KR910000334B1 - 고체 전해콘덴서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 종래의 고체 전해 콘덴서의 측단면도.
제2도는 제1도의 X부 확대도.
제3도는 등가회로도.
제4도는 화성 시간에 대한 산화층의 생성막 두께의 관계를 표시하는 도면.
제5도는 PH치에 대한 산화층의 생성속도의 관계를 표시하는 도면.
제6도∼제9도는 본 발명에 의한 방법의 설명도로서, 제6도는 제1의 화성처리 상태를 표시하는 측단면도.
제7도는 콘덴서 엘리멘트의 요부 확대도.
제8도는 제2의 화성처리 상태를 표시하는 측단면도.
제9도는 제2의 화성처리 종료 후에 있어서의 콘덴서 엘레먼트의 요부 확대도이다.
본 발명은 고체전해 콘덴서의 제조방법에 관한 것이며, 특히, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 후막의 산화층을 형성하는 방법의 개량에 관한 것이다. 일반으로 이러한 종류의 고체 전해 콘덴서는 예컨대, 제1도∼제2도에 표시하는 바와 같이 텐탈, 니오브, 알미늄 등과 같이 변작용을 가지는 금속분말을 원주상으로 가압 성형하고 소결(燒結)하여서 되는 콘덴서 엘레먼트 A에 사전에 변작용을 가지는 금속선을 양극 리이드 B로 하여서 꽂아 세우고, 이 양극 리이드 B의 도출분에 제1의 외부 리이드 부재 C를 용접함과 동시에, 제2의 외부 리이드부재 D를 콘덴서 엘레먼트 A의 주면에 산화층 E, 반도체층 F, 탄소층 G를 개재하여서 형성된 전극인출층 H에 인두로 부착하고, 또한, 콘덴서 엘레먼트 A를 포함하는 주요부분을 수지재 K로서 피복하여서 구성되어 있다. 그런데 콘덴서 엘레먼트 A의 산화층 E는 콘덴서 엘레먼트 A를 인산 수용액 등의 화성액에 침지(浸漬)하고, 콘덴서 엘레먼트 A가 정(正), 화성액이 부(負)로 되도록 소정의 직류전압을 장시간에 걸쳐서 인가하는 것에 의해서 형성되는 관계로 콘덴서 엘레먼트 A의 표층부 및 심층부에는 막두께의 게의 균일한 산화층 E가 형성된다. 그리고, 산화층 위에 반도체층 F가 형성되기 때문에, 그것에서 산화층 E에의 산소보급효과에 의해서 내압특성이 우수한 콘덴서를 얻을 수가 있다.
그러나, 이 콘덴서는 등가적으로는 예컨대, 제3도에 표시하는 바와 같이 산화층 E에 의한 콘덴서 성분과 반도체층 F 탄소층 G의 저항성분과의 직렬회로로서 표시할 수가 있는 것이다. 콘덴서 엘레먼트 A가 극히 미세한 다공질로 구성되는 일도 있어서, 그것의 심층부에 있어서의 산화층 E에 의해서 구성되는 콘덴서의 한편의 전극으로서의 탄소층 G의 전극인출층 H에 이르기까지의 경로가 길고, 그 양만큼 직열저항분도 증가하는 것으로 되며, 특히 그래파이트층 G가 충분히 형성되어 있지 않은 경우에는 또다시 증가한다. 그 반면, 표층부에 있어서는 그래파이트층 G의 전극인출층 H에 이르는 경로가 그것의 막두께 정도 내지 그것에 근사하는 정도로 되기 때문에 그래파이트층 G에 의한 직열 저항분은 심층부에 비해 현격하게 작아진다. 따라서, 콘덴서 엘레먼트 A에 양극 라이드 B 및 전극 인출층 H를 개재하여서 직류 전압을 인가하였을 경우, 직렬 저항분의 작은 표층부의 콘덴서부에 있어서의 전압분담이 커진다고 생각된다. 이 때문에 콘덴서 엘레먼트 A에 결합부가 존재하는 경우에는 심층부보다 오히려 전압분담이 큰 표층부에 있어, 열세화 내지 파괴되기 쉽고, 누설전류특성, 내압특성도 손상되기 쉽다.
