KR101558287B1 - 커패시터용 유전체 필름 및 이를 이용한 고에너지밀도 커패시터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유연성을 갖는 지지체; 및 상기 지지체 위에 증착된 세라믹 유전체 층; 을 포함하는 커패시터용 유전체 필름과 상기 유전체 필름 2매를 겹쳐지도록 배치하고 권회하여 제조한 커패시터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 커패시터용 유전체 필름 및 이를 이용한 고에너지밀도 커패시터 제조 방법에 관한 것이다.
최근 환경 및 에너지에 대한 관심으로 수요가 증가하고 있는 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 태양광 발전, 풍력발전용 인버터기기에는 고에너지밀도 커패시터가 필수적인 것이 되었다. 그리고 높은 에너지 밀도를 요구하는 전력전자, 펄스파워 등의 응용분야까지 고에너지밀도 커패시터의 사용이 확대되어, 의료용 제세동기, 펄스파를 사용하는 군사용 무기체계, 항공우주분야 등의 전원 장치 등에도 광범위하게 이용되는 등 최근 들어 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 적용 분야에 사용되는 커패시터는 짧은 시간 내에 충전과 방전이 가능해야 하며, 높은 온도에서의 사용 가능성, 높은 에너지밀도를 가질 것 등이 요구되고 있다.
커패시터의 에너지밀도는 아래의 수학식1과 같이 표현할 수 있다.
기존의 펄스파워용 커패시터는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylenetere phthalate, PET)와 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)과 같은 고분자 유전체를 사용하는 범용 커패시터가 사용되었으나 PET와 PP와 같은 유전체의 유전율은 2~3정도로 낮은 값을 가지고 있어서 정전용량이 작아 고에너지밀도를 구현하기에 한계가 있다. 이러한 이유로 인해 전기자동차 등의 인버터회로에는 커패시터를 여러 개 연결한 커패시터 뱅크를 제작하여 사용한다. 이로 인해, 커패시터의 무게가 증가하고 공간을 많이 차지하는 문제점이 생긴다. 또한, 알루미늄 전해 커패시터는 최대사용온도가 85℃로 전기 하이브리드 자동차에서 125℃의 사용온도조건을 충족시키지 못하며, 탄탈 전해 커패시터는 최고 사용전압이 125V 정도이며, 고온에서 높은 손실값을 보이고, 세라믹 커패시터는 큰 용량온도계수, 고전압의 어려움과 높은 원가라는 단점을 보인다.
본 발명의 목적은 고에너지밀도를 갖는 유전체 필름 및 이를 이용한 커패시터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 유연성을 갖는 지지체; 및 상기 지지체 위에 증착된 세라믹 유전체 층; 을 포함하는 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층의 재질은 이산화 타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 하나인 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 유전체 필름은 상기 지지체의 양면에 형성되는 금속 전극층; 을 포함하고, 상기 세라믹 유전체층은 상기 양면에 형성된 금속 전극층 중 어느 하나 위에 증착되는 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층이 증착된 상기 금속 전극층은 상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 배치되는 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층은 상기 증착된 금속 전극층에 형성된 마진부와 동일한 위치에 마진부가 형성되도록 증착된 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층은 상기 금속 전극층 위에 상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 증착되는 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 지지체는 알루미늄 호일인 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층은 상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 증착되는 커패시터용 유전체 필름일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 유전체 필름 2매를 겹쳐지도록 배치하여 권회한 커패시터일 수 있다.
상기 유전체 필름은 상기 유전체 필름의 폭방향을 따른 일단부에는 용사금속 접촉부가 형성되고, 상기 폭방향을 따른 타단부에는 마진부가 형성되는 커패시터일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1유전체 필름 및 제2유전체 필름을 포함하는 커패시터에 있어서, 상기 제1유전체 필름 및 상기 제2유전체 필름은 각각 유연성을 갖는 지지체; 상기 지지체 양면에 증착된 금속 전극층; 및 상기 지지체 일면의 금속 전극층 위에 상기 지지체의 폭방향을 따른 일단부에 길이방향을 따라 외마진을 형성하도록 증착된 세라믹 유전체 층; 을 포함하고, 상기 제2유전체 필름 위에 상기 제1 유전체 필름을 겹쳐서 배치하고 상기 제1 유전체 필름의 길이 방향으로 권회한 커패시터일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층은 이산화타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 어느 하나로 증착되고, 상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유연성을 갖는 제1지지체; 상기 제1지지체 양면에 상기 제1 지지체의 폭방향을 따른 중앙부에 하나 이상의 중마진을 형성하도록 증착된 제1금속 전극층; 상기 제1지지체의 일면에 증착된 상기 제1금속 전극층 위에 상기 제1지지체의 폭방향을 따른 양단부에 외마진을 형성하도록 증착된 제1세라믹 유전체층; 을 포함하는 제1유전체 필름; 및 유연성을 갖는 제2지지체; 상기 제2지지체 양면에 상기 제2지지체의 폭방향을 따른 양단부에 외마진을 형성하도록 증착된 제2금속 전극층; 상기 제2지지체의 일면에 증착된 상기 제2 금속 전극층 위에 증착된 제2세라믹 유전체층; 을 포함하는 제2유전체 필름; 을 포함하고, 상기 제2유전체 필름 위에 상기 제1 유전체 필름을 겹쳐 상기 제1유전체 필름의 길이 방향으로 권회한 커패시터일 수 있다.
