KR20030000642A

KR20030000642A - 탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법

Info

Publication number: KR20030000642A
Application number: KR1020010036688A
Authority: KR
Inventors: 민혜경
Original assignee: 파츠닉(주)
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-06

Abstract

본 발명은 고체 전해콘덴서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질층의 공극을 감소시켜 전해콘덴서의 ESR 값을 실현하고 고주파 특성을 향상시키기 위하여 고체 전해콘덴서의 제조 공정중 탄탈이나 알루미늄과 같은 밸브 메탈 표면에 산화피막을 형성하고, 그 위에 전해질층을 형성하는 방법에 있어서, 상기 산화 피막이 형성된 탄탈 소자를 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline) 모노머와 도판트, 산화제가 혼합된 용액에 디핑함으로서 합성과 함침을 동시에 실시하고, 상기 디핑 온도를 0℃ ~ 5℃로 유지하며 30분 ~ 1시간동안 디핑하여 반응 속도를 늦추고 전기 전도도를 증가시키며, 상기 도판트는 긴 사슬과 큰 입자크기의 극성을 갖는 알콜실, 카르복실, 설포닐, 아이드록실기를 갖고, 상기 산화제는 FeCl₃, Fe(SO₄)₃, FeCl, (NH₄)₂S₂O₅, Fe(ClO)₄, Fe₂(SO₂)₃이며, 용매는 물, 알콜인 것을 특징으로 하는 탄탈캐패시터의 전해질층 형성방법을 제공한다.

Description

탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법{Electrolyte layer forming method tantalum capacitor}

본 발명은 고체 전해콘덴서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질층의 공극을 감소시켜 전해콘덴서의 낮은 ESR(Equivalent Series Resistance)값을 실현하고 고주파 특성을 향상시킨 탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체 전해콘덴서의 제조방법을 살펴보면, 먼저 탄탈 분말이나 알루미늄 분말에 바인더 역할을 하는 용제를 혼합한 후 용제를 건조 제거시킨 다음 평량하여 원통형 또는 각형 펠릿에 양극 리드선을 삽입시켜 성형하고, 성형된 소자를 진공 소결로에 장진후 진공중에서 고열로 가열하여 바이더 제거와 소결을 하며, 소결이 끝난 소자를 전해액 속에 넣어서 직류 전압을 인가하여 소자 표면에 산화 피막을 생성하는 화성 공정을 거치고, 상기 화성 공정에서 생성된 산화 피막의 표면에 전해질의 이산화 망간층을 형성하는 소성 공정을 거치게 된다.

이 소성 공정을 좀더 자세히 살펴보면 소자의 기공 내부에 있는 산화 피막의 표면에 이산화 망간층을 부착시키기 위하여 질산망간의 수용액 중에 소자를 침적하여 함침시킨 후 가열 분해하여 이산화 망간층을 얻는다. 치밀한 이산화 망간층을얻기 위하여 이러한 침적과 소성을 수회 반복하지만 열분해(소성)시 산화 피막이 손상되어 누설전류가 증가하므로 이 손상을 수복하기 위하여 재화성을 한다.

상기 이산화 망간층 형성후의 소자에 대해서 외장까지의 필요한 카본 도포, Ag Paste도포, 리드 용접을 한다. 카본 도포와 Ag Paste 도포는 음극단자와의 접속을 완전하게 할 목적으로 하는 것으로서 카본 층이 형성된 소자를 콜로이드 카본(Colloidal Carbon)액 중에 침적시킨 후 건조도포를 한다. 다음에 소자를 Ag Paste액 중에 침적시킨 후 건조 도포를 한다.

그리고 Ag Paste 대용으로 납을 도금하는 경우도 있다. 다음에 + 리드 용접을 하고 - 리드를 납땜 또는 은 접착제를 사용하여 접착하여 외장까지의 제공정이 완료된다.

