KR20120037749A - 고체 전해 캐패시터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 전해 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고체 전해 캐패시터 제조방법은 금속 펠릿 표면에 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 펠릿과 상기 전도성 고분자 층 사이에 유전체 층을 형성시키는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 전해 캐패시터 제조방법은 금속 표면에 직접 전도성 고분자 층을 형성하므로 균일한 막 형성이 가능하고 유전체 표면에 전극 형성이 불필요하여 공정 단축이 가능하며 금속 기공의 크기 및 캐패시터의 형상과 무관하게 균일한 고분자 막 형성이 가능하여 캐패시터의 용량을 최대로 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 고체 전해 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 펠릿 표면에 직접 전도성 고분자 층을 형성하므로 금속 기공의 크기 및 캐패시터의 형상과 무관하게 균일한 고분자 막 형성이 가능하여 캐패시터의 용량을 최대로 구현할 수 있는 고체 전해 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 전해 캐패시터는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류 전류를 차단하고 교류 전류를 통과시키려는 목적에도 사용되는 전자부품이며, 이러한 고체 전해 콘덴서 중 가장 대표적인 탄탈륨 캐패시터는 일반 산업기기용은 물론 정격 전압 사용 범위가 낮은 응용회로에 사용되며, 특히 주파수 특성이 문제되는 회로나 휴대 통신기기의 잡음 감소를 위하여 많이 쓰이고 있다.
종래의 고체 전해 캐패시터 제조 공정은 먼저, 금속 표면에 유전체를 형성하였으며, 그 후 전기화학중합에 의해 유전체 상에 전도성 고분자 층을 형성하였다. 이 경우 부도체의 특성을 지닌 유전체 상에 도전성을 부여하기 위하여 화학적 산화중합에 의한 전도성 고분자 층을 사전에 형성한 후에 전기화학중합이 행해졌다.
이러한 종래기술에 의한 제조방법에 있어서는 부도체인 유전체 표면에 전도성 고분자를 형성하여야 하므로 유전체 표면 전체에 전도성 고분자 막을 고르게 형성시키기가 어려웠으며 따라서, 전극 형성이 난해함으로 인해 용량 구현율에 제한이 생길 뿐만 아니라 부도체인 유전체 표면에 전도성 고분자 형성을 위해서는 화학적 산화중합 및 전기화학중합의 다수 공정이 요구된다는 문제가 있었다.
본 발명은 금속 펠릿 표면에 직접 전도성 고분자 층을 형성하고 다음으로 금속 펠릿과 전도성 고분자 층 사이에 유전체 층을 양극산화에 의해 형성함으로써, 캐패시터의 용량을 최대로 구현할 수 있는 고체 전해 캐패시터 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 금속 펠릿 표면에 전도성 고분자 층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 펠릿과 상기 전도성 고분자 층 사이에 유전체 층을 형성하는 단계;를 포함하는 고체 전해 캐패시터 제조방법을 제공한다.
상기 유전체 층은 상기 금속 펠릿의 양극산화에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 유전체 층은 전도성 고분자 층이 형성된 금속 펠릿을 전해액에 함침하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 전도성 고분자 층은 전해 중합법에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 전도성 고분자 층을 형성하는 단계는 상기 금속 펠릿을 상기 고분자의 단량체 및 산화제를 포함하는 용액에 침지시켜 상기 금속 표면에서 고분자 중합이 수행되도록 할 수 있다.
나아가, 상기 단량체는 티오펜계, 이미드계, 피롤계, 아닐린계, 및 퓨란계 단량체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 산화제는 염화제2철 및 과황산암모늄 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 또는 니오븀(Nb) 중의 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 금속 펠릿은 0.01 내지 10 μm의 기공을 갖는 것일 수 있다.