상기 세라믹 유전체층은 이산화타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 어느 하나로 증착되고, 상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1유전체 필름 및 제2유전체 필름을 포함하는 커패시터에 있어서, 상기 제1유전체 필름 및 상기 제2유전체 필름은 각각 유연성을 갖는 금속 지지체; 및 상기 금속 지지체 위에 증착된 세라믹 유전체 층; 을 포함하고, 상기 제2 유전체 필름 위에 상기 제1 유전체 필름을 외마진이 생기도록 엇갈리게 위치시켜 상기 제1 유전체 필름의 길이 방향으로 권회한 커패시터일 수 있다.
상기 세라믹 유전체 층은 이산화타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 어느 하나로 증착되고, 상기 금속 지지체는 알루미늄 호일인 커패시터일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고분자 필름 위에 상기 고분자 필름의 폭방향을 따라 상기 고분자 필름의 길이 방향을 따른 하나 이상의 마진부를 포함하도록 금속 전극층을 형성하는 단계; 및 냉각드럼을 이용하여 상기 고분자 필름을 냉각하면서 상기 형성된 금속 전극층 위에 내마진을 형성하도록 세라믹 유전체 층을 증착하여 유전체 필름을 제조하는 단계; 를 포함하는 유전체 필름 제조 방법일 수 있다.
본 발명에 따르면, 고에너지밀도를 갖는 커패시터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 기본구조를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 유전체 층을 증착하기 위한 롤투롤 스퍼터의 개념도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 지지체 위에 증착된 전극 및 세라믹 유전체의 주사 현미경 사진 및 엑스레이(X-Ray) 회절 패턴 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 주파수에 따른 유전상수를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 유전체 층을 증착하기 위한 롤투롤 스퍼터의 개념도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 지지체 위에 증착된 전극 및 세라믹 유전체의 주사 현미경 사진 및 엑스레이(X-Ray) 회절 패턴 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 주파수에 따른 유전상수를 나타낸 것이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
본 발명은 고에너지밀도를 갖는 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 유연성을 갖는 고분자 지지체 위에 세라믹을 증착한 유전체 필름을 권회하여 커패시터를 제조함으로써 100이상의 상대적으로 높은 유전율과 100kV/cm 이상의 높은 절연파괴강도를 갖는 고에너지밀도 커패시터를 제조할 수 있다. 지지체는 고분자 필름이나 10~50㎛ 정도의 두께를 갖는 금속 지지체 등이 사용될 수 있고, 세라믹은 이산화타이타늄(TiO2), 타이타늄산바륨(BaTiO3) 등이 사용될 수 있다. 세라믹은 스퍼터링 증착법에 의해 증착될 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(100)의 기본구조를 나타낸 것이다. 커패시터(100)는 유전체 필름(10, 20) 2매를 포함할 수 있다. 제1유전체 필름(10) 및 제2유전체 필름(20)은 각각 유연성을 갖는 지지체(12, 22)와 세라믹 유전체(14, 24)를 포함할 수 있다. 세라믹 유전체(14, 24)는 지지체(12, 22) 위에 증착되어 형성될 수 있다. 제1유전체 필름(10)과 제2 유전체 필름(20)은 마진(18, 28)이 폭방향에 따른 단부에 생기도록 엇갈리게 배치될 수 있다. 권회소자의 측면(90)에 용사공정에 의해 금속 합금을 부착시키고 인출선을 부착하여 커패시터를 제작할 수 있다. 금속 합금은 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 합금일 수 있다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다.