전술한 바와 같은 고체 전해콘덴서에 있어서, 소성공정에서 언급된 고체 전해질로 사용된 이산화 망간층은 전도도가 작고 표면 접촉저항도 크므로 최근에는 이산화망간 전해질보다 전도도가 크고, 전기 화학적으로 안정된 피롤(pyrrole) 등의 모노머(monomer)를 전해 중합(electrolytic polymerization)하여 얻은 고분자를 고체 전해질로 사용하여 ESR 값이나 고주파 특성을 개선시키고 있다. 그러나, 전해중합(electrolytic polymerization)으로 얻은 전도성 고분자 전해질층은 분자간에 인력에(표면장력)에 의하여 침투력에 한계가 존재한다.

또한, 유전체 산화 피막을 형성한 유전체 금속 피막에 피롤 모노머와 도판트, 용매를 혼합하여 폴리 피롤을 합성하므로서 첫 번째 전해질층을 형성하고, 그 위에 피롤이나 아닐린과 같은 모노머에 산화제를 첨가하여 산화 중합에 의한 폴리피롤이나 폴리아닐린을 합성하여 두 번째 층을 형성하는 방법이 사용되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 합성과 함침을 동시에 실시하여 공정의 감소는 물론 ESR 값을 낮추고 고주파 특성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 고체 전해콘덴서의 제조 공정중 탄탈이나 알루미늄과 같은 밸브메탈 표면에 산화 피막을 형성하고, 그 위에 전해질층을 형성하는 방법에 있어서, 상기 산화 피막이 형성된 탄탈 소자를 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline) 모노머와 도판트, 산화제가 혼합된 용액에 디핑함으로서 합성과 함침을 동시에 실시하고, 상기 디핑 온도를 0 ℃로 유지하여 반응 속도를 늦추고 전기 전도도를 증가시키며, 상기 도판트는 긴 사슬과 큰 입자크기의 극성을 갖는 알콜실, 카르복실, 설포닐, 아이드록실기를 갖고, 상기 산화제는 FeCl₃, Fe(SO₄)₃, FeCl, (NH₄)₂S₂O₅, Fe(ClO)₄, Fe₂(SO₂)₃을 사용한다.

탄탈 분말이나 알루미늄 분말에 바인더 역할을 하는 용제를 혼합한 후 용제를 건조 제거시킨 다음 평량하여 원통형 또는 각형 펠릿에 양극 리드선을 삽입시켜 성형하고, 성형된 소자를 진공 소결로에 장진후 진공 중에 고열로 가열하여 바인더 제거와 소결을 하며, 소결이 끝난 소자를 전해액 속에 넣어서 직류 전압을 인가하여 소자·표면에 산화 피막을 생성하는 화성 공정을 거치고, 상기 화성 공정에서탄탈이나 알루미늄과 같은 밸브 메탈(valve metal)에 생성된 산화 피막의 표면에 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline) 등의 모노머와, 도판트, 산화제, 용매가 혼합된 용액에 탄탈 소자를 디핑(dipping)함으로서 폴리피롤이나 폴리아닐린으로 합성과 동시에 상기의 탄탄 소자에 함침이 동시에 일어나게 한다.

즉, 상기 산화 피막이 형성된 탄탈 소자를 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline)과 산화제의 비율은 1:1 ~ 1:10으로 혼합하고, 모노머와 도판트의 비율은 1:1~1:10으로 홉합하며, 산화제가 혼합된 용액의 온도는 반응되는 속도를 늦추어 모노머에서 고분자로 중합이 진행됨에 따라 고분자가 선형의 형태로 잘 배열되고 전기 전도도를 증가시키기 위해 0℃ ~ 5℃로 유지하며 30분~1시간동안 디핑함으로서 합성과 함침을 동시에 실시하게 된다.

이때, 반응 속도를 늦추기 위해서 온도를 0℃ ~ 5℃ 부근을 유지하고 교반(stirring)을 시행하는 이유는 중합 효과를 향상시키기 위함이다.

