Tantal 전해콘덴서 MLCC와함께 Mobile 기기에많이사용되고있는것이칩탄탈콘텐서이다. 탄탈콘덴서는 10만CV 급의고CV 탄탈분말을채용해소형화와대용량화가진전되고있다. 대용량화에서는 3.2 1.6 mm (3216)Size에서정전용량 47 μf, Size 에서는소형의 J Case (1608) 가시장에투입되고있다. 또한 1005 Size의세계최소 Chip tantal 콘텐서가개발되었다. 이콘텐서는 Flameless 실장대응의 ' 下面전극구조' 를채용하고있다. 즉주로소형, 대용량저 ESR의특징을무기로 MLCC 의대체를막고있다. Niob 고체전해콘덴서 최근탄탈전해콘텐서와기본구조는같고유전체재료에료로한새로운 "Niob 고체전해콘덴서" 가개발되었다. Niobium(Nb) 을주재 이 Nb 고체전해콘텐서는탄탈콘텐서에사용되는 tantalum 이희소광물로공급이불안정해대체품으로개발이진행되어온것이다. Nb 는 Ta에비해매장량이많기때문에공급이안정하다. 또한종래의Chip 탄탈콘텐서와동일현상, 구조로성능도거의동등하게얻어진다. 전해질에는도전성 Polymer 와 Mn0 ₂를사용한것이있다. 앞으로이콘덴서의생산량이늘어나면 Ta 재료에대한 Cost 면에서의 Merit 가기대되고 Ta콘텐서에서는가격적으로어려웠던초대용량화도가능해진다. 전기이중층콘덴서 대용량을특징으로한콘덴서로전자기기의 Memory back up 전원등거의 2차전지의대체로사용된다. 두께 0.9mm인소형품도개발되어있다. 대형품에서는야간의도로점등등에사용되고있다. 콘텐서 Maker 에서는장래의전기자동차의보조전원으로의채용을목표로대용량화와소형화에집중하고있다.
최근의 PC/Game 기로대표되는 digital 기기의고성능화및고기능화가뚜렷해지고있다. 이것의원동력이되고있는 MPU에서는안정한전원공급이필수다. 이것을실현하기위해콘덴서에대해서도우수한고주파특성및저 Impedance 化의요구가강하다. 여기에서는이러한요구에대응해개발된기능성고분자 Al 고체콘덴서에서 SMD type의 PX/PXA Series 및 Lead 선 type PS Series 에대해실장의검증결과도함께기술한다.(Chemi-con) 그림 1. 일반 Al전해콘텐서의구조그림 2. Al전해콘텐서의등가회로 등가회로에서 ESR( 등가직렬저항) 은주로 Al 양극박의손실분과전해액과전蠻熾? 의한저항성분의합이된다. 저주파수영역에서는박의손실분비율이높지만고주파영역에서는전해액과전해지에의한성분이지배적이되고이것의저저항화가특성개선에효과가있다. 표1 의각종음극재료의특성을나타냈다. 전도기구측면에서전자전도성의고체음극재료쪽이 Ion 전도성의전해액보다높은전기전도도가얻어지는것은 전해액에비해 Mn02 는 10 배, TCNQ 착염은 100 배, 기능성고분자인 PPy와티
오펜(PEDT) 는 1000 배이상의전기전도도를갖는다. 이에따라음극재료에의한저IZI 化를실현하기위해서는저저항인기능성고분자가유효하다. 또 Pb Free 실장등의고내열화의요구에대해서도열안정성이놓은기능성고분자를이용하는것이대단히유효한것을알수있다. 대표예로기능성고분자(PEDT) 를음극재료로채용한 Al고체전해콘덴서 NP-Cap PX/PXA Series(SMD type) 와 Lead선 type PS Series 의기본구조는같다. Al-Case와 Rubber를사용한외장과 Separator를개재한권회구조는종래의 Al 전해콘덴서와같지만기능성고분자를사용한것에의해전해질을고체화한것이큰특징이다. -SMD type의 Size의체계 Φ6.3 6mm L Φ 8 7mm L 10 8 Φ mm L 전압 PX: 4~25vdc PXA: 2.5~25vdc -Radial type 8 11.5 Φ mm L 10 12.5 Φ mm L 기능성고분자콘덴서의제1의특징은저IZI ㆍ저 ESR 로초기특성에서정전용량이거의동등한각종 Al전해콘텐서의대해비교하면
표2. 각종전해콘덴서의 Impedance 비교 표3. 실장검증( 강하형 DC-DC 컨버터) 에서의출력 Ripple 노이즈결과 10kHz~1MHz 이상의고주파영역에서 IZI 치가낮은것을알수있고실사용에서우수한 Ripple 제거능력을실현하고있다. 이검증결과에서도기능성고분자 Al 고체콘덴서가뛰어난초저 IZI / 고 Ripple 化및대전류의공급을실현하고 DC-DC 컨버터의대폭적인소형, 경량화는물론 digital 기기회로내의 Noise 의대폭저감가능하다는것을알수있다. 또한온도특성에대해서는종래의 Al전해콘텐서에사용되고있는전해액은용매의점도가온도에의존하기때문에전기전도도는온도에따라크게변화한, 특히저온에서의전도도저하가현저하기때문에 ESR이증가하고정전용량도감소한다. 이에비해기능성고분자는전자전도이기때문에온도에의한영향을받지않는다. 따라서기능성고분자 Al고체콘덴서의용량변화율및 ESR은대단히안정되어있다. 수명관점에서는전해액을사용한 Al 전해콘덴서는전해액이증발하는 dry
up현상에의해특성이열화되지만기능성고분자 Al고체콘덴서는고체음극재료를사용하고있기때문에전해질의소모가없고수명에대한전기적특성도대단히안정하다. 더욱, 고장 Mode에대해서는일반적으로고체전해콘덴서는전해액을사용한전해콘덴서와비교해유전체산화피막의자기수복성이취약하기때문에고장 Mode는주로 Short Mode 인것이결점이되고있다. 기능성고분자콘덴서의경우과전압등의 Stress 인가시에도제품중에미량함수분등에의해유전체피막의화성( 자기수복기능) 과기능성고분자의절연화에의해여타고체전해질에비해 Short 되기어려운특징을가지고있다. 점차 digital 기기의고성능화및고기능화에따라 MPU로의고속ㆍ대전류의공급전원용콘덴서에서요구되고있다. 이때문에저ESR 化를진전시키는것과함께주파수가 1MHz이상이되면 Imductance (L) 의영향이크게되기kt?? 동시에저ESL 化가 Point 가된다. 저 ESR 化에는기능성고분자의중합방법의개선과기능성고분자ㆍ Separator 등의신규재료의탐색등이과제이다. 또한저ESL 화에대해서는외부전극(Lead 단자) 의인출법등의구조면의검토가향후필요하다고생각된다. 현재기능성고분자는정격전압이 25V 까지가상품화되어있지만향후의용도확대를위해서는신규재료개발에의한고전압화가또하나의과제이다. < 日本 Chemi-Con( 株 ) 영업본부기술개발부白田俊一 > [ 白川박사의노벨상수상으로화제의기능성( 도전성) 고분자를채용비약적인저ESR 化를실현한것이 NP-CAP PX Series 임. CPU의 Energy 공급에우수한성능을발휘하는저IZI 특성과소형, 대용량화를실현 회로설계가쉬운 SMD type으로 Note-Pc, digital TV, BS tuner, Car-Navigation 등에채용.