KR20090131053A - 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 고체 전해 콘덴서는, 내부가 양극의 극성을 갖고, 외표면에 음극층이 형성된 콘덴서 소자; 상기 콘덴서 소자의 일측면에 일단부가 돌출되게 결합된 양극 와이어; 상기 콘덴서 소자의 타측면에 형성된 음극 인출층; 상기 양극 와이어의 돌출된 단부 및 상기 음극 인출층의 단부가 노출되게 상기 콘덴서 소자를 감싸는 몰딩부; 및 상기 몰딩부의 양측부에 도금층에 의해 형성된 양극 단자와 음극 단자;를 포함하며, 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
콘덴서 소자, 양극 와이어, 전도성 완충재, 음극 인출층, 몰딩부, 양극 단자, 음극 단자, 고정 부재
Description
본 발명은 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 양극 와이어가 결합된 콘덴서 소자의 일측에 전도성 페이스트를 매개체로 하여 음극 인출층이 형성되고, 상기 콘덴서 소자의 양측부에 상기 와이어와 음극 인출층에 접촉된 도금층에 의해 양극과 음극이 형성됨으로써, 별도의 리드프레임 없이 제작 가능한 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 전해 콘덴서는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류 전류를 차단하고 교류 전류를 통과시키려는 목적으로 사용되는 전자부품 중의 하나로서, 이러한 고체 전해 콘덴서 중 대표적으로 탄탈륨 콘덴서가 제작되고 있다.
상기 탄탈륨 콘덴서는 일반 산업기기용은 물론 정격전압 사용 범위가 낮은 응용회로에 사용되며, 특히 주파수 특성이 문제되는 회로나 휴대 통신기기의 노이즈 감소를 위하여 많이 사용된다.
이와 같은 콘덴서는 기본적으로 탄탈 소자 중앙부 또는 중앙부를 제외한 부위에 리드 와이어를 삽입하거나 삽입된 리드 와이어를 탄탈 소자의 외부에서 밴딩하여 제작한다.
또한, 탄탈 소자에 리드 프레임을 조립하는 방법으로, 양극(+) 리드 와이어와 양극(+) 리드 프레임을 스폿(spot) 용접에 의해서 양극 단자를 인출하고, 몰드 패키지 후 양극과 음극 리드 포밍(forming)에 의해 전극 단자를 인출하는 방법이 사용된다.
도 1과 도 2는 종래 고체 전해 콘덴서에 관한 도면으로서, 도 1은 종래 고체 전해 콘덴서의 사시도이고, 도 2는 종래 고체 전해 콘덴서의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 고체 전해 콘덴서(10)는 콘덴서의 용량 및 특성을 결정하는 유전체분말 소재로 루어진 콘덴서 소자(11)와, 인쇄회로기판(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, 최종적으로 마킹 공정을 거쳐 콘덴서의 제작이 완료된다.
이와 같이 제작되는 종래 고체 전해 콘덴서(10)는 에폭시 케이스(15)를 포함한 전체 부피에서 콘덴서 소자(11)의 체적 효율이 현저히 저하됨에 따라 정전 용량이 작아지고 임피던스의 값이 커지는 문제점이 지적되고 있다.
또한, 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.
따라서, 상기 콘덴서 소자(11)에 가해진 열충격에 의해 유전체가 파괴되며 이로 인해 제품 특성저하 및 불량이 발생하기 때문에 제조 원가가 상승하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 콘덴서 소자와 이에 결합된 양극 와이어 및 음극 인출층을 감싸는 몰딩부 양측면에 도금에 의해 음극 및 양극 단자가 형성되도록 함으로써, 별도의 리드 프레임 없이 음극 단자가 형성됨과 아울러 음극의 인출 경로를 짧게 하여 전기저항특성이 개선되도록 하고, 정전 용량이 향상된 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 내부가 양극의 극성을 갖고, 외표면에 음극층이 형성된 콘덴서 소자와, 상기 콘덴서 소자에 일단부가 삽입된 양극 와이어와, 상기 콘덴서 소자의 외표면 일측에 형성된 음극 인출층과, 상기 콘덴서 소자를 감싸도록 형성되고, 상기 양극 와이어의 돌출된 단부 및 상기 음극 인출층의 단부를 노출시키는 몰딩부와, 상기 몰딩부의 양측부에 도금층에 의해 형성된 양극 단자 및 음극 단자;를 포함하는 고체 전해 콘덴서가 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 음극 인출층이 형성된 콘덴서 소자의 일면에는 콘덴서 소자 측면과 음극 인출층 사이에 전도성 완충재가 개재된다. 상기 전도성 완충재는 음극 인출층과 콘덴서 소자의 계면 사이에서 발생될 수 있는 접합 트러블을 해소하기 위한 것이다.
