KR102089698B1 - 탄탈륨 캐패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 탄탈 분말을 포함하는 캐패시터 본체; 상기 캐패시터 본체의 하면을 통해 일부가 노출된 2개의 탄탈 와이어; 상기 캐패시터 본체 및 상기 탄탈 와이어를 둘러싸며, 상기 탄탈 와이어의 단부가 노출되도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부 하면에 배치되며, 상기 탄탈 와이어의 노출된 단부와 각각 접속된 제1 및 제2 양극 단자; 상기 몰딩부 하면에서 상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에 배치된 음극 단자; 상기 캐패시터 본체와 상기 음극 단자 사이에 배치된 연결 단자; 를 포함하는 탄탈륨 캐패시터를 제공한다.
Description
본 발명은 탄탈륨 캐패시터에 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 소재로 널리 이용되고 있다.
또한, 상기 탄탈륨 소재는, 최근 들어 전자 및 정보 통신과 같은 IT 산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하는 실정이다.
최근 마이크로 프로세서는 고기능 및 다기능화에 따라 트랜지스터의 집약도가 높아지고 소비 전류는 증가하는 경향이 있다.
또한, 마이크로 프로세서의 전원 전압은 소비전력 절감에 따라 저전압화되고 있다.
또한, 구동 주파수는 처리 속도 향상으로 인해 고주파수화가 진행되고 있다.
상기의 이유로, 마이크로 프로세서의 전원에는 di/dt의 큰 과도 전류가 흐르게 되며, 과도 전류와 디커플링 캐패시터의 ESL(Equivalent Serial Inductance; 등가직렬인덕턴스)에 따라 전원 전압 변동을 유발하게 되었다.
또한, 전원 전압의 저전압화에 따라 신호파의 진폭도 작아지게 된다.
따라서, 상기 마이크로 프로세서의 경우 상기 전원 전압 변동이 신호파의 역치 전압을 넘는 경우 오동작을 일으킬 수 있다.
일반적으로 상기 전원 전압 변동은 커패시터의 ESL을 낮춤으로써 저하시킬 수 있다.
따라서, 상기 탄탈륨 소재를 이용한 소형 커패시터에서도 상기 저ESL에 대한 연구가 요구된다.
본 발명의 목적은 ESL이 개선된 탄탈륨 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양은, 탄탈 분말을 포함하는 캐패시터 본체; 상기 캐패시터 본체의 하면을 통해 일부가 노출된 2개의 탄탈 와이어; 상기 캐패시터 본체 및 상기 탄탈 와이어를 둘러싸며, 상기 탄탈 와이어의 단부가 노출되도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부 하면에 배치되며, 상기 탄탈 와이어의 노출된 단부와 각각 접속된 제1 및 제2 양극 단자; 상기 몰딩부 하면에서 상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에 배치된 음극 단자; 및 상기 캐패시터 본체와 상기 음극 단자 사이에 배치된 연결 단자; 를 포함하는 탄탈륨 캐패시터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 양극 단자에서 음극 단자로 연결되는 전류 루프(current loop)의 길이를 최소화함으로써 탄탈륨 캐패시터의 전기저항특성인 ESL을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 캐패시터 본체 및 탄탈 와이어를 나타낸 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터의 캐패시터 본체, 탄탈 와이어, 제1 및 제2 양극 단자, 및 음극 단자를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 탄탈륨 캐패시터 중 탄탈 와이어의 다른 실시 예를 나타낸 투명사시도이다.
도 2는 도 1의 캐패시터 본체 및 탄탈 와이어를 나타낸 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터의 캐패시터 본체, 탄탈 와이어, 제1 및 제2 양극 단자, 및 음극 단자를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 탄탈륨 캐패시터 중 탄탈 와이어의 다른 실시 예를 나타낸 투명사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 각 실시 형태의 도면에서 나타난 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 캐패시터 본체 및 탄탈 와이어를 나타낸 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터(100)는, 캐패시터 본체(10); 탄탈 와이어(11); 제1 및 제2 양극 단자(31, 32); 음극 단자(33) 및 몰딩부(60);를 포함한다.
캐패시터 본체(10)는 탄탈 재질을 이용하여 형성되며, 음극으로서 작용한다.
캐패시터 본체(10)는 다공질의 밸브작용 금속체로 이루어진다.
캐패시터 본체(10)는 상기 다공질 밸브작용 금속체의 표면에 유전체층, 고체전장질층 및 음전극층을 순차적으로 형성하여 제작할 수 있다.
