特開 2023-99299 タンタルキャパシタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023099299

(43)【公開日】2023-07-12

(54)【発明の名称】タンタルキャパシタ

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/028 20060101AFI20230705BHJP

   H01G 9/052 20060101ALI20230705BHJP

   H01G 9/012 20060101ALI20230705BHJP

   H01G 9/042 20060101ALI20230705BHJP

   H01G 9/15 20060101ALI20230705BHJP

【ＦＩ】

H01G9/028 G

H01G9/052 500

H01G9/012 301

H01G9/042 500

H01G9/15

H01G9/028 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184604

(22)【出願日】2022-11-18

(31)【優先権主張番号】10-2021-0192931

(32)【優先日】2021-12-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ－メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホン、ジン ホ

(72)【発明者】

【氏名】ユー、ヨン ソク

(72)【発明者】

【氏名】チョイ、ヘー スン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ヨン ジュン

(57)【要約】

【課題】本発明の目的の一つは、等価直列抵抗の増加を効果的に抑えながらも、吸湿率を低減することで、信頼性に優れたタンタルキャパシタを提供することである。
【解決手段】本発明は、タンタル粉末を含むタンタル焼結体、上記タンタル焼結体上に配置され、非伝導性粒子である第１フィラーを含む伝導性高分子層及びタンタルワイヤーを含むタンタル本体を含み、上記第１フィラーは、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含むコア及び上記コアの表面に形成されたコーティング膜を含む、タンタルキャパシタを提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンタル粉末を含むタンタル焼結体、上記タンタル焼結体上に配置され、非伝導性粒子である第１フィラーを含む伝導性高分子層及びタンタルワイヤーを含むタンタル本体を含み、
前記第１フィラーは、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含むコア及び前記コアの表面に形成されたコーティング膜を含む、タンタルキャパシタ。

【請求項2】

前記コーティング膜は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を含む、請求項１に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項3】

前記第１フィラーの前記コアは、ＳｉＯ_２である、請求項２に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項4】

前記コーティング膜は、前記コアとカップリング剤によって結合された、請求項２に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項5】

前記カップリング剤は、前記コアの表面と共有結合し、
前記コーティング膜中のＰＳＳと結合する、請求項４に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項6】

前記コーティング膜中のＰＥＤＯＴは、前記コーティング膜中のＰＳＳとイオン結合する、請求項５に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項7】

前記伝導性高分子層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を含む、請求項６に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項8】

前記伝導性高分子層は、伝導性粒子である第２フィラーをさらに含む、請求項７に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項9】

前記第２フィラーは、グラフェン、炭素ナノチューブ、及びブラックカーボンのうちいずれか１種以上を含む、請求項８に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項10】

前記第２フィラーは、表面にコーティングされた金属酸化物コーティング膜を含む、請求項９に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項11】

前記タンタル本体は、
前記伝導性高分子層上に配置されたカーボン層と、
前記カーボン層上に配置された銀（Ａｇ）層と、をさらに含み、
前記タンタルワイヤーは、前記タンタル焼結体、前記伝導性高分子層、前記カーボン層、及び前記銀（Ａｇ）層のそれぞれの少なくとも一部を貫通する、請求項１０に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項12】

第１方向に対向する第５及び第６面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第１及び第２面を含み、前記タンタル本体を取り囲むように形成されたモールド部と、
前記モールド部の第２面に露出し、前記タンタルワイヤーと電気的に連結される陽極リードフレームと、
前記陽極リードフレームと離隔され、前記モールド部の第２面に露出する陰極リードフレームと、を含む、請求項１１に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項13】

タンタル粉末を含むタンタル焼結体、前記タンタル焼結体上に配置され、第１フィラーを含む伝導性高分子層及びタンタルワイヤーを含むタンタル本体を含み、
前記第１フィラーは、コア及び前記コアの表面に形成されたコーティング膜を含み、
前記コーティング膜は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を含む、タンタルキャパシタ。

【請求項14】

前記第１フィラーの前記コアは、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含む、請求項１３に記載のタンタルキャパシタ。