본 발명인 고체 전해 캐패시터 제조방법에 따라 제조된 고체 전해 캐패시터는 금속 펠릿 표면에 직접 전도성 고분자 층을 형성하므로 균일한 막 형성이 가능하고 유전체 표면에 전극 형성이 불필요하여 공정 단축이 가능하며 금속 기공의 크기 및 캐패시터의 형상과 무관하게 균일한 고분자 막 형성이 가능하여 캐패시터의 용량을 최대로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정에 관한 플로우 차트이다.
도 4는 종래기술에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정에 관한 플로우 차트이다.
도 4는 종래기술에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
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.
도 4는 종래 기술에 의한 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 금속 펠릿(10) 표면에 유전체(11)를 형성하기 위하여 양극 산화법에 의해 유전체 산화피막을 형성한다.
다음, 캐패시터의 음극으로 전기화학중합에 의해 전도성 고분자를 적용하기 위해 유전체이자 부도체의 이중적 특성을 지닌 유전체(11) 산화피막 상에 도전성을 부여하기 위하여 화학적 산화중합에 의해 전도성 고분자(12) 층을 사전에 형성한다. 상기 화학적 산화중합에 의한 전도성 고분자(12) 층의 형성은 고분자 단량체 및 산화제를 사용하여 몇회 반복하여 실시한다.
그 다음, 화학적으로 전도성 고분자(12) 층 형성이 끝난 소자의 상단부위에 특정 재질의 외부전극을 적용하여 정전류법에 의하여 전기화학중합을 실시함으로써 고분자(12) 층을 형성한다. 그 다음, 일반적인 기타 공정을 통해 고체 전해 캐패시터를 제조하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 고체 전해 캐패시터 제조 방법에 있어서는, 전술한 바와 같이 유전체 표면 전체에 전도성 고분자 막을 고르게 형성시키기가 어려웠으며, 용량 구현율에 제한이 생길 뿐만 아니라 화학적 산화중합 및 전기화학중합의 다수 공정이 요구된다는 문제가 있었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정도이다.
도 3은 발명의 일실시예에 따른 고체 전해 캐패시터 제조 공정에 관한 플로우 차트이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 고체 전해 캐패시터 제조방법은 금속 펠릿(100) 표면에 전도성 고분자(102)층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 펠릿(100)과 상기 전도성 고분자(102)층 사이에 유전체(101)층을 형성시키는 단계;를 포함한다.
금속 펠릿(100) 표면에 전도성 고분자(102)층을 형성하는 단계(S100)는 전해 중합법에 의해 형성될 수 있으며, 금속 펠릿(100)을 전도성 고분자(102)의 단량체 및 산화제를 포함하는 용액에 침지시켜 금속 펠릿(100) 표면에서 고분자 중합이 수행될 수 있다.
전도성 고분자(102)층은 고체 전해 캐패시터의 음극층으로서 기능하기 위하여 형성된 것이므로 도전성을 갖추어야 한다.
전도성 고분자(102)는 음극에 사용될 수 있는 전도성 고분자라면 어떤 것이든 사용될 수 있으나, 예를 들면, 폴리티오펜, 폴리이미드, 폴리피롤, 폴리아닐린, 및 폴리퓨란 중 어느 하나일 수 있다.
이 때, 단량체는 티오펜계, 이미드계, 피롤계, 아닐린계, 및 퓨란계 단량체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 산화제는 중합된 고분자가 원하는 도전성을 나타낼 수 있도록 고분자에 전자를 공여하는 전자 공여체이다.
산화제는 예를 들면, 염화제2철 또는 과황산암모늄일 수 있다.
또한, 고체 전해 캐패시터의 양극으로서의 상기 금속은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 또는 니오븀(Nb) 중의 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서는 금속 펠릿(100) 표면에 전도성 고분자(102)층을 형성하는 상기 단계(S100) 이후, 유전체 층을 상기 금속 펠릿(100) 표면과 전도성 고분자(102) 층 사이에 형성하기 위하여 양극 산화를 실시한다(S101).
양극산화에 의해 유전체 산화피막을 형성하는 단계는 일반적인 공정을 따르게 된다.