제1실시예
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(200)의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(200)의 사시도를, 도 3은 측면도를 나타낸 것이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(200)는 제1유전체 필름(220) 및 제2유전체 필름(240)을 포함할 수 있다.
제1유전체 필름(220) 및 제2유전체 필름(240)은 각각 유연성을 갖는 지지체(222, 242), 세라믹 유전체(224, 244), 금속 전극(226, 246) 및 마진부(228, 248)을 포함할 수 있다. 금속 전극(226, 246)은 상부 금속 전극(226a, 246a)와 하부 금속 전극(226b, 246b)을 포함할 수 있다.
제1유전체 필름(220) 및 제2유전체 필름(240)의 유연성을 갖는 지지체(222, 242)는 고분자 필름 일 수 있다. 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 유연성을 갖는 소재로 만들어진 지지체라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다.
금속 전극(226, 246)은 지지체(222, 242) 양면에 증착될 수 있다. 금속 전극(226, 246)은 전극의 역할을 함과 동시에, 지지체(222, 242) 위에 직접 세라믹 유전체(224, 244)를 증착하여 사용할 경우, 세라믹 유전체(224, 244)와 지지체(222, 242)가 직렬 연결된 유전체로 작용하게 되는 것을 막아준다. 세라믹 유전체(224, 244)와 지지체(222, 242)가 직렬 연결된 유전체로 작용하게 되는 경우, 지지체(222, 242)의 낮은 유전상수가 작용하여 필름 캐패시터(200)의 용량을 감소시키게 된다. 금속 전극(226, 246)은 리드선(미도시)이 연결될 수 있다.
세라믹 유전체(224, 244)는 이산화타이타늄(TiO2) 또는 타이타늄산바륨(BaTiO3), 타이타늄산납(PbTiO3), 타이타늄지르코늄산납([(Pb,Zr)TiO3]) 중 어느 하나일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 다른 세라믹 소재를 이용할 수 있다. 세라믹 유전체(224, 244)는 0.1~10㎛ 두께의 층으로 형성될 수 있다. 세라믹 유전체(224, 244)는 롤투롤(roll to roll) 스퍼터링 증착법에 의해 형성될 수 있다. 롤투롤 스퍼터링 증착법에 대해서는 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명할 것이다.
세라믹 유전체(224, 244)는 증착 단계에서 마진부(228, 248)를 갖도록 증착할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1유전체 필름(220)은 폭방향을 따른 일단부에 마진부(228)를, 제2유전체 필름(240)은 타단부에 마진부(248)를 포함할 수 있다. 마진부(228, 248)의 폭, 위치 등은 예시적인 것이며 필요에 따라 변형될 수 있다. 제2유전체 필름(240) 위에 제1유전체 필름(220)을 엇갈리게 겹쳐지도록 배치하고 길이 방향을 따라 권회하여 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(200)가 제작될 수 있다.
제2실시예
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(200)의 사시도를, 도 5는 측면도를 나타낸 것이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)는 제1유전체 필름(320) 및 제2유전체 필름(340)을 포함할 수 있다.
제1유전체 필름(320)은 유연성을 갖는 지지체(322), 세라믹 유전체(324), 금속 전극(326) 및 마진부(328)를 포함할 수 있다.
지지체(322)는 고분자 필름 일 수 있다. 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 유연성을 갖는 소재로 만들어진 지지체라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다.
금속 전극(326)은 지지체(322) 양면에 증착될 수 있다. 금속 전극(326)은 지지체(322)에 증착될 때 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)가 높은 내전압을 갖도록 하기 위해 중마진(328a)을 포함할 수 있다. 중마진(328a)을 여러 개 형성하면 커패시터가 여러 개 직렬로 연결된 효과를 갖게 되며, 그에 비례해서 사용전압이 증가할 수 있다. 도 4 및 도 5에 나타낸 중마진(328a)은 예시적인 것이며, 중마진(328a)의 개수, 폭, 위치 등은 필요에 따라 조정될 수 있다. 금속 전극(326, 346)은 리드선(미도시)이 연결될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 마찬가지로 금속 전극은 세라믹 유전체(324)와 지지체(322)가 직렬연결된 하나의 유전체로 작용하는 것을 막아줄 수 있다.
