KR100305722B1 - 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트인 플라스틱 필름과, 상기 플라스틱 필름 상에 형성되는 산화알루미늄막과, 상기 산화알루미늄막 상에 형성되는 알루미늄막으로 이루어지고, 상기 산화알루미늄막은 상기 알루미늄막과 접하는 쪽에 산화알루미늄과 알루미늄이 혼재하는 전이층을 갖고, 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å인 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름과, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트인 플라스틱 필름 상에 산화알루미늄막을 증착하고; 상기 산화알루미늄막 상에 알루미늄막을 증착하는;것으로 이루어지고, 상기 산화알루미늄막의 증착 초기에는 산화알루미늄막의 증착만을 이루고 점차로 산화정도를 낮추어 산화알루미늄과 알루미늄을 혼재하는 전이층을 형성하여 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å이 되도록 증착하는 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 금속 증착 플라스틱 필름 콘덴서 (이하, 'MF 콘덴서'라 함) 제조용으로 사용되는 알루미늄 증착 플라스틱 필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 플라스틱 필름의 표면에 알루미늄의 산화물 박막을 증착하고, 다시 그 알루미늄 산화물 박막 위에 알루미늄 박막을 연속적으로 진공 증착하여 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 MF 콘덴서에 흔히 사용되고 있는 종래의 알루미늄 증착 플라스틱 필름은 유전체로 작용하는 2-12㎛ 두께의 플라스틱 필름의 일면 또는 양면상에 전극으로 사용하는 알루미늄 전극을 면저항 10-2Ω/㎠의 150-500 Å의 두께로 진공 증착하여 제조되며, 이때 유전체로 주로 사용되는 플라스틱 필름 재료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 등을 들 수 있다.
알루미늄 증착 플라스틱 필름을 이용한 알루미늄 MF 콘덴서의 개략적인 구조는 제 1 도에 도시된 바와 같다.
도시된 바와 같이 알루미늄 MF 콘덴서는 일정 폭을 갖는 테이프상 플라스틱 필름 1의 표면에 알루미늄 박막을 증착시킴에 있어 필름 에지 부분에는 증착이 이루어지지 않도록 하여 비증착부 1a를 남겨놓은 상태에서 알루미늄 증착막 2를 형성하여 이 알루미늄 증착 플라스틱 필름 3을 원통형으로 연속적으로 권회하여 원통형의 몸체 4를 제작한 다음 그 몸체 4의 양단부에 아연 합금을 용사하여 전극 5를 형성함과 아울러 그 전극 5 상에 리드선 6 및 6'을 용접하여서 된 것이다. 이와 같은 방법을 통하여 제조된 종래의 알루미늄 MF 콘덴서는 알루미늄의 낮은 전기 저항 특성 (2.65× 10-6Ω.㎝)에 기인하여 증착 박막의 두께를 얇게 형성할 수 있기 때문에 자기 회복 특성이 우수하여 신뢰성이 높고 또한 우수한 내식 특성 때문에 보관이 용이하면서도 플라스틱 필름에 대한 알루미늄 증착 박막의 접착강도가 높아서 건식MF 콘덴서 제조용으로 적합한 것으로 알려지고 있다.
반면, 상기 종래의 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 사용하여 제조된 MF 콘덴서는 직류나 교류가 인가된 상태로 사용될 때 사용 기간의 경과에 따라 캐퍼시턴스가 감소하는 단점이 있다. 이러한 현상은 전기가 인가된 상태에서 알루미늄이 수분에 의하여 산회되는 것에 기인하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 알루미늄 MF 콘덴서의 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 여러 가지 형태의 새로운 금속 증착 플라스틱 필름의 제조방법이 개발되었는데 그 대표적인 기술로는,
ⅰ) 증착이 끝난 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 수처리하여 표면에 산화알루미늄을 형성시켜 내식성을 개선시키는 방법 (일본공개특허공보 평 5-55083)
ⅱ) 플라스틱 필름 상에 알루미늄을 증착시키는데 있어 산화알루미늄/알루미늄/산화알루미늄/알루미늄 형태의 다층구조를 갖도록 제조하는 방법 (일본공개특허공보 평 2-62236)
그러나, i)의 방법은 증착이 끝난 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 다시 수처리 공정을 거쳐 산화막을 형성시킴에 따라 새로운 공정이 추가되어 생산원가가 높아지며 수처리시 불균일하게 산화되어 박막 손실을 높일 우려가 있으며 필름에 수분이 잔류하여 산화를 오히려 촉진할 우려가 있다. 또한, MF 콘덴서는 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 권회하여 제조됨으로 알루미늄 증착막의 산화에 영향을 주는 수분은 외부보다는 필름 내부에서 공급될 가능성이 높은 데 이러한 점에서는 효율적이지 못한 것으로 생각된다.
