KR102063782B1 - 필름 커패시터 - Google Patents

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KR102063782B1
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graphene
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오영주
윤중락
유영민
신승일
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삼화콘덴서공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀이나 CNT를 적용함으로써 단자 형성시 사용되는 금속분말이 유전체 필름 사이로 침투되어 서로 다른 유전체 필름에 각각 형성된 전극 패턴이 서로 전기적으로 연결되는 단락(short circuit) 현상의 발생을 방지할 수 있는 필름 커패시터에 관한 것으로, 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 형성되는 단자에 그라핀(graphene)과 CNT(carbon nano tube) 중 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

필름 커패시터{Film capacitor}
본 발명은 필름 커패시터에 관한 것으로, 특히 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 필름 커패시터의 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀(graphene)이나 CNT(carbon nano tube)를 이용해 먼저 계면층을 형성한 후 계면층에 금속 스프레이 방법을 이용해 금속 스프레이 증착층을 형성함으로써 고온의 금속 입자가 고속으로 권회체의 일측과 타측의 끝단으로 조사되는 경우에도 열적 충격이나 기계적 변형을 방지함으로써 충방전 특성이나 수명 특성이 우수하면서 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 필름 커패시터에 관한 것이다.
필름 커패시터는 박막 금속 증착 필름이 중첩되어 형성된다. 박막 금속 증착 필름은 유전체 재질의 필름의 표면에 자기회복(self-healing)되도록 세그먼트 전극(segmented electrode)과 퓨즈(fuse)가 형성된다. 자기회복은 필름 커패시터에서 절연파괴가 발생되면 퓨즈가 가열되어 증발되도록 함으로써 필름 커패시터를 보호하는 것이며, 이러한 기술이 한국등록특허공보 제10-1018372호에 공개되어 있다.
한국등록특허공보 제10-1018372호(특허문헌 1)는 자기 회복 기능과 자기 보안 기구를 포함하는 필름 커패시터에 관한 것으로, 권회체, 제1 단자 및 제2 단자를 포함된다. 한국등록특허공보 제10-1018372호에 공개된 권회체는 한쪽 면에 제1 전극 패턴이 배치된 제1 유전체 필름과, 한쪽 면에 제2 전극 패턴이 배치된 제2 유전체 필름을 포함하고, 제1 전극 패턴은 유전체 필름의 길이 방향으로 연속적으로 연장하는 제1 추출 전극, 제1 추출 전극으로부터 실질적으로 수직으로 연장하는 복수의 제1 커패시터 전극들 및 제1 커패시터 전극들 사이에 배치되고, 제1 커패시터 전극들에 유전체 필름의 길이방향으로 접속된 복수의 제2 커패시터 전극들을 포함하며, 제2 전극 패턴은 유전체 필름의 길이 방향으로 연속적으로 연장하는 제2 추출 전극, 제2 추출 전극으로부터 실질적으로 수직으로 연장하는 복수의 제3 커패시터 전극들 및 제3 커패시터 전극들 사이에 배치되고, 제3 커패시터 전극들에 유전체 필름의 길이방향으로 접속된 복수의 제4 커패시터 전극들을 포함한다.
한국등록특허공보 제10-1018372호에 공개된 제1 단자는 권회체의 일단에 전기적으로 접속되고 제1 유전체 필름의 측 에지까지 연장된 제1 전극 패턴의 제1 추출 전극과 전기적으로 접속되며, 제2 단자는 권회체의 타단에 전기적으로 접속되고 제2 유전체 필름의 측 에지까지 연장된 제2 전극 패턴의 제2 추출 전극과 전기적으로 접속된다. 제1 단자와 제2 단자는 각각 제1 유전체 필름의 측 에지들과 제2 유전체 필름의 측 에지들이 일직선이면, 이들이 권회체로 권회되는 경우 권회체의 대향 단부들 상에 제1 추출 전극 및 제2 추출 전극이 노출되기 어려워 전기적으로 양호하게 접속되지 않을 수도 있으며, 권회체의 단부들과 사이의 부착성 문제가 발생될 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1018372호는 전술한 문제점을 해결하기 위해 제1 유전체 필름의 측 에지들은 파형 형상을 가지고, 제2 유전체 필름의 측 에지들이 파형 형상을 가지도록 하여 이들이 권회체로 권회되는 경우 권회체의 대향 단부들 상에 제1 추출 전극 및 제2 추출 전극이 보다 용이하게 노출되도록 함으로써 제1 단자와 제2 단자에 전기적으로 양호하게 접속될 수 있으며, 권회체의 단부들과 제1 및 제2 단자들 사이가 양호하게 부착될 수 있도록 하고 있다.