세라믹 유전체(324)는 지지체(322)의 일면에 증착된 금속 전극(326) 위에 증착될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)에서 세라믹 유전체(324)는 외마진(328b, 328c)을 갖도록 증착될 수 있다. 외마진(328b, 328c)의 폭, 위치 등은 예시적인 것이며 필요에 따라 다양하게 조정될 수 있다. 세라믹 유전체(324)는 이산화타이타늄(TiO2) 또는 타이타늄산바륨(BaTiO3), 타이타늄산납(PbTiO3), 타이타늄지르코늄산납([(Pb,Zr)TiO3]) 중 어느 하나일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 다른 세라믹 소재를 이용할 수 있다. 세라믹 유전체(324)는 0.1~10㎛ 두께의 층으로 형성될 수 있다.
제2유전체 필름(340)은 유연성을 갖는 지지체(342), 세라믹 유전체(344), 금속 전극(346) 및 마진부(348)를 포함할 수 있다.
지지체(322)는 고분자 필름 일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 유연성을 갖는 소재로 만들어진 지지체라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 금속 전극(326)은 지지체(322) 양면에 증착될 수 있다.
금속 전극(346)은 지지체(342)에 증착될 때, 외마진(348a, 348b)을 포함할 수 있다.
세라믹 유전체(344)는 지지체(342)의 일면에 증착된 금속 전극(346) 위에 증착될 수 있다. 세라믹 유전체(344)는 이산화타이타늄(TiO2) 또는 타이타늄산바륨(BaTiO3), 타이타늄산납(PbTiO3), 타이타늄지르코늄산납([(Pb,Zr)TiO3]) 중 어느 하나일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 다른 세라믹 소재를 이용할 수 있다. 세라믹 유전체(344)는 0.1~10㎛ 두께의 층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)는 제2유전체 필름(340) 위에 제1유전체 필름(320)을 배치하고 권회하여 제작할 수 있다.
제3실시예
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(400)를 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(400)의 사시도를, 도 7은 측면도를 나타낸 것이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(400)는 제1유전체 필름(420) 및 제2유전체 필름(440)을 포함할 수 있다.
제1유전체 필름(420) 및 제2유전체 필름(440)은 각각 유연성을 갖는 지지체(422, 442)와 세라믹 유전체(424, 444)를 포함할 수 있다.
지지체(422, 442)는 전도성이 있는 금속 재질일 수 있다. 예시적으로, 지지체(422, 442)는 알루미늄 호일 일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 유연성을 갖는 다양한 금속이 지지체(422, 442)로 사용될 수 있다.
세라믹 유전체(424, 444)는 이산화타이타늄(TiO2) 또는 타이타늄산바륨(BaTiO3), 타이타늄산납(PbTiO3), 타이타늄지르코늄산납([(Pb,Zr)TiO3]) 중 어느 하나일 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 다른 세라믹 소재를 이용할 수 있다. 세라믹 유전체(424, 444)는 0.1~10㎛ 두께의 층으로 형성될 수 있다. 세라믹 유전체(424, 444)는 롤투롤(roll to roll) 스퍼터링 증착법에 의해 형성될 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 세라믹 유전체(424, 444)가 마진부를 갖지 않는 것으로 도시하고 있지만, 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 필요에 따라 중마진을 형성하여 직렬연결된 구조의 커패시터를 제작할 수 있다. 또한, 세라믹 유전체(424, 444)는 증착 단계에서 폭방향을 따른 일단부에 마진부를 포함할 수 있다.
제2유전체 필름(440) 위에 제1유전체 필름(420)을 엇갈리게 겹쳐지도록 배치하고 길이 방향을 따라 권회하여 본 발명의 실시예에 따른 커패시터(400)가 제작될 수 있다.
제1실시예 내지 제3실시예는 예시적인 것으로 각각의 실시예에서 제1유전체 필름이 제2유전체 필름 위에 배치하여 권회하는 것으로 표현하고 있지만 상하 관계는 서로 뒤바뀔 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 각 실시예의 제1유전체 필름 및 제2유전체 필름은 서로 교차로 이용하여 커패시터를 제작할 수 있다.
제4실시예
: 커패시터 제조방법
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 제조방법을 나타낸 것이다. 유연성을 갖는 지지체에 마진부를 형성하도록 금속 전극층을 형성한다(S10). 금속 전극층을 형성할 때 필요에 따라 마진부의 위치, 개수, 폭 등은 조정될 수 있다.