이와 같은 문제에 대한 하나의 해결법으로서 특개소 54-152148호 공보에는 콘덴서 엘레먼트를 산성용액으로 화성처리 한 후, 용융상태의 스테아린산에 침지하고, 충분히 함침(含浸)시킨 후, 표층부의 스테아린산만을 제거하고, 다시 산성 용액을 사용하여서 화성 처리하는 것에 의해, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에는 상층부에 비해 후막의 산화층을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
이 방법에 의하면, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에만 후막의 산화층이 형성되므로, 가령, 표층부에 결함부가 존재하여도 산화층의 후막화에 의해서, 단위 막 두께마다의 전압분담을 경감할 수 있는 것에 의해 열세화 내지 파괴를 효과적으로 억제할 수 있고, 양호한 누설전류특성, 내압특성을 얻을 수가 있는 것이다.
그러나, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 후막의 산화층을 선택적으로 형성하기 위한 심층부에 함침시킨 스테아린산은 소망의 특성을 얻기 위해 화성 처리 후에 제거하지 않으면 안 되는 것인데, 이의 제거에 장시간을 요하고, 양산공정에의 적용이 곤란하다는 문제가 있다.
상기 스테아란산의 제거를 거창스럽게 행하면 양산공정에의 적용도 가능하게 되는 것이나 심층부에 있어서의 산화층상에 반도체층을 확실히 형성할 수가 없게되는 관계로, 산화충의 히이링 작용이 손상되어, 소망의 콘덴서 특성을 기대할 수가 없게 된다는 중대한 문제가 발생한다.
따라서, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 심층부에 비해 후막의 산화층을, 양산공정에의 적용성을 손상함이 없이 능률적으로 형성할 수 있다면, 누설전류 특성, 내압특성 등을 개선할 수 있는 외에 콘덴서의 품위도 현저하게 높일 수가 있어 바람직한 것이다.
본 발명자들은 화성액으로서 염기성 용액이 산화층의 생성에 주요한 기능을 나타내는 수산이온(OH-)이 풍부한 것에 착안하여서 각종의 염기성 용액을 화성액으로서 사용한 경우의 화성시간에 대한 산화층의 생성막두께의 관계에 대하여서 검토한 바, 제4도에 표시하는 결과가 얻어졌다. 또한 이 콘덴서 엘레먼트에는 텐탈 분말은 3.5ψ×4mm의 원주상에 가압 성형하여 소결한 것을 화성액에는 농도가 0.01몰의 탄산암모늄용액((NH4)2CO3·2H2O) 붕산암모늄 용액((NH4)20.5B2O3·8H2O), 알민산 나트륨용액(NaAlO2) 인산수용액(참고)을 각각 사용하여 전류밀도를 40mA/g에 설정하였다.
동도면에 의하면 탄산암모늄용액, 분산암모늄용액, 알민산 나트륨용액을 화성액으로 한 것으로는 산화층(Ta2O5)의 화성시간에 대한 생성속도가 빠르고, 10∼20분에서 1150Å 정도에 달하고 있는데 대해, 인산수용액(산성용액에서는 동일의 막두께를 얻는데 60분이란 화성시간이 필요한 것을 표시하고 있다. 그리고 화성처리를 완료한 콘덴서 엘레먼트를 단지 두 개로 분단한 바, 그것의 표층부에 있어서의 화성색은 모든 화성액에 대해서 동일하였으나, 심층부에 있어서는 염기성용액을 사용한 것으로는 거의 화성색은 인정될 수 없었는 데에 비해, 인산수용액에서는 표층부, 심층부 공히 같은 화성색이었다.
또, 염기성 용액을 사용한 경우, 화성시의 전류밀도, 화성전압을 높이는 것에 의해서, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에서의 산화층의 생성을 보다 단시간에, 또한, 집중적으로 행하게 할 수 있음을 확인하였다.
이와 같이 염기성 용액을 화성액으로 하는 것에 의해서, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에서 산화층이 생성되는 것이 이해된다.
이 같은 결과에서 염기성 용액을 화성액으로 한 경우, 그것의 PH치가 산화층의 생성시의 중요한 인자로 되는 것이 생각된다. 따라서, PH치가 산화층의 생성에 여하히 기여하고 있는가에 대하여 검토한 바, 제5도에 보시하는 결과가 얻어졌다. 또한, 콘덴서 엘레먼트 및 전류밀도는 상술과 동일하게 하였다.
