KR20090005891A - 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 - Google Patents

고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화시켜 고체 전해 콘덴서의 제조비용을 절감하고, 정전용량을 극대화시키며, 실장력과 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자; 상부가 상기 콘덴서 소자의 내부에 삽입되고, 하부가 상기 콘덴서 소자의 외부로 돌출된 양극 와이어; 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위한 마스킹부; 상기 콘덴서 소자의 표면에 형성되는 유전체 산화피막층; 상기 유전체 산화피막층의 표면에 형성되고, 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층; 상기 마스킹부의 하부에 제공되고, 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자; 상기 양극 리드 단자와 대향되도록 상기 고체 전해질층의 하부에 제공되고, 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자; 및 상기 구성요소들을 감싸도록 형성되는 몰딩부;를 포함하는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법을 제공한다.
고체 전해 콘덴서, 양극 와이어, 마스킹부, 중공부, 전도성 물질

Description

고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법{Solid electrolytic condenser and method for manufacturing the same}
본 발명은 고체 전해 콘덴서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화시켜 제조비용을 절감하고, 용량을 극대화시키며, 실장력과 신뢰성을 향상할 수 있는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 전해 콘덴서는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류전류를 차단하고 교류 전류를 통과시키려는 목적에도 사용되는 전자부품이며, 이러한 고체 전해 콘덴서 중 가장 대표적인 탄탈륨 콘덴서는 일반 산업기기용은 물론 정격전압 사용 범위가 낮은 응용회로에 사용되며, 특히 주파수 특성이 문제되는 회로나 휴대 통신기기의 잡음 감소를 위하여 많이 쓰이고 있다.
이러한 고체 전해 콘덴서(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 콘덴서의 용량 및 특성을 결정하는 유전체분말 소재로 루어진 콘덴서 소자(11)와, 인쇄회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)에 용이하게 장착하도록 상기 콘덴서 소자(11)에 연결되는 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)과, 상기 콘덴서소자(11)를 외부환경으로부터 보호하고 콘덴서소자의 형상을 만들기 위해 에폭시(Epoxy)로 몰딩한 에폭시케이스(15)로 구성된다.
이때, 상기 콘덴서 소자(11)는 일측에 봉상의 양극 와이어(12)가 일정 길이로 돌출 형성되어 있다.
그리고, 상기 양극 와이어(12)에는 양극 리드프레임(13)과의 접촉율을 높이고 용접시 좌우 흔들림을 방지하기 위해 외부면이 평평한 압공면(12a)을 구비하고 있다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(11)를 제조하는 공정은 프레스 공정에서 유전체분말을 직육면체 상으로 성형하여 소결하고, 화성 공정을 거치면서 외부면에 유전체 산화피막을 형성한 다음, 질산망간수용액에 함침하여 그 외부면에 고체 전해질로 된 이산화 망간층을 열분해하여 형성한다.
상기와 같이 제조된 콘덴서 소자(11)에 상기 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)을 연결하는 공정은, 상기 콘덴서 소자(11)의 일측면에 일정 길이로 돌출된 봉 상의 양극 와이어(12)의 압공면(12a)에 판 상의 양극 리드프레임(13)을 용접하여 양극 단자를 인출하는 단계와, 상기 콘덴서 소자(11)의 외부 표면이나 음극 리드프레임(14)에 도포된 도전성 접합제를 매개로 하여 상기 음극단자를 인출하는 단계로 이루어진다.
그리고, 상기 양극 및 음극 리드프레임(13)(14)에 각각 전기적으로 연결된 상기 콘덴서 소자(11)는 외장 공정에서 에폭시로 몰딩하여 에폭시 케이스(15)를 형성한 후, 기타 후속 조립 공정을 통해 고체 전해 콘덴서로 완성된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 고체 전해 콘덴서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래 고체 전해 콘덴서는, 양극 와이어(12)와 양극 리드프레임(13)을 직접 용접하는 과정에서 고온의 열이 발생하게 되며, 이때 발생한 열이 상기 양극 와이어(12)를 통해 콘덴서 소자(11)에 영향을 미치게 되어 열에 취약한 콘덴서 소자(11)를 손상시키는 문제점이 있었다.