금속 전극층이 형성되면, 마진부를 형성하도록 세라믹 유전체 층을 증착하여 유전체 필름을 제작할 수 있다(S20). 마진부는 금속 전극층이 형성한 마진부의 모양에 따라 중마진을 갖도록 형성할 수 있고, 필요에 따라 외마진을 형성할 수 있다. 세라믹 유전체 층을 형성할 때 필요에 따라 마진부의 위치, 개수, 폭 등은 조정될 수 있다. 세라믹 유전체 층을 증착할 때 롤투롤 스퍼터링 방식이 이용될 수 있다. 세라믹 유전체 층을 롤투롤 공정을 이용하여 증착할 때, 고분자 필름은 낮은 내열성으로 인해 증착 중에 수축이 일어날 수 있으므로 냉각이 필요하며, 냉각 드럼을 이용하여 고분자 필름의 열변형을 방지할 수 있다. 롤투롤 공정에 있어서 챔버 압력과 증착 중에 사용한 가스비를 조정하여 세라믹 유전체층의 품질을 조절할 수 있다.
유전체 필름이 제작되면, 제작된 유전체 필름 2매를 엇갈리게 배치하고 권회하여 커패시터를 제작할 수 있다(S30).
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 유전체 층을 증착하기 위한 롤투롤 스퍼터(500)의 개념도이다. 금속 전극층이 형성된 유전체 필름의 롤을 좌상단 롤러(520)에 장착한 후, 유전체 필름을 냉각드럼(560)을 통해 우상단 롤러(540)로 흘러가도록 조절한다. 이 때 필름의 이송속도는 롤러(520, 540)의 회전속도에 의해 결정되고, 이는 세라믹 유전체 층의 증착속도에 영향을 주게 된다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 지지체 위에 증착된 금속 전극 및 세라믹 유전체의 주사 현미경 사진 및 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 10은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 도 11은 폴리에틸렌테레프탈레이트 상에 형성된 알루미늄(Al/PET), 도 12는 폴리에틸렌테레프탈레이트 상에 형성된 타이타늄산바륨(BaTiO3/PET)를 각각 나타낸 것이다. 고분자 지지체 위에 형성된 알루미늄 및 타이타늄산 바륨은 매끄러운 표면 미세조직을 가지고 성장하였다. 도 13을 참조하면, 엑스레이(X-ray) 회절 패턴에 의한 분석 결과, 세라믹 유전체는 비정질 상으로 형성됨을 보였다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 주파수에 따른 유전상수를 나타낸 것이다. 도 14는 증착 중의 압력에 따른 유전상수를 나타낸 것이고, 도 15는 증착 중의 산소와 아르곤의 비에 따른 유전상수를 나타낸 것이다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 증착 중의 압력에 따라 유전상수가 달라지는 결과를 보였으며, 100 mTorr 의 챔버 압력에서 증착한 세라믹 유전체층은 1kHz의 주파수에서 80 이상의 유전상수를 보였다. 또한, 공정 중에 사용되는 산소 대 아르곤의 가스비(O2/Ar)에 따라 유전상수가 달라지는 결과를 보였으며, 산소 대 아르곤의 가스비가 1:1일 때 증착한 세라믹 유전체층은 1kHz의 주파수에서 50 이상의 유전상수를 보였다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
200, 300, 400 : 커패시터
220, 320, 420 : 제1유전체 필름
240, 340, 440 : 제2유전체 필름
222, 322, 422, 242, 342, 442 : 지지체
224, 324, 424, 244, 344, 444 : 세라믹 유전체
226, 326, 426, 246, 346, 446 : 금속 전극
228, 328, 248, 348 : 마진부
500: 롤루롤 스퍼터
220, 320, 420 : 제1유전체 필름
240, 340, 440 : 제2유전체 필름
222, 322, 422, 242, 342, 442 : 지지체
224, 324, 424, 244, 344, 444 : 세라믹 유전체
226, 326, 426, 246, 346, 446 : 금속 전극
228, 328, 248, 348 : 마진부
500: 롤루롤 스퍼터
Claims (18)
- 유연성을 갖는 지지체;
상기 지지체의 양면에 각각 형성되는 금속 전극층; 및
상기 금속 전극층 중 어느 하나 위에 증착된 세라믹 유전체 층;
을 포함하고,
상기 세라믹 유전체 층이 증착된 금속 전극층은 상기 세라믹 유전체 층과 상기 지지체 사이에 배치되는 커패시터용 유전체 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층의 재질은
이산화 타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 하나인 커패시터용 유전체 필름.
- 제2항에 있어서,
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터용 유전체 필름.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층이 증착된 상기 금속 전극층은
상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 배치되는 커패시터용 유전체 필름.
