KR102319603B1 - 전자 부품 - Google Patents

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KR102319603B1
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Abstract

본 발명은, 일렬로 배치되는 복수의 탄탈 커패시터를 포함하는 커패시터 어레이; 및 상기 커패시터 어레이의 상면과 양 측면을 지지하여 복수의 탄탈 커패시터가 분리되지 않도록 하는 고정 부재; 를 포함하고, 상기 커패시터 어레이는 인접한 탄탈 커패시터의 대응하는 면에서 서로 접촉되는 면적이 대응하는 면 전체의 90% 이상인 전자 부품을 제공한다.

Description

전자 부품{ELECTONIC COMPONENT}
본 발명은 전자 부품에 관한 것이다.
탄탈륨(tantalum: Ta) 소재는 융점이 높고 연성 및 내부식성 등이 우수한 기계적 또는 물리적 특징으로 인해 전기, 전자, 기계 및 화공을 비롯하여 우주 및 군사 분야 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 금속이다.
상기 탄탈륨 소재는 안정된 양극 산화 피막을 형성시킬 수 있는 특성으로 인해 소형 캐패시터의 양극 소재로 널리 이용되고 있고, 최근 들어 전자 및 정보 통신과 같은 IT 산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하는 실정이다.
상기 탄탈륨 소재를 이용하는 탄탈 커패시터는 탄탈륨 파우더(Tantalum Powder)를 소결하여 굳혔을 때 나오는 빈 틈을 이용하는 구조로서, 탄탈 표면에 양극 산화법을 이용하여 산화 탄탈(Ta2O5)을 형성하고, 상기 산화 탄탈을 유전체로 하여 그 위에 전해질인 이산화망간층(MnO2)을 형성하고, 상기 이산화망간층 위에 카본층 및 금속층을 형성하여 몸체를 형성하고, 기판(PCB)의 실장을 위하여 상기 몸체에 양극 및 음극을 형성하고 캡슐부를 형성하여 완성하게 된다.
이러한 탄탈 커패시터는, TV, 모바일, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC, 자동차 전장 부품 등과 같은 수동 부품 집약 제품에 사용되는 전자 부품으로, 최근 들어 소형이면서 고용량을 구현할 수 있는 탄탈 커패시터의 요구가 증가하는 추세이다.
이에 고용량의 제품을 구현하기 위해서는 제품의 전체 사이즈를 증가시키면 되지만, 실제 설계시 제품 사이즈가 커지면 반제품 소자 성형에 어려움이 있고, 다공성의(porous) 제품 내부에 균일하게 음극층을 형성하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
일본공개특허 2012-156568 국내등록특허 10-1702398
본 발명의 목적은, 제품의 총 사이즈를 크게 증가시키지 않으면서 탄탈 커패시터를 포함하는 고용량 및 저저항의 전자 부품을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면은, 일렬로 배치되는 복수의 탄탈 커패시터를 포함하는 커패시터 어레이; 및 상기 커패시터 어레이의 상면과 양 측면을 지지하여 복수의 탄탈 커패시터가 분리되지 않도록 하는 고정 부재; 를 포함하고, 상기 커패시터 어레이는 인접한 탄탈 커패시터의 대응하는 면에서 서로 접촉되는 면적이 대응하는 면 전체의 90% 이상인 전자 부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 고정 부재는, 상기 커패시터 어레이의 상면에 길게 배치되는 수평부와, 상기 수평부의 양 단에서 하측으로 각각 연장되어 상기 커패시터 어레이의 양 측면에 각각 배치되는 제1 및 제2 수직부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 고정 프레임은 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄탈 커패시터는, 탄탈 분말을 포함하고, 일면으로 노출되는 탄탈 와이어를 가지는 탄탈 바디; 상기 탄탈 와이어의 단부가 노출되도록 상기 탄탈 바디를 캡슐화하는 캡슐부; 상기 캡슐부의 하면에 형성되는 양극 실장부 및 상기 양극 실장부에서 상기 캡슐부의 일 단면으로 연장되는 양극 접속부를 포함하고, 상기 양극 접속부가 상기 탄탈 와이어와 접속되는 양극 단자; 상기 탄탈 바디의 하면에 접속되도록 배치되고, 상기 캡슐부의 타 단면을 통해 노출되는 박판 전극; 및 상기 켑슐부의 하면에 상기 양극 실장부와 이격되게 형성되는 음극 실장부 및 상기 음극 실장부에서 상기 캡슐부의 타 단면으로 장되는 음극 