이와 같이 상기 콘덴서 소자(11)에 가해진 열충격에 의해 유전체가 파괴되며 이로 인해 제품 특성저하 및 불량이 발생하기 때문에 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 고체 전해 콘덴서는, 전체 외관을 형성하는 에폭시 케이스(15) 내에서 양극 리드프레임(13) 및 음극 리드프레임이 차지하는 공간이 크기 때문에 동일한 에폭시 케이스(15) 내에서 상대적으로 콘덴서 소자(11)의 크기를 작게 형성할 수밖에 없기 때문에 정전용량이 작아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고체 전해 콘덴서의 정전용량을 극대화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고체 전해 콘덴서의 실장력과 신뢰성을 향상하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자; 상부가 상기 콘덴서 소자의 내부에 삽입되고, 하부가 상기 콘덴서 소자의 외부로 돌출된 양극 와이어; 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위한 마스킹부; 상기 콘덴서 소자의 표면에 형성되는 유전체 산화피막층; 상기 유전체 산화피막층의 표면에 형성되고, 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층; 상기 마스킹부의 하부에 제공되고, 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자; 상기 양극 리드 단자와 대향되도록 상기 고체 전해질층의 하부에 제공되고, 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자; 및 상기 구성요소들을 감싸도록 형성되는 몰딩부;를 포함하는 고체 전해 콘덴서를 제공한다.
상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 리드 단자는 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부를 갖는 금속 플레이트로 형성되고, 상기 음극 리드 단자는 상기 고체 전해질층과 도전성 접착제를 매개로 전기적으로 연결되는 금속 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 리드 단자의 중공부에는 도전성 접착제가 충전(filling up)되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 리드 단자는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 양극 와이어의 하부 끝단을 둘러싸도록 형성되며, 상기 음극 리드 단자는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 고체 전해질층에 접합되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단자의 하면에는 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질이 도금되는 것을 특징으로 한다.
상기 고체 전해질층의 표면에는 상기 고체 전해질층의 도전성을 향상시키기 위한 전도성 물질로 이루어진 음극 보강층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 음극 보강층은, 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)이 순차적으로 도포되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태에서는, (a) 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자를 형성하는 단계; (b) 상기 콘덴서 소자의 하부에 양극 와이어를 삽입 연결하는 단계; (c) 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위하여 마스킹부를 형성하는 단계; (d) 상기 콘덴서 소자의 표면에 유전체 산화피막층을 형성하는 단계; (e) 상기 유전체 산화피막층의 표면에 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층을 형성하는 단계; (f) 상기 마스킹부의 하부에 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자를 형성하고, 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자를 형성하는 단계; 및 (g) 상기 구성요소들을 에폭시 수지로 몰딩하여 몰딩부를 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방 법을 제공한다.
상기 (c)단계에서, 상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 상기 (e)단계와 상기 (f)단계 사이에 수행되며 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)을 순차적으로 도포하여 음극 보강층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 (f)단계에서, 상기 양극 리드 단자는, 상기 마스킹부의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부를 갖는 금속 플레이트를 제공한 후 상기 중공부에 도전성 접착제를 충전하여 형성되고, 상기 음극 리드 단자는, 상기 고체 전해질층의 하부에 도전성 접착제를 매개로 금속 플레이트를 전기적으로 연결하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 상기 (f)단계 이후에 수행되며 상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단자의 하면에 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질을 도금하는 단계를 더 포함한다.
상기 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 상기 (g)단계 이후에 수행되며 상기 몰딩부의 외측으로 돌출된 상기 양극 리드 단자의 일부 및 상기 음극 리드 단자의 일부를 다이싱(dicing) 방식으로 제거하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 형태에서는, (a) 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자를 형성하는 단계; (b) 상기 콘덴서 소자의 하부에 양극 와이어를 삽입 연결하는 단계; (c) 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위하여 마스킹부를 형성하는 단계; (d) 상기 콘덴서 소자의 표면에 유전체 산화피막층을 형성하는 단계; (e) 상기 유전체 산화피막층의 표면에 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층을 형성하는 단계; (f) 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자가 형성되는 상기 마스킹부의 하부 공간 및 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자가 형성되는 상기 고체 전해질층의 하부 공간을 제외하고 상기 구성요소들을 에폭시 수지로 몰딩하여 몰딩부를 형성하는 단계; 및 (g) 상기 마스킹부의 하부 공간과 상기 고제 전해질층의 하부 공간에 페이스트 또는 슬러리 형태의 도전성 물질을 제공하여 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자를 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 제공한다.
