KR20010088355A - 고체전해콘덴서 - Google Patents
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Abstract
(과제)
유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서, 땜납내열시험 등에 의한 케이스나 밀봉구 부재의 부풀어오름을 방지함과 동시에, 등가직렬저항이나 누설전류의 증대화를 억제한다.
(해결수단)
상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자를, 실란 커플링제를 혼합한 에폭시수지로 피복한다.
상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자의 외측을, 제 1 수지층 및 제 2 수지층으로 순서대로 피복하고, 상기 제 1 수지층의 재료로서, 상기 제 2 수지층에 비해 가요성이 높은 것을 사용한다.
Description
본 발명은, 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 관한 것이다.
유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서로서, 도 4 에 나타내는 구성의 것이 공지되어 있다.
이 고체전해콘덴서는, 유전체피막이 형성된 양극호일과 대향 음극호일을 세퍼레이터를 사이에 두고 감은 콘덴서소자 (11) 에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 바닥이 있는 통형상의 외장케이스 (15) 에 수납하고, 밀봉구(密封口) 고무 (16) 로 밀봉한 후, 표면실장용 좌판(座板) (18) 을 장착한 것이다. 부호 (17a,17b) 는, 양극 및 음극의 출력단자를 나타내고 있다.
종래, 이 종류의 고체전해콘덴서에 있어서는, 콘덴서소자에 함침된 도전성폴리머가, 그 도전성폴리머 형성후의 제조공정중에서 흡습되어, 콘덴서 완성품에 대해 땜납내열시험이나 내구성시험을 실시하면, 등가직렬저항이나 누설전류가 커지는 경우가 있었다.
한편, 일본 특개평11-204377호에는, 이 종류의 고체전해콘덴서에 있어서, 땜납내열시험 등에 의한 도전성폴리머로부터의 가스 발생을 억제하여 케이스나 밀봉구 부재의 부풀어오름을 방지하기 위해, 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자의 외측을, 에폭시수지 등으로 피복하는 기술이 개시되어 있다.
상기 일본 특개평11-204377호에 개시된 기술에 따라, 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자의 외측에 에폭시수지층을 형성한 고체전해콘덴서에 있어서는, 땜납내열시험 등을 실시하면, 도전성폴리머를 포함하는 콘덴서소자의 구성부재와 에폭시수지층과의 열팽창율의 차이 등에 의해, 콘덴서소자내에 기계적 스트레스가 더해져 유전체피막이 손상되어, 누설전류가 현저하게 증대되는 경우가 있다.
본 발명은, 음극전해질로서 도전성폴리머를 이용한 고체전해콘덴서에 있어서, 상술한 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 고체전해콘덴서는, 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서,
상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자를, 실란 커플링제를 혼합한 에폭시수지로 피복한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 2 태양에 따른 고체전해콘덴서는, 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서,
상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자의 외측에는, 제 1 수지층 및 제 2 수지층이 순서대로 형성되고,
상기 제 1 수지층은, 상기 제 2 수지층에 비해 가요성이 높은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 구성에 의하면, 콘덴서소자의 외측에 밀착하여 가요성이 높은 재료로 이루어지는 제 1 수지층이 배치됨으로써, 콘덴서소자내에 기계적 스트레스가 전달되지 않으므로, 콘덴서소자내의 유전체피막이 손상되지 않는다.
또, 제 1 수지층을 이러한 재료로 구성함으로써, 기밀성 등을 확보하기 위해 형성되는 제 2 수지층에 관하여, 재료선택의 폭이 넓어진다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체전해콘덴서의 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예 및 비교예에 따른 콘덴서소자의 흡습성을 나타내는 실험결과도.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체전해콘덴서의 단면도.
도 4 는 종래예에 따른 고체전해콘덴서의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 콘덴서소자
12 : 에폭시수지
15 : 외장케이스
16 : 밀봉구 부재
18 : 표면실장용 좌판
17a, 17b : 양극출력단자, 음극출력단자
21 : 제 1 수지층
22 : 제 2 수지층
(제 1 실시예)
본 발명의 제 1 실시예에 의한 고체전해콘덴서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 권회형 콘덴서소자 (11) 내에 도전성폴리머층을 형성하고, 그 콘덴서소자를, 실란 커플링제를 혼합한 에폭시수지 (12) 로 피복한 후, 알루미늄제 외장케이스 (15) 내에 수납하고, 고무제의 밀봉구 부재 (16) 를 장착하여 밀봉한 후, 표면실장용 좌판 (18) 을 장착한 것이다.