【請求項15】

前記伝導性高分子層の一断面を基準に、前記第１フィラーの断面積比は、０．４１超過０．８１未満である、請求項１に記載のタンタルキャパシタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タンタルキャパシタに関するもので、等価直列抵抗の増加を極力抑えながらも、吸湿量を低減して、信頼性を向上させたタンタルキャパシタに関する。

【背景技術】

【0002】

タンタル（ｔａｎｔａｌｕｍ：Ｔａ）素材は、融点が高く、延性及び耐食性などに優れた機械的・物理的特徴により、電気・電子をはじめ、機械、化学工業、医療のみならず、宇宙、軍事などの産業全般に亘って広範囲に使用されている金属である。

【0003】

特に、タンタル素材は、全ての金属の中で、最も安定した陽極酸化皮膜を形成させることができるという特性から、現在でも小型キャパシタの陽極素材として広く用いられている。

【0004】

さらに、近年、タンタル素材は、電子及び情報通信などのＩＴ産業の急速な発展により、その使用量が毎年急速に増加している。

【0005】

タンタルキャパシタ（Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、タンタルパウダー（Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ）を焼結して固化したときに生じる隙間を用いる構造となっており、電極金属としてのタンタルの表面に、陽極酸化法により酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）を形成し、これらを誘電体として、その上に固体電解質として二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）層又は伝導性高分子層を形成する。

【0006】

また、陰極電極の導出により、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）層又は伝導性高分子層の上に、カーボン層及び金属層として銀（Ａｇ）層を形成するようになる。

【0007】

タンタルキャパシタは、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＥＳＲ）が低く、リップル電流定格が高いという特徴を有する。

【0008】

これにより、アルミニウム電解キャパシタよりも格段に優れた温度依存性及び長いサービス寿命を有することができる。

【0009】

しかしながら、伝導性高分子層の場合、高い吸湿性質のために信頼性の評価に影響を与える可能性があり、高分子自体の性能を改善するためには、さらなる解決方法が必要となる。特に、伝導性高分子層中に非伝導性物質を含有することで、ＬＣ（Ｌｅａｋａｇｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を発生させる電流の経路を効果的に遮断することができる。

【0010】

一方、伝導性高分子層中の非伝導性物質の含量が増加するにつれて、等価直列抵抗（ＥＳＲ，Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の増加が問題となる。これを解決するために、非伝導性物質及び伝導性高分子からなるコア－シェル（Ｃｏｒｅ－Ｓｈｅｌｌ）構造の粒子を複合材料として使用する方案が提案されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の目的の一つは、等価直列抵抗の増加を効果的に抑えながらも、吸湿率を低減することで、信頼性に優れたタンタルキャパシタを提供することである。

【0012】

本発明の目的のもう一つは、高温又は高湿の環境において信頼性を向上させたタンタルキャパシタを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一実施形態は、タンタル粉末を含むタンタル焼結体、上記タンタル焼結体上に配置され、非伝導性粒子である第１フィラーを含む伝導性高分子層及びタンタルワイヤーを含むタンタル本体を含み、上記第１フィラーは、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含むコア及び上記コアの表面に形成されたコーティング膜を含む、タンタルキャパシタを提供する。

【0014】

本発明の他の実施形態は、タンタル粉末を含むタンタル焼結体、上記タンタル焼結体上に配置され、第１フィラーを含む伝導性高分子層及びタンタルワイヤーを含むタンタル本体を含み、上記第１フィラーは、コア及び上記コアの表面に形成されたコーティング膜を含み、上記コーティング膜はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を含む、タンタルキャパシタを提供する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の効果の一つとして、等価直列抵抗の増加を効果的に抑えながらも、吸湿率を低減することで、信頼性に優れたタンタルキャパシタを提供することができる。

【0016】

本発明の効果のもう一つとして、高温又は高湿の環境において信頼性を向上させたタンタルキャパシタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るタンタルキャパシタの斜視図である。

【図2】本発明に係るタンタルキャパシタ内のタンタル本体をＩ方向から見た断面図である。

【図3】図２のＩ－Ｉ'に沿った断面図である。

【図4】図３のＡ領域の拡大図である。

【図5】図４の第１フィラーのコア－シェル構造を概略的に示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