한편, ii)의 방법은 플라스틱 필름 상에 알루미늄을 증착시키는데 있어 산화알루미늄/알루미늄/산화알루미늄/알루미늄 형태의 다층구조를 갖도록 제조하기 위해서는 여러 번의 증착 공정을 거쳐야 하므로 생산 단가가 매우 높아지며 산화 알루미늄막에 알루미늄을 증착할 경우 접착력이 낮아 쉽게 박리될 우려가 있다.
본 발명은 종래의 MF 콘덴서 제조용 알루미늄 증착 플라스틱 필름이 지니고 있는 상기의 제반 문제점들을 해결하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 권취형 MF 콘덴서의 구조를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 방법으로 제조된 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 오제이 분석결과이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 방법으로 제조된 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 오제이 분석결과이다.
도 4는 본 발명의 실시에 및 비교예에 제조된 권취형 콘덴서의 용적변형율 거동을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조된 권취형 콘덴서의 절연파괴 전압을 나타낸 그래프이다.
본 발명은, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트인 플라스틱 필름과, 상기 플라스틱 필름 상에 형성되는 산화알루미늄막과, 상기 산화알루미늄막 상에 형성되는 알루미늄막으로 이루어지고, 상기 산화알루미늄막은 상기 알루미늄막과 접하는 쪽에 산화알루미늄과 알루미늄이 혼재하는 전이층을 갖고, 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å인 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트인 플라스틱 필름 상에 산화알루미늄막을 증착하고; 상기 산화알루미늄막 상에 알루미늄막을 증착하는;것으로 이루어지고, 상기 산화알루미늄막의 증착 초기에는 산화알루미늄막의 증착만을 이루고 점차로 산화정도를 낮추어 산화알루미늄과 알루미늄을 혼재하는 전이층을 형성하여 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å이 되도록 증착하는 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 산화알루미늄막 및 알루미늄막의 성막에 알루미늄 대신에 알루미늄-구리 합금 (구리는 3% 이하)이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 플라스틱 필름 상에 산화알루미늄 박막을 증착하는데 있어서 증착 초기에는 산화알루미늄이 증착되나 점차로 산화정도를 낮추어 산화알루미늄과 알루미늄이 혼재하는 형태를 가지며 결국은 알루미늄이 증착되는 형태를 갖는 전이층을 증착시킨 다음 계속해서 알루미늄을 연속적으로 진공증착시켜 산화알루미늄 박막 및 전이층의 두께의 합이 50 - 150 Å이고, 전체 두께가 300 - 1000 Å인 2층 박막을 증착시킨 점에 특징이 있다. 이처럼 초기 산화알루미늄 박막을 증착이 진행됨에 따라 산화정도가 감소되는 형태가 되도록 전이층의 형태로 증착함에 따라 계속되는 알루미늄 박막과의 접착성을 높일 수 있었다. 이러한 형태의 산화박막의 증착 방법은 증착 직전에 플라스틱 필름 표면에 산소나 산소를 함유한 기체를 소량 분무하여 초기에는 이 산소에 의하여 산화알루미늄이 증착되나 증착이 진행됨에 따라 플라스틱 필름 상의 산소가 배기되거나 또는 산화에 따라 산소 잔존량이 감소하여 알루미늄이 충분히 산화되지 않도록 하였으며 그 후에는 알루미늄만 증착되도록 하였다. 산소공급량은 증착되는 플라스틱 필름의 폭이나 증착방법에 따라 달라지지만 플라스틱 필름 단위 ㎝당 0.1 ~ 10 ㏄/min의 유속으로 주입될 수 있다.
한편 본 발명의 방법대로 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하는데 있어서 알루미늄에 3% 이하의 구리를 첨가할 경우 좀더 확실하게 접착력이 개선되는 것을 발견하였는데 이것은 구리와 알루미늄의 기전력 계열에 의한 반전위가 각각 0.377 volt 와 -1.662 votl로 알루미늄이 산화 전위에 있고 구리가 환원 전위에 있는 점에 기인하는 것으로 생각하였다, 이러한 반전위 차에 따라 산화분위기에서도 알루미늄이먼저 산화되며 산화되지 않는 구리는 계속되는 증착 과정에서 핵으로 작용하여 접착력을 향상시키는 것으로 생각하였다.
