KR20120104122A - 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터 - Google Patents

기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR20120104122A
KR20120104122A KR1020120024819A KR20120024819A KR20120104122A KR 20120104122 A KR20120104122 A KR 20120104122A KR 1020120024819 A KR1020120024819 A KR 1020120024819A KR 20120024819 A KR20120024819 A KR 20120024819A KR 20120104122 A KR20120104122 A KR 20120104122A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anode
cathode
planar
capacitor element
acid
Prior art date
Application number
KR1020120024819A
Other languages
English (en)
Inventor
스타니슬라브 제드니첵
Original Assignee
에이브이엑스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이브이엑스 코포레이션 filed Critical 에이브이엑스 코포레이션
Publication of KR20120104122A publication Critical patent/KR20120104122A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/15—Solid electrolytic capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/008—Terminals
    • H01G9/012—Terminals specially adapted for solid capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • H01G9/0425—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material specially adapted for cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/08—Housing; Encapsulation
    • H01G9/10—Sealing, e.g. of lead-in wires

Abstract

본 발명은 애노드, 유전체 및 고체 전해질을 포함하는 캐소드를 가지는 고체 전해질 커패시터 소자를 포함하는 커패시터를 목적으로 한다. 애노드 리드는 애노드로부터 연장되고, 애노드 종단과 전기적으로 연결되고, 동일하게 캐소드 종단은 애노드 종단과 전기적으로 연결된다. 캐소드 종단은 직립 부분과 첫번째 및 두번째 평면 부분을 가지고, 직립 부분은 커패시터 소자의 하면에 일반적으로 직각으로 위치해 있고, 첫번째 및 두번째 평면 부분은 커패시터의 하면에 일반적으로 평행하게 위치해 있다. 첫번째 및 두번째 평면 부분은 접힌 영역에 의하여 서로 연결되어 있으며, 첫번째 부분은 두번째 부분 위에 수직으로 위치해 있다. 따라서, 커패시터 소자를 몰딩 물질로 감싼 후에, 두번째 평면 부분은 전기 부품에 연속적으로 연결되기 위하여 노출된 상태로 남는다. 그라나, 보다 높은 수직 위치때문에 첫번째 평면 부분은 충분하게 몰딩 물질에 의하여 감싸질 수 있다. 더불어, 캐소드 종단의 직립 부분도 완전히 몰딩 물질에 의하여 감싸질 수 있다. 캐소드 종단의 평면 그리고 직집 부분을 모두 몰딩 물질로 감쌈으로써, 몰딩 물질 부분이 갈라지더라도, 본 발명의 발명자는 박리의 가능성이 줄어든다는 것을 발견하였다. 이러한 점이 기계적 안정성과 전기적 성능을 향상시킨다.

Description

기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터{SOLID ELECTROLYTIC CAPACITOR WITH IMPROVED MECHANICAL STABILITY}
본 발명은 인쇄된 회로 기판 상에 표면 장착될 수 있는 종단들을 형성하는 고체 전해질 커패시터에 관한 것으로서, 전자 회로의 소형화에 큰 기여를 하고 있고 극한 환경에서도 그러한 회로의 응용이 가능하게 하는 고체 전해질 커패시터에 관한 기술이다.
고체 전해질 커패시터(예컨대, 탄탈륨 커패시터)는 전자 회로의 소형화에 큰 기여를 하고 있고 극한 환경에서도 그러한 회로의 응용이 가능하게 하고 있다. 종래의 많은 고체 전해질 커패시터는 인쇄된 회로 기판 상에 표면 장착될 수 있는 종단들로 형성된다. 예를 들어, 애노드 종단은 상기 커패시터의 위쪽을 향해 구부러지며 상기 애노드로부터 연장한 와이어에 용접되는 부분을 포함할 수도 있다. 캐소드 종단은 동일하게 평평한 부분을 가질 수 있고, 평평한 부분은 커패시터 요소의 바닥 표면을 받아들일 수 있다. 그러나, 이러한 종래의 고체 전해 커패시터의 한가지 문제는 아웃가스(outgassing)가 종종 커패시터 요소로부터 캐소드 종단의 기계적 불안정성과 부분적인 박리를 일으킬 수 있는 몰드 물질 안에서 일어나는 크랙을 야기한다. 이렇기 때문에, 개선된 고체 전해질 커패시터 어셈블리에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 애노드, 유전체 및 고체 전해질을 포함하는 캐소드를 가지는 고체 전해질 커패시터 소자를 포함하는 커패시터를 제공한다. 본 발명에 의한 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터를 통하여 박리를 줄여서 커패시터의 기계적 안정성을 높이고, 더불어 전기적 성능도 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 커패시터는 고체 전해질 커패시터 소자, 애노드 종단, 캐소드 종단 및 몰딩 물질을 포함하는 커패시터가 공개된다. 고체 전해질 커패시터 소자는 상면, 하면, 전면 및 후면을 정의하고, 상기 커패시터 소자는 애노드, 상기 애노드 위에 놓이는 유전체층, 고체 전해질을 포함하는 상기 유전체층 위에 놓이는 캐소드 그리고 길이방향으로 연장하는 상기 애노드에 전기적으로 연결된 애노드 리드를 포함한다. 애노드 종단은 상기 애노드 리드에 전기적으로 연결된다. 캐소드 종단은 상기 캐소드에 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터 소자의 상기 하면에 일반적으로 직각으로 위치한 직립 부분과 커패시터 소자의 하면에 일반적으로 평행하게 위치한 첫번째 및 두번째 평면 부분을 포함한다. 첫번째 및 두번째 평면 부분은 접힌 영역에 의하여 서로 연결되어 있고, 상기 첫번째 평면 부분은 상기 두번째 평면 부분 위에 수직으로 배치된다. 몰딩 물질은 커패시터 소자를 감싸고, 애노드 종단의 적어도 한 부분과 캐소드 종단의 두번째 평면 부분의 적어도 한 부분이 노출된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 커패시터 소자와 리드 프레임으로부터 커패시터를 형성하는 방법이 공개된다. 리드 프레임은 애노드 섹션과 캐소드 섹션을 포함하고, 상기 애노드 섹션은 베이스와 이로부터 연장되는 탭을 포함하고, 상기 캐소드 섹션은 베이스와 탭을 포함하고, 상기 캐소드 섹션의 상기 베이스는 첫번째 영역과 두번째 영역을 가지고, 상기 캐소드 섹션의 상기 탭은 상기 베이스의 두번째 영역으로부터 연장된다. 방법은 애노드 섹션의 상기 탭을 위쪽으로 접어서 직립 애노드 종단 부분을 형성하는 단계; 캐소드 섹션의 상기 탭을 위쪽으로 접어서 직립 캐소드 종단 부분을 형성하는 단계; 캐소드 섹션의 상기 베이스의 첫번째 영역을 첫번째 접힘 축을 따라서 위쪽으로 그리고 두번째 접힘 축을 따라서 아래쪽으로 접어서, 접힌 영역을 통하여 두번째 평면 캐소드 종단에 서로 연결된 첫번째 평면 캐소드 종단 부분을 형성하고, 상기 접힌 영역은 첫번째 및 두번째 접힘 축 사이에 정의되는 단계;상기 커패시터 소자는 리드 프레임 위에 위치하는 단계; 커패시터 소자의 상기 애노드 리드를 상기 직립 애노드 종단 부분에 전기적으로 연결하는 단계; 직립 캐소드 종단 부분, 첫번째 평면 캐소드 종단 부분, 두번째 평면 캐소드 종단 부분 또는 이들의 조합을 상기 커패시터 소자에 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 캐소드 종단의 두번째 평면 부분의 일부가 노출되도록 남아 있도록, 상기 커패시터 소자를 몰딩 물질로 감싸는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징과 요소들은 아래에서 더 상세하게 설명된다.
본 발명에 의한 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터를 통하여 박리를 줄여서 커패시터의 기계적 안정성을 높이고, 더불어 전기적 성능도 향상시킨다.
해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 가장 바람직한 실시예를 포함하는 본 발명이 공개되며, 이하 도면을 참조로 하여 본 명세서에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 전해질 커패시터의 실시예의 배경도,
도 2는 본 발명의 일 실시예의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 리드 프레임의 상면도이다.
본 발명의 명세서와 도면에서 참고 문서의 반복적인 사용은 본 발명의 동일 또는 유사한 특징이나 성분을 나타내고자 함이다.
본 발명의 이하 설명은 본 발명의 예시적인 실시예에 불과하다고 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이해하며, 본 발명의 보다 넓은 범위를 제한하고자 의도되는 것은 아니다.
일반적으로 말해서, 본 발명은 애노드, 유전체 및 고체 전해질을 포함하는 캐소드를 가지는 고체 전해질 커패시터 소자를 포함하는 커패시터를 목적으로 한다. 애노드 리드는 애노드로부터 연장되고, 애노드 종단과 전기적으로 연결되고, 동일하게, 캐소드 종단은 애노드 종단과 전기적으로 연결된다. 캐소드 종단은 직립 부분과 첫번째 및 두번째 평면 부분을 가지고, 직립 부분은 커패시터 소자의 하면에 일반적으로 직각으로 위치해 있고, 첫번째 및 두번째 평면 부분은 커패시터의 하면에 일반적으로 평행하게 위치해 있다. 첫번째 및 두번째 평면 부분은 접힌 영역에 의하여 서로 연결되어 있으며, 첫번째 부분은 두번째 부분 위에 수직으로 위치해 있다. 따라서, 커패시터 소자를 몰딩 물질로 감싼 후에, 두번째 평면 부분은 전기 부품에 연속적으로 연결되기 위하여 노출된 상태로 남는다. 그러나, 보다 높은 수직 위치 때문에 첫번째 평면 부분은 충분하게 몰딩 물질에 의하여 감싸질 수 있다. 더불어, 캐소드 종단의 직립 부분도 완전히 몰딩 물질에 의하여 감싸질 수 있다. 캐소드 종단의 평면 그리고 직집 부분을 모두 몰딩 물질로 감쌈(encapsulation)으로써, 몰딩 물질 부분이 갈라지더라도, 본 발명의 발명자는 박리의 가능성이 줄어든다는 것을 발견하였다. 이러한 점이 기계적 안정성과 전기적 성능을 향상시킨다.
