KR100371060B1 - 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체결합 방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 밴드 블로킹필터용 세라믹 커패시터 - Google Patents

고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체결합 방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 밴드 블로킹필터용 세라믹 커패시터 Download PDF

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Abstract

고주파 초고압 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터에서 제조 공정중 발생될 수 있는 공정 불량을 근본적으로 제거하여 취약부의 열화에 따른 절연파괴로부터 공유되어 있는 시스템과 수용가의 안전성을 확보할 수 있도록 하기 위한 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체결합방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터가 개시된다. 본 발명은, 유전체 세라믹 그래뉼에 약 50ton/㎠이상의 성형압을 인가하여 형성된 원기둥 형상의 성형체를 대기중에서 1200~1500℃의 고온에서 24시간 이상 소성시켜 제조된 원기둥 형상의 유전체 세라믹 소체의 상부 및 하부면에 고순도의 Ag전극을 형성시켜 1차 소체를 제조하는 단계; 제조된 1차 소체을 용융점이 약 230℃이상인 크림 솔더나 프리폼 솔더등을 스크린 프린팅하거나 소체의 평면에 맞추어 삽입 또는 도포하여 적어도 2이상의 1차 소체를 직렬 다중화하여 결합되며, 상부 및 하부면에 결합단자가 부착된 2차 소체를 제조하는 단계; 그리고, 제조된 2차 소체의 상부 및 하부면에 부착된 결합단자들을 필요한 정전용량만큼 분할되도록 내부연결용 단자로 연결하여 복합 결합시키는 단계를 포함한다.

Description

고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체 결합 방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터{method for union ceramic dielectric for band blocking filter for hi Frequency and hi voltage and ceramic dielectric using the method}
본 발명은 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체 결합 방법에 관한 것으로, 특히 고압전력선을 이용한 고속 통신망간의 통신 신호를 차단할 수 있는 옥내, 옥외겸용 고주파 초고압 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터에서 제조 공정중 발생될 수 있는 공정 불량을 근본적으로 제거하여 취약부의 열화에 따른 절연파괴로부터 공유되어 있는 시스템과 수용가의 안전성을 확보할 수 있도록 하기 위한 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체결합방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터에 관한 것이다.
일반적으로, 고압전력선을 이용한 2Mbps, 10Mbps급(고주파대역 1MHz~57MHz)의 고속 통신 분야는 차세대 통신수단으로 각광 받기 시작하여 세계 각국에서 경쟁적으로 개발에 박차를 가하고 있는 상황이다. 고압 전력선을 이용한 고속 통신 분야에서 현재까지 개발 되어진 기술의 범위는 가입자망의 개발 및 그와 연관된 흠 네트워킹에 주력해 왔다.
그러나, 약 50~100가구 단위로 구성되는 고속통신망과 통신망 사이의 신호간섭은 노이즈로 작용되어 통신품질을 저하시키고 궁극적으로 배전급 전력선을 이용한 고속통신망의 상용화 가치를 낮아지게 한다. 이러한 약 50~100가구 단위로 구성되는 고속통신망과 통신망사이의 신호간섭을 막기 위해서는 도 4에서 보는 바와 같이, 배전 선로(310)상에 장착되어 22,900V의 고전압과 600A의 고전류하에서도 내구성과 안전성을 갖춘 밴드 블로킹 필터(300)의 개발과 상용화가 필요한 실정이다.
이러한 고압전력선을 이용한 고속통신망간의 통신신호 차단용 밴드 블로킹 필터(300)는 장착되는 배전선로(310)에 상시 22.9 kVdc이상의 고전압이 인가되어 있어 절연 내력 확보는 필수적이다. 외부로부터 이상전압(뢰,서지등)이 유입되어 밴드 블로킹 필터의 절연이 파괴되거나 치명적인 손상을 입었을 경우 수용가의 안전에 지대한 영향을 미칠 뿐만 아니라 공유되어 있는 제반 시스템을 손상시키는 주요 요인으로 작용한다.