【0019】

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。

【0020】

図面において、Ｘ方向は、第１方向、Ｌ方向、又は長さ方向、Ｙ方向は、第２方向、Ｗ方向、又は幅方向、Ｚ方向は、第３方向、Ｔ方向、又は厚さ方向と定義することができる。

【0021】

図１は、本発明に係るタンタルキャパシタの斜視図である。

【0022】

図１を参照すると、本実施形態のタンタルキャパシタ１０００は、タンタル粉末を含み、一断面に露出するタンタルワイヤー１５０を有するタンタル本体１００と、第１方向に対向する第５及び第６面５、６と、第２方向に対向する第３及び第４面３、４と、第３方向に対向する第１及び第２面１、２とを含み、上記タンタル本体１００を取り囲むように形成されたモールド部２００と、上記モールド部２００の第２面２に露出し、上記タンタルワイヤー１５０と電気的に連結される陽極リードフレーム３００と、上記陽極リードフレーム３００と離隔され、上記モールド部２００の第２面２に露出する陰極リードフレーム４００とを含むことができる。

【0023】

タンタル本体１００は、本体のＸ方向に露出するタンタルワイヤー１５０を有することができる。このとき、タンタルワイヤー１５０は、上記第１方向（Ｘ）にタンタル焼結体１１０の少なくとも一部を貫通することができる。タンタルワイヤー１５０は、上記タンタル粉末とバインダーが混合された粉末を圧縮する前に、その中心から偏心するように上記タンタル粉末とバインダーの混合物に挿入して装着することができる。すなわち、タンタル本体１００は、バインダーを混合したタンタル粉末にタンタルワイヤー１５０を挿入装着して所望の大きさのタンタル素子を成形した後、上記タンタル素子を高温及び高真空（１０^－５ｔｏｒｒ以下）雰囲気で３０分程度焼結させることで作製することができる。

【0024】

モールド部２００は、タンタル本体１００を覆い、陽極リードフレーム３００の第１接続部３２０の一面と陰極リードフレーム４００の第２接続部の一面とが露出するように形成されることができる。

【0025】

本発明に係るタンタルキャパシタのモールド部２００は、タンタル本体１００を取り囲むようにＥＭＣ（エポキシモールディングコンパウンド；ｅｐｏｘｙ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの樹脂をトランスファーモールディング（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ）することで形成されることができる。このようなモールド部２００は、外部からタンタルワイヤー１５０及びタンタル本体１００を保護する役割を果たす。

【0026】

陽極リードフレーム３００は、ニッケル／鉄合金などの導電性金属からなることができ、第１接続部３２０、第１リード部３３０、及び第１曲げ部３１０を含み、上記第１曲げ部３１０は、上記第１接続部３２０を基準に上記タンタル本体１１０側に傾斜していることができる。上記陽極リードフレーム３００の第１接続部３２０は、モールド部２００の第２面２に露出することができる。

【0027】

上記第１接続部３２０は、モールド部２００の下面に露出して、基板の実装時に端子の役割を行うことができる。このとき、上記第３接続部３２０は、タンタル本体１００と離隔されていることができ、本発明に係るタンタルキャパシタ１０００の陽極として機能することができる。

【0028】

陰極リードフレーム４００は、ニッケル／鉄合金などの導電性金属からなることができ、一体となっている第２曲げ部、第２接続部、及び第２リード部を含むことができる。

【0029】

上記第２接続部は、陽極リードフレーム３００の第１接続部３２０と第１方向（Ｘ）に互いに平行するように離隔して配置されることができる。上記陰極リードフレーム４００の第２接続部は、モールド部２００の第２面２に露出することができる。上記第２接続部は、モールド部２００の下面に露出して、基板の実装時に端子の役割を行うことができる。このとき、上記第２接続部は、タンタル本体１００と接して、本発明に係るタンタルキャパシタ１０００の陰極として機能することができる。