도 1과 도 2를 참조하여, 커패시터(30)의 일 실시예가 보여진다. 커패시터(30)는 커패시터 소자(33)와 전기적으로 연결되어 있는 애노드 종단(62)과 캐소드 종단(72)을 포함하고, 커패시터 소자(33)는 상면(37), 하면(37), 전면(39), 후면(38), 측면(31) 그리고 반대되는 측면(보여지지 않음)을 가지고 있다. 상세하게 나타나지는 않지만, 커패시터 소자(33)는 애노드, 유전체 그리고 고체 전해질을 포함한다. 애노드는 약 5,000 μF*V/g 또는 그 이상과 같이 높은 비전하(specific charge)를 가지는 밸브 금속 구성으로부터 형성될 수도 있고, 다른 실시예에서는 약 25,000 μF*V/g 또는 그 이상이고, 다른 실시예에서는 약 40,000 μF*V/g 또는 그 이상이고, 그리고 다른 실시예에서는 약 70,000에서 약 200,000 μF*V/g 또는 그 이상이다. 밸브 금속 구성은 밸브 금속(즉, 산화할 수 있는 금속) 또는 밸브 금속 기반의 화합물을 포함하고, 이는 탄탈룸, 니오븀, 알루미늄, 하프늄, 티타늄, 그것의 합금, 그것의 산화물 및, 그것의 질소화물 등과 같다. 예를 들어, 밸브 금속 구성은 1:1.0 ±1.0의 니오븀 대 산소의 원자 비율을 가지는 니오븀 산화물과 같은 니오븀의 전기 전도성 산화물을 포함할 수 있고, 다른 실시예에서는 1:1.0 ±0.3이고, 다른 실시예에서는 1:1.0 ±0.1이고, 다른 실시예에서는 1:1.0 ±0.05이다. 선호하는 실시예에서, 상기 구성은 NbO1 .0을 포함하고, 이는 높은 온도에서 신터링을 한 후에도 화학적으로 안정적일 수 있는 전도성의 니오븀 산화물이다. 이러한 밸브 금속 조성물의 예는, "Fife"에게 허여된 미국 특허 제6,322,912호, "Fife" 등에게 허여된 제6,391,275호, "Fife" 등에게 허여된 제6,416,730호, "Fife"에게 허여된 제6,527,937호, "Kimmel" 등에게 허여된 제6,576,099호, "Fife" 등에게 허여된 제6,592,740호, "Kimmel" 등에게 허여된 제6,639,787호, "Kimmel" 등에게 허여된 제7,220,397호 뿐 아니라, "Schnitter"의 미국 특허출원 공개공보 제2005/0019581호, "Schnitter" 등의 제2005/0103638호, "Thomas" 등의 제2005/0013765호에 기술되며, 이들은 전체로서 본 명세서에서 참고문헌으로서 포함한다.
일반적으로 종래의 제작(fabricating) 공정이 애노드를 형성하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 임의의 입자크기로 구성되는 탄탈륨 또는 니오븀 산화물 파우더가 먼저 선택된다. 예를 들면, 입자들은 플레이크(flaked), 앵귤러(angular), 노듈러(nodular) 형상 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 입자들은 전형적으로 적어도 약 60 메쉬(mesh)의 스크린 크기분포를 가지며, 일부 실시예에서는 약 60 내지 약 325 메쉬, 일부 실시예에서는 약 100 내지 약 200 메쉬로 형성된다. 또한, 비표면적(specific surface area)은 약 0.1 내지 약 10.0 m2/g이고, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 5.0 m2/g이고, 다른 실시예에서는 약 1.0 내지 2.0 m2/g 이다. "비표면적" 용어는 "Bruanauer", "Emmet", "Teller" 에 이해 저술된 "미국 화학 학회지(Journal of American Chemical Society)" 제60권(1938년)의 309페이지의 질소를 흡착가스로 하는 물리적 가스 흡착(physical gas adsorption)(B.E.T.) 방법에 의해 결정되는 표면적으로 정의된다. 마찬가지로, 벌크(또는 스캇) 밀도는 통상적으로 약 0.1 내지 약 5.0 g/cm3 이고, 다른 실시예에서는 약 0.2 내지 약 4.0 g/cm3 이며, 또다른 실시예에서는 약 0.5 내지 약 3.0 g/cm3 이다.
애노드의 구성을 용이하게 하기 위하여, 전기 전도성 입자외에도 다른 성분이 추가될 수 있다. 예를 들면, 애노드 바디(anode body)의 형성을 위하여 전기 전도성 입자가 가압될 때 입자들이 상호 적당하게 접합되도록 바인더(binder) 및/또는 윤활제와 선택적으로 혼합될 수도 있다. 적합한 바인더(binder)로는 캄포(camphor), 스테아린산 및 기타 비누질 지방산(soapy fatty acid), Carbowax(유니온 카바이드사), Glyptal(제너럴 일렉트릭사), 폴리비닐알콜, 나프탈렌, 식물왁스(vegetable wax) 및, 마이크로왁스(microwax)(정제파라핀)이 포함될 수 있다. 바인더는 용매에 의해 용해되어 분산될 수 있다. 용매의 예로서, 물, 알콜 등이 이용될 수 있다. 이러한 용매가 사용될 때, 전체에서 바인더 및/또는 윤활제가 차지하는 질량비는 약 0.1% 내지 8%에서 변경될 수 있다. 그러나, 바인더와 윤활제는 본 발명에서 필수적인 것은 아님이 이해되어야 한다.
생성된 파우더는 종래의 어떠한 파우더 프레스 주형에 의하여 압축될 수 있다. 예를 들면, 프레스 주형은 다이(die)와 단일 또는 멀티 펀치를 이용하는 단일 스테이션 압축성형 프레스(single station compaction press)가 사용될 수 있다. 다르게는, 다이와 단일 하부 펀치만을 사용하는 모두형(anvil-type) 압축성형 프레스 주형이 사용될 수 있다. 단일 스테이션 압축형 프레스 주형은 단일 작동, 이중 작동, 플로팅 다이(floating die), 이동식 플래튼(movable platen), 대향하는 램(ram), 스크류(screw), 임팩트(impact), 핫 프레스(hot press), 코이닝(coining) 또는 사이징(sizing)과 같이 다양한 기능을 갖춘 캠(cam), 토글/노클(toggle/knuckle) 및 편심/크랭크(eccentric/crank) 프레스와 같은 몇몇의 기본 형식에서 이용될 수 있다. 상기 파우더는 애노드 리드 주변에서 압축될 수도 있다(예를 들어, 탄탈륨 와이어). 애노드 리드는 애노드 바디의 압축 및/또는 신터링 후에 애노드 바디에 부착(예를 들어, 용접)될 수도 있을 것이다. 압축 후에, 진공에서 펠릿(pellet)을 수분 동안 소정의 온도(예를 들면, 약 150℃ 내지 500℃)에서 가열함으로써 어떠한 바인더/윤활제라도 제거될 수 있다. 또한, "비솝(Bishop)" 등에게 허여된 미국특허 제6,197,252호에서 설명된 바와 같이, 바인더/윤활제는 수용액에 펠릿을 접촉시킴으로써 제거될 수 있으며, 이는 전체로서 본 명세서에서 참조로서 포함된다. 그 후에, 펠릿은 다공성의, 내장된 덩어리 형태로 소결된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 펠릿은 약 1200℃ 내지 약 2000℃의 온도에서 소결될 수도 있으며, 일부 실시예에서는 진공 또는 비활성 대기 중에 약 1500℃ 내지 약 1800℃에서 소결될 수 있다. 소결하는 것으로, 펠릿은 입자들 사이의 결합력 증가 때문에 줄어든다. 상술한 기술에 더하여, 애노드 바디를 구성하는 어떠한 다른 기술은 본 발명에 따라 이용될 수도 있으며, " Galvagni "에게 허여된 미국 특허 제4,085,435 호, " Sturmer " 등에게 허여된 제4,945,452 호, " Galvagni "에게 허여된 미국 특허 제5,198,968 호, " Salisbury "에게 허여된 미국 특허 제5,357,399 호, " Galvagni " 등에게 허여된 제5,394,295 호, " Kulkarni "에게 허여된 미국 특허 제5,495,386 호 및, "Fife"에게 허여된 미국 특허 제6,322,912호에 기술된 것과 같으며, 이들은 전체로서 본 명세서에서 참고문헌으로서 포함한다.
필수적이지는 않지만, 상기 애노드의 두께는 상기 커패시터의 전기적 성능을 향상시키기 위해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 애노드의 두께는 약 4 밀리미터 또는 그 이하일 수 있으며, 다른 실시예에서 약 0.05 내지 약 2 밀리미터 일 수 있고, 다른 실시예에서는 약 0.1 내지 약 1 밀리미터일 수 있다. 생성된 커패시터의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 상기 애노드의 형상 역시 선택될 수 있다. 예를 들면, 애노드 바디는 만곡형(curved), 싸인형(sinusoidal), 직사각형(rectangular), U-자형, V-자형 등의 형상을 가질 수 있다. 애노드는 "플루트형(fluted)" 형상을 가질 수 있는데, 이는 하나 이상의 고랑(furrows), 홈(grooves), 침하부(depression) 또는 오목부(indentation)를 포함함으로써 체적 대 표면비를 증가시켜 등가직렬저항(ESR)을 최소화하고 커패시턴스의 주파수 반응을 증가시킬 수 있다. 이러한 "플루트형" 애노드는, 예를 들면, "Webber" 등에게 허여된 미국특허 제6,191,936호, "Maeda" 등에게 허여된 제5,949,639호 및 "Bourgault"등에게 허여된 미국특허 제3,345,545호 뿐 아니라 "Hahn" 등의 미국 특허출원 공개공보 제2005/0270725호에 기술되어 있으며, 이들은 모두 전체로서 본 명세서에서 참조로서 포함된다.
