KR100623804B1 - 고체 전해질 캐패시터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
고체 전해질 캐패시터는 플레이트형 또는 포일(foil)형 애노드 부재의 일 표면상에 형성된 외부 전기 접속을 위한 애노드 단자와 캐소드 단자, 및 애노드 단자가 고정되는 부분을 제외한 애노드 부재의 일 표면의 영역을 덮도록 형성된 캐소드 도체층을 갖는다. 캐소드 단자로서 작용하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일은 캐소드 도체층의 일 표면을 덮기 위하여 캐소드 도체층의 일 표면에 밀착 결합된다. 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일은 캐소드 도체층의 다른 주요 표면을 덮기 위하여 캐소드 도체층의 다른 표면과 밀착 결합된다. 제 1 금속 플레이트나 금속 포일 및 제 2 금속 플레이트나 금속 포일은 애노드 부재와 외부 사이의 통풍을 차단하는 작용을 한다.
Description
도 1은 종래의 표면 실장형 고체 전해질 캐패시터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고체 전해질 캐패시터의 단면도이다.
도 3은 변형 실시예에 따른 고체 전해질 캐패시터의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 애노드 부재 3 : 캐소드 도체층
4 : 애노드 단자 5a, 5b : 캐소드 단자
8 : 절연부
본 출원은 선행 일본 특허 출원 제2002-46248호의 우선권 주장출원이며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로서 통합되어 있다.
본 발명은 고체 전해질 캐패시터 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 표면 실장형 고체 전해질 캐패시터의 감소된 등가 직렬 저항(ESR) 및 보다 박형화를 달성하는데 유효한 기술에 관한 것이다.
본 발명은 고체 전해질 캐패시터 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 표면 실장형 고체 전해질 캐패시터의 감소된 등가 직렬 저항(ESR) 및 보다 박형화를 달성하는데 유효한 기술에 관한 것이다.
최근에, 전자 기기의 소형화, 경량화 및 휴대 가능성에 대한 경향이 가속화되고 있다. 이러한 경향에 따라, 더 작고, 더 얇은 전자 부품에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 휴대용 장치는 작으면서, 얇은 것이 요구된다. 휴대용 장치에 사용된 전자 부품의 두께에 대한 제약이 심각하며, 이는 전자부품의 박형화에 대한 요구가 높아지고 있다는 것을 의미한다.
이러한 상황하에서, 반도체부품 뿐만 아니라 수동부품, 특히 전원회로에 디커플링(decoupling)용 등에 사용되는 전해질 캐패시터에도 소형화와 박형화가 요구된다. 지금까지, 이러한 종류의 캐패시터 대부분은 소형 캐패시터 소자를 몰딩 수지로 코팅함으로써 소형 표면 실장형 캐패시터로 형성하여 제조되었으며, 이는 일본 공개 특허출원 공보 제 62-005630호, 일본 공개 특허출원 공보 제 58-157125호 또는 일본 공개 특허출원 공보 제 4-123416호에 개시된 소위 "칩 캐패시터"이다. 종종, 박형화를 위해 플레이트형 또는 포일(foil)형 재료가 캐패시터 소자용으로 사용된다. 종래의 캐패시터는 몰딩 수지로 코팅하는 구조적 특징을 갖는다.
도 1은 종래의 실시예에 따른 표면 실장형 고체 전해질 캐패시터의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 캐패시터(1)는 플레이트형 애노드 부재(2), 상기 애노드 부재(2)의 대부분을 덮는 캐소드 도체층(3), 상기 캐소드 도체층(3)에 의해 덮여 있지 않은 상기 애노드 부재(2)의 부분에 고정된 애노드 단자(4), 상기 캐소드 도체층(3)에 고정된 캐소드 단자(5) 및 코딩 수지층(9)으로 구성된다.
애노드 부재(2)는 기본 재료로서, 알루미늄이나 탄탈, 또는 니오브(niobium)와 같은 밸브 금속을 형성하는 산화막의 플레이트 또는 포일(이하에서, 특별한 언급이 없다면 "플레이트"는 "포일"을 포함할 것이다)을 사용한다. 기본 재료 금속 플레이트의 표면 영역은 예를 들면, 에칭에 의해 넓혀진다. 기본 재료 금속의 금속 산화막(미도시)은 예를 들면, 애노드 산화에 의해 넓혀진 표면상에 적층된다. 금속 산화막은 캐패시터의 유전체를 제공한다.