도면에 의하며 PH치가 8 이상에 있어, 산화층(Ta2O5)의 생성속도가 빠르게 되며, 그 미만으로는 늦는 것을 표시하고 있다. 따라서 PH치가 8 이상의 염기성 용액을 사용하는 것에 의해서 단시간으로 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 후막의 산화층을 형성할 수 있는 것이 될 수 있다.
그 때문에, 본 출원인은 앞서 콘덴서 엘레먼트를 산성용액으로서 화성 처리한 후, PH 8 이상의 염기성용액으로서 재차 화성 처리하는 것에 의해, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에는 심층부에 비해 후막의 산화층을 형성하는 고체전해 콘덴서의 제조방법을 제안하였다.
이 방법에 의하면 콘덴서 엘레먼트의 표층부에는 심층부에 비해 후막의 산화층이 형성되므로 가령, 전압분담이 큰 표층부에 결함부가 존재하고 있어도 산화층의 후막화에 의한 단위막두께당의 분담 전압의 감소에 의해서 열세화 내지 파괴를 효과적으로 개선할 수 있어, 우수한 누설 전류특성 내압특성을 얻을 수가 있는 외에 막두께가 다른 산화층의 형성에는 특개소 54-152148호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 스테아린산 등의 부재를 콘덴서 엘레먼트에 함침시킬 필요가 없고, 단순히, 화성액의 종류를 변경하는 것만으로서 좋으므로, 일련의 화성작업을 능률적으로 수행할 수가 있는 외에 양산공정에도 용이하게 적용할 수 있는 등의 우수한 효과가 얻어지는 것이다. 그렇지만, 이 방법에 의하면, 상술의 우수한 결과가 기대될 수 있는 반면, 누설 전류의 불균형이 크고, 신뢰성이 박약하다는 문제가 있다.
이 원인에 대하여서는 명백치는 않으나 다음과 같이 생각된다. 즉, 통상 콘덴서 엘레먼트는 산성용액을 사용하여서 장시간에 걸쳐서 화성 처리되는 관계로, 생성되는 산화층에 가령, 나트륨, 칼슘, 철 등의 불순물이 들어갔다 하더라도, 산성용액의 장시간에 걸친 에칭효과에 의해서 어느 정도 제거된다. 이 때문에 최종적으로는 야질이고 치밀한 산화층이 형성된다. 그런데, 상술한 본 출원인의 제안에 관한 방법과 같이 염기성용액을 사용하여서 화성 처리한 경우, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 단시간으로 후막의 산화층을 형성할 수 있으며, 상술한 바와 같은 불순물이 들어간 상태에서, 산화층이 형성되었을 경우에는 염기성 용액에 에칭효과가 기대할 수 없는 일도 있어, 이들의 불순물을 제거하는 것이 곤란하고, 이 때문에 누설전류의 불균형이 커지는 것으로 추측된다.
따라서, 본 발명자들은 염기성 용액에 의한 산화층의 치밀성의 향상, 결함부의 감소에 대해, 더욱 철저히 검토한 바 염기성 용액에 의한 화성 처리 후에 산성용액을 사용하여서, 화성 처리하면 좋은 것을 발견하였다.
본 발명은 이와 같은 사실에 의거하여서 구체화된 것으로서 변작요를 가지는 금속분말을 소망형상으로 가압 성형하고 소결 하에서 되는 콘덴서 엘레먼트를 PH가 8 이상의 염기성 용액을 사용하여서 화성 처리하는 것에 의해 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 심층부보다 후막의 산화층을 형성하는 공정과 이 공정 후, 콘덴서 엘레먼트를 산성용액을 사용하여서 화성 처리하는 것에 의해 콘덴서 엘레먼트의 심층부에 염기성 용액에 의한 심층부의 산화층의 막두께보다 두껍게 또한 표층부보다 얇은 막두께의 산화층을 형성하는 공정과를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면 콘덴서 엘레먼트의 표층부에는 심층부에 비해 후막의 산화층의 형성되므로 가령 전압분담이 큰 표층부에 결함부가 존재하고 있어도 산화층의 후막화에 의한 단위막 두께당의 분담 전압의 감소에 의해서 열세화 내지 파괴를 효과적으로 개선할 수 있고, 우수한 누설전류특성, 내압특성을 얻을 수가 있다.