밴드 블로킹 필터는 일반적인 유전체 세라믹 소체로 구성되는 데, 유전체 세라믹 소체로 구성된 밴드 블로킹 필터의 절연내력을 향상시키는 데는 다음과 같은 어려움이 있다.
첫째, 소체내부의 치밀화 및 균일한 정도와 부위별 소결밀도의 편차 발생하고, 둘째, 조립과정의 열 충격에 의한 미세균열로 정상적인 납땜을 하기 위하여는 땜납재료의 액상선 온도에 +30정도의 적정온도로 소체 전체를 균일하게 가열하여 납땜할 표면과 소체내부의 온도편차가 없는 상태에서 진행해야 하며 소체표면과 내부의 온도차이가 발생하면 온도차이가 가장 크거나 소체내의 취약부로부터 열충격에 의한 균열 발생할 수 있다. 셋째, 블로킹 필터의 외부 라인(Line)결선시나 소체간의 부적절한 결합으로 부분적인 분리가 발생할 수 있는 어려움이 있다.
종래의 세라믹 필터의 소체 결합방법은 도 1에서 보는 바와 같이 세라믹 유전체(112)의 상부 및 하부면에 Ag 전극(114)이 형성된 단일한 구조를 갖는 1차 소체(110)를 도 2에서 보는 바와 같이 2개 이상 직렬 다중 결합하고, 그 상부 및 하부면에 결합단자(120)을 형성시킨 2차 소체(210)가 적용되었다.
그러나, 종래의 1차 소체를 2개 이상 직렬 다중 결합하고, 그 상부 및 하부면에 Ag전극을 형성시킨 2차 소체는 응용 범위가 넓지 않는 단점이 있으며, 소체의 결합 개수가 많아지면 많아질수록 상술한 바와 같은 소체간의 분리현상 및 센터불량, 결합과정에서의 열충격에 의한 균열등 직렬 다중 결합의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 제1 목적은 다중 결합된 유전체 2차소체와 단자의 연결구조를 체계적으로 설계 적용하여 고주파 초고압 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 양산시에 발생되는 공정불량 및 제조상의 문제를 최소화하고, 배전전압의 약2배인 40kVdc이상의 내전압에 안전하게 견딜 수 있으며, 기타 요구되는 제반특성을 만족하며, 상시 배전선에 18kVdc이상의 고전압이 인가되는 상태에서도 신뢰성을 확보 할 수 있어서, 통신 시스템과 수용가의 안전상의 문제를 해결하고 배전급 전력선을 이용한 고속 통신망의 우수한 통신품질을 확보함으로써 전력선을 이용한 고속통신망간의 통신신호를 차단 할 수 있는 고주파 초고압 밴드 블로킹 필터용 세라믹 2차소체의 결합 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 상기한 제 1 방법을 이용하여 제조되는 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터를 제공하는 것이다.
