KR100339754B1 - 알루미늄 전해 콘덴서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 전해 콘덴서 제조시 - 극에 사용하는 유전체를 교환하여 알루미늄 전해 콘덴서의 용량을 증가시킬 수 있는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 관한 것으로서, 화성과정, 절단 과정, 함침 공정을 포함하는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 있어서, 상기 화성 과정은 Al₂O₃보다 높은 유전율을 갖는 Nb₂O₅, TiO₂또는 양자의 혼합물을 주성분으로 하는 sol 용액을 사용하여 전해 콘덴서의 음극에 사용되는 알루미늄 호일의 표면에 유전체를 형성시키는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법{Making method of aluminium electrolytic capacitor}

본 발명은 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 관한 것으로서, 알루미늄 전해 콘덴서 제조시 - 극에 사용하는 유전체를 교환하여 알루미늄 전해 콘덴서의 용량을 증가시킬 수 있는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄 전해 콘덴서는 99.9% 이상의 고순도 알루미늄 호일을 전극으로 하여 제조된 콘덴서이다. 알루미늄 전해 콘덴서를 제조에 사용되는 주요 재료인 알루미늄 호일은 호일의 표면에 유전체를 형성시키기 위해 다음과 같은 공정을 거치게 된다.

상기와 같이 제조된 알루미늄 호일을 사용하여 알루미늄 전해 콘덴서를 제조하는 공정은 다음과 같다.

도 1은 알루미늄 전해 콘덴서의 제조 과정을 나타내는 순서도로서, 각 공정을 설명하면 다음과 같다.

압연된 알루미늄 호일의 평활면을 전기화학적으로 표면을 에칭하여 실효면적을 증가시키는 에칭과정(S1), 에칭된 알루미늄 호일을 전기분해하여 알루미늄 호일의 표면에 유전체가 되는 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막을 생성하는 화성과정(S2), 화성 과정을 거쳐 화성된 전극박을 제품의 용량에 맞는 일정한 규격으로 절단하고 인출단자를 접속한 후 음극박과 전해지(separator)를 넣어 동심원으로 절단하는 절단 과정(S3), 권취한 소자에 전해액을 넣는 함침 공정(S4)을 거치게 되고, 이후에는 조립 공정(S5)을 거쳐 완성되게 된다.

이때 알루미늄 호일에 유전체를 형성하는 화성 과정(S2)을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

알루미늄 박막에 유전체를 형성시키기 위한 sol 용액을 제조하는 sol 용액 제조 공정(S10), 상기 공정(S10)에서 만들어진 sol 용액에 에탄올, 메탄올 또는 부탄올과 같은 희석제를 넣어 필요한 농도를 맞추는 희석제 첨가 공정(S12), 반응 속도를 맞추기 위해 메틸 아세톤과 같은 안정제를 첨가하는 안정제 첨가 공정(S14), sol 용액에서 유전체 물질을 생성하기 위한 가수분해 공정(S16), 상기 가수분해 공정(S16)을 거친 sol 용액에 알루미늄 박막을 함침시키는 알루미늄 박막 함침 공정(S18), sol 용액이 묻은 알루미늄 박막을 상온에서 48시간 또는 200℃ 내지 350 ℃ 의 온도로 20 내지 40 분간 건조하는 건조 공정(S20), 상기 건조 공정(S20)을 거친 알루미늄 박막을 550℃ 내지 650 ℃ 의 온도로 30 ~ 60 분간 열처리하는열처리 공정(S22)으로 구성됨을 알 수있다.

상기와 같은 공정을 이용하여 제조하는 알루미늄 전해 콘덴서의 용량은 다음과 같은 수학식에 의해 결정됨을 알 수 있다.

[수학식 1]

상기 [수학식 1]을 사용하여 콘덴서 용량을 계산하여 보면 다음과 같은 사실을 알 수 있다.

박장단소를 추구하는 전자기기에 사용하기 위해서는 작은 크기를 갖고 큰 용량을 갖는 콘덴서를 제작하는 것이 바람직하지만, 전해 콘덴서의 전극 제작에 사용하는 알루미늄 호일은 외부의 공장에 주문하여 일정한 형태로 만들어지기 때문에 콘덴서 제조 라인에서 콘덴서의 용량을 증가시키기 위한 별도의 조치를 취하기 어려웠다.

때로는 완성된 알루미늄 전해 콘덴서의 용량을 증가시키기 위해서는 콘덴서 제조에 사용되는 알루미늄 호일을 에칭하여 알루미늄 호일의 표면적을 증가시키는 방법을 사용하기도 했으나, 기본적인 알루미늄 전해 콘덴서의 제조 공정에 별도의 에칭 공정이 추가되고, 공정 추가에 따른 원가 상승의 문제점이 있었다.

고순도의 알루미늄 호일을 사용하여 용량을 증가시키는 방법을 사용할 경우에는 알루미늄 호일의 가격에 의해 콘덴서의 제조 원가가 상승되는 원인이 되었다.

또한 음극 호일에 형성되는 유전체의 두께를 얇게 하여 용량을 증가시킬 경우, 유전체의 두께가 얇을 경우 유전체에 균열이 발생하여 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 알루미늄 전해 콘덴서 제작시 사용하는 알루미늄 호일의 표면에 형성되는 유전체가 고 유전율을 갖도록 하여 알루미늄 전해 콘덴서 제작시 추가되는 공정 없이 고용량의 전해 콘덴서를 제조할 수 있는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 화성과정, 절단 과정, 함침 공정을 포함하는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 있어서, 상기 화성 과정은 니오븀 에톡사이드를 주성분으로 하는 sol 용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 알루미늄 전해 콘덴서의 제조 과정을 나타내는 순서도.

