KR102680001B1 - 탄탈 커패시터 - Google Patents

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KR102680001B1
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Abstract

본 발명은, 탄탈 분말을 포함하고, 하면과의 거리가 상면과의 거리 보다 가깝게 위치하는 탄탈 와이어가 일 단면을 통해 노출되는 탄탈 바디; 상면에 상기 탄탈 바디가 배치되는 절연 부재; 상기 탄탈 바디를 캡슐화하는 캡슐부; 상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 와이어와 접속되는 상부 양극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 배치되는 하부 양극 패턴 및 상기 상부 양극 패턴과 상기 하부 양극 패턴을 연결하는 양극 연결부를 포함하는 양극 단자; 및 상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 바디와 접속되는 상부 음극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 상기 하부 양극 패턴과 이격되게 배치되는 하부 음극 패턴 및 상기 상부 음극 패턴과 상기 하부 음극 패턴을 연결하는 음극 연결부를 포함하는 음극 단자; 를 포함하는 탄탈 커패시터. 제공한다.

Description

탄탈 커패시터{TANTALUM CAPACITOR}
본 발명은 탄탈 커패시터에 관한 것이다.
탄탈륨(tantalum: Ta) 소재는 융점이 높고 연성 및 내부식성 등이 우수한 기계적 또는 물리적 특징을 갖는 금속으로, 전기, 전자, 기계, 화공, 우주 및 군사 분야 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용된다.
상기 탄탈륨 소재는 안정된 양극 산화 피막을 형성시킬 수 있는 특성으로 인해 소형 커패시터의 양극 소재로 널리 이용되고 있고, 최근 들어 전자 및 정보 통신과 같은 IT 산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하고 있다.
상기 탄탈 커패시터는 TV, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC 및 자동차 전장 부품 등과 같은 수동 부품 집약 제품에 사용되고, 최근 들어 수동 부품 집약 제품의 슬림화로 인해 탄탈 커패시터도 소형화가 이루어지는 추세이고, 디스플레이의 대형화로 인해 AP(Appication Processor) 적용에 따른 배터리의 용량 증가로 고용량화가 요구되고 있다.
미국등록특허 US 4,831,490 국내등록실용신안 20-0307570
본 발명의 목적은, 프레임레스 구조로 고용량을 확보하면서 구조를 간소화하여 제조시 공정 수를 최소화할 수 있는 탄탈 커패시터를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면은, 탄탈 분말을 포함하고, 하면과의 거리가 상면과의 거리 보다 가깝게 위치하는 탄탈 와이어가 일 단면을 통해 노출되는 탄탈 바디; 상면에 상기 탄탈 바디가 배치되는 절연 부재; 상기 탄탈 바디를 캡슐화하는 캡슐부; 상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 와이어와 접속되는 상부 양극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 배치되는 하부 양극 패턴 및 상기 상부 양극 패턴과 상기 하부 양극 패턴을 연결하는 양극 연결부를 포함하는 양극 단자; 및 상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 바디와 접속되는 상부 음극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 상기 하부 양극 패턴과 이격되게 배치되는 하부 음극 패턴 및 상기 상부 음극 패턴과 상기 하부 음극 패턴을 연결하는 음극 연결부를 포함하는 음극 단자; 를 포함하는 탄탈 커패시터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 상부 양극 패턴 위에 상기 탄탈 와이어와 접속되도록 배치되는 도전성 접착부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전성 접착부가 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄탈 와이어의 단부가 하측으로 절곡될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단탈 와이어의 비삽입영역은 상기 탄탈 바디의 일 단면으로부터 연장되는 제1 영역 및 상기 상부 양극 패턴에 접속되는 제2 영역으로 구분되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 단차지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 양극 연결부가 상기 절연 부재를 관통하여 상기 상부 양극 패턴과 상기 하부 양극 패턴을 연결하는 양극 비아 전극이고, 상기 음극 연결부가 상기 절연 부재를 관통하여 상기 상부 음극 패턴과 상기 하부 음극 패턴을 연결하는 음극 비아 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 양극 비아 전극은 상기 상부 양극 패턴 중 일부가 상기 하부 양극 패턴에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩(bending)된 부분이고, 상기 음극 비아 전극은 상기 상부 음극 패턴 중 일부가 상기 하부 음극 패턴에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩된 부분일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 상부 양극 패턴의 폭과 상기 상부 음극 패턴의 폭이 상기 절연 부재의 폭 보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 하부 양극 패턴의 폭과 상기 하부 음극 패턴의 폭이 상기 절연 부재의 폭 보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄탈 바디와 상기 상부 음극 패턴 사이에 배치되는 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전성 접착층이 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프레임레스 구조로 고용량을 확보하면서 캡슐부의 양 단면에 스퍼터링 및 도금을 하지 않아도 되기 때문에 구조를 간소화할 수 있어 탄탈 커패시터 제조시 공정 수를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 탄탈 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에서 탄탈 바디, 탄탈 와이어, 캡슐부, 상부 양극 패턴, 도전성 접착제 및 절연 부재를 나타낸 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 4는 도 1에서 절연 부재, 상부 양극 패턴 및 상부 음극 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 1의 저면도이다.
