KR20230060885A - 탄탈 커패시터 - Google Patents

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김연수
조재범
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Abstract

본 발명은 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디; 를 포함하며, 상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은, 0.38 초과인 탄탈 커패시터를 제공한다.

Description

탄탈 커패시터 {TANTALUM CAPACITOR}
본 발명은 탄탈 커패시터에 관한 것으로서, 등가직렬저항의 증가 없이도 흡습량을 줄여 신뢰성이 향상된 탄탈 커패시터에 관한 것이다.
탄탈(tantalum: Ta) 소재는 융점이 높고 연성, 내식성 등이 우수한 기계적, 물리적 특징으로 인해 전기, 전자를 비롯하여 기계, 화공, 의료뿐만 아니라 우주, 군사 등 산업전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 금속이다.
특히 탄탈 소재는 모든 금속 중 가장 안정한 양극 산화피막을 형성시킬 수 있는 특성으로 현재 소형 커패시터의 양극소재로 널리 이용되고 있다.
더욱이 탄탈 소재는 최근 전자, 정보통신 등 IT 산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하고 있다.
탄탈 커패시터(Tantalum Capacitor)는 탄탈 파우더(Tantalum Powder)를 소결하여 굳혔을때 나오는 빈틈을 이용하는 구조로 되어 있으며, 전극 금속으로서의 탄탈 표면에, 양극 산화법에 의해 산화 탄탈(Ta2O5)을 형성하고, 이것을 유전체로 하여, 그 위에 고체 전해질로서 이산화망간층(MnO2) 혹은 전도성 고분자층을 형성한다.
또한 음극 전극의 도출 때문에 이산화망간(MnO2)층 혹은 전도성 고분자층 위에 카본층 및 금속층으로서 은(Ag)층을 형성하게 된다.
탄탈 커패시터는 등가 직렬 저항 (Equivalent Series Resistance, ESR)이 낮고, 리플 전류 정격이 높은 특징이 있다.
이로 인하여, 알루미늄 전해 커패시터보다 훨씬 우수한 온도 의존성 및 긴 서비스 수명을 가질 수 있다.
그러나, 전도성 고분자층의 경우 높은 흡습 성질로 인하여 신뢰성 평가에 영향을 줄 수 있으며, 고분자 자체의 성능 개선을 위해서는 추가적인 해결 방법이 필요하다. 특히, 전도성 고분자층 내에 비 전도성 물질을 함유함으로써 LC(Leakage Current) 발생이 되는 전류의 길을 효과적으로 차단할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 등가직렬저항의 증가 없이 흡습률을 낮춰, 신뢰성이 우수한 탄탈 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고온 또는 고습도 환경에서 신뢰성을 향상시킨 탄탈 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디; 를 포함하며, 상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은, 0.38 초과인, 탄탈 커패시터를 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태는 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 상기 전도성 고분자층 상에 배치된 카본층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디; 를 포함하며, 상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 단면을 제1 단면이라 하고, 상기 제1 단면에서 상기 전도성 고분자층의 두께의 1/3지점을 연결한 연장선 중 서로 이격된 10곳을 각각의 무게 중심으로 하는 정사각형 형태의 영역을 복수의 제1 영역이라 할 때, 상기 복수의 제1 영역 내 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율의 평균은 0.38 초과인, 탄탈 커패시터를 제공한다.
본 발명의 일 효과로서, 등가직렬저항의 증가 없이 흡습률을 낮춰, 신뢰성이 우수한 탄탈 커패시터를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 효과로서, 고온 또는 고습도 환경에서 신뢰성을 향상시킨 탄탈 커패시터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 사시도다.
도 2는 본 발명에 따른 탄탈 커패시터 내 탄탈 바디를 I 방향에서 바라본 단면도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역의 확대도이다.