캐소드 도체층(3)은 예를 들면, 고체 전해질층, 흑연층 및 은 페이스트층(미도시)으로 이루어지며, 애노드 부재의 표면상의 금속 산화막 상에 순차 적층된다. 고체 전해질층은 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 또는 폴리아닐린(polyaniline)과 같은 도전성 고분자 또는 이산화망간과 같은 반도체 재료를 사용한다.
애노드 단자(4)는 예를 들면 레이저 용접 또는 저항 용접에 의해 애노드 부재(2)와 도전성 있게 견고히 접속된다. 반면에, 캐소드 단자(5)는 캐소드 도체층(3)의 최상부층인 은 페이스트층에 접착된다. 이러한 애노드 단자(4) 및 캐소드 단자(5)는 외부 전기 접속용으로 사용된다.
코팅 수지층(9)은 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지가 재료로서 사용되는 트랜스퍼 성형(transfer molding)에 의해서 형성된다. 코팅 수지층(9)은 애노드 부재(2), 캐소드 도체층(3), 상기 애노드 부재(2)와 상기 애노드 단자(4) 사이의 접합부 및 상기 캐소드 도체층(3)과 상기 캐소드 단자(5) 사이의 접합부를 덮는다. 코팅 수지층(9)은 외부로부터 산소 및/또는 수분의 진입을 차단한다.
애노드 단자(4) 및 캐소드 단자(5)는 코팅 수지층(9)의 측면을 따라 휘어지며, 코팅 수지층(9)의 저면 즉, 캐패시터의 실장면을 따라 내부로 휘어진다. 서로 대면하고 있는 애노드 및 캐소드 단자(4, 5)의 부분은 외부 접속을 위한 부분이다.
캐패시터는 배선판상에 형성된 배선 패턴의 랜드(land)(7a, 7b)의 외부 접속을 위한 애노드 및 캐소드 단자의 부분을 납땜함으로써 실장용 배선판(6)상에 장착된다.
상술한 바와 같이, 이러한 종류의 캐패시터는 통상적으로 몰딩 수지로 캐패시터를 코팅함으로써 외부 산소 및/또는 수분으로부터 보호하여 신뢰성을 확보하고 있다.
그러나, 수지 트랜스퍼 성형이 수행될 경우, 용융된 수지가 금속 몰드안으로 흐르도록 하기 위하여, 금속 몰드의 내부 벽과 금속 몰드내의 캐패시터 소자 사이의 소정 크기 이상의 갭을 확보할 필요가 있다. 이는 코팅 수지층(9)이 소정 값 이상의 두께를 항상 가진다는 것을 의미한다. 만약 용융된 수지의 흐름을 위한 충분한 두께의 갭이 캐패시터 소자와 금속 몰드 사이에 제공되지 않는다면, 갭은 수지로 충전되지 않은 부분을 가질 것이다. 그 결과, 완성된 캐패시터는 코팅 수지층(9)에 의해 덮이지 않은 결함 부분을 가져서 실패하게 된다. 이러한 결함 부분은 외부로부터 산소 및/또는 수분을 차단할 수 없을 것이며, 그 결과 캐패시터의 신뢰성이 저하된다. 그러므로, 캐패시터 두께의 감소시 제한이 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 단자(4)와 캐소드 단자(5)는 코팅 수지층(9) 외부로 일시적으로 인출되며, 그러한 인출된 단자의 말단부는 외부 접속을 제공한다. 그러므로, 애노드 단자 및 캐소드 단자의 저항은 불가피하게 증가되 며, 따라서 캐패시터의 ESR도 증가한다.