【0030】

図２は、本発明に係るタンタルキャパシタ内のタンタル本体をＩ方向から見た断面図であり、図３は、図２のＩ－Ｉ'に沿った断面図である。

【0031】

図２を参照すると、本発明の一実施形態に係るタンタルキャパシタ１０００のタンタル本体１００は、金属粉末を含む成形体を焼結して形成されたタンタル焼結体１１０と、上記タンタル焼結体１１０の上部に配置された伝導性高分子層１２０と、伝導性高分子層１２０上に配置されたカーボン層１３０と、カーボン層１３０上に配置された銀（Ａｇ）層１４０とを含むことができる。

【0032】

上記タンタルキャパシタは、上記タンタル焼結体１１０の内部に位置する挿入領域と上記タンタル焼結体１１０の外部に位置する非挿入領域を有するタンタルワイヤー１５０をさらに含むことができる。

【0033】

上記タンタル焼結体１１０は、金属粉末及びバインダーを含む成形体を焼結して形成されることができる。

【0034】

具体的には、金属粉末、バインダー、及び溶剤を一定の比率で混合攪拌し、混合パウダーを圧縮して直方体に成形した後、これを高温及び高振動下で焼結することによって作製されることができる。

【0035】

上記金属粉末は、本発明の一実施形態に係るタンタルキャパシタ１０００のタンタル焼結体１１０に使用できるものであれば、特に制限されず、タンタル（Ｔａ）粉末であることができる。しかしながら、これに制限されず、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、及びジルコニウム（Ｚｒ）を含む群から選択された１種以上であることができ、それによって、タンタル焼結体の代わりに、アルミニウム焼結体、ニオブ焼結体などが使用されてもよい。

【0036】

上記バインダーは、特に制限されず、例えば、セルロース系バインダーであることができる。上記セルロース系バインダーとしては、ニトロセルロース（ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、メチルセルロース（ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、エチルセルロース（ｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、及びヒドロキシプロピルセルロース（ｈｙｄｒｏｘｙ ｐｒｏｐｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）からなる群から選択された１種以上であることができる。また、上記タンタルワイヤー１５０は、混合パウダーを圧縮する前に、中心から偏心するように挿入装着されることができる。

【0037】

本発明の一実施形態によると、上記タンタル焼結体１１０には、絶縁層として誘電体酸化層が形成されることができる。すなわち、上記誘電体酸化層は、電気化学反応を用いた化成工程により、上記タンタル焼結体１１０の表面に酸化皮膜（Ｔａ_２Ｏ_５）を成長させて形成することができる。このとき、上記誘電体酸化層は、上記タンタル焼結体１１０を誘電体に変化させるようになる。そして、上記誘電体酸化層上に陰極の極性を有する伝導性高分子層１２０が塗布されて形成されることができる。

【0038】

伝導性高分子層１２０は、特に制限されず、例えば、伝導性高分子を含むことができる。

【0039】

具体的には、伝導性高分子の場合、ＥＤＯＴ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）やピロールモノマー（Ｐｙｒｒｏｌｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）、又はポリピロール（Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）を用いて化学重合又は電解重合の方法を用いて形成され、その後、絶縁層にフォーミングされたタンタル焼結体１１０の外部表面に伝導性高分子陰極を有する陰極層として形成されることができる。

【0040】

すなわち、上記伝導性高分子層１２０は、高分子スラリーを用いて形成されることができ、上記高分子スラリーは、ポリピロール（Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、又はＥＤＯＴ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）のうち少なくとも１種以上を含むことができる。また、伝導性高分子層１２０は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を含んでもよい。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＰＳＳ）を電荷均衡を合わせるテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を使用してＥＤＯＴを酸化重合する方法によって製造されることができる。

【0041】

本発明の一例によると、伝導性高分子層１２０は、第１及び第２フィラー１２１、１２２を含むことができ、第１及び第２フィラー１２１、１２２の少なくとも一つ以上は、コア－シェル（Ｃｏｒｅ－ｓｈｅｌｌ）構造を有することができ、よって、コアの表面に形成されたコーティング膜を含むことができる。伝導性高分子層１２０に関する詳細な説明については、後述する。

【0042】

カーボン層１３０は、上記伝導性高分子層１２０上に積層され、カーボン粉末をエポキシ系の樹脂を含む有機溶媒に溶解して、カーボン粉末が溶解された溶液に上記タンタル焼結体１１０を含浸した後、有機溶媒を揮発させるために所定の温度で乾燥することで積層される。