도 5는 도 2의 I-I' 단면도로서, 본 발명의 전도성 고분자층 내 필러의 함량을 측정하는 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 5의 B 영역의 확대도이다.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
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 1은 본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 사시도다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 탄탈 커패시터(1000)는, 탄탈 분말을 포함하며, 일 단면으로 노출되는 탄탈 와이어(150)를 갖는 탄탈 바디(100), 제1 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면(5, 6), 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면(3, 4), 제3 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면(1, 2)을 포함하고, 상기 탄탈 바디(100)를 둘러싸도록 형성된 몰드부(200), 상기 몰드부(200)의 제2 면(2)으로 노출되고 상기 탄탈 와이어(150)와 전기적으로 연결되는 양극 리드 프레임(300) 및 상기 양극 리드 프레임(300)과 이격되고, 상기 몰드부(200)의 제2 면(2)으로 노출되는 음극 리드 프레임(400)을 포함할 수 있다.
탄탈 바디(100)는 바디의 X 방향으로 노출되는 탄탈 와이어(150)를 가질 수 있다. 이 때, 탄탈 와이어(150)는 상기 제1 방향(X)으로 탄탈 소체(110)의 적어도 일부를 관통할 수 있다. 탄탈 와이어(150)는 상기 탄탈 분말과 바인더가 혼합된 분말을 압축하기 전에, 그 중심으로부터 편심되도록 상기 탄탈 분말과 바인더의 혼합물에 삽입하여 장착할 수 있다. 즉, 탄탈 바디(100)는 바인더를 혼합한 탄탈 분말에 탄탈 와이어(150)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.
몰드부(200)는 탄탈 바디(100)를 덮으며, 양극 리드 프레임(300)의 제1 접속부(320)의 일면과 음극 리드 프레임(400)의 제2 접속부(420)의 일면이 노출되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터의 몰드부(200)는 탄탈 바디(100)를 둘러싸도록 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드; epoxy molding compound) 등의 수지를 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)하여 형성될 수 있다. 이러한 몰드부(200)는 외부로부터 탄탈 와이어(150) 및 탄탈 바디(100)를 보호하는 역할을 수행한다.
양극 리드 프레임(300)은 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 제1 접속부(320), 제1 리드부(330) 및 제1 절곡부(310)를 포함하고, 상기 제1 절곡부(310)는 상기 제1 접속부(320)를 기준으로 상기 탄탈 바디(110) 측으로 기울어져 있을 수 있다. 상기 양극 리드 프레임(300)의 제1 접속부(320)는 몰드부(200)의 제2 면(2)으로 노출될 수 있다. 상기 제1 접속부(320)는 몰드부(200)의 하면으로 노출되어 기판 실장시 단자의 역할을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제3 접속부(320)는 탄탈 바디(100)와 이격되어 있을 수 있으며, 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 양극으로 기능할 수 있다.
음극 리드 프레임(400)은 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 일체형으로 이루어진 제2 절곡부(410), 제2 접속부(420) 및 제2 리드부(430)를 포함할 수 있다.
상기 제2 접속부(420)는 양극 리드 프레임(300)의 제1 접속부(320)와 제1 방향(X)으로 서로 평행하게 이격되어 배치될 수 있다. 상기 음극 리드 프레임(400)의 제2 접속부(420)는 몰드부(200)의 제2 면(2)으로 노출될 수 있다. 상기 제2 접속부(420)는 몰드부(200)의 하면으로 노출되어 기판 실장시 단자의 역할을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제2 접속부(420)는 탄탈 바디(100)와 접하여 있을 수 있으며, 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 음극으로 기능할 수 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 탄탈 커패시터 내 탄탈 바디를 I 방향에서 바라본 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 탄탈 바디(100)는, 금속 분말을 포함하는 성형체를 소결하여 형성된 탄탈 소체(110), 상기 탄탈 소체(110)의 상부에 배치된 전도성 고분자층(120), 전도성 고분자층(120) 상에 배치된 카본층(130) 및 카본층(130) 상에 배치된 은(Ag)층(140)을 포함할 수 있다.