애노드 리드(16)(예를 들면, 와이어, 시트 등)도 애노드와 전기적으로 연결되어 있다. 리드(16)는 전형적으로 가능한 모든 전기적 전도성 물질로부터 형성된다. 예를 들면 탄탈룸, 니오븀, 니켈, 알루미늄, 하프늄, 티타늄 등이고, 이들의 산화물 또는 질화물도 포함된다. 리드(16)가 연결되는 방식은 종래 기술에 알려져 있는 만큼 다양하다. 예를 들면, 저항을 이용하여 리드를 커플링하거나, 레이저 용접하거나, 형성되는 동안(예를 들면, 소결 전에)에 애노드 바디 안에 리드를 매립하는 등의 방식이 있다. 보여지는 실시예에서는 리드(16)는 커패시터 소자(33)의 전면(36)으로부터 연장되는 매립된 와이어 형태이다.
일단 만들어지면, 상기 애노드는 유전층이 상기 애노드의 위에 및/또는 내부에 형성되도록 애노드화(anodized)될 수도 있다. 애노드화는 상기 애노드가 비교적 높은 유전율을 가지는 물질을 형성하도록 산화하는 전기화학적 처리과정이다. 예를 들면, 니오븀 산화물(NbO) 애노드는 니오븀 오산화물(Nb2O5)로 애노드화될 수 있다. 일반적으로, 애노드화는 애노드를 전해질에 담그는 방법과 같이 초기에 애노드에 전해질을 공급함으로써 행해진다. 전해질은 일반적으로 용액(예를 들면, 수성 또는 비수성, 산성, 알칼리성), 분산액, 용해물 등과 같이 액상으로 존재한다. 일반적으로 용매는 물[예를 들면, 탈이온수(deionized water)], 에테르[예를 들면, 디에틸 에테르 및 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran)], 알콜(예를 들면, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올 및 부탄올), 트리글리세리드(triglycerides), 케톤(ketones)(예를 들면, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤), 에스테르[예를 들면, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산 디에틸렌 글리콜 에테르(diethylene glycol ether acetate), 아세트산 메톡시프로필(methoxypropyl acetate)], 아미드[예를 들면, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸카프릴릭/카프릭 지방산 아미드(dimethylcaprylic/capric fatty acid amide), N-알킬피롤리돈(N-alkylpyrrolidone)], 니트릴[예를 들면, 아세토니트릴(acetonitrile), 프로피오니트릴(propionitrile), 부티로니트릴(butyronitrile), 벤조니트릴(benzonitrile)], 술폭사이드 또는 술폰[예를 들면, 디메틸 술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 술폴레인(sulfolane)] 등과 같은 전해질에 채용된다. 용매는 전체 전해질의 중량비 50% 내지 약 99.9%의 범위로 구성되며, 일부 실시예에서는, 약 75% 내지 99%의 비율로 구성되며, 다른 실시예에서는 약80% 내지 95% 비율로 구성될 수 있다. 필수적이지는 않으나, 수용성 용매(예를 들면, 물)가 종종 필요한 만큼의 산화를 위하여 이용될 수도 있다. 실제로, 물은 전해질의 약 50% 이상의 중량 백분율로 구성되며, 일부 실시예에서는 약 70% 이상으로, 다른 실시예에서는 약 90% 내지 100% 범위 내에서 구성된다.
전해질은 이온 전도성(ionically conductive)을 띄고, 25℃에서 측정한 경우에 약 1밀리지멘스 퍼 센티미터("mS/cm") 이상의 이온 전도도를 가질 수 있으며, 일부 실시예에서는 약 30 mS/cm 이상, 다른 실시예에서는 약 40 mS/cm 내지 100 mS/cm의 이온 전도도를 가질 수 있다. 전해질의 이온전도도를 향상시키기 위하여 이온을 형성하도록 용매 내에서 해리 가능한 화합물이 포함될 수 있다. 이러한 목적을 위한 적절한 이온 화합물은, 예를 들면, 염산, 질산, 황산, 인산, 폴리인산, 붕산, 보론산(boronic acid) 등의 산과 아클릴산, 메타크릴산, 말론산, 숙신산, 살리실산, 설포살리실산, 아디핀산, 말레산, 말산, 올레산, 갈산, 타르타르산, 시트르산, 포름산, 아세트산, 글리콜산, 옥살산, 프로피온산, 프탈산, 이소프탈산, 글루타르산, 글루콘산, 젖산, 아스파르트산, 글루타민산, 이타콘산, 트리플루오로 아세트산, 바르비투르산, 계피산, 벤조산, 4-히드록시벤조산, 아미노벤조산 등과 같은, 카르복실산을 포함하는 유기산과, 메탄술폰산(methanesulfonic acid),벤젠술폰산(benzenesulfonic acid), 톨루엔술폰산(toluenesulfonic acid), 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid), 스티렌술폰산(styrenesulfonic acid), 나프탈렌 디술폰산(naphthalene disulfonic acid), 히드록시벤젠술폰산(hydroxybenzenesulfonic acid), 도데실술폰산(dodecylsulfonic acid), 도데실벤젠술폰산(dodecylbenzenesulfonic acid) 등과 같은 술폰산과 폴리(아크릴)산 또는 폴리(메타크릴)산 및 이들의 공중합체(copolymer)[예를 들어, 말레-아크릴(maleic-acrylic), 술폰-아크릴(sulfonic-acrylic), 및 스티렌-아크릴(styrene-acrylic) 공중합체], 카라지닉산(carageenic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스, 알긴산 등과 같은 폴리메릭산(polymericacids) 등을 포함할 수 있다. 이온 화합물의 농도는 목표하는 이온 전도도를 달성하기 위하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 산(예를 들어, 인산)은 전해질의 약 0.01 중량백분율 내지 약 5 중량백분율로 구성될 수 있고, 일부 실시예에서 약 0.05 중량백분율 내지 약 0.8 중량백분율, 일부 실시예에서 약 0.1 중량백분율 내지 약 0.5 중량백분율로 구성될 수 있다. 또한, 필요하다면 이온 화합물의 블렌드(blend)가 전해질에 채용될 수 있다.
전류는 유전층을 형성하기 위하여 전해질을 통과한다. 전압은 유전층의 두께에 따라 결정된다. 예를 들면, 전원은 초기에 필요한 전압에 도달할 때까지 갈바노스테틱 모드(galvanostatic mode)로 설정될 수 있다. 그 후에, 전원은 애노드의 표면 위에 목표하는 유전층 두께가 형성되도록 포텐시오스테틱 모드(potentiostatic mode)로 전환될 수 있다. 물론, 펄스(pulse) 또는 스템(step) 포텐시오스테틱 방법과 같은 다른 방법이 채용될 수도 있다. 전압은 보통 약 4 내지 약 200V 의 범위에서 변화되며, 몇몇 실시예에서는, 약 9 내지 100V 범위에서 설정될 수 있다. 애노드산화(anodic oxidation) 동안 전해질은 약 30℃ 이상의 상승된 온도가 유지되며, 일부 실시예에서 온도는 40℃ 내지 200℃의 범위에서, 다른 실시예에서 온도는 50℃ 내지 100℃의 범위에서 유지될 수 있다. 또한, 애노드 산화는 실온 이하에서도 수행될 수 있다. 생성된 유전층은 애노드의 표면 또는 세공(pore) 내부에 형성될 수 있다.
유전층이 형성되면, 비교적 절연성을 띄는 수지(resinous) 재료(천연 또는 합성)등의 보호코팅이 도포될 수 있다. 이러한 재료는 약 10 Ω/cm 초과의 비저항(specific resistivity)을 가질 수 있으며, 몇몇 실시예에서의 비저항은 100Ω/cm 초과, 다른 실시예에서 비저항은 1000Ω/cm초과, 일부 실시예에서 비저항은 1 x 105 W/cm 초과, 일부 실시예에서 비저항은 1 x 1010 W/cm 을 초과할 수 있다. 본 실시예에서 사용될 수 있는 몇몇 수지재료들은 폴리우레탄, 폴리스티렌, 불포화 지방산 또는 포화 지방산의 에스테르(예를 들면, 글리세리드) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 적절한 지방산의 에스테르는 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아린산, 엘레오스테아린산, 올레산, 린올레익 애시드(linoleic acid), 리놀렌산, 알류리틱 애시드(aleuritic acid) 및, 셀로릭 애시드(shellolic acid) 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 지방산의 에스테르는 생성된 막이 안정한 층으로 빠르게 중합되게 하는 "건조오일(drying oil)"을 형성하는 비교적 복잡한 조합으로 사용되는 경우에 특히 유용하다는 것이 발견되었다. 이러한 건조오일은 모노글리세리드, 디글리세리드 및/또는 트리글리세리드르 포함할 수 있으며, 이들은 각각 에스테르화된(esterified) 1개, 2개, 3개 지방 아실 잔기(fatty acyl residue)를 갖는 글리세롤 백본(backbone)을 갖는다. 예컨대, 사용될 수 있는 일부 적절한 건조 오일은 올리브 오일, 아마인 오일(linseed oil), 해리오일(castor oil), 유동오일(tung oil), 콩 오일(soybean oil), 셸락(shellac)을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 보호코팅 및 다른 보호코팅 재료들은 "Fife" 등에 허여된 미국 특허 제6,674,635호에 상세히 개시되어 있으며, 이는 전체로서 본 명세서에서 참조로서 포함한다.
그 후에, 애노드화된 부분은 이산화망간, 전도성 폴리머 등과 같은 고체 전해질을 포함하는 캐소드를 형성하는 단계를 거친다. 예를 들면, 이산화 망간 고체 전해질은 질산망간(manganous nitrate;Mn(NO3)2]의 열분해에 의해 형성될 수 있다. 이와 같은 기술은 ,예컨대, "Sturmer" 등에 허여된 미국 특허 제4,945,452호에 기술되며, 이는 전체로서 본 명세서에서 참조로서 포함된다. 하나 이상의 폴리헤테로사이클(polyheterocycles)[예를 들면, 폴리피롤(polypyrroles), 폴리티오펜(polythiophenes), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜){poly(3,4-ethylenedioxythiophene);PEDT},폴리아닐린], 폴리아세틸렌, 폴리-p-페닐린(poly-p-phenylene), 폴리페놀레이트(polyphenolate) 및 이들의 유도체를 포함하는 전도성 폴리머 코팅이 채용될 수도 있다. 전도성 폴리머 코팅도 복수의 전도성 폴리머층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에서, 전도성 폴리머 캐소드는 PEDT로 형성된 층과 폴리피롤로 형성되는 층을 포함하여 구성될 수 있다. 애노드부분의 상측에 전도성 폴리머 코팅을 하기 위하여 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전기변색법(electropolymerization), 스크린프린팅(screen-printing), 딥핑(dipping), 전기영동 코팅(electrophoretic coating), 및 스프레잉(spraying)과 같은 종래의 기술이 전도성 폴리머 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서는 전도성 코팅은 Π-결합하고 고유한 전기 전도성(예를 들어, 적어도 약 1μS㎝-1의 전기 전도성)을 가지는 치환된 폴리티오펜을 포함한다. 치환된 폴리티오펜은 일반적인 화학식(Ⅰ), 화학식(Ⅱ) 또는 2가지 화학식의 반복되는 단위를 가질 수 있다.
