간격은 콘덴서 소자(110)의 크기에 따라 가변될 수 있으며, 단자보강재(150) 상에 안착되는 콘덴서 소자(110)의 양측부 하면이 안정적으로 지지될 수 있는 간격으로 형성되어야 한다.
그리고, 단자보강재(150)와 시트(200) 상에 형성된 산화방지 코팅층(170)은 전해 또는 무전해 도금에 의해서 형성될 수 있으며, 액상 에폭시 수지(160)와 친화력이 우수한 재질로 형성됨이 바람직하다.
또한, 산화방지 코팅층(170)은 내약품성과 내열성 및 밀착성이 우수한 재질, 주로 에폭시 재질로 구성됨이 바람직하며, 스크린 프린팅 방식이나 스프레이 방식 등을 통해 단자보강재(150)의 상면을 비롯한 측면의 4면과 시트(200) 상면 전체에 형성될 수 있다.
이와 같은 산화방지 코팅층(170)은 콘덴서의 제조 공정 중에 고온의 챔버 내에서 콘덴서가 성형될 때 단자보강재(150)의 표면이 고온과 화학 약품에 노출되어 산화되는 것을 방지하게 되며, 이에 따라 단자보강재(150)와 액상 에폭시 수지(160)의 고착 강도가 저하되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
또한, 액상 에폭시 수지(160)는 시트(200) 상에 도포될 때 일부가 단자보강재(150) 상면에 복개되도록 장착됨이 바람직하며, 단자보강재(150) 상에 도포된 액상 에폭시 수지(160)는 경화됨에 의해서 그 상면에 안착된 콘덴서 소자(110)가 단자보강재(150)와 견고하게 고착될 수 있도록 한다.
다음, 일측면에 일단부가 돌출되게 양극 와이어(111)가 결합되고, 타측면에 음극 인출층(120)이 형성되며, 외부를 감싸는 음극 보강층(113)에 의해 표면이 음극의 성질을 갖는 콘덴서 소자(110)를 준비한다.
콘덴서 소자(110)에 형성된 음극 인출층(120)은 노즐을 이용한 디스펜싱 타입이나 디핑 타입 및 프린팅 타입에 의해서 형성될 수 있으며, 이때 상기 음극 인출층(120)의 형성 방법은 이에 한정되지 않고 음극 보강층(113)에서 안정적으로 음극이 인출될 수 있는 다양한 방식이 적용 가능하다.
상기 음극 인출층(120)은 Au, Pd, Ag, Ni, Cu 등의 점성이 있는 전도성 페이스트로 구성됨이 바람직하며, 콘덴서 소자(110)의 일면에 도포되어 대략 30 내지 300℃ 사이에서 건조, 경화, 소성 등의 가공을 통해 충분한 강도와 경도를 가지도록 한다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(110)의 일면에 음극 인출층(120)을 형성하기 전에 콘덴서 소자(110)의 일단부면에 전도성 완충재(115)를 더 형성할 수 있다. 상기 전도성 완충재(115)는 콘덴서 소자(110)의 일단부 표면을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 함과 동시에 상기 음극 인출층(120)과 콘덴서 소자(110)에 형성된 음극 보강층(113)과의 접촉 계면에서 발생되는 두 부재의 접촉 트러블이 방지되도록 한다.
다음으로, 액상 에폭시 수지(160)가 단자보강재(150)의 상부까지 도포된 시트(200) 상에 양극 와이어(111)와 음극 인출층(120)이 형성된 콘덴서 소자(110)를 실장한다.
이때, 상기 콘덴서 소자(110)의 양측부 하면은 단자보강재(150)의 상면에 안착되어 단자보강재(150)와 콘덴서 소자(110) 하면에 개재되는 액상 에폭시 수지(160)에 의해서 상호 견고하게 고착되며, 상기 콘덴서 소자(110)의 하면은 시트(200) 상에 도포된 액상 에폭시 수지(160)에 의해서 보호되도록 한다.
이와 같이, 단자보강재(150)가 형성된 시트(200) 상에 안착된 콘덴서 소자(110)는 도 8에 도시된 바와 같이 액상 에폭시 수지(160)로 복개된 부위를 제외한 콘덴서 소자(110)의 외표면에 비교적 큰 입자의 필러가 함유된 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(130)를 형성한다.