상기 탄탈 커패시터는 상기 탄탈 소체(110) 내부에 위치하는 삽입영역과 상기 탄탈 소체(110) 외부에 위치하는 비 삽입 영역을 갖는 탄탈 와이어(150)을 더 포함할 수 있다
상기 탄탈 소체(110)는 금속 분말 및 바인더를 포함하는 성형체를 소결하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 금속 분말, 바인더 및 용제를 일정비율로 혼합 교반시키고, 혼합 파우더를 압축하여 직육면체로 성형한 후, 이를 고온과 고진동 하에서 소결시켜 제작될 수 있다.
상기 금속 분말은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 탄탈 소체(110)에 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 탄탈(Ta) 분말일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 알루미늄(Al), 니오브(Nb), 바나듐(V), 티탄(Ti) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며, 그에 따라 탄탈 소체 대신 알루미늄 소체, 니오브 소체 등이 사용될 수도 있다.
상기 바인더는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 셀룰로오스계 바인더일 수 있다.
상기 셀룰로오스계 바인더로서는 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose) 및 히드록시 프로필 셀룰로오스(hydroxy propyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
그리고, 상기 탄탈 와이어(150)는 혼합 파우더를 압축하기 전, 중심으로부터 편심되도록 삽입 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄탈 소체(110)에는 절연층으로서 유전체 산화층이 형성될 수 있다. 즉, 상기 유전체 산화층은 전기화학 반응을 이용한 화성공정에 의해서 상기 탄탈 소체(110)의 표면에 산화피막(Ta2O5)을 성장시켜 형성할 수 있다. 이때, 상기 유전체 산화층은 상기 탄탈 소체(110)를 유전체로 변화시키게 된다. 그리고, 상기 유전체 산화층 상에 음극의 극성을 갖는 전도성 고분자층(120)이 도포되어 형성될 수 있다.
상기 전도성 고분자층(120)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 전도성 고분자를 포함할 수 있다.
구체적으로, 전도성 고분자의 경우 EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)이나 피롤 모노머(Pyrrole Monomer) 또는 폴리피롤(Polypyrrole)를 이용하여 화학중합 또는 전해중합의 방법을 사용하여 형성되고, 이후 절연층으로 포밍된 탄탈 소체(110)의 외부 표면에 전도성 고분자 음극을 갖는 음극층으로서 형성될 수 있다.
즉, 상기 전도성 고분자층(120)은 고분자 슬러리를 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 고분자 슬러리는 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린 (Polyaniline) 또는 EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 전도성 고분자층(120)은, PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))을 포함할 수도 있다. PEDOT:PSS는 polystyrene sulfonate (PSS)를 전하균형을 맞춰주는 템플릿(template)으로 사용해서 EDOT을 산화 중합하는 방법으로 제조될 수 있다.
한편, 카본층(130)은 상기 전도성 고분자층(120) 상에 적층되며, 카본 분말을 에폭시계의 수지를 포함하는 유기 용매에 용해하여, 카본 분말이 용해된 용액에 상기 탄탈 소체(110)를 함침한 후 유기 용매를 휘발시키기 위해 소정 온도로 건조함으로써 적층된다.
또한, 상기 카본층(130)은 은(Ag) 이온이 통과되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
그 다음, 상기 카본층(130)의 상부면에 은(Ag) 페이스트로 형성된 은(Ag)층(140)을 포함할 수 있다.
상기 은(Ag)층(140)은 도전성이 향상되도록 카본층(130)의 외측에 적층될 수 있다.
또한, 상기 은(Ag)층(140)은 음극층이 가지는 극성에 대한 도전성이 향상되도록 함으로써 극성 전달을 위한 전기적 연결을 용이하게 할 수 있다.
도 3은 도 2의 I-I' 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역의 확대도이다.
