KR20060091232A - 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기계적 응력에 의해 양극체에 유전체 산화 피막이 손상하기 어려운 구조를 가지며 누설전류가 작고 단락불량이 억제된 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고체 전해 콘덴서는, 비정질 알루미나의 유전체 산화 피막이 표면에 형성된 알루미늄제의 양극체(5)를 구비하고, 양극체(5)에는 터널 형상의 복수의 에칭 피트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 알루미늄재에 터널 형상의 복수의 에칭 피트를 형성하는 공정과, 옥살산 등의 산을 포함하는 전해액에 알루미늄재를 침지하여 양극 산화를 행하는 공정과, 붕산 등의 무기산 혹은 그의 염을, 또는 아디핀산 등의 유기산 혹은 그의 염을 포함하는 전해액에 알루미늄재를 침지하여, 정격전압의 3배 이상의 전압으로 양극 산화를 행하는 공정을 포함한다.

Description

고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법{SOLID ELECTROLYTIC CAPACITORS AND PROCESS FOR FABRICATING SAME}

도 1은 본 발명의 실시예인 권회형 고체 전해 콘덴서의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예인 권회형 고체 전해 콘덴서가 구비하는 콘덴서 소자의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예인 권고체 전해 콘덴서를 제작할 때에 취급되는 알루미늄박의 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

본 발명은 알루미늄제의 양극체를 이용한 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

고체 전해질로서 TCNQ 착염(錯鹽)이나 폴리피롤 등의 도전성 고분자를 사용하고, 알루미늄의 박(箔)이나 박판(薄板) 등을 양극체로서 사용한 고체 전해 콘덴서는, 각종 전자기기에 널리 사용되고 있다. 그리고, 근래, 내(耐)전압이 보다 높은 고체 전해 콘덴서에 대한 수요가 매우 높아지고 있다. 주지와 같이, 이러한 고체 전해 콘덴서에서는, 유전체 산화 피막이 양극체의 표면에 형성되어 있다. 그리 고, 고체 전해 콘덴서의 내전압을, 즉, 유전체 산화 피막의 내전압을 높게 하는 방법의 하나로서, 유전체 산화 피막을 형성하는 양극 산화공정으로 양극체가 되는, 또는 양극체로 가공되는 알루미늄재에 인가되는 전압(화성(化成) 전압)을 높게 하는 것이 있다. 종래의 고체 전해 콘덴서의 일반적인 제조공정에서는, 고체 전해 콘덴서의 정격 전압의 3배 정도로 화성전압을 설정하여, 양극 산화가 행해지고 있다.

그러나, 상기의 값보다 큰 화성전압으로 양극 산화를 행하면, 제조한 고체 전해 콘덴서의 누설전류가 현저해져, 단락 불량이 생기기 쉬워지는 문제가 생긴다. 이 문제를 해결하기 위해, 결정성 알루미나가 아닌 비정질 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막을 양극체에 형성하는 것이 행해지고 있다 (예를 들면, 일본국 특허 공개공보 평5-343267호 참조). 결정성 알루미나의 유전체 산화 피막에서는, 피막의 형성시에 체적 수축이 일어나 결함부가 생긴다. 한편, 비정질 알루미나의 유전체 산화 피막에서는, 피막 형성시에 체적 수축이 거의 생기지 않기 때문에, 결함부가 매우 적어진다. 고체 전해 콘덴서의 누설 전류나 단락 불량은 유전체 산화 피막의 결함부에 기인하기 때문에, 비정질 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막을 형성함으로써 내전압이 높고, 누설전류가 적고, 단락 불량이 생기기 어려운 고체 전해 콘덴서가 얻어진다.

고체 전해 콘덴서의 제조 프로세스에서, 양극체가 되는 알루미늄재, 또는 양극체로 가공되는 알루미늄재와, 또한 양극체에는 굽힘응력, 인장응력 등의 각종 기계적 응력(물리적 응력)이 가해진다. 권회형 고체 전해 콘덴서를 예로 하면, 양극체로 가공되는 폭이 넓은 알루미늄박에 유전체 산화 피막이 형성된 후, 재단공정이 행해진다. 재단공정에서, 폭이 넓은 알루미늄박은 보다 폭이 좁은 복수의 알루미늄박으로, 즉 양극체로 절단·분리된다. 재단공정 후, 양극체에 리드탭 단자를 코킹(caulking)함으로써 리드탭 단자를 통해 리드선이 양극체에 접속된다. 그리고, 음극체 및 세퍼레이터 지(紙)와 함께 양극체가 권회되어, 콘덴서 소자가 제작된다.