상기 몰딩부(130)는 시트(200)에 안착된 상태로 등간격 배열된 콘덴서 소자(110)의 외주면과 콘덴서 소자(110)에서 노출된 양극 와이어(111) 및 음극 인출층(120)의 외주면을 포함하여 전체적으로 몰딩 처리된다.
이 후, 몰딩부(130)가 형성된 콘덴서 소자(110)를 개별적으로 절단하여 단위 고체 전해 콘덴서(100)로 분리한다.
상기 몰딩부(130)가 형성된 고체 전해 콘덴서(100)는 블레이드를 이용한 다이싱(dicing) 또는 레이져를 이용한 레이져 절단 방법으로 콘덴서 소자(110)를 기준으로 절단될 수 있으며, 개별 제품으로 절단된 단위 콘덴서는 그 절단면을 그라인딩(grinding) 또는 트리밍(trimming)하여 양극 와이어(111)의 단부와 음극 인출층(120)의 단면이 노출되도록 한다.
이 후, 상기 단자보강재(150)의 형성과 액상 에폭시 수지(160)의 도포를 위하여 형성된 시트(200)를 제거하게 되며, 시트(200)의 제거은 열적, 화학적 또는 기계적 방법에 의해 제거될 수 있도록 한다.
상기 콘덴서 소자(110) 양측면의 그라인딩 및 트리밍에 의해서 도금층 형성 대상면의 불순물이 제거되고, 그라인딩과 트리밍이 완료된 제품에 대하여 몰딩부(130) 양측면과 각 단자보강재(150) 하면의 도금을 통해 양극 단자(141)와 음극 단자(142)를 형성한다.
이때, 상기 몰딩부(130) 상에 단부면이 노출된 양극 와이어(111)는 레이져를 이용하여 표면의 화성 피막이 제거되도록 함으로써, 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 양극 단자(141)와 음극 단자(142)를 형성하기 위한 도금층 형성은 앞서 설명한 바와 마찬가지로 전해 또는 무전해 도금으로 이루어질 수 있으며, 몰딩부(130)의 양측면에 페이스트를 이용한 디핑 및 도포하는 방식으로 도금층이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 콘덴서 소자 111. 양극 와이어
115. 전도성 완충재 120. 음극 인출층
130. 몰딩부 141. 양극 단자
142. 음극 단자 150. 단자보강재
160. 액상 에폭시 수지 170. 산화방지 코팅층

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 합성수지의 필름 형태로 구성된 시트 상에 단자보강재를 형성하는 단계;
    상기 시트 상면과 상기 단자보강재의 상면에 산화방지 코팅층이 형성되는 단계;
    상기 산화방지 코팅층 상에 액상 에폭시 수지(EMC)를 도포하는 단계;
    내부가 양극의 극성을 갖고 표면에 음극층이 형성되며, 일측 단부측에 양극 와이어가 결합된 콘덴서 소자를 준비하는 단계;
    상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계;
    상기 액상 에폭시 수지가 도포된 시트 상에 상기 콘덴서 소자를 일정한 간격으로 어레이하는 단계;
    어레이된 상기 콘덴서 소자의 외측면에 몰딩부를 형성하는 단계;
    상기 몰딩부의 양측부로 음극 인출층과 양극 와이어의 단부가 노출되도록 몰딩 제품을 커팅하는 단계; 및
    몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자 및 음극 단자를 형성하는 단계;
    를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 콘덴서 소자의 표면과 음극 인출층이 이루는 계면 상에서 발생되는 접합 트러블을 감소시키기 위하여 전도성 완충재를 형성하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 음극 인출층은, 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성될 수 있으며, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 몰딩부의 양측부를 커팅하는 단계 이후에는
    상기 시트를 제거하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 시트에 단자보강재를 형성하는 단계에서,
    상기 단자보강재는 에칭에 의한 패턴의 가공에 의해 형성되거나 무전해 또는 전해 도금에 의한 패턴의 가공에 의해서 형성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 산화방지 코팅층을 형성하는 단계에서,
    상기 산화방지 코팅층은 내약품성과 내열성 및 밀착성이 우수한 에폭시 계열의 소재로 선정되고, 스크린 프린팅이나 스프레이 방식을 통해 형성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 몰딩 제품을 커팅하는 단계 이후에는,
    커팅면에 도금층 형성이 용이하도록 불순물을 제거하기 위하여 그라인딩 및 트리밍 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
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