한편, 본 발명의 일례에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 경우, 상술한 전도성 고분자층(120)은 전도성 고분자층(120) 형성을 위한 고분자 슬러리가 제1 및 제2 필러(121, 122)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 필러(121)의 경우, 비 전도성 입자일 수 있다. 일례로서, 제1 필러(121)는 실리카(SiO2)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, BaTiO3, Al2O3, 및 ZrO2 중 어느 하나 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 종래의 탄탈 커패시터는, 전도성 고분자층이 높은 흡습 성질을 가지게 되어 커패시터의 신뢰성이 낮다는 문제가 있다. 본 발명의 경우, 실리카 등의 비 전도성 입자로 구성되는 제1 필러(121)가 전도성 고분자층(120) 내에 배치됨으로써, 전도성 고분자층(120)의 흡습률을 효과적으로 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 전도성 고분자층(120)이 비 전도성인 제1 필러(121)를 포함함에 따라, LC(Leakage Current)의 원인이 되는 전류의 흐름을 방지하고, 전도성 고분자층(120)의 강도를 높여 커패시터(1000) 전체의 특성 개선이 가능하다.
한편, 제1 방향(X)과 수직하는 탄탈 바디(100)의 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면에서, 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율은, 0.38 초과 0.83 미만, 바람직하게는 0.55 이상 0.81 이하일 수 있다.
상기 비율에 관한 예시로서, 도 3 및 도 4의 단면도가 도시된다. 도 2의 I-I' 단면도인 도 3을 참조하면, 탄탈 바디(100)의 제1 단면(1000A)이 도시된다. 제1 단면(1000A)은, 제1 방향(X)을 따른 상기 탄탈 소체(110)의 길이를 2:1로 절단하는 단면을 이용하여 절단된 탄탈 바디(100)의 단면이다.
다만, 제1 단면(1000A)은, 제1 방향(X)과 수직하는 탄탈 바디(100)의 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면 중 하나의 예시이며, 본 발명의 수치범위에 관한 특징은 제1 단면(1000A)에만 한정되는 것은 아니고, 제1 방향(X)과 수직하고 탄탈 소체(110)와 중첩되는 다른 단면에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 탄탈 커패시터(1000)는, 탄탈 와이어(150)가 제1 방향을 따라 탄탈 바디(100)의 적어도 일부를 관통할 수 있다. 또한, 상기 제1 방향(X)과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 제1 단면(1000A)에서, 상기 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율은, 0.38 초과일 수 있다.
또한, 상기 제1 단면(1000A)에서, 상기 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율은, 0.83 미만일 수 있다.
여기서 전도성 고분자층(120) 또는 제1 필러(121) 각각의 "면적”이란, 제1 단면(1000A) 상에서 각각의 구성이 차지하는 넓이를 의미할 수 있다. 한편, 본 발명에서 제1 필러(121)는 전도성 고분자층(120) 내부에 포함되는 구성이기에, 본 발명에서 전도성 고분자층(120)의 면적은 제1 필러(121)의 면적 또한 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 즉, 제1 필러(121)의 면적이 전도성 고분자층(120)의 면적보다 클 수는 없다.
또한, 후술할 제2 필러(122) 역시 전도성 고분자층(120) 내부에 포함되는 구성이기에, 본 발명에서 전도성 고분자층(120)의 면적은 제1 및 제2 필러(121, 122)의 면적을 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 즉, 본 발명의 “면적”에 관한 설명에서, 제1 및 제2 필러(121, 122) 각각의 면적 또는 제1 및 제2 필러(121, 122)의 면적의 합은 전도성 고분자층(120)의 면적보다 클 수는 없다.
하기 [표 1]은, 상술한 바와 제1 방향(X)과 수직하는 탄탈 바디(100)의 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면에서의 제1 필러(121)와 전도성 고분자층(120)의 면적 비율에 따른 탄탈 커패시터(1000)의 특성을 개시한다.
