KR20060032198A - 콘덴서 제작용 지그, 콘덴서 제작방법 및 콘덴서 - Google Patents

콘덴서 제작용 지그, 콘덴서 제작방법 및 콘덴서 Download PDF

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KR20060032198A
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Abstract

본 발명은 정전류 다이오드를 통하여 행해진 통전을 포함하는 유전체층이 형셩된 도전체가 한쪽 전극으로 사용되고, 통전에 의해 반도체층이 형성되어 다른 쪽 전극이 되는 콘덴서 제작방법을 제공하고, 또한, 유전체층이 표면에 형성된 각각의 2개 이상의 도전체상에 통전에 의해 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 콘덴서 제작용 지그를 제공하고, 상기 지그는 도전체의 수에 따라서 2개 이상의 전류 토출형 정전류원을 포함하고, 상기 전류원은 상기 도전체용 접속 단자와 직렬로 전기적으로 연결된 출력을 갖는다. 본 발명의 지그의 용도는, 전기 용량에 있어서, 작은 변동으로 한쪽 전극으로서 반도체를 포함하는 콘덴서를 제작할 수 있게 한다.

Description

콘덴서 제작용 지그, 콘덴서 제작방법 및 콘덴서{JIG FOR PRODUCING CAPACITOR, PRODUCTION METHOD FOR CAPACITOR AND CAPACITOR}
본 발명은 안정된 용량 출현율을 달성할 수 있는 콘덴서 제작방법, 상기 콘덴서 제작용 지그 및 상기 제작방법 또는 지그를 사용하여 제작된 콘덴서에 관한 것이다.
개인용 컴퓨터 등에 사용되는 CPU(중앙 처리 장치)의 주변 콘덴서는, 전압의 변동을 억제시키고, 높은 리플(ripple) 전류의 통과시에 열발생을 감소시키기 위해, 고용량 및 저ESR(equivalent series resistance; 등가 직렬 저항)을 갖는 것이 요구된다.
일반적으로, 2개 이상의 알루미늄 또는 탄탈 고체 전해 콘덴서가 사용된다.
이와 같은 고체 전해 콘덴서는 한쪽 전극(도전체)으로서 표면층에 미세공을 갖는 알루미늄 박 또는 내부에 미세공을 갖는 탄탈 분말 소결체, 상기 전극의 표면층에 형성되는 유전체층 및 상기 유전체층에 형성되는 다른쪽(반대) 전극(일반적으로 반도체층)으로 이루어진다.
상기 다른쪽(반대) 전극으로서 반도체층을 사용한 콘덴서의 반도체층을 형성하는 방법에 대해서, 예컨대, 통전에 의해 상기 반도체층을 형성하는 방법이 일본 특허 제1,868,722호, 동 1,985,056호 및 2,054,506호에 기재되어 있다. 이것은 반도체층 형성 용액 중에 표면상에 유전체층이 형성된 도전체를 침지시키고, 양극으로서의 전기 도전체와 반도체층 형성 용액 중에서 제작된 외부 전극(음극)사이에 전압(전류를 통과시킴)을 인가함으로써 반도체층을 형성하는 방법이다.
상술한 바와 같이 유전체층이 형성된 도전체에 통전에 의해 반도체층을 형성하는 경우, 1개의 도전체상에 반도체층을 형성하는 경우에는 문제가 되지 않지만, 2개 이상의 도전체가 처리되는 경우, 각각의 도전체가 반드시 균질하지 않거나 또는 반도체 형성 속도가 도전체에 의해 달라질 수 있다. 특히, 복수개의 도전체상에 반도체층이 동시에 형성되는 경우, 상기 도전체를 통해 흐르는 전기 전류의 전류값의 변동이 반도체층의 형성에서 불균일한 콘덴서의 제작이 초래되는 경우가 있고, 이것은 상기 전기 용량이 안정된 콘덴서를 제작하는 것을 곤란하게 한다.
예컨대, 극단적인 경우에 있어서, 하나의 도전체는 불량(대부분, 단락(short-circuited))이 되고, 이 도전체상에 전류가 집중되어, 결과적으로 다른 도전체에 전류가 거의 흐르지 않게 된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 정전류를 도전체에 공급함으로써 반도체층이 형성되는 경우, 상기 전기 용량에 있어서, 적은 변동을 갖는 콘덴서가 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 상기 발견에 기초하여 달성된 것이다.
즉, 본 발명은 콘덴서 제작용 지그, 콘덴서 제작방법 및 콘덴서를 제공하는 것이고, 이하에 기재된다.
1. 표면에 유전체층이 형성된 2개 이상의 도전체에 통전에 의해 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 콘덴서 제작용 지그에 있어서, 상기 도전체용 접속단자와 직렬로 전기적으로 연결된 출력을 각각 갖는 2개 이상의 전류 토출형 정전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
2. 2개 이상의 도전체에 통전에 의해 반도체층 및 유전체층을 형성하기 위해 사용되는 콘덴서 제작용 지그에 있어서, 상기 도전체의 각각의 접속 단자와 연결된 음극을 각각 갖고, 서로 전기적으로 연결된 음극을 각각 갖는 다이오드 및 상기 도전체용 접속 단자와 전기적으로 연결된 출력을 각각 갖는 2개 이상의 전류 토출형 정전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
3. 상기 1 또는 2에 있어서, 상기 전류 토출형 정전류원은 각각의 양극이 전기적으로 접속되어 있는 2개 이상의 전류 조절 다이오드에 의해 구성되고, 각각의 음극은 출력이 되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
4. 상기 1 또는 2에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자 및 상기 전류 토출형 정전류원의 출력이 케이블을 통하여 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
5. 상기 2 또는 3에 있어서, 상기 지그는 전류 조절 다이오드의 각각의 양극이 전기적으로 연결된 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
6. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 지그는 각각의 음극이 각각의 도전체의 접속 단자에 연결되어 있는 다이오드를 더 포함하고, 상기 다이오드의 각각의 양극이 전기적으로 연결되어 있는 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
7. 상기 1, 2, 4 또는 6에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 소켓 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
8. 상기 1, 2, 4 또는 6에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 금속판인 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
9. 상기 1, 2, 4 또는 6에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 인쇄에 의해 형성된 박형(foil-like) 금속 재료인 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
10. 상기 2, 8 또는 9에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 빗 형상(comb shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
11. 상기 1~10 중 어느 하나에 기재된 콘덴서 제작용 지그를 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
12. 한쪽 전극으로서, 표면에 유전체층이 형성된 도전체를 사용하고, 통전에 의해 반도체층을 형성하여 다른쪽 전극을 형성하는 것을 포함하는 콘덴서 제작방법에 있어서, 통전은 정전류원을 사용함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
13. 상기 12에 있어서, 상기 정전류원은 전류 조절 다이오드(current regulation diode)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
14. 상기 11에 있어서, 유전체층을 갖고, 콘덴서 제작용 지그의 도전체용 각각의 접속 말단에 연결되어 있는 도전체는 반도체층 형성 용액 중에 침지되고, 상기 반도체층은 양극으로서 도전체측을 사용하고, 음극으로서 상기 반도체층 형성 용액 중에서 형성된 전극을 사용한 통전에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
15. 상기 11에 있어서, 상기 도전체의 표면상의 유전체층의 형성 및 반도체층의 형성은 동일한 콘덴서 제작용 지그를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
16. 상기 11 내지 15 중 어느 하나에 기재된 방법을 사용함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서군.
본 발명의 콘덴서의 제작방법 및 콘덴서 제작용 지그를 이하에 기재한다.
본 발명에 사용되기 위한 도전체의 예로는, 금속, 무기 반도체, 유기 반도체, 탄소, 이들 재료 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물, 및 표면층 상에 도전체를 적층시킴으로써 얻어진 적층체가 포함된다.
상기 무기 반도체의 예로는, 이산화납, 이산화몰리브덴, 이산화텅스텐, 일산화니오브, 이산화주석 및 일산화지르코늄 등의 금속 산화물이 포함된다. 상기 유기 반도체의 예로는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린 및 이와 같은 폴리머를 갖는 치환체 또는 코폴리머 등의 도전성 폴리머 및 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 및 테트라티오테트라센의 착체 및 TCNQ염 등의 저분자 착체가 포함된다. 표면층상에 도전체를 적층시킴으로써 얻어진 적층체의 예로는 종이, 절연성 폴리머, 유리 등에 상기 도전체가 적층된 적층체가 포함된다.