또한, 상기 콘덴서 소자의 하면에는 주로 폴리이미드 등의 합성수지로 구성된 필름 형태의 고정 부재가 밀착 결합되며, 상기 고정 부재가 밀착된 상태로 콘덴서 소자의 외주면에 몰딩부가 형성된다.
상기 수지 필름은 콘덴서 소자의 어레이(array)시 콘덴서 소자가 일정한 위치에 고정되어 지지되는 역할을 한다.
한편, 상기 콘덴서 소자는 외주면에 음극층과 음극 보강층이 형성되며, 상기 음극층은 콘덴서 소자의 표면에 탄탈산화물(Ta2O5)의 산화피막으로 구성된 절연층, 이산화망간(MnO2)으로 구성된 고체 전해질층으로 이루어지며, 그 외주면에 카본과 실버(Ag) 페이스트 등이 순차적으로 도포되어 음극 보강층이 형성된다.
이때, 상기 음극층이 형성된 콘덴서 소자의 일측면에 형성되는 음극 인출층은 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성될 수 있으며, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성된다.
그리고, 상기 콘덴서 소자의 외부에는 그 표면과 양극 와이어 및 음극 인출층을 감싸는 몰딩부가 형성되며, 상기 몰딩부의 양측부에 각각 양극 단자와 음극 단자가 도금층에 의해 형성된다.
상기 양극 단자와 음극 단자는 전해 도금이나 무전해 도금 또는 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성 가능하다.
이때, 상기 도금층은, 무전해 도금을 통해 형성될 경우 무전해 니켈 인(Ni/P) 도금으로 형성된 내부 도금층과, 상기 내부 도금층에 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 도금으로 형성된 외부 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 내부가 양극의 극성을 갖고 표면에 음극층이 형성되며, 일측 단부측에 양극 와이어가 결합된 콘덴서 소자를 준비하는 단계; 상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계; 접착제가 도포된 필름 형태의 고정 부재 상에 콘덴서 소자를 일정한 간격으로 어레이하는 단계; 어레이된 콘덴서 소자의 외측면에 에폭시를 이용하여 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 몰딩부의 양측부로 음극 인출층과 양극 와이어의 단부가 노출되도록 몰딩 제품을 커팅하는 단계 및 몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자 및 음극 단자를 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법이 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계 이전에 콘덴서 소자의 표면과 음극 인출층이 이루는 계면 상에서 발생되는 접합 트러블을 감소시키기 위하여 전도성 완충재를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 음극 인출층은, 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성될 수 있으며, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성된다.
또한, 상기 콘덴서 소자가 필름 형태의 고정 부재에 어레이되는 단계에서, 상기 콘덴서 소자는 수지 필름에 도포된 접착제에 의해 고정되며, 상기 콘덴서 소자의 외부에 몰딩부 형성시 수지 필름도 감싸는 형태로 에폭시가 도포되어 몰딩부 가 형성된다.
또한, 상기 몰딩 제품을 커팅하는 단계 이후에는 커팅면에 도금층 형성이 용이하도록 불순물을 제거하기 위하여 그라인딩 및 트리밍 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자 및 음극 단자가 형성되는 단계에서, 상기 양극 단자 및 음극 단자는 전해 도금이나 무전해 도금 또는 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 구조 및 공정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 소형화를 구현함과 아울러 정전용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법에 의하면, 고체 전해 콘덴서의 낮은 ESR(Equivalent Series Resistance) 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서 및 그 제조방법의 상기 목적에 대한 기술 적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일실시예 단면도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제작 과정이 도시된 단면도로서, 도 4는 콘덴서 소자에 음극 베이스 형성 전 단면도이며, 도 5는 콘덴서 소자에 음극 베이스 형성 후 단면도이고, 도 6은 콘덴서 소자에 몰딩부 형성 후 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 콘덴서(100)는 일측 단부에 양극 와이어(111)가 결합된 콘덴서 소자(110)와, 콘덴서 소자(110)의 타측 단부면에 형성된 음극 인출층(120)과, 상기 콘덴서 소자(110)의 외주면을 감싸는 몰딩부(130) 및 상기 몰딩부(130)의 양측면에 형성된 양극 단자(141)와 음극 단자(142)로 구성된다.
