KR0126766B1 - 열적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터의 제조 방법 - Google Patents

열적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터의 제조 방법

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Abstract

내용 없슴

Description

열적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터의 제조 방법
제1도는 본 발명의 방법으로 제조(가공)하기 적합한 형태의 정전용량성 구조체(capacitive structure)의 개략 사시도.
제2도는 제1도의 우측면에서 본 것으로 제1도에 도시한 정전 용량성 구조체의 측면도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예의 흐름도.
제4도는 본 발명의 양호한 실시예의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 캐패시터, 12 : 적층 구조체,
14,16 : 전기 단지, 18,20 : 축.
발명의 배경
본 발명은 열적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터(plastic film capacitor)의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 부품을 기판의 표면에 장착하는 기술이 오늘날 시장에서 시판(유통)되도록 계속 개발되어 왔고, 관통 구멍회로 기판 조립체(trhrough-hole circuit board assembly)에 대한 적합성을 발견하도록 계속 개발되고 있으므로, 세라믹 다층(multi-layer) 캐패시터는 폴리머 유전체 캐패시터(polymer dielectric capacitor)의 비용에 따라 그 대중화가 증가되고 있다. 종래 기술의 폴리머 유전체 캐패시터는 표면 장착 적용에 적합하도록 열적으로 보호되어야만 한다. 그러나, 이러한 열적 보호는 폴리머 유전체 캐패시터를 유사한 값을 갖는 세라믹 다층 캐패시터 보다도 치수에 있어서 크게하고 또한 더 비싸게 한다. 세라믹 다층 캐패시터는 열적 충격을 받지 않는다면, 기판에 대한 고온 납땜 조립 기술에 견딜 수 있을 것이다. 이러한 고온 납땜 조립 상태에서, 세라믹 다층 캐패시터의 값은 납땜시에 온도 상승에 따라 상방으로 시프트(shift : 이동)될 것이고, 그런 다음에 세라믹 본체의 특성에 따른 감쇠 비율(rate of decay)로 수일에 걸쳐 지수함수적으로(exponentially) 감쇠될 것이다. 세라믹 캐패시터는 그 제조시에 극단적으로 높은 고온이 가해지므로 이들을 열적으로 보호하기 위해 절연된 오버코트(overcoat : 보호막)를 필요로하지 않고, 그 결과 이들은 크기가 작고 또한 그 가격이 저렴하게 유지된다.
통상적으로 플라스틱 필름 캐패시터로 알려진 폴리머유전체 캐패시터가 세라믹 다층 캐패시터 보다 약간 중요한 장점을 가지고 있다는 것이 전자 공업분야에 잘 알려져 있다. 예를들면, 누전 통로(leak-age path)를 제공하는 것에 대한 캐패시터의 저항 값인 절연 저항(insulation resistance)은 유사한 값 및 치수의 세라믹 다층 캐패시터 보다도 플라스틱 필름 캐패시터가 일반적으로 더 높다.
또한, 캐패시터에 의한 에너지의 손실을 나타내는 계수인 손실 계수(dissipation factor)는 유사한 값 및 치수의 세라믹 다층 캐패시터 보다도 플라스틱 필름 캐패시터가 일반적으로 더 낮다.
가장 중요한 것은 단락(short circuit)시의 경우에 플라스틱 필름 캐패시터는 단락을 순간적으로 제거하여 자동 회복하도록 단락 영역에서 증발하는 얇은 금속 전극(일반적으로 알루미늄)으로 피복되어 있다. 세라믹 다층 전극은 두꺼운 필름이며 증발되거나 제거되지 않는다. 그 결과, 세라믹 다층 부품은 단락되었을 때 다량의 에너지를 낭비하고, 이러한 에너지는 때때로 장비내에서 화재를 일으키기 위한 충분한 열로 되어 있는 것이 명백하다.
따라서, 세라믹 다층 캐패시터보다 우수한 모든 장점을 가지며, 엄격한 조건(rigor, 곤란성) 및 대량생산시 전자부품의 표면 장착에 사용되는 자동 납땝 기술의 높은 온도에 견딜 수 있는 플라스틱 필름 캐패시터를 제조할 수 있다면 전자공업분야에 상당한 가치가 있다.
본 발명은 공업분야에 잘 알려진 자동 납땜 기술을 사용하여 기판상에 표면 장착할 수 있는 플라스틱 필름 캐패시터를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 납땜 기술은 플라스틱 필름 캐패시터에 적용 가능하기 이전에 고려되고 있던 온도보다도 휠씬 높은 온도를 포함하고 있다.