상기 도전체로서 금속을 사용하는 경우, 상기 금속의 일부분이 사용 전에 탄화, 인화, 붕소화, 질화 및 황화로부터 선택되는 적어도 1종의 처리가 행하여져도 좋다.
상기 도전체의 형태는 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 박형, 판형, 봉형 또는 도전체 자체가 분말로 형성되고, 성형되거나 또는 성형된 후, 소결된 후의 형태이어도 좋다. 상기 도전체의 표면은, 예컨대, 에칭에 의해 처리되어 미세공을 가져도 좋다. 상기 도전체가 분말로 형성된 후에 성형되거나, 또는 성형된 후에 소결되는 경우, 성형시의 압력을 적절하게 선택함으로써 성형품 또는 소결품의 내부에 미세공이 생성될 수 있다. 또한, 상기 도전체가 분말로 형성된 후에 성형되거나, 또는 성형된 후에 소결되는 경우, 개별적으로 제작된 인출(outgoing) 리드선의 일부가 상기 도전체와 함께 성형되어도 좋고, 또한, 상기 성형된 부분의 외부의 인출 리드선이 상기 콘덴서의 한쪽 전극의 인출 리드로서 사용되어도 좋다. 물론, 인출 리드는 상기 도전체에 직접 연결될 수도 있다.
본 발명의 도전체의 표면상에 형성된 유전체층의 예로,는 Ta2O5, Al2O3, Zr2O3 및 Nb2O5 등의 금속 산화물로부터 선택되는 적어도 1종을 주로 포함하는 유전체층, 및 세라믹 콘덴서 또는 막콘덴서의 분야에서 공지된 유전체층이 포함된다. 금속 산화물로부터 선택되는 적어도 1종을 주로 포함하는 전자의 유전체층의 경우, 상기 유전체층이 상기 금속 산화물의 금속 원소를 갖는 도전체의 전기화학적 형성에 의해 형성될시에, 제작된 콘덴서는 극성을 갖는 전해 콘덴서가 된다. 세라믹 콘덴서 또는 막 콘덴서의 분야에서 공지된 상기 유전체층의 예로는 본 출원인에 의해 제출된 JP-A-63-29919(여기서, 사용되는 "JP-A"란, "미심사 공개된 일본특허출원"을 의미함) 및 JP-A-63-34917에 기재된 유전체층이 포함된다. 금속 산화물로부터 선택된 적어도 1종을 주로 포함하는 유전체층 또는 세라믹 콘덴서 또는 막 콘덴서의 분야에서 공지된 유전체층은 이들 층을 2개 이상 적층시켜 사용해도 좋다. 또한, 금속 산화물로부터 선택되는 적어도 1종을 주로 포함하는 유전체층과 세라믹 콘덴서 또는 막 콘덴서의 분야에서 공지된 유전체층의 혼합물을 상기 유전체층으로 사용해도 좋다.
본 발명의 콘덴서에 사용되기 위한 반대 전극의 예로는 유기 반도체 및 무기 반도체로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이 포함되지만, 여기서는 후술하는 통전에 의해 상기 화합물을 형성하는 것이 중요하다.
상기 유기 반도체의 구체예로는 벤조피롤린 테트라머 및 클로라닐을 포함하는 유기 반도체, 테트라티오테트라센을 주로 포함하는 유기 반도체, 테트라시아노퀴노디메탄을 주로 포함하는 유기 반도체 및 도펀트를 하기 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 반복단위를 함유하는 폴리머에 도핑함으로써 얻어지는 도전성 폴리머를 주로 포함하는 유기 반도체가 포함된다.
Figure 112006001611762-PCT00001
여기서, R1~R4는 서로 같거나 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 1~6개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 또는 1~6개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기를 나타내고, X는 산소 원자, 황 원자 또는 질소 원자를 나타내고, R5는 X가 질소 원자인 경우에만 존재하고, 1~6개의 탄소 원자를 갖는 수소 원자 또는 알킬기를 나타내며, R1과 R2, 및 R3과 R4는 각각 서로 결합하여 고리를 형성해도 좋다.
본 발명에 사용되기 위한 일반식(1)로 나타내어지는 반복단위를 함유하는 도전성 폴리머의 바람직한 예로는 반복단위로서 하기 일반식(3)으로 나타내어지는 구조 단위를 함유하는 도전성 폴리머가 포함된다:
Figure 112006001611762-PCT00002
여기서, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소 원자, 1~6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄상이나 분기상, 또는 포화나 불포화 알킬기 또는 상기 알킬기가 임의의 위치에서로 결합하는 경우, 2개의 산소 원자를 함유하는 적어도 하나의 5-, 6- 또는 7-원 포화 탄화수소 고리 구조를 형성하기 위한 치환기를 나타낸다. 상기 고리 구조는 치환되어도 좋은 비닐렌 결합을 갖는 구조 및 치환되어도 좋은 페닐렌 구조가 포함된다.
이와 같은 화학 구조를 함유하는 도전성 폴리머는 하전되어 있고, 도펀트가 도프된다. 상기 도펀트는 특별히 한정되지 않고, 공지의 도펀트가 사용될 수 있다.
일반식(1), (2) 또는 (3)으로 나타내어지는 반복단위를 함유하는 폴리머의 예로는 폴리아닐린, 폴리옥시페닐렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리티오펜, 폴리푸란, 폴리피롤, 폴리메틸피롤 및 그들의 치환 유도체 및 코폴리머가 포함된다. 이들 중, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 그들의 치환 유도체(예컨대, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))가 바람직하다.
상기 무기 반도체의 구체예로는 이산화몰리브덴, 이산화텅스텐, 이산화납 및 이산화망간으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이 포함된다.
사용되는 무기 또는 유기 반도체가 10-2~103S/cm의 도전성을 갖는 경우, 제작되는 콘덴서는 작은 ESR값을 가질 수 있어 바람직하다.
상기 반도체층은 통전 조작을 행하지 않고, 순수 화학 반응(예컨대, 용액 반응, 가스상 반응, 고-액 반응 또는 그들의 조합)에 의해 형성되거나, 또는 통전에 의해 형성되거나, 또는 이들 방법의 조합에 의해 형성되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 있어서, 상기 통전은 반도체층 형성 공정에 있어서 적어도 한번 사용된다. 통전에 의해 상기 반도체층을 형성함에 있어서, 전류를 가하기 위해 정전류원을 사용하여 적어도 하나의 통전 조작이 행해짐으로써, 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.
표면에 유전체층을 갖는 도전체에 정전류를 가할 수 있는 정전류 회로가 구성될 수 있으면, 상기 정전류원은 충분하다. 상기 정전류원은, 예컨대, 회로가 단순하고, 부품의 개수를 적게 할 수 있는 전류 조절 다이오드에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 상기 전류 조절 다이오드는 시판의 전류 조절 다이오드이어도 좋고, 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)에 의해 이루어져도 좋다.
이하는 상기 정전류원은 주로 전류 조절 다이오드를 사용하는 경우에 대하여 설명되지만, 상기 정전류원은 이들에 한정되지 않는다.
구체적으로는, 상기 전류 조절 다이오드의 음극은 표면상에 유전체층을 갖는 도전체(한쪽 전극)와 전기적으로 직렬로 연결된다. 통전 후에 반도체를 형성하기 위한 원료 및 필요에 따라서 상술의 도펀트가 용해되어 있는 용액(반도체층 형성 용액)을 준비한다. 상기 반도체층 형성 용액에 있어서, 도전체가 침지되고, 상기 반도체층 형성 용액 중에 배치된 외부 전극 및 전류 조절 다이오드의 양극사이에 소정의 전압을 인가한 결과, 상기 전류 조절 다이오드의 랭크(전류 규격)에 따라서 일정한 전류가 흐른다(특정한 전류 범위가 되도록 전류 조절 다이오드를 선택해도 좋다). 상기 전류는 상기 도전체의 유전체층에 반도체층을 형성한다. 예컨대, 상기 도전체가 표면에 Ta2O5의 유전체층이 형성되고, 인출 리드 단자와 연결되어 있는 탄탈 소결체이고, 상기 인출 리드선 및 전류 조절 다이오드의 음극이 전기적으로 직렬로 연결되는 경우, 목적의 통전 회로가 제작될 수 있다. 이 경우, 전류 조절 다이오드의 양극인 양극, 반도체층 형성 용액 중에 배치된 외부 전극인 음극에 전압을 가한다. 상기 전류 조절 다이오드에 있어서, 앞쪽 방향으로 규정 범위의 전류를 인가하면, 소정의 정전류가 흐른다. 여기서, 전류값은 전류 조절 다이오드의 랭크를 선택함으로써, 또는 적당한 랭크를 갖는 2개 이상의 전류 조절 다이오드를 병렬로 연결함으로써 단계적으로 번화시킬 수 있으므로, 도전체의 크기나 형성하는 반도체의 원하는 양에 따라서 전류 조절 다이오드를 선택함으로써 임의의 범위의 정전류를 흐르게 할 수 있다.