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, 도면에 표시된 X, Y, Z는 각각 탄탈 커패시터, 캡슐부 및 탄탈 바디의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다.
이와 함께, 도면에서 X방향으로의 서로 대향하는 면은 양 단면으로, Y방향으로의 서로 대향하는 면은 양 측면으로, Z방향으로의 서로 대향하는 면은 상면 및 하면으로 각각 정의하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 탄탈 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에서 탄탈 바디, 탄탈 와이어, 캡슐부, 상부 양극 패턴, 도전성 접착제 및 절연 부재를 나타낸 투명사시도이고, 도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이고, 도 4는 도 1에서 절연 부재, 상부 양극 패턴 및 상부 음극 패턴을 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 1의 저면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 적용되는 탄탈 커패시터(1)는, 탄탈 바디(10), 절연 부재(60), 캡슐부(40), 양극 단자(20) 및 음극 단자(30)를 포함한다.
탄탈 바디(10)는 탄탈 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반시키고, 혼합된 분말을 압축하여 대체로 직육면체로 성형한 후, 이를 1,000 내지 2,000
Figure 112019122353471-pat00001
의 고진공(10-5 torr 이하) 분위기에서 소결시켜 제작할 수 있다.
탄탈 바디(10)는 X방향의 일 단면을 통해 노출되는 탄탈 와이어(11)를 가진다.
탄탈 와이어(11)는 탄탈 바디(10) 제조시 혼합 분말을 압축하기 전에 중심으로부터 편심되도록 탄탈 분말과 바인더의 혼합물에 삽입하여 탄탈 바디(10)에 장착할 수 있다.
본 실시 예에서, 탄탈 와이어(11)는 탄탈 바디(10)의 하면에 인접하게 배치된다.
이에 탄탈 와이어(11)는 Z방향으로 탄탈 바디(10)의 하면과의 거리가 탄탈 바디(10)의 상면과의 거리 보다 가깝게 위치하게 된다.
또한, 탄탈 와이어(11)는 탄탈 바디(10) 내부에 삽입되는 삽입영역(11a)과 탄탈 바디(10) 밖으로 노출되는 비삽입영역으로 구분될 수 있다.
상기 비삽입영역은 탄탈 바디(10)의 일 단면으로부터 연장되는 제1 영역(11b)과 제1 영역(11b)의 단부에서 X방향으로 더 연장되고 양극 단자(20)와 접속되는 제2 영역(11c)으로 구분될 수 있다.
이때, 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)은 제1 영역(11b)의 단부에서 Z방향의 하측으로 절곡되게 형성될 수 있다.
또한, 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)은 제1 영역(11b)과 상면이 단차지게 형성될 수 있다.
이에 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)이 후술하는 양극 단자(20)의 상부 양극 패턴과 보다 용이하게 접촉되도록 할 수 있다.
절연 부재(60)는 상면에 탄탈 바디(10)가 배치된다.
이러한 절연 부재(60)는 예를 들어 FR4와 같은 절연체로 이루어질 수 있다.
캡슐부(40)는 탄탈 바디(10)를 캡슐화한다.
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.
이러한 캡슐부(40)는 외부로부터 탄탈 와이어(11) 및 탄탈 바디(10)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
양극 단자(20)는 도전성 금속으로 이루어지고, 상부 양극 패턴(22), 하부 양극 패턴(21) 및 양극 연결부(23)를 포함한다.
상부 양극 패턴(22)은 절연 부재(60)의 상면에 배치되어 탄탈 와이어(11)와 접속된다.
이때, 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)이 상부 양극 패턴(22)에 접촉될 수 있고, 제2 영역(11c)이 하측으로 절곡된 경우 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)과 상부 양극 패턴(22)이 서로 접촉되기 용이해진다.
또한, 상부 양극 패턴(22)의 Y방향의 폭은 절연 부재(60)의 Y방향의 폭 보다 작을 수 있다.