일 예로서, 캐패시터 본체(10)는 일 예로서 탄탈 분말과 바인더를 일정 비율로 혼합하여 교반시키고, 이렇게 혼합된 분말을 압축하여 직육면체로 성형한 후 이를 고온 및 고진동 하에서 소결시켜 제작할 수 있다.
보다 구체적으로, 탄탈륨 캐패시터(Tantalum Capacitor)는 탄탈 분말(Tantalum Powder)을 소결하여 굳혔을 때 나오는 빈 틈을 이용하는 구조이다.
이에, 캐패시터 본체(10)는 탄탈 표면에 양극 산화법을 이용하여 산화 탄탈(Ta2O5)을 형성하고, 이 산화 탄탈을 유전체로 하여 그 위에 전해질인 이산화망간층(MnO2) 또는 전도성 고분자층을 형성하며, 상기 이산화망간층 또는 전도성 고분자층 위에 카본층 및 금속층을 형성하여 제작할 수 있다.
이때, 캐패시터 본체(10)는 필요시 표면에 카본 및 은(Ag)이 도포될 수 있다.
상기 카본은 캐패시터 본체(10) 표면의 접촉 저항을 감소시키기 위한 것이ㄷ다.
상기 은(Ag)은 음극 단자(33) 접속시 전기 연결성을 향상시키기 위한 것이다.
이하, 본 실시 형태에서는, 설명의 편의를 위해, 캐패시터 본체(10)의 실장 면을 하면(1)으로, 하면(2)과 두께 방향으로 서로 마주보는 면을 상면(2)으로, 캐패시터 본체(10)의 길이 방향의 양 측면을 제1 및 제2 측면(3, 4)으로, 제1 및 제2 측면(3, 4)과 수직으로 교차하며 서로 마주보는 캐패시터 본체(10)의 폭 방향의 면을 제3 및 제4 측면(5, 6)으로 정의하기로 한다.
탄탈 와이어(11)는 양극으로 작용할 수 있다.
또한, 탄탈 와이어(11)는 캐패시터 본체(10) 내부에 위치하는 삽입영역(11c)과, 캐패시터 본체(10)의 하면에서 하측으로 돌출되는 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)을 포함한다.
본 실시 형태에서 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)은 캐패시터 본체(10) 내부에서 '∩'자로 절곡되게 형성되 삽입영역(11c)에 의해 서로 연결된다.
이때, 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)은 캐패시터 본체(10)의 길이 방향으로 서로 이격되게 배치되며, 단부가 몰딩부(60)의 하면으로 노출되도록 형성된다.
탄탈 와이어(11)는 상기 탄탈 분말과 바인더가 혼합된 분말을 압축하기 전에, 상기 탄탈 분말과 바인더의 혼합물에 삽입하여 장착할 수 있다.
즉, 캐패시터 본체(10)는 바인더를 혼합한 탄탈 분말에 탄탈 와이어(11)를 삽입 장착하여 원하는 크기의 탄탈 소자를 성형한다.
다음으로, 상기 탄탈 소자를 약 1,000 내지 2,000 ℃의 고진공(10-5 torr 이하) 분위기에서 30 분 정도 소결시켜 제작할 수 있다.
또한, 탄탈 와이어(11)는 전류 경로를 최소화하기 위해 캐패시터 본체(10)의 하면(1)에서 수직으로 인출되는 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 필요시 탄탈 와이어(11)는 캐패시터 본체(10)의 하면에서 일정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
제1 및 제2 양극 단자(31, 32)는 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 양극 단자(31, 32)는 몰딩부(60)의 하면으로 노출되도록 형성되며, 캐패시터 본체(10)의 길이 방향으로 이격되게 배치된다.
또한, 제1 및 제2 양극 단자(31, 32)의 상면에는 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)의 노출된 단부가 각각 접속되어 전기적으로 연결된다.
이때, 제1 및 제2 양극 단자(31, 32)와 탄탈 와이어(11)의 제1 및 제2 비삽십영역(11a, 11b) 사이에는 도전성 접착층(40)이 각각 배치될 수 있다.
도전성 접착층(40)은 예컨대 에폭시 계열의 열경화성 수지 및 금속 분말을 포함하는 도전성 접착제를 일정량 디스펜싱 또는 점 돗팅하여 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 분말은 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
음극 단자(33)는 니켈/철 합금 등의 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 음극 단자(33)는 그라운드 단자로 기능할 수 있다.