특히, 염기성용액을 사용한 화성처리가 산성용액을 사용한 화성처리에 앞서서 행해지는 관계로, 가령, 염기성 용액에 의한 산화층에 불순물이 들어가는 등의 결함부가 생겼다하더라도, 그후에 행해지는 산성용액에 의한 장시간에 걸친 화성처리에 의해서 수습될 수 있다. 이 때문에 누설전류의 불균형이 적은 콘덴서를 얻을 수가 있다.
또, 산성용액을 사용한 화성처리에 있어, 그 전압은 콘덴서 엘레먼트의 심층부에 염기성용액에 의한 심층부의 산화층의 막두께보다 두껍고, 또한 표층부보다 얇은 막두께의 산화층이 형성되도록 설정되어 있으므로, 심층부 산화층의 막두께를 균일로 할 수 있다. 따라서, 표층부 산화층의 막두께에 다소의 불균형이 생기더라도 전 표면적에 대해 점유하는 비율이 큰 심층부의 산화충의 막 두께를 균일하는 것에 의해서 정전용량의 불균형을 본 출원인의 앞서의 제안방법에 비해 개선할 수 있다.
또한, 앞서의 제안에서는 산성용액을 사용한 화성처리에 의해서 콘덴서 엘레먼트의 심층부에 형성된 막두께의 균일한 산화층 상에 염기성 용액을 사용한 화성처리에 의해서 다시 산화층을 생성시키고 있으므로 작업조건 등에 의해서 최종적인 막두께를 일정화하기 어렵고, 이것 때문에 정전용량의 불균형이 커지는 것으로 생각된다.
다음에 구체적 실시예에 대하여서 설명한다.
[실시예 1]
우선, 제6도에 도시하는 바와 같이 텐탈분말을 3.5ψ×4mm의 원주상으로 가압 성형하고, 소결 하에서 되는 콘덴서 엘레먼트(1)를 농도가 0.1용량%, 또한 PH가 8.45의 붕산암모늄 용액(2)에 침지하고 콘덴서 엘레먼트(1)에서 도출한 0.5ψmm의 텐탈선으로 되는 양극 리이드(8)가 정, 붕산암모늠 용액(2)이 부로 되도록 250V의 직류 전압을 인가한다.
또한, 전류밀도는 120mA/g에 설정하였다. 이것에 의해서, 콘덴서 엘레먼트(1)의 단자 전압은 35분 후에 250V에 도달하였다. 그리고, 도달 후, 다시 5분간 화성 처리한 바, 제7도에 도시하는 바와 같이 콘덴서 엘레먼트(1)의 표층부(1b)에는 4000Å의 산화층(4)이 심층부(1a)에는 800∼1200Å의 산화층(4a)이 형성된다. 다음에 이 콘덴서 엘레먼트(1)를 끓여서 깨끗이 씻은 다음 건조한 후, 제8도에 표시하는 바와 같이 농도가 0.1용량%로서, 또한 PH가 2.48의 인산 수용액(5)에 침지하고, 양극 리이드(3)가 정, 인산수용액(5)이 부로 되도록 126V의 직류전압을 인가한다. 또한 전류밀도는 30mA/g로 설정하였다. 그리고, 3시간 화성 처리한 바 제9도에 도시하는 바와 같이 심층부(1a)에는 2016Å의 산화층(6)이 형성된다.
이하, 통상의 방법으로 텐탈고체전해 콘덴서를 제작한다.
다음에, 이 콘덴서의 누설전류, 정전용량을 측정한 바, 표 1에 표시하는 결과가 얻어졌다. 또한, 동 표에 있어, (1)은 본 발명품(2)은 본 발명의 전 제품, (3)은 종래품이다. (2)는 본 발명방법에 있어서의 염기성용액과 산성용액과에 의한 화성순서를 역으로 하여, 산성용액에 의한 화성전압을 105V로 설정한 것이며, (3)은 농도가 0.1용량%로 또한 PH가 2.48의 인산수용액을 사용하여서 140V의 직류전압을 인가하여서 화성 처리한 것이다.
[표 1]
표 1에서 명백한 바와 같이 그룹(1)은 그룹(2), (3)에 비해, 누설전류의 불균형이 현격히 개선되어 있다. 이는 붕산암모늄 용액에 의한 화성 처리 후에 인산수용액으로 재차 화성 처리하는 것에 의해 불순물 금속의 제거, 수복성(修復性)이 향상하기 때문이라고 생각된다. 또, 정전용량의 불균형에 대하여는 그룹(3)이 우수하나, 그룹(1)은 그룹(2)에 비해 개선되어 있다. 이는 심층부의 산화층의 막두께가 균일화된 때문이라고 생각된다.