접속부를 포함하고, 상기 음극 단자부가 상기 박판 전극과 접속되는 음극 단자; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전자 부품은, 상기 캡슐부와 상기 양극 실장부에 배치되고, 상기 박판 전극과 상기 음극 실장부 사이에 배치되는 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄탈 바디와 상기 박판 전극 사이에 배치되는 제1 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 도전성 접착층은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄탈 바디와 상기 음극 단자의 음극 접속부 사이에 배치되는 제2 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 도전성 접착층은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 탄탈 커패시터를 물리적인 구조로 병렬 모듈화하여 제품의 총 사이즈를 크게 증가시키지 않으면서도 전자 부품의 총 용량은 향상시키고, ESR은 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 적용되는 탄탈 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에서 탄탈 바디, 탄탈 와이어, 캡슐부, 및 절연 부재를 나타낸 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 4는 도 1의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해 방향을 정의하면, 탄탈 바디에서 탄탈 와이어가 노출되는 방향을 전방으로 설정하고, 상기 전방과 대향하는 방향을 후방으로 설정하고, 탄탈 바디의 길이 방향의 양면을 양 단면으로, 탄탈 바디의 두께 방향의 양면을 상면 및 하면으로, 탄탈 바디의 폭 방향의 양면을 양 측면으로 설정하여 설명하기로 한다.
또한, 도면에 표시된 X, Y, Z는 각각 전자 부품, 탄탈 커패시터, 탄탈 바디 및 캡슐부의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 적용되는 탄탈 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에서 탄탈 바디, 탄탈 와이어, 캡슐부, 및 절연 부재를 나타낸 투명사시도이고, 도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이고, 도 4는 도 1의 저면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 적용되는 탄탈 커패시터(1)는, 탄탈 바디(10), 캡슐부(40), 양극 단자(20), 박판 전극(33) 및 음극 단자(30)를 포함한다.
탄탈 바디(10)는, 탄탈 분말을 포함하고, 소결에 의해 성형될 수 있다.
또한, 탄탈 바디(10)는 일 예로서 탄탈 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반시키고, 혼합된 분말을 압축하여 대체로 직육면체로 성형한 후, 이를 고온 및 고진동 하에서 소결시켜 제작할 수 있다.
그리고, 탄탈 바디(10)는 X방향의 일면으로 노출되는 탄탈 와이어(11)를 가진다.
이때, 탄탈 와이어(11)는 상기 혼합 분말을 압축하기 전에 중심으로부터 편심되도록 상기 탄탈 분말과 바인더의 혼합물에 삽입하여 장착할 수 있다.
다시 말해, 탄탈 바디(10)는 바인더를 혼합한 탄탈 분말에 탄탈 와이어(11)를 삽입하여 원하는 크기의 탄탈 소자로 성형한 다음, 상기 탄탈 소자를 약 1,000 내지 2,000℃의 고진공(10-5 torr 이하) 분위기에서 30분 정도 소결하여 마련할 수 있다
캡슐부(40)는 탄탈 와이어(11)의 단부가 X방향의 일 단면을 통해 노출되게 한 상태에서 탄탈 바디(10)를 캡슐화한다.
이러한 캡슐부(40)는 탄탈 바디(10)를 둘러싸도록 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드; epoxy molding compound) 등의 수지를 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)하여 형성될 수 있다.
캡슐부(40)는 외부로부터 탄탈 와이어(11) 및 탄탈 바디(10)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
양극 단자(20)는 도전성 금속으로 이루어지고, 양극 실장부(21)와 양극 접속부(22)를 포함한다.