상기 (c)단계에서, 상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 상기 (e)단계와 상기 (f)단계 사이에 수행되며 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)을 순차적으로 도포하여 음극 보강층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 고체 전해 콘덴서의 제조방법은, 상기 (g)단계 이후에 수행되며 상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단자의 하면에 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질을 도금하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 마스킹부를 이용하여 양극 와이어를 음극과 절연시킴과 아울러 양극 리드 단자를 형성하는 공간을 제공하여 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화하여 고체 전해 콘덴서의 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 콘덴서 소자의 하부로 삽입되는 양극 와이어 및 상기 양극 와이어의 하부 끝단과 양극 리드 단자를 직접 연결하여 양극을 인출하는 구조이기 때문에, 전체 외관을 형성하는 몰딩부 내에서 콘덴서 소자의 크기를 최대화하여 고체 전해 콘덴서의 정전용량을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 양극 리드 단자 또는 음극 리드 단자의 두께 및 면적을 최적화하여 고체 전해 콘덴서의 접속력과 실장력을 향상시킬 수 있으며, 용접 공정을 삭제하여 콘덴서 소자의 손상을 방지함으로써 제품 신뢰성을 향상할 수 있는 이점이 있다.
이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
고체 전해 콘덴서의 제1 실시예
먼저, 첨부된 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 정단면도이고, 도 4는 도 3의 I-I선을 따른 측단면도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서(100)는, 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자(110)와, 상부가 상기 콘덴서 소자(110)의 하측 내부에 삽입되고 하부가 상기 콘덴서 소자(110)의 외측으로 돌출된 양극 와이어(120)와, 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부를 절연하기 위한 마스킹부(130)와, 상기 콘덴서 소자(110)의 표면에 형성되는 유전체 산화피막층(140)과, 상기 유전체 산화피막층(140)의 표면에 형성되고 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층(150)과, 상기 마스킹부(130)의 하부에 제공되고 상기 양극 와이어(120)와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자(171)와, 상기 양극 리드 단자와 대향되도록 상기 고체 전해질층(150)의 하부에 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자(172), 및 상기 구성요소들을 감싸도록 형성되는 몰딩부(190)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(110)는, 탄탈(Ta) 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반한 후 혼합된 분말을 규격화된 치수와 밀도로 압축하여 펠릿을 성형하고 성형된 펠릿을 고온, 고진동 중에서 소결하여 제작한다.
이때, 상기 탄탈 이외에 니비오(Nb)와 같은 산화물 분말과 바인더를 혼합하여 제작할 수도 있다.
한편, 상기 마스킹부(130)는, 상기 콘덴서 소자(110)의 하부에 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 유전체 산화피막층(140)은, 상기 콘덴서 소자(110)의 표면에 전기화학 반응을 이용한 화성 공정에 의해 산화피막(Ta2O5)을 성장시킴에 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 고체 전해질층(150)은, 상기 유전체 산화피막층(140)의 표면에 질산-망간 용액을 도포한 후 소성 공정에 의해 이산화 망간(MnO2)을 형성시킴에 따라 음극을 갖을 수 있다.
한편, 상기 고체 전해 콘덴서(100)는, 상기 고체 전해질층(150)의 표면에 상기 고체 전해질층(150)의 도전성을 향상시키기 위한 전도성 물질의 음극 보강층(160)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 음극 보강층(160)은, 상기 고체 전해질층(150)의 표면에 카본(carbon:161)과 은(Ag:162)가 순차적으로 도포되어 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 양극 와이어(120)는 상기 마스킹부(130)를 통해 상기 고체 전해질층(150) 및 상기 음극 보강층(160)과 절연된다.
한편, 상기 양극 리드 단자(171)는 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부(171a)를 갖는 금속 플레이트로 형성되고, 상기 음극 리드 단자(172)는 상기 고체 전해질층(150)과 도전성 접착제(174)를 매개로 전기적으로 연결되는 금속 플레이트로 형성된다.