즉, 금속(100)과 동일한 재료의 양극 와이어(103)를 금속 펠릿(100) 소자 상단부에 삽입하여 양극으로 사용하고, 상기 전도성 고분자(102) 층이 표면에 형성된 금속 펠릿(100)에 대해 일정온도의 조건하에 인산수용액 상에서 정전류 방식으로 양극산화를 실시하여 상기 금속(100)과 상기 전도성 고분자(102)층 사이에 유전체 산화피막을 형성함으로써(S101), 금속 펠릿(100), 유전체(101)층 및 전도성 고분자(102) 층이 순서대로 형성된 일반적인 고체 전해 캐패시터 제조가 가능하다(S102).
상기 금속 펠릿(100)과 전도성 고분자(102)층 사이에 유전체(101)층의 형성은 전도성 고분자의 구조적 특성, 즉 전도성 고분자 막에는 미세한 기공이 있으므로 물질이 통과할 수 있어 전도성 고분자(102) 층 내부로 유전체의 산화 피막을 양극 산화를 통해 형성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 고체 전해 캐패시터 제조방법에 의해 제조된 고체 전해 캐패시터는 종래 기술과는 달리, 금속 펠릿(100) 표면에 전도성 고분자(102)층을 형성하는 단계(S100)를 금속 펠릿(100) 표면에 유전체(101) 층을 형성하는 단계(S101) 이전에 실시하므로 금속 펠릿(100) 표면에 전도성 고분자 막이 균일하게 형성될 수 있어 0.01 내지 10 μm의 기공을 갖는 금속 펠릿의 경우에도 기공의 크기와 무관하게 전도성 고분자 막을 쉽게 전체에 형성시킬 수 있다.
또한, 전해중합을 위한 전도성 고분자 막을 유전체 표면에 만들 필요가 없어서, 종래 기술에서처럼 유전체 표면에 대해 화학적 산화중합 및 전기화학중합을 반복 실시하여 전도성 고분자 막을 형성하는 다수의 공정이 불필요한 바 공정의 단축이 가능하게 된다.
즉, 부도체인 유전체 표면에 대해 전도성 고분자 막을 형성하기 위해 요구되는 다수의 공정이 본 발명에서는 불필요하다는 장점이 있다.
본 발명의 고체 전해 캐패시터의 제조방법은 금속 펠릿 표면에 직접 전도성 고분자 막을 형성하므로 균일한 고분자 막의 형성이 가능하고, 이후에 금속 펠릿과 전도성 고분자 막 사이에 양극 산화에 의해 유전체의 산화피막이 형성되므로 금속 기공의 크기 및 캐패시터의 형상과 무관하게 캐패시터의 용량을 최대로 구현할 수 있다.
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.
10, 100: 금속 11, 101: 유전체
12, 102: 전도성 고분자 103: 양극 와이어
12, 102: 전도성 고분자 103: 양극 와이어
Claims (9)
- 금속 펠릿 표면에 전도성 고분자 층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 펠릿과 상기 전도성 고분자 층 사이에 유전체 층을 형성하는 단계;
를 포함하는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유전체 층은 상기 금속 펠릿의 양극산화에 의해 형성되는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유전체 층은 상기 전도성 고분자층이 형성된 금속 펠릿을 전해액에 함침하여 형성되는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자 층은 전해중합에 의해 형성되는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자 층을 형성하는 단계는 상기 금속 펠릿을 상기 전도성 고분자의 단량체 및 산화제를 포함하는 용액에 침지시켜 상기 금속 펠릿 표면에서 고분자 중합을 하여 수행되는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 단량체는 티오펜계, 이미드계, 피롤계, 아닐린계, 및 퓨란계 단량체로 구성된 군으로부터 선택되는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 산화제는 염화제2철 및 과황산암모늄 중 어느 하나인 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 펠릿은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 또는 니오븀(Nb) 중의 어느 하나로 만들어진 고체 전해 캐패시터 제조방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 펠릿은 0.01 내지 10 μm의 기공을 갖는 고체 전해 캐패시터 제조방법.
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