양극 실장부(21)는 캡슐부(40)의 하면 쪽에 배치되어 다른 전자 제품과의 전기적인 연결을 위한 단자로 사용될 수 있다.
양극 접속부(22)는 양극 실장부(21)의 단부에서 Z방향으로 절곡되어 캡슐부(40)의 일 단면에 배치되도록 연장되는 부분으로, 탄탈 와이어(11)의 노출된 부분과 접속된다.
이때, 양극 접속부(22)는 탄탈 와이어(11)의 단부와 예를 들어, 전기 용접 등에 의해 접합될 수 있으며, 특히 상기 전기 용접은 전기 스폿 용접 방식을 사용하여 수행될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
음극 단자(30)는 도전성 금속으로 이루어지고, 음극 실장부(31)와 음극 접속부(32)를 포함한다.
음극 실장부(31)는 켑슐부(40)의 하면 쪽에 X방향으로 양극 실장부(21)와 이격되게 배치되고, 다른 전자 제품과의 전기적인 연결을 위한 단자로 사용될 수 있다.
음극 접속부(32)는 음극 실장부(31)의 단부에서 Z방향으로 절곡되어 캡슐부(40)의 타 단면에 배치되도록 연장되는 부분으로, 박판 전극(33)과 접속된다.
이때, 탄탈 바디(10)와 음극 단자(30)의 음극 접속부(32) 사이에 고착력 및 진기적 연결성을 향상시키기 위해 캡슐부(40)가 형성되지 않고 제2 도전성 접착층(72)이 배치될 수 있다.
제2 도전성 접착층(72)은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
박판 전극(33)은 탄탈 바디(10)의 하면에 배치되고, Z방향의 하면이 노출되고, X방향의 일 단부가 캡슐부(40)의 타 단면(도면 상으로 후방측 단면)을 통해 노출된다.
또한, 박판 전극(33)은 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 예컨대 망간 및 폴리머 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 박판 전극(33)은 음극 단자(30)와 일체형으로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 탄탈 바디(10)가 박판 전극(33)을 이용하여 음극 단자(30)와 연결되면 전류 패스(current path)가 감소하고 이와 함께 탄탈 바디(10)와 음극 단자(30)가 접촉하는 면적을 크게 하여 면 저항을 줄임으로써 탄탈 커패시터(1)의 ESR을 저감시킬 수 있다.
또한, 종래의 탄탈 커패시터에서, 탄탈 바디와 음극 단자 사이에 형성되던 솔더를 생략할 수 있어서, 이렇게 생략된 솔더의 면적만큼 탄탈 바디의 사이즈를 크게 하여 탄탈 커패시터의 정전 용량을 증가시킬 수 있다.
그리고, 탄탈 바디(10)의 하면과 박판 전극(33) 사이에 고착력 및 전기적 연결성을 높이기 위해 제1 도전성 접착층(71)이 배치될 수 있다.
제1 도전성 접착층(71)은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
그리고, 본 실시 예의 탄탈 커패시터(1)는 캡슐부(40)와 양극 실장부(21) 사이 및 박판 전극(33)과 음극 실장부(31) 사이에 배치되는 절연 부재(60)를 더 포함할 수 있다.
이러한 절연 부재(60)의 하면에 양극 단자(20)와 음극 단자(30)가 X방향으로 서로 이격되게 배치되고, 절연 부재(60)는 예를 들어 FR4와 같은 절연체로 이루어질 수 있다.
이에 탄탈 바디(10)와 외부 단자로 이용되는 양극 실장부(21) 및 음극 실장부(31)와의 거리를 조절하는 역할을 수행할 수 있고, 박판 전극(33)과 양극 단자(20)가 서로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 전자 부품은, 일렬로 배치되는 복수의 탄탈 커패시터(1, 1')를 포함하는 커패시터 어레이와 고정 부재(80)를 포함한다.