이때, 상기 양극 리드 단자(171)를 형성하는 금속 플레이트의 중공부(171a)에 상기 양극 와이어(120)의 하부 끝단이 삽입된 상태에서 상기 중공부(171a)에 도 전성 접착제(173)가 충전(filling up)됨으로써, 상기 양극 리드 단자(171)는 상기 양극 와이어(120)와 전기적으로 연결되어 양극의 극성을 갖게 된다.
한편, 도시하진 않았지만, 상기 양극 리드 단자(171)의 하면과 상기 음극 리드 단자(172)의 하면에는 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질이 도금됨으로써, 고체 전해 콘덴서(100)가 회로기판 등에 실장될 경우 접속 신뢰성을 높일 수도 있다.
이하, 첨부된 도 5a 내지 도 5l을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도로서, 도 5a는 콘덴서 소자가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5b는 양극 와이어가 결합된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5c는 마스크가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5d는 유전체 산화피막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5e는 고체 전해질층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5f는 음극 보강층 중 카본이 도포된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5g는 음극 보강층 중 은이 도포된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5h는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자를 나타낸 단면도이며, 도 5i는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5j는 양극 리드 단자의 중공부에 도전성 접착제가 충전되어 경화된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5k는 몰딩부가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5l은 양극 리드 단자와 음극 리드 단자를 다이싱한 상태를 나타낸 단면도이다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 탄탈(Ta) 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반한 후 혼합된 분말을 규격화된 치수와 밀도로 압축하여 펠릿을 성형하고 성형된 펠릿을 고온, 고진동 하에서 소결하여 콘덴서 소자(110)를 제작한다.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 콘덴서 소자(110)의 하측 내부에 양극 와이어(120)의 상부를 삽입하고, 상기 양극 와이어(120)의 하부를 상기 콘덴서 소자(110)의 외측으로 돌출되도록 결합한다.
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부가 절연되도록 마스킹부(130)를 형성한다.
이때, 상기 마스킹부(130)는 상기 콘덴서 소자(110)의 하부에 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 콘덴서 소자(110)의 표면에 전기화학 반응을 이용한 화성 공정을 통해 산화피막(Ta2O5)을 성장시켜 유전체 산화피막층(140)을 형성한다.
그리고, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 유전체 산화피막층(140)의 표면에 질산-망간 용액을 도포한 후 소성 공정을 통해 이산화 망간(MnO2)을 형성시킴에 따라 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층(150)을 형성한다.
다음, 도 5f와 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 고체 전해질층(150)의 표면에 도전성을 향상시키기 위한 음극 보강층(160)이 형성된다.
이때, 상기 음극 보강층(160)은, 전도성 물질인 카본(carbon:161)과 은(Ag:162)을 상기 고체 전해질층(150)의 표면에 순차적으로 도포하여 형성한다.
그리고, 도 5h에 도시된 바와 같이, 상기 양극 와이어(120)이 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부(171a)를 갖는 금속 플레이트로 이루어진 양극 리드 단자(171)를 준비하고, 상면에 실버 페이스트와 같은 도전성 접착제(174)가 구비된 음극 리드 단자(172)를 준비한다.
다음, 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 양극 리드 단자(171)의 중공부(171a)에 상기 양극 와이어(120)의 돌출된 하부 끝단이 삽입되도록 상기 마스킹부(130)의 하부에 상기 양극 리드 단자(171)를 구비한다.
이때, 도 5j에 도시된 바와 같이, 상기 양극 리드 단자(171)의 중공부(171a)에 실버 페이스트와 같은 도전성 접착제(173)를 충전(filling up)하여 경화시킴에 따라 상기 양극 리드 단자(171)를 상기 양극 와이어(120)와 전기적으로 연결함과 동시에 접합 고정한다.
아울러, 상기 양극 리드 단자(171)와 대향되도록 상기 음극 보강층(160)의 표면 중 하부 표면에 도전성 접착제(174)를 통해 상기 음극 리드 단자(172)를 접합 고정한다.
그리고, 도 5k에 도시된 바와 같이, 상기 구성요소들을 감싸도록 에폭시로 몰딩 처리하여 외관을 이루는 몰딩부(190)를 형성한다.