(Ⅰ)
Figure pat00001
(Ⅱ)
Figure pat00002
여기서,
A는 선택적으로 치환된 C1 내지 C5 알킬렌 라디칼이고(예를 들면, 메틸렌, 에틸렌, n-프로필렌, n-부틸렌, n-펜틸렌 등),
R은 선형 또는 분지의 선택적으로 치환된 C1 내지 C18 알킬렌 라디칼(예를 들어, 메틸, 에틸, n- 또는 iso-프로필, n-, iso, sec- 또는 tert-부틸, n-펜틸, 1-메틸부틸, 2-메틸부틸, 3-메틸부틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 1,2-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, 2-에틸헥실, n-노닐, n -데실, n-운데실, n-도데실, n-트리데실, n-테트라데실, n-헥사데실, n-옥타데실 등), 선택적으로 치환된 C5 내지 C12 사이클로알킬 라디칼(예를 들어, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 사이클로노닐, 사이클로데실 등), 선택적으로 치환된 C6 내지 C14 아릴(aryl) 라디칼(예를 들어, 페닐, 나프틸 등), 선택적으로 치환된 C7 내지 C18 아랄킬(aralkyl) 라디칼(예를 들어, 벤질, o-, m-, p-톨릴, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2-6, 3-4-, 3,5-실릴(xylyl), 메시틸(mesityl) 등), 선택적으로 치환된 C1 내지 C4 히드록시알킬 라디칼 또는 히드록실 라디칼이고,
x는 0 내지 8의 정수이고, 일부 실시예에서는 0 내지 2이고, 일 실시예에서는 0이다.
라디칼 "A" 또는 "R"에 대한 치환 예는 알킬, 사이클로알킬, 아릴(aryl), 아랄킬(aralkyl), 알콕시, 할로겐, 에테르, 티오에테르, 디설파이드, 설폭사이드, 설폰, 설포네이트, 아미노, 알데히드, 케토, 카르복실산 에스테르, 카르복실산, 카보네이트, 카르복실레이트, 시아노, 알킬실란, 알콕시실란 그룹, 카르복실아미드 그룹 등을 포함한다.
일반적인 화학식(Ⅰ), 화학식(Ⅱ) 또는 2가지 화학식의 반복되는 단위의 수는 2 내지 2,000, 일부 실시예에서는 2 내지 100이다.
특히 적당한 치환된 폴리티오펜은 "A"는 선택적으로 치환된 C2 내지 C3 알킬렌 라디칼이고, x는 0 또는 1인 것들이다. 일 실시예에서는 치환된 티오펜은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)("PEDT")이고, 화학식(Ⅱ)의 반복되는 단위를 가지고, "A"는 CH2-CH2이고, "x"는 0이다. 이러한 폴리머를 형성하기 위하여 사용되는 단량체는 원하는 만큼 다양하다. 예를 들어, 특별히 적당한 단량체는 치환된 3,4-알킬렌디옥시티오펜이고, 일반적인 화학식(Ⅲ), 화학식(Ⅳ) 또는 2가지 화학식 모두를 가진다.
(Ⅲ)
Figure pat00003
(Ⅳ)
Figure pat00004
여기서, A, R 그리고 X는 위에서 정의된 바와 같고,
이러한 단량체의 예는 선택적으로 치환된 3,4-에틸렌디옥시티오펜이다. 3,4-에틸렌디옥시티오펜의 상업적으로 적당한 한 예는 "CleviosTMM" 지정하에 "H.C.Starck GmbH"로부터 이용할 수 있다. 이러한 단량체의 유도체도 적용될 수 있으며, 예를 들면 위 단량체들의 2량체, 3량체다.
보다 높은 고분자 유도체, 예를 들면 단량체의 4량체, 5량체 등이 본 발명에서 사용하기에 적당하다. 유도체는 동일하거나 다른 단량체 단위로부터 만들어지고, 순수한 형태와 다른 혼합물 형태 및/또는 단량체의 혼합물 형태로 사용된다. 전구체의 산화 또는 환원된 형태도 적용될 수 있다.
티오펜 단량체는, 위에서 설명한 바와 같이, 산화 촉매의 존재하에서 화학적으로 중합된다. 산화 촉매는 전형적으로 철(Ⅲ), 구리(Ⅱ), 크롬(Ⅵ), 세륨(Ⅳ), 망간(Ⅳ), 망간(Ⅶ) 또는 루테늄(Ⅲ) 양이온 등과 같은 전이 금속 양이온을 포함한다. 도판트도 전도성 폴리머에 충분한 전하를 제공하고, 폴리머의 전도성을 안정화시키기 위하여 제공될 수 있다. 도판트는 전형적으로 설포닉산의 이온과 같은 무기 또는 유기 음이온을 포함한다. 어떤 실시예에서는 전구 용액에서 채용된 산화 촉매가 양이온(예를 들어, 전이 금속)과 음이온(예를 들어, 설포닉산)을 포함하고 있어서, 촉매 기능과 도판트 기능을 모두 가질 수 있다. 예를 들어, 산화 촉매는 전이 금속염일 수 있으며, 이러한 전이 금속염은 철(Ⅲ) 양이온을 포함하는 전이 금속염(예를 들어, FeCl3과 같은 철(Ⅲ) 할라이드), 다른 무기산의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, Fe(ClO4)3, Fe2(SO4)3) 그리고 유기산 및 유기 라디칼을 포함하는 무기산 철(Ⅲ) 염을 포함한다. 유기 라디칼을 포함하는 무기산 염으로는 C1 내지 C20의 알카놀(alkanol)의 설퍼릭산 모노에스테르 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 라우릴 설페이트 철(Ⅲ)염)을 포함하고, 마찬가지로, 유기산 철(Ⅲ) 염으로는 C1 내지 C20의 알칸 설포닉산(alkane sulfonic acid)의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 도데칸 설포닉산), 지방족 퍼플루오로술폰산(aliphatic perfluorosulfonic acid)의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 트리플루오로메탄 술폰산(trifluoromethane sulfonic acid), 퍼플루오로부탄 술폰산(perfluorobutane sulfonic acid), 또는 퍼플루오로옥탄 술폰산(perfluorooctane sulfonic acid)), 지방족 C1에서 C20 카르복시산의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 2-에틸헥실카르복실산(2-ethylhexylcarboxylic acid)), 지방족 퍼플루오카르복시산(aliphatic perfluorocarboxylic acids)의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 또는 퍼플루오로옥탄 산), C1 에서 C20 알킬 그룹으로 선택적으로 치환된 방향족 술폰산의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 벤젠 술폰산, o-톨루엔 술폰산, 파라톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid), 또는 도데실벤젠 술폰산(dodecylbenzene sulfonic acid)) 및 사이클로알칸 술폰산(cycloalkane sulfonic acids)의 철(Ⅲ) 염(예를 들어, 캠포 술폰산 (camphor sulfonic acid)) 또는 위에 언급된 염의 혼합물이 특별히 적당하다. 철(Ⅲ)-p-톨루엔 설포네이트의 상업적으로 적당한 한 예는 "CleviosTMC" 지정하에 "H.C.Starck GmbH"로부터 이용할 수 있다.
다양한 방법이 전도성 코팅을 형성하기 위하여 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 산화 촉매와 단량체는 중합 반응이 부분의 인시츄(in situ)에 발생하도록 순차적으로 또는 함께 적용될 수 있다. 적합한 응용 기술은 스크린 인쇄, 담금, 전기 영동 코팅 및, 분무(spraying)를 포함할 수 있고, 전도성 폴리머 코팅을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 단량체는 초기에 전구체 용액을 형성하기 위해 산화 촉매와 함께 혼합될 수 있다. 일단 혼합물이 형성되고 나면, 중합되도록 전도성 코팅이 표면 위에 형성된다. 또한, 산화 촉매와 단량체가 순차적으로 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 산화 촉매는 유기 용매(예를 들어, 부탄올)에 용해되고 난 후 딥핑 용액에 적용될 수 있다. 그리고 나서 부분은 용매를 제거하기 위해 건조될 수 있다. 그 후, 부분은 모노머를 포함하는 용액 내로 담가질 수 있다.
중합은 사용되는 산화제와 요구되는 반응시간에 따라서 약 -10℃ 내지 250℃의 온도에서 형성될 수 있다. 일부 실시예에서는 0 ℃ 내지 150℃이다. 적당한 중합 기술은 위에서 설명한 바와 같이, "Biler"에게 허여된 미국 특허 제7,515,396호에서 보다 상세하게 기술되어 있다. "사카타(Sakata)" 등에게 허여된 미국 특허 제5,457,862 호, "사카타" 등에게 허여된 제5,473,503호, "사카타" 등에게 허여된 제5,729,428호 그리고 "쿠도(Kudoh)" 등에게 허여된 제5,812,367호에 이러한 전도성 코팅을 적용하기 위한 다른 방법들이 설명되어 있고, 모든 목적을 위하여 온전히 참고로 통합되어 있다.
인시츄 적용에 의하여 형성된 코팅에 더하거나 또는 결합하여, 전도성 코팅이 전도성 폴리머 입자의 분산 형태로 적용될 수도 있다. 비록 이들의 크기는 달라질 수도 있지만, 애노드 부분에 부착 가능한 표면적을 증가시키기 위하여, 입자는 통상적으로 작은 지름을 가지도록 한다. 예를 들면, 입자들은 약 1부터 약 500 나노미터의 평균 지름을 가질 수도 있고, 다른 실시예에서는 약 5부터 약 400 나노미터일 수 있으며, 또 다른 실시예에서는 약 10부터 약 300 나노미터일 수 있다.