발명의 요약
본 발명은 자동 표면 장착 납땝 작업에 포함되는 바와 같은 높은 온도에서 정전 용량성 구조체(capacitive structure)의 정전용량 안정성을 강화(향상)시키기 위해 플라스틱 필름과 전기적 도전성 재료가 교대로 층을 구성하는 정전 용량성 구조체(구조물)를 제조(가공)하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 양호한 실시예에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)와 같은 제1축 및 제2축 방향으로 배향된 분자 결합(molecular bond)을 갖는 플라스틱 필름 유전체 재료를 합체시키는 정전용량성 구조체와 함께 상기 방법을 사용하는 것을 예측할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름은 MYLARR(MYLARR는 이·아이·듀퐁 드네모아 코포레이션의 등록 상표임)로써 전자공업 분야에 잘 알려져 있다.
본 발명은 정전 용량성 구조체를 주위(ambient) 온도로 부터 처리(제조) 온도까지 상승시키는 것을 포함하고, 이 처리 온도는 플라스틱 필름 유전체 재료내에 존재하는 분자 결합을 랜덤화(무작위화)하기 위해 충분히 높다. 그런 다음, 정전용량성 구조체는 상기 처리 온도에서 플라스틱 필름 유전체 재료내의 모든 분자 결합의 대부분의 랜덤화(randomization, 무작위화)를 실행하기 위해 충분한 처리 시간동안 유지되고, 그후에 정전 용량성 구조체는 주위 온도까지 실질적으로 냉각된다.
본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 정전 용량성 구조체의 온도를 주위 온도로부터 처리 온도까지 상승시키기 전에 플라스틱 필름 유전체 재료에서 분자 결합의 두축과 거의 수직한 축에 압축력(compressive force)이 적용되고, 이 압축력은 정전 용량성 구조체가 주위 온도까지 거의 냉각될 때까지 상기 제조(처리)를 통해 유지된다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라스틱 필름 캐패시터의 열적 안정성을 향상시키고 생산량 조작시 기판에 캐패시터의 표면 장착과 관련해서 사용되는 기술의 엄격한 조건(교란성)과 높은 온도에 견딜 수 있는 플라스틱 필름 캐패시터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생산량 조작시 기판에 캐패시터의 표면 장착과 관련해서 사용되는 자동 처리기술에 의해 상승된 온도에서 정전 용량적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면과 관련하여 고려하면 하기 설명 및 특허청구 범위로부터 명백해진다.
발명의 상세한 설명
제1도를 참조하면, 플라스틱 필름 캐패시터(plasticfilm capacitor ; 10)가 도시되어 있다. 이 캐패시터(10)는 플라스틱 필름과 도전성 재료(도시생략)의 복수개의 교호층(alternating layers)으로 구성된 적층 구조체(구조물 ; layered structure,12)를 포함한다. 캐패시터(10)는 정전 용량성 구조체(capacitive structure)를 형성하기 적합한 방법으로 적층 구조체(12)에 전기적으로 접속시키기 위한 전기단자(14,16)를 갖는다. 적층 구조체(12)에 합체된 플라스틱 필름은 분자 결합(molecular bonding)시 두 축(18,20) 방향으로 배향되어 있다.
더우기, 제1도에는 캐패시터(10)의 치수, 즉 길이(L), 폭(W) 및 두께(T)가 도시되어 있다.
본 발명을 더욱 명확히 이해하기 위해서 제2도를 참조하면, 제1도와 동일한 요소에는 동일한 참조부호로 표시하고, 제1도의 우측에서 본 제1도의 측면도가 도시되어 있다.
캐패시터(10)과 본 발명에 따라 제조될 때, 캐패시터(10)는 압축력(compress-ive force ; F)을 받고 축(18,20) 방향으로 배향된 분자 결함을 랜덤화(randomize ; 무작위화)하기 위해 충분히 높은 처리 온도까지 상승시기는 것이 바람직하다.