권회형 콘덴서소자는, 에칭처리 및 화성처리를 실시한 알루미늄호일을 양극으로 하고, 대향 음극호일과의 사이에 세퍼레이터지를 끼워 원통형상으로 감은 것이다.
권회형 콘덴서소자내에 도전성폴리머층을 형성하기 위해서는, 먼저 산화중합에 의해 도전성폴리머가 되는 모노머로서의 3,4-에틸렌디옥시티오펜과, 산화제로서의 파라톨루엔술폰산철 (III) 과, 희석제로서의 n-부틸알콜을 함유하는 화학중합액을 준비한다. 그리고, 그 화학중합액에 상기 콘덴서소자를 침지한 후, 약 200 ℃ ×수분간의 열처리를 실시함으로써, 콘덴서소자내의 양극화성호일 및 대향 음극호일에 밀착한 3,4-에틸렌디옥시티오펜의 폴리머층이 형성된다.
실란 커플링제를 혼합한 에폭시수지로 이루어지는 피복층은, 상기 도전성폴리머층을 형성한 콘덴서소자를, 실란 커플링제와 에폭시수지를 약 1 : 1 의 중량비로 혼합한 혼합액에 침지한 후, 꺼내어 건조시킴으로써 형성된다. 실란 커플링제로는, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 [화학식 : CH2(O)CHCH2OC3H6Si(OCH3)3] 등이 사용된다. 실란 커플링제와 에폭시수지와의 혼합비율은 약 1 : 1 로 한정되지 않고, 예를 들면 약 0.001 ∼ 1000 : 1 의 범위내에서 적절히 선택된다.
상기 피복층을 형성한 콘덴서소자는, 양극 및 음극의 출력단자 (17a,17b) 의 근원부분에 밀봉구 고무 (16) 를 장착한 상태에서, 바닥이 있는 통형상의 알루미늄제 외장케이스 (15) 에 수납되고, 그 개구부에 횡 드로잉 가공 및 컬 가공이 실시된 후, 정격전압을 인가하면서 수십분 ∼ 수시간의 에이징처리가 실시되어, 콘덴서 완성품이 된다.
상기 본 발명의 실시형태에 따라서 도전성폴리머층 및 피복층을 형성한 콘덴서소자 [제 1 실시예] 와, 피복층을 형성하지 않는 콘덴서소자 [제 1 비교예] 를, 온도 25 ℃ ·습도 70 % 의 공기중에 방치했을 때의, 소자 1 개당의 흡습량의 변화를 도 2 에 나타내었다.
또, 상기 본 발명의 실시태양에 따라서 도전성폴리머층 및 피복층을 형성한 콘덴서소자를 이용한 고체전해콘덴서 [제 1 실시예] 와, 피복층을 형성하지 않는 콘덴서소자를 이용한 고체전해콘덴서 [제 1 비교예] 에 대해, VPS 법 (Vapor PhaseSoldering 법) 에 의한 땜납내열시험 (240 ℃ ×40 초 ×2 회) 을 실시한 후, 내구성시험 (정격전압을 인가하면서, 105 ℃ ×500 시간) 을 실시한 결과를 표 1 에 나타낸다.
| 시험전 | 땜납내열시험후 | 내구성시험후 | ||||||
| ESR(mΩ) | LC(μA) | ΔC/C(%) | ESR(mΩ) | LC(μA) | ΔC/C(%) | ESR(mΩ) | LC(μA) | |
| 제1실시예 | 46.1 | 63.3 | -0.53 | 46.5 | 421 | -1.04 | 46.9 | 0.95 |
| 제1비교예 | 46.1 | 60.6 | -0.64 | 58.3 | 1125 | -1.34 | 73.6 | 163 |
상기 제 1 실시예 및 제 1 비교예 에서의 콘덴서소자는, 정격 16V-27μF, 외형 φ6.3 mm ×L5.8mm 인 것이다.
표 1 에 있어서, ΔC/C 는 120 Hz 에서의 정전용량의 시험전에 대한 변화율, ESR 은 100 kHz 에서의 등가직렬저항, LC 는 정격전압인가 60 초후의 누설전류를 나타내며, 각 특성치는, 시료수 각 20 개에 대한 평균이다.