본 발명의 콘덴서 제작용 지그는 표면상에 각각의 유전체를 갖는 2개 이상의 도전체상에 통전에 의해 반도체를 형성하기 위해 사용되고, 이하에 설명한다.
본 발명의 콘덴서 제작용 지그는 전류 토출형 정전류원을 포함하고, 각각의 정전류원의 출력에 각각의 도전체용 접속 단자가 전기적으로 연결된다. 전류 조절 다이오드를 사용하여 정전류원을 구성하는 경우, 상기 지그는 예컨대, 2개 이상의 전류 조절 다이오드의 각각의 양극이 전기적으로 연결되고, 각각의 전류 조절 다이오드의 음극에 도전체용의 접속 단자가 전기적으로 직렬로 연결된 구성을 갖는다. 도 1은 콘덴서 제작용 판형상 지그의 일예를 나타내는 개략도이다. 절연성 기판(2)에 2개 이상의 전류 조절 다이오드(1)가 병렬로 정렬되고, 서로 연결된다. 전류 조절 다이오드(1)의 각각의 양극(도에 있어서, (1)의 상단부)은, 상기 도에서의 왼쪽에 단자(3)(이하, 상기 단자는 "집전 단자" 라 언급하는 경우도 있음)에 전기적으로 연결된다. 각각의 음극(1a)은 각각의 상기 도전체용 접속 단자(4)의 한쪽 끝에 개별적으로 연결되고, 각각의 접속 단자(4)의 다른 끝은 전기적으로 오픈된다. 도 1의 구성을 갖는 지그는 각각의 접속 단자(4)에 표면에 유전체층이 형성된 도전체(도시하지 않음)를 연결하여 실질적으로 사용한다.
다른 실시형태에 있어서, 표면에 유전체층이 형성된 2개 이상의 각각의 도전체상에 통전에 의해 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 본 발명의 콘덴서 제작용 지그는, 도전체용의 접속 단자와 전류 토출형 정전류원의 출력이 케이블을 통하여 전기적으로 연결되는 콘덴서 제작용 지그이다. 예컨대, 이것은 케이블 단자에 도전체용 접속 단자가 전기적으로 직렬로 연결됨으로써 각각 얻어진 2개 이상의 전자 부품은 동일한 방향으로 정렬되고, 절연적으로 배치되고, 각각의 케이블 단자는 각각의 전류 조절 다이오드의 음극과 배선으로 더 연결되며, 서로 전기적으로 연결되는 전류 조절 다이오드의 각각의 양근은 집전 단자에 연결되는 콘덴서 제작용 지그이다.
도 2는 콘덴서 제작용 판형상 지그의 일부분에 배선에 의해 연결된 전류 조절 다이오드군을 포함하는 콘덴서 제작용 지그의 일예를 나타내는 개략도이다. 절연성 기판(2)에 케이블 단자(5)에 도전체용 접속 단자(4)를 직렬로 연결함으로써 얻어진 2개 이상의 전자 부품(6)이 동일한 방향으로 정렬된다. 상기 전류 조절 다이오드(1)의 각각의 음극(1a)은 각각의 케이블 단자(5)에 배선에 의해 연결되고, 상기 전류 조절 다이오드군의 양극은 단자(3)에 회로에 의해 연결된다. 도 2의 구성을 갖는 지그는 표면에 유전층이 형성된 도전체(도시하지 않음)의 치수를 조절한 후, 이것을 각각의 접속 단자(4)에 연결함으로써 실질적으로 사용된다.
도 1에 있어서, 상기 집전 단자 및 전류 조절 다이오드는 절연성 기판의 동일측(표면(front surface) 상)에 존재하지만, 상기 집전 단자 및 전류 조절 다이오드는 상기 절연성 기판의 반대측에 각각 배치되어도 좋고, 예컨대, 상기 절연성 기판에 형성된 2개 이상의 구멍을 통하여 회로에 연결됨으로써, 상기 절연성 기판의 이면(back surface)상에 집전 단자가 배치되어도 좋다. 접속 단자와 전류 조절 다이오드간의 배선으로서, 예컨대, 절연성 기판에 구멍을 뚫어서 이면에 배선을 형성하여도 좋고, 또한, 상기 접속 단자와 전류 조절 다이오드가 상기 절연성 기판의 반대면에 각각 정렬되어도 좋다. 상기 절연성 기판에 뚫린 구멍은, 스루홀의 내부에 인쇄 배선이 가해지고, 이것은 표면과 이면간의 전기 접속을 용이하게 하므로 스루홀 구조를 취하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1에 있어서, 전류 조절 다이오드와 접속 단자는 절연성기판의 동일면에 배치되지만, 예컨대, 상기 접속 단자가 이면에 배치되고, 스루홀을 통하여 표면에 배치된 전류 조절 다이오드의 양극부에 연결되어도 좋다.
콘덴서 제작을 위한 상술의 지그를 사용하여 통전에 의해 반도체층을 형성하는 방법을 이하에 기재한다.
표면에 유전체층을 갖는 하나의 도전체를 제작하여 치수를 조절하고, 콘덴서 제작용 지그의 도전체용 접속 단자 각각에 연결한 후, 반도체층 형성 용액에 각각의 도전체만이 침지된다. 이어서, 양극으로서 전류 조절 다이오드를 사용하고, 반도체층 형성 용액에서 형성된 외부 전극을 음극으로서 사용한 통전에 의해 반도체층을 형성할 수 있다.
통전 후에 반도체를 형성하기 위한 원료 및 상술한 바와 같은 선택적으로 첨가되는 도펀트(예컨대, 아릴술폰산 또는 그것의 염, 알킬술폰산 또는 그것의 염 및 각종 폴리머 술폰산 또는 그것의 염 등의 공지의 도펀트)가 용해되는 반도체층 형성 용액을 통하여 전류를 흐르게 함으로써, 반도체층이 유전체층상에 형성된다. 통전 시간, 반도체층 형성 용액의 농도, pH 및 온도 및 상기 통전 전류 및 전압은 사용되는 도전체의 종류, 크기, 질량, 원하는 반도체층 형성 두께 등에 따라서 달라지므로, 예비 실험을 행함으로써 이들 조건을 미리 결정한다. 또한, 상기 통전은 상기 통전 조건을 변동시킴으로서 복수회 행하여도 좋다. 또한, 상기 도전체가에 형성된 유전체층의 결함을 복구하기 위해, 반도체층의 형성 도중의 임의의 단계(1회 또는 복수회) 및/또는 최종 단계에서 공지의 재전기화학적 형성(re-electrochemical forming) 조작을 행하여도 좋다.
상기 통전시에 상기 반도체층 형성 용액 중에서 형성된 외부 전극은 반대 전극으로서 사용되고, 도전성 물질, 특히, 금속박이나 판이 사용된다. 적어도 하나의 전원 공급부에 전기적으로 연결된 2개 이상의 외부전극을 사용하고, 상기 반도체층 형성 용액 중에 침지된 다수개의 도전체 모두에 전원이 균일하게 분포될 수 있도록 이들을 배치시키는 것이 바람직하다.
또한, 이후의 실시예에 나타낸 바와 같이, 도전체의 표면에 형성된 유전체층에 전기적 미소 결함을 생성시킨 후에, 본 발명의 방법에 의해 상기 반도체층을 형성하여도 좋다.