마지막으로, 도 5l에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩부(190)의 외측으로 돌출된 상기 양극 리드 단자(171)의 일부 및 상기 음극 리드 단자(172)의 일부를 다이싱(dicing) 방식으로 절단하여 제거하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조가 완료된다.
고체 전해 콘덴서의 제2 실시예
다음으로, 첨부된 도 6과 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 정단면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 측단면도이다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서(200)는, 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자(210)와, 상부가 상기 콘덴서 소자(210)의 하측 내부에 삽입되고 하부가 상기 콘덴서 소자(210)의 외측으로 돌출된 양극 와이어(220)와, 상기 양극 와이어(220)의 돌출된 하부를 절연하기 위한 마스킹부(230)와, 상기 콘덴서 소자(210)의 표면에 형성되는 유전체 산화피막층(240)과, 상기 유전체 산화피막층(240)의 표면에 형성되고 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층(250)과, 상기 마스킹부(230)의 하부에 제공되고 상기 양극 와이어(220)와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자(271)와, 상기 양극 리드 단자(271)와 대향되도록 상기 고체 전해질층(250)의 하부에 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자(272), 및 상기 구성요소들을 감싸도록 형성되는 몰딩부(290)를 포함하여 구성된 다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(210)는, 탄탈(Ta) 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반한 후 혼합된 분말을 규격화된 치수와 밀도로 압축하여 펠릿을 성형하고 성형된 펠릿을 고온, 고진동 중에서 소결하여 제작할 수 있다.
이때, 상기 탄탈 이외에 니비오(Nb)와 같은 산화물 분말과 바인더를 혼합하여 제작할 수도 있다.
한편, 상기 마스킹부(220)는, 상기 콘덴서 소자(210)의 하부에 상기 양극 와이어(220)의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 유전체 산화피막층(240)은, 상기 콘덴서 소자(210)의 표면에 전기화학 반응을 이용한 화성 공정에 의해 산화피막(Ta2O5)을 성장시킴에 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 고체 전해질층(250)은, 상기 유전체 산화피막층(240)의 표면에 질산-망간 용액을 도포한 후 소성 공정에 의해 이산화 망간(MnO2)을 형성시킴에 따라 음극의 극성을 갖을 수 있다.
한편, 상기 고체 전해 콘덴서(200)는, 상기 고체 전해질층(250)의 표면에 상기 고체 전해질층(250)의 도전성을 향상시키기 위한 전도성 물질의 음극 보강층(260)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 음극 보강층(260)은, 상기 고체 전해질층(250)의 표면에 카 본(carbon:261)과 은(Ag:262)이 순차적으로 도포되어 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 양극 와이어(220)는 상기 마스킹부(230)를 통해 상기 고체 전해질층(250) 및 상기 음극 보강층(260)과 절연된다.
한편, 상기 양극 리드 단자(271)는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 양극 와이어(220)의 하부 끝단을 둘러싸도록 형성되어 상기 양극 와이어(220)와 전기적으로 연결됨으로써 양극의 극성을 갖게되며, 상기 음극 리드 단자(272)는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 음극 보강층(260)에 접합되도록 형성되어 상기 음극 보강층(260)과 전기적으로 연결됨으로써 음극의 극성을 갖게 된다.
이때, 상기 양극 리드 단자(271)의 하단면과 상기 음극 리드 단자(272)의 하단면에는 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질이 도금되어 도금층(281,282)을 형성함으로써, 이로 구성된 고체 전해 콘덴서(200)가 회로기판 등에 실장될 경우 접속 신뢰성을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도 8a 내지 도 8j를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 8j는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도로서, 도 8a는 콘덴서 소자가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8b는 양극 와이어가 결합된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 8c는 마스크가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8d는 유전체 산화피막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 8e는 고체 전해질층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8f는 음극 보강층 중 카본이 도포된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 8g는 음극 보강층 중 은이 도포된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8h는 몰딩부가 형성된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 8i는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자가 형성된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8j는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자의 하면이 도금된 상태를 나타낸 단면도이다.
먼저, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 탄탈(Ta) 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반한 후 혼합된 분말을 규격화된 치수와 밀도로 압축하여 펠릿을 성형하고 성형된 펠릿을 고온, 고진동 하에서 소결하여 콘덴서 소자(210)를 제작한다.