상기 콘덴서 소자(110)는 일측 단부에 상기 양극 단자(141)와 전기적으로 접속되는 양극 와이어(111)의 일단부가 노출되게 결합된 직육면체 형태로 구성된다.
상기 콘덴서 소자(110)를 좀 더 자세하게 살펴보면, 콘덴서 소자(110)는 도 4와 같이 양극의 극성을 가지며 외표면에 음극층(도면 미도시)이 형성된 탄탈 펠렛(112)과, 상기 음극층의 외부에 카본(113a)과 실버 페이스트(113b)가 순차적으로 도포된 음극 보강층(113)으로 구성된다.
상기 탄탈 펠렛(112)은 유전체 산화피막층으로 이루어진 절연층에 의해서 그 외측에 형성되는 음극층과 절연되고, 상기 절연층은 전기화학 반응을 이용한 화성 공정에 의해서 탄탈 펠렛(112)의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 성장시켜 형성된다.
이때, 상기 절연층은 상기 탄탈 펠렛(112)을 유전체로 변화시키게 된다.
여기서, 상기 탄탈 펠렛(112)은 탈탄 파우더와 바인더의 혼합물로 제작되는 바, 상기 탈탄 파우더와 바인더를 일정비율로 혼합 교반시키고, 혼합 파우더를 압축하여 직육면체로 성형한 후, 이를 고온과 고진동 하에서 소결시켜 제작된다.
상기 탄탈 펠렛(112)은 탄탈(Ta) 외에도 니비오(Nb) 산화물과 같은 재질을 이용하여 소결 제작될 수 있다.
그리고, 음극층은 질산-망간 용액에 절연층으로 포밍된 탄탈 펠렛(112)을 함침시켜 그 외표면에 질산-망간 용액이 도포되도록 한 후에 이를 소성시켜 음극을 갖는 이산화망간(MnO2)층이 형성되도록 한다.
상기 콘덴서 소자(110)의 구성에서 절연층과 음극층에 대한 도면 부호 기재와 아래 도면의 표시는 본 발명이 채택하고 있는 고체 전해 콘덴서의 제작시 당업자에 의해 충분히 이해될 수 있는 공지 기술에 해당된다고 판단되어 생략하였다.
한편, 상기 음극층의 외측면에는 카본(carbon,113a)과 실버 페이스트(silver paste,113b)가 순차적으로 도포된 음극 보강층(113)이 형성되는 바, 상기 음극 보강층(113)은 상기 음극층이 가지는 극성에 대한 도전성이 향상되도록 함으로써, 상기 음극 보강층(113)에 결합되는 음극 인출층(120)과의 극성 전달을 위한 전기적 연결이 용이하게 한다.
상기와 같이 제작되는 콘덴서 소자(110)는 조립 공정의 편의상 도 7에 도시된 바와 같이 알루미늄이나 스텐레스(SUS) 재질의 벨트(200)에 와이어(111)에 의해서 결합되어 음극층과 음극 보강층이 형성되고, 이 후의 제작 공정이 진행될 수 있도록 한다.
양극 와이어(111)가 일단부에 결합되고, 외표면에 음극 보강층(113)이 형성된 콘덴서 소자(110)의 타단부, 즉 양극 와이어(111)가 결합된 단부의 반대편 단부측에는 음극 인출층(120)이 형성되어 안정된 음극 단자가 인출될 수 있도록 한다.
본 발명에서는 음극 단자를 인출하기 위한 리드 프레임이 배제되어 음극 인출이 이루어지도록 하는 것이 기술적 특징인 바, 콘덴서 소자(110)의 음극 보강층(113)을 형성하는 실버 페이스트층(113a)으로부터 직접 전극을 인출하는 도금층 형성이 불가능하기 때문에 전도성 페이스트를 이용한 음극 인출층(120)을 형성하게 된다.