상기와 같은 재단공정, 접속공정이나 권회공정으로 기계적 응력이 가해지면, 그것이 원인이 되어 양극체의 유전체 산화 피막이 손상되어, 결함부가 새롭게 생긴다. 그리고, 이렇게 후발적으로 생긴 결함부에 의해 고체 전해 콘덴서의 누설 전류 및 단락 불량이 증가하면, 비정질 알루미나로 유전체 산화 피막을 형성해도, 그 이점은 손상된다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것으로, 양극체의 유전체 산화 피막이 기계적 응력에 의해 손상되기 어려운 구조를 가지고, 종래의 고체 전해 콘덴서보다 누설 전류가 작고, 단락 불량이 억제된 고체 전해 콘덴서와, 그러한 고체 콘덴서를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 고체 전해 콘덴서는 비정질 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막이 표면에 형성된 알루미늄제의 양극체를 구비하고, 상기 양극체에는 터널 형상의 복수의 에칭 피트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 고체 전해 콘덴서용 양극체로서 이용되는 알루미늄재에 에칭을 실시하고, 상기 알루미늄재에 터널 형상의 복수의 에칭 피트를 형성하는 공정과, 옥살산, 인산, 황산 등의 산을 포함하는 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여 양극 산화를 행하는 공정과, 붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그 염을 포함하는 전해액에, 또는 아디핀산, 아젤라익산(Azelaic acid) 등의 유기산 혹은 그 염을 포함하는 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여, 상기 고체 전해 콘덴서의 정격 전압의 3배 이상의 전압으로 양극 산화를 행하는 공정을 포함한다.

또한, 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 고체 전해 콘덴서용 양극체로서 이용되는 알루미늄재에 에칭을 실시하여, 상기 알루미늄재에 터널 형상의 복수의 에칭 피트를 형성하는 공정과, 수화(水和) 공정을 행하지 않고 붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그 염을 포함하는 전해액에, 또는 아디핀산, 아젤라익산 등의 유기산 혹은 그 염을 포함하는 50℃ 이하의 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여, 상기 고체 전해 콘덴서의 정격 전압의 3배 이상의 전압으로 양극 산화를 행하는 공정을 포함한다.

양극체의 에칭 피트를 터널 형상으로 형성함으로써, 일반적인 해면(海綿) 형상의 에칭 피트와 비교하여, 양극체에서의 알루미늄의 잔부가 많아지고, 제조 공정에서 알루미늄재 및 양극체에 가해지는 기계적 응력은 효과적으로 분산된다. 그 결과, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는, 제조공정에서의 유전체 산화 피막의 손상이 억제되어, 종래의 고체 전해 콘덴서보다 누설 전류는 저감되고, 단락의 발생은 억제된다. 또한, 상술한 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 의하면, 누설 전류가 적은 고체 전해 콘덴서를 제조할 수 있다. 알루미늄재란, 양극체가 되는 또는 양극체로 가공되는 알루미늄박이나 알루미늄 박판 등을 의미한다.

본 발명의 발명자에 의한 실험에 의하면, 양극체의 에칭 피트에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상이면, 본 발명의 효과는 보다 현저해지는 것을 알 수 있었다. 또한, 양극체의 에칭 피트에서의 인접하는 2개의 피트의 간격에 대해 0.5∼1.0㎛인 것이 50% 이상이면, 본 발명의 효과는 보다 현저해지는 것을 알 수 있었다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예인 권회형 고체 전해 콘덴서의 단면도이고, 도 2는 이 콘덴서가 구비하는 콘덴서 소자(1)의 사시도이다. 콘덴서 소자(1)는 바닥이 있는 통 형상의 금속제 케이스(3) 내에 배치된다(도 2는 케이스(3) 내에 배치되기 전 상태의 콘덴서 소자(1)를 나타낸다). 콘덴서 소자(1)는 대략 원통 형상의 외형을 가지고, 띠 형상의 알루미늄박인 양극체(5) 및 음극체(7)를 세퍼레이터지(9)를 통해 권회하여 제작된다(도 2에서는, 풀린 상태의 양극체(5) 및 세퍼레이터지(9) 등을 파선으로 나타낸다). 양극체(5) 및 음극체(7)에는 리드탭 단자(11, 11)를 통해 양극 리드선(13) 및 음극 리드선(15)이 각각 접속된다. 양극체(5)와 음극체(7) 사이는, TCNQ 착염이나 도전성 고분자 등의 고체 전해질층(도시 생략)으로 채워진다. 도전성 고분자에는 폴리피롤, 폴리플랜, 또는 폴리아닐린 등이 이용된다.

