KR20060046098A

KR20060046098A - 고전압 세라믹 콘덴서

Info

Publication number: KR20060046098A
Application number: KR1020050041920A
Authority: KR
Inventors: 이와오 미우라; 쓰카사 사토
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-05-17
Also published as: KR101064033B1; US7023686B2; GB2414343B; JP2005333031A; GB2414343A; GB0510271D0; JP4856362B2; US20050259381A1

Abstract

본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서는, 콘덴서 소자(1)와 금속단자(2, 3)와 땜납 접합부(4, 5)를 포함한다. 콘덴서 소자(1)는, 세라믹소체(10)의 서로 대향하는 양면에 전극(11, 12)을 가진다. 금속단자(2, 3)는, 일끝단면(21, 31)이 전극(11, 12)의 한 면에 마주 향하고 있다. 땜납접합부(4, 5)는, 금속단자(2, 3)의 일끝단면(21, 31)과 전극(11, 12)의 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납접합하고 있다. 땜납접합부(4, 5)를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않고, 땜납 융점보다 높은 융점을 가진 무기질 입자를 함유한다.

Description

고전압 세라믹 콘덴서{HIGH-VOLTAGE CERAMIC CAPACITOR}

도 1은, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서의 정면 단면도이다.

도 2는, 도 1에 나타낸 고전압 세라믹 콘덴서의 일부를 확대하여 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 3은, 땜납 접합부에 있어서의 무기질입자 배합율과, 금속단자의 박리 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서에 대해서, 다른 실시형태를 나타내는 정면 단면도이다.

도 5는, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서에 대해서, 또 다른 실시형태를 나타내는 정면 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 콘덴서소자 2, 3 : 금속단자

4, 5 : 땜납접합부 A : 무기질입자

본 발명은, 예를 들면 전력신호분리, 분전압 또는 레이저 발진용 전원 등에 사용되는 초고압의 고전압 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.

이러한 종류의 고전압 세라믹 콘덴서는, 세라믹소체와, 이 세라믹소체의 양 주면에 설치된 전극(Ag 또는 Cu 또는 Ni/Sn 등)과, 상기 전극 위에 접합된 금속단자와, 상기 유전체 세라믹 및 상기 전극의 전체에 밀착하여 설치된 수지 피복을 가진다.

상기 고전압 세라믹 콘덴서에 있어서, 금속단자는, 일반적으로 고온 처리에 의해 전극에 납땜된다. 종래, 상기 납땜에 사용되는 땜납은, 금속납이 들어간 땜납(납 땜납)이 이용되고 있었다. 납 땜납은, 매우 부드럽고, 신축성이 풍부하기 때문에, 납땜시, 및 납땜후의 사용시에 고전압을 인가했을 경우에 있어서, 세라믹과 금구단자의 선팽창계수의 차이를 흡수하여, 단자의 탈락, 세라믹의 깨짐을 방지할 수 있다.

그러나, 요즘, 공해상의 문제로, 땜납은, 납을 뺀 납프리 땜납(PB리스(LESS)땜납)으로 이행하고 있다. PB리스 땜납은 땜납 성분으로서, Sn/Ag/Bi/Zn 등이 있지만, 납이 들어간 땜납에 비하여, 매우 딱딱해서 늘어남도 적다. 이 때문에, 납땜시에, 또는, 납땜후에, 각 부재의 열팽창계수의 차이를 흡수완화할 수 없고, 단자의 탈락이나 세라믹소체에 크랙 또는 깨짐이 발생해 버리는 문제가 있었다.

게다가, 세라믹 콘덴서에 있어서도, 소형화의 요구 때문에, 땜납 접합 면적의 협소화가 급속히 진전하고 있으며, 현단계에서도, 이미, 충분한 합금 접합 강도를 확보하는 것이 곤란하게 되어 있다.

