KR100232293B1 - 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 전해콘덴서용 전극박의 제조방법에 관한 것으로, 특히 순수한 알루미늄박을 화학적인 전처리를 통해 균일한 표면상태로 만든 후, 귀한 금속이온이 함유된 전해용액에서 전해처리를 실시하여 알루미늄박 표면에 미세한 에치피트를 많이 형성시킨 다음, 염산을 주성분으로 하는 혼하전해역에서 전해에칭을 실시함으로써 알루미늄박 표면의 확대율을 증가시켜 정전용량을 크게 하고 누설전류를 최소화시킨 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법을 제공한다.

Description

알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 알루미늄 박(薄)의 에칭공정을 나타낸 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 송출부 2 : 전처리조

3 : 이종금속이 첨가된 전해조 4 : 제1단 에칭조

5 : 제2단 에칭조 6 : 후처리조

7 : 권취부 W : 수세조

H : 건조로

본 발명은 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전극재의 표면적을 확대하기 위해 전해 에칭을 실시함에 있어 전극박의 높은 정전용량을 가짐과 동시에 양극 산화 피막 형성후 발생되는 누설전류를 감소시킬 수 있는 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄 콘덴서의 전극재를 사용함에 있어서 표면을 부식시켜 단위 면적당 높은 정전용량을 갖기 위한 방법으로는 화학적 또는 전기 화학적 에칭 방법이 있다. 상기 화학적 에칭방법은 염소이온 및 각종 첨가제를 함유하는 전해액을 이용하여 표면확대를 실시하는 방법이고, 전기 화학적 에칭방법은 알루미늄박(薄)을 대극으로 하여 부식시키는 직류에칭방법과 마주보는 두 개의 탄소전극사이에 알루미늄박을 통과시켜 두 전극사이에 유도되는 전류를 이용하여 부식시키는 교류에칭방법이 있다. 또한 상기 방법을 조합시킨 전류를 이용하여 염소이온 및 각종 첨가제를 함유하는 전해액에서 에칭을 행하는 방법도 사용되고 있다.

상술한 바와 같은 전기 화학적 에칭방법을 이용하여 가급적 큰 표면적 확대율을 얻음과 동시에 확대율이 커짐에 따라 증가되는 부식감량을 줄임으로써 정전용량을 크게 하고 높은 기계적 강도 값을 가지는 전극박의 제조방법에 대하여 많은 연구가 진행되어 왔다.

일반적으로 전해 콘덴서용 알루미늄 전극박의 정전용량은 에칭된 알루미늄박의 표면적에 비례하므로 제품의 소형화 추세에서는 표면적 확대율이 큰 에칭박이 요구된다. 상기 화학적 또는 전기 화학적 에칭에 의한 알루미늄박의 표면적 화대는 에칭량에 비례하지만 어느 한계를 넘어서면 표면적 증가량이 둔화되고, 오히려 역으로 표면적 확대율이 감소되는 경향이 나타난다. 또한, 에칭량의 증대와 더불어 알루미늄박의 기계적 강도가 저하되므로 알루미늄박의 과도한 에칭을 행할 경우 에칭, 화성, 조립 등의 콘덴서 제조공정에서 박단이 일어날 가능성이 많게 된다. 따라서 알루미늄 전극박은 콘덴서 제조공정에서 박단이 일어나지 않을 정도의 기계적 강도와 가능한 한 큰 표면 확대율을 갖도록 하여야 한다.