상기 음극 인출층(120)은 Au, Pd, Ag, Ni, Cu 등의 점성이 있는 전도성 페이스트로 구성됨이 바람직하며, 콘덴서 소자(110)의 일면에 도포되어 건조, 경화, 소성 등의 가공을 통해 충분한 강도와 경도를 가지도록 한다.
이때, 상기 음극 인출층(120)은 대략 30 내지 300℃ 사이에서 경화된다.
또한, 상기 음극 인출층(120)은 양극 와이어(111)가 결합된 콘덴서 소자(110)의 일면에 도 8에 도시된 바와 같이, 노즐(300)을 이용한 디스펜싱(dispensing) 타입(도 8a), 조(400) 내의 페이스트(P)가 일면에 일정량 부착되도록 하는 디핑(dipping) 타입 및 시트(500) 상에 페이스트(P)를 프린트하여 이를 콘 덴서 소자(110)의 일면에 부착되도록 하는 프린팅(printing) 타입 등이 이용될 수 있다.
한편, 상기 콘덴서 소자(110) 일면의 음극 인출층(120)과 음극 보강층(113) 사이에는 전도성 완충재(115)가 개재되는 데, 상기 전도성 완충재(115)는 음극 인출층(120)이 형성되는 콘덴서 소자(110) 표면이 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 하게 된다.
상기 전도성 완충재(115)는 음극 보강층(113)의 최외층을 구성하는 실버 페이스트층(113b)에 점성이 있는 전도성 페이스트의 음극 인출층(120)이 용이하게 접합될 수 있도록 화학적 기계적 친화력이 좋은 에폭시 계열로 형성됨이 바람직하다.
이때, 상기 전도성 완충재(115)를 음극 보강층(113)과 음극 인출층(120) 사이에 개재시키는 이유는, 음극 보강층(113)의 최외층인 실버 페이스트층(113a)과 음극 인출층(120)의 전도성 페이스트가 직접 접촉되어 발생될 수 있는 접촉 트러블을 해소시키기 위함이다.
상기 전도성 완충재(115)는 전도성의 에폭시 계열 뿐만 아니라 스틸 또는 페이스트 재질로 구성된 리드 프레임으로도 형성될 수 있을 것이다.
상기 콘덴서 소자(112)는 하면 일부분에 고정 부재(150)가 부착되고, 그 외주면을 감싸도록 몰딩부(130)가 형성된다.
상기 몰딩부(130)는 콘덴서 소자(110)의 외주면과 콘덴서 소자(110) 양측부로 노출된 양극 와이어(111)와 음극 인출층(120)의 단부면을 제외한 부분을 감싸도록 하여 콘덴서 소자(110)가 외부 환경으로부터 보호되도록 하며, 주로 에폭시 재 질로 구성된다.
상기 콘덴서 소자(110)의 외주면에 몰딩부(130)를 형성할 때, 단위 콘덴서 소자(110) 별로 에폭시를 이용하여 몰딩부(130)가 형성될 수 있으며, 콘덴서 소자(110)를 등간격으로 배열한 후 일괄적으로 몰딩부(130)가 형성되도록 할 수 있다.
상기 콘덴서 소자(110)의 외주면에 몰딩부(130)가 일괄적으로 형성되도록 하는 경우에는 하면에 부착된 고정 부재(150)를 이용하여 콘덴서 소자(110)를 등간격으로 배열시킨 후에 몰딩부(130)가 형성되도록 하며, 이때 상기 몰딩부(130)는 상기 고정 부재(150)를 포함하여 콘덴서 소자(110)의 외주면에 형성된다.
상기 고정 부재(150)는 필름 형태의 고정 부재로 이루어지며, 고정 부재(150)를 이용한 콘덴서 소자(110)의 어레이 방법과 기능에 대해서는 추후 고체 전해 콘덴서의 제조방법에서 보다 상세히 설명한다.
상기 몰딩부(130)는 도 6의 'A' 부위에 도시된 바와 같이 콘덴서 소자(110)의 일측면에 돌출된 음극 인출층(120)의 테두리부를 감싸도록 형성됨으로써, 몰딩부(130)의 신뢰성이 향상되도록 한다.