도 1은 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 고온 소결된 원통형태의 단일소체로서 Ag전극을 형성시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 2는 도1의 소체를 2개 이상 다중 결합한 2차소체의 단자결합상태를 보여 주기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 소체 결합방법에 의하여 1차 소체가 다중 결합된 2차 소체를 분할하여 분할된 각각의 상부 및 하부 단자간 내부연결단자를 이용하여 복합 결합한 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 4는 밴드 블로킹 필터의 개요를 나타내는 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 1차 소체 112 : 유전체 세라믹 소체
114 : Ag전극 310 : 2차 소체
320 : 결합단자 330 : 내부연결용 단자
상기의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은
유전체 세라믹 그래뉼에 약 50ton/㎠이상의 성형압을 인가하여 형성된 원기둥 형상의 성형체를 대기중에서 1200~1500℃의 고온에서 24시간 이상 소성시켜 제조된 원기둥 형상의 유전체 세라믹 소체의 상부 및 하부면에 고순도의 Ag전극을 형성시켜 1차 소체를 제조하는 단계;
제조된 1차 소체을 용융점이 약 230℃이상인 크림 솔더나 프리폼 솔더등을 스크린 프린팅하거나 소체의 평면에 맞추어 삽입 또는 도포하여 적어도 2이상의 1차 소체를 직렬 다중화하여 결합되며, 상부 및 하부면에 결합단자가 부착된 2차 소체를 제조하는 단계; 그리고,
제조된 2차 소체의 상부 및 하부면에 부착된 결합단자들을 필요한 정전용량만큼 분할되도록 내부연결용 단자로 연결하여 복합 결합시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기한 제 2 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
유전체 세라믹 소체의 상부 및 하부면에 고순도의 Ag전극을 형성시킨 1차 소체가 적어도 2개이상 부착되며, 상부 및 하부에 결합단자가 형성된 2차소체들이 필요한 정전용량만큼 분할되도록 하나의 2차 소체의 하부 결합단자와 다른 하나의 2차 소체의 상부 결합단자를 내부연결용 단자로 상호 결합시킨 형상을 갖는 세라믹 소체를 포함하는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면중, 도 1은 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 고온 소결된 원통형태의 단일소체로서 Ag전극을 형성시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 소체 결합방법에 의하여 1차 소체가 다중 결합된 2차 소체를분할하여 분할된 각각의 상부 및 하부 단자간 내부연결단자를 이용하여 복합 결합한 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
본 발명에 따른 고주파 초고압 밴드 블로킹 필터용 세라믹 2차소체의 결합 방법은 먼저, 유전체 세라믹 그래뉼(Granule)을 약 50ton/㎠이상의 성형압을 인가하여 원기둥 형상의 성형체를 제작한 후, 성형체를 대기중에서 24시간이상의 소성 스캐줄로 1200~1500℃의 고온에서 소성시킨 후, 원기둥 형상의 유전체 세라믹 소체(112)의 상, 하면에 고순도의 Ag전극(114)을 형성시킨 1차 소체(110)를 제조한다.
이와 같이 제조된 1차 소체(110)을 도 3에서 보는 바와 같이 용융점(액상선)이 약 230℃이상인 각각의 소체간 땜납재료인 크림 솔더나 프리폼 솔더등를 스크린 프린팅하거나 소체의 평면에 맞추어 삽입 또는 도포하여 1차 소체(110)를 직렬다중화한 2차 소체(310)의 상부 및 하부에 결합단자(320)를 부착하고, 상부 및 하부에 결합단자(320)가 부착된 2차 소체(310)들을 내부연결용 단자(330)로 연결하여 필요한 정전용량만큼 분할하여 복합 결합시키는 것이다.
즉, 상부 및 하부에 결합단자(320)가 형성된 2차소체(310)들을 필요한 정전용량만큼 분할하여 상부의 2차 소체(310)의 하부 결합단자와 상부의 2차 소체(310)의 결합단자를 내부연결용 단자(330)로 상호 결합시킴으로서 소체간의 분리현상 및 센터불량, 결합과정에서의 열충격에 의한 균열등 직렬 다중 결합의 문제점을 해소하는 것이다.
내부 연결용 단자(330)와 결합 단자(320)들의 결합은 결합단자와 내부 연결용 단자에 나사산을 가공하여 나사 결합시키거나, 열적, 화학적인 용접방식으로 결합시킨다.
<표1>에서 보는 바와 같이 하나의 일체형 1차 소체와 직렬 다중 결합된 2차 소체의 직경과 두께를 동일하게 각각의 소체를 결합하여 제반특성과 내전압을 측정하여 보면 유전율, 정전용량, 유전손실, 일정 온도범위에서 정전용량의 변화율을 나타내는 온도특성등은 동등수준을 나타내고 있으며, 절연저항 및 내전압강도는 1차소체보다 2차소체가 약 1. 5~2배정도 향상된 결과를 가져왔다.