그리고, 상부 양극 패턴(22) 위에는 탄탈 와이어(11)의 제2 영역(11c)와 접속되도록 도전성 접착부(51)가 배치될 수 있다.
도전성 접착부(51)는 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
상기 도전성 금속 분말은 Ag(은)일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 양극 패턴(21)은 절연 부재(60)의 하면에 배치되고, 본 발명의 탄탈 커패시터(1)를 기판 등에 실장시 전기적인 연결을 하는 역할을 한다.
이때, 하부 양극 패턴(21)의 Y방향의 폭은 절연 부재(60)의 Y방향의 폭 보다 작을 수 있다.
양극 연결부(23)는 상부 양극 패턴(22)과 하부 양극 패턴(21)을 서로 연결한다.
또한, 양극 연결부(23)는 절연 부재(60)를 Z방향으로 관통하여 상부 양극 패턴(22)과 하부 양극 패턴(21)을 연결하는 양극 비아 전극일 수 있다.
상기 양극 비아 전극은 상부 양극 패턴(22) 중 일부가 하부 양극 패턴(21)에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩(bending)되는 부분으로 이루어질 수 있다.
이때, 양극 비아 전극의 내측(24)에 도전성 접착부를 형성하는 도전성 접착제 중 일부가 채워지면서 양극 단자(20)의 접합력이 향상될 수 있다.
음극 단자(30)는 도전성 금속으로 이루어지고, 상부 음극 패턴(32), 하부 음극 패턴(31) 및 음극 연결부(33)을 포함한다.
상부 음극 패턴(32)은 절연 부재(60)의 상면에 상부 양극 패턴(22)과 X방향으로 이격되게 배치되어 탄탈 바디(10)와 접속된다.
또한, 상부 음극 패턴(32)의 Y방향의 폭은 절연 부재(60)의 Y방향의 폭 보다 작을 수 있다.
이때, 탄탈 바디(10)와 상부 음극 패턴(32) 사이에 도전성 접착층(52)이 배치될 수 있다.
도전성 접착층(52)은 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.
상기 도전성 금속 분말은 Ag(은)일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 음극 패턴(31)은 절연 부재(60)의 하면에 하부 양극 패턴(21)과 X방향으로 이격되게 배치되고, 본 발명의 탄탈 커패시터(1)를 기판 등에 실장시 전기적인 연결을 하는 역할을 한다.
또한, 하부 음극 패턴(31)의 Y방향의 폭은 절연 부재(60)의 Y방향의 폭 보다 작을 수 있다.
음극 연결부(33)는 상부 음극 패턴(32)과 하부 음극 패턴(31)을 서로 연결한다.
또한, 음극 연결부(33)는 절연 부재(60)를 Z방향으로 관통하여 상부 음극 패턴(32)과 하부 음극 패턴(31)을 연결하는 음극 비아 전극일 수 있다.
상기 음극 비아 전극은 상부 음극 패턴(32) 중 일부가 하부 양극 패턴(31)에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩되는 부분으로 이루어질 수 있다.
이때, 음극 비아 전극의 내측(34)에 도전성 접착층을 형성하는 도전성 접착제 중 일부가 채워지면서 음극 단자(30)의 접합력이 향상될 수 있다.
본 실시 예에서는, 상부 음극 패턴(32)이 음극 비아 전극(33)에 의해 하부 음극 패턴(31)과 최단 거리로 연결되므로 전류 패스(current path)가 감소하여 탄탈 커패시터(1)의 ESR을 저감시킬 수 있다.
종래의 탄탈 커패시터는 하면 전극 구조와 프레임레스(frameless) 구조로 구분된다.
하면 전극 구조의 탄탈 커패시터는 양극 단자와 음극 단자가 캡슐부의 하면에만 배치되어, 양극 단자는 캡슐부를 수직으로 관통하여 탄탈 와이어와 연결되고, 탄탈 바디가 음극 단자 위에 실장되는 구조이다.
프레임레스 구조의 탄탈 커패시터는 절연 부재의 하면에 음극 패턴과 양극 패턴이 형성되고, 절연 부재의 상면에 하부 음극 패턴과 마주보게 상부 음극 패턴이 형성된다.
탄탈 바디는 상부 음극 패턴 위에 실장되고, 캡슐부의 일 단면에 스퍼터링(sputtering)과 전기 도금을 실시하여 상부 및 하부 음극 패턴이 서로 연결되도록 한다.
또한, 탄탈 와이어가 캡슐부의 타 단면을 통해 노출되도록 하고, 캡슐부의 타 단면에 스퍼터링과 전기 도금을 실시하여 하부 양극 패턴과 탄탈 와이어가 서로 연결되도록 한다.