본 발명의 목적은 외부로부터 산소 및/또는 수분의 진입을 방지하며, 더 높은 신뢰성을 나타내며, 그리고 몰딩 수지로 코팅된 종래의 캐패시터와 비교하여 감소된 두께를 갖는 전해질 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 ESR을 갖는 전해질 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 플레이트형 또는 포일(foil)형 애노드 부재의 일 표면상에 형성된 외부 전기 접속을 위한 애노드 단자 및 캐소드 단자; 상기 애노드 단자가 고정되는 부분을 제외한 상기 애노드 부재의 일 표면의 영역을 덮도록 형성된 캐소드 도체층; 상기 캐소드 도체층의 일 표면을 덮기 위하여, 캐소드 도체층의 일 표면에 밀착 결합되는 캐소드 단자로서 기능하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일; 및 캐소드 도체층의 다른 주요 표면을 덮기 위하여 캐소드 도체층의 다른 표면에 밀착 결합되는 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일을 포함하며, 상기 애노드 부재와 외부는 제 1 금속 플레이트나 금속 포일 또는 제 2 금속 플레이트나 금속 포일에 의해 차단되는 고체 전해질 캐패시터가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 플레이트형 또는 포일형 애노드 부재의 일 표면상에 형성된 외부 전기 접속을 위한 애노드 단자 및 캐소드 단자를 갖는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법으로서, 플레이트형 또는 포일형 밸브 금속(valve metal)의 면적을 증가시키며, 증가된 영역의 표면상의 기본 재료 밸브 금속의 산화물층을 적층시킴으로써 상기 애노드 부재를 형성하는 단계; 상기 애노드 단자가 고정되는 부분을 제외한 상기 애노드 부재의 일 표면의 영역을 덮도록 형성된 캐소드 도체층을 형성하는 단계; 상기 캐소드 도체층에 의해 덮이지 않은 상기 애노드 부재의 부분에 애노드 단자를 전기도전성있게 형성하는 단계; 상기 캐소드 도체층의 일 표면에, 표면측상에 상기 캐소드 도체층의 면적보다 더 큰 면적을 가지며 상기 캐소드 단자로서 기능하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일을 접착시키는 단계; 및 상기 캐소드 도체층의 다른 표면에, 표면측상에 캐소드 도체층의 면적보다 더 큰 면적을 갖는 제 2 금속 플레이트나 금속 포일을 접착시키는 단계를 포함하는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명할 것이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표면 실장형 고체 전해질 캐패시터의 단면도이다. 본 발명에 따른 고체 전해질 캐패시터에서, 2개의 주요 표면 즉, 캐소드 도체층(3)의 상부 및 하부 표면은 몰딩 수지 성분 대신에 금속 플레이트[캐소드 단자(5a 및 5b)]에 의해 덮인다.
상기 실시예에 따른 고체 전해질 캐패시터는 다음과 같이 제조된다. 우선, 알루미늄 포일의 표면을 에칭함으로써 거칠게 하여 표면의 면적을 확대시킨다. 그리고 나서, 기본 금속인 알루미늄을 애노드 산화에 의해서 산화하여 포일의 표면상에 산화 알루미늄(Al2O3)의 박막(미도시)을 형성하고, 그 결과 애노드 부재(2)를 생성한다. 상기 애노드 부재를 위한 기본 재료 밸브 금속으로서, 에칭된 알루미늄 포일 대신에 다공성 박판이 사용될 수 있다. 박판은 탄탈 분말을 박판에 프레스 성형하고, 상기 박판을 소결함으로써 제조된다. 이와는 달리, 니오브와 같은 다른 밸브 금속이 사용될 수도 있다. 다른 종래의 공지된 재료 및/또는 방법이 적용될 수 있다.
고체 전해질 층, 흑연층 및 도전성 접착제로 이루어진 층(미도시)을 알루미늄 산화막상에 순차 적층하여, 애노드 부재(2)의 대부분을 덮어 캐소드 도체층(3)을 형성한다. 고체 전해질용으로, 도전성 고분자, 또는 이산화망간 또는 TCNQ와 같은 반도체가 사용될 수 있다. 도전성 고분자는 다른 고체 전해질보다 더 높은 전기적 도전성을 나타낸다. 그러므로, 본 발명의 경우와 같이, 캐패시터의 감소된 ESR을 얻는 것이 주요 목적중 하나 일 때, 고체 전해질로서 도전성 고분자를 사용하는 것이 적절하다. 도전성 고분자가 사용될 때, 피롤, 티오펜 또는 아닐린과 같은 단량체는 화학적 산화 중합이나 전해 산화 중합 등을 이용하여 중합된다. 흑연층은 흑연과 수지 바인더로 이루어진 흑연 페이스트를 도포함으로써 형성된다. 도전성 접착제로 이루어진 층은 은 또는 구리와 같은 금속 분말과 수지 바인더로 이루어진 도전 페이스트를 도포함으로써 형성된다.