PB리스 땜납에 대해서는, 여러 가지가 제안되고 있다. 예를 들면, 일본 특 허공개 2002-224880호 공보(문헌 1)는, IB족 금속분말이 들어간 Sn-Zn계 PB리스 납땜을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허공개 2002-261105호 공보(문헌 2)는, Cu볼이 들어간 Sn 땜납을 개시하여, Cu볼끼리를 CuSn 화합물로 연결하여, 장착기판과의 접속강도를 향상시키는 것을 도모하는 것이다.

그러나, 어느 쪽도, 고전압 세라믹 콘덴서에 특유의 문제점과는 관련성이 없는 과제를 해결하려고 하는 것이다.

본 발명의 과제는, 금속단자의 탈락, 및, 세라믹소체의 크랙 또는 깨짐의 발생을 방지한 고전압 세라믹 콘덴서를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서는, 콘덴서 소자와, 금속단자와 땜납접합부를 포함한다. 상기 콘덴서 소자는, 세라믹소체의 서로 대향하는 양면에 전극을 가진다. 상기 금속단자는, 일끝단면이 상기 전극의 한 면에 마주 향하고 있다. 상기 땜납접합부는, 상기 금속단자의 상기 일끝단면과 상기 전극의 상기 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납접합한다. 상기 땜납접합부를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않고, 땜납 융점보다 높은 융점을 가진 무기질 입자를 함유한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서는, 콘덴서 소자와, 금속단자와, 땜납 접합부를 포함한다. 콘덴서 소자는, 세라믹소체의 서로 대향하는 양면에 전극을 가지고 있으며, 금속단자는, 일끝단면이 상기 전극의 한 면에 마 주 향하고 있다. 이 상태에서, 땜납접합부는, 금속단자의 일끝단면과 전극의 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납접합한다. 이에 따라, 금속단자가 땜납접합부에 의해 콘덴서 소자의 전극에 면접합된다.

땜납접합부를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않는다(Pb리스 땝남). 따라서, 공해상의 문제를 없앨 수 있다. 문제는, Pb리스 땜납은, 납이 들어간 땜납에 비하여, 대폭 딱딱해져서, 늘어남도 적어지는 것이다. 이 때문에, 종래, Pb리스 땜납을 사용했을 경우, 납땜시, 또는, 납땜후에, 각 부재의 열팽창 계수의 차이를 흡수완화하지 못하고, 단자의 탈락이나 세라믹소체에 크랙 또는 깨짐이 발생해 버리는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명에서는, 땜납 접합부를 구성하는 땜납에, 땜납 융점보다 높은 융점을 가지는 무기질 입자를 함유시킨다. 상술한 바와 같은 무기질 입자를 함유시키면, 납땜시에 있어서, 용해영역으로부터 고상영역으로 옮길 때에, 접합력이 분산되고, 또한, 일부 공동부가 발생한다. 이 결과, 납땜시 및 납땜후에, 금속단자와 세라믹소체와의 사이의 선팽창계수의 차이에 기인하여 발생하는 응력이 완화되고, 금속단자의 탈락이나 세라믹소체에 크랙 또는 깨짐이 발생해 버린다고 하는 문제를 해소할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 금속단자의 탈락, 및, 세라믹소체의 크랙 또는 깨짐의 발생을 방지한 고전압 세라믹 콘덴서를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 구성 및 이점에 대해서는, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 자세하게 설명한다. 첨부 도면은, 단지, 예시에 지나지 않는다.

[실시예]

도 1은 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서에 대하여, 그 실시형태를 나타내는 정면 단면도, 도 2는 도 1에 나타낸 고전압 세라믹 콘덴서의 일부를 확대하여 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도시된 고전압 세라믹 콘덴서는, 콘덴서 소자(1)와, 금속단자(2, 3)와 땜납 접합부(4, 5)를 포함한다. 전체는, 예를 들면 에폭시 수지 등, 주지의 절연 수지(6)에 의해서 피복되어 있다.