[표1]1차 소체와 2차소체의 제반 특성 비교
측정항목 1차 소체 2차 소체
온도특성(Y5U기준) △C%+5~-43% △C%+6~-41%
절연저항 540,000MΩ 710,000MΩ
내전압 32kVdc 62kVdc
이론적인 수치로 보면 두가지 세라믹 소체의 제조방법에 의해 제조된 후 절연저항 및 내전압강도는 등등한 수준이어야 하나 측정결과가 1차 소체에 비해 2차소체의 절연저항 및 내전압강도가 향상된 것은 1개의 유전체 세라믹 소체내에서 성형밀도 및 소성밀도의 부위별 편차범위가 1차 소체에 비해 2차 소체가 매우 작기 때문인 것으로 분석되었다.
본 발명은 이러한 결과에 의해 직렬다중결합 기술을 적용하였으며. 소체를 결합하는 과정에서 열충격에 의해 소체에 균열(크랙)이 발생하거나 부적절한 결합에 의해 소체간에 틀어짐이나 부분적 분리현상이 발생하게 되는 근본적인 문제를 해결하기 위하여 직렬 다층으로 결합하던 2차 소체를 필요한 정전용량만큼 분할하고, 분할된 2차 소체(310)들을 내부연결용 단자(330)로 체결하여 복합 결합된 구조를 취하므로서, 제조 공정중 발생될 수 있는 공정 불량을 근본적으로 제거하여 취약부의 열화에 따른 절연파괴로부터 공유되어 있는 시스템과 수용가의 안전성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력선온 이용한 초고속통신망 구축시 핵심부품인 밴드 블로킹 필터에 적용되는 고주파 세라믹 커패시터의 결합방법을 개선하여 소체의 결함이나 제조상의 한계를 극복함으로서 전력선을 이용한 초고속 통신망의 상용화를 조기화 할 수 있고, 수용가의 안전성을 확보할 수 있으며, 통신 품질의 수준을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

  1. ⅰ)유전체 세라믹 그래뉼에 약 50ton/㎠이상의 성형압을 인가하여 형성된 원기둥 형상의 성형체를 대기중에서 1200~1500℃의 고온에서 24시간 이상 소성시켜 제조된 원기둥 형상의 유전체 세라믹 소체(112)의 상부 및 하부면에 고순도의 Ag전극(114)을 형성시켜 1차 소체(110)를 제조하는 단계;
    ⅱ)상기 단계에서 제조된 1차 소체(110)을 용융점이 약 230℃이상인 크림 솔더나 프리폼 솔더등을 스크린 프린팅하거나 소체의 평면에 맞추어 삽입 또는 도포하여 적어도 2이상의 1차 소체를 직렬 다중화하여 결합되며, 상부 및 하부면에 결합단자(320)가 부착된 2차 소체(310)를 제조하는 단계; 그리고,
    ⅲ)상기 단계에서 제조된 2차 소체(310)의 상부 및 하부면에 부착된 결합단자(320)들을 필요한 정전용량만큼 분할되도록 내부연결용 단자(330)로 연결하여 복합 결합시키는 단계를 포함하는 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체 결합 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ단계에서 상기 결합단자(320)들과 상기 내부연결용 단자(330)는 나사등 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체 결합 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ단계에서 상기 결합단자(320)들과 상기 내부연결용단자(330)는 열적 화학적 용접에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 고압 고주파 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터의 소체 결합 방법.
  4. 유전체 세라믹 소체(112)의 상부 및 하부면에 고순도의 Ag전극(114)을 형성시킨 1차 소체(110)가 적어도 2개이상 부착되며, 상부 및 하부에 결합단자(320)가 형성된 2차소체(310)들이 필요한 정전용량만큼 분할되도록 하나의 2차 소체(310)의 하부 결합단자와 다른 하나의 2차 소체(310)의 상부 결합단자를 내부연결용 단자(330)로 상호 결합시킨 형상을 갖는 세라믹 복합 소체를 포함하는 밴드 블로킹 필터용 세라믹 커패시터.
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