【0043】

また、上記カーボン層１３０は、銀（Ａｇ）イオンが追加することを防止する役割を果たすことができる。

【0044】

次いで、上記カーボン層１３０の上部面に銀（Ａｇ）ペーストで形成された銀（Ａｇ）層１４０を含むことができる。

【0045】

上記銀（Ａｇ）層１４０は、導電性を向上させるために、カーボン層１３０の外側に積層されることができる。

【0046】

また、上記銀（Ａｇ）層１４０は、陰極層が有する極性に対する導電性を向上させることで、極性伝達のための電気的連結を容易にすることができる。

【0047】

図４は、図３のＡ領域の拡大図であり、図５は、図４の第１フィラーのコア－シェル構造を概略的に示した断面図である。

【0048】

図４を参照すると、本発明の一例によるタンタルキャパシタ１０００の場合、上述した伝導性高分子層１２０は、伝導性高分子層１２０の形成のための高分子スラリー中に第１及び第２フィラー１２１、１２２が分散された構造を有することができる。

【0049】

本発明の第１フィラー１２１の場合、非伝導性粒子を含むことができる。一例として、第１フィラー１２１はシリカ（ＳｉＯ_２）を含むことができるが、これに制限されず、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含むことができる。従来のタンタルキャパシタは、伝導性高分子層が高吸湿性質を有するようになり、キャパシタの信頼性が低くなるという問題があった。本発明の場合、シリカなどの非伝導性粒子を含む第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０中に分散されることで、伝導性高分子層１２０の吸湿率を効果的に低減することができる。また、本発明の伝導性高分子層１２０が非伝導性の第１フィラー１２１を含むことで、漏れ電流（Ｌｅａｋａｇｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）の原因になる電流の流れを防止し、伝導性高分子層１２０の強度を高め、その結果、キャパシタ１０００全体の特性を改善することができる。

【0050】

一方、伝導性高分子層１２０中に第１フィラー１２１が必要以上に多数配置される場合、吸湿率の低下という側面からは有利であるが、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が高くなるという問題が発生することがある。本発明に係るタンタルキャパシタ１０００の場合、第１フィラー１２１の表面に伝導性高分子が結合されることで、非伝導性粒子の含量が増加してもＥＳＲの増加を抑制することができる。

【0051】

図５を参照すると、本発明のタンタルキャパシタ１０００による第１フィラー１２１の構造が具体的に図示される。

【0052】

第１フィラー１２１は、コア１２１１及びコア１２１１を取り囲むコーティング膜１２１２を含むことができる。これにより、第１フィラー１２１は、コア－シェル構造を有することができる。図５の拡大図を参照すると、コーティング膜１２１２は、ポリヘテロ環（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなど）、ポリアセチレン、ポリ－ｐ－フェニレン、ポリフェノラートなどの伝導性高分子を含むことができる。非制限的な一例として、伝導性高分子は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳであることができる。

【0053】

上記コア１２１１には、上述した第１フィラー１２１の材料が含まれることができる。すなわち、コア１２１１は、シリカ（ＳｉＯ_２）を含むことができるが、これに制限されず、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＺｒＯ_２のうちいずれか１種以上の金属酸化物を含むことができる。

【0054】

図５において、コーティング膜１２１２は、ＰＳＳ１２１２ａとＰＥＤＯＴ１２１２ｂが結合された伝導性高分子を含むことができる。

【0055】

このとき、ＰＳＳ１２１２ａは、第１フィラーのコア１２１１の表面とカップリング剤及び縮合反応を用いて結合されることができ、結果的に、第１フィラーのコア１２１１は、カップリング剤の無機質材料と反応する作用基と共有結合され、ＰＳＳ１２１２ａはカップリング剤の有機質材料と反応する作用基と結合されていることができる。また、ＰＥＤＯＴ１２１２ｂは、ＰＳＳ１２１２ａとイオン結合されていることができる。

