KR20210074611A - 탄탈 커패시터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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정헌철
양완석
조영수
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터는 일면으로 노출되는 탄탈 와이어를 갖는 탄탈 바디; 제1 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 탄탈 바디를 둘러싸도록 형성된 몰딩부; 상기 탄탈 와이어와 연결되는 양극 연결 부재 및 양극 단자를 포함하고 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 양극 리드 프레임; 및 상기 양극 리드 프레임과 이격되고, 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 음극 리드 프레임;을 포함하고, 상기 탄탈 와이어, 양극 연결 부재 및 양극 단자의 제1 방향의 단부는 동일 평면 상에 있을 수 있다.

Description

탄탈 커패시터 및 이의 제조 방법 {TANTALUM CAPACITOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 탄탈 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
탄탈륨(tantalum: Ta) 소재는 융점이 높고 연성 및 내부식성 등이 우수한 기계적 또는 물리적 특징으로 인해 전기, 전자, 기계 및 화공을 비롯하여 우주 및 군사 분야 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 금속이다. 이러한 탄탈륨 소재는 안정된 양극 산화 피막을 형성시킬 수 있는 특성으로 인해 소형 캐패시터의 양극 소재로 널리 이용되고 있으며, 최근 들어 전자 및 정보 통신과 같은 IT 산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하는 실정이다.
종래의 탄탈륨 캐패시터는 탄탈륨 소재와 전극을 연결하기 위하여, 내부 리드 프레임이나 프레임 없이 단자를 외부로 추출하는 구조를 사용한다.
이때, 내부 리드 프레임을 사용하는 구조의 경우, 양극과 음극을 구성하는 리드 프레임에 의해 몰딩부 내 탄탈륨 소재가 차지하는 공간이 줄어들며, 정전 용량은 탄탈륨 소재의 체적에 비례하므로 이 경우 정전 용량 제한의 문제점이 있을 수 있으며, 프레임 없이 단자를 외부로 추출하는 구조의 경우 접촉하는 재료가 다수 존재함에 따라 다수의 접촉 재료에 의한 접촉 저항이 상승하므로 캐패시터의 ESR이 높아지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 프레임 없이 단자를 외부로 추출하는 구조의 경우, 양극 와이어와 양극 리드 프레임을 용접하기 위한 용접 거리가 필수적으로 확보되어야 하는 등의 이유로 탄탈륨 소재의 내부 용적률이 작아지므로 정전 용량이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 고용량의 구현이 가능한 탄탈 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 강도를 향상시켜 신뢰성이 우수한 탄탈 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내전압을 높여 파괴전압(BDV, Breakdown Voltage)을 향상시킨 탄탈 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터는 일면으로 노출되는 탄탈 와이어를 갖는 탄탈 바디; 제1 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 탄탈 바디를 둘러싸도록 형성된 몰딩부; 상기 탄탈 와이어와 연결되는 양극 연결 부재 및 양극 단자를 포함하고 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 양극 리드 프레임; 및 상기 양극 리드 프레임과 이격되고, 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 음극 리드 프레임;을 포함하고, 상기 탄탈 와이어, 양극 연결 부재 및 양극 단자의 제1 방향의 단부는 동일 평면 상에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양극 단자 및 양극 연결 부재를 포함하는 양극 리드 프레임 및 음극 리드 프레임 상에 일면으로 탄탈 와이어가 노출되는 탄탈 바디를 포함하는 탄탈 커패시터를 실장하는 단계; 및 상기 양극 단자, 양극 연결 부재 및 탄탈 와이어를 절단하는 단계를 포함하는 탄탈 커패시터의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄탈 바디의 유효 체적을 증가시켜 고용량의 탄탈 커패시터를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양극 및 음극 리드 프레임의 접착성을 증대시켜 기계적 신뢰성이 우수한 탄탈 커패시터를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 탄탈 바디의 체적을 증가시켜 탄탈 커패시터의 내전압 및 파괴 전압을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전기적 신호 길이를 축소하여 탄탈 커패시터의 ESR을 저감시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 