제1 필러/전도성고분자층
면적 비율		 등가 직렬 저항(ESR, mΩ) 전도성 고분자층의
흡습률(%)		 누설 전류(LC, μA)
비교예 1 0 105 16.5 (10 이상 NG) 2.04
비교예 2 0.23 104 14 (10 이상 NG) 1.95
비교예 3 0.38 104 11.5 (10 이상 NG) 1.82
실시예 1 0.55 103 8.9 1.71
실시예 2 0.64 103 7.4 1.63
실시예 3 0.71 103 6.1 1.62
실시예 4 0.75 103 5.1 1.60
실시예 5 0.78 109 4.6 1.54
실시예 6 0.81 118 4.0 1.53
비교예 4 0.83 135 (NG) 3.7 1.41
[표 1]에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X)과 수직하는 탄탈 바디(100)의 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면, 예를 들면 제1 단면(1000A)에서의 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율이 0.38 이하일 경우, 전도성 고분자층(120)의 흡습률을 10% 이상으로 증가시켜, 탄탈 커패시터(1000)의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
또한, 등가 직렬 저항(ESR) 측면에서, 제1 단면(1000A)에서의 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율이 0.83 이상일 경우, 필러를 함유하지 않은 비교예 1 대비 ESR이 30% 이상 증가하여, 마찬가지로 탄탈 커패시터(1000)의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 탄탈 커패시터(1000)는, 상술한 바와 같이 제1 방향(X)과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면, 예를 들면 제1 단면(1000A)에서, 상기 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율이 0.38 초과 0.83 미만, 바람직하게는 0.55 이상 0.81 이하를 유지함으로써, ESR을 30% 이상 증가시키지 않는 범위에서 효과적으로 전도성 고분자층(120)의 흡습률을 낮출 수 있고, 그에 따라 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4의 A 영역에 대한 단면도를 참조하면, 전도성 고분자층(120)은, 내부에 제1 필러(121)가 분산되어 있을 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 제2 필러(122) 또한 전도성 고분자층(120) 내에 분산되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 전도성 고분자층(120)은, 그래핀, 탄소나노튜브 및 블랙카본 중 어느 하나 이상의 전도성 입자를 포함하는 제2 필러(122)를 추가적으로 포함할 수도 있다. 전도성 고분자층(120)이 전도성 입자로 구성되는 제2 필러(122) 포함함으로써, 상기 탄탈 소체(110)의 중심부에서의 전도성 고분자층(120)의 두께를 용이하게 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄탈 소체(110)의 상부에 전도성 고분자층(120)을 형성하는 과정에서 상기 그래핀, 탄소나노튜브 및 블랙카본 중 어느 하나 이상의 전도성 입자는 커피 링 효과 (Coffee Ring Effect)를 유발할 수 있다.
즉, 상기 그래핀, 탄소나노튜브 및 블랙카본 중 어느 하나 이상의 전도성 입자를 포함하고 있는 고분자 슬러리는 상기 탄탈 소체(110)의 모서리 면부터 증발이 시작되며, 먼저 증발되는 곳의 입자 밀도가 높아지게 되고, 이렇게 높아진 입자 밀도 및 높은 고체 함량으로 인해 주변의 슬러리 및 입자를 더욱 당기게 되어 상기 탄탈 소체(110)의 모서리 부분에 배치된 전도성 고분자층(120)의 두께를 증가시킬 수 있어, 두께 조절이 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전도성 고분자층(120)이 그래핀, 탄소나노튜브 및 블랙카본 중 전도성을 달리하는 입자를 선택적으로 택함으로써, 탄탈 커패시터의 등가직렬저항(ESR)을 원하는 수준으로 조절 가능하다.
한편, 상기 제1 및 제2 필러(121, 122)의 평균 입자 크기는 100nm 이상 1㎛이하, 바람직하게는 40nm 이상 5㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 5는 도 2의 I-I' 단면도로서, 본 발명의 전도성 고분자층 내 필러의 함량을 측정하는 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 도 4의 B 영역의 확대도이다.
도 5를 참조하면, 상술한 바와 같이 제1 방향(X)과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체(110)와 일부가 중첩되는 임의의 단면, 예를 들면 제1 단면(1000A)에서, 상기 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율을 측정하는 방법에 관하여 도시된다.