상기와 같은 특성을 충족시키기 위한 종래의 전해 콘덴서용 알루미늄박의 제조는 알루미늄박의 재료조성과 박의 제조공정이라는 두 가지 측면에서 개선점을 찾기 위해 노력해 왔다. 먼저 재료조성의 측면에서는 고순도 알루미늄에 미량의 첨가원소를 넣은 알루미늄 합금박을 제조하여 초기 에칭시의 에칭밀도를 향상시키는 방법이 사용되어지고 있다. 이때 첨가되는 합금원소로는 은(Ag), 납(Pb), 철(Fe), 크롬(Cr), 주석(Sn) 등이다. 특히 알루미늄 합금박 제조시에 가장 많이 사용되는 첨가물은 구리(Cu)로 통상적으로는 0.1-0.5wt% 첨가하여 사용되고 있다. 상기 구리를 많이 사용하는 이유는 구리가 적당량 이상으로 함유된 알루미늄박이 전해액 내에서 전기 화학적인 에칭이 진행될 때 구리와 알루미늄이 서로 갈바닉 전위(galvanic electric potential)를 형성하여 전기적인 부식이외에 화학적인 부식이 동시에 진행되고 에칭 초기에 생성되는 에치피트(etch pit)의 밀도도 매우 높아지게 됨으로써 고배율의 표면적 확대가 이루어지기 때문이다. 상기 알루미늄 합금박을 상요한 알루미늄 전해콘덴서 전극박의 제조방법은 먼저 상기 금속이 포함된 알루미늄 합금박을 전처리조(NaOH 조)를 통과시켜 알루미늄 합금박의 표면을 균질하게 한 후 수세조를 통과시켜 수세한다. 다음에 상기 전처리조를 통과한 후 수세된 알루미늄 합금박을 제1단 에칭조와 제2단 에칭조를 통과시켜 화학적 또는 전기 화학적인 에칭을 실시한다. 다음에 상기 에칭조에서 에칭된 알루미늄박을 수세조에서 수세하고 후처리조를 거쳐 다시 한 번 수세한다. 다음에 상기 공정이 완료된 에칭된 알루미늄박을 건조로를 통과시켜 건조시킨 후 권취부로 보냄으로써 전해 콘덴서용 전극박이 제조되는 것이다.

그러나 상술한 바와 같이 알루미늄 합금박을 제조하여 에칭을 실시할 때에는 알루미늄 합금박에 첨가된 이종금속은 에칭이 완료된 이후에도 알루미늄박에 잔존하게 되고, 잔존하는 이종금속은 콘덴서 제조시 큰 문제로 대두되고 있다. 그 이유는 알루미늄박을 콘덴서용 전극제로 사용하기 위해서는 알루미늄박을 에칭하고 에칭된 알루미늄박에 산화 피막을 입혀 사용하고 있는데 상기 구리와 같은 이종금속이 시간이 경과함에 따라 콘덴서의 전해액(페이스트)과 반응하여 양극 산화피막의 안정성을 저해하는 원인으로 작용한다는 문제점이 있기 때문이다. 또한 양극 산화 피막 형성 후 구리 등의 첨가원소 및 알루미늄과 철과의 화합물이 알루미늄 기지내에서 석출됨으로서 양극 산화 피막이 전기적으로 불안하게 되고 국부적으로는 양극 산화 피막에서 부식이 발생하여 고온 장수명의 시험시 누설전류(LC) 및 tanδ 값이 높아지게 되어 콘덴서 제품의 신뢰성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 고순도 알루미늄박을 가성소다를 이용한 전처리조를 거쳐 에칭조에서 에칭을 행하는 공정에 이종금속이 첨가된 전해조에서 초기 전해에칭을 행하는 공정을 추가시켜 에칭효율을 높임으로서 정전용량을 크게 하고 누설전류를 적게 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 알루미늄 합금박을 화학적인 전처리를 통해 균일한 표면상태로 만든 후, 염산을 주성분으로 하는 혼합 전액에서 전해 에칭을 실시하고, 후처리를 실시하는 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법에 있어서, 순수한 알루미늄박을 상기 전처리 공정과 전해 에칭공정 사이에 알루미늄 보다도 전기 화학적으로 귀한 금속이 함유된 전해액에서 알루미늄박을 전해처리하여 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박을 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 전해 콘덴서 제조시 상기 종래의 기술에서 사용한 이종금속이 합금박막 내에 잔존하여 콘덴서의 전기적 특성을 열화시키는 것을 방지하기 위하여 고순도 알루미늄박을 이용하여 에칭을 실시하였다. 좀더 자세하게는 제1도에 도시한 바와 같이 알루미늄박을 가성소오다를 사용한 전처리조(2)를 통과시켜 그 표면을 균질하게 만든 후, 에칭조에서 전해에칭을 행하는 공정에 이종금속이 첨가된 전해조(3)에서 초기 전해 에칭을 실시하는 공정을 추가하여 에칭 효율을 높인 알루미늄 전극박의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제조공정은 먼저 순수한 알루미늄박을 제1도에 도시한 바와 같이 송출부(1)를 통해 에칭 공정로에 공급하면 알루미늄박은 먼저 전처리조(2, NaOH 조)를 통과하여 알루미늄박의 표면이 균질하게 된 후 수세조(W)를 통과함으로써 수세된다. 다음에 상기 전처리조(2)를 통과한 후 수세된 알루미늄박을 본 발명에 의한 이종금속이 첨가된 전해조(3)에 통과시켜 알루미늄박 표면에 미세한 에치피트를 많이 형성시키도록 하는 초기에칭을 실시한다. 다음에 상기 이종금속전해조(3)에서 초기 에칭된 알루미늄박을 1단 에칭조(4)와 제2단 에칭조(5)에 통과시켜 화학적 또는 전기 화학적인 에칭을 실시한다. 다음에 상기 에칭조(4,5)에서 에칭된 알루미늄박을 수세조(W)에서 수세하고 후처리조(6)를 거쳐 다시 한 번 수세한다. 다음에 상기 공정이 완료된 에칭된 알루미늄박을 건조로(H)를 통과시켜 건조시킨 후 권취부(7)로 보냄으로써 전해 콘덴서용 알루미늄박이 제조되는 것이다.

