KR101222436B1 - 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 기판을 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하고, 이후 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄을 형성한 후 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 반복하여 제조된, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법에 따라 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제조하는 경우 제조 공정이 간소하여 제조 원가를 낮출 수 있으며, 고용량 및 고신뢰성을 갖는 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 기판을 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하고, 이후 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성한 후 이를 다시 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 반복하여 제조된, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
콘덴서는 전기를 저장하거나 방출하는 축전지로서의 용도와 직류를 통하지 않는 성질을 이용하는 용도가 있으며, 서로 절연된 두 개의 평판전극을 접근시켜 양극 사이에 유전체를 끼워 넣은 구조로 이루어져 있다.
콘덴서에 직류 전류를 걸어주면 각 전극에 전하가 축적되면서 전류가 흐르다가 전하 축적이 끝나면 전류가 흐르지 않게 된다. 그러나 전극을 바꾸어 다시 직류전류를 걸어주면 순간적으로 전류가 흐르게 된다. 이러한 특성을 살려 콘덴서는, 전기를 저장하는 용도 외에, 직류전류는 차단하고 교류전류는 통과시키는 용도로도 사용된다.
이러한 콘덴서는 사용하는 유전체 재질에 따라 공기콘덴서, 진공콘덴서, 가스콘덴서, 액체콘덴서, 운모(마이카)콘덴서, 세라믹콘덴서, 종이 콘덴서, 플라스틱 필름콘덴서, 전해콘덴서 등으로 나뉜다.
전해콘덴서에는 알루미늄 전해콘덴서와 탄탈 전해콘덴서가 있는데, 통상 전해콘덴서라 하면 알루미늄 전해콘덴서를 말한다. 전해콘덴서는 얇은 산화막을 유전체로서 사용하며 전극으로는 알루미늄을 사용한다. 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 콘덴서의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.
한편 최근에는 세라믹과 금속(니켈)을 번갈아 쌓아 만든 적층 세라믹 콘덴서(Multi-Layer Ceramic Capacitor; MLCC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 머리카락 하나 굵기인 0.3㎜ 높이에 200~1000겹까지 세라믹과 금속을 번갈아 쌓아 적층 세라믹 콘덴서를 형성한다.
적층 세라믹 콘덴서는, 니켈은 금속이므로 전기가 통하나 세라믹은 전기가 통하지 않는 원리를 응용하여, 세라믹과 니켈을 여러 층 쌓아 전기를 저장할 수 있게 한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서는 휴대폰, 스마트폰, LCD TV, 컴퓨터 등 전자제품에 수 백개씩 필수적으로 들어가는 핵심 부품으로서, 전자기기의 소형화 추세로 인해 작고 용량이 큰 것일수록 뛰어난 기술력이 필요하다.
그러나 이러한 적층 세라믹 콘덴서는 다층으로 쌓아 콘덴서를 만들 때 두께가 커지고, 또한 금속과 절연층을 계속 쌓아야 하기 때문에 설비 비용이 높은 공정을 사용하므로 제조 원가가 높은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 공정이 간소하여 제조 원가를 낮출 수 있는 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 얇고 다층인 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제공하여 항복 전압을 감소시킴으로써 고용량의 필름콘덴서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 적층 세라믹 콘덴서를 대체할 수 있는, 고용량 및 고신뢰성을 나타내며 작은 사이즈로 제조될 수 있는 알루미늄 필름콘덴서를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 상술한 적층 세라믹 콘덴서의 문제점을 해결하여 이를 대체할 수 있는 고용량의 알루미늄 콘덴서에 대해 연구를 거듭하였다. 그 결과, 본 발명자들은 알루미늄 기판을 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하고, 상기 Al2O3 절연층 상에 다시 알루미늄층을 형성한 후 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 반복하여, 상기 알루미늄 기판에 형성된 Al2O3 절연층 상에 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 형성하여 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제조하는 경우, 공정이 간소하게 되어 제조 원가를 낮출 수 있음을 확인하였다. 또 별도의 절연층을 형성하는 경우보다 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 얇게 제조하여 항복 전압(breakdown voltage)을 낮춤으로써 고용량 및 고신뢰성을 갖는 필름콘덴서를 제조할 수 있음을 알게 되었다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
알루미늄 기판을 준비하는 단계(단계 1);
상기 알루미늄 기판을 일정 두께로 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성한 후 이를 일정 두께로 양극산화시켜 추가로 Al2O3 절연층을 형성하는 단계(단계 3)를 포함하며,
상기 단계 3을 반복 수행하여 알루미늄 및 Al2O3 절연층 구조가 다층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 단계 1에서는 알루미늄 기판에 대해 에칭 과정을 수행함으로써 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판을 준비할 수 있다.
단계 3에서는 상기 알루미늄 기판에 형성된 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 수십~수백 nm의 두께로 양극산화 과정을 수행하여 얇은 절연층을 형성할 수 있다. 형성되어지는 절연층의 두께는 항복전압 등을 고려하여 적절한 두께를 유지해야 한다. Al2O3 절연층의 적절한 두께가 결정이 되면 그 윗층에 알루미늄층의 두께가 결정이 되며, 따라서 최적의 최종두께를 통해 고용량 필름콘덴서를 만들 수 있다.
또한, 본 발명은 필름콘덴서용 알루미늄 전극으로서, 알루미늄 기판; 상기 알루미늄 기판을 양극산화하여 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및 상기 Al2O3 절연층 상에 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제공한다.
상기 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층은 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성하고 이 알루미늄층을 일정 두께만큼 양극산화시키는 과정을 통해 형성된다.