예컨대, 도1 및 도2에 나타낸 절연성 수지판(2)의 이면상에, 도3에 나타낸 바와 같이 표면의 접속 단자(4)에만 각각 전기적으로 연결된 전기 회로가 형성되고, 각각의 전기 회로의 끝이 표면에서 보면 오른쪽에 형성된 단자(7)(이하, "전원 공급 단자"로서 언급하는 경우도 있음)에 다이오드(8)(바람직하게는 정류기 다이오드; 상기 양극은 전기화학적 형성용 전원 공급 단자(7)측임; 본 발명에 있어서, "다이오드"로서 간단히 언급하는 경우, 그 용어는 전류 조절 다이오드를 포함하지 않음)를 통하여 연결하면, 각각의 접속 단자(4)에 연결된 도전체 표면상의 유전체층의 형성과, 반도체층의 형성을 동일한 지그로 행할 수 있으므로 유리하다. 더욱 구체적으로는, 전기화학적 형성에 의해 도전체의 표면상에 유전체층을 형성할 때, 절연성 기판(2)의 이면상에 존재하는 전기화학적 형성용 전원 공급 단자(7)로부터 전류가 흐르고, 이어서, 유전체층상에 반도체층을 형성할 때, 절연성 기판(2)의 전원 공급 단자(7) 또는 전류 조절 다이오드군의 집전 단자(3)로부터 전류가 흐름으로써, 전기화학적 형성용 전류값 및 반도체층의 형성용 통전값이 다르더라도, 이들 조작은 동일한 지그로 달성될 수 있다.
상기 절연성 기판상에 집전 단자, 전류 조절 다이오드, 다이오드, 전원 공급 단자의 배열은 특별히 제한은 없지만, 회로의 형성을 용이하게 하는 배열이 바람직하다. 예컨대, 이들 모두가 절연성 기판의 한쪽면에 형성되어 좋고, 또한, 양쪽면모두에 나누어서 배치되어도 좋다. 구체적으로는 절연성 기판의 한쪽면에 도 1의 반도체층 형성 회로가 설치되고, 반대면에 도 3의 전기화학적 형성용 회로가 설치되는 배열, 또는 한쪽면에 도 4의 회로(반도체층 형성 회로와 전기화학적 형성 회로의 주요부)가 설치되고, 반대면에 도 5의 회로(전기화학적 형성 회로의 양극측 공통 배선)가 설치되는 배열이 사용될 수 있다. 도 4 및 5에 있어서, 강조를 위해 접속 단자의 크기를 과장하였지만, 접속 단자는 접속 단자(4)의 하면이 절연성 기판(2)의 하면과 일치되는 크기를 가져도 좋다.
상기와 같은 콘덴서 제작용 지그를 사용함으로써 상기 도전체 표면상에 유전체층을 형성하고, 상기 유전체상에 반도체층을 형성하는 방법이 이하에 설명된다.
콘덴서 제작용 지그의 각각의 접속 단자에 하나의 도전체가 위치되고 연결된 후, 전기화학 형성 용액에 각각의 도전체가 침지된다. 이어서, 예컨대, 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 양극으로서 사용하고, 상기 전기화학적 형성 용액 중에서 형성된 외부 전극을 음극으로서 사용함으로써 유전체층이 형성될 수 있다. 전기화학적 형성 용액에 있어서, 유기산 또는 염(예컨대, 아디핀산, 아세트산, 암모늄아디페이트, 벤조산) 및 무기산 또는 염(예컨대, 인산, 규산, 암모늄 포스페이트, 암모늄 실리케이트, 황산, 암모늄 술페이트) 등의 공지의 전해질이 용해 또는 현탁된다. 전기화학적 형성 온도, 시간, 전류값 및 전압 등의 조건은 사용하는 도전체의 종류, 크기, 질량 및 콘덴서의 목표 기준을 고려하면서, 예비 실험을 행하여 결정된다. 도전체 표면상에 유전체층의 형성 후, 전기화학적 형성용 전원 공급 단자로부터의 전원 공급이 정지되고, 상기 도전체가 세정 및 건조된다. 이어서, 반도체층을 형성하기 위한 상술의 방법과 동일한 방법에 있어서, 절연성 기판의 표면의 단자 또는 전류 조절 다이오드군의 단자로부터 전류가 흐름으로써, 유전체층이 형성된 도전체의 유전체상에 반도체층이 형성될 수 있다.
본 발명의 접속 단자의 예로는, 소켓 구조의 접속 단자, 금속판 및 인쇄 기술에 의해 형성된 박형상 금속 재료로 이루어지는 접속 단자가 포함된다.
상기 도전체가 봉형상을 갖거나 또는 리드선을 포함한 구조를 갖는 경우, 소켓 구조의 접속 단자는 봉형상의 도전체 또는 리드선이, 상기 접속 단자가 상기 도전체와 전기적으로 연결될 수 있도록 금속 재료로 이루어지는 소켓 부분에 삽입됨으로써, 상기 도전체와의 접속을 위해 사용될 수 있다. 상기 소켓 부분에 사용되는 금속 재료의 예로는 동, 철, 은, 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 금속을 포함하는 금속 및 합금이고, 상기 금속 재료는 주석 도금, 땜납 도금(solder-plating), 니켈 도금, 금 도금, 은 도금 및 구리 도금 등의 공지의 도금 중 적어도 하나로 표면 도금되어도 좋다.
금속성 소켓부와 상기 소켓부를 덮는 절연성 수지부를 각각 포함하는 접속 단자가 병렬로 정렬되는 접속 단자의 군이 본 발명의 접속 단자로서 사용되는 것이 바람직하다. 예컨대, 인쇄판 상에 반도체 부품을 장착하기 위한 커넥터(connector) 중, 상기 절연성 기판상에 형성된 후술의 전류 토출형 정전류원의 출력에 리드 부분이 전기기계적으로 연결된 소켓 부분에 소켓 부분 및 직선성 리드 부분을 갖는 커넥터가 전기적으로 접속한다. 상기 커넥터를 통하여, 상기 도전체 및 전류 토출형 정전류원이 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 예로서, 리드를 갖지 않지만, 소켓 부분에 기판내 끼워 맞춤식 수신부가 전기적으로 연결된 구조를 갖는 커넥터가 설치된다. 이 경우에 있어서, 상기 커넥터의 수신부는 전류 토출형 정전류원이 배치된 절연성 기판의 출력 배선 부분에 끼워 맞춰짐으로써, 상기 커넥터를 통하여 정전류원 및 도전체가 연결될 수 있다.
또 따른 예로서, 상기 커넥터는 소켓 부분에 전기적으로 연결된 커넥터와 인쇄 회로 접착부가 설치된 표면 장착형 구조를 가져도 좋다. 이 경우에 있어서, 예컨대, 크림 땜납(cream solder)이 인쇄 회로 접촉부에 부착되고, 전류 토출형 정전류원이 배치된 상기 절연성 기판의 소정 배선부에 리플로우 납땜(reflow soldering)을 행함으로써 커넥터 및 정전류원이 연결될 수 있다.
상기 접속 부분이 금속판인 접속 단자에 있어서, 상기 단자로서 상기 도전체가 충분하게 접속할 수 있는 크기를 갖는 금속판이 사용된다. 상기 도전체와 접속을 효율적으로 하기 위해, 사상 금속판 표면은 주석 도금, 땜납 도금, 니켈 도금, 금 도금 및 은 도금 등의 적어도 하나의 도금이 실시되는 것이 바람직하다.
상기 도전체의 접속이 충분하게 될 수 있는 크기를 가지면, 상기 금속판의 형태는 충분하다. 또한, 상기 금속판이 배치되는 도전체의 간격을 유지시킬 수 있는 간격으로(배치되는 도전체의 간격과 거의 동일한 간격으로) 배치되면, 상기 금속판의 정렬은 충분하다.
특히, 각각의 배치된 도전체간의 간격이 충분히 넓을 경우에는, 각각의 금속판이 2개 이상의 이부(tooth part)를 지닌 빗과 같은 형태일 수 있으므로, 상기 금속 시트를 최초에 사용시에 각각의 금속판의 빗형상부의 하나의 이부에 도전체를 연결하고, 반도체층을 형성하는 일련의 조작이 행해지고, 상기 도전체가 상기 금속판으로부터 제거된 후, 상기 금속판을 사용하여 도전체상에 반도체층을 형성할 때에는 도전체를 각각의 금속판의 빗 형상부의 미사용의 이부에 연결하는 절차를 이부의 수만큼 복수회 반복할 수 있다. 콘덴서 제작용 지그의 접속 단자부에서 도전체의 연결 잔부(예컨대, 도전체의 리드선 잔부, 연결시의 용접 잔부)를 제거하는 조작을 매회 콘덴서 제작공정마다 요구하지 않지만, 금속판의 빗 형상부에서의 이부의 수만큼 복수회 콘덴서의 제작공정을 반복한 후에 상기 연결 잔부를 한꺼번에 제거할 수 있으므로 효율적이다.