캐패시터(10)에 합체된 플라스틱 필름의 제조중에, 상기필름은 길이에 대한 길이의 변화(L/L) 및 폭에 대한 폭의 변화(W/W)의 비율이 일정하도록 상기 필름이 동시에 늘어나는 바와 같은 방법으로 폭(W)과 길이(L)를 갖는 이 축방향(bi-axial)으로 배향되어 있다. 이렇게 제조된 한 시트(sheet ; 1장)의 필름은 금속화 되면 유전체 상수(dielectric constant ; K)를 갖는 유전체 필름을 제공하고, 캐패시터 기술 분야에 잘 알려진 바와 같은 표현에 따르면,
C = KLW / T
의 정전 용량(capacitance)을 갖는다. 여기서 L,W 및 T는 각각 상기 시트의 길이, 폭 및 두께를 나타낸다. 또한, 상기 식(표현)은 제1도에 도시된 바와 같이 캐패시터(10)의 정전 용량을 표시하고, 여기서 L,W,T는 각각 캐패시터(10)의 길이, 폭, 두께를 표시한다.
비가공(구속되지 않은) 박판 또는 비가공 캐패시터(10)가 가열되면, 이들은 수축된다. 그러나, 이들의 초기 체적(용적)은 L 및 W가 그 초기 신장 상태에 비례하여 수축되고 T가 일정체적을 유지하기 위해 대응적으로 증가하기 때문에 그 최종체적과 일치해야만 한다. 이와 같이 L 및 W의 감소와 동시에 T의 증가에 의해 상기 식등으로 부터 명백한 바와 같이 캐패시터(10)의 정전 용량은 감소된다.
본 발명의 제1실시예는 바로 이런 공정을 의미한다. 본 발명의 방법을 실시하기 위한 준비 단계는 캐패시터(10)가 완제품의 바람직한 정전 용량보다 큰 정전 용량을 갖도록 구성하는 것이다. 이런 초기의(큰)정전 용량은 본 발명의 방법을 실험적 실시예 의해 얻은 경험적 정보에 의거하여 바람직한 완제품 정전 용량 이상의 정전 용량값으로 선택된다. 상기 초기의 (큰)정전 용량을 선택하는 목적은 상술한 바와 같이 정전 용량의 감소를 예상(대비)하고, 이 정전 용량의 감소는 캐패시터(10)를 가열한 결과로 일어나는 L과 W의 수축과 이것에 수반하는 T의 동량의 증가 결과로써 발생하는 것이다.
제3도를 참조하면, 적합한 초기의 (큰)정전 용량의 다층 플라스틱 구조체(구조물, 블록 22)를 선택하는 것에 의해, 캐패시터(10)는 그후 처리 온도까지 상승되고(블록 24), 이 처리 온도는 제1도의 축(18,20) 방향으로 배향된 분자 결합을 램덤화(무작위화)하기 위해 충분히 높다. 물론, 이 처리 온도는 캐패시터(10)가 파괴되는 온도 레벨(수준) 이하로 유지되어야만 한다. MYLAR
Figure kpo00001
플라스틱 필름은 약 250℃에서 용융된다고 알려져 있다. 본 발명의 처리 온도로서 적합한 온도는 250℃라는 것이 알려져 있다. 그러나, 본 발명은 처리 온도로서 상기 온도에 한정되는 것은 아니다.
일단 캐패시터(10)가 처리 온도까지 상승하면(제3도의 블록 24), 캐패시터(10)의 적층 구조체(12)의 거의 모든 분자결합의 랜덤화를 실행하기 위해 충분한 시간 동안 처리 온도로 유지된다. 이 방법의 단계는 제3도에서 블록 26으로 표시하였다. 제3도의 블록 26으로 표시한 단계를 실시하기 위한 적합한 처리 시간은 일반적으로 2시간이라는 것을 알았다. 그러나, 물론 상술한 본 발명의 범주는 상기 처리시간에 한정되는 것은 아니다.
처리 시간이 경과하고 제3도의 블록 26으로 표시된 단계가 완료된 후, 캐패시터(10)는 초기 주위 온도까지 냉각되고(제3도의 블록 28), 이에 의해서 상기 공정은 종료된다.
본 발명의 방법의 양호한 실시예에서, 필름이 가열될때 두께(T)가 증가하는 것을 방지하기 위해, 압축력[F, 제2도 참조]은 처리 온도로 가열하는 중에 그리고 처리 시간을 통해서 캐패시터(10)에 적용된다. 압축력(F)은 축(18,20)에 의해 형성된 평면과 거의 수직한 축에 작용되고, 플라스틱 필름이 처리온도에서 압출되는 것을 방지하는 수준에서 제어된다.