또한, 본 발명은 알루미늄 전극을 사용하는 알루미늄 필름콘덴서로서,
상기 알루미늄 전극이 알루미늄 기판; 상기 알루미늄 기판을 양극산화하여 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및 상기 Al2O3 절연층 상에 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하며,
상기 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층은 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성하고 양극산화시켜 알루미늄층 상에 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 반복 수행함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고용량 알루미늄 전해콘덴서를 제공한다.
본 발명은 알루미늄층을 형성한 후 별도의 절연층을 형성하지 않고 알루미늄층을 양극산화하여 Al2O3 절연층을 형성하기 때문에, 제조 공정이 간소하여 제조 원가를 낮출 수 있으며, 고용량 및 고신뢰성을 갖는 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조공정 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판 상에 Al2O3 절연층, 그리고 다시 알루미늄층 및 Al2O3 절연층이 형성된 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판 상에 Al2O3 절연층, 그리고 다시 알루미늄층 및 Al2O3 절연층이 형성된 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
우선, 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제조하기 위한 알루미늄 기판을 준비한다(단계 1).
알루미늄 기판은 에칭 공정을 사용하여 알루미늄 기판의 표면에 에칭터널 패턴을 형성하여 준비될 수 있다.
알루미늄 기판 상에 에칭터널 패턴을 형성하기 위한 에칭 공정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나 에칭 공정은 특히 제한되지 않으며, 다양한 방법이 이용될 수 있다.
다음으로, 상기 알루미늄 기판을 양극산화시켜 알루미늄 기판에 Al2O3 절연층을 형성한다(단계 2).
도 1을 참조하면, 알루미늄 기판에 대해 양극산화 공정(anodizing process)을 수행하여 알루미늄 기판에 Al2O3 절연층을 형성한다.
이후, 상기 단계 2에서 알루미늄 기판에 형성된 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성한 후, 이 알루미늄층에 대해 다시 양극산화 과정을 수행하여 Al2O3 절연층을 형성한다(단계 3).
상기 단계 2의 과정을 수행한 후 단계 3의 과정을 반복 수행함으로써, 알루미늄 기판에 형성된 Al2O3 절연층 상에 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 형성하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판 상에 Al2O3 절연층, 알루미늄층 및 Al2O3 절연층이 형성된 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 측단면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 에칭터널 패턴이 형성되어 표면적이 증가된 알루미늄 기판을 사용하는 경우 필름콘덴서의 용량을 늘릴 수 있다.
상기 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판 상에 Al2O3 절연층, 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 형성하는 방법은 상술한 바와 같이, 표면적을 늘리기 위해 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판을 양극산화하여 Al2O3 절연층을 형성한 후, 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성하고 양극산화시켜 알루미늄층 상에 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 거쳐 수행될 수 있으며, 이를 반복 수행하여 상기 Al2O3 절연층 상에 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 형성할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명은 필름콘덴서용 알루미늄 전극으로서,
알루미늄 기판; 상기 알루미늄 기판을 양극산화하여 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및 상기 Al2O3 절연층 상에 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하며,
상기 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층은 상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성하고 양극산화시켜 알루미늄층 상에 Al2O3 절연층을 형성하는 과정을 반복 수행함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 제공한다.
알루미늄 기판; 상기 알루미늄 기판을 양극산화하여 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및 상기 Al2O3 절연층 상에 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하여 구성되는 필름콘덴서용 알루미늄 전극은 상술한 본 발명의 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 필름콘덴서용 알루미늄 전극을 포함하여 구성된 고용량의 알루미늄 필름콘덴서를 제공한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예가 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (12)
- 알루미늄 기판을 준비하는 단계(단계 1);
상기 알루미늄 기판을 일정 두께로 양극산화시켜 Al2O3 절연층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 형성한 후 이를 일정 두께로 양극산화시켜 추가로 Al2O3 절연층을 형성하는 단계(단계 3)를 포함하며,
상기 단계 3을 반복 수행하여 알루미늄 및 Al2O3 절연층 구조가 다층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 알루미늄 기판은 에칭터널 패턴이 형성된 기판인 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 3에서는 상기 알루미늄 기판에 형성된 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층을 수십~수백 nm의 두께로 형성한 후 양극산화 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 2 및 단계 3의 양극산화가 알루미늄의 수십~수백 nm 두께에 대해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 3을 최적의 두께를 선정하고 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 제조방법.
- 필름콘덴서용 알루미늄 전극으로서,
알루미늄 기판;
상기 알루미늄 기판을 일정 두께 양극산화하여 상기 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및
상기 Al2O3 절연층 상에 반복 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 청구항 6에 있어서,
상기 Al2O3 절연층 상에 알루미늄층은 수십~수백 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 청구항 6에 있어서,
상기 알루미늄층과 Al2O3 절연층이 다수 반복되어 형성된 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 청구항 6에 있어서,
Al2O3 절연층의 두께가 수십~수백 nm인 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 청구항 6에 있어서,
상기 알루미늄 기판은 에칭 과정을 수행하여 에칭터널 패턴이 형성된 알루미늄 기판인 것을 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 청구항 6에 있어서,
상기 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극의 전체 두께는 최적의 두께를 특징으로 하는, 얇고 다층인 고용량 필름콘덴서용 알루미늄 전극.
- 알루미늄 전극을 포함하여 구성된 알루미늄 필름콘덴서로서,
상기 알루미늄 전극이, 알루미늄 기판; 상기 알루미늄 기판을 일정 두께 양극산화하여 상기 기판에 형성된 Al2O3 절연층; 및 상기 Al2O3 절연층 상에 반복 형성된 다수의 알루미늄층 및 Al2O3 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 필름콘덴서.
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| KR20010103942A (ko) * | 2000-05-12 | 2001-11-24 | 전형구 | 자연 산화 알루미늄층을 유전체층으로 하는 알루미늄콘덴서의 제작방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120007902A (ko) | 2012-01-25 |
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