그리고, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 콘덴서 소자(210)의 하측 내부에 양극 와이어(220)의 상부를 삽입하고, 상기 양극 와이어(220)의 하부를 상기 콘덴서 소자(210)의 외측으로 돌출되도록 결합한다.
다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 양극 와이어(220)의 돌출된 하부가 절연되도록 상기 마스킹부(230)를 형성한다.
이때, 상기 마스킹부(230)는 상기 콘덴서 소자(210)의 하부에 상기 양극 와이어(220)의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 콘덴서 소자(210)의 표면에 전기화학 반응을 이용한 화성 공정을 통해 산화피막(Ta2O5)을 성장시켜 유전체 산화피막 층(240)을 형성한다.
그리고, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 유전체 산화피막층(240)의 표면에 질산-망간 용액을 도포한 후 소성 공정을 통해 이산화 망간(MnO2)을 형성시킴에 따라 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층(250)을 형성한다.
다음, 도 8f와 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 고체 전해질층(250)의 표면에 도전성을 향상시키기 위한 음극 보강층(260)이 형성된다.
이때, 상기 음극 보강층(260)은, 전도성 물질인 카본(carbon:261)과 은(Ag:262)을 상기 고체 전해질층(250)의 표면에 순차적으로 도포하여 형성한다.
그리고, 도 8h에 도시된 바와 같이, 상기 양극 와이어(220)와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자가 형성될 상기 마스킹부(230)의 하부 공간(291) 및 상기 음극 보강층(260)과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자가 형성될 상기 음극 보강층(260)의 하부 공간(292)을 제외하고 상기 구성요소들을 에폭시 수지로 몰딩 처리하여 외관을 이루는 몰딩부(290)를 형성한다.
다음, 도 8i에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹부(230)의 하부 공간(291)과 상기 음극 보강층(260)의 하부 공간(292)에 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태의 도전성 물질을 충전(filling up) 경화하여 양극 리드 단자(271) 및 음극 리드 단자(272)를 형성한다.
마지막으로, 도 8j에 도시된 바와 같이, 상기 양극 리드 단자(271)의 하면과 상기 음극 리드 단자(272)의 하면에 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질을 도금하여 도금층(281,282)을 형성하면 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조가 완료된다.
상기에서 몇몇의 실시예가 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
도 1은 종래 기술에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 사시도;
도 2는 종래 기술에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 정단면도;
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 측단면도;
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도로서,
도 5a는 콘덴서 소자가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5b는 양극 와이어가 결합된 상태를 나타낸 단면도;
도 5c는 마스크가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5d는 유전체 산화피막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5e는 고체 전해질층이 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5f는 음극 보강층 중 카본이 도포된 상태를 나타낸 단면도;
도 5g는 음극 보강층 중 은이 도포된 상태를 나타낸 단면도;
도 5h는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자를 나타낸 단면도;
도 5i는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5j는 양극 리드 단자의 중공부에 도전성 접착제가 충전되어 경화된 상태를 나타낸 단면도;
도 5k는 몰딩부가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 5l은 양극 리드 단자와 음극 리드 단자를 다이싱한 상태를 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서를 나타낸 정단면도;
도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 측단면도;
도 8a 내지 도 8j는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 전해 콘덴서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도로서,
도 8a는 콘덴서 소자가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8b는 양극 와이어가 결합된 상태를 나타낸 단면도;
도 8c는 마스크가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8d는 유전체 산화피막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8e는 고체 전해질층이 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8f는 음극 보강층 중 카본이 도포된 상태를 나타낸 단면도;
도 8g는 음극 보강층 중 은이 도포된 상태를 나타낸 단면도;
도 8h는 몰딩부가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8i는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자가 형성된 상태를 나타낸 단면도;
도 8j는 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자의 하면이 도금된 상태를 나타낸 단면도;이다.