이와 같이 구성되는 프레임레스 구조의 탄탈 커패시터는 동일 사이즈에서 하면 전극 구조의 탄탈 커패시터 보다 탄탈 바디의 체적을 증가시킬 수 있어서 용량을 더 향상시킬 수 있다.
그러나, 프레임레스 구조의 탄탈 커패시터는 하면 전극 구조의 탄탈 커패시터에 비해 구조가 복잡하고 제조시 추가 공정이 필요하기 때문에 제조 비용 측면에서 상대적으로 불리하다.
본 실시 예의 탄탈 커패시터는 프레임레스 구조의 우수한 탄탈 바디 체적비를 제공할 수 있고, 종래의 프레임레스 구조의 다이싱(dicing) 공정과, 상부 및 하부 음극 패턴을 연결하기 위한 스퍼터링 및 전기 도금과, 하부 양극 패턴과 탄탈 와이어를 연결하기 위한 스퍼터링 및 전기 도금이 필요하지 않아, 탄탈 커패시터 제조시 공정 수를 줄일 수 있어 종래의 프레임레스 구조의 탄탈 커패시터에 비해 제조 비용을 크게 저감할 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: 하부 양극 패턴
22: 상부 양극 패턴
23: 양극 비아 전극
30: 양극 단자
31: 하부 음극 패턴
32: 상부 음극 패턴
33: 음극 비아 전극
40: 캡슐부
51: 도전성 접착제
52: 도전성 접착층
60: 절연 부재

Claims (11)

  1. 탄탈 분말을 포함하고, 하면과의 거리가 상면과의 거리 보다 가깝게 위치하는 탄탈 와이어가 일 단면을 통해 노출되는 탄탈 바디;
    상면에 상기 탄탈 바디가 배치되는 절연 부재;
    상기 탄탈 바디를 캡슐화하는 캡슐부;
    상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 와이어와 접속되는 상부 양극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 배치되는 하부 양극 패턴 및 상기 상부 양극 패턴과 상기 하부 양극 패턴을 연결하는 양극 연결부를 포함하는 양극 단자; 및
    상기 절연 부재의 상면에 배치되어 상기 탄탈 바디와 접속되는 상부 음극 패턴, 상기 절연 부재의 하면에 상기 하부 양극 패턴과 이격되게 배치되는 하부 음극 패턴 및 상기 상부 음극 패턴과 상기 하부 음극 패턴을 연결하는 음극 연결부를 포함하는 음극 단자; 를 포함하며,
    상기 탄탈 와이어의 비삽입영역은 상기 탄탈 바디의 일 단면으로부터 연장되는 제1 영역 및 상기 상부 양극 패턴에 접속되는 제2 영역 및 상기 제1 및 제2 영역을 연결하는 연결영역으로 구분되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 단차지게 형성되며,
    상기 연결영역의 두께는 상기 제1 및 제2 영역의 두께 각각보다 큰, 탄탈 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 양극 패턴 위에 상기 탄탈 와이어와 접속되도록 배치되는 도전성 접착부를 더 포함하는 탄탈 커패시터
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도전성 접착부가 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함하는 탄탈 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 와이어의 단부가 하측으로 절곡되는 탄탈 커패시터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극 연결부가 상기 절연 부재를 관통하여 상기 상부 양극 패턴과 상기 하부 양극 패턴을 연결하는 양극 비아 전극이고,
    상기 음극 연결부가 상기 절연 부재를 관통하여 상기 상부 음극 패턴과 상기 하부 음극 패턴을 연결하는 음극 비아 전극인 탄탈 커패시터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양극 비아 전극은 상기 상부 양극 패턴 중 일부가 상기 하부 양극 패턴에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩(bending)된 부분이고,
    상기 음극 비아 전극은 상기 상부 음극 패턴 중 일부가 상기 하부 음극 패턴에 접속되도록 하측으로 볼록하게 벤딩된 부분인 탄탈 커패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 양극 패턴의 폭과 상기 상부 음극 패턴의 폭이 상기 절연 부재의 폭 보다 작은 탄탈 커패시터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하부 양극 패턴의 폭과 상기 하부 음극 패턴의 폭이 상기 절연 부재의 폭 보다 작은 탄탈 커패시터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 상기 상부 음극 패턴 사이에 배치되는 도전성 접착층을 더 포함하는 탄탈 커패시터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도전성 접착층이 에폭시계의 열경화성 수지 및 도전성 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄탈 커패시터.
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