본 발명의 탄탈 커패시터(1000)에서, 상술한 “제1 단면(1000A)에서 상기 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 상기 제1 필러(121)의 면적의 비율”은, 후술하는 측정방법에 따른 복수의 영역에서 각각 측정한 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 제1 필러(121)의 면적의 비율의 평균값을 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 단면(1000A)은 제1 방향(X)을 따른 탄탈 소체(110)의 길이를 2:1로 절단할 수 있다. 제1 단면(1000A)으로 노출된 전도성 고분자층(120)에서, 임의의 이격된 10 곳의 영역을 선정하여, 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 제1 필러(121)의 면적을 측정할 수 있다.
도 5의 측정방법의 일례를 따르면, 제1 단면(1000A)에서 상기 전도성 고분자층의 두께의 1/3지점을 연결한 연장선 중 서로 이격된 10곳을 각각의 무게 중심으로 하는 정사각형 형태의 영역을 선정하고, 이를 복수의 제1 영역(120A)으로 지정할 수 있다. 도 5의 일례에서는, 탄탈 바디(100)의 폭(W)을 4등분 하는 경계에 6개의 제1 영역(120A)을 선정하고, 탄탈 바디(100)의 두께(T)를 3등분 하는 경계에 4개의 제1 영역(120A)을 선정하여 총 10개의 제1 영역(120A)을 선정하였다. 그러나, 제1 영역(120A)은 도 5의 위치에 한정되는 것은 아니고, 임의의 전도성 고분자층(120) 내 이격된 10개의 위치로 선정될 수도 있다. 또한, 제1 영역(120A)의 개수는 10개로 예시를 들어 설명하였으나, 이보다 적을 수도, 많을 수도 있다.
한편, 이 때 제1 영역(120A)은, 모서리의 길이가 5㎛인 정사각형의 형태를 가질 수 있다. 이후, SEM(Scanning Electron Microscope) 등의 측정장비를 이용하여 상기 복수의 제1 영역(120A) 내 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 제1 필러(121)의 면적의 비율을 측정할 수 있다. 측정 시 SEM의 배율은 *15,000 이상, 가속 전압은 10kV 이상일 수 있으나, 배율 및 가속 전압은 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 6은 도 5의 B 영역의 확대도를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 영역(120A)은 서로 이격된 정사각형 형태를 가질 수 있고, 이 때 각각의 제1 영역(120A)은 전도성 고분자층의 두께의 1/3지점을 연결한 연장선 상에 무게중심이 위치한 정사각형 형태일 수 있다.
예를 들면, 전도성 고분자층(120)의 두께를 3t라 할 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 영역(120A)을 나타내는 정사각형의 무게중심(Center of gravity)은, 전도성 고분자층(120)의 두께(3t)를 t:2t로 구분하는 가상의 연장선 상에 위치할 수 있다.
상술한 방법에 의해 복수의 제1 영역(120A) 각각에서 측정된 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 제1 필러(121)의 면적의 비율의 평균값이 본 발명에 따른 탄탈 커패시터(1000)에서의 전도성 고분자층(120)의 면적 대비 제1 필러(121)의 면적의 비율을 의미할 수 있다.
그 이외의 특징들은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄탈 커패시터의 설명과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
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.
1000: 탄탈 커패시터
110: 탄탈 소체
120: 전도성 고분자층
121, 122: 제1 및 제2 필러
130: 카본층
140: 은(Ag)층
150: 탄탈 와이어
200: 몰드부
300: 양극 리드 프레임
400: 음극 리드 프레임

Claims (20)

  1. 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디;
    를 포함하며,
    상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은, 0.38 초과인, 탄탈 커패시터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은, 0.83 미만인, 탄탈 커패시터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은 0.55 이상 0.81 이하인, 탄탈 커패시터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 단면은, 상기 제1 방향을 따른 상기 탄탈 소체의 길이를 2:1로 절단하는, 탄탈 커패시터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))를 포함하는, 탄탈 커패시터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 필러는 BaTiO3, Al2O3, SiO2 및 ZrO2 중의 어느 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는, 탄탈 커패시터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 필러는 SiO2인, 탄탈 커패시터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 제2 필러를 더 포함하며,
    상기 제2 필러는 그래핀, 탄소나노튜브 및 블랙카본 중 어느 하나 이상을 포함하는, 탄탈 커패시터.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 탄탈 바디는,
    상기 전도성 고분자층 상에 배치된 카본층; 및
    상기 카본층 상에 배치된 은(Ag)층; 을 더 포함하는, 탄탈 커패시터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 탄탈 와이어는 상기 카본층 및 상기 은(Ag)층을 더 관통하는, 탄탈 커패시터.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 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 몰드부;
    상기 몰드부의 제2 면으로 노출되고 상기 탄탈 와이어와 전기적으로 연결되는 양극 리드 프레임; 및
    상기 양극 리드 프레임과 이격되고, 상기 몰드부의 제2 면으로 노출되는 음극 리드 프레임; 을 포함하는, 탄탈 커패시터.
