콘덴서용 니오브 분말, 니오브 소결체 및 콘덴서 document_id A220623030739

휴대폰 및 개인용 컴퓨터 등의 전자기기의 소형화, 고속화 및 경량화에 따라서, 이들 전자기기에 사용된 콘덴서의 소형화, 대용량화 및 저ESR화가 요구되고 있다. 이들 콘덴서 중에서, 탄탈 콘덴서는 크기에 비해 용량이 크고 성능이 양호하므로, 바람직하게 사용되고 있다. 탄탈 콘덴서의 용량을 증가시키기 위해, 분말의 사용량을 증가시키거나 탄탈 분말을 미분쇄하여 표면적을 증가시킨 소결체를 사용하는 것이 필요하다. 분말의 사용량을 증가시키는 방법으로는, 콘덴서 구조가 필연적으로 대형이 되어 소형화 및 경량화에 대한 요구를 만족시킬 수 없다. 또한, 탄탈 분말을 미분쇄하여 표면적을 증가시키는 방법으로는 탄탈 소결체의 기공직경이 감소되어 고용량 탄탈 콘덴서가 제작될 수 없고 또는 ESR을 감소시킬 수 없다. 이들 결점을 해결하기 위해, 탄탈 보다 유전율 상수가 높고 밀도가 낮은 분말재료를 사용한 소결체로부터 얻어진 콘덴서가 제안되어 있다. 니오브는 고유전율 상수를 갖는 재료로 주목되고 있다. 니오브 콘덴서는 탄탈 콘덴서와 동일한 방법으로 제작된다. 니오브 분말의 소결체는 통상 니오브 콘덴서의 애노드 재료로 사용되고 있다. 예를 들면, 니오브 분말과 액상 바인더를 혼합하여 니오브 분말을 조립한 후 압축성형에 의해 성형하고 애노드 리드를 설치한 후, 성형물을 고온, 고진공에서 소결하여 니오브 애노드 소결체라고 불리는 전극을 제작한다. 상기 니오브 애노드 소결체의 표면을 전해산화(화성)하여 이산화망간 등의 비도전성 절연층(니오브 절연산화물층), 상대전극층(캐소드층)을 생성하고 상기 비도전성 절연층상에 도전성 폴리머를 형성하고, 탄소 페이스트, 실버 페이스트 등을 그 위에 순서대로 적층하고, 에폭시 수지 등의 재료로 전체를 외장밀봉하여, 니오브 콘덴서를 제작하였다. 니오브 콘덴서는 탄탈 콘덴서에 비해 안정성이 떨어진다. 보다 구체적으로, 전해산화에 의해 생성된 탄탈의 절연산화물층은 탄탈펜톡사이드만으로 형성되어 매우 안정적이다. 한편, 니오브는 안정한 반도체성 아산화물(예를 들면, 이산화니오브, 일산화니오브)을 함유하는 오산화니오브를 주성분으로 하는 절연산화물층을 형성하므로, 누설전류값이 증가하거나 내전압(화성전압/작동전압)이 감소되어 전기적 안정성이 열화된다. 또한, 화성시에 탄탈 펜톡사이드의 두께가 약2nm/V로 증가되는 반면, 화성에서 오산화니오브의 두께는 약 3.7nm/V만큼 두껍게 증가된다. 따라서, 오산화니오브를 주성분으로 하는 절연산화물층은 기계적 또는 열적 자극에 약하고 쉽게 파손된다. 특히, 상대전극으로 도전성폴리머를 이용하는 경우, 에폭시 수지 등의 재료를 사용한 외장밀봉시에 누설전류의 증가, 기판상에 실장시에 솔더 리플로우에 의해 발생된 누설전류의 증가 등이 심각한 문제가 되고 있다. 최근에, 리드-프리솔더링의 요구가 증가되고 상기 요구를 처리하기 위한 솔더 리플로우의 온도상승이 니오브 콘덴서의 누설전류값을 더 증가시키고 있다. 이와같이, 내전압이 낮기 때문에, 작동전압이 낮고 누설전류에 영향을 미치지 않는 분야로 니오브 콘덴서의 사용이 제한되어 왔다. 이들 문제를 해결하기 위해, 다양한 접근방법이 제안되어 있다. 일본 특허공개 평10-242004호 공보에서는 니오브 분말을 부분적으로 질화하여 니오브 콘덴서의 누설전류값을 향상시키는 방법이 기재되어 있다. WO00/49633 및 WO01/6525에서는 Fe, Ni, Co, Si, Na, K 및 Mg의 특정 원소의 총함량을 350ppm이하로 제한하여, 니오브 콘덴서의 누설전류값의 변동을 개선시키는 방법이 기재되어 있다. WO00/15555 및 WO00/15556에서는 산소게터금속의 존재하에서 산화니오브를 부분적으로 환원하여 얻어지고 콘덴서에 사용되는 산소가 저감된 산화니오브 분말이 기재되어 있다. 이들 공보에서는 애노드의 특성은 기재되어 있지만, 콘덴서의 제작예는 기재되어 있지 않다. WO02/15208 및 WO02/93596에서는 니오브 또는 일산화니오브 분말에 다른 원소를 함침시키거나 합금화하여 콘덴서의 누설전류값을 저감시키는 방법이 기재되어 있다. 이들 공보에서는 내전압 및 솔더링 내열성이 기재되어 있지 않다. WO01/35428에서는 니오브 분말표면에 Al, Si, Ti, Zr, Mo, W, Y 및 Ta의 원소를 코팅하고 산화니오브 배리어층에 Al, Si, Ti, Zr, Mo, W, Y 및 Ta의 금속을 함유시키는 방법이 기재되어 있다. 상기 공보에서는 상기 니오브 분말로부터 생성된 애노드의 특성은 개시되어 있지만 콘덴서의 제작예는 개시되어 있지 않다. WO01/26123에는 부분 또는 대다수의 니오브 표면을 규소-산소 결합을 갖는 화합물 또는 가수분해, 응축, 산화, 열반응 등을 통해 규소-산소 결합을 생성할 수 있는 규소 함유 화합물로 피복한 조성물이 기재되어 있다. 상기 공보에서는 화성시에 규소-산소 결합을 갖는 화합물이 유전산화막에 포함되어 니오브 콘덴서의 누설전류값 및 용량의 열화는 줄어들지만, 내전압 및 솔더링 내열성에 대해서는 기재되지 않다. 이와같이, 다양한 시도가 행해지고 있지만, 그 향상은 아직 충분하지 않고 특히 내전압 및 솔더링 내열성의 향상이 요구되고 있다.