콘덴서 소자(1)는, 세라믹소체(10)가 서로 대향하는 양면에 전극(11, 12)을 가진다. 세라믹소체(10)는, BaTi0₃이나 SrTi0₃등의 세라믹스 유전체에 의해서 구성되어 있다. 전극(11, 12)은, Ag, Cu 또는 Ni/Sn 등을 주성분으로 하여, 세라믹소체(10)의 양 주면에 가열접합 등의 수단을 통해 고착되어 있다.

금속단자(2, 3)는, 일끝단면(21, 31)이 상기 전극(11, 12)의 한 면에 마주 향하고 있다. 금속단자(2, 3)는, 전기전도율이 높은 재료, 예를 들면, Cu 등을 주성분으로 한다. 도시한 금속단자(2, 3)는, 전극(11, 12)과 접합되는 부분이, 직경이 큰 날밑형상이 되어 있어, 그 중앙부에 돌출하는 접속부를 가진다. 접속부에는, 접속용 나사구멍(22, 32)이 형성되어 있다. 금속단자(2, 3)의 사이에는, 예를 들면, 5∼50kV정도의 고전압이 인가된다.

땜납접합부(4, 5)는, 금속단자(2, 3)의 일끝단면(21, 31)과 전극(11, 12)의 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납접합한다. 땜납접합부(4, 5)를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않고, 땜납 융점보다도 높은 융점을 가진 무기질 입자 A(도 2 참조)를 함유한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서는, 콘덴서 소자(1)와, 금속단자(2, 3)와, 땜납접합부(4, 5)를 포함한다. 콘덴서 소자(1)는, 세라믹소체(10)의 서로 대향하는 양면에 전극(11, 12)을 가지고 있으며, 금속단자(2, 3)는, 일끝단면(21, 31)이 전극(11, 12)의 한 면에 마주 향하고 있다. 이 상태에서, 땜납접합부(4, 5)는, 금속단자의 일끝단면(21, 31)과 전극(11, 12)의 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납접합한다. 이에 따라, 금속단자(2, 3)가 땜납접합부(4, 5)에 의해 콘덴서 소자(1)의 전극(11, 12)에 면접합된다.

땜납접합부(4, 5)를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않는다(Pb리스 땜납). 구체적으로는, Sn/Ag/Bi/Cu계 또는 Sn/Zn계 땜납 등을 이용할 수 있다. 따라서, 공해상의 문제를 없앨 수 있다. 문제는, Pb리스 땜납은, 납이 들어간 땜납에 비하여, 매우 딱딱하여 늘어남도 적어지는 것이다. 이 때문에, 종래, Pb리스 땜납을 이용했을 경우, 납땜시, 또는, 납땜후에, 각 부재의 열팽장계수의 차이를 흡수완화하지 못하고, 금속단자(2, 3)의 탈락이나 세라믹소체(10)에 크랙 또는 깨짐이 발생해 버리는 등의 문제가 발생하고 있는 것은 상술한 바와 같다.

따라서, 본 발명에서는, 땜납 접합부(4, 5)를 구성하는 땜납에, 땜납 융점보다 높은 융점을 가진 무기질 입자 A를 함유시킨다. 구체적으로는, 예를 들면, Sn/Ag/Bi/Cu 계 또는 Sn/Zn계 땜납에, 상술한 무기질 입자 A를 함유시킨다. 무기질 입자 A는, 어떠한 재료가 선택되었을 경우에도, 땜납속에는 용해시키지 않고, 독립된 형상을 유지한다.