콘덴서 소자(1)의 권회부의 상방에는, 밀봉용 고무제의(예를 들면, 부틸고무제의) 패킹(17)이 배치되고, 그 패킹(17)을 압박하도록 금속제 케이스(3)는 부분적으로 측면 드로잉(drawing) 가공되고, 그 선단은 컬 가공된다. 절연성의 수지로 형성된 좌판(19)은, 금속제 케이스(3)의 개구를 막도록 배치되고, 그 위에는 양극단 자(21) 및 음극단자(23)가 배치된다. 제조공정에서는, 리드선(13, 15)이 도 2에 나타내는 바와 같은 상태인 채로, 콘덴서 소자(1)의 권회부 상에 패킹(17)이, 또 좌판(19)이 배치된다. 리드선(13, 15)은 패킹(17) 및 좌판(19)을 관통하여, 좌판(19)의 상면으로부터 돌출한다. 그들 돌출한 선단부가 박판 형상으로 프레스 가공되어 리드선(13, 15)이 굴곡됨으로써, 도 1에 도시하는 바와 같이 양극단자(21) 및 음극단자(23)가 좌판(19) 상에 배치된다.

다음으로, 도전성 고분자를 고체 전해질로서 이용한 경우에서의 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 특징은, 양극체(5)의 구조에 있다. 양극체(5)는, 띠 형상으로 폭이 넓은 알루미늄박을 처리·가공함으로써 제작된다. 알루미늄박이 준비되면, 우선, 그에 대해 에칭 공정이 행해진다. 이 에칭 공정은, 알루미늄박의 양면에 (박면에 대략 수직인)터널 형상의 에칭 피트가 다수 형성되도록 행해진다. 또, 에칭 공정의 구체적 구성은 본 발명의 목적·효과를 달성 가능한 한, 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면, 에칭 공정은 초기 피트를 형성하는 제 1 단계와, 초기 피트를 확대하는 제 2 단계를 포함한다. 제 1 단계에서는 옥살산, 인산 또는 황산 등의 산을 가한 염산 수용액을 에칭액으로서 알루미늄박에 직류전류를 흘림으로써 직류 에칭이 행해진다. 전류밀도와 전기량을 조절함으로써, 형성되는 에칭 피트의 길이(깊이), 밀도 및 구멍 직경(피트 직경) 등이 제어된다.

제 1 단계가 종료한 후, 알루미늄박은 세정되고, 제 2 단계가 행해진다. 제 2 단계에서는, 황산 수용액 또는 질산 수용액 등에 알루미늄박을 침지하여 화학용 해를 행함으로써, 피트의 구멍 직경이 확대된다. 또, 제 2 단계가 행해진 후, 알루미늄박을 순수 중에 침지하는 수화공정이 행해져도 된다. 수화공정이 실시됨으로써, 알루미늄박의 표면에는 수산화 알루미늄이 형성된다. 이에 의해, 다음에 서술하는 양극 산화공정으로 알루미나층의 생성이 촉진됨과 동시에 소비전력이 절감된다.

에칭공정 또는 수화공정 후, 양극 산화공정이 행해져, 알루미늄박의 표면에는 거의 비정질 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막이 형성된다. 예를 들면, 양극 산화공정은 제 1 단계 및 제 2 단계를 포함한다. 제 1 단계에서는 옥살산, 인산, 황산 등의 산을 포함하는 전해액에 알루미늄박이 침지되어, 소정의 전류밀도로 전류를 흘려 양극 산화처리가 행하여진다. 제 1 단계가 행해짐으로써, 다공성의 비정질 알루미나층(알마이트층)이 알루미늄박에 형성된다. 또, 전류밀도는 10∼1000mA/㎠의 범위로부터 선택되는 것이 바람직하다.