도 2는 알루미늄 전해 콘덴서의 제조 과정중 화성 공정을 나타내는 순서도.

본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

압연된 알루미늄 호일의 평활면을 전기화학적으로 표면을 에칭하여 실효면적을 증가시키는 에칭과정(S1), 에칭된 알루미늄 호일을 전기분해하여 알루미늄 호일의 표면에 유전체가 되는 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막을 생성하는 화성과정(S2), 화성 과정을 거쳐 화성된 전극박을 제품의 용량에 맞는 일정한 규격으로 절단하고 인출단자를 접속한 후 음극박과 전해지(separator)를 넣어 동심원으로 절단하는 절단 과정(S3), 권취한 소자에 전해액을 넣는 함침 공정(S4)을 거쳐 콘덴서를 제조하는것은 종래의 기술과 동일하다.

상기한 화성 공정(S2)을 수행함에 있어 알루미늄 호일의 표면에 형성되는 유전체가 기존의 Al₂O₃가 아닌 Nb₂O₅(니오븀 에톡사이드), TiO₂(이산화티탄)또는 두가지 이상의 유전물질의 혼합체가 되도록 하기 위해서는 다음과 같은 공정을 수행하도록 한다.

Nb₂O₅(니오븀 에톡사이드) 또는 TiO₂(이산화티탄)는 Al₂O₃보다 높은 유전율을 갖고 있다.

우선, 물(H₂O), 촉매, 분산제, 출발물질이 각각 50 ~ 150, 0.5 ~ 5, 0.5 ~ 5, 1 의 몰(mole) 비율로 혼합된 sol 용액을 제조하도록 한다(S10). 상기 출발물질로는 Nb₂O₅(니오븀 에톡사이드) 또는 TiO₂(이산화티탄)을 사용하거나 두가지 물질이 서로 혼합하여 사용할 수 있다. 두가지 유전체를 혼합할 경우 그 혼합비율은 얻고자 하는 유전율에 따라 변화될 수 있다. 상기한 물질을 이용한 sol 용액의 상세한 제조과정은 생략한다.

제조된 sol 용액을 이용하여 희석제 첨가 공정(S12), 안정제 첨가 공정(S14), 가수분해공정(S16)을 차례로 수행하고, 음극에 사용하는 알루미늄 호일을 함침공정(S18)을 이용하여 유전체 물질이 코팅되도록 한다. 이때 1회의 함침 공정만으로는 코팅이 완벽하지 않으므로 최대 10회까지 필요한 회수만큼 함침 공정을 반복한다.

코팅 공정이 완료된 후 호일을 상온 내지 150℃ 의 온도로 건조하는 건조 공정(S20)을 수행하고, 건조 공정(S20)이 끝나게 되면 400 ~ 650 ℃ 의 온도로 열처리하는 열처리 공정(S22)을 수행하도록 한다.

열처리 공정이 끝나게 되면 전해 콘덴서의 음극에 사용하는 알루미늄 호일의 표면에는 Nb₂O₅,TiO₂또는 두가지 물질이 혼합된 유전체가 형성된다.

상기와 같이 제조된 알루미늄 호일을 콘덴서의 음극에 적용하게 되면 저순도의 알루미늄 호일을 사용하고도 고용량의 알루미늄 전해 콘덴서를 제조할 수 있게 된다.

알루미늄 호일에 Al₂O₃유전체층을 형성시켜서 콘덴서를 만들 경우, 22.4V 의 내전압을 적용할 경우 최대 520 의 용량을 갖게되지만, Nb₂O₅로 유전체층을 형성시킬 경우에는 같은 내전압을 적용할 경우 최대 2350 의 용량을 갖는 콘덴서를 제조할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 알루미늄 전해 콘덴서의 음극의 제조에 사용되는 알루미늄 호일에 sol-gel 법에 의해 고 유전율을 갖는 Nb₂O₅의 또는 TiO₂의 유전체가 형성되도록 하여 알루미늄 호일을 에칭하는 추가 공정이 필요없고, 고순도의 알루미늄 호일을 사용하지 않고도 고용량의 알루미늄 전해 콘덴서를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 화성과정, 절단 과정, 함침 공정을 포함하는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법에 있어서, 상기 화성 과정은 알루미늄 박막에 유전체를 형성시키기 위한 Nb₂O₅, TiO₂또는 양자의 혼합물을 주성분으로 하는 sol 용액을 제조하는 sol 용액 제조 공정(S10), 상기 공정(S10)에서 만들어진 sol 용액에 에탄올, 메탄올 또는 부탄올과 같은 희석제를 넣어 필요한 농도를 맞추는 희석제 첨가 공정(S12), 반응 속도를 맞추기 위해 메틸 아세톤과 같은 안정제를 첨가하는 안정제 첨가 공정(S14), sol 용액에서 유전체 물질을 생성하기 위한 가수분해 공정(S16), 상기 가수분해 공정(S16)을 거친 sol 용액에 알루미늄 박막을 함침시키는 알루미늄 박막 함침 공정(S18), sol 용액이 묻은 알루미늄 박막을 상온에서 48시간 또는 상온 내지 150℃ 온도로 20 내지 40 분간 건조하는 건조 공정(S20), 상기 건조 공정(S20)을 거친 알루미늄 박막을 400 ~ 650 ℃의 온도로 30 ~ 60 분간 열처리하는 열처리 공정(S22)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서 제조 방법.