상기 몰딩부(130)가 형성된 콘덴서 소자(110)는 몰딩부(130)의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 형성되어 개별 제품의 고체 전해 콘덴서(100)가 제조된다.
이때, 상기 양극 단자(141)와 음극 단자(142)는 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 실시 형태로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 양극 단자 및 음극 단자에 대한 실시 형태별 단면도로서, 도 9a는 몰딩부(130)의 양측면을 포함하여 이와 인접한 상면과 하면까지 도금층이 연장 형성되어 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 형성된 구조이며, 도 9b와 도 9c는 몰딩부(130)의 상면을 제외한 양측면과 하면에만 도금층이 형성되어 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 형성된 구조이다.
상기 양극 단자(141) 및 음극 단자(142)가 몰딩부(130)의 상면에 형성되지 않도록 하는 이유는, 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서(100)가 실장된 기판(도면 미도시)이 적층될 경우 몰딩부(130) 상면의 양극 및 음극 단자(141)(142)와 기판 하면이 전기적으로 접촉하게 되어 발생될 수 있는 쇼트를 방지하기 위함이다.
이때, 상기 양극 와이어(111)와 접촉된 도금층에 의해 형성되는 양극 단자(141)는 양극 와이어(111)와 접촉 면적을 더 크게 하기 위하여 몰딩부(130) 외측으로 돌출된 양극 와이어(111) 단부를 포함하여 도금층이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 도 9c와 같이 몰딩부(130)의 양측면과 하면을 포함하여 형성된 도금층에 의해 양극 단자(141)와 음극 단자(142)가 구성되도록 하되, 상기 몰딩부(130)의 양측면에 형성된 도금층이 몰딩부(130)에 노출된 양극 와이어(111)와 음극 인출층(120)과의 접촉 가능한 부위까지만 형성되도록 함으로써, 양극 단자(141)와 음극 단자(142)의 형성 부위가 최소화되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 양극 단자(141) 및 음극 단자(142) 형성은 위한 도금층은 전해 도금이나 무전해 도금에 의해 형성될 수 있으며, 도금층 형성이 용이하지 않고 콘덴서의 제작 단가를 더 낮추기 위하여 디핑이나 페이스트 도포 등의 방식에 의해 형성될 수 있다.
상기 도금층이 무전해 도금을 통해 형성될 경우에는 무전해 니켈 인(Ni/P) 도금으로 형성된 내부 도금층과, 상기 내부 도금층에 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 도금으로 형성된 외부 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조방법에 대하여 앞서 설명된 도면과 아래 추가적으로 도시된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 앞서 설명된 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 일측면에 일단부가 돌출되게 양극 와이어(111)가 결합되고, 외표면에 음극층과 음극 보강층(113)이 형성된 콘덴서 소자(110)를 준비한다.
상기 양극 와이어(111)가 결합된 일면의 반대면인 콘덴서 소자(110)의 타측면에 음극 인출층(120)을 형성한다. 상기 음극 인출층(120)은 도 8a 내지 도 8c와 같이 노즐(300)을 이용한 디스펜싱 타입이나 디핑 타입 및 프린팅 타입에 의해서 형성될 수 있으며, 상기 음극 인출층(120)의 형성 방법은 이에 한정되지 않고 음극 보강층(113)에서 안정적으로 음극이 인출될 수 있는 다양한 방식이 적용 가능하다.
상기 음극 인출층(120)은 Au, Pd, Ag, Ni, Cu 등의 점성이 있는 전도성 페이스트로 구성됨이 바람직하며, 콘덴서 소자(110)의 일면에 도포되어 대략 30 내지 300℃ 사이에서 건조, 경화, 소성 등의 가공을 통해 충분한 강도와 경도를 가지도록 한다.
여기서, 상기 콘덴서 소자(110)의 일면에 음극 인출층(120)을 형성하기 전에 콘덴서 소자(110)의 일단부면에 전도성 완충재(115)를 더 형성할 수 있다. 상기 전도성 완충재(115)는 콘덴서 소자(110)의 일단부 표면을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 함과 동시에 상기 음극 인출층(120)과 콘덴서 소자(110)에 형성된 음극 보강층(113)과의 접촉 계면에서 발생되는 두 부재의 접촉 트러블이 방지되도록 한다.