상술한 공정에서 본 발명의 특징은 화학적 또는 전기 화학적 에칭에 앞서 고순도 알루미늄박을 알루미늄보다 전기 화학적으로 귀한 금속군, 다시 말하면 표준환원 전위의 값이 알루미늄보다도 귀한 값을 가지는 표 1에 도시된 바와 같은 금속군인 주석(Sn), 크롬(Cr), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co), 구리(Cu) 등에서 적어도 1종 이상의 금속염 또는 이온을 함유하는 전해액에서 화학적 또는 전기 화학적인 에칭을 행함으로써 에칭의 초기단계에서 알루미늄박 표면에 미세한 에치피트를 많이 형성시켜 보다 높은 정전용량을 갖도록 하는 것이다.

좀더 자세히 설명하면 고순도의 알루미늄박이 음극으로 될 시에는 알루미늄보다 귀한 금속이온이 알루미늄박 표면층에 치밀하게 흡착이 이루어져 표면에서 알루미늄과 이종금속간의 갈바닉 셀 전위가 형성되어 이 전위차에 의하여 전기적인 에칭이외에 화학적인 에칭이 이루어지게 된다.

[표 1]

또한 알루미늄박이 양극으로 사용될 때에는 흡착되어 있는 이종의 금속이온이 전기적인 반발력에 의하여 알루미늄박으로부터 탈착반응이 이루어짐과 동시에 전기 화학적인 에칭이 진행되어 표면적 확대에 유효한 에치피트가 많이 형성되게 된다. 즉, 알루미늄박이 음극으로 될 때 표면에는 알루미늄 보다 귀한 금속이온이 흡착되어 알루미늄과 갈바닉 셀을 형성하여 알루미늄박 표면에 미세한 에치피트가 많이 생성되게 되고, 알루미늄박이 양극으로 될 때 귀한 금속이온은 알루미늄박에서 탈착되므로 종래의 합금박의 전해에칭시 발생하는 전기적 특성의 열화 문제를 방지할 수 있다.

상기 이종금속 이온을 함유하는 전해액중에는 알루미늄보다 귀한 금속의 이온농도가 0.5wt% 이상이 되면 알루미늄박이 일시에 너무 많은 표면부식이 발생되어 전면 용해가 일어나게 된다. 이것은 알루미늄보다 귀한 금속 이온의 농도가 일정 농도 이상이 되면 표면에 흡착되는 이온이 많아지게 되고 따라서 박의 전체에 갈바닉 셀이 형성되어 박의 전체에서 에치피트가 너무 많이 생성되므로 표면의 용해가 일어나기 쉽게 되어 오히려 표면적 확대가 작아지기 때문이다. 또한 알루미늄보다 귀한 금속이온의 농도가 0.1wt% 이하로 존재하면 표면적 확대에 기여하지 못하여 정전용량의 증대효과가 없게 된다. 따라서 본 발명은 알루미늄 보다 귀한 금속의 농도가 0.2wt%에서 0.4wt%인 전해액을 사용한다.