제 2 단계에서는 붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그 염을 포함하는 전해액에, 또는 아디핀산, 아젤라익산 등의 유기산 혹은 그 염을 포함하는 전해액에 알루미늄재를 침지하고, 소정의 전류밀도로 소정의 전압까지 승압하여 양극 산화가 행해진다. 전해액은 무기산에 더하여 그의 염을 포함해도 되고, 또는 유기산에 더하여 그의 염을 포함해도 된다. 이에 의해, 제 1 단계에서 형성된 다공성의 비정질 알루미나층의 구멍 저부로부터 구멍을 메우도록 비정질 알루미나가 성장한다. 또, 승압하는 전압(화성전압)은, 제조하는 고체 전해 콘덴서의 정격 전압의 3배 이상이 되는 것이 바람직하다. 또한, 전류밀도는 10∼1000mA/㎠의 범위로부터 선택되는 것이 바 람직하다.

상기의 제 1 단계 및 제 2 단계 대신에 붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그의 염을 포함하는 전해액에, 또는 아디핀산, 아젤라익산 등의 유기산 혹은 그의 염을 포함하는 전해액에 상기 알루미늄박을 침지하고, 소정의 전류밀도로 소정의 전압까지 승압하여 양극 산화공정을 행해도 된다. 또, 이와 같이 양극 산화공정을 행하는 경우, 수화공정은 행해지지 않는다. 전해액은 무기산에 더하여 그의 염을, 또는 유기산에 더하여 그의 염을 포함해도 되고, 전해액의 온도는 50℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 화성전압은 정격전압의 3배 이상이 되고, 전류밀도는 10∼500mA/㎠의 범위로부터 선택되는 것이 바람직하다.

도 3은 양극 산화공정 후, 즉 유전체 산화 피막 형성 후에서의 알루미늄박의 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다. 본 발명을 권회형 고체 전해 콘덴서에 적용하는 경우, 알루미늄박의 두께는 50∼200㎛인 것이 바람직하다. 에칭 공정에서 형성되는 터널 형상의 에칭 피트의 구멍 직경은, 높은 화성전압으로 양극 산화처리를 행해도 피트가 막히지 않을 크기가 된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 효과상, 유전체 산화 피막 형성후에서의 에칭 피트의 구멍 직경에 대해 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 2개의 에칭 피트의 간격이 어느 정도 유지되면, 알루미늄박의 잔부(에칭공정 후에 남는 부분)이 늘어, 기계적 스트레스에 의한 유전체 산화 피막의 손상이 보다 억제된다. 때문에, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 효과상, 유전체 산화 피막 형성후에서의 인접하는 에칭 피트의 간격(피트의 가장자리간의 거리)의 50% 이상은 0.5∼1.0㎛인 것이 바람직하다. 또 한, 피트의 길이는 도 3에 도시하는 바와 같이, 알루미늄박의 두께의 반 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 산화 피막에서 결정성 알루미나가 차지하는 비율은 극히 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는 알루미늄박에 형성된 유전체 산화 피막의 결정화도(질량분률 결정화도)는 5% 이하인 것이 바람직하다.

에칭공정 및 양극 산화공정이 행해진 후, 알루미늄박의 재단공정이 행해져, 콘덴서 소자(1)를 구성하는 띠 형상의 양극체(5)가 완성된다. 본 실시예에서는, 음극체(7)에도 알루미늄박이 이용되고, 양극박과 마찬가지로 에칭 공정, 양극 산화공정 및 재단공정이 행해져 띠 형상의 음극체(7)가 만들어진다. 그러나, 본 발명에서, 음극체(7)의 구조 또는 구성은 특별히 한정되지 않고, 음극체(7)를 제작하는 경우에는, 상기와 같은 에칭공정 및 산화공정을 행할 필요는 없다. 예를 들면, 교류 에칭이 행해져 알루미늄박에 해면 형상의 에칭 피트가 형성되어도 되고, 결정성 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막이 알루미늄박에 형성되어도 된다.

양극체(5) 및 음극체(7)가 준비되면, 도 2에 나타내는 콘덴서 소자(1)가 제작된다. 우선, 양극 리드선(13)의 일단에 형성된 리드탭 단자(11)가 양극체(5)에 코킹되어, 양극체(5)에 양극 리드선이 접속된다. 마찬가지로, 리드탭 단자(11)를 통해 음극체(7)에 음극 리드선(15)이 접속된다. 그 후, 양극체(5) 및 음극체(7)는 세퍼레이터지(9)를 통해 권회된다. 콘덴서 소자(1)의 권회부의 외주에는 고정 테이프가(25)가 감긴다.