다음, 도 10은 본 발명의 고체 전해 콘덴서에 채용되는 콘덴서 소자의 정렬시 사시도로서, 도시된 바와 같이 일면에 양극 와이어(111)가 돌출되게 결합되고, 타면에 음극 인출층(120)이 형성된 콘덴서 소자(110)를 필름 형태의 고정 부재(160)에 정렬한다.
상기 고정 부재(160)는 얇은 폴리이미드 필름(polyimide film)으로 구성됨이 바람직하며, 일정한 간격으로 펀칭에 의한 관통공(161)이 형성된다.
또한, 상기 고정 부재(160)는 관통공(161) 사이에 접착제(162)가 도포되고, 상기 접착제(162) 상부에 양측부에 양극 와이어(111)와 음극 인출층(120)이 형성된 콘덴서 소자(110)가 접착 고정되어 상기 고정 부재(160) 상에 다수의 콘덴서 소자(110)가 등간격으로 배열된다.
이때, 상기 고정 부재(160)는 열변형 및 화학 약품에 내성을 가지고 커팅(cutting)과 같은 후가공이 용이한 필름 형태로 구성됨이 적절하며, 이에 한정하지 않고 150㎛ 이하의 두께를 가지고 대략 260℃ 부근에서 변형이 최소화될 수 있는 재질인 폴리이미드 필름 또는 얇은 스틸(steel) 재질 등의 사용될 수 있다.
상기 필름 형태의 고정 부재(160)를 이용하여 콘덴서 소자(110)를 정렬하는 이유는, 다수의 콘덴서 소자(110)를 일정한 간격으로 정렬시켜 그 외부에 몰딩부(130) 형성이 용이하도록 함과 아울러 콘덴서 소자(110)의 표면에 형성된 음극 보강층(113)과 그 외부에 형성되는 몰딩부(130)의 이종 재질간에 발생될 수 있는 결합력 저하를 방지하고, 친화력을 향상시켜 콘덴서 소자(110)의 외표면에 몰딩부()가 견고하게 고정될 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 고정 부재(160)에 등간격으로 배열된 콘덴서 소자(110)는 도 11에 도시된 바와 같이 고정 부재()를 포함한 콘덴서 소자(110)의 외표면에 EMC를 이용한 몰딩부(130)가 형성된다.
상기 몰딩부(130)는 도 11b와 같이 고정 부재(110)에 부착된 상태로 등간격 배열된 콘덴서 소자()의 외주면과 고정 부재()를 포함하여 전체적으로 몰딩 처리된다.
이 후, 몰딩부(130)가 형성된 콘덴서 소자(110)를 도 12와 같이 개별적으로 절단하여 단위 고체 전해 콘덴서(100)로 분리한다.
상기 몰딩부(130)가 형성된 고체 전해 콘덴서(100)는 블레이드를 이용한 다이싱(dicing) 또는 레이져를 이용한 레이져 절단 방법으로 절단될 수 있으며, 개별 제품으로 절단된 단위 콘덴서는 그 절단면을 그라인딩(grinding) 또는 트리밍(trimming)한다.
상기 콘덴서 소자(110) 양측면의 그라인딩 및 트리밍에 의해서 도금층 형성 대상면의 불순물이 제거되고, 그라인딩과 트리밍이 완료된 제품에 대하여 도금을 통해 양극 단자(141)와 음극 단자(142)를 형성한다.
이때, 상기 몰딩부(130) 상에 단부면이 노출된 양극 와이어(111)는 레이져를 이용하여 표면의 화성 피막이 제거되도록 함으로써, 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 양극 와이어(111)는 그 단부측이 도 9a에 도시된 바 같이 몰딩부(130)의 외측으로 노출됨에 따라 양극 와이어(111)와 도금층에 의한 양극 단자(141)의 접촉 단면적을 넓혀 전기적 특성이 향상될 수 있도록 한다.