도 1의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄탈 커패시터의 측면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터의 제조 단계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예의 차이를 나타내는 그래프이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터의 개략적인 사시도이도, 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2의 측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예의 탄탈 커패시터(100)는, 일 단면으로 노출되는 탄탈 와이어(120)를 갖는 탄탈 바디(110); 제1 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면(S5, S6), 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면(S3, S4), 제3 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면(S1, S2)을 포함하고, 상기 탄탈 바디(110)를 둘러싸도록 형성된 몰딩부(120); 상기 탄탈 와이어(120)와 연결되는 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)를 포함하고 상기 몰딩부(120)의 제2 면(S2)으로 노출되는 양극 리드 프레임(130); 및 상기 양극 리드 프레임(130)과 이격되고, 상기 몰딩부(120)의 제2 면(S2)으로 노출되는 음극 리드 프레임(140);을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 탄탈 와이어(120), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 제1 방향의 단부는 동일 평면 상에 있을 수 있다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 탄탈 와이어(120)는 단부(A)를 가질 수 있으며, 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)는 단부(B)를 가질 수 있다. 상기 탄탈 와이어(120)는 단부(A) 및 상기 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)는 단부(B)는 각각 몰딩부(150)의 제1 방향(X 방향)을 향하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 탄탈 와이어(120)는 단부(A) 및 상기 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)는 단부(B)는 몰딩부(150)의 제5 면(S5)을 향하여 있을 수 있다. 상기 탄탈 와이어(120), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 제1 방향의 단부(A, B)가 동일 평면 상에 있다는 것은 오차 범위를 포함할 수 있으며, 상기 오차 범위는 예를 들어 ±0.5mm의 범위 내일 수 있다. 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(100)는 상기와 같이 상기 탄탈 와이어(120)의 단부(A) 및 상기 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 단부(B)가 동일 평면 상에 배치되는 구조를 가짐으로써, 상기 탄탈 와이어(120)를 최대한 몰딩부의 제5 면(S5)에 가깝게 배치할 수 있어 몰딩부 내부의 탄탈 바디의 유효 체적을 증가시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 탄탈 커패시터(100)에 적용되는 탄탈 와이어(120)의 단부(A), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 단부(B)는 절단에 의해 형성된 절단면일 수 있다. 일반적인 탄탈 캐패시터의 양극 리드 프레임은 도전성 박판 등을 절삭 및 압착하여 전극판을 형성하고, 상기 전극판 상부면에 양극 연결 부재 등을 용접하여 제조한다. 이 때, 별도의 용접공정을 수행하기 위해, 용접이 가능한 정도의 공간이 필요하다. 또한, 용접을 위해 전극판 상부면 중 특정 위치에 정확하게 양극 연결 부재를 위치시키는 정밀한 공정이 필요하고, 용접 재료 등이 도포됨에 따라 합선이 발생할 수 있으며, 특히 탄탈 커패시터가 소형화 함에 따라 이러한 문제점이 더욱 빈번히 발생하게 된다. 더욱이, 탄탈 와이어를 양극 연결 부재와 접합시키는 공정을 위해서는, 탄탈 와이어가 최소 요구 길이를 만족하여야 하므로, 이로 인해 용량부인 탄탈 바디의 체적을 증가시키는데 물리적인 한계가 존재하였다.
상기와 같은 문제점은 본 예시와 같이 탄탈 와이어(120)의 단부(A), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 단부(B)를 절단에 의해 형성함으로써 해결할 수 있다. 후술하는 제조 방법과 같이, 탄탈 와이어(120), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)를 먼저 접합한 후 이를 절단하여 절단면을 형성하는 경우, 미세한 위치 조정을 통한 용접이 불필요하며, 탄탈 와이어의 최소 요구 길이 보다 짧은 와이어 길이를 가지면서도 쇼트 등의 문제가 발생하지 않는 탄탈 커패시터를 제공할 수 있다.