음극 단자(33)는 제1 및 제2 양극 단자(31, 32) 사이에 배치된다.
또한, 음극 단자(33)의 하면은 몰딩부(40)의 하면으로 노출되도록 형성되며, 상면에는 캐패시터 본체(10)가 실장된다.
이때, 음극 단자(33)와 캐패시터 본체(10) 사이에는 연결 단자(51)가 배치될 수 있다.
탄탈 와이어(11)의 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)의 길이에 의해 캐패시터 본체(10)의 하면과 음극 단자(33)의 상면 사이에 간격이 발생할 수 있는데, 연결 단자(51)는 이러한 간격을 보상하는 역할을 한다.
또한, 음극 단자(33)와 연결 단자(51) 사이에는 도전성 접착층(40)이 배치될 수 있다.
도전성 접착층(40)은 예컨대 에폭시 계열의 열경화성 수지 및 금속 분말을 포함하는 도전성 접착제를 일정량 디스펜싱 또는 점 돗팅하여 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 분말은 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
몰딩부(60)는 캐패시터 본체(10)를 둘러싸도록 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드; epoxy molding compound) 등의 수지를 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)하여 형성될 수 있다.
이때, 몰딩부(60)는 도전성 접착층(40)의 하면 또는 탄탈 와이어(11)의 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)의 단부가 노출되도록 형성된다.
또한, 몰딩부(60)는 연결 단자(51)의 하면이 노출되어 음극 단자(33)가 접속되도록 형성된다.
몰딩부(60)는 외부로부터 탄탈 와이어(11) 및 캐패시터 본체(10)를 보호하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 캐패시터 본체(10)와 양극 단자(31, 32)를 서로 절연시키는 역할을 한다.
본 실시 형태에서는, 탄탈 와이어(11)가 캐패시터 본체(10)의 하면을 통해 제1 및 제2 양극 단자(31, 32)와 직접 연결되고 제1 및 제2 양극 단자(33) 사이에 음극 단자(33)가 배치된다.
따라서, 전원 인가시 양극에서 음극으로 연결되는 전류 루프(CP, current loop)의 길이를 최소화하여 탄탈륨 캐패시터(100)의 전기저항특성인 ESL을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 캐패시터 본체(10)에 역방향 전류가 발생하기 때문에 상호 인덕턴스의 작용을 통해 ESL을 더 저감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 탄탈륨 캐패시터의 캐패시터 본체, 탄탈 와이어, 제1 및 제2 양극 단자, 및 음극 단자를 나타낸 분해사시도이다.
여기서, 앞서 설명한 일 실시 형태와 유사한 부분에 대해서는 중복을 피하기 위하여 이에 대한 구체적인 설명을 생략하며, 앞서 설명한 실시 형태와 상이한 구조를 갖는 복수의 캐패시터 본체에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 캐패시터 본체의 방향과 각 면에 대한 정의는 앞서 도 1을 참조한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태의 탄탈륨 캐패시터는 복수의 캐패시터 본체(10)가 몰딩부의 폭 방향으로 소정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
이 경우 배치된 복수의 캐패시터 본체(10)에 분산되어 전류가 흐르기 때문에 ESR(등가직렬저항, Equivalent Series Resistance)이 저감되어, 보다 큰 리플 전류(ripple current)를 허용할 수 있다.
또한, 복수의 캐패시터 본체를 배치함으로써 용량 형성 영역이 되는 표면적이 커져서 보다 높은 정전 용량을 얻을 수 있다.
이때, 각각의 캐패시터 본체(10)는 탄탈 와이어(11)를 각각 가지며, 복수의 탄탈 와이어는 각각 삽입영역(11c)과 제1 및 제2 비삽입영역(11a, 11b)을 포함한다.
이 경우, 캐패시터 전체 칩 사이즈를 동일하게 하기 위해 각각의 캐패시터 본체의 폭은 앞서 일 실시 형태에서의 캐패시터 본체의 폭의 1/2 미만일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 앞서 설명한 일 실시 형태의 캐패시터 본체와 동일한 폭의 캐패시터 본체를 사용하고 전체 칩의 폭을 늘리도록 구성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 2개의 캐패시터 본체를 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 본 발명은 필요시 3개 이상의 캐패시터 본체를 몰딩부의 폭 방향으로 서로 이격되게 배치하여 구성할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 탄탈륨 캐패시터는 캐패시터 본체(10)에 위치한 삽입영역(12b, 13b)에 의해 제1 및 제2 비삽입영역(12a, 13a)이 연결되지 않고, 각각 분리된 형태로 이루어진 2개의 탄탈 와이어(12, 13)를 캐패시터 본체(10)에 의해 서로 이격되게 배치하여 구성할 수 있다.