이때, 상기 양극 단자(141)와 음극 단자(142)를 형성하기 위한 도금층 형성은 앞서 설명한 바와 마찬가지로 전해 또는 무전해 도금으로 이루어질 수 있으며, 몰딩부(130)의 양측면에 페이스트를 이용한 디핑 및 도포하는 방식으로 도금층이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 13a 내지 도 13d는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에 적용되는 양극 와이어 형태별 단면도로서, 도시된 바와 같이 양극 단자(141)와 음극 단자(142)와의 접촉 면적을 크게 하기 위하여 다양한 형태로 양극 와이어(111) 단부 형상을 변형시킨 구조이다.
도 13a는 양극 와이어(111)와 직교하도록 보조 와이어(111a)를 용접 등에 의해 접착 고정시키고, 콘덴서 소자(110)의 외표면에 몰딩부(130)를 형성한 후, 상기 몰딩부(130) 단부측에 그 외측으로 돌출된 보조 와이어(111a) 접촉되는 도금층에 의한 양극 단자(141)가 형성되도록 한 것이다.
또한, 도 13b는 양극 와이어(111)의 단부측에 도전성 페이스트(111b)를 도포하여 경화시킨 후 도전성 페이스트(111b)와 도금층 접촉에 의한 양극 단자(141)가 형성되도록 한 것이고, 도 13c와 도 13d는 양극 와이어(111)를 일방향으로 절곡시켜 그 절곡된 부위에 도금층에 의한 양극 단자가 접촉되도록 한 것이다.
이와 같이 양극 와이어(111)를 다양한 형태로 변형시켜 도금층인 양극 단자(141)와 접촉 면적을 크게 함에 따라 양극 단자(141) 형성의 신뢰성을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래 고체 전해 콘덴서의 사시도.
도 2는 종래 고체 전해 콘덴서의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 일실시예 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 제작 과정이 도시된 단면도로서,
도 4는 콘덴서 소자에 음극 베이스 형성 전 단면도이며,
도 5는 콘덴서 소자에 음극 베이스 형성 후 단면도이고,
도 6은 콘덴서 소자에 몰딩부 형성 후 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에 채용되는 콘덴서 소자의 고정 방식이 도시된 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에 채용되는 콘덴서 소자에 음극 인출층 형성 타입별 모식도.
도 9는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서의 양극 단자 및 음극 단자에 대한 실시 형태별 단면도.
도 10은 본 발명의 고체 전해 콘덴서에 채용되는 콘덴서 소자의 정렬시 사시도
도 11은 본 발명의 고체 전해 콘덴서에 채용되는 콘덴서 소자의 몰딩시 사시도 및 단면도.
도 12는 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 몰딩 후 절단된 상태의 사시도.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명에 따른 고체 전해 콘덴서에 적용되는 양극 와이어 형태별 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110. 콘덴서 소자 111. 양극 와이어
115. 전도성 완충재 120. 음극 인출층
130. 몰딩부 141. 양극 단자
142. 음극 단자 150. 고정 부재
Claims (26)
- 내부가 양극의 극성을 갖고, 외표면에 음극층이 형성된 콘덴서 소자;상기 콘덴서 소자의 일측면에 일단부가 돌출되게 결합된 양극 와이어;상기 콘덴서 소자의 타측면에 형성된 음극 인출층;상기 양극 와이어의 돌출된 단부 및 상기 음극 인출층의 단부가 노출되게 상기 콘덴서 소자를 감싸는 몰딩부; 및상기 몰딩부의 양측부에 도금층에 의해 형성된 양극 단자와 음극 단자;를 포함하는 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 콘덴서 소자의 타측면과 상기 음극 인출층 사이에는 전도성 완충재가 개재된 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 콘덴서 소자의 하면에는 필름 형태의 고정 부재가 밀착 결합되고, 상기 고정 부재를 포함한 상기 콘덴서 소자의 외주면에 상기 몰딩부가 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 콘덴서 소자는, 외주면에 음극층과 음극 보강층이 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제4항에 있어서,상기 음극층은, 상기 콘덴서 소자의 표면에 탄탈산화물(Ta2O5)의 산화피막으로 구성된 절연층, 이산화망간(MnO2)으로 구성된 고체 전해질층으로 구성된 고체 전해 콘덴서.
- 제4항에 있어서,상기 음극 보강층은, 상기 음극층의 외주면에 카본과 실버(Ag) 페이스트가 순차적으로 도포되어 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제2항에 있어서,상기 전도성 완충재는, 스틸 또는 페이스트 재질의 리드 프레임으로 형성 가능한 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 음극 인출층은, 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입으로 형성되는 고체 전해 콘덴서.