도 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명 실시예에 따른 콘덴서소자는, 비교예에 비해 흡습되기 어렵고, 표 1 에서 알 수 있듯이, 본 발명 실시예에 따른 고체전해콘덴서는, 비교예에 비해 땜납내열시험이나 내구성시험에 의한 특성변화가 적다.
상기 실시예에 있어서는, 음극전해질의 재료로서, 3,4-에틸렌디옥시티오펜의 폴리머를 사용했지만, 다른 도전성폴리머 (예컨대, 피롤, 티오펜, 아닐린, 또는 그들의 유도체를 산화중합시킨 폴리머) 를 이용해도 된다.
또, 상기 실시예에 있어서는 권회형 콘덴서소자를 사용했지만, 유전체피막을 형성한 탄탈의 소결체 등을 양극부재로 한 콘덴서소자를 사용해도 된다.
본 발명에 의하면, 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서, 도전성폴리머를 형성한 후의 제조공정에서의 도전성폴리머의 흡습이 억제되고, 콘덴서 완성품에 대해 땜납내열시험이나 내구성시험을 실시해도, 등가직렬저항이나 누설전류 등이 변화하기 어려워진다.
(제 2 실시예)
본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체전해콘덴서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 권회형 콘덴서소자 (11) 내에 도전성폴리머층을 형성하고, 그 콘덴서소자의 외측을 가요성이 높은 제 1 수지층 (21) 으로 피복하고, 그 외측을 기밀성이 높은 제 2 수지층 (22) 으로 다시 피복하여, 이것을 알루미늄제 외장케이스 (15) 내에 수납함과 동시에 고무제의 밀봉구 부재 (16) 를 장착하여 밀봉하고, 표면실장용 좌판 (18) 을 장착한 것이다.
권회형 콘덴서소자는, 에칭처리 및 화성처리를 실시한 알루미늄호일을 양극으로 하고, 대향 음극호일과의 사이에 세퍼레이터지를 끼워 원통형상으로 감은 것이다.
권회형 콘덴서소자내에 도전성폴리머층을 형성하기 위해서는, 먼저 산화중합에 의해 도전성폴리머가 되는 모노머로서의 3,4-에틸렌디옥시티오펜과, 산화제로서의 파라톨루엔술폰산철 (III) 과, 희석제로서의 n-부틸알콜을 함유하는 화학중합액을 준비한다. 그리고, 그 화학중합액에 상기 콘덴서소자를 침지한 후, 약 200 ℃ ×수분간의 열처리를 실시함으로써, 콘덴서소자내의 양극화성호일 및 대향 음극호일에 밀착한 3,4-에틸렌디옥시티오펜의 폴리머층이 형성된다.
상기 제 1 수지층을 구성하는 재료로는, 상기 제 2 수지층에 비해 가요성이 높은 열경화성 수지 (에폭시수지 등) 가 적합하고, 상기 제 2 수지층을 구성하는 재료로는, 상기 제 1 수지층에 비해 기밀성 높은 열경화성 수지 (산무수물계 에폭시수지 등) 가 적합한다.
수지재의 가요성은, 록웰경도, 항장력, 파단신장율 등의 수치에 의해 정량화할 수 있고, 상기 제 1 수지층을 구성하는 수지재로는, 록웰경도가 M 스케일로 100 이하, 항장력이 5 kg 중/mm2이상, 파단신장율이 4 % 이상인 것이 적합한다.
또한, 상기 제 1 수지층은, 도전성폴리머가 피착되어 있는 콘덴서소자의 외주에 대해 밀착성을 가지며, 1013Ω이상의 표면저항율을 갖는 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 수지층을 형성한 콘덴서소자는, 양극 및 음극의 출력단자 (17a,17b) 의 근원부분에 밀봉구 고무 (16) 를 장착한 상태에서, 바닥이 있는 통형상의 알루미늄제 외장케이스 (15) 에 수납되고, 그 개구부에 횡 드로잉 가공 및 컬 가공이 실시된 후, 정격전압을 인가하면서 수십분 ∼ 수시간의 에이징 처리가 실시되어, 콘덴서 완성품이 된다.