본 발명에서 산화알루미늄 및 전이층의 두께는 50 - 150 Å이 적합하였는데 이보다 얇을 경우 산화알루미늄 및 전이층을 생성하기 어려웠으며 생성된 이 층위에 증착한 알루미늄의 접착력이 나빠졌고 수분도 쉽게 침투하여 내식 특성도 개선되지 않았었다. 한편 산화알루미늄 및 전이층의 두께가 150 Å보다 두꺼울 경우는 이 층의 전기전도도가 낮아서 알루미늄층의 두께를 더 두껍게 증착하여야 되며 이에 따라 자기회복 특성이 나빠지는 악영향이 있었다. 한편 알루미늄에 첨가되는 구리의 양은 3%이하가 적합하였는데 이 이상 첨가할 경우 구리의 응축 잠열이 72.7 kcal/mol로 알루미늄의 69.5kcal/mol보다 커서 플라스틱 필름에 열적 손상을 가열하여 내전압이 낮아질 우려가 있었기 때문이다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 자세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
연속 증착기를 사용하여 폴리프로필렌 필름 상에 비증착부의 폭을 2mm로 하고 알루미늄 증착막의 폭을 48mm로 하여 알루미늄박막을 증착하는데 있어서 증착되기 직전에 노즐을 통하여 플라스틱 표면에 두께가 50 Å인 산화알루미늄 및 전이층과, 산화알루미늄막, 전이층 및 알루니늄막의 전체 두께가 450 Å이 되도록 알루미늄 증착층을 연속적으로 증착하여 면저항값으로 5Ω/㎠의 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하였다. 이와 같은 제조공정을 통하여 얻어진 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 사용하여 통상적인 MF콘덴서 제조공정으로서의 권취 → 압축 → 용사 → 리드선 결선으로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 2μF용량의 MF 콘덴서를 제조하였다. 이렇게 제조된 MF콘덴서의 특성을 알아보기 위하여 이들 MF 콘덴서를 90℃, 80%상대습도의 항온 항습조 안에 넣은 상태에서 300V, 60Hz의 교류를 인가하여 방치시간 변화에 따른 캐패시턴스의 변화를 측정하였는데 그 결과는 도 4와 같다. 또 이 MF 콘덴서에 직류전압을 인가하여 절연파괴 전압을 측정하였는데 그 결과는 도 5와 같다.
실시예 2
연속 증착기를 사용하여 폴리프로필렌 필름상에 비증착부의 폭을 2mm로 하고 알루미늄 증착막의 폭을 48mm로 하여 알루미늄박막을 증착하는데 있어서 증착되기 직전에 노즐을 통하여 플라스틱 필름 표면에 산소를 분무하였으며 계속해서 알루미늄을 증착하여 플라스틱 표면에 두께가 150 Å인 산화알루미늄 및 전이층과, 산화알루미늄막, 전이층 및 알루미늄막의 전체 두께가 350 Å이 되도록 알루미늄 증착층을 연속적으로 증착하여 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 오제이 분석 결과를 제2도에 보였다. 이와 같은 제조공정을 통하여 얻어진 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 사용하여 통상적인 MF 콘덴서 제조공정으로서의 구 권취 → 압축 → 용사 → 리드선 결선으로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 2μF용량의 MF 콘덴서를 제조하였다. 이렇게 제조된 MF콘덴서의 특성을 알아보기 위하여 실시예 1의 방법대로 캐패시턴스의 변화와 절연파괴 전압을 측정하였는바, 그 결과는 도 4 및 도 5와 같다.
실시예 3
연속 증착기를 사용하여 폴리프로필렌 필름상에 비증착부의 폭을 2mm로 하고 알루미늄-구리 합금 증착막의 폭을 48mm로 하여 알루미늄-구리 합금박막을 증착하는데 있어서 증착되기 진전에 노즐을 통하여 플라스틱 필름 표면에 두께가 60Å인 산화합금층 및 전이층과, 그 산화합금, 전이층 및 합금층의 전체 두께가 400 Å이 되도록 합금 증착층을 연속적으로 증착하여 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하였다, 이와 같은 제조공정을 통하여 얻어진 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 사용하여 통상적인 MF 콘덴서 제조공정으로서의 권취 → 압축 → 용사 → 리드선 결선으로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 2μF 용량의 MF 콘덴서를 제조하였다. 이렇게 제조된 MF 콘덴서의 특성을 알아보기 위하여 실시예 1의 방법대로 캐패시턴스의 변화와 절연파괴 전압을 측정하였는바, 그 결과는 도 4 및 도 5와 같다.