[실시예 1]

순도 99.98%, 두께 0.090mm의 고순도 알루미늄박을 아세톤에서 5분간 탈지 및 세척을 행한 후, 30℃ 온도의 1% 가성소다에서 2분간 전처리를 행하였다. 상기 전처리 후 염산을 주용액으로 한 전해액에 알루미늄보다 귀한 금속인 크롬(Cr) 금속이온을 0.2wt% 넣고 60℃에서 2분간 전해에칭을 하였다. 그 후 수세를 행한 후 염산 6%, 질산 0.6%, 인산 1%, 황산 0.08% 농도 용액이 함유된 전해액을 온도 30℃, 전류밀도 400mA/㎠, 주파수 10Hz의 교류전원을 인가하여 10분간 전해에칭을 하였다. 다음에 60℃의 아디피산 암모늄 수용액에 22Vf로 양극산화피막을 형성시킨 후 정전용량을 측정하였다.

[실시예 2]

순도 99.98%, 두께 0.090mm의 고순도 알루미늄박을 아세톤에서 5분간 탈지 및 세척을 행한 후, 30℃ 온도의 1% 가성소다에서 2분간 전처리를 행하였다. 상기 전처리 후 염산을 주용액으로 한 전해액에 알루미늄보다 귀한 금속인 구리(Cu) 금속이온을 0.3wt% 넣고 60℃에서 2분간 전해에칭을 하였다. 그 후 수세를 행한 후 염산 6%, 질산 0.6%, 인산 1%, 황산 0.08% 농도 용액이 함유된 전해액을 온도 30℃, 전류밀도 400mA/㎠, 주파수 10Hz의 교류전원을 인가하여 10분간 전해에칭을 하였다. 다음에 60℃의 아디피산 암모늄 수용액에 22Vf로 양극산화피막을 형성시킨 후 정전용량을 측정하였다.

[실시예 3]

순도 99.98%, 두께 0.090mm의 고순도 알루미늄박을 아세톤에서 5분간 탈지 및 세척을 행한 후, 30℃ 온도의 1% 가성소다에서 2분간 전처리를 행하였다. 상기 전처리 후 염산을 주용액으로 한 전해액에 알루미늄보다 귀한 금속인 철(Fe) 금속이온을 0.3wt% 넣고 60℃에서 2분간 전해에칭을 하였다. 그 후 수세를 행한 후 염산 6%, 질산 0.6%, 인산 1%, 황산 0.08% 농도 용액이 함유된 전해액을 온도 30℃, 전류밀도 400mA/㎠, 주파수 10Hz의 교류전원을 인가하여 10분간 전해에칭을 하였다. 다음에 60℃의 아디피산 암모늄 수용액에 22Vf로 양극산화피막을 형성시킨 후 정전용량을 측정하였다.

상술한 3가지 실시예의 정전용량과 누설전류를 측정한 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

[표 2]

결과적으로 본 발명은 알루미늄보다 귀한 이종금속 이온의 흡착과 탈착반응이 번갈아 진행됨에 따라 에칭이 진행되면서 유효한 부식개시점이 균일하게 분포되어 높은 표면적 확대율을 이룰 수 있는 장점이 있다. 또한 에칭을 종료한 후에 이종금속의 전기적인 탈착이 진행되어 표면에 이종금속이 거의 잔류하지 않아 콘덴서 제조시 전기적인 특성의 열화문제도 발생하지 않는다. 따라서 누설전류(LC)도 종래의 알루미늄합금박을 사용할 때 보다 매우작은 값을 갖게 된다.

Claims (3)

1. 알루미늄박을 먼저 화학적인 전처리를 통해 균일한 표면상태로 만든 후, 염산을 주성분으로 하는 혼합 전해액에서 전해 에칭을 실시하고, 후처리를 실시하는 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법에 있어서, 상기 전처리 단계와 전해 에칭 단계 사이에 귀한 금속이 함유된 전해액에서 알루미늄박을 전해 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해콘덴서용 전극박의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전해액에 함유되는 귀한 금속이온은 주석(Sn), 크롬(Cr), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co), 구리(Cu) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전해액에 함유된 귀한 금속이온의 농도는 2wt%~4wt%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박의 제조방법.

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