Claims (18)

  1. 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자;
    상부가 상기 콘덴서 소자의 내부에 삽입되고, 하부가 상기 콘덴서 소자의 외부로 돌출된 양극 와이어;
    상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위한 마스킹부;
    상기 콘덴서 소자의 표면에 형성되는 유전체 산화피막층;
    상기 유전체 산화피막층의 표면에 형성되고, 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층;
    상기 마스킹부의 하부에 제공되고, 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자;
    상기 양극 리드 단자와 대향되도록 상기 고체 전해질층의 하부에 제공되고, 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자; 및
    상기 구성요소들을 감싸도록 형성되는 몰딩부;
    를 포함하는 고체 전해 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드 단자는 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부를 갖는 금속 플레이트로 형성되고, 상기 음극 리드 단자는 상기 고체 전해질층과 도전성 접착제를 매개로 전기적으로 연결되는 금속 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극 리드 단자의 중공부에는 도전성 접착제가 충전(filling up)되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드 단자는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 양극 와이어의 하부 끝단을 둘러싸도록 형성되며, 상기 음극 리드 단자는 도전성 물질이 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태로 상기 고체 전해질층에 접합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단자의 하면에는 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질이 도금되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질층의 표면에는 상기 고체 전해질층의 도전성을 향상시키기 위한 전도성 물질로 이루어진 음극 보강층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 음극 보강층은, 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)이 순차적으로 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
  9. (a) 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자를 형성하는 단계;
    (b) 상기 콘덴서 소자의 하부에 양극 와이어를 삽입 연결하는 단계;
    (c) 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위하여 마스킹부를 형성하는 단계;
    (d) 상기 콘덴서 소자의 표면에 유전체 산화피막층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 유전체 산화피막층의 표면에 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 마스킹부의 하부에 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자를 형성하고, 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자를 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 구성요소들을 에폭시 수지로 몰딩하여 몰딩부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (c)단계에서,
    상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (e)단계와 상기 (f)단계 사이에 수행되며, 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)을 순차적으로 도포하여 음극 보강층을 형성하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 (f)단계에서,
    상기 양극 리드 단자는, 상기 마스킹부의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 끝단이 삽입되는 중공부를 갖는 금속 플레이트를 제공한 후 상기 중공부에 도전성 접착제를 충전하여 형성되고,
    상기 음극 리드 단자는, 상기 고체 전해질층의 하부에 도전성 접착제를 매개로 금속 플레이트를 전기적으로 연결하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 (f)단계 이후에 수행되며, 상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단자의 하면에 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질을 도금하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 (g)단계 이후에 수행되며, 상기 몰딩부의 외측으로 돌출된 상기 양극 리드 단자의 일부 및 상기 음극 리드 단자의 일부를 다이싱(dicing) 방식으로 제거하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  15. (a) 양극의 극성을 갖는 콘덴서 소자를 형성하는 단계;
    (b) 상기 콘덴서 소자의 하부에 양극 와이어를 삽입 연결하는 단계;
    (c) 상기 양극 와이어의 돌출된 하부를 절연하기 위하여 마스킹부를 형성하는 단계;
    (d) 상기 콘덴서 소자의 표면에 유전체 산화피막층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 유전체 산화피막층의 표면에 음극의 극성을 갖는 고체 전해질층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 양극 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 단자가 형성되는 상기 마스킹부의 하부 공간 및 상기 고체 전해질층과 전기적으로 연결되는 음극 리드 단자가 형성되는 상기 고체 전해질층의 하부 공간을 제외하고 상기 구성요소들을 에폭시 수지로 몰딩하여 몰딩부를 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 마스킹부의 하부 공간과 상기 고제 전해질층의 하부 공간에 페이스 트 또는 슬러리 형태의 도전성 물질을 제공하여 양극 리드 단자 및 음극 리드 단자를 형성하는 단계;
    를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (c)단계에서,
    상기 마스킹부는, 상기 콘덴서 소자의 하부에 상기 양극 와이어의 돌출된 하부 외주면을 감싸도록 도팅(dotting) 또는 필름(film) 방식으로 비전도성 물질을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 (e)단계와 상기 (f)단계 사이에 수행되며, 상기 고체 전해질층의 표면에 카본(carbon)과 은(Ag)을 순차적으로 도포하여 음극 보강층을 형성하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 (g)단계 이후에 수행되며, 상기 양극 리드 단자 및 상기 음극 리드 단 자의 하면에 주석(Sn) 또는 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성이 높은 물질을 도금하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
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