실시예 4
연속 증착기를 사용하여 폴리프로필렌 필름상에 비증착부의 폭을 2mm로 하고 알루미늄-구리 합금 증착막의 폭을 48mm로 하여 알루미늄-구리 합금박막을 증착하는데 있어서 증착되기 직전에 노즐을 통하여 플라스틱 필름 표면에 산소를 분무하였으며 계속해서 알루미늄과 3% 구리합금을 증착하여 플라스틱 표면에 두께가 120 Å인 산화 합금층 및 전이층과, 그 산화 합금층, 전이층 및 합금층의 전체 두께가 880 Å이 되도록 합금 증착층을 연속적으로 증착하여 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하였다. 이와 같은 제조공정을 통하여 얻어진 알루미늄-구리 합금 증착 플라스틱 필름을 사용하여 통상적인 MF 콘덴서 제조공정으로서의 권취 → 압축 → 용사 → 리드선 결선으로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 2μF용량의 MF 콘덴서를 제조하였다. 이렇게 제조된 MF콘덴서의 특성을 알아보기 위하여 실시예 1의 방법대로 캐패시턴스의 변화와 절연파괴 전압을 측정하였는바, 그 결과는 도 4 및 도 5와 같다.
비교예
연속 증착기를 사용하여 폴리프로필렌 필름 상에 비증착부의 폭을 2mm을 하고 알루미늄 증착막의 폭을 48mm로 하여 알루미늄 박막을 증착하여 두께가 350 Å인 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 오제이 분석 결과를 제 3 도에 보였다. 이와 같은 제조공정을 통하여 얻어진 알루미늄 증착 플라스틱 필름을 사용하여 통상적인 MF 콘덴서 제조공정으로서의 권취 → 압축 → 용사 → 리드선 결선으로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 2μF 용량의 MF 콘덴서를 제조하였다. 이렇게 제조된 MF 콘덴서의 특성을 알아보기 위하여 실시예 1의 방법대로 캐패시턴스의 변화와 절연파괴 전압을 측정하였는바, 그 결과는 도 4 및 도 5와 같다.
이상의 실시예 및 비교예의 방법으로 제조된 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 오제이 (Auger) 분석결과를 보여주는 도 2 및 도 3의 그래프에서 실시예의 경우 플라스틱 필름표면에 산화 알루미늄이 생성되어 있으며 점차로 산화알루미늄과 알루미늄이 혼재하는 전이막을 가지며 결국은 알루미늄이 증착되는 형태를 갖는 것을 알 수 있으며 비교예의 경우는 알루미늄 금속막으로 이루어져 있음을 알 수 있다. 상기 도면에서 표면에 보이는 산소 피크는 금속막 표면에 산소가 흡착되거나 일부 산화됨에 기인하는 것으로 금속박막에서 통상적으로 발견된다. 또 실시예 및 비교예의 방법으로 제조된 MF 콘덴서의 시간경과에 따른 캐패시턴스의 변화를 보여주는 도 4의 그래프와 절연파괴 전압을 보여주는 도 5에서 본 발명의 실시예의 MF 콘덴서가비교예의 MF 콘덴서에 비해 시간의 경과에 따른 캐패시턴스 변화가 적으며 절연파괴 전압도 높음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 MF 콘덴서 제조용 알루미늄 증착 플라스틱 필름이 지니고 있는 문제점들을 해결할 수 있다.
Claims (4)
- 플라스틱 필름과, 상기 플라스틱 필름 상에 형성되는 산화알루미늄막과, 상기 산화알루미늄막 상에 형성되는 알루미늄막으로 이루어지고, 상기 산화알루미늄막은 상기 알루미늄막과 접하는 쪽에 산화알루미늄과 알루미늄이 혼재하는 전이층을 갖고, 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å인 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산화알루미늄막 및 알루미늄막의 성막에 알루미늄 대신에 알루미늄-구리 합금 (구리는 3% 이하)이 사용된 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름.
- 플라스틱 필름 상에 산화알루미늄막을 증착하고;상기 산화알루미늄막 상에 알루미늄막을 증착하는;것으로 이루어지고,상기 산화알루미늄막의 증착 초기에는 산화알루미늄막의 증착만을 이루고 점차로 산화정도를 낮추어 산화알루미늄과 알루미늄을 혼재하는 전이층을 형성하여 그 산화알루미늄막과 전이층 두께의 합이 50 ~ 150 Å이고, 상기 산화알루미늄막, 전이층과 알루미늄막의 전체 두께가 300 ~ 1000 Å이 되도록 증착하는 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 산화알루미늄막 및 알루미늄막의 성막에 알루미늄 대신에 알루미늄-구리 합금 (구리는 3% 이하)이 사용되는 것을 특징으로 하는 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름.
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| KR1019990008488A KR100305722B1 (ko) | 1999-03-13 | 1999-03-13 | 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱 필름 및 그의 제조방법 |
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| KR20000060302A KR20000060302A (ko) | 2000-10-16 |
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| KR (1) | KR100305722B1 (ko) |
-
1999
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