【0056】

一例として、本発明の第１フィラー１２１のコア１２１１は、高分子であるコーティング膜１２１２及びカップリング剤を用いて結合されることができる。このとき、カップリング剤は、分子中に２つ以上の異なる反応基を有することができ、一方は、無機質材料と化学結合する反応基であり、もう一方は、有機質材料と化学結合する反応基であることができる。例えば、カップリング剤は、Ｒ－Ｓｉ（ＯＲ'）_３構造を有することができ、このとき、Ｓｉを中心に左側には官能基を表記し、右側には加水分解可能な基として、ＯＲ'と表記した。カップリング剤は、水、水とアルコールの混合物、又は様々な極性及び非極性溶媒で処理して加水分解されることができる。

【0057】

シリカを含む第１フィラー１２１のコア１２１１は、アルカリ水溶液処理反応によって表面にヒドロキシ基（－ＯＨ）が形成されることができる。コア１２１１とカップリング剤を混合する。このとき、コア１２１１の表面のヒドロキシ基（－ＯＨ）と、カップリング剤のヒドロキシ基（－ＯＨ）が縮合反応によって共有結合されることができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ水溶性分散液と混合して脱水反応を行うことで、シリカ（コア、１２１１）の表面にＰＥＤＯＴ１２１２ｂ：ＰＳＳ１２１２ａを含むコーティング膜１２１２が形成されたコア－シェル（Ｃｏｒｅ－ｓｈｅｌｌ）構造の第１フィラーが製造されることができる。このとき、コア１２１１のヒドロキシ基とカップリング剤のヒドロキシ基が共有結合された状態であり、ＰＳＳ１２１２ａ及びＰＥＤＯＴ１２１２ｂは、イオン結合された状態であることができる。

【0058】

このように作製された第１フィラー１２１は、伝導性高分子層１２０中に分散され、耐圧特性を向上させることができ、破壊電圧（ＢＤＶ，Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）特性を向上させ、ＬＣ（Ｌｅａｋａｇｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を効果的に防止することができる。

【0059】

また、コア１２１１の表面に化学的に吸着されたコーティング膜１２１２により、従来水準のＥＳＲを維持しながらも、高温環境でＥＳＲの増加を効果的に抑制することができる。

【0060】

このようにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むコーティング膜１２１２が第１フィラー１２１のコア１２１１の表面に結合されていることで、非伝導性を有する第１フィラー１２１の含量が増加し、よって、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が顕著に増加することを抑制することができる。また、コーティング膜１２１２がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むことで、第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０の間に容易に分散されることができる。

【0061】

【表1】

【0062】

上記表１は、伝導性高分子層１２０中のシリカ（ＳｉＯ_２）を含む第１フィラー１２１の比率による吸湿量及び等価直列抵抗（ＥＳＲ）を示す表である。ここで、第１フィラー１２１の比率とは、一断面（ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ）において高分子層１２０を占める第１フィラー１２１の面積比率を基準にしたものであり、第１フィラーの面積比率を測定する一例を説明する。先ず、タンタルキャパシタサンプルを準備し、陰極から内側に向かって１／３地点まで研磨工程を行ってタンタル本体の断面を露出させる。ここで、研磨工程は、レーザー研磨を用いることができる。上記断面において伝導性高分子層１２０はバンド形態であるが、総１０個の測定ポイントを等間隔に選定することができ、各測定ポイントの５μｍ×５μｍの領域に対してＳＥＭイメージを分析する。この場合、ＳＥＭイメージを得るための条件は、１５，０００倍以上の倍率、加速電圧１０Ｋｖであった。このように得られたイメージを映像分析プログラム、例えば、ペイント（Ｐａｉｎｔ）によってシリカが占める面積をピクセル個数として分析した。

【0063】

表１の実験結果から、吸湿量が１０％以上であると、ＥＳＲは１２０ｍΩである場合に不適合（ＮＧ）なものと判定した。表１の実験結果から分かるように、シリカを含む第１フィラー１２１の含量が増加されるにつれて、伝導性高分子層１２０の吸湿量が減少する傾向にあり、断面積比が０．４１を超えると、吸湿量が適切な水準と低くなることが確認できた。但し、断面積比が０．８１水準と増加すると、ＥＳＲが１２０ｍΩ水準と大きく増加した。このように、本発明に係るタンタルキャパシタは、吸湿量を低減するとともに、ＥＳＲの増加は効果的に抑制することができるコア－シェル構造の第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０中に分散された構造を有し、吸湿量及びＥＳＲ特性を考慮すると、第１フィラーの好ましい比率は、断面積比を基準に０．４１超過０．８１未満に設定することができる。