양극체(5) 및 음극체(7)는 알루미늄박을 재단하여 얻어지기 때문에, 그들의 절단면(단면)에는 유전체 산화 피막이 형성되어 있지 않다. 때문에, 도 2에 나타내 는 바와 같은 콘덴서 소자(1)가 만들어지면, 절단면에 유전체 산화 피막을 형성하는 절단면 화성공정이 행해진다. 또, 콘덴서 소자(1)는 150∼300℃의 온도로 열처리된다.

열처리 공정 후, 콘덴서 소자(1)의 양극체(5)와 음극체(7) 사이에 도전성 고분자층을 형성하는 공정이 행해진다. 예를 들면, 이 공정은 중합에 의해 도전성 고분자가 되는 모노머를 산화제 용액(예를 들면, p-톨루엔 술폰산 제 2철 알코올 용액)에 넣어 제작한 용액에 콘덴서 소자(1)를 함침(含浸)시켜, 모노머를 열화학 중합시킴으로써 행해진다. 그 후, 콘덴서 소자(1) 및 밀봉용 패킹(17)이 금속제 케이스(3)에 수납되고, 그 케이스(3)에 측면 드로잉·컬 처리가 실시되고, 또 에징(edging)처리가 행해진다. 그리고, 좌판(19)이 배치되고, 마지막으로 리드선(13, 15)의 가공이 행하여져, 도 1에 나타내는 고체 전해 콘덴서가 완성된다.

본 발명에 기초하여 정격전압이 50V인 고체 전해 콘덴서(φ10㎜×L8.0㎜)를 제작하고, 또 종래 기술에 기초하여 동일한 고체 전해 콘덴서를 제작하여, 각종 특성의 측정 및 비교를 행했다. 각 실시예 및 각 비교예에 대해 각각 20개의 샘플을 시험 제작했다. 이하, 그 결과에 대해 설명한다.

(실시예 1)

제 1 실시예의 고체 전해 콘덴서는, 이하와 같이 하여 제작되었다. 우선 양극체(5)는, 두께 1OO㎛의 알루미늄박을 처리 및 가공하여 만들어졌다. 알루미늄박의 에칭 공정의 제 1 단계에서는, 황산을 포함하는 염산 수용액 중에서 50mA/㎠의 전류밀도로 5분간의 직류 에칭을 행하고, 제 2 단계에서는 50℃, 5wt%의 질산 수용 액에 알루미늄박을 침지하여, 화학 용해로 에칭 피트의 확대를 행했다. 에칭 공정 후, 수화공정을 행하지 않고 양극 산화공정을 행했다. 양극 산화공정의 제 1 단계에서는, 옥살산 5g/L의 전해액에 알루미늄박을 침지하여, 200mA/㎠의 전류밀도로 7분간 통전하여 양극 산화를 행했다. 제 2 단계는, 오붕산 암모늄 1.0g/L의 전해액에 알루미늄박을 침지하여, 200mA/㎠의 전류밀도로 (정격전압 50V의 3배인)150V까지 승압하고, 이 전압을 15분간 유지하여 행했다. 그 결과, 20개의 샘플 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상으로, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상인 터널 형상의 에칭 피트가 양극체(5)에 형성되었다. 피트 구멍 직경 및 인접 피트 간격은, 주사형 전자 현미경 사진에 기초하여 결정하여, 이들의 비율을 산출하였다.

또한, 20개의 샘플 전부에 대해 양극체(5)의 유전체 산화 피막의 결정화도는 5% 이하가 되어, 유전체 산화 피막은 거의 비정질 알루미나로 구성된 것이 확인되었다. 결정화도는, 유전체 산화 피막의 X선 회절 측정을 행하여

Figure 112006006402710-PAT00001
-알루미나 1OO%인 표준 시료체와의 비로 결정하였다. 콘덴서 소자(1)의 열처리 온도는 250℃로 하고, 콘덴서 소자(1)의 고체 전해질층은 모노머로서 3, 4 에틸렌 디옥시 티오펜을, 산화제 용액으로서 p-톨루엔 술폰산 제 2철 알코올을 이용하여, 열화학 중합을 행하여 형성하였다. 또, 음극체(7)는 황산을 포함하는 염산 수용액 중에서 교류 에칭을 행한 알루미늄박을 사용하여 제작하였다. 음극체(7)에 대해 언급하지 않는 사항에 대해서는, 양극체(5)에 관한 전술의 설명과 동일하다.