본 실시 예에서는 2개의 탄탈 커패시터(1, 1')를 Y방향으로 마주보는 측면이 서로 접촉되게 하여 일렬로 배치한 것으로 도시하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 전자 부품은 3개 이상의 탄탈 커패시터를 Y방향으로 일렬로 배치하여 구성할 수 있다.
고정 부재(80)는 커패시터 어레이의 상면과 양 측면을 지지하여 제1 및 제2 탄탈 커패시터(1, 1')가 분리되지 않도록 한다.
즉, 고정 부재(80)가 고리 형태로 커패시터 어레이의 상면과 양 측면을 누르는 형태가 되면서, 일렬로 배치된 제1 및 제2 탄탈 커패시터가 분리되지 않고 대체로 직사각형 형상의 커패시터 어레이의 형태를 유지하게 되는 것이다.
이때, 고정 부재(80)는 전자 부품의 리플로우(reflow) 통과 시에도 용융되지 않는 용융점이 높은 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(80)는 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 고정 부재(80)는 커패시터 어레이의 상면에 Y방향으로 길게 배치되는 수평부(81)와, 수평부(81)의 양 단에서 Z방향의 하측으로 각각 연장되어 커패시터 어래이의 양 측면에 각각 배치되는 제1 및 제2 수직부(82, 83)를 포함할 수 있다.
즉, 수평부(81)는 제1 탄탈 커패시터(1)의 캡슐부(40)와 제2 탄탈 커패시터(1')의 캡슐부(40)의 상면에 접촉되게 배치되고, 제1 수직부(82)는 제1 탄탈 커패시터(1)의 캡슐부(40)의 Y방향의 일 측면에 접촉되게 배치되고, 제2 수직부(83)는 제2 탄탈 커패시터(1')의 캡슐부(40')의 Y방향의 일 측면에 접촉되게 배치된다.
이때, 제1 수직부(82)의 Z방향의 길이는 하단이 캡슐부(40)의 하단까지 연장되도록 하고, 제2 수직부(83)의 Z방향의 길이는 하단이 캡슐부(40')의 하단까지 연장되도록 하는 것이 전자 부품의 구조적인 안정성 면에서 바람직하다.
이때, 제1 탄탈 커패시터(1)의 캡슐부(40)의 Y방향의 타 측면과 제2 탄탈 커패시터(1')의 캡슐부(40')의 Y방향의 타 측면이 서로 접촉된다.
또한, 제1 탄탈 커패시터(1)의 양극 실장부(21)와 제2 탄탈 커패시터(1')의 양극 실장부(21')는 Y방향으로 서로 마주보는 면이 접촉될 수 있고, 제1 탄탈 커패시터(1)의 양극 접속부(22)와 제2 탄탈 커패시터(1')의 양극 접속부(22')는 Y방향으로 서로 마주보는 면이 접촉될 수 있다.
또한, 제1 탄탈 커패시터(1)의 음극 실장부(31)와 제2 탄탈 커패시터(1')의 음극 실장부(31')는 서로 마주보는 면이 접촉될 수 있고, 제1 탄탈 커패시터(1)의 음극 접속부(32)와 제2 탄탈 커패시터(1')의 음극 접속부(32')는 서로 마주보는 면이 접촉될 수 있다.
탄탈 커패시터 중 탄탈륨 소재와 전극을 연결하기 위하여 내부 리드 프레임이나 프레임 없이 단자를 외부로 추출하는 프레임레스(frameless) 구조가 있다.
종래의 프레임레스 구조의 탄탈 커패시터의 경우, 음극 단자는 제품의 측면에 위치하므로, 탄탈 바디와 음극 단자 사이에 솔더가 형성되는 용접 거리를 확보해야 하는 등의 이유로 인해 탄탈 바디의 내부 용적률이 작아지면서 정전 용량이 저하되는 문제점이 있다.