  12. 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체,
    상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층,
    상기 전도성 고분자층 상에 배치된 카본층, 및
    상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디;
    를 포함하며,
    상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 단면을 제1 단면이라 하고,
    상기 제1 단면에서 상기 전도성 고분자층의 두께의 1/3지점을 연결한 연장선 중 서로 이격된 10곳을 각각의 무게 중심으로 하는 정사각형 형태의 영역을 복수의 제1 영역이라 할 때,
    상기 복수의 제1 영역 내 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율의 평균은 0.38 초과인, 탄탈 커패시터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 영역 내 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율의 평균은 0.83 미만인, 탄탈 커패시터.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 영역 내 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율의 평균은 0.55 이상 0.81 이하인, 탄탈 커패시터.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 영역 각각의 모서리는, 5 um인, 탄탈 커패시터.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 탄탈 바디는,
    상기 전도성 고분자층 상에 배치된 카본층; 및
    상기 카본층 상에 배치된 은(Ag)층; 을 더 포함하는, 탄탈 커패시터.
  17. 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디;
    를 포함하며,
    상기 제1 방향과 수직하는 단면 중 상기 탄탈 소체와 일부가 중첩되는 임의의 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은 0.55 이상 0.81 이하인, 탄탈 커패시터.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))를 포함하는, 탄탈 커패시터.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 필러는 BaTiO3, Al2O3, SiO2 및 ZrO2 중의 어느 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는, 탄탈 커패시터.
  20. 탄탈 분말을 포함하는 탄탈 소체, 상기 탄탈 소체 상에 배치되며, 제1 필러를 포함하는 전도성 고분자층, 및 상기 탄탈 소체 및 상기 전도성 고분자층 각각의 적어도 일부를 제1 방향으로 관통하는 탄탈 와이어를 포함하는 탄탈 바디;
    를 포함하며,
    상기 제1 방향과 수직하고, 상기 제1 방향을 따른 상기 탄탈 소체의 길이를 2:1로 절단하는 제1 단면에서, 상기 전도성 고분자층의 면적 대비 상기 제1 필러의 면적의 비율은, 0.38 초과인, 탄탈 커패시터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09320901A (ja) * 1996-05-27 1997-12-12 Hitachi Aic Inc 固体電解コンデンサ
EP1218897A1 (en) * 1999-08-31 2002-07-03 Vishay Intertechnology, Inc. Conductive polymer capacitor and method for making same
JP4328483B2 (ja) * 2001-11-26 2009-09-09 Ｎｅｃトーキン株式会社 固体電解コンデンサ及びその製造方法
JP5020128B2 (ja) * 2008-03-13 2012-09-05 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
JP5273726B2 (ja) * 2009-04-07 2013-08-28 Ｎｅｃトーキン株式会社 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP2014027040A (ja) * 2012-07-25 2014-02-06 Japan Carlit Co Ltd 固体電解コンデンサ製造用導電性高分子分散液及びそれを用いて作製した固体電解コンデンサ
JP6285138B2 (ja) * 2012-11-08 2018-02-28 ローム株式会社 固体電解コンデンサ

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