그 다음에, 애노드 부재(2)의 주요 표면중 하나 즉, 도 2에 도시된 상측 표면에는, 캐소드 도체층(3)을 갖지 않는 표면에 절연성 수지를 도포하여 절연부(8)를 형성한다. 더욱이, 애노드 부재(2)의 다른 주요 표면 즉, 도 2에 도시된 하측 표면에는, 캐소드 도체층(3)이 없는 부분 즉, 절연부(8)와는 애노드 부재(2)를 사이에 두고 대향하는 표면에 애노드 단자(4)가 접속된다. 애노드 단자(4)용 재료로는, 남땜에 의한 접속에 유리하며 높은 전기 도전성을 나타내는 구리, 황동 또는 인청동이 사용된다. 애노드 부재(2)와의 접속을 위하여, 레이저 용접 또는 초음파 용접과 같은 공정이 사용된다. 한편, 캐소드 도체층(3)의 하측 표면에는 금속 플레이트[캐소드 단자 (5a)]가 접착된다. 또한, 캐소드 도체층의 상측 표면에는 다른 금속 플레이트[캐소드 단자 (5b)]가 접착된다. 캐소드 단자(5a 및 5b) 각각은 캐소드 도체층(3)의 상측 및 하측 표면을 덮기 위하여 그것들의 상응하는 캐소드 도체층의 표면 영역보다 조금 더 큰 표면 영역을 갖는다. 캐소드 단자(5a 및 5b)는 캐소드 도체층(3)의 최상부층의 도전성 접착제에 의해 접착된다. 상측 표면측상의 캐소드 단자(5a)는 절연부(8)도 덮기 위한 형상을 가진다. 구리, 42 합금, 또는 니켈 은이 캐소드 단자(5a 및 5b)용 재료로서 주로 사용된다. 절연부(8)가 형성된 후에 캐소드 단자(5a)가 접착되는 한, 절연부(8)의 형성, 애노드 단자(4)의 접속, 캐소드 단자(5a)의 접착 및 캐소드 단자(5b)의 접착의 순서에 대한 특별한 규칙은 없다. 나머지 단계는 상술한 바와 같이 필수적인 것은 아니다.
본 발명에 따른 캐패시터에서, 캐소드 도체층(3)의 주요 표면은 2개 즉, 상부 및 하부 캐소드 단자(5a 및 5b)에 의해 폐쇄되어 있다. 이러한 금속 플레이트(5a 및 5b)는 캐소드 도체층(3)의 가장 큰 영역을 갖는 부분을 통하여 산소 및/또는 수분의 진입을 방지한다. 이것은 신뢰성을 보장한다. 캐소드 도체층은 금속 플레이트에 의해 사이에 끼워짐으로써, 통상적으로 요구되었던 몰딩 수지에 의한 두꺼운 코팅에 대한 필요를 제거하게 된다. 그러므로, 보다 박형의 캐패시터를 얻을 수 있다.
또한, 애노드 부재(2)로부터 외부 접속을 위한 애노드 단자 및 캐소드 단자의 부분까지의 거리는 최소화될 수 있으며, 양 단자(4, 5)와 애노드 부재(2) 사이의 더 넓은 면적의 접촉이 보장될 수 있으며, 단자의 접속을 인하여 생성되는 내부 저항의 증가를 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 실시예에 따른 고체 전해질 캐패시터의 예시적인 변형이 상술될 것이다. 도 3은 예시적인 변형의 단면을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 변형에 따른 고체 전해질 캐패시터는 2개의 분리된 금속 플레이트 즉, 상부 캐소드 단자(5a)와 하부 캐소드 단자(5b)가 아니라 단일 캐소드 단자(5)상에 형성된다. 캐소드 단자(5)는 애노드 단자(4)로부터의 반대 단부에서 애노드 부재(2)를 따라 애노드 부재(2)를 감싸도록 U 형태로 구부려져 있다. 이러한 구성은 애노드 부재(2)의 측단부를 통하여 산소 및/수분이 진입하는 것을 방지하여, 전술한 실시예에 의해서 얻을 수 있는 이점 이외에 더욱 개선된 신뢰성을 얻을 수 있다.
단일 금속 플레이트가 휘어지는 것을 요구하는 설계가 유리하며, 이는 제조 공정이 복잡하지 않은 것을 의미한다.