본 실시 예의 전자 부품에 적용되는 탄탈 커패시터는 프레임레스(frameless) 구조로서, 탄탈 커패시터의 옆면에 굴곡이 없거나 매우 적다는 점을 이용하여 복수의 탄탈 커패시터를 Y방향으로 일렬로 배치한 후 고정 부재로 서로 연결하여 고정한 것이다.
이와 같이 구성된 본 실시 예에 따른 전자 부품은, 고객이 원하는 제품 사이즈의 1/n 사이즈로 각각의 탄탈 커패시터를 설계 및 제작한 후 이러한 탄탈 커패시터 복수 개를 병렬 연결함으로써, 전자 부품의 용량을 n배로 구현함과 동시에 전자 부품의 ESR을 1/n로 저하시키는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 이러한 본 발명의 커패시터 어레이 구조는 종래의 제품 옆면에 굴곡이 있는 일반 구조 및 하면 전극 구조의 탄탈 커패시터는 적용이 어렵다.
이때, 커패시터 어레이는 인접한 탄탈 커패시터의 캡슐부의 대응하는 면에서 서로 접촉되는 면적이 대응하는 면 전체의 90% 이상이 될 수 있다.
만약 인접한 탄탈 커패시터의 캡슐부의 대응하는 면에서 서로 접촉되는 면적이 대응하는 면 전체의 90% 미만이면 인접한 탄탈 커패시터들의 계면에 들뜸이 발생하여 전자 부품으로서의 기계적 신뢰성이 급격히 저하될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 탄탈 커패시터
10: 탄탈 바디
11: 탄탈 와이어
20: 양극 단자
21: 양극 실장부
22: 양극 접속부
31: 음극 실장부
32: 음극 접속부
33: 박판 전극
40: 캡슐부
71, 72: 제2 및 제1 도전성 접착층
80: 고정 부재

Claims (9)

  1. 일렬로 배치되는 복수의 탄탈 커패시터를 포함하는 커패시터 어레이; 및
    상기 커패시터 어레이의 상면과 양 측면을 지지하여 복수의 탄탈 커패시터가 분리되지 않도록 하는 고정 부재; 를 포함하고,
    상기 커패시터 어레이는 인접한 탄탈 커패시터의 대응하는 면에서 서로 접촉되는 면적이 대응하는 면 전체의 90% 이상이고,
    상기 탄탈 커패시터는,
    탄탈 분말을 포함하고, 일면으로 노출되는 탄탈 와이어를 가지는 탄탈 바디;
    상기 탄탈 와이어의 단부가 노출되도록 상기 탄탈 바디를 캡슐화하는 캡슐부;
    상기 캡슐부의 하면에 형성되는 양극 실장부 및 상기 양극 실장부에서 상기 캡슐부의 일 단면으로 연장되는 양극 접속부를 포함하고, 상기 양극 접속부가 상기 탄탈 와이어와 접속되는 양극 단자;
    상기 탄탈 바디의 하면에 접속되도록 배치되고, 상기 캡슐부의 타 단면을 통해 노출되는 박판 전극; 및
    상기 캡슐부의 하면에 상기 양극 실장부와 이격되게 형성되는 음극 실장부 및 상기 음극 실장부에서 상기 캡슐부의 타 단면으로 연장되는 음극 접속부를 포함하고, 상기 음극 접속부가 상기 박판 전극과 접속되는 음극 단자; 를 포함하는 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 부재는, 상기 커패시터 어레이의 상면에 배치되는 수평부와, 상기 수평부의 양 단에서 하측으로 각각 연장되어 상기 커패시터 어레이의 양 측면에 각각 배치되는 제1 및 제2 수직부를 포함하는 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정 부재가 금속으로 이루어지는 전자 부품.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐부와 상기 양극 실장부 사이에 배치되고, 상기 박판 전극과 상기 음극 실장부 사이에 배치되는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 상기 박판 전극 사이에 배치되는 제1 도전성 접착층을 더 포함하는 전자 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 도전성 접착층은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 상기 음극 단자의 음극 접속부 사이에 배치되는 제2 도전성 접착층을 더 포함하는 전자 부품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 도전성 접착층은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
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