(실시예 2)

제 2 실시예의 고체 전해 콘덴서는, 양극 산화공정의 제 2 단계에서, 화성전압을 (정격전압의 5배인)250V로 한(또, 승압까지의 시간을 실시예 1보다 길게 했다) 이외는, 실시예 1의 고체 전해 콘덴서와 동일하게 제작되었다. 이 경우도, 20개의 샘플 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상으로, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상인 터널 형상의 에칭 피트가 양극체(5)에 형성되었다. 또한, 20개의 샘플 전부에 대해 유전체 산화 피막의 결정도가 5% 이상인 것으로도 확인되었다.

(실시예 3)

제 3 실시예의 고체 전해 콘덴서는, 양극 산화공정의 제 2 단계에서 화성 전압을 (정격 전압의 9배인)450V로 한(또, 승압까지의 시간을 실시예 2보다 길게 했다) 이외는, 실시예 1의 고체 전해 콘덴서와 동일하게 제작되었다. 이 경우도, 20개의 샘플 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상으로, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상인 터널 형상의 에칭 피트가 양극체(5)에 형성되었다. 또한, 20개의 샘플 전부에 대해 유전체 산화 피막의 결정도가 5% 이하인 것도 확인되었다.

실시예 1 내지 3의 고체 전해 콘덴서는, 양극 산화공정의 제 2 단계에서의 화성전압이 다르다. 그러나, 이들 콘덴서의 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율은 50% 이상으로 되어 있고, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율은 50% 이상으로 되어 있다. 이는 앞에 설명한 바와 같이, 양극 산화공정의 제 2 단계에서는, 제 1 단계에서 형성된 다공성의 비정질 알루미나층의 구멍 저부로부터 구 멍을 메우도록 비정질 알루미나가 성장하기 때문에, 화성전압의 차이가 유전체 산화 피막의 막 두께에 영향을 주지 않는 것에 기인한다.

(실시예 4)

제 4 실시예의 고체 전해 콘덴서에서는 에칭 공정에서, 황산을 포함하는 염산 수용액 중에서 75mA/㎠의 전류밀도로 5분간의 직류 에칭을 행하고, 그 후 50℃, 5wt%의 질산 수용액에 침지하여 화학용해를 행했다. 그 결과, 20개의 샘플 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상으로, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 4O% 미만인 터널 형상의 에칭 피트가 양극체(5)에 형성되었다. 그 외에 대해서는, 실시예 2의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

(실시예 5)

제 5 실시예의 고체 전해 콘덴서에서는 에칭 공정에서, 황산을 포함하는 염산 수용액 중에서 50mA/㎡의 전류밀도로 5분간의 직류 에칭을 행하고, 그 후 50℃, 2wt%의 질산 수용액에 침지하여 화학용해를 행했다. 그 결과, 20개의 샘플 전부에 대해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 40% 미만으로, 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상인 터널 형상의 에칭 피트가 양극체(5)에 형성되었다. 그 외에 대해서는, 실시예 2의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

(비교예 1)

제 1 비교예의 고체 전해 콘덴서에서는, 수화공정 종료 후, 아디핀산 암모늄 0.5g/L, 85℃의 전해액에 알루미늄박을 침지하여, 200mA/㎠의 전류밀도로 250V까지 승압하고, 그 후 이 전압을 15분 유지함으로써 양극 산화공정을 행했다. 이에 의 해, 유전체 산화 피막이 겨의 결정성 알루미나로 구성된 양극체(5)가 얻어졌다(결정화도는 80∼95%). 그 외에 대해서는 실시예 2의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

(비교예 2)

제 2 비교예의 고체 전해 콘덴서에서는, 에칭 공정을 염산, 인산을 포함하는 수용액으로 200mA/㎠의 전류밀도의 정현파 교류(50Hz)로 교류 에칭을 행하여 해면 형상의 에칭 피트를 양극체(5)에 형성하였다. 그 외에 대해서는, 실시예 2의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

(비교예 3)

제 3 비교예의 고체 전해 콘덴서에서는, 비교예 2와 동일하게 에칭 공정을 행하여, 해면 형상의 에칭 피트를 양극체(5)에 형성하였다. 또한, 화성전압을 150V로 했다. 그 외에 대해서는, 비교예 1의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

(비교예 4 및 5)

비교예 4의 고체 전해 콘덴서에서는 화성전압은 250V로, 비교예 5의 고체 전해 콘덴서에서는 화성전압을 450V로 하였다. 그 외에 대해서는, 비교예 3의 고체 전해 콘덴서와 동일하다.