입자의 D90 값(D90 값과 동일하거나 작은 지름을 가지는 입자가 고체 입자의 전체 부피의 90%를 구성한다.)은 약 15 마이크로미터이거나 이보다 작고, 일부 실시예에서는 약 10 마이크로미터이거나 이보다 작고, 일부 실시예에서는 약 1 나노미터 내지 8 마이크로미터이다. 초원심 분리기, 레이저 회절법 등과 같이 알려진 기술을 이용해 입자의 지름은 측정된다.
치환된 폴리티오펜에 의하여 전달되는 양이온 전하와 대응(counteract)하도록 하는 개별적인 카운터이온(counterion)을 이용하여 전도성 폴리머를 미립자 형태로 만드는 것을 향상시킬 수 있다. 경우에 따라서는 폴리머가 구조 단위 안에서 양이온 전하와 음이온 전하를 가질 수 있고, 양이온 전하는 주쇄에 위치하고, 음이온 전하는 설포네이트 또는 카르복실레이트 그룹과 같은 라디칼 "R"의 치환기에 선택적으로 위치해 있다. 주쇄의 양이온 전하는 라디칼 "R" 에 선택적으로 존배하는 음이온 그룹(anionic group)으로 부분적으로 또는 전체적으로 포화(saturated)될 수 있다. 전체적으로 볼 때, 이 경우에, 폴리티오펜은 양이온, 중성 또는 심지어 음이온일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 폴리티오펜 주쇄가 양이온을 가지기 때문에 양이온 폴리티오펜으로 취급된다.
카운터이온은 단량체 또는 폴리머 음이온일 수 있다. 폴리머성 음이온(polymerinc anions)은 폴리머성 카복실산(예를 들어, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 등), 폴리머성 술폰산(예를 들어, 폴리스티렌 술폰산(polystyrene sulphonic acids, "PSS"), 폴리비닐술폰산 등) 등일 수 있다. 산(acid)은 아크릴산 에스테르와 스티렌과 같이 서로 다른 중합 가능한 단량체를 가지는 비닐 카르복실과 비닐 술포닉산과 같은 공중합체일 수 있다. 동일하게, 적당한 단량체 음이온은 C1 내지 C20의 알칸 설포닉산(alkane sulfonic acid)의 음이온(예를 들어, 도데칸 설포닉산), 지방족 퍼플루오로술폰산(aliphatic perfluorosulfonic acid)(예를 들어, 트리플루오로메탄 술폰산(trifluoromethane sulfonic acid), 퍼플루오로부탄 술폰산(perfluorobutane sulfonic acid), 또는 퍼플루오로옥탄 술폰산(perfluorooctane sulfonic acid)), 지방족 C1에서 C20 카르복시산(예를 들어, 2-에틸헥실카르복실산(2-ethylhexylcarboxylic acid)), 지방족 퍼플루오카르복시산(aliphatic perfluorocarboxylic acids)(예를 들어, 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 또는 퍼플루오로옥탄 산), C1 에서 C20 알킬 그룹으로 선택적으로 치환된 방향족 술폰산(예를 들어, 벤젠 술폰산, o-톨루엔 술폰산, p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid), 또는 도데실벤젠 술폰산(dodecylbenzene sulfonic acid)), 사이클로알칸 술폰산(cycloalkane sulfonic acids)(예를 들어, 캠포 술폰산(camphor sulfonic acid) 또는 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 퍼클로레이트, 헥사플루오로안티모네이트, 헥사플루오로아ㅅ세네이트 또는 헥사클로로안티모네이트) 등을 포함할 수 있다. 특별히 적당한 카운터이온은 폴리머 카르복실 또는 술포닉산(예를 들어, 폴리스티렌 술포닉산("PPS"))과 같은 폴리머 음이온이다. 이러한 폴리머 음이온의 분자량은 전형적으로 1,000 내지 2,000,000이고, 일부 실시예에서는 2,000 내지 500,000이다.
적용되었을 때, 주어진 층에서 치환된 폴리티오펜에 대한 카운터이온의 중량비는 약 0.5:1 내지 50:1이고, 일부 실시예에서는 약 1:1 내지 30:1이고, 일부 실시예에서는 약 2:1 내지 20:1이다. 중합반응 동안 완전한 전환이 일어난다고 가정할 때, 위에서 언급한 중량비에 참조하면, 치환된 폴리티오펜의 중량은 사용된 단량체의 중량 부분에 대응된다.
분산물은 중합체 층(polymeric layer)의 접착제 성질을 향상시키고 분산물 내 입자의 안정성을 증가시키는 하나 또는 그 이상의 바인더를 포함할 수도 있다. 상기 바인더는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidones), 폴리염화비닐(polyvinyl chlorides), 폴리비닐아세테이트( polyvinyl acetates), 폴리비닐 낙산염(polyvinyl butyrates), 폴리아크릴산 에스테르(polyacrylic acid esters), 폴리아크릴산 아미드(polyacrylic acid amides), 폴리메타아크릴산 에스테르(polymethacrylic acid esters), 폴리메타아크릴산 아미드(polymethacrylic acid amides), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitriles), 스티렌/아크릴산 에스테르(styrene/acrylic acid ester), 비닐 아세테이트/아크릴산 에스테르(vinyl acetate/acrylic acid ester)와 에틸렌/비닐 아세테이트 혼성중합체(ethylene/vinyl acetate copolymers), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리술폰, 멜라민 포름알데히드 수지(melamine formaldehyde resins), 에폭시드수지(epoxide resins), 실리콘 수지 또는 셀룰로오스와 같이 성질상 유기물일 수 있다. 바인더의 부착력을 향상시키기 위해 가교제(Crosslinking agents)가 채용될 수 있다. 예를 들어, 이런 가교제는 멜라민 콤파운드(melamine compounds), 차폐된 이소시아네이트(masked isocyanates), 3-글리시독시프로필트리알콕시실란(3-glycidoxypropyltrialkoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane) 하이드로실세이트(hydrolysate)와 같은 기능성 실란(functional silanes), 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins)과 같은 가교성 폴리머(crosslinkable polymers)을 포함하고 추가 가교결합한다. 종래 기술에 알려진 바와 같이 분산제(예를 들어, 물), 표면활성제 등과 같은 다른 성분도 분산물 안에 포함될 수 있다.
원하는 코팅 두께가 얻어질 때까지, 원한다면 위에서 설명된 적용 단계의 하나 또는 그 이상이 반복될 수 있다. 일부 실시예에서는 한 번에 상대적으로 얇은 코팅층만이 형성된다. 목표하는 총 코팅 두께는 커패시터의 원하는 물성에 따라서 다양하다. 일반적으로 결과로 나오는 전도성 폴리머 코팅은 약 0.2㎛ 내지 50㎛이고, 일부 실시예에서는 약 0.5㎛ 내지 20㎛이고, 일부 실시예에서는 약 1㎛ 내지 5㎛이다. 코팅 두께는 부분의 모든 위치에서 꼭 동일할 필요는 없다고 이해된다. 그럼에도 불구하고, 코팅의 평균 두께는 일반적으로 위에서 언급한 범위안에 들어간다.
전도성 폴리머 코팅은 선택적으로 치유될 수 있다. 치유(healing)는 전도성 폴리머 층에 각각 적용된 후에 일어날 수 있고, 전체적인 전도성 폴리머 코팅의 적용 후에 일어 날 수 있다. 일 실시예에서는, 전도성 폴리머는 부분을 전해질 용액에 담금(dipping)으로써 치유될 수 있다. 그리고 나서, 전류가 미리 정해진 수준으로 줄어들 때까지 용액에 정압(constant voltage)을 적용한다. 원한다면, 이러한 치유는 복수의 단계에서 달성될 수 있다. 위에서 언급된 층의 일부 또는 전체를 적용한 후에, 과도한 산화제 등과 같은 여러 부산물을 제거하는 것을 원한다면, 결과적으로 나오는 부분이 세척될 수 있다. 예를 들어, 전해질 용액은 알콜 용매(예를 들어, 에탄올)에서 단량체, 촉매 그리고 도판트의 희석 용액일 수 있다. 코팅은 필요에 따라서 다양한 부산물과 과도한 시약 등을 제거하기 위하여 세척될 수 있다.
원한다면, 외부 코팅을 부분에 선택적으로 적용할 수 있다. 외부 코팅은 적어도 하나의 탄소층과 상기 탄소층 위에 놓이는 적어도 하나의 금속층을 포함할 수도 있다. 금속층은 용접가능한 전도체(solderable conductor), 접촉층 및/또는 캐패서터의 전하 집진기(charge collector)로서 동작할 수 있고, 구리, 니켈, 은, 니켈, 아연, 주석, 팔라듐, 납, 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 철, 지르코늄, 마그네슘 및, 이들의 합금과 같은 전도성 금속으로부터 형성될 수 있다. 은은 상기 층에 사용하기에 특히 적합한 전도성 금속이다. 탄소층은 금속층과 고체 전해질 사이의 접촉을 제한할 수 있으며, 그렇지 않으면 커패시터의 저항을 증가시킬 것이다. 탄소층은 흑연, 활성탄, 카본 블랙과 같이 공지된 갖가지 탄소 물질로부터 형성될 수 있다. 탄소층의 두께는 전형적으로 약 1㎛로부터 약 50㎛ 이내이고, 어떤 실시예에서는 약 2 ㎛로부터 약 30 ㎛이며, 또 다른 실시예에서는 약 5 ㎛로부터 약 10 ㎛이다. 마찬가지로, 금속층의 두께는 전형적으로 약 1 ㎛로부터 약 100 ㎛터 이내이고, 다른 실시예에서는 약 5 ㎛로부터 약 50 ㎛이며, 또 다른 실시예에서는 약 10 ㎛로부터 25 ㎛이다.