- 제5항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층은 상기 금속 전극층에 형성된 마진부와 동일한 위치에 마진부가 형성되도록 증착된 커패시터용 유전체 필름.
- 제5항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층은 상기 금속 전극층 위에
상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 증착되는 커패시터용 유전체 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 지지체는 알루미늄 호일인 커패시터용 유전체 필름.
- 제8항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층은 상기 유전체 필름의 폭방향을 따라 상기 유전체 필름의 길이 방향으로 형성되는 하나 이상의 마진부를 포함하도록 증착되는 커패시터용 유전체 필름.
- 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 유전체 필름 2매를 겹쳐지도록 배치하여 권회한 커패시터.
- 제10항에 있어서,
상기 유전체 필름은 상기 유전체 필름의 폭방향을 따른 일단부에는 용사금속 접촉부가 형성되고, 상기 폭방향을 따른 타단부에는 마진부가 형성되는 커패시터.
- 제1유전체 필름 및 제2유전체 필름을 포함하는 커패시터에 있어서,
상기 제1유전체 필름 및 상기 제2유전체 필름은 각각
유연성을 갖는 지지체;
상기 지지체 양면에 각각 증착된 금속 전극층; 및
상기 금속 전극층 중 어느 하나 위에 상기 지지체의 폭방향을 따른 일단부에 길이방향을 따라 외마진을 형성하도록 증착된 세라믹 유전체 층;
을 포함하고,
상기 세라믹 유전체 층이 증착된 금속 전극층은 상기 세라믹 유전체 층과 상기 지지체 사이에 배치되며,
상기 제2 유전체 필름 위에 상기 제1 유전체 필름을 겹쳐서 배치하고 상기 제1 유전체 필름의 길이 방향으로 권회한 커패시터.
- 제12항에 있어서,
상기 세라믹 유전체 층은 이산화타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 어느 하나로 증착되고,
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터.
- 유연성을 갖는 제1지지체;
상기 제1지지체 양면에 상기 제1지지체의 폭방향을 따른 중앙부에 하나 이상의 중마진을 형성하도록 증착된 제1금속 전극층; 및
상기 제1 지지체의 일면에 증착된 상기 제1금속 전극층 위에 상기 제1지지체의 폭방향을 따른 양단부에 외마진을 형성하도록 증착된 제1세라믹 유전체층;을 포함하고,
상기 제1세라믹 유전체 층이 증착된 금속 전극층은, 상기 제1 세라믹 유전체 층과 상기 제1 지지체 사이에 배치되는 제1유전체 필름; 및
유연성을 갖는 제2지지체;
상기 제2지지체 양면에 상기 제2지지체의 폭방향을 따른 양단부에 외마진을 형성하도록 증착된 제2금속 전극층; 및
상기 제2지지체의 일면에 증착된 상기 제2 금속 전극층 위에 증착된 제2세라믹 유전체층;을 포함하고,
상기 제2세라믹 유전체 층이 증착된 금속 전극층은, 상기 제2 세라믹 유전체 층과 상기 제2 지지체 사이에 배치되는 제2유전체 필름;
을 포함하고,
상기 제2유전체 필름 위에 상기 제1 유전체 필름을 겹쳐 상기 제1유전체 필름의 길이 방향으로 권회한 커패시터.
- 제14항에 있어서,
상기 세라믹 유전체층은 이산화타이타늄, 타이타늄산바륨, 타이타늄산납, 타이타늄지르코늄산납 중 적어도 어느 하나로 증착되고,
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나인 커패시터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| KR1020130064142A KR101558287B1 (ko) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | 커패시터용 유전체 필름 및 이를 이용한 고에너지밀도 커패시터 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101890110B1 (ko) | 2017-10-26 | 2018-08-22 | 주식회사 신일라이팅 | Led용 무(無)전해 전원공급장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2650245B2 (ja) * | 1986-04-25 | 1997-09-03 | 東レ株式会社 | フイルムコンデンサ |
| JP2893576B2 (ja) * | 1995-09-28 | 1999-05-24 | 岡谷電機産業株式会社 | 巻回型フィルムコンデンサ |
| JP2000164460A (ja) * | 1998-11-23 | 2000-06-16 | Microcoating Technologies Inc | 薄膜コンデンサの形成法 |
-
2013
- 2013-06-04 KR KR1020130064142A patent/KR101558287B1/ko active IP Right Grant
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| KR101890110B1 (ko) | 2017-10-26 | 2018-08-22 | 주식회사 신일라이팅 | Led용 무(無)전해 전원공급장치 |
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