Figure 112006006402710-PAT00002

표 1에, 상기 실시예 및 비교예의 고체 전해 콘덴서에 대해 50V의 정격전압을 인가한 에징 처리에서의 단락 발생률을 나타낸다. 양극체(5)의 에칭 피트가 터널 형상으로, 유전체 산화 피막이 비정질 알루미나로 구성된 실시예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서는, 피트가 터널 형상으로, 유전체 산화 피막이 결정성 알루미나로 구성된 비교예 1의 고체 전해 콘덴서보다 단락 발생률이 낮고, 또, 피트가 해면 형상으로, 유전체 산화 피막이 비정질 알루미나로 구성된 비교예 2의 고체 전해 콘덴서보다도 단락 발생율이 낮은 것이 표 1로부터 이해된다. 또, 실시예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서는, 피트가 해면 형상으로, 유전체 산화 피막이 결정성 알루미나로 구성된 비교예 3 내지 5의 고체 전해 콘덴서보다 단락 발생율이 낮은 것이 표 1로부터 이해된다.

또한, 실시예 1 내지 3에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는, 양극체(5)의 화성전압에 관계없이 단락 발생율이 억제되는 것이 이해된다. 또, 화성전압이 250V인 실시예 2 및 5에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는, 양극체(5)의 에칭 피트에 관해 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상이면, 보다 단락 발생률이 억제되는 것을 이해할 수 있다. 또한, 화성전압이 250V인 실시예 2 및 4에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는 0.5∼1.0㎛인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상이면, 보다 단락 발생률이 억제되는 것을 이해할 수 있다.

Figure 112006006402710-PAT00003

표 2에, 상기 실시예 및 비교예의 고체 전해 콘덴서의 초기 전기 특성을 나타낸다. 측정된 초기 전기 특성은 전기 용량(Cap.), 유전정접(誘電正接)(tan δ), 등가 직류저항(ESR) 및 누설전류(LC)로, 20개의 샘플에서 평균한 값이 표 2에 나타나 있다. 또, 표 중의 전기용량 및 유전정접의 값은 주파수 120Hz에서의 측정치이고, 등가 직류저항의 값은 주파수 100kHz에서의 측정치이다. 또한, 누설전류의 값은 정격전압 50V를 2분간 인가한 후의 값이다.

양극체(5)의 에칭 피트가 터널 형상으로, 유전체 산화 피막이 비정질 알루미나로 구성된 실시예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서는, 피트가 터널 형상으로, 유전체 산화 피막이 결정성 알루미나로 구성된 비교예 1의 고체 전해 콘덴서보다, 피트가 해면 형상으로, 유전체 산화 피막이 비정질 알루미나로 구성된 비교예 2의 고체 전해 콘덴서보다, 누설 전류가 대폭 저감되는 것이 표 2로부터 이해된다. 또, 실시예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서는 피트가 해면 형상으로, 유전체 산화 피막이 결정성 알루미나로 구성된 비교예 3 내지 5의 고체 전해 콘덴서보다 누설 전류가 대폭 저감되는 것이 표 2로부터 이해된다. 실시예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서와 비교예 1 내지 5의 고체 전해 콘덴서의 유전정접 및 등가 직류저항의 값은 같은 정도로, 본 발명은 이들의 전기 특성을 악화시키지 않고, 단락의 억제와 누설전류의 저감이라는 효과를 가져오는 것이 표 1 및 표 2로부터 이해된다.

표 2에 나타낸 실시예 1 내지 3에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는, 양극체(5)의 화성전압에 관계없이 누설 전류가 억제되는 것이 이해된다. 또, 화성전압이 같은 실시예 2 및 5에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상이면, 누설전류의 저감 효과가 보다 현저해지는 것을 이해할 수 있다. 또한, 화성 전압이 같은 실시예 2 및 4에 착안하면, 본 발명의 고체 전해 콘덴서에서는 0.5∼1.0㎛ 인 인접 피트 간격의 비율이 50% 이상이면, 누설전류의 저감 효과가 보다 현저해지는 것을 이해할 수 있다.