다음에 이들의 콘덴서를 온도가 65℃ 상대습도가 95%의 환경에 무부하상태로 방치하고, 500시간, 1000시간 경과 후에 46V로 3분간 충전하여, 누설 전류의 불량발생율을 측정한 바 표 2에 도시하는 결과가 얻어졌다.
[표 2]
상기 표에서 명백한 바와 같이, 그룹(1),(2)은 콘덴서 엘레먼트의 표층부에는 심층부에 비해 후막의 산화층을 형성하고 있으므로 그룹(3)에 비해 무부하내습시의 누설전류의 불량발생율을 현저하게 개선할 수 있다. 또다시, 이들의 콘덴서에 대해서 -55℃로 30분간 25℃로 15분간 방치하는 4공정을 1사이클로 하는 열충격시험을 10 사이클 행하였던 바, 표 3에 표시하는 누설 전류특성이 얻어졌다. 또한, 표 중 「전」은 열충격 시험 전, 「후」는 열충격 시험후의 누설전류 특성을 표시한다.
[표 3]
상기 표에서 명백한 바와 같이 그룹(1)은 열충격시험을 가하여도 누설전류특성에 거의 변화를 볼 수 없으나, 그룹(3)에서는 열충격시험 후에 극단으로 특성이 열화하고 있다. 이는 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 있어서는 산화층이 열충격의 영향을 받는 것으로서, 본 발명에 관한 그룹(1)에서는 표층부에 후막의 산화층이 형성되어 있기 때문에 양호한 결과가 얻어지는 것으로 생각된다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 붕산암모늄 용액에 대신하여, 농도가 0.1용량%으로, 또한 PH가 1105의 알민산 나트륨 용액을 사용하였던 바, 실시예 1과 동일의 효과가 얻어졌다.
[실시예 3]
실시예 1에 있어서, 붕산암모늄 용액에 대신하여, 농도가 0.1용량%로 또한, PH가 9.17의 탄산암모늄 용액을 사용하였던 바, 실시예 1과 동일의 효과가 얻어졌다.
또한, 본 발명에 있어서, 산성용액은 인산 수용액 외에, 유산, 염산 등 적당한 용액을 사용할 수 있으며, 염기성용액도 상기 실시예 이외의 가성소오다 등도 사용할 수 있다. 또, 화성시의 전류밀도, 전압, 시간은 본 발명의 목적의 범위 내에 있어 임의로 변경할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 산성용액에 의한 화성처리에 앞서서, 염기성 용액을 사용한 화성처리를 행하는 것에 의해서, 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 심층부에 비해 후막의 산화층을 형성할 수 있고, 그것이 양질이고, 또한, 치밀한 형성되는 관계로, 누설 전류특성 등을 효과적으로 개선할 수 있다.
Claims (1)
- 변작용을 가지는 금속 분말을 소망형상으로 가압 성형하고, 소결하여서 되는 콘덴서 엘레먼트를 PH가 8 이상의 염기성용액을 사용하여서 화성 처리하는 것에 의해 콘덴서 엘레먼트의 표층부에 심층부보다 후막의 산화층을 형성하는 공정 후, 콘덴서 엘레먼트를 산성용액을 사용하여서 화성 처리하는 것에 의해 콘덴서 엘레먼트의 심층부에 염기성용액에 의한 심층부의 산화층의 막두께보다 두껍고, 또한 표층부보다 얇은 막두께의 산화층을 형성하는 공정과를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체전해 콘덴서의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019830003887A KR910000334B1 (ko) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 고체 전해콘덴서의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019830003887A KR910000334B1 (ko) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 고체 전해콘덴서의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR850001628A KR850001628A (ko) | 1985-03-30 |
| KR910000334B1 true KR910000334B1 (ko) | 1991-01-24 |
Family
ID=19229742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019830003887A KR910000334B1 (ko) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 고체 전해콘덴서의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR910000334B1 (ko) |
-
1983
- 1983-08-20 KR KR1019830003887A patent/KR910000334B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR850001628A (ko) | 1985-03-30 |
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