【0064】

一方、第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０に分散される前に、既にコア－シェル構造を有することができ、そのため、表面にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むコーティング膜１２１２が形成されていることができる。結果的に、第１フィラー１２１のコーティング膜１２１２と伝導性高分子層１２０が同じ物質を含むことで、第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０中に分散される場合に両者間の結合力を確保することができ、剥離不良を防止し、より容易な分散が可能になる。

【0065】

本発明のタンタルキャパシタ１０００は、上述したように、コア－シェル構造を有する第１フィラー１２１、具体的には、表面のコーティング膜１２１２が伝導性高分子であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む第１フィラー１２１が伝導性高分子層１２０中に分散されることで、吸湿率の低下、ＥＳＲ増加の防止、及び信頼性の確保という効果をすべて達成することができる。一方、後述するように、本発明に係るタンタルキャパシタの伝導性高分子層１２０は、伝導性粒子を含む第２フィラー１２２をさらに含むことができる。

【0066】

一方、図４を参照すると、第２フィラー１２２が伝導性高分子層１２０中に分散されていることができる。

【0067】

本発明の伝導性高分子層１２０は、グラフェン、炭素ナノチューブ、及びブラックカーボンのうちいずれか１種以上の伝導性粒子を含む第２フィラー１２２をさらに含むことができる。伝導性高分子層１２０が伝導性粒子から構成される第２フィラー１２２を含むことで、上記タンタル焼結体１１０の中心部における伝導性高分子層１２０の厚さを容易に調整できるようになる。

【0068】

具体的には、上記タンタル焼結体１１０の上部に伝導性高分子層１２０を形成する過程で、上記グラフェン、炭素ナノチューブ、及びブラックカーボンのうちいずれか１種以上の伝導性粒子はコーヒーリング効果（Ｃｏｆｆｅｅ Ｒｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ）を誘発することができる。

【0069】

すなわち、上記グラフェン、炭素ナノチューブ及びブラックカーボンのうちいずれか１種以上の伝導性粒子を含んでいる高分子スラリーは、上記タンタル焼結体１１０の角部面から蒸発が始まり、先に蒸発した箇所の粒子密度が高くなり、該高くなった粒子密度及び高い固体含量によって周辺のスラリー及び粒子をさらに引っ張るようになり、上記タンタル焼結体１１０の角部に配置された伝導性高分子層１２０の厚さを増加させることができ、厚さの調整が容易になる。

【0070】

また、本発明の一実施形態によると、上記伝導性高分子層１２０がグラフェン、炭素ナノチューブ、及びブラックカーボンのうち異なる伝導性を有する粒子を選択的に選択することで、タンタルキャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）を所望の水準に調節することができる。

【0071】

一方、第２フィラー１２２も第１フィラー１２１と同様に、表面にコーティング膜が形成されることができる。コーティング膜としては、金属酸化物が用いられることができる。

【0072】

一方、上記第１及び第２フィラー１２１、１２２の平均粒子径は、１００ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは、４０ｎｍ以上５μｍ以下であることができるが、これに制限されない。

【0073】

それ以外の特徴は、上述した本発明の一実施形態に係るタンタルキャパシタの説明と同一であるため、具体的な説明は省略する。

【0074】

本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されるものとする。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で、当該技術分野における通常の知識を有する者により様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属すると言える。

【符号の説明】

【0075】

１０００ タンタルキャパシタ
１１０ タンタル焼結体
１２０ 伝導性高分子層
１２１、１２２ 第１及び第２フィラー
１２１１ コア
１２１２ コーティング膜（シェル）
１３０ カーボン層
１４０ 銀（Ａｇ）層
１５０ タンタルワイヤー
２００ モールド部
３００ 陽極リードフレーム
４００ 陰極リードフレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】