Figure 112006006402710-PAT00004

표 3에, 실시예 1 내지 3의 고체 전해 콘덴서와, 비교예 3 내지 5의 고체 전해 콘덴서에 대해 측정한 B.D.V(Break Down Voltage) 값을 나타낸다. B.D.V치는, 상온에서 인가전압을 1V/s의 속도로 승압한 경우에, 콘덴서가 절연 파괴하는(단락하는) 전압의 값이다. 화성전압이 150V인 실시예 1 및 비교예 3에 착안하면, 실시예 1의 B.D.V치(63V)는, 비교예 3의 B.D.V치(58V)보다 높아져 있다. 화성전압이 250V인 실시예 2 및 비교예 4, 그리고, 화성전압이 450V인 실시예 3 및 비교예 5에 대해서도 실시예의 B.D.V치는 비교예의 B.D.V치보다 높아져 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 단락 발생율이 억제되고, 누설전류가 극히 작은 것에 더하여, 화성전압의 값에 관계없이 B.D.V치가 높은, 즉 내(耐)전압이 높은 고체 전해 콘덴서가 얻어지는 것이 이해된다. 이와 같이 본 발명은, 정격전압이 높은 고체 전해 콘덴서의 제조에서 극히 유효하다.

권회형 고체 전해 콘덴서에 대해 본 발명을 설명해 왔는데, 본 발명은 알루미늄제의 양극체를 이용한 고체 전해 콘덴서에 널리 적용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 단판을 양극체에 이용한 고체 전해 콘덴서나 적층형 고체 전해 콘덴서에 본 발명을 적용해도 되고, 또한, 상술한 에칭 공정이나 양극 산화공정이 폭이 넓고 긴 알루미늄 박판 등에 실시되어도 된다. 또, 상술의 실시예에서, 콘덴서 소자(1)에 적합한 크기의 (적절한 크기로 미리 재단한)알루미늄박에 에칭 공정이나 양극 산화공정이 행해져도 된다.

상기 실시예의 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 특허청구의 범위에 기재한 발명을 한정하거나 범위를 감축하는 것과 같이 이해해서는 안된다. 본 발명의 각부 구성은 상기 실시예에 한하지 않고, 특허청구의 범위에 기재한 기술적 범위 내에서 여러가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.

따라서, 양극체의 유전체 산화 피막이 기계적 응력에 의해 손상되기 어려운 구조를 가지고, 종래의 고체 전해 콘덴서보다 누설 전류가 작고, 단락 불량이 억제된 고체 전해 콘덴서와, 그러한 고체 콘덴서를 제조하는 방법이 제공된다.

Claims (7)

  1. 비정질 알루미나로 구성된 유전체 산화 피막이 표면에 형성된 알루미늄제의 양극체(5)를 구비한 고체 전해 콘덴서에 있어서,
    상기 양극체(5)에는, 터널 형상의 복수의 에칭 피트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 산화 피막의 결정화도는 5% 이하인 고체 전해 콘덴서.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 에칭 피트에 대해, 구멍 직경이 0.5∼1.5㎛인 피트의 비율이 50% 이상인 고체 전해 콘덴서.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 에칭 피트에서의 인접하는 2개의 피트의 간격에 대해, 0.5∼1.0㎛인 간격의 비율이 50% 이상인 고체 전해 콘덴서.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 에칭 피트에서의 인접하는 2개의 피트의 간격에 대해, 0.5∼1.0 ㎛인 간격의 비율이 50% 이상인 고체 전해 콘덴서.
  6. 고체 전해 콘덴서용 양극체(5)로서 이용되는 알루미늄재에 에칭을 실시하여, 상기 알루미늄재에 터널 형상의 복수의 에칭 피트를 형성하는 공정과,
    옥살산, 인산, 황산 등의 산을 포함하는 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여 양극 산화를 하는 공정과,
    붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그의 염을 포함하는, 또는 아디핀산, 아젤라익산 등의 유기산 혹은 그의 염을 포함하는 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여, 상기 고체 전해 콘덴서의 정격 전압의 3배 이상의 전압으로 양극 산화를 행하는 공정을 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  7. 고체 전해 콘덴서용 양극체(5)로서 이용되는 알루미늄재에 에칭을 실시하여, 상기 알루미늄재에 터널 형상의 복수의 에칭 피트를 형성하는 공정과,
    수화공정을 행하지 않고, 붕산, 인산 등의 무기산 혹은 그의 염을 포함하는, 또는 아디핀산, 아젤라익산 등의 유기산 혹은 그의 염을 포함하는 50℃ 이하의 전해액에 상기 알루미늄재를 침지하여, 상기 고체 전해 콘덴서의 정격전압의 3배 이상의 전압으로 양극 산화를 행하는 공정을 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
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