상기 실시예에서 캐소드 단자(5a 및 5b) 또는 상기 예시적인 변형예에서 캐소드 단자(5)는 강성이 있는 플레이트로 형성될 필요는 없으며, 그것이 통풍을 차단하는 한, 포일로 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 몰딩 수지로 코팅된 종래의 캐패시터에 비하여, 외부로부터의 산소 및/또는 수분의 진입에 기인하는 신뢰성에 악화를 가져오지 않으면서 더 얇으며, 더 작은 ESR을 갖는 표면 실장형 전해질 캐패시터를 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 플레이트형 또는 포일(foil)형 애노드 부재의 일 표면상에 형성된 외부 전기 접속을 위한 애노드 단자 및 캐소드 단자;상기 애노드 단자가 고정되는 부분을 제외한 상기 애노드 부재의 일 표면의 영역을 덮도록 형성된 캐소드 도체층;상기 캐소드 도체층의 일 표면을 덮기 위하여, 캐소드 도체층의 일 표면에 밀착 결합되는 캐소드 단자로서 작용하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일; 및상기 캐소드 도체층의 다른 주요 표면을 덮기 위하여, 캐소드 도체층의 다른 표면에 밀착 결합되는 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일을 포함하며,상기 애노드 부재와 외부 사이의 통풍은 상기 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일 및 상기 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일에 의해 차단되는 고체 전해질 캐패시터.
- 기본 재료(base material)로서 플레이트형 또는 포일형 밸브 금속(valve metal)을 사용하며, 밸브 금속의 산화물로 이루진 층을 표면상에 갖는 애노드 부재;소정의 영역을 제외한 애노드 부재의 표면 영역을 덮도록 형성되며, 고체 전해질층과 도전성 접착제층을 포함하는 캐소드 도체층;상기 애노드 부재의 일 표면의 소정 영역에 도전적으로(conductively) 고정되며, 외부 전기 접속을 제공하기 위하여 형성된 애노드 단자;도전성 접착제에 접착되어, 상기 캐소드 도체층의 일 표면을 덮도록 외부 전기 접속을 위한 캐소드 도체층의 일 표면상에 형성된 제 1 캐소드 단자로서 작용하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일; 및도전성 접착제에 접착되어, 상기 캐소드 도체층의 다른 표면을 덮도록 상기 캐소드 도체층의 다른 표면상에 형성된 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일을 포함하며,상기 애노드 부재와 외부 사이의 통풍이 상기 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일 및 상기 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일에 의해 차단되는 고체 전해질 캐패시터.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일 및 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일은 동일한 단일 금속 플레이트 또는 금속 포일로 형성되며,상기 캐소드 도체층은 상기 애노드 단자가 상기 애노드 부재에 고정되어 있는 표면으로부터 대향하는 단부에서 상기 애노드 부재의 외형을 따라 휘어지며, 상기 캐소드 도체층은 U형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터.
- 플레이트형 또는 포일형 애노드 부재의 일 표면상에 형성된 외부 전기 접속을 위한 애노드 단자 및 캐소드 단자를 갖는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법으로서,플레이트형 또는 포일형 밸브 금속의 면적을 증가시키며, 상기 증가된 면적의 표면상에 기본 재료 밸브 금속의 산화물 층을 적층시킴으로써 상기 애노드 부재를 형성하는 제 1단계;상기 애노드 단자가 고정되는 부분을 제외한 상기 애노드 부재의 일 표면의 영역을 덮도록 형성된 캐소드 도체층을 형성하는 제 2단계;상기 캐소드 도체층에 의해 덮이지 않은 상기 애노드 부재의 부분에 상기 애노드 단자를 도전적으로 형성하는 제 3단계;상기 캐소드 도체층의 일 표면에, 상기 표면측 상의 상기 캐소드 도체층의 면적보다 더 넓은 면적을 가지며 상기 캐소드 단자로서 작용하는 제 1 금속 플레이트 또는 금속 포일을 접착시키는 제 4단계;상기 캐소드 도체층의 다른 표면에, 상기 표면측 상의 상기 캐소드 도체층의 면적보다 더 넓은 면적을 갖는 제 2 금속 플레이트 또는 금속 포일을 접착시키는 제 5단계를 포함하는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 제 2단계는 고체 전해질층을 형성하는 제 6단계; 및상기 캐소드 도체층의 최상부층 상의 도전성 접착제층을 형성하는 제 7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 캐소드 도체층은 고체 전해질층 및 도전성 접착제층을 포함하며, 상기 고체 전해질로서 도전성 고분자가 사용되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터.
- 제 4항에 있어서, 상기 캐소드 도체층은 고체 전해질층 및 도전성 접착제층을 포함하며, 상기 고체 전해질로서 도전성 고분자가 사용되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 애노드 부재의 기본 재료는 알루미늄 포일인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터.
- 제 7항에 있어서, 상기 애노드 부재의 기본 재료는 알루미늄 포일인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 캐패시터의 제조 방법.
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