본 실시 형태의 탄탈륨 캐패시터는, 와이어를 격리함므로써 탄탈 와이어(12, 13)에 흐르는 직류 전류의 양이 저감되어, 캐패시터 본체(10) 내부에 생기는 발열 온도 상승이 적고, 신뢰성이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10, 20 ; 캐패시터 본체
11, 12, 13, 21 ; 탄탈 와이어
31, 32 ; 제1 및 제2 양극 단자
33 ; 음극 단자
40 ; 도전성 접착층
51 ; 연결 단자
60 ; 몰딩부
100 ; 탄탈륨 캐패시터
11, 12, 13, 21 ; 탄탈 와이어
31, 32 ; 제1 및 제2 양극 단자
33 ; 음극 단자
40 ; 도전성 접착층
51 ; 연결 단자
60 ; 몰딩부
100 ; 탄탈륨 캐패시터
Claims (15)
- 탄탈 분말을 포함하는 캐패시터 본체;
상기 캐패시터 본체의 하면을 통해 일부가 노출된 2개의 탄탈 와이어;
상기 캐패시터 본체 및 상기 탄탈 와이어를 둘러싸며, 상기 탄탈 와이어의 단부가 노출되도록 형성된 몰딩부;
상기 몰딩부 하면에 배치되며, 상기 탄탈 와이어의 노출된 단부와 각각 접속된 제1 및 제2 양극 단자;
상기 몰딩부 하면에서 상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에 배치된 음극 단자; 및
상기 캐패시터 본체와 상기 음극 단자 사이에 배치된 연결 단자;를 포함하며,
상기 탄탈 와이어와 상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에는 제1 도전성 접착층이 배치되고 상기 캐패시터 본체와 상기 연결 단자 사이에는 제2 도전성 접착층이 배치되며,
상기 제2 도전성 접착층은 상기 제1 도전성 접착층보다 상기 캐패시터 본체에 더 인접하여 배치된 탄탈륨 캐패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부의 폭 방향으로 복수의 캐패시터 본체가 이격되게 배치되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 캐패시터 본체와 상기 제1 및 제2 양극 단자가 상기 몰딩부에 의해 절연되는 탄탈륨 캐패시터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄탈 와이어가 상기 캐패시터 본체의 하면에서 수직으로 인출되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 탄탈 와이어가 상기 캐패시터 본체의 하면에서 경사지게 인출되는 탄탈륨 캐패시터.
- 탄탈 분말을 포함하는 캐패시터 본체;
상기 캐패시터 본체 내부에 위치하는 삽입영역과, 상기 캐패시터 본체의 실장 면에서 외부로 돌출되는 제1 및 제2 비삽입영역을 갖는 탄탈 와이어;
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역과 접속된 제1 및 제2 양극 단자;
상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에 배치되며, 상기 캐패시터 본체가 실장되는 음극 단자;
상기 캐패시터 본체와 상기 음극 단자 사이에 배치된 연결 단자; 및
상기 캐패시터 본체 및 상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역을 둘러싸며, 상기 제1 및 제2 양극 단자 및 상기 음극 단자의 실장 면이 노출되도록 형성된 몰딩부;를 포함하며,
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역과 상기 제1 및 제2 양극 단자 사이에는 제1 도전성 접착층이 배치되고 상기 캐패시터 본체와 상기 연결 단자 사이에는 제2 도전성 접착층이 배치되며,
상기 제2 도전성 접착층은 상기 제1 도전성 접착층보다 상기 캐패시터 본체에 더 인접하여 배치된 탄탈륨 캐패시터.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 몰딩부의 폭 방향으로 복수의 캐패시터 본체가 이격되게 배치되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 캐패시터 본체와 상기 양극 단자가 상기 몰딩부에 의해 절연되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역은 상기 삽입영역에 의해 연결되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역은 상기 캐패시터 본체에 의해 서로 이격되게 배치되는 탄탈륨 캐패시터.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역이 상기 캐패시터 본체의 실장 면에서 수직으로 인출되는 탄탈륨 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 탄탈 와이어의 제1 및 제2 비삽입영역이 상기 캐패시터 본체의 실장 면에서 경사지게 인출되는 탄탈륨 캐패시터.
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