상술한 땜납 주성분에, 무기질 입자 A를 함유시키면, 납땜시에 있어서, 용해영역으로부터 고상영역으로 옮길 때에, 접합력이 분산되고, 또한, 일부 공동부 B(도 2 참조)가 발생한다. 이 결과, 납땜시 및 납땜후에, 금속단자(2, 3)와 세라믹소체(10)의 사이의 선팽창계수의 차이에 기인하여 발생하는 응력이 완화되어, 금속단자(2, 3)의 탈락이나 세라믹소체(10)에 크랙 또는 깨짐이 발생해 버린다고 하는 문제를 해소할 수 있다. 한편, 전극(11, 12)과 금속단자(2, 3)의 땜납 접합에 있어서는, 무기질 입자를 함유하는 크림땜납을, 전극(11, 12)의 표면에 도포하고, 그 위에 금속단자(2, 3)를 꽉 누르거나, 금속단자(2, 3)의 (21, 31)면에 동 크림 땝납을 도포하여, 전극(11, 12)에 꽉 눌러, 그 상태에서 땜납 열처리를 행한다.

무기질 입자 A는, 그 함유량 등을 고려하면, 세라믹 입자 등을 이용하는 것도 불가능하지는 않지만, 금속입자인 것이 바람직하다. 금속 입자이면, 도전성, 땜납 주성분과의 사이의 젖음성 및 선팽창계수의 유사성 등, 바람직한 물성적 특성을 이용할 수 있기 때문이다. 금속 입자는, 구체적으로는, Cu, Ag, Bi 혹은 Zn의 군으로부터 선택된 적어도 1종, 또는, 그들 합금을 포함할 수 있다. 이들은, 어느 쪽이나, 상술한 바람직한 물성적 특성을 가지고 있다.

또한, 무기질 입자 A는, 실질적으로 구형(球形)인 것이 바람직하다. 구형이면, 입자지름이 정리된 무기질 입자 A에 의해, 땜납접합부(4, 5)의 층두께를 일정화할 수 있다.

무기질 입자 A는, 입자지름이 15∼150㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 입자지름이면, 땜납 접합부(4, 5)에 요구되는 바람직한 접합 두께 를, 무기질 입자 A의 입자지름에 비례하는 두께로서 확실하게 설정할 수 있다.

또한, 무기질 입자 A의 배합율은, 0.5∼20wt%의 범위인 것이 바람직하다. O.5wt%미만에서는, 무기질 입자 A를 첨가한 기술적 의의가 없어지고, 20wt%를 넘으면, 납땜강도가 불충분하게 된다.

도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 고전압 세라믹 콘덴서에 있어서의 무기질입자 배합율과, 금속단자(2, 3)의 박리 강도를 나타내는 데이터이다. 도면에서, 가로축에 무기질입자 배합율을 취하고, 세로축에 박리 강도를 취하였다. 무기질 입자로서는, 입자지름이 15∼150㎛의 범위에 있는 Cu금속 입자를 이용하였다. 박리 강도의 단위 N는 뉴턴을 나타낸다. 도 3에 나타내는 데이터는, 가로축에 표시된 무기질입자 배합율의 각각에 있어서, 12개의 샘플을 작성하여, 각각에 대하여 박리 강도를 측정하여, 그 평균치를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, Cu금속 입자로 이루어지는 무기질 입자의 배합율 O.3wt%를 경계로 하여, 그것보다 낮은 영역에서는, 박리 강도가 급격하게 저하한다. Cu금속 입자로 이루어지는 무기질 입자의 배합율이 O.3wt%를 넘으면, 박리 강도가 증대하여, 1∼20wt%까지는 높은 박리 강도를 나타내지만, 20wt%를 넘으면, 박리강도는 급격하게 저하한다. 이들 데이터로부터는, Cu금속 입자로 이루어지는 무기질 입자의 배합율은, O.5∼20wt%의 범위, 특히,1∼20wt%의 범위가 바람직한 것이 이해된다. 무기질 입자로서 Ag, Bi 혹은 Zn을 이용했을 경우에도, 같은 결과를 얻을 수 있었다.

표 1은, 배합율과 세라믹소체에 발생한 크랙수의 관계를 나타내고 있다. 표 1에서는, Cu금속 입자로 이루어지는 무기질 입자의 배합율의 각각에 대하여, 12개의 샘플을 작성하여, 12개의 샘플중, 크랙을 발생한 수를 표시하고 있다.