형성되는 방법에 관계없이, 결과로 얻어지는 커패시터 소자(33)는 위에서 설명되었고, 도 1과 도2에서 나타나듯이, 애노드 종단(62) 및 캐소드 종단(72)과 전기적으로 접촉하여 제공된다. 전도성 금속(예를 들면, 구리, 니켈, 은, 니켈, 아연, 주석, 팔라듐, 납, 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 철, 지르코늄, 마그네슘 및, 이들의 합금)과 같은 모든 전도성 물질이 종단을 형성하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 특히 적합한 전도성 금속은 구리, 구리 합금(예를 들어, 구리-지르코늄, 구리-아연, 또는 구리-철) 니켈, 니켈의 합금(예를 들어, 니켈-철)을 포함한다. 일반적으로 종단들의 두께는 커패시터의 두께를 최소화하기 위해 선택된다. 예를 들어, 종단들의 두께는 약 0.05에서 1 밀리미터의 범위 일 수 있고, 다른 실시예에서는 약 0.05에서 약 0.5 밀리미터이고, 다른 실시예에서는 약 0.07에서 약 0.2 밀리미터 일 수 있다. 예시적인 전도성 물질은 구리-철 합금 금속 플레이트로, "Wieland(독일)"로부터 이용할 수 있다. 원한다면, 마지막 부분이 회로기판위에 세워질 수 있도록 확실히 하기 위하여 종래 기술에 알려진 바와 같이, 종단의 표면은 니켈, 은, 금, 주석 등으로 전기도금할 수 있다. 일 실시예에서는 종단의 양쪽 표면이 니켈과 은 플래쉬(flash)로 각각 플레이트(plate)되고, 세워지는 면도 주석 납땜 층으로 플레이트된다.
캐소드 종단(72)은 첫번째 평면 부분(75)과 두번째 평면 부분(73)을 가지고 있고, 이들은 상대적으로 평평하고 커패시터 소자(33)의 하면(39)에 대하여 실질적으로 평행하게 위치한다. 첫번째 평면 부분(75)과 두번째 평면 부분(73)은 약 0°내지 90°의 각도로 위치하는 접힌 영역(79)에 의하여 서로 연결된다. 일부 일시예에서는 애노드 리드가 연장되는 길이 방향에 상대적으로 약 10°내지 50°의 각도로 위치한다.(예를 들면, 도 2의 x 방향을 보라.) 이러한 방법으로 첫번째 평면 부분(75)은 z방향으로(도 2를 보라.) 두번째 평면 부분(73) 위에 수직으로 위치한다.
첫번째 평면 부분(75)은 하면(39)과 직접적으로 접촉할 수 있고, 접착제, 땜납 물질, 용접, 절연물질(예를 들면, 플라스틱 패드 또는 테이프) 등을 통하여 연결되어 있다. 두번째 평면 부분(73)은 하면(39)에 연결될 필요는 없지만, 그럼에도 불구하고, 접착제, 땜납 물질, 용접, 절연물질(예를 들면, 플라스틱 패드 또는 테이프) 등을 통하여 선택적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 첫번째 평면 부분(75)은 하면(39)과 직접적으로 접촉하고, 두번째 평면 부분(73)은 전도성 접착제를 통하여 하면(39)과 연결된다. 다른 실시예에서는, 첫번째 평면 부분(75)이 전도성 접착제를 통하여 하면(39)과 연결되고, 두번째 평면 부분(73)은 하면과 연결되지 않는다. 다른 일 실시예에서는, 첫번재 평면 부분(75)이 전도성 접착제를 통하여 하면(39)과 연결되고, 두번째 평면 부분(73)은 절연물질을 통하여 하면(39)과 연결된다.
그럼에도 불구하고, 캐소드 종단(72)은 커패시터 소자(33)의 하면(39)과 평면 부분(73, 75)에 대하여 실질적으로 직각(예를 들면, 90°±10°)으로 위치하는 직립 부분(74)을 포함한다. 직립 부분(74)은 커패시터 소자(33)의 후면(38)과 전기적으로 연결되고, 실질적으로 평행하다. 직립 부분(74)은 커패시터를 만드는 동안 접혀지는 것을 용이하게 하기 위하여 구멍(76)을 선택적으로 정의할 수 있다. 전체적으로 그려지긴 했지만, 평면 부분, 접힌 부분 그리고 직립 부분은 선택가능하게 개별적인 조각이고, 이들 부분은 직접적으로 연결되거나 추가적인 전도성 소자(예를 들면, 금속)를 통하여 연결된다.
애노드 종단이 커패시터 소자에 연결되는 방법은 중요하지 않다. 예컨대, 도 1과 도 2에서, 애노드 종단(62)은 커패시터 소자(33)의 하면(39)에 실질적으로 평행하게 위하하고 상대적으로 평평한 평면 부분(63)과, 평면 부분(63)과 실질적으로 직각으로 위치하는 직립 부분(64)을 포함하는 것을 알 수 있다. 도면에서 보여지듯이, 직립 부분(64)은 애노드 리드(16)를 수용하기 위한 슬롯(51)을 정의한다. 슬롯(51)은 다양한 종류의 모양과 크기를 가질 수 있다. 나타난 실시예에서 슬롯(51)은 "U자 형태"로서, 추가적으로 리드(16)의 표면 접촉과 기계적 안정성을 향상시킨다.
애노드와 캐소드 섹션을 포함하는 리드프레임(200)에 커패시터 소자(33)가 붙여지는 예시적인 방법은 도 3에서 보여지고, 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 간단하게 설명할 수 있도록, 단일 커패시터의 형태가 설명된다. 그러나, 리드프레임은 다중 섹션을 포함할 수 있으며, 다중 섹션은 개별적인 커패시터 어셈블리로 나눠질 수 있다고 이해되어야 한다. 도 3을 참조하여, 리드프레임(200)의 부분은 애노드와 캐소드 섹션을 포함하고, 애노드와 캐소드 섹션은 위에 나타난 바와 같이 종국적으로 애노드와 캐소드 종단을 각각 형성한다. 단지 리드프레임의 부분만이 도시되어 있으며, 다른 구성요소를 명확하게 도시되어 있지 않다. 섹션은 초기에 금속 시트(sheet)를 통하여 연결되어 있으며, 이러한 금속 시트는 커패시터를 만드는 동안 순차적으로 제거된다.
도 3의 리드프레임(200)은 초기 "평평한" 형태로 보여진다. 상기 실시예에서, 애노드 섹션은 베이스(163)와 베이스로부터 연장되는 탭(164)으로부터 형성된다. 탭(164)은 접힘 축 "A1"을 따라서 위쪽으로 구부려져서 직립 부분(64)과 U자 모양의 슬롯(51)이 형성된다.(도 1 및 도 2) 캐소드 섹션도 동일하게 베이스(173)와 베이스로부터 연장되는 탭(174)으로부터 형성된다. 탭은 접힘 축 "A4"을 따라서 위쪽으로 구부려져서 직립 부분이 형성된다. 첫번째 및 두번째 평면 부분(75, 73)을 형성하기 위하여, 베이스(173)는 2회 접힌다. 보다 상세하게, 베이스(173)의 앞쪽 영역(180)은 초기에 축 "A2"를 따라서 위쪽으로 접히고, 접히지 않고 남아 있는 베이스(173)의 뒷쪽 영역(181)에 대하여 일반적으로 평행해질 때까지 축 "A3"을 따라서 아래쪽으로 접힌다. 이러한 방법으로 베이스(173)의 앞쪽 영역은 첫번째 평면 부분(75)을 구성하고, 베이스(173)의 뒷쪽 영역은 두번째 평면 부분(73)을 구성한다.(도 1과 도 2) 접힌 축 "A2"와 "A3"의 사이에 위치하는 리드프레임(200)의 부분(190)은 동일하게 접힌 영역을 형성하고, 접힌 영역은 첫번째 및 두번째 평면 부분(75, 73)을 각각 서로 연결한다.
도 1과 도 2를 다시 참조하여, 종단이 원하는 형태로 접혀지면, 커패시터 소자(33)가 그 위에 위치하고, 슬롯(51)에 의하여 애노드 리드(16)가 수용된다. 커패시터 소자(33)의 하면(39)은 절연 물질(보여지지 않음.)을 통하여 애노드 종단(62)의 평면 부분(63)에 얹혀 있고, 절연 물질은 애노드와 캐소드 종단을 절연한다. 하면(39)도 직접적으로 또는 추가적인 물질(예를 들면, 전도성 접착제)을 통하여 캐소드 종단(72)의 첫번째 평면 부분(75)에 얹혀 있다. 애노드 리드(16)는 기계적 용접, 레이저 용접, 전도성 접착제 등과 같은 종래 기술에서 알려진 기술을 이용하여 슬롯(51)에 전기적으로 연결된다. 애노드 리드(16)에 전기적으로 연결되면, 임의의 전도성 접착제가 경화된다. 예를 들어, 열압착이 열과 압력을 적용하기 위하여 사용되어, 커패시터 소자(33)가 접착제에 의하여 캐소드 종단(72)에 적절하게 부착되도록 한다.
리드프레임에 부착되면, 커패시터 소자는 몰딩 물질(58)(도 1과 도 2)로 감싸지며, 몰딩 물질은 에폭시 레진, 실리카 또는 다른 알려진 감싸는 물질이다.케이스의 폭과 길이는 적용되는 제품에 따라서 다를 수 있다. 적합한 포장은, 예를 들면, "AVX Corporation" 의 "A", "B", "F", "G", "H", "J", "K", "L", "M", "N", "P", "R", "S", "T", "W", "Y" 또는 "X" 케이스가 이용될 수 있다. 적용되는 케이스의 크기에 상관없이, 커패시터 소자(33)는 둘러싸여지고, 적어도 애노드와 캐소드 종단(62, 72)의 일부분이 회로기판 상에 쌓여질 수 있도록 노출된다. 도 1과 도2에서 보여지는 실시예에서는, 애노드 종단(62)의 평면 부분(63)은 노출되지만, 직립 부분(64)은 몰딩 물질(58) 안에서 감싸진다. 동일하게, 캐소드 종단(72)의 두번째 평면 부분(73)은 노출되지만, 첫번째 평면 부분(75)과 직립 부분(74)은 몰딩 물질(58) 안에서 감싸진다. 위에서 설명한 바와 같이, 캐소드 종단의 평면 및 직립 부분을 감싸는 것은 커패시터가 보다 좋은 기계적 안정성과 이로 인하여 향상된 전기적 특성을 가질 수 있게 한다.
본 발명은 다음의 예를 참고하여 더 잘 이해될 수 있다.