본원 발명자는, 상기 본 발명의 실시형태에 따라서 제 1 및 제 2 수지층을 형성한 고체전해콘덴서 [제 2 실시예] 와, 제 1 수지층을 형성하지 않고 제 2 수지층과 동일한 재료로 이루어지는 층만을 형성한 고체전해콘덴서 [제 2 비교예] 를 시험 제작하여, VPS 법에 의한 땜납내열시험 (215 ℃ ×90 도 ×2 회) 을 실시하였다.
땜납내열시험전의 제특성을 표 2 에, 땜납내열시험의 전후에서의 누설전류의 편차를 표 3 에 나타낸다.
| C(μF) | tanδ(%) | ESR(mΩ) | LC수율(%) | |
| 제2실시예 | 221 | 10 | 49 | 92 |
| 제2비교예 | 222 | 10 | 50 | 84 |
| 시험전-LC(μA) | 땜납내열시험후-LC(μA) | |||
| 최소 | 최대 | 최소 | 최대 | |
| 제2실시예 | 1 | 39 | 10 | 100 |
| 제2비교예 | 6 | 26 | 410 | 1310 |
상기 제 2 실시예 및 제 2 비교예 에서 사용한 콘덴서소자는, 정격 20V-22μF, 외형 φ6.3 mm ×L6.0mm 인 것이다.
표 2 에 있어서, C 는 120 Hz 에서의 정전용량, tanδ는 120 Hz 에서의 손실각의 정접, ESR 은 100 kHz 에서의 등가직렬저항을 나타내며, 각 특성치는 시료수각 50 개에 대한 평균이다.
도 2 에서의 LC 수율는, 정격전압을 인가하여 60 초후의 누설전류가 88 μA 이하인 것을 양품으로 한 경우의 양품수/시료수 (각 50 개) 를 나타내고 있다.
표 3 은, 실시예와 비교예 각 50 개의 시료에 대해, 땜납내열시험의 전후에, 정격전압을 인가하여 60 초후의 누설전류 (LC) 를 측정하여, 그 최소치와 최대치를 나타낸 것이다.
표 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명 실시예에 따른 고체전해콘덴서는, 비교예와 거의 동등한 초기특성을 가지고 있다.
표 3 에서 알 수 있듯이, 본 발명 실시예에 따른 고체전해콘덴서에 있어서는, 비교예에 비해, 땜납내열시험에 의한 누설전류의 증대화가 현저하게 억제되어 있다.
상기 실시예에 있어서는, 음극전해질의 재료로서, 3,4-에틸렌디옥시티오펜의 폴리머를 사용했지만, 다른 도전성폴리머 (예컨대, 피롤, 티오펜, 아닐린, 또는 그들의 유도체를 산화중합시킨 폴리머) 를 이용해도 된다.
또, 상기 실시예에 있어서는 권회형 콘덴서소자를 사용했지만, 유전체피막을 형성한 탄탈의 소결체 등을 양극부재로 한 콘덴서소자를 사용해도 된다.
본 발명에 의하면, 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 그 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서, 땜납내열시험 등에 의한 케이스나 밀봉구 부재의 부풀어오름이 방지됨과 동시에, 누설전류의 증대화도 억제된다.
Claims (6)
- 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 상기 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서,상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자를, 실란 커플링제를 혼합한 에폭시수지로 피복한 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
- 제 1 항에 있어서, 유전체피막을 형성한 양극호일과 대향 음극호일을 세퍼레이터를 사이에 두고 감은 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 상기 콘덴서소자를 외장케이스에 수납하여 밀봉한 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전성폴리머는, 티오펜 또는 그 유도체를 산화중합시킨 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
- 유전체피막이 형성된 양극부재를 구비하는 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 상기 콘덴서소자를 외장부재내에 배치하여 밀봉한 고체전해콘덴서에 있어서,상기 도전성폴리머를 함침한 콘덴서소자의 외측에는, 제 1 수지층 및 제 2수지층이 순서대로 형성되고,상기 제 1 수지층은, 상기 제 2 수지층에 비해 가요성이 높은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
- 제 4 항에 있어서, 유전체피막을 형성한 양극호일과 대향 음극호일을 세퍼레이터를 사이에 두고 감은 콘덴서소자에 음극전해질로서의 도전성폴리머를 함침하고, 상기 콘덴서소자를 외장케이스에 수납하여 밀봉한 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
- 제 4 항에 있어서, 상기 도전성폴리머는, 티오펜 또는 상기 유도체를 산화중합시킨 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체전해콘덴서.
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