본 발명의 일예시에서, 양극 리드 프레임(130)은 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)를 포함할 수 있다. 상기 양극 리드 프레임(130)의 양극 단자(132)는 몰딩부(150)의 제2면(S2)으로 노출될 수 있다. 상기 양극 단자(132)는 몰딩부(150)의 하면으로 노출되어 기판 실장시 단자의 역할을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 양극 단자(132)는 탄탈 바디(110)와 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 양극 단자(132)와 탄탈 바디(110)의 이격된 공간에는 후술하는 몰딩부(150)를 구성하는 수지 성분 등이 채워져 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 양극 리드 프레임(130)에 포함되는 양극 연결 부재(131)의 제1 방향의 길이는 0.2 mm 이하일 수 있다. 상기 양극 연결 부재(131)의 제1 방향의 길이는 X 방향의 길이일 수 있으며, 도 4를 참조하면 y-x의 길이를 의미할 수 있다. 상기 양극 연결 부재(131)의 제1 방향의 길이는 0.2 mm 이하, 0.19 mm 이하, 0.18 mm 이하, 0.17 mm 이하, 0.16 mm 이하 또는 0.15 mm 이하일 수 있으며, 하한은 특별이 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 0 mm 초과 또는 0.01 mm 초과일 수 있다. 본 실시형태의 양극 연결 부재(131)의 제1 방향의 길이는, 전술한 바와 같이 탄탈 와이어(120)의 단부(A), 양극 연결 부재(131) 및 양극 단자(132)의 단부(B)가 동일 평면 상에 배치되는 구조를 가짐으로써 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 양극 리드 프레임(130)에 포함되는 양극 연결 부재(131)는 사각 기둥 형상일 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 예시에 따른 탄탈 커패시터를 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 양극 연결 부재(131)는 사각 기둥 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 다른 예시에서, 양극 리드 프레임(130)에 포함되는 양극 연결 부재(131)는 원 기둥 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 탄탈 와이어와 양극 연결 부재는 용접되어 있을 수 있다. 본 발명에 따른 탄탈 커패시터는 탄탈 와이어와 양극 연결 부재가 용접에 의해 부착되더라도, 높은 바디 체적을 가짐으로써 높은 내전압 및 파괴 전압을 가지면서도, 접착층 등에 비해 높은 기계적 강도를 가질 수 있어, 우수한 전기적 특성과 기계적 신뢰성의 양립이 가능할 수 있다. 상기 용접은 스폿 용접(spot welding) 또는 레이저 용접(laser welding)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 양극 연결 부재가 탄탈 와이어와 연결되는 부위에 탄탈 와이어가 끼움 결합되는 홈이 배치되어 있을 수 있다. 상기 홈은 상기 양극 연결 부재의 Z 방향의 면에 형성되어 있을 수 있으며, 상기 홈에 상기 탄탈 와이어가 끼움 결합되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 탄탈 와이어와 양극 연결 부재가 U자 형상, 반원형, V자 형상 또는 사각 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 홈을 형성하는 방법을 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 양극 연결 부재의 일부를 펀칭 또는 절개하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 양극 리드 프레임(130) 및 음극 리드 프레임(140)은 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 양극 리드 프레임(130)은 양극 연결 부재(131)와 양극 단자(132)를 포함하며, 상기 양극 연결 부재(131)와 양극 단자(132)는 별도로 제작된 후 용접 등에 의해 부착된 것일 수 있고, 또는 일체형으로 이루어진 것 일 수 있다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터(100)의 양극 리드 프레임(130) 및 음극 리드 프레임(140)은 각각 기판에 실장되는 부분인 양극 접속부 및 음극 접속부를 포함할 수 있다. 상기 양극 접속부 및 음극 접속부는 전도성 재질, 예컨대 크롬 티타늄 금속간 화합물(Cr(Ti)), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 금(Au) 또는 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있고, 스퍼터(sputter) 증착 방식 또는 도금(plating) 방식에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터(100)의 탄탈 바디(110)는 탄탈 재질을 이용하여 형성되고, 일 예로서 탄탈(Ta) 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반시키고, 이 혼합된 분말을 압축하여 대체로 직육면체로 성형한 후 이를 고온 및 고진공 하에서 소결시켜 제작할 수 있다.
또한, 탄탈 바디(110)는 바디의 X 방향으로 노출되는 탄탈 와이어(120)를 가질 수 있다. 탄탈 와이어(120)는 상기 탄탈 분말과 바인더가 혼합된 분말을 압축하기 전에, 그 중심으로부터 편심되도록 상기 탄탈 분말과 바인더의 혼합물에 삽입하여 장착할 수 있다. 즉, 탄탈 바디(110)는 바인더를 혼합한 탄탈 분말에 탄탈 와이어(120)를 삽입 장착하여 원하는 크기의 탄탈 소자를 성형한 다음, 상기 탄탈 소자를 고온 및 고진공(10-5 torr 이하) 분위기에서 30 분 정도 소결시켜 제작할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 의한 탄탈 커패시터(200)의 탄탈 바디(210)와 양극 리드 프레임(230) 사이에 절연층(270)이 배치될 수 있다. 도 6은 본 실시형태에 따른 탄탈 커패시터(200)의 측면도이다. 도 6을 참조하면, 양극 연결 부재(231) 및 양극 단자(232)를 포함하는 양극 리드 프레임(230)과 탄탈 바디(210)의 사이 공간에 절연재(270)가 배치될 수 있다. 상기 절연재(270)는 충분한 절연성을 가지는 것이라면 소재는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 고분자 수지, 세라믹 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄탈 바디(210)와 상기 양극 리드 프레임(230) 사이에 절연층(270)이 배치되는 경우, 본 발명의 탄탈 커패시터(200)의 제조 과정에서 일부 부품이 목적하는 자리에서 벗어나더라도 쇼트 등의 불량 발생을 방지할 수 있다.