본 발명의 방법의 실시중에 이러한 두께(T)의 제한 효과는 참으로 놀랍다. 두께(T)가 압축력(F) 때문에 증가하지 않으므로, 캐패시터(10)의 체적이 일정하게 유지되어야 하므로 캐패시터(10)의 길이(L)도 폭(W)도 감소될 수 없다. 따라서, 상기 인용식(등식)을 참조하면, 필름이 그 처리 온도에 놓이고 분자 결합이 랜덤화될때 상기 캐패시터(10)의 정전 용량은 변하지 않는다.
따라서, 이 축 방향의 필름 메모리는 소거된다. 그후 상기 필름은 다른 처리 및 전자 회로에서 기판에의 부착중에 적어도 처리 온도까지 상승되고, 이와 같은 다른 처리 또는 부착 중에 두께(T)의 제한(구속)이 없는 경우에도 길이(L)나 폭(W)의 수축이 있다면 무시할 수 있는 정도이다. 본 발명이 방법에 의해 처리되는 캐패시터(10)의 플라스틱 필름은 적어도 처리 온도까지의 온도에서 더 수축하도록 그 메모리가 소거된다.
본 발명의 양호한 실시예의 중요성은 처리중에 정전용량의 저하를 예상하여 바람직한 완제품의 용량보다 더 높은 정전 용량의 캐패시터(10)를 만들 필요가 없다는 점이다. 압축력(F)을 사용하여 두께(T)를 제한함으로써, 정전 용량은 처리중에 본 발명의 양호한 실시예에 의해 변화되는 것이 방지된다.
따라서, 제4도를 참조하며, 완제품에 필요한 정전용량을 갖는 제1도의 플라스틱 필름 캐패시터(10)와 같은 다층 플라스틱 구조체(구조물)가 제조된다[제4도의 블록 30].
다음에, 캐패시터(10)는 제2도에 도시된 제4도의 블록 32로 표시한 바와 같이 두께(T)를 제한하는 압축력(F)을 받는다.
계속해서 압축력(F)이 적용되면, 캐패시터(10)는 처리온도까지 상승되고(제4도의 블록 34), 이 처리온도는 제1도의 축(18,20)에 위치 설정된 캐패시터(10)의 플라스틱 필름의 분자 결함을 랜덤화하기 위해 충분히 높다.
캐패시터(10)는 캐패시터(10) 내의 플라스틱 필름의 거의 모든분자 결합의 랜덤화를 실행하기 위해 충분한 처리 시간 동안 처리 온도로 유지된다(제4도의 블록 36). 압축력(F)은 제4도의 블록 36으로 표시된 처리 시간을 통하여 캐패시터(10)의 두께(T)를 제한하기 위해 유지된다.
본 발명의 양호한 실시예에서의 대표적인 처리 온도는 205℃이고, 그 대표적인 처리 시간은 2시간이다. 그러나, 상기 설명은 이 처리 온도나 처리 시간에 제한되는 것이 아니다.
처리 시간이 경과하면, 캐패시터(10)는 초기 주위 온도까지 냉각되고(제4도의 블록 38), 캐패시터(10)가 그 초기 주위 온도까지 냉각된 후, 압축력(F)은 제거된다(제4도의 블록 40). 이 때 처리는 완료된다.
본 발명의 방법의 적용을 설명하기 위해 사용된 예시적인 캐패시터 장치는 평행판 블륵 플라스틱 필름 캐패시터이었다. 상술한 본 발명의 방법의 양 실시예는 상승 온도에서 정전 용량 안정화의 유사한 장점을 발휘하도록 동심 권선형(concentrically wound type) 캐패시터에 연속적으로 적용될 수 있다.
그 각 실시예에서는 본 방법의 단계를 실행하는 방법에서 몇몇 실제적인 차이점은 상기 권선형 캐패시터에 본 방법을 적용시킬 필요가 있으나, 그 방법 자체는 변경되지 않는다. 예를 들어, 권선형 캐패시터(때때로 실행되는 계란형 단면 형상으로 편평하게된 후에 조차도)에는 둥근 부분이 존재하고, 이 둥근 부분에 대해서는 권선형 캐패시터에 관한 어느 곳에서 분자 결합 축(18,20)에 의해 한정되는 평면과 거의 수직한 축에 압축력(F)을 균일하게 적용하기가 어렵다. 물론 실세적인 해결책은 권선형 캐패시터를 강성판 사이에서 압축력(F)으로 압축하고 그후에 이렇게 압축된 계란형 단면 형상인 캐패시터를 압축력(F)과 거의 동일한 균형 압력하에서 처리 온도로 유지되는 액체에 침지하는 것이다.