- 제8항에 있어서,상기 음극 인출층은, 전도성 물질이 포함된 점성이 있는 페이스트 형태로 구성된 고체 전해 콘덴서.
- 제8항에 있어서,상기 음극 인출층은, Au, Pd, Ag, Ni, Cu 중 어느 하나의 점성이 있는 전도성 페이스트로 구성된 고체 전해 콘덴서.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 음극 인출층은, 상기 콘덴서 소자의 일면에 도포되어 30 내지 300℃ 사이에서 건조, 경화, 소성을 통해 가공되는 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 몰딩부는, 상기 콘덴서 소자의 음극 인출층 단부면이 노출되게 테두리부를 감싸도록 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 양극 단자와 음극 단자는 전해 도금이나 무전해 도금 또는 디핑이나 페이스트 도포 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성되는 고체 전해 콘덴서.
- 제13항에 있어서,상기 양극 단자와 음극 단자가 무전해 도금을 통해 형성될 경우, 무전해 니켈 인(Ni/P) 도금으로 형성된 내부 도금층과, 상기 내부 도금층에 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 도금으로 형성된 외부 도금층으로 구성되는 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 양극 단자와 음극 단자는, 상기 몰딩부의 양측면을 포함하여 이와 인접한 몰딩부의 상면과 하면까지 도금층이 연장 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 양극 단자와 음극 단자는, 상기 몰딩부의 상면을 제외한 양측면과 하면에만 도금층이 형성된 고체 전해 콘덴서.
- 제1항에 있어서,상기 고정 부재는, 일정한 간격으로 관통공이 형성된 얇은 폴리이미드 필름(polyimide film) 또는 얇은 스틸(steel) 재질로 구성된 고체 전해 콘덴서.
- 내부가 양극의 극성을 갖고 표면에 음극층이 형성되며, 일측 단부측에 양극 와이어가 결합된 콘덴서 소자를 준비하는 단계;상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계;접착제가 도포된 필름 형태의 고정 부재 상에 상기 콘덴서 소자를 일정한 간격으로 어레이하는 단계;상기 고정 부재 상에 어레이된 상기 콘덴서 소자의 외측면에 에폭시를 이용하여 몰딩부를 형성하는 단계;상기 몰딩부의 양측부로 상기 음극 인출층과 상기 양극 와이어의 단부가 노출되도록 몰딩 제품을 커팅하는 단계; 및상기 몰딩 제품의 양측면에 도금층에 의한 양극 단자와 음극 단자를 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 콘덴서 소자의 타측 단부면에 음극 인출층을 형성하는 단계 이전에 상기 콘덴서 소자의 표면과 상기 음극 인출층이 이루는 계면에 전도성 완충재를 형성하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 음극 인출층은, 디스펜싱 타입, 디핑 타입 또는 프린팅 타입 중 어느 하나의 타입으로 형성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 콘덴서 소자가 필름 형태의 고정 부재에 어레이되는 단계에서, 상기 콘덴서 소자는 상기 고정 부재에 도포된 접착제에 의해 접합 고정되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 몰딩 제품을 커팅하는 단계 이후에는,커팅면의 불순물을 제거하기 위하여 상기 커팅면을 그라인딩 및 트리밍하는 단계를 더 포함하는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제21항에 있어서,상기 고정 부재는, 일정한 간격으로 관통공이 형성된 얇은 폴리이미드 필름(polyimide film) 또는 얇은 스틸(steel) 재질로 구성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 양극 와이어와 직교하도록 보조 와이어를 접착 고정시키고, 상기 콘덴 서 소자의 외표면에 상기 보조 와이어가 돌출되게 몰딩부를 형성한 후, 상기 몰딩부 단부측에 상기 보조 와이어와 접촉되는 도금층에 의한 양극 단자가 형성되는 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 양극 와이어의 단부측에 도전성 페이스트를 도포하여 경화시킨 후, 도전성 페이스트와 도금층 접촉에 의한 양극 단자가 형성되도록 한 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 양극 와이어를 일방향으로 절곡시켜 그 절곡된 부위에 도금층에 의한 양극 단자가 접촉되도록 한 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
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