실험절차
등가직렬저항 (" ESR ")
등가직렬저항은 케이틀리(Keithly) 3330 프리시젼 LCZ 미터를 켈빈 리드 2.2volt DC 바이어스와 피크 사인 신호에 0.5volt 피크를 함께 이용하여 측정되었고, 작동 주파수는 100 Hz 였고 온도는 23℃±2℃였다.
커패시턴스 (" CAP ")
커패시턴스는 케이틀리(Keithly) 3330 프리시젼 LCZ 미터를 케빈 리드 2.2volt DC 바이어스와 피크 사인 신호에 0.5volt 피크를 함께 이용하여 측정되었고, 작동 주파수는 120 Hz 였고 온도는 23℃±2℃였다.
누설전류( Leakage Current )
23℃ 온도에서 최소 60초 후의 정격전압에서 누설전류(DCL)를 측정하는 누설 테스트 세트를 이용하여 누설전류가 측정되었다.
실시예 1
탄탈룸 애노드(2.30㎜x0.50㎜x2.30㎜)는 액체 전해질에서 17.1V에서 150μF까지 애노드화되었다. 전도성 폴리머 코팅은 애노드를 철(Ⅲ) 톨루엔술포네이트(CLEVIOSTMC)의 부탄올 용액에 15분 동안 담그고, 계속적으로 3,4-에틸렌디옥시티오펜(CLEVIOSTMM) 속에 1분 동안 담그는 작업에 의해 형성되었다. 중합 45분 후에, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)의 얇은 층이 유전체 표면에 형성되었다. 부분들은 메탄올에서 세척되어, 반응부산물을 제거하고, 액체 전해질에서 다시 애노다이즈되고, 메탄올에서 다시 세척된다. 중합 사이클은 12번 반복되었다. 그리고 나서 종래 기술에서 알려진 것처럼 상기 부분들은 흑연과 은으로 코팅되었다. 결과로 나오는 커패시터 소자가 리드프레임 포켓에 놓여지고, 도 1과 도2에서 보여지는 것처럼, 애노드 및 캐소드 종단을 형성한다. 보다 구체적으로는, 도 1에서 보여지듯이, 결과로 얻어지는 캐소드 종단은 접힌 영역(79)에 의해서 서로 연결되는 첫번째 평면 부분(75)과 두번째 평면 부분(73) 그리고 직립 부분(74)을 가진다. 일단 원하는 방법으로 위치하면, 펄스 레이저빔을 이용하여 애노드 와이어가 애노드 종단에 용접된다. 커패시터 소자는 그리고나서 길이 약 3.5㎜, 높이 약 1.00㎜ 그리고 폭 약 2.80㎜를 가지는 "L" 케이스 안으로 감싸진다. 마무리된 부분은 납이 없는 리플로(reflow)에 의해 처리된다. 756 부분이 위에서 설명된 방법으로 만들어졌다.
실시예 2
캐소드 종단이 단일 평면 부분을 가지는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명된 방법으로 커패시터가 형성되었다. 즉, 캐소드 종단은 도 1에서 나타난 바와 같이 평면 부분(75)과 접힌 영역(79)을 가지지 않는다. 대신, 캐소드 종단은 단순히 커패시터 소자의 하면에 인접한 단일 평면 부분과 커패시터 소자의 후면에 인접한 직립 부분을 가진다. 756 부분이 이 방법으로 만들어졌다. 실시예 1과 실시예 2의 부분은 전기 테스트를 위해 놓여졌다. 평균 결과는 아래 [표 1]에서 나타내진다.
DCL[㎂] ESR[mOhm] CAP[㎌]
실시예 1 36.2 120 147.2
실시예 2 51.9 159 145.1
[표 1] 전기적 성능
실시예 1에서 설명한 바와 같이, 캐소드 종단을 이용하여 조립된 부분은, 실시예 2의 부분보다, 낮은 누수전류와 ESR을 가진다. 나아가, 실시예 1의 97% 이상의 부분이 전기 성능 테스트를 통과하는 것으로 결정되었으며, 실시예 2의 부분의 91%과 비교된다. 낮은 수율은 애노드가 케이스 안에 질서 정연하게 위치하지 않아 생긴 것으로 보이며, 이는 캐소드 종단으로부터 보다 높은 박리 가능성을 야기한다.
본 발명의 언급한 형태와 그 다양한 변형은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여, 본 발명의 범위와 정신을 떠나지 않고, 실시될 수 있다. 나아가, 다양한 실시예는 전체로 또는 부분으로 상호 교환될 수 있다. 더불어, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 설명한 내용이 단지 예시적인 실시예에 불과하며, 첨부된 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
16 : 애노드 리드 200 : 리드프레임
33 : 커패시터 소자 38 : 후면
39 : 하면 51 : 슬롯
58 : 몰딩 물질 62 : 애노드 종단
63 : 평면 부분 72 : 캐소드 종단
73 : 두번째 평면 부분 74: 직립 부분
75 : 첫번째 평면 부분 76 : 구멍
79 : 접힌 영역 163 : 베이스
164 : 탭

Claims (26)

  1. 고체 전해질 커패시터 소자, 애노드 종단, 캐소드 종단 및 몰딩 물질을 포함하고,
    상기 고체 전해질 커패시터 소자는 상면, 하면, 전면 및 후면을 정의하고, 상기 커패시터 소자는 애노드, 상기 애노드 위에 놓이는 유전체층, 고체 전해질을포함하는 상기 유전체층 위에 놓이는 캐소드 그리고 길이방향으로 연장하는 상기 애노드에 전기적으로 연결된 애노드 리드를 포함하고,
    상기 애노드 종단은 상기 애노드 리드에 전기적으로 연결되고,
    상기 캐소드 종단은 상기 캐소드에 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터 소자의 상기 하면에 일반적으로 직각으로 위치한 직립 부분과 커패시터 소자의 하면에 일반적으로 평행하게 위치한 첫번째 및 두번째 평면 부분을 포함하고, 상기 첫번째 및 두번째 평면 부분은 접힌 영역에 의하여 서로 연결되어 있고, 상기 첫번째 평면 부분은 상기 두번째 평면 부분 위에 수직으로 배치되며,
    상기 몰딩 물질은 커패시터 소자를 감싸고, 애노드 종단의 적어도 한 부분과 캐소드 종단의 두번째 평면 부분의 적어도 한 부분이 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첫번째 및 두번째 평면 부분은 커패시터 소자의 하면에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첫번째 평면 부분은 커패시터 소자와 직접적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 첫번째 평면 부분은 상기 커패시터에 전도성 접착제 또는 절연물질로 붙여진 것을 특징으로 하는 커패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 두번째 평면 부분은 커패시터 소자에 붙여지지 않은 것을 특징으로 하는 커패시터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 두번째 평면 부분은 상기 커패시터에 전도성 접착제 또는 절연물질로 붙여진 것을 특징으로 하는 커패시터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접힌 영역은 길이 방향에 대하여 10°내지 50°의 각도로 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 종단의 상기 직립 부분은 상기 커패시터 소자의 후면에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 첫번째 평면 부분은 몰딩 물질에 의하여 완전히 감싸지는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 종단의 직립 부분은 몰딩 물질에 의하여 완전히 감싸지는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 종단은 상기 커패시터 소자의 상기 하면에 일반적으로 직각으로 위치한 직립 부분과 상기 커패시터 소자의 하면에 일반적으로 평행하게 위치하는 평면 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 애노드 리드는 상기 애노드 종단의 상기 직립 부분에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연물질은 상기 커패시터 소자와 상기 애노드 종단의 상기 평면 부분 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 애노드 종단의 상기 직립 부분은 상기 애노드 리드를 수용하기 위한 슬롯을 정의하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 애노드는 탄탈룸, 니오븀 또는 이들의 전기적 전도성 산화물인 것을 특징으로 하는 커패시터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질은 전도성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)인 것을 특징으로 하는 커패시터.
  18. 커패시터 소자와 리드프레임으로부터 커패시터를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 커패시터 소자는 애노드, 상기 애노드 위에 놓이는 유전체층, 고체 전해질을 포함하는 상기 유전체층 위에 놓이는 캐소드 및 길이 방향으로 연장되는 애노드와 전기적으로 연결되는 애노드 리드를 포함하고,
    상기 리드 프레임은 애노드 섹션과 캐소드 섹션을 포함하고, 상기 애노드 섹션은 베이스와 이로부터 연장되는 탭을 포함하고, 상기 캐소드 섹션은 베이스와 탭을 포함하고, 상기 캐소드 섹션의 상기 베이스는 첫번째 영역과 두번째 영역을 가지고, 상기 캐소드 섹션의 상기 탭은 상기 베이스의 두번째 영역으로부터 연장되고,
    상기 애노드 섹션의 상기 탭을 위쪽으로 접어서 직립 애노드 종단 부분을 형성하는 단계;
    상기 캐소드 섹션의 상기 탭을 위쪽으로 접어서 직립 캐소드 종단 부분을 형성하는 단계;
    상기 캐소드 섹션의 상기 베이스의 첫번째 영역을 첫번째 접힘 축을 따라서 위쪽으로 그리고 두번째 접힘 축을 따라서 아래쪽으로 접어서, 접힌 영역을 통하여 두번째 평면 캐소드 종단에 서로 연결된 첫번째 평면 캐소드 종단 부분을 형성하고, 상기 접힌 영역은 첫번째 및 두번째 접힘 축 사이에 정의되는 단계;
    상기 커패시터 소자는 리드 프레임 위에 위치하는 단계;
    상기 커패시터 소자의 상기 애노드 리드를 상기 직립 애노드 종단 부분에 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 직립 캐소드 종단 부분, 첫번째 평면 캐소드 종단 부분, 두번째 평면 캐소드 종단 부분 또는 이들의 조합을 상기 커패시터 소자에 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 캐소드 종단의 두번째 평면 부분의 일부가 노출되도록 남아 있도록, 상기 커패시터 소자를 몰딩 물질로 감싸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 첫번째 평면 캐소드 종단 부분은 상기 두번째 평면 캐소드 종단 부분 위에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 커패시터 소자의 하면은 상기 리드 프레임의 상기 캐소드 섹션에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 접힌 영역은 길이 방향에 대하여 10°내지 50°의 각도로 위치하는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 첫번째 평면 캐소드 종단 부분은 몰딩 물질에 의하여 완전히 감싸지는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 직립 캐소드 종단 부분은 몰딩 물질에 의하여 완전히 감싸지는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 두번째 평면 캐소드 종단 부분은 접히는 않는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 애노드 섹션의 상기 베이스는 평면 애노드 종단 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 직립 애노드 종단 부분은 상기 애노드 리드를 수용하기 위한 슬롯을 정의하는 것을 특징으로 하는 커패시터를 형성하는 방법.