상기에서 혼합 용액의 농도나 시간을 조정하여 전도성 전해질층의 두께를 조정할 수 있게 된다.

상술한 같은 전해질층이 형성되기 이전의 탄탈 소자에는 산화 피막층이 전류가 통하지 않으므로 전해 중합에 의한 전도성 고분자층을 형성하기 어려우나 상기와 같은 산화 중합으로 함침되어 전해질층이 형성된 탄탈 소자는 2nd층을 형성시 전극으로도 사용한다.

상기의 산화와 중합시키는 과정에서 반응속도를 늦추고 전기 전도도를 증가시키기 위해 디핑 온도를 최대한 0℃ 부근을 유지하는 것이 좋다.

상기의 모노머는 피롤을 사용하며, 도판트는 긴 사슬과 큰 입자크기의 극성을 갖는 알콜실(alkoxy), 카르복실(carboxyl), 설포닐(sulfonyl), 하이드록실(hydroxyl)기를 갖는 물질을 사용하고, 용매는 물이나 알콜을 사용한다.

상기에서 산화제는 FeCl₃, Fe(SO₄)₃, FeCl, (NH₄)₂S₂O₅, Fe(ClO)₄, Fe₂(SO₂)₃을 사용한다.

상술한 바와 같은 전도성 고분자의 전해질층 형성후의 소자에 대해서 외장까지의 필요한 카본 도포, Ag Paste 도포, 리드 용접을 한다.

상기 카본 도포와 Ag Paste 도포는 음극 단자와의 접속을 완전하게 할 목적으로 하는 것으로서, 카본층이 형성된 소자를 콜로이드 카본(Colloidal Carbon)액 중에 침적시킨 후 건조·도포를 하거나 carbon paste 도포 다음에 소자를 Ag Paste액 중에 침적시킨 후 건조·도포를 한다.

그리고, Ag Paste 대용으로 납을 도금하는 경우도 있다. 다음에 + 리드 용접을 하고 - 리드를 납땜 또는 은 접착제를 사용하여 접착하여 외장까지의 제공정이 완료된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 효과는, 합성과 함침이 동시에 일어나기 때문에 공정수가 감소하고, 디핑 농도와 시간을 조절하여 전해질층의 두께를 조절할 수 있으며, 상기의 전해질층은 2nd층 형성시 전해 중합층을 형성하기 위한 전극으로도 사용 가능하다.

또한, 본 발명에 의해 탄탈 소자의 표면에 전해질층을 형성하는 경우는, 누설전류(LC) 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

탄탈 캐패시터의 제조공정중 탄탈이나 알루미늄과 같은 밸브 메탈 표면에 산화피막을 형성하고, 그 위에 전해질층을 형성하는 방법에 있어서, 상기 산화피막이 형성된 탄탈소자를 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline)과 산화제의 비율은 1:1 ~ 1:10으로 혼합하고, 모노머와 도판트의 비율은 1:1 ~ 1:10으로 홉합하며, 산화제가 혼합된 용액의 온도는 반응되는 속도를 늦추어 모노머에서 고분자로 중합이 진행됨에 따라 고분자가 선형의 형태로 잘 배열되어 전기 전도도를 증가시키기 위해 0℃ ~ 5℃로 유지하며 30분 ~ 1시간동안 디핑함으로서 합성과 함침을 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법.
제 1 항에 있어서, 도판트는 긴 사슬과 큰 입자크기의 극성을 갖는 알콜실, 카르복실, 설포닐, 하이드록실기를 갖는 것을 특징으로 하는 탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법.
제 1 항에 있어서, 산화제는 FeCl₃, Fe(SO₄)₃, FeCl, (NH₄)₂S₂O₅, Fe(ClO)₄, Fe₂(SO₂)₃인 것을 특징으로 하는 탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법.
제 1 항에 있어서, 디핑시 사용되는 용매는 물, 알콜인 것을 특징으로 하는탄탈 캐패시터의 전해질층 형성방법.