후술하는 전류 토출형 정전류원이 배치된 절연성 기판의 접속 단자로서 금속판을 사용하는 경우, 기판의 이면에서 표면으로 확장되도록 상기 금속판이 하면(사용시에 가장 아래가 되는 면)에 부착되고 연결되면, 예컨대, 삽입 가공에 의해, 기판의 상부에 전극을 갖고, 하면에 수신 전극을 갖는 일반적인 저항 용접에 의해 상기 도전체와 금속판이 연결될 수 있으므로 바람직하다.
인쇄에 의해 형성된 박막상 금속 재료를 포함하는 접속 단자는, 인쇄에 의해 접속 단자 자신을 회로 인쇄함으로써 얻어지고, 그 방법의 예로는 구리를 주로 포함하는 재료 또는 금속 분말 및 수지를 주로 포함하는 도전성 페이스트를 사용한 방법이 포함된다.
상기 도전체에 양호한 연결을 달성하기 위해, 상기 접속 단자부는 주석 도금, 니켈 도금, 땜납 도금, 금 도금, 은 도금 등으로부터 선택된 적어도 하나의 도금을 실시하는 것이 바람직하다.
상술의 접속 단자로서 금속판을 사용한 경우와 동일하게, 콘덴서 제작용 지그에 인쇄에 의해 형성된 박막상 금속 재료를 각각 포함하고, 복수의 도전체가 연결되는 2개 이상의 접속 단자가 설치되는 경우, 상기 도전체가 상기 접속 단자에 연결될 수 있으면, 각각의 접속 단자의 형태는 충분하고, 또한, 배치된 도전체의 간격을 유지하기 충분히 넓은 간격(배치된 도전체의 간격과 같이 거의 동일한 간격)으로 상기 접속 단자가 배치되면, 접속 단자의 정렬은 충분하다. 특히 각각의 배치된 도전체간의 간격이 넓을 경우에는, 접속 단자로서 금속판을 사용한 경우와 동일하게, 빗과 같은 형태의 접속 단자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 접속 단자부가 기판의 표면에서 이면으로 확장되도록 형성되고, 상기 표면 및 이면상에 이들 접속 단자가 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 기판 하부의 양쪽면 상에 접속 단자부가 인쇄되고, 상기 기판 하부의 두께 부분이 도전성 페이스트 등을 사용하여 전기적 연결을 취함으로써, 표면 및 이면 상의 접속 단자부 사이에 도전성이 달성될 수 있다. 또한, 상기 기판 하부의 양쪽면 상의 접속 단자부의 인쇄 전 또는 후에, 상기 인쇄된 부분에 또는 상기 인쇄된 부분의 근방에 스루홀이 형성되어도 좋고, 또한 상기 스루홀의 내부에 인쇄 배선도 적용으로써, 표면 및 이면상의 접속 단자부간에 도전성이 달성될 수 있다.
박막상 금속 재료를 포함하고, 인쇄 기술에 의해 묘사된 접속 단자는, 절연성 기판에 묘사된 전자 회로의 소정 부분에 정전류원을 배치하는 방법에 의해 상기 전류 토출형 정전류원에 연결되는 것이 간단하므로 바람직하다.
또한, 소켓 구조 및 금속판 모두를 사용한 구조를 갖는 접속 단자도 본 발명의 범위에 포함된다. 그것의 예로는 기판내 끼워맞춤식 수신부 및 상기 수신부에 전기적으로 연결된 금속판을 포함하는 구조를 갖는 접속 단자 및 직선성 리드부 및 상기 리드부에 전기적으로 연결된 금속판을 포함하는 구조를 갖는 접속 단자가 포함된다. 예컨대, 전자의 경우에 있어서, 상기 수신부는 전류 토출식 정전류원이 배치된 절연성 기판의 출력 배선부에 끼워지고, 또한, 도전체는 상기 금속판에 연결됨으로써, 접속 단자로서의 기능이 발휘된다. 후자의 경우에 있어서, 상기 직선성 리드부는 전류 토출형 정전류원이 배치된 절연성 기판에 형성된 스루홀부로 삽입되고, 또한, 도전체는 상기 금속판에 연결됨으로써, 접속 단자로서의 기능이 발휘된다.
본 발명의 콘덴서 제작용 지그는, 예컨대, 전기 회로가 형성된 절연성 기판에 전류 조절 다이오드, 다이오드 및 필요에 따라서, 소켓 구조를 갖거나 또는 금속판을 포함하는 각각의 접속 단자를 연결함으로써, 납땜에 의해, 끼워 맞춤 후의 납땜 등에 의해 제작 및 사용될 수 있다. 상기 절연성 기판용 재료의 예로는 유리 에폭시 수지, 이미드 수지 및 세라믹이 포함된다. 상기 절연성 기판은 1~10mm, 더욱 바람직하게는 1.5~4.0mm, 가장 바람직하게는 1.2~4.0mm의 두께를 갖고, 이것이 사용되는 경우, 양호한 치수 정확성, 복수회 사용된 후라도 적은 변형 및 취급 용이성이 유리하게 확보된다.
본 발명의 콘덴서에 있어서, 콘덴서의 외부 인출 리드(예컨대, 리드 프레임)와 양호한 전기적 접촉을 달성하기 위해, 상기 방법에 의해 형성된 반도체층상에 전극층이 형성될 수 있다.
상기 전극층은 예컨대, 도전성 페이스트의 고형화, 도금, 금속의 기상 증착 또는 내열성 도전성 수지 필름에 의해 형성될 수 있다. 상기 도전성 페이스트의 바람직한 예로는, 은 페이스트, 구리 페이스트, 알루미늄 페이스트, 카본 페이스트 및 니켈 페이스트가 포함되고, 이들은 개별적으로 또는 이들 중 2종 이상의 조합으로 사용되어도 좋다. 2종 이상의 페이스틀 사용하는 경우, 상기 페이스트는 혼합되어도 좋고, 또는 개별적인 층으로서 서로 중첩되어도 좋다. 가해진 도전성 페이스트 후에 대기 또는 가열하에 방치시켜 고형화시킨다.
상기 도전성 페이스트는 수지 및 금속 등의 도전성 분말을 주로 포함하고, 필요에 따라서, 상기 수지를 용해시키기 위한 용제, 수지용 경화제 등을 함유해도 좋다. 상기 용제는 고형화시에 분산된다.
상기 도전성 페이스트에서의 수지로서, 알키드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 이미드 아미드 수지, 아미드 수지, 스티렌 수지 및 우레탄 수지 등의 각종 공지의 수지가 사용되어도 좋다. 상기 도전성 분말로서, 은, 알루미늄, 금, 탄소, 니켈 또는 상기 금속을 주로 포함하는 합금의 분말, 표면층 상에 상기 금속을 갖는 도포 분말 및 그들의 혼합 분말 중 적어도 하나가 사용된다.
상기 도전성 분말은 40~97질량%의 양으로 함유되는 것이 일반적이다. 상기 함량이 40질량% 미만이면, 상기 제작된 도전성 페이스트는 도전성에 있어서 불리하게 낮아지는 반면에 97질량%를 초과하면, 상기 도전성 페이스트는 접착 실패를 야기하므로 바람직하지 않다. 상기 반도체층을 형성하기 위해 상기 도전성 폴리머 또는 금속 산화물의 분말이 혼합된 후에 도전성 페이스트가 사용되어도 좋다.
상기 도금의 예로는 니켈 도금, 구리 도금, 은 도금 및 알루미늄 도금이 포함된다. 상기 금속 기상 증착의 예로는 알루미늄, 니켈, 구리 및 은이 포함된다.
구체적으로는, 예컨대, 반대 전극상에 탄소 페이스트 및 은 페이스트가 이 순서대로 적층된 후, 전체가 에폭시 수지 등의 재료로 몰드됨으로서 콘덴서가 제작된다. 상기 콘덴서는 상기 도전체에 미리 접속되거나 또는 후에 접속된 금속선을 포함하는 리드를 가져도 좋다.