상기 실시형태에서, 절연층이 배치되는 탄탈 바디와 양극 리드 프레임 사이의 거리는 0.10 mm 이상일 수 있다. 도 4를 참조하면 상기 탄탈 바디(110)와 양극 리드 프레임(130) 사이의 거리(x)는 탄탈 바디(110)로부터 양극 연결 부재(131) 사이의 최단 수직 거리를 의미할 수 있다. 상기 탄탈 바디(110)와 양극 리드 프레임(130) 사이의 거리(x)는 0.10 mm 이상, 0.11 mm 이상, 0.12 mm 이상, 0.13 mm 이상, 0.14 mm 이상 또는 0.15 mm 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 2 mm 이하일 수 있다. 탄탈 바디(110)와 양극 리드 프레임(130) 사이의 거리(x)가 상기 범위를 만족하는 경우, 쇼트 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 탄탈 바디와 음극 리드 프레임 사이에 도전성 접착층이 배치될 수 있다. 이러한 도전성 접착층은 예를 들어 에폭시 계열의 열경화성 수지 및 은(Ag) 등의 도전성 금속 분말을 포함하는 도전성 접착제를 일정량 도포하고 경화하여 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 탄탈 커패시터에 도전성 접착층이 적용되는 경우 음극 리드 프레임의 고착 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터(100)는 몰딩부(150)에 둘러싸여 있을 수 있다. 상기 몰딩부(150)는 탄탈 바디(110)를 둘러싸도록 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드; epoxy molding compound) 등의 수지를 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)하여 형성될 수 있다. 이러한 몰딩부(150)는 외부로부터 탄탈 와이어(120) 및 탄탈 바디(110)를 보호하는 역할을 수행하며, 탄탈 바디(110)와 양극 리드 프레임(130)을 서로 절연시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 몰딩부(150)의 부피(v2)에 대한 탄탈 바디(110)의 부피(v1)의 비율(v1/v2)은 43% 이상일 수 있다. 상기 몰딩부(150)의 부피(v2)는 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(100)의 양극 리드 프레임(130) 및 음극 리드 프레임(140)을 모두 합한 부피로, 실질적으로 탄탈 커패시터(100)의 부피일 수 있다. 상기 몰딩부(150)의 부피(v2)에 대한 탄탈 바디(110)의 부피(v1)의 비율(v1/v2)은 실질적으로 용량부를 형성하는 탄탈 바디(100)의 상대적인 체적을 나타내는 것으로, 상기 비율(v1/v2)이 높을수록 탄탈 커패시터의 유효 용량이 증가함을 나타낸다. 상기 몰딩부(150)의 부피(v2)에 대한 탄탈 바디(110)의 부피(v1)의 비율(v1/v2)은 43% 이상, 44% 이상, 45% 이상, 46% 이상, 47% 이상 또는 48% 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 60% 이하일 수 있다. 이러한 몰딩부(150)의 부피(v2)에 대한 탄탈 바디(110)의 부피(v1)의 비율(v1/v2)은 본 발명 특유의 구조에 기인하는 것으로, 탄탈 와이어를 최소 요구 길이 보다 짧게 형성함으로써 달성할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 탄탈 커패시터는 탄탈 바디와 몰딩부의 제5면 사이의 거리가 0.45 mm 이하일 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 탄탈 바디(110)와 몰딩부(150)의 제5면(S5) 사이의 거리(y)는 상기 탄탈 바디(100)와 몰딩부(150)의 제5면(S5) 사이의 최단 거리를 의미할 수 있다. 상기 탄탈 바디(110)와 몰딩부(150)의 제5면(S5) 사이의 거리(y)는 0.45 mm 이하, 0.44 mm 이하, 0.43 mm 이하, 0.42 mm 이하, 0.41 mm 이하 또는 0.40 mm 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 0.1 mm 이상일 수 있다. 상기 탄탈 바디(110)와 상기 몰딩부(150)의 제5면(S5) 사이의 거리(y)가 상기 범위를 만족하는 경우, 몰딩부(150) 내부의 탄탈 바디(110)를 최대한 앞쪽까지 배치할 수 있어 용량을 극대화할 수 있다.