액체의 온도를 처리 온도까지 상승시키기 전에 균형압력이 압축력(F)과 거의 동일한 적합한 수준까지 상승되는한, 캐패시터는 평행한 블록 플라스틱 필름 캐패시터에 대해 상술한 바와 같이 열적으로 안정화된다. 상기 균형 압력이 얻어지기 전에 액체의 온도가 상승된다면, 캐패시터의 플라스틱 필름은 길이와 폭이 수축되고, 따라서 입력이 적용되기 전에 두께가 증가하고 정전 용량의 손실이 발생한다.
본 발명의 제1실시예(제3도에 도시한 바와 같이)는 권선형 캐패시터에 의해 매우 간단히 실시할 수 있고, 그 이유는 분자 결합 축(18,20)에 의해 한정된 평면과 실제로 수직한 어떤 곳에서 압축력(F)이 적용되는 방법에 대해서는 실제로 고려하지 않았기 때문이다.
상술한 도면 및 특정한 실시예에 따른 본 발명의 양호한 실시예가 기술된 반면에, 본 발명의 방법은 정확한 세부 사항 및 기술한 상태를 제한하지 않고 본 발명의 범위를 벗어남 없이 여러가지 변경이 가능함을 이해할 수 있다.

Claims (5)

  1. 적층 구조체의 열적 안정성을 향상시키기 위해 제1축 및 제2축 방향으로 배향된 문자 결합을 갖는 플라스틱 필름과 도전성층을 교댈 합체시켜서 구성된 적층 구조체를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 제1축 및 제2축과 수직한 제3축 방향으로 상기 구조체에 압축력을 적용하는 단계와, 상기 구조체에서 상기 압축력을 유지하는 동안, 상기 구조체를 주위 온도로부터 상기 분자 결합을 랜덤화시키기에 충분히 높은 상승 온도까지 상승시키는 단계와, 상기 구조체내의 모든 분자 결합의 랜덤화를 실행하기 위해 충분한 처리 시간동안 상기 상승된 온도 및 상기 압축력하에서 상기 구조체를 유지하는 단계와, 압축 및 처리 온도 단계중에 상기 플라스틱 필름의 두께를 일정하게 유지하는 단계 및 상기 구조체를 상기 주위 온도까지 냉각시킨 다음에 상기 구조체로부터 상기 압축력을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 상승된 온도는 상기 플라스틱의 용융점 이하인 것을 특징으로 하는 적층 구조체 제조 방법.
  2. 상승된 온도에서 정전 용량성 구조체의 정전 용량 안정성을 향상시키기 위해 제1축 및 제2축 방향으로 배향된 분자 결합을 갖는 플라스틱 필름 유전체 재료와 도전성 재료의 교호충을 합체시킨 정전용량성 구조체를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 제1축 및 제2축과 수직한 제3축 방향으로 상기 정전 용량성 구조체에 압축력을 적용하는 단계와, 상기 정전 용량성 구조체에서 상기 압축력을 유지하는 동안, 상기 정전 용량성 구조체를 주위 온도로부터 상기 문자결합을 랜덤화시키기에 충분히 높은 처리 온도까지 상승시키는 단계와, 상기 정전 용량성 구조체내의 모든 분자 결합의 랜덤화를 실행하기 위해 충분한 처리 시간 동안 상기 처리 온도 및 상기 압축력하에서 상기 정전 용량성 구조체를 유지하는 단계와, 압축 및 처리 온도 단계중에 상기 플라스틱 필름의 두께를 일정하게 유지하는 단계 및 상기 정전 용량성 구조체를 상기 주위 온도까지 냉각시킨 다음에 상기 정전 용량성 구조체로부터 상기 압축력을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 처리 온도는 상기 플라스틱의 용융점 이하인 것을 특징으로 하는 정전 용량성 구조체 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서 상기 처리 온도는 상기 상승 온도보다 낮거나 동일한 것을 특징으로 하는 정전 용량성 구조체 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 처리 온도는 상기 상승 온도와 동일하거나 높은 것을 특징으로 하는 정전용량성 구조체 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 플라스틱 필름 유전체 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름인 것을 특징으로 하는 정전 용량성 구조체 제조 방법.
KR1019860002260A 1985-03-26 1986-03-26 열적으로 안정화된 플라스틱 필름 캐패시터의 제조 방법 KR0126766B1 (ko)

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