본 발명의 이와 같은 구성을 갖는 콘덴서는, 예컨대, 수지 몰드, 수지 케이스, 금속성의 외장 케이스, 수지 침지 또는 적층 필름에 의해 외장됨으로써 각종 용도용 콘덴서 제품으로서 완성될 수 있다.
이들 중, 크기 및 가격에 감소를 달성할 수 있으므로, 수지 몰드에 의해 외장된 칩콘덴서가 바람직하다.
수지 몰드에 의해 콘덴서를 외장하는 경우가 상세히 기재된다. 상술한 바와 같이 얻어진 콘덴서 소자의 도전성층의 일부분이 별도 준비된 한쌍의 대향하여 배치된 끝부를 갖는 리드 프레임의 하나의 끝부에 높여지고, 양극 리드부의 일부분(상치 치수를 조절하기 위해, 상기 양극 리드는 그들의 말단을 절단한 후에 사용되어도 좋다)은 상기 리드 프레임의 다른 끝부에 놓여진다. 예컨대, 전자는 도전성 페이스트의 고형화에 의해, 후자는 용접에 의해, 전기적 또는 기계적으로 접합된 후, 상기 리드 프레임의 각각 끝부의 외부의 일부분을 남겨둔 채, 전체가 수지로 몰드되고, 상기 수지 몰딩 외부의 소정 부분에서 상기 리드 프레임을 절단하고, 구부림으로써(상기 리드 프레임이 수지 몰딩의 하면에 존재하고, 상기 몰드되지 않은 리드의 하면 또는 저면과 측면만을 남기 채 전체를 몰드하는 경우, 상기 리드 프레임은 구부림 가공 없이 절단만이 행해져도 좋다), 본 발명의 콘덴서가 제작된다.
상술한 바와 같이 상기 리드 프레임이 절단되고, 최종적으로 상기 콘덴서의 외부 단자가 된다. 그것의 형태는 박막 또는 평평한 형태이고, 사용되는 재료는 철, 구리, 알루미늄 또는 이와 같은 금속이 주로 포함되는 합금이다. 상기 리드 프레임은 땜납, 주석, 티타늄, 니켈 등에 의해 일부분이 또는 전체가 도금되어도 좋다. 상기 리드 프레임 및 도금 사이에, 니켈 및 구리 등의 프라이머 도금(primer plating)이 형성되어도 좋다.
상기 절단 및 구부림 공정 전이나 후, 상기 리드 프레임은 상기 각종 금속 또는 합금에 의해 도금되어도 좋다. 또한, 상기 콘덴서 소자를 장착 및 연결하기 전에 리드 프레임을 도금하고, 몰딩 후의 임의의 시간에서 재도금할 수도 있다.
상기 리드 프레임에 있어서, 한쌍의 대향 배치된 끝부가 존재하고, 끝부 사이에 틈이 존재함으로써, 각각의 콘덴서 소자의 양극 및 음극이 서로 절연된다.
수지 몰드 외장에 사용되는 수지의 종류로서, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 알킬기 수지 등의 고체 전해 콘덴서의 몰딩에 사용되는 공지의 수지가 사용될 수 있지만, 이와 같은 수지가 사용되는 경우, 몰딩시에 발생되는 콘덴서 소자 상에 몰딩 응력이 완화될 수 있으므로 각각의 수지는 저응력 수지가 바람직하다. 수지로 몰딩을 행하기 위한 제작기는 트랜스퍼 머신(transfer machine)이 바람직하다.
전극층의 형성시에 또는 외장시에 야기되는 유전체층의 열 및/또는 물리적 열화를 복구하기 위해, 이와 같이 제작된 콘덴서는 에이징 처리(aging treatment)가 행해져도 좋다.
상기 에이징은 소정 전압(일반적으로, 정격 전압의 2배 이내)을 가함으로써 행해진다. 에이징 시간 및 온도의 최적값은 콘덴서의 종류와 전기 용량, 및 정격 전압에 따라서 달라지고, 실험을 행함으로써 미리 결정되지만, 상기 에이징 시간은 수분~수시간이 일반적이고, 전압 인가 지그의 열에 의한 열화를 고려하여 상기 에이징 온도는 300℃ 이하가 일반적이다. 상기 에이징 분위기로서, 상기 에이징은 감압, 대기압 및 가압 중 어느 하나의 조건으로 행해질 수 있다. 또한, 상기 에이징 분위기는 대기, 또는 Ar, N2 및 He 등의 기체이어도 좋지만, 수증기 분위기가 바람직하다. 상기 에이징이 수증기를 함유하는 분위기 중에서 행해진 후, 대기 또는 Ar, N2 및 He 등의 기체 중에서 행해지는 경우, 상기 유전체층의 안정화가 진행될 수 있다. 또한, 수증기 분위기 중에서 에이징이 행해지고, 상기 콘덴서가 1분 내지 10시간 동안 150~250℃의 대기 중에 방치됨으로써 과량의 물이 제거된 후, 에이징이 행해질 수 있다. 수증기를 공급하기 위한 방법의 예로는 열을 사용함으로써 에이징 로(aging furnace) 중에 위치된 수조(water reservoir)로부터 수증기를 공급하는 방법이 포함된다.
전압을 가하는 방법으로서, 직류, (임의의 파형을 갖는)직류에 중첩된 교류 및 펄스 전류 등의 임의의 전류가 흐르도록 설계할 수 있다. 또한, 에이징 도중에 일단, 상기 전압 인가를 중지하고, 전압을 가할 수도 있다.
본 발명에 의해 제작된 콘덴서의 전기 용량은 일전 조건하에서 반도체층이 형성될 수 있으므로 안정하다. 그 결과, 상기 콘덴서군(동시에 제작된 다수의 콘덴서) 중의 전기 용량 변동은 종래의 제품에 비하여 좁다. 따라서, 특정 전기 용량 범위를 갖는 콘덴서를 얻는 경우, 상기 수율이 상승된다.
본 발명에 의해 제작된 콘덴서군은 개인용 컴퓨터, 서버, 카메라, 게임기, DVD, AV기기 및 휴대전화 등의 디지탈 기기, 및 각종 전원 등의 전자 기기에 사용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 일예에 따른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 다른 예에 따른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 일예에 따른 이면의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 다른 예에 따른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 일예에 따른 이면의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 발명이 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명되지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1:
1. 콘덴서 제작용 지그의 제작:
320mm의 길이, 30mm의 폭 및 2mm의 두께를 갖는 폴리이미드 판(2)의 한쪽면(이하, "표면"이라고 함)상에 도 1에 나타낸 바와 같은 도전체용 접속 단자(4)(도전체의 리드가 연결되는 위치를 나타낸 표시가 찍혀 있다)와 전류 조절 다이오드(1)의 각각의 양극을 접속하고, 판의 좌측(본 실시예에 있어서, 상측, 하측, 좌측 및 우측은 도 1에 따름)에 상기 단자(3)가 도달한 회로가 인쇄 배선에 의해 형성되었 다. 또한, 다른 면(이하, "이면"이라고 함) 상에, 도 3에 나타낸 바와 같은 표면상의 도전체용 접속 단자에만 전기적으로 연결된 회로(표면에서 보면, 상기 회로는 정류 다이오드(8)(10D-1, Nihon Inter Electronics Corporation제작)를 통과하고, 오른측의 전기화학적 형성용 전원 공급 단자(7)에 도달함)를 인쇄 배선에 의해 형성하였다. 여기서, 도전체용의 60개의 접속 단자(4)는, 등간격으로 배치되었다. 전류 조절 다이오드로서, E-101L(제품 코드: Ishizuka Electronics Corporation 제작)로부터 40μA이하의 것이 선택되고, 상기 판(2) 상의 고정 위치(도전체용 접속 단자(4)의 판 중앙측과 좌측의 단자(3)에 이르는 회로의 양극측)에 납땜함으로써 각각의 전류 조절 다이오드가 연결되었다.
2. 콘덴서의 제작
80,000μF·V/g의 CV를 지닌 탄탈 소결체(4×3×1mm의 크기 및 72mg의 질량, 표면으로부터 선의 7mm 끝이 도출되어 있는 0.29mmφ의 인출 리드선을 가짐)가 도전체로서 사용되었다. 반도체층을 형성하기 위한 후공정에서 용액이 뛰어 오르는 것을 방지하기 위해, 테트라플루오로에틸렌제 워셔가 상기 리드선에 부착되었다. 이 도전체는 상기 제작된 콘덴서 제작용 지그의 접속 단자에 방향 및 높이가 정렬되면서 용접으로 접속되었다. 콘덴서 제작용 지그를 총 10장 준비(총 600개의 도전체가 연결되어 있음)한 후, 7mm의 간격으로 지그가 평행하게 정렬될 수 있는 프레임(콘덴서 제작용의 각각의 지그의 좌측 및 우측을 유지하고, 상기 좌측 및 우측 유지 부분이 서로 기계적으로 절연되고, 좌측은 상기 지그용 표면상에 존재하는 반도체 형성용 단자에 기계적으로 연결되고, 우측은 상기 지그의 이면상에 존재하는 전기화학적 형성용 전원 공급 단자에 전기적으로 연결된 금속제 프레임)상에 배치되었다.
상기 프레임은 처음에 0.1% 인산 수용액이 함유된 전기화학적 형성 탱크 중에 도전체 부분과 리드선의 일부가 침지되도록 배치하고, 콘덴서 제작용 지그의 이면상에 존재하는 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 양극으로 사용하고, 전기화학적 형성 탱크 중에서 형성된 외부 전극(탄탈판)을 음극으로 사용하여, 10시간 동안 80℃에서, 도전체에 10V의 전압을 가함으로써 전기화학적 형성이 행해짐으로써, Ta2O5를 포함하는 유전체층이 상기 도전체 및 상기 인출 리드의 일부분 상에 형성되었다. 이어서, 상기 프레임이 상기 전기화학 형성 탱크로부터 꺼내지고, 물로 세정되어 100℃에서 건조되었다.
이어서, 20% 몰리브덴 나트륨 수용액을 함유하는 탱크 및 10% 수소화붕소 나트륨 수용액을 함유하는 탱크에 교대로 도전체 부분이 침지되도록 프레임을 배치하는 조작이 복수회 반복됨으로써, 유전체층에 전기적 미소 결함 부분이 생성되었다.
이어서, 반도체층 형성 용액(0.2M 안트라퀴논술포네이트 나트륨 및 에틸렌디옥시티오펜이 불용성 부분이 존재하는 것을 고려하여 충분한 양으로 채워진 20% 에틸렌 글리콜 및 물의 혼합 용액)을 함유하는 탱크(탄탈 박막이 상기 탱크에 적층되었고, 탱크 자체가 외부 전극이 됨) 중에 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임이 배치되었고, 전류 조절 다이오드측에서의 단자(3)를 양극으로서 사용하였고, 외부 전극을 음극으로서 사용함으로써, 전류가 1시간 동안 8V로 상기 단자(3) 를 통하여 반도체층이 형성되었다. 그런 후, 상기 프레임은 꺼내졌고, 세정 및 100℃에서 건조되었다. 또한, 상술의 전기화학적 형성 탱크에 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임이 배치되었고, 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 사용하여 1시간 동안 도전체에 7V의 전압을 인가하면서, 80℃에서 재전기화학적 형성이 행해졌다. 그런 후, 상기 프레임이 꺼내졌고, 세정되어 100℃에서 건조되었다. 상기 반도체층 형성의 공정 및 상기 재전기화학적 형성을 10번 반복한 후, 탄소 페이스트 탱크 및 은 페이스트 탱크에 순차적으로 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임이 배치된 후, 건조됨으로써, 상기 반도체층상에 전극층이 적층되었다.
전극층의 형성 후의 각각의 도전체가 각각의 콘덴서 제작용 지그로부터 제거되었다. 주석 도금 표면을 갖는 별도 준비된 리드 프레임의 2개의 도출부에, 양극층에 상기 도전체의 리드선이 위치되었고, 스폿 용접으로서 연결되었고, 상기 도전체의 은 페이스트 측은 음극측에 위치되었고, 은 페이스트에 의해 연결되었다. 그런 후, 상기 리드 프레임 일부분을 제외한 전체가 에폭시 수지로 몰드되어(상기 리드 프레임은 상기 수지 몰드 외부의 소정 위치에서 잘라진 후 구부려짐.) 7.3×4.3×1.8의 사이즈를 갖는 칩 콘덴서가 제작되었다. 얻어진 콘덴서는 2.5V의 정격 전압에서 480μF의 전기 용량을 갖고, 그것의 전기 용량 분포는 470∼490μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 469개이었고, 490∼510μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 85개이었고, 510∼530μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 4개이었고, 450∼470μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 39개 이었으며, 430∼450μF에 있어서의 콘덴서의 개수가 3개이었다.
비교예 1:
본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 개재없이 도전체에 1시간 동안 직접적으로 8V로 전류를 흐르게 하면서, 실시예 1에서의 반도체층을 형성함으로써, 비교용 콘덴서가 제작되었다. 비교용 콘덴서의 전기용량 분포는 470∼490μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 285개이었고, 490∼510μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 54개이었고, 510∼530μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 16개이었고, 530∼550μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 3개이었고, 450∼470μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 144개이었고, 430∼450μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 71개이었으며, 380∼430μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 27개이었다.
실시예 1 및 비교예 1의 결과로부터 명백하듯이, 실시예 1에서 얻어진 콘덴서군이 비교예 1에서 얻어지는 콘덴서군보다 분명이 더욱 좁은 전기용량 분포를 갖는다.
실시예 2:
1. 콘덴서 제작용 지그의 제작:
320mm의 길이, 30mm의 폭 및 1.2mm의 두께를 갖는 유리 에폭시판(2)의 한쪽면(이하, "표면"이라고 함)상에 도 4의 회로가 인쇄 배선에 의해 형성되었고, 다른면(이하, "이면"이라고 함)상에 도 5의 회로가 인쇄 배선에 의해 형성되었다. 더욱 구체적으로는 도전체용 소켓 구조를 갖는 접속 단자(4)와 전류 조절 다이오드(1)의 각각의 양극과 연결하고, 판의 좌측의 집전 단자(3)가 도달한 회로 및 정전류 다이오드와 교대로 병렬로 정렬된 각각의 정류기 다이오드(8)를 통하고, 스루홀(9)로부 터 판의 이면상에 전기화학적 형성용 전원 공급 단자(7)가 도달하는 회로가 형성되었다. 사용되는 도전체용 접속 단자가 2.54mm의 피치에서 64핀을 지닌 둥근 핀 DIP소켓 구조를 갖는 접속 단자(PCD리셉타클 399시리즈, Tokiwa & Co.,Inc.제작)이었고, 상기 유리 에폭시판 중의 소켓에 상응하는 64개의 스루홀을 형성함으로써, 상기 소켓핀이 스루홀로 삽입되었고, 납땜에 의해 연결되었다. 상기 전류 조절 다이오드로서, Ishizuka Electronics Corporation 제작의 E-101L로부터 40~70μ의 것이 선택되고, 각각의 전류 조절 다이오드가 납땜으로 연결되었다. 또한, 정류기 다이오드로서 Nihon Inter Electronics Corporation제작의 EP05DA 40이 사용되었고, 각각의 정류기 다이오드는 납땜으로 연결되었다.
2. 콘덴서의 제작
70,000μF·V/g의 CV를 지닌 탄탈 소결체(4.1×3×1.5mm의 크기 및 115mg의 질량, 0.52mmφ의 인출 리드선이 한쪽 끝이 소결체의 내부에 4mm, 다른 쪽 끝이 표면으로부터 10mm 돌출되어 있음)가 도전체로서 사용되었다. 반도체층 형성의 후공정에서 용액이 뛰어 오르는 것을 방지하기 위해, 테트라플루오로에틸렌제 워셔가 상기 리드선에 부착되었다. 방향을 일렬로 유지하면서, 상술한 바와 같이 제작된 콘덴서 제작용 지그의 접속 단자에 이와 같이 구성된 도전체가 삽입되었다.