KR1020120024819A 2011-03-11 2012-03-12 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터 KR20120104122A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/045,584 2011-03-11
US13/045,584 US8582278B2 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Solid electrolytic capacitor with improved mechanical stability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120104122A true KR20120104122A (ko) 2012-09-20

Family

ID=46003109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120024819A KR20120104122A (ko) 2011-03-11 2012-03-12 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8582278B2 (ko)
JP (1) JP2012191198A (ko)
KR (1) KR20120104122A (ko)
CN (1) CN102683026B (ko)
DE (1) DE102012203416A1 (ko)
GB (1) GB2488883B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9330852B2 (en) 2013-10-31 2016-05-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Tantalum capacitor and method of manufacturing the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5796194B2 (ja) * 2010-12-13 2015-10-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体電解コンデンサ
US9236192B2 (en) * 2013-08-15 2016-01-12 Avx Corporation Moisture resistant solid electrolytic capacitor assembly
JP5770351B1 (ja) * 2014-09-29 2015-08-26 Ｎｅｃトーキン株式会社 固体電解コンデンサ
US9892860B2 (en) * 2014-11-24 2018-02-13 Avx Corporation Capacitor with coined lead frame
JP7178609B2 (ja) * 2018-11-30 2022-11-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解コンデンサ

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3345545A (en) 1964-11-27 1967-10-03 Johnson Matthey & Mallory Ltd Solid electrolytic capacitor having minimum anode impedance
US4085435A (en) 1976-06-14 1978-04-18 Avx Corporation Tantalum chip capacitor
US4945452A (en) 1989-11-30 1990-07-31 Avx Corporation Tantalum capacitor and method of making same
US5198968A (en) 1992-07-23 1993-03-30 Avx Corporation Compact surface mount solid state capacitor and method of making same
US5357399A (en) 1992-09-25 1994-10-18 Avx Corporation Mass production method for the manufacture of surface mount solid state capacitor and resulting capacitor
US5394295A (en) 1993-05-28 1995-02-28 Avx Corporation Manufacturing method for solid state capacitor and resulting capacitor
JP2765462B2 (ja) 1993-07-27 1998-06-18 日本電気株式会社 固体電解コンデンサおよびその製造方法
US5495386A (en) 1993-08-03 1996-02-27 Avx Corporation Electrical components, such as capacitors, and methods for their manufacture
JPH07135126A (ja) 1993-11-10 1995-05-23 Nec Corp 固体電解コンデンサ及びその製造方法
JP3068430B2 (ja) 1995-04-25 2000-07-24 富山日本電気株式会社 固体電解コンデンサ及びその製造方法
US5812367A (en) 1996-04-04 1998-09-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolytic capacitors comprising a conductive layer made of a polymer of pyrrole or its derivative
JP3863232B2 (ja) 1996-09-27 2006-12-27 ローム株式会社 固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子の構造及びコンデンサ素子におけるチップ体の固め成形方法
GB9700566D0 (en) 1997-01-13 1997-03-05 Avx Ltd Binder removal
JP3536722B2 (ja) 1998-06-18 2004-06-14 松下電器産業株式会社 チップ形固体電解コンデンサおよびその製造方法
US6416730B1 (en) 1998-09-16 2002-07-09 Cabot Corporation Methods to partially reduce a niobium metal oxide oxygen reduced niobium oxides
US6322912B1 (en) 1998-09-16 2001-11-27 Cabot Corporation Electrolytic capacitor anode of valve metal oxide
US6391275B1 (en) 1998-09-16 2002-05-21 Cabot Corporation Methods to partially reduce a niobium metal oxide and oxygen reduced niobium oxides
US6191936B1 (en) 1999-04-12 2001-02-20 Vishay Sprague, Inc. Capacitor having textured pellet and method for making same
JP2001110676A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Matsuo Electric Co Ltd チップコンデンサ
US6576099B2 (en) 2000-03-23 2003-06-10 Cabot Corporation Oxygen reduced niobium oxides
JP3968971B2 (ja) 2000-07-24 2007-08-29 松下電器産業株式会社 チップ形固体電解コンデンサおよびその製造方法
IL155746A0 (en) 2000-11-06 2003-12-23 Cabot Corp Modified oxygen reduced valve metal oxides
JP3532519B2 (ja) 2000-11-22 2004-05-31 Ｎｅｃトーキン株式会社 チップ型コンデンサの製造方法およびその製造装置
JP4014819B2 (ja) 2001-05-14 2007-11-28 Ｎｅｃトーキン株式会社 チップ型コンデンサおよびその製造方法
US6674635B1 (en) 2001-06-11 2004-01-06 Avx Corporation Protective coating for electrolytic capacitors
JP2003100556A (ja) * 2001-09-26 2003-04-04 Nec Tokin Toyama Ltd チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法並びにリードフレーム
JP2003234251A (ja) * 2002-02-07 2003-08-22 Nec Tokin Corp チップ型電解コンデンサ
JP4477287B2 (ja) 2002-03-15 2010-06-09 Ｎｅｃトーキン株式会社 陽極端子板およびチップ型コンデンサの製造方法
JP4454916B2 (ja) * 2002-07-22 2010-04-21 Ｎｅｃトーキン株式会社 固体電解コンデンサ
JP2004247594A (ja) 2003-02-14 2004-09-02 Nec Tokin Corp チップ型コンデンサ及びその製造方法並びにモールド金型
DE502004011120D1 (de) 2003-07-15 2010-06-17 Starck H C Gmbh Niobsuboxidpulver
DE10333156A1 (de) 2003-07-22 2005-02-24 H.C. Starck Gmbh Verfahren zur Herstellung von Niobsuboxid
DE10347702B4 (de) 2003-10-14 2007-03-29 H.C. Starck Gmbh Sinterkörper auf Basis Niobsuboxid
US7116548B2 (en) 2004-04-23 2006-10-03 Kemet Electronics Corporation Fluted anode with minimal density gradients and capacitor comprising same
CN1737072B (zh) 2004-08-18 2011-06-08 播磨化成株式会社 导电粘合剂及使用该导电粘合剂制造物件的方法
JP4613669B2 (ja) 2004-12-06 2011-01-19 パナソニック株式会社 固体電解コンデンサ
JP4183091B2 (ja) 2005-06-15 2008-11-19 ローム株式会社 面実装型固体電解コンデンサとその製造方法
JP4775958B2 (ja) 2006-08-25 2011-09-21 Ｎｅｃトーキン株式会社 下面電極型固体電解コンデンサ
US7542267B2 (en) 2006-11-06 2009-06-02 Nec Tokin Corporation Lead frame, method of manufacturing a face-down terminal solid electrolytic capacitor using the lead frame, and face-down terminal solid electrolytic capacitor manufactured by the method
US7532457B2 (en) * 2007-01-15 2009-05-12 Avx Corporation Fused electrolytic capacitor assembly
US7515396B2 (en) 2007-03-21 2009-04-07 Avx Corporation Solid electrolytic capacitor containing a conductive polymer
JP4862204B2 (ja) * 2007-12-06 2012-01-25 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
JP5041995B2 (ja) 2007-12-07 2012-10-03 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
JP4767275B2 (ja) 2008-03-10 2011-09-07 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
JP5142772B2 (ja) 2008-03-12 2013-02-13 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
US8199462B2 (en) * 2008-09-08 2012-06-12 Avx Corporation Solid electrolytic capacitor for embedding into a circuit board
JP5158966B2 (ja) 2008-10-28 2013-03-06 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ及びその製造方法
JP2010135750A (ja) * 2008-10-31 2010-06-17 Sanyo Electric Co Ltd 固体電解コンデンサ及びその製造方法
US8614880B2 (en) * 2008-12-29 2013-12-24 Showa Denko K.K. Solid electrolytic capacitor including positive and negative electrode lead terminals
US8339771B2 (en) 2010-02-19 2012-12-25 Avx Corporation Conductive adhesive for use in a solid electrolytic capacitor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9330852B2 (en) 2013-10-31 2016-05-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Tantalum capacitor and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
GB2488883A (en) 2012-09-12
US8582278B2 (en) 2013-11-12
CN102683026A (zh) 2012-09-19
JP2012191198A (ja) 2012-10-04
GB201203807D0 (en) 2012-04-18
CN102683026B (zh) 2017-04-12
DE102012203416A1 (de) 2012-09-13
US20120229956A1 (en) 2012-09-13
GB2488883B (en) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8279584B2 (en) Solid electrolytic capacitor assembly
US8824122B2 (en) Solid electrolytic capacitor for use in high voltage and high temperature applications
US8194395B2 (en) Hermetically sealed capacitor assembly
US9589733B2 (en) Stable solid electrolytic capacitor containing a nanocomposite
US8848342B2 (en) Multi-layered conductive polymer coatings for use in high voltage solid electrolytic capacitors
US10381165B2 (en) Solid electrolytic capacitor for use at high temperatures
US9514891B2 (en) Thin wire/thick wire lead assembly for electrolytic capacitor
US9905368B2 (en) Multiple leadwires using carrier wire for low ESR electrolytic capacitors
US8199460B2 (en) Solid electrolytic capacitor with improved anode termination
US8842419B2 (en) Notched lead tape for a solid electrolytic capacitor
US10074487B2 (en) Solid electrolytic capacitor having a high capacitance
US9842704B2 (en) Low ESR anode lead tape for a solid electrolytic capacitor
KR20120104122A (ko) 기계적 안정성이 향상된 고체 전해질 커패시터
US8514550B2 (en) Solid electrolytic capacitor containing a cathode termination with a slot for an adhesive
US8760852B2 (en) Solid electrolytic capacitor containing multiple sinter bonded anode leadwires
US9576743B2 (en) Solid electrolytic capacitor with integrated fuse assembly
US9837216B2 (en) Carrier wire for solid electrolytic capacitors
US9892860B2 (en) Capacitor with coined lead frame

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid