KR19990080058A

KR19990080058A - 탄탈륨커패시터의화성방법

Info

Publication number: KR19990080058A
Application number: KR1019980013033A
Authority: KR
Inventors: 김상겸
Original assignee: 권문구; 엘지전선 주식회사
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 1999-11-05

Abstract

본 발명은 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정중 화성공정의 전압/전류 인가 방법을 개선하여 손실각의 정점 및 누설전류의 큰 향상 업시이 그 소요시간을 줄일 수 있도록 하기 위하여 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정중 화성공정의 전압/전류 인가방식에 있어서, 화성시 전압/전류 인가방식을 계단식 정전압 방식을 이용하고, 상기에서 전압증가폭을 1∼10V로 하고, 각 전압에서의 유지시간을 1∼10분 유지하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 커패시터의 화성방법을 제공한다.

Description

탄탈륨 커패시터의 화성 방법

본 발명은 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정중 화성공정의 전압/전류 인가 방법을 개선한 탄탈륨 커패시터의 화성 방법에 관한 것이다.

탄탈륨 전해 커패시터는 전기/전자 부품중의 하나로 소형화 및 고주파 특성 등에 장점을 가지고 있어 많이 사용되는 부품이다. 그 대표적 제조공정을 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같다. 이러한 제조공정중 화성과 재화성공정은 전체 제조공정중 대부분의 시간을 차지하는 공정으로 커패시터의 가장 중요한 유전층 형성을 위한 것이다. 이러한 화성공정은 양극(+)에 소결된 탄탈륨 펠렛을 연결시키고 음극(-)에 백금 전극을 연결시킨 후 특정용액중에서 전류나 전압을 인가시키면서 소결된 탄탈륨 펠렛 표면에 산화 탄탈륨(Ta₂O₅)를 형성시키는 과정이다. 이 과정중에서 커패시터의 주요 특성인 정전용량(Capacitanci), 손실각의 정접(Dissipation Factor), 누설전류(Leakage Current)등이 결정된다. 이중 손실각의 정접과 누설전류는 산화탄탈륨층의 치밀도와 관련된 값으로 기존에 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정에서는 정전류 화성을 하게 된다.

정전류 화성은 일정전류를 인가하면서 산화 탄탈륨을 형성시키는 것인데, 일정전압을 인가하면서 화성하는 정전압화성에 비하며 그 처리 시간은 더 많이 소요되지만 치밀한 산화피막을 얻음으로써 손실각의 정접 및 누설전류를 낮출 수 있다.

본 발명은 전류/전압인가 방법을 계단식 정전압 방식으로 바꿈으로서 손실각의 정접 및 누설전류의 큰 향상 없이 그 소요시간을 줄일 수 있도록 하기 위한 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위하여 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정중 화성공정의 전압/전류 인가방식에 있어서, 화성시 전압/전류 인가방식을 계단식 전전압 방식을 이용하고, 상기에서 전압증가폭을 1∼10V로 하고, 각 전압에서의 유지시간을 1∼10분 유지하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 커패시터의 화성방법을 제공한다.

도 1은 탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정

도 2는 화성공정의 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 탄탈륨 펠렛 12 ; 백금 전극

13 : 화성탱크 14 : 화성액

15 : DC Power Supply

화성공정중 결정되는 커패시터 특성의 하나인 정전용량은 소결된 탄탈륨 펠렛의 표면적과 그 산화층의 두께에 의해서 결정되는데 그 기본식은 다음과 같다.

C ∝ ( AK/t)

여기서 C = 정전용량, A = 전극의 표면적, K = 유전상수, t = 유전층 두께

상기식을 기준으로 볼대 전극의 표면적(A)는 탄탈륨 펠렛 소결시 결정되므로 화성공정과 상관이 없다. 유전상수(K) 또한 산화 탄탈륨 재료의 고유 특성이므로 화성공정과 무관하다. 유전층 두께(t)는 화성시 인가된 최종전압값에 비례하고 식2에 따른다.

t = 22.8V + 32

여기서, t = 유전층 두께, V = 화성전압

화성전압이라는 것은 화성시 인가된 전압값을 뜻하므로 그 과정이 정전류 이었거나 정전압 이었거나에 대해서는 관련이 없다.

그러나, 손실각의 정점과 누설전류는 유전재료 즉 산화탄탈륨의 치밀도와 연관된 사항으로 특히 누설전류의 경우 그 관련도가 크다. 일반적으로 정전압화성의 경우 화성전압이 한꺼번에 가해지게 되므로 산화막 생성시간은 빠르게 되나 그 산화막의 치밀도가 전전류화성에 비하여 많이 떨어지고 심지어 급속한 산화막 생성을 견디지 못하고 탄탈륨 펠렛이 깨어지는 경우도 있다. 그러나 계단식 정전압 화성은 이러한 정전압 화성의 단점을 없애고 정전류 화성을 근사하여 정전류 화성시 얻을 수 있는 특성 값을 얻는 동시에 정전류 화성시 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

다시 말해서 계단식 정전압화성이란 화성전압을 낮은 전압에서부터 원하는 화성전압까지 조금씩 올려가면서 화성하는 방법을 말한다.

탄탈륨 캐패시터의 화성방법은 도 2에 도시된 바와 같이, DC Power Supply(15)의 양극(+)에는 화성하고자하는 재료인 탄탈륨 펠렛(11)을 연결하였고, 음극(-)에는 전기의 통전을 위해 백금 전극(12)을 연결하였다. 그후 화성탱크(13)안에 화성액(14)을 채워넣엇다. 화성액(14)은 백금전극(12)과 탄탈륨 펠렛(11) 사이의 통전을 위해 채워 넣는 것으로 일반적으로 사용되는 0.02% 인산(H₃PO₄) 용액을 사용했다. 화성온도는 누설전류 및 내압(Sintillation Voltage) 등에 관련되는 항인데 일반적으로 행해지는 90°C를 기준으로 하였다. 5번 DC Power Supply는 약간의 개조를하여 표 1에 해당하는 항목 등을 조절할 수 있도록 하였다.

사용 DC Power Supply의 제원

인가 가능 전압(화성전압)	30 ∼ 120V
계단 조정(화성전압 증가 값)	1 ∼ 10V
계단 유지 시간(계단 조정 설정값에 의해화성 전압 일정량 증가 후 다음 화성전압 증가시까지의 유지 시간)	1 ∼ 99분
최종 유지 시간	1 ∼ 999분

이미 제조된 탄탈륨 펠렛을 가지고 정전류와 계단식 정전압 화성을 행하였다.

2가지 화성방법에 있어 공통적으로 설정한 실험 변수는 표 2와 같다.

화성 실험 조건

화성액	H₃PO₄0.02%
화성전압(최종)	100V
화성온도	90°C ± 2°C
최종전압 도달후 유지시간	2 시간

정전류 화성은 30mA/g으로 행하였고, 계단식 정전압 화성의 경우 5V씩 올려가면서 각 Volt당 5분씩 유지하였다. 화성종료후 각 샘플에 대해 정전용량 C(Capacitance), 손실각의 정점(D.F %), 누설전류(Leakage Current), 총화성소요시간 등을 측정하였고 그 결과를 표3에 나타내었다.

구분	정전류 화성	계단식 정전압 화성
정전용량(μF/g)	25927	26302
손실각의 정점(D.F%)	38.0	40.3
누설전류(μF/g)	7.84	7.76
총화성소요시간(minute)	450	25

전술한 바와 같은 본 발명의 효과는 상기 표 3에서 보는 바와 같이, 주요 특성 값인 정전용량 손실각의 정점, 누설전류등은 큰 차이 없이 총화성소요시간을 반 이하로 줄일 수 있었다. 따라서 제품 생산시간 단축은 물론 사용전력도 줄일 수 있었고, 공정상 bottle neck 이었던 공정시간 단축으로 생산량 증가도 꾀할 수 있었다.

Claims

탄탈륨 전해 커패시터의 제조공정중 화성공정의 전압/전류 인가방식에 있어서,

화성시 전압/전류 인가방식을 계단식 정전압 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 커패시터의 화성방법.
제 1 항에 있어서,

계단식 정전압증가 폭을 1∼10V로 하고, 각 전압에서의 유지시간을 1∼10분 유지하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 커패시터의 화성방법.