콘덴서 제작용 지그를 총 10장 준비(총 640개의 도전체가 연결되어 있음)한 후, 11mm의 간격으로 지그가 평행하게 정렬될 수 있는 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 프레임상에 지그가 배치되었다. 상기 프레임은 처음에 0.1% 인산 수용액이 함유된 전기화학적 형성 탱크 중에 도전체 부분과 리드선의 일부가 침지되도록 배 치되었고, 콘덴서 제작용 지그의 이면상에 존재하는 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 양극으로 사용하고, 전기화학 형성 탱크 중에서 형성된 외부 전극(탄탈판)을 음극으로 사용하여, 10시간 동안 80℃에서, 도전체에 9V의 전압을 가함으로써 전기화학적 형성이 행해짐으로써, Ta2O5를 포함하는 유전체층이 상기 도전체 및 상기 인출 리드의 일부분상에 형성되었다. 이어서, 상기 프레임이 상기 전기화학적 형성 탱크로부터 꺼내지고, 물로 세정되어 100℃에서 건조되었다. 이어서, 상기 프레임이 2% 에틸렌디옥시티오펜의 알콜 용액을 함유하는 탱크에 상기 도전체 부분이 침지되도록 배치되었고, 꺼내어, 방치되었고, 18% 나프탈렌술폰산 철의 알콜 용액을 함유하는 탱크에 상기 도전체 부분이 침지되도록 배치되었고, 꺼내어, 30분 동안 40℃에서 방치되었고, 알콜을 함유하는 탱크에 도전체 부분이 침지되도록 배치되었고, 꺼내어 80℃에서 건조시키는 일련의 조작을 반복함으로써, 상기 유전체상에 에틸렌디옥시 폴리머를 주로 포함하는 미세 전기적 부분이 생성되었다.
이어서, 상기 프레임이 0.1% 아세트산 수용액을 함유하는 전기화학적 형성 탱크에 상기 도전체 부분이 침지되도록 배치되었고, 콘덴서 제작용 지그의 이면 상에 존재하는 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 양극으로서 사용하고, 상기 전기화학 형성 탱크에서 형성된 외부 전극(탄탈판)을 음극으로서 사용함으로써, 15분 동안 80℃에서 도전체에 8V의 전압을 인가함으로써 재전기화학적 형성이 행해졌다. 이어서, 반도체층 형성 용액(포화 농도 이하로 에틸렌디옥시티오펜 모노머 수용액 및 안트라퀴논술폰산이 용해된 20% 에틸렌 글리콜 및 물의 혼합 용액)을 함유하는 탱크(탄탈 박막이 상기 탱크에 적층되었고, 탱크 자체가 외부 전극이 됨) 중에 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임이 배치되었고, 전류 조절 다이오드측에서, 집전 단자(3)를 양극으로서 사용하였고, 외부 전극을 음극으로서 사용함으로써, 전류가 30분 동안 11V로 상기 집전 단자(3)에 가해져 반도체층이 형성되었다. 그런 후, 상기 프레임을 꺼내어, 물로 세정하고, 알콜로 더 세정한 후 80℃에서 건조하였다. 상술의 전기화학적 형성 탱크에 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임을 배치시키고, 전기화학적 형성용 전원 공급 단자를 사용하여 15분 동안 도전체에 7V의 전압을 인가하면서, 80℃에서 재전기화학적 형성이 행해졌다. 그런 후, 상기 프레임을 꺼내어 물로 세정하고, 알콜로 더 세정한 후, 80℃에서 건조하였다. 상기 반도체층 형성의 공정 및 상기 재전기화학 형성을 10번 반복한 후, 탄소 페이스트 탱크 및 은 페이스트 탱크에 순차적으로 상기 도전체 부분이 침지되도록 상기 프레임이 배치된 후, 건조됨으로써, 상기 반도체층 상에 전극층이 적층되었다.
전극층의 형성 후의 각각의 도전체가 각각의 콘덴서 제작용 지그로부터 제거되었다. 주석 도금 표면을 갖는 별도 준비된 리드 프레임의 2개의 끝부에, 상기 리드선의 일부분을 잘라내고 제거한 채, 양극층에 상기 도전체의 리드선이 위치되고, 스폿 용접으로서 연결되었고, 상기 도전체의 은페이스트 측은 음극측에 위치되었고, 은페이스트에 의해 연결되었다. 그런 후, 상기 리드 프레임 일부분을 제외한 전체가 에폭시 수지로 몰드되어(상기 리드 프레임은 상기 수지 몰드 외부의 소정 위치에서 절단된 후에 구부려짐.) 7.3×4.3×2.8mm의 사이즈를 갖는 칩 콘덴서가 제작되었다. 상기 콘덴서는 24시간 동안 90% RH 및 60℃에서 항습 탱크 중에 방치 된 후, 10분 동안 185℃에서 건조되어 5시간 동안 상기 도전체에 3.5V의 전압을 인가하면서, 125℃로 에이징이 실시되었다. 얻어진 콘덴서는 2.5V의 정격 전압에서 680μF의 전기 용량을 갖고, 그것의 전기 용량 분포는 720∼645μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 572개이었고, 720∼750μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 42개이었고, 750∼780μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 20개이었으며, 645∼610μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 6개이었다.
비교예 2:
본 발명의 콘덴서 제작용 지그의 개재없이 도전체에 30분 동안 직접적으로 11V로 전류를 흐르게 하면서, 실시예 1에서의 반도체층을 형성함으로써, 비교용 콘덴서가 제작되었다. 비교용 콘덴서의 전기용량 분포는 720∼645μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 351개이었고, 720∼750μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 25개이었고, 750∼780μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 2개이었고, 645∼610μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 157개이었고, 610∼575μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 88개이었고, 575∼540μF에 있어서의 콘덴서의 개수가 13개이었으며, 540∼510μF의 범위에 있어서의 콘덴서의 개수가 4개이었다.
실시예 2 및 비교예 2의 결과로부터 명백하듯이, 실시예 2에서 얻어진 콘덴서군이 비교예 1에서 얻어지는 콘덴서군보다 분명히 더욱 좁은 전기용량 분포를 갖는다.
본 발명은 반도체층이 전류 조절 다이오드를 통하여 전류가 흐름으로써 형성 되는 콘덴서 제작용 지그 및 콘덴서 제작방법을 제공한다. 본 발명에 따라서, 좁은 출현 전기 용량 분포를 갖는 콘덴서군이 얻어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 표면에 유전체층이 형성된 2개 이상의 도전체에 통전에 의해 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 콘덴서 제작용 지그에 있어서, 상기 도전체용 접속단자와 직렬로 전기적으로 연결된 출력을 각각 갖는 2개 이상의 전류 토출형 정전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  2. 2개 이상의 도전체에 통전에 의해 반도체층 및 유전체층을 형성하기 위해 사용되는 콘덴서 제작용 지그에 있어서, 상기 도전체의 각각의 접속 단자와 연결된 음극을 각각 갖고, 서로 전기적으로 연결된 음극을 각각 갖는 다이오드 및 상기 도전체용 접속 단자와 전기적으로 연결된 출력을 각각 갖는 2개 이상의 전류 토출형 정전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전류 토출형 정전류원은 각각의 양극이 전기적으로 접속되어 있는 2개 이상의 전류 조절 다이오드에 의해 구성되고, 각각의 음극은 출력이 되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자 및 상기 전류 토출형 정전류원의 출력이 케이블을 통하여 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 지그는 전류 조절 다이오드의 각각의 양극이 전기적으로 연결된 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지그는 각각의 음극이 각각의 도전체의 접속 단자에 연결되어 있는 다이오드를 더 포함하고, 상기 다이오드의 각각의 양극이 전기적으로 연결되어 있는 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  7. 제 1항, 2항, 4항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 소켓 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  8. 제 1항, 2항, 4항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 금속판인 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  9. 제 1항, 2항, 4항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자는 인쇄에 의해 형성된 박형 금속 재료인 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  10. 제 2항, 8항 또는 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체용 접속 단자 는 빗 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작용 지그.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 콘덴서 제작용 지그를 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
  12. 한쪽 전극으로서, 표면에 유전체층이 형성된 도전체를 사용하고, 통전에 의해 반도체층을 형성하여 다른쪽 전극을 형성하는 것을 포함하는 콘덴서 제작방법에 있어서, 통전은 정전류원을 사용함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 정전류원은 전류 조절 다이오드(current regulation diode)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
  14. 제 11항에 있어서, 유전체층을 갖고, 콘덴서 제작용 지그의 도전체용 각각의 접속 말단에 연결되어 있는 도전체는 반도체층 형성 용액 중에 침지되고, 상기 반도체층은 양극으로서 도전체측을 사용하고, 음극으로서 상기 반도체층 형성 용액 중에서 형성된 전극을 사용한 통전에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 도전체의 표면상의 유전체층의 형성 및 반도체층의 형성은 동일한 콘덴서 제작용 지그를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 제작방법.
  16. 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서군.
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