본 발명은 또한 탄탈 커패시터의 제조 방법에 관한 것이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 의한 탄탈 캐패시터(300)의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 탄탈 커패시터(300)의 제조 방법은 양극 단자(332) 및 양극 연결 부재(331)를 포함하는 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340) 상에 일면으로 탄탈 와이어(320)가 노출되는 탄탈 바디(310)를 포함하는 탄탈 커패시터(300)를 실장하는 단계; 및 상기 양극 단자(332), 양극 연결 부재(331) 및 탄탈 와이어(320)를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명의 탄탈 커패시터의 제조 방법은 탄탈 커패시터를 실장하는 단계 전에 양극 단자 및 양극 연결 부재를 포함하는 양극 리드 프레임 및 음극 리드 프레임을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 탄탈 커패시터의 제조 방법은 탄탈 커패시터를 실장하는 단계 이후 상기 양극 연결 부재와 탄탈 와이어를 접합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)을 형성하는 단계를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(300)의 제조 방법은 양극 단자(332)와 양극 연결 부재(331)을 결합하여 양극 리드 프레임(330)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 필요에 따라 음극 리드 프레임(340)에 도전성 접착층(360)을 함께 형성할 수 있다. 본 실시예는, 양극 연결 부재(331)와 양극 단자(332)를 별개로 제작하여 결합하는 방법을 사용했으나, 이는 필수적인 것이 아니며, 예를 들어 상기 양극 연결 부재(331)와 양극 단자(332)이 일체로 제작된 것을 사용해도 무방하다. 또한, 도전성 접착층(360)의 경화를 위해 이후 약 100 내지 200
Figure pat00001
의 온도로 경화하는 공정을 수행할 수도 있다. 상기 양극 연결 부재(331), 양극 단자(332) 및 음극 리드 프레임(340)은 니켈/철 합금 등의 도전성 금속을 사용하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)이 준비되면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 양극 리드 프레임(230) 및 음극 리드 프레임(240)의 상부면에 탄탈 와이어(320)가 일면에 배치되어 있는 탄탈 커패시터(300)를 실장할 수 있다. 이 때, 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)을 수평으로 서로 마주보게 나란히 배치할 수 있다. 또한 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)의 하면에 내열성 테이프를 서로 연결되게 부착할 수 있다. 내열성 테이프는 이후 진행되는 몰딩 공정에서 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위한 것이다.
다음으로 양극 연결 부재(331)와 탄탈 와이어(320)를 접합한다. 이 때, 탄탈 와이어(320)를 양극 리드 프레임(330)의 양극 연결 부재(231)에 접촉되도록 한 상태에서, 탄탈 와이어(320)와 양극 연결 부재(331)를 접합한다. 접합 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스폿 용접(spot welding) 또는 레이저 용접(laser welding)하거나 도전성 접착제를 도포하여 부착할 수 있다.
양극 연결 부재(331)와 탄탈 와이어(320)의 접합이 완료되면, 상기 탄탈 와이어(320), 양극 연결 부재(331) 및 양극 단자(332)를 함께 절단한다. 도 7d는 상기 절단하는 단계를 나타내는 도면이다. 도 7d를 참조하면, 상기 양극 연결 부재(331)와 연결된 탄탈 와이어(320) 상에 절단용 마스크나 절단선 등을 배치한 후 블레이드(blade), 다이싱 소(dicing saw) 또는 레이저 커터(laser cutter) 등을 이용하여 절단하거나, 절단 장치에 절단하고자 하는 좌표를 입력하여 절단하는 방법 등을 이용할 수 있다. 절단하는 위치는 목적하는 칩의 용량 및 크기 등에 따라 적절히 조절이 가능하다.
다음으로 도 7e에서 도시하는 바와 같이, 탄탈 바디(310) 및 탄탈 와이어(220)를 둘러싸고 상기 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)의 일면이 외부로 노출되도록 몰딩부(250)를 형성한다. 몰딩부(250)는 외부로부터 탄탈 와이어(220) 및 탄탈 바디(310)를 보호하는 역할을 수행한다.
상기 몰딩부(250) 형성이 완료되면, 양극 리드 프레임(330) 및 음극 리드 프레임(340)의 하면에 부착되어 있는 내열성 테이프를 제거한다.