[표 1]

배합율(wt%)	0	0.3	1.0	3.0	5.0	8.0	12.0	20.0	25.0
크랙수	3/12	1/12	0/12	0/12	0/12	0/12	0/12	0/12	0/12

표 1을 참조하면, 무기질 입자의 배합율 0.3wt% 이하에서는 크랙이 발생하지만, O.3wt%을 넘는 영역에서는, 크랙은 발생하지 않는다. 따라서, 크랙 방지의 관점에서는, 무기질 입자의 배합율은 O.3wt%를 넘는 값, 구체적으로는, 안전성을 내다보아, O.5wt%이상인 것이 바람직하게 된다.

도 4는 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다. 도면에 있어서, 도 1 및 도 2에 표시된 구성 부분과 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙이고 있다. 이 실시형태에서는, 금속단자(2, 3)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 것보다 가는 선형상부재로 구성되어 있다. 이 금속단자(2, 3)의 선단부는, 불룩해진 형상을 가지고 있으며, 선단부의 단면(21, 31)이, 땜납 접합부(4, 5)에 의해서 전극(11, 12)에 접합되어 있다.

도 5는 본 발명에 관한 고전압 세라믹 콘덴서의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다. 도면에 있어서, 도 1 및 도 2에 표시된 구성 부분에 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙이고 있다. 이 실시형태는, 이른바 누드 타입의 고전압 세라믹 콘덴서를 나타내는 것으로, 금속단자(2, 3)는, 평판형상 부재로 구성되어 있다. 이 금속단자(2, 3)는, 한 면(21, 31)의 전체면이, 땜납접합부(4, 5) 에 의해서 전극(11, 12)에 접합되고 있다.

도 4 및 도 5에 나타낸 실시형태에 있어서도, 땜납 접합부(4, 5)는, 먼저 설명한 무기질 입자를 함유하고 있으며, 도 1 및 도 2에 나타낸 실시형태와 같은 작용 효과를 발휘한다.

이상, 바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 기본적 기술사상 및 교시에 기초하여, 당업자라면, 여러가지 변형형태를 채용할 수 있음은 자명하다.

본 발명에 의하면, 금속단자의 탈락, 및, 세라믹소체의 크랙 또는 깨짐의 발생을 방지한 고전압 세라믹 콘덴서를 제공할 수 있다.

Claims

콘덴서 소자와, 금속단자와, 땜납 접합부를 포함한 고전압 세라믹 콘덴서로서,

상기 콘덴서 소자는, 세라믹소체의 서로 대향하는 양면에 전극을 가지고 있으며,

상기 금속단자는, 일끝단면이 상기 전극의 한 면에 마주 향하고 있으며,

상기 땜납접합부는, 상기 금속단자의 상기 일끝단면과 상기 전극의 상기 한 면과의 사이에 개재하여, 양면을 땜납 접합하고 있으며,

상기 땜납접합부를 구성하는 땜납은, 납을 포함하지 않고, 땜납융점보다도 높은 융점을 가진 무기질 입자를 함유하는 고전압 세라믹 콘덴서.
제 1 항에 있어서,

상기 무기질 입자는 금속 입자인 고전압 세라믹 콘덴서.
제 2 항에 있어서,

상기 금속 입자는, Cu, Ag, Bi 혹은 Zn의 군으로부터 선택된 적어도 1종, 또는, 그러한 합금을 포함한 고전압 세라믹 콘덴서.
제 1 항에 있어서,

상기 무기질 입자는 실질적으로 구형인 고전압 세라믹 콘덴서.
제 1 항에 있어서,

상기 무기질 입자는, 입자지름이 15∼150㎛의 범위에 있는 고전압 세라믹 콘덴서.
제 1 항에 있어서,

상기 무기질 입자의 배합율은, O.5∼20wt%의 범위인 고전압 세라믹 콘덴서.