상기의 공정을 통하여 본 발명의 실시 예를 따르는 탄탈 캐패시터(300)를 제조할 수 있다.
하기 표 1은 본 발명에 따른 탄탈 커패시터와 종래 방법으로 제조된 탄탈 커패시터를 비교한 것이다.
구분 비교예 실시예
탄탈 바디의 부피 1.28 1.51
탄탈 바디 부피 증가율 - 17.6%
칩의 부피 2.98 2.98
v1/v2 42% 50%
상기 표 1에서, 비교예는 삼성전기의 2012 사이즈의 탄탈 커패시터를 사용하였으며, v1/v2는 칩의 부피(v2)에 대한 탄탈 바디의 부피(v1)의 비율(v1/v2)을 나타낸 것이다. 또한, 실시예의 경우, 탄탈 와이어의 단부로부터 0.2 mm를 절단하여 양극 연결 부재의 X 방향의 길이가 0.15 mm가 되도록 제조한 것을 제외하고는, 비교예와 동일한 재료를 사용하여 칩을 제조하였다.
표 1을 참조하면, 전체 칩의 부피가 증가하지 않음에도, 탄탈 바디의 부피가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이로 인해 실질적으로 용량부가 차지하는 체적(v1/v2)가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 상기 실시예 및 비교예의 파괴전압(BDV, Breakdown Voltage)을 측정한 것이다. 상기 파괴전압(BDV, Breakdown Voltage)은 100 mA compliance [0.2V/s]의 조건에서 측정장비(HP사 제, 4156B Precision Semiconductor Parameter Analyzer)를 이용하여 측정하였다. 도 8을 참조하면, 비교예와 달리 실시예의 경우 우수한 파괴전압(BDV, Breakdown Voltage) 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
110, 210: 탄탈 바디
120, 220: 탄탈 와이어
130, 230: 양극 리드 프레임
131, 231: 양극 접속 부재
132, 232: 양극 단자
140, 240: 음극 리드 프레임
150, 250: 몰딩부
160, 260: 도전성 접착층
170: 절연층

Claims (13)

  1. 일면으로 노출되는 탄탈 와이어를 갖는 탄탈 바디;
    제1 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 탄탈 바디를 둘러싸도록 형성된 몰딩부;
    상기 탄탈 와이어와 연결되는 양극 연결 부재 및 양극 단자를 포함하고 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 양극 리드 프레임; 및
    상기 양극 리드 프레임과 이격되고, 상기 몰딩부의 제2 면으로 노출되는 음극 리드 프레임;을 포함하고,
    상기 탄탈 와이어, 양극 연결 부재 및 양극 단자의 제1 방향의 단부는 동일 평면 상에 있는 탄탈 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 와이어, 양극 연결 부재 및 양극 단자의 제1 방향의 단부는 절단에 의해 형성된 절단면인 탄탈 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 연결 부재의 제1 방향의 길이는 0.2 mm 이하인 탄탈 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 단자는 사각기둥 형상인 탄탈 커패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 단자는 원기둥 형상인 탄탈 커패시터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 와이어 및 양극 연결 부재는 용접되어 있는 탄탈 커패시터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 상기 양극 리드 프레임 사이에 절연층이 배치되는 탄탈 커패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 상기 음극 리드 프레임 사이에 도전성 접착층이 배치되는 탄탈 커패시터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부의 부피(v2)에 대한 상기 탄탈 바디의 부피(v1)의 비율(v1/v2)은 43% 이상인 탄탈 커패시터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈 바디와 몰딩부의 제5면 사이의 거리는 0.45 mm 이하인 탄탈 커패시터.
  11. 양극 단자 및 양극 연결 부재를 포함하는 양극 리드 프레임 및 음극 리드 프레임 상에 일면으로 탄탈 와이어가 노출되는 탄탈 바디를 포함하는 탄탈 커패시터를 실장하는 단계; 및
    상기 양극 단자, 양극 연결 부재 및 탄탈 와이어를 절단하는 단계를 포함하는 탄탈 커패시터의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄탈 커패시터를 실장하는 단계 전에 양극 단자 및 양극 연결 부재를 포함하는 양극 리드 프레임 및 음극 리드 프레임을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 탄탈 커패시터의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 탄탈 커패시터를 실장하는 단계 이후 상기 양극 연결 부재와 탄탈 와이어를 접합하는 단계를 추가로 포함하는 탄탈 커패시터의 제조 방법.
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