한국등록특허공보 제10-1018372호에 공개된 종래의 필름 커패시터와 같이 제1 유전체 필름과 제2 유전체 필름의 측 에지에 각각 파형 형상을 형성하는 경우에도 권회체의 일측과 타측의 끝단에 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 단자 형성 시 고온의 금속 입자가 고속으로 권회체의 일측과 타측의 끝단으로 조사됨으로써 권회체를 구성하는 제1 유전체 필름이나 제2 유전체 필름 등과 같은 필름에 열적 충격과 기계적 변형을 발생시켜 필름 커패시터의 제품 신뢰성을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
: 한국등록특허공보 제10-1018372호
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 필름 커패시터의 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀(graphene)이나 CNT(carbon nano tube)를 이용해 먼저 계면층을 형성한 후 계면층에 금속 스프레이 방법을 이용해 금속 스프레이 증착층을 형성함으로써 고온의 금속 입자가 고속으로 권회체의 일측과 타측의 끝단으로 조사되는 경우에도 열적 충격이나 기계적 변형을 방지함으로써 충방전 특성이나 수명 특성이 우수하면서 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 필름 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀이나 CNT를 이용한 계면층을 적용함으로써 금속 스프레이 방법을 이용해 단자 형성시 사용되는 고온의 금속 입자에 의해 권회체의 필름 사이로 침투되어 서로 다른 필름에 각각 형성된 전극 패턴이 서로 전기적으로 연결되는 단락(short circuit) 현상 발생을 방지함으로써 자기회복의 기능이 저하를 방지하여 필름 커패시터의 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 필름 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 필름 커패시터는 권회체의 일측이나 타측의 끝단에 각각 단자가 형성되고, 상기 단자는 권회체의 일측이나 타측의 끝단에 각각 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 형성되는 금속 스프레이 증착층과, 상기 권회체의 일측이나 타측의 끝단과 상기 금속 스프레이 증착층에 사이에 형성되는 계면층을 포함하며, 상기 계면층은 그라핀(graphene)과 CNT(carbon nano tube) 중 하나 이상이 선택되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 필름 커패시터는 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 필름 커패시터의 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀(graphene)이나 CNT(carbon nano tube)를 이용해 먼저 계면층을 형성한 후 계면층에 금속 스프레이 방법을 이용해 금속 스프레이 증착층을 형성함으로써 고온의 금속 입자가 고속으로 권회체의 일측과 타측의 끝단으로 조사되는 경우에도 열적 충격이나 기계적 변형을 방지함으로써 충방전 특성이나 수명 특성이 우수하면서 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자 형성 시 그라핀이나 CNT를 이용한 계면층을 적용함으로써 금속 스프레이 방법을 이용해 단자 형성시 사용되는 고온의 금속 입자에 의해 권회체의 필름 사이로 침투되어 서로 다른 필름에 각각 형성된 전극 패턴이 서로 전기적으로 연결되는 단락(short circuit) 현상 발생을 방지함으로써 자기회복의 기능이 저하를 방지하여 필림 커패시터의 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 필름 커패시터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 필름 커패시터의 분해 조립 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 권회체의 평면도,
도 4는 도 1에 도시된 필름 커패시터의 A1-A1선 단면도,
도 5는 도 2에 도시된 계면층에 그라핀이 적용된 실시예를 나타낸 필름 커패시터의 부분 확대 단면도,
도 6은 도 2에 도시된 계면층에 CNT가 적용된 실시예를 나타낸 필름 커패시터의 부분 확대 단면도,
도 7은 도 2에 도시된 계면층에 그라핀과 CNT가 적용된 실시예를 나타낸 필름 커패시터의 부분 확대 단면도.
이하, 본 발명의 필름 커패시터의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에서와 같이 본 발명의 필름 커패시터는 권회체(100)의 일측이나 타측의 끝단에 각각 단자(200)가 형성되고, 단자(200)는 금속 스프레이 증착층(210)과 계면층(220)을 포함하여 구성된다. 금속 스프레이 증착층(210)은 권회체(100)의 일측이나 타측의 끝단에 각각 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 형성되며, 계면층(220)은 권회체(100)의 일측이나 타측의 끝단과 금속 스프레이 증착층(210)에 사이에 형성된다. 이러한 계면층(220)은 그라핀(graphene)(221)과 CNT(carbon nano tube)(222) 중 하나 이상이 선택되어 형성된다.
전술한 본 발명의 필름 커패시터의 실시예의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
권회체(100)는 도 1 내지 도 4에서와 같이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)이 서로 겹치도록 배치된 상태에서 코어(100a)에 권취되어 형성되며, 코어(100a)는 원통형 기둥이 사용된다. 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)은 각각 정전용량 활성영역(CAA)과 정전용량 비활성영역(CNA)으로 분할되며, 정전용량 활성영역(CAA)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)의 폭방향(X)을 기준으로 일측에 설정되면 정전용량 비활성영역(CNA)은 타측에 설정된다. 정전용량 활성영역(CAA)은 헤비 에지(111,121), 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 및 다수개의 퓨즈(113,123)이 형성되며, 정전용량 비활성영역(CNA)은 정전용량 활성영역(CAA)을 제외한 영역으로 헤비 에지(111,121), 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 및 다수개의 퓨즈(113,123)가 형성되지 않고 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)이 외부로 노출되도록 유지된다. 여기서, 헤비 에지(111,121), 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 및 다수개의 퓨즈(113,123)는 각각 금속분말을 페이스트화하여 도포하여 형성되고, 금속분말의 재질은 아연(Zn),알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 등이 사용되며, 헤비 에지(111,121)의 두께는 단자(200)와 접착력이나 접촉면적을 개선시키기 위해 분할 전극 패턴(112,122)의 두께보다 크게 형성된다.
헤비 에지(111,121)는 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)의 폭방향(X)을 기준으로 길이방향(Y)을 따라 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)의 일측이나 타측에 형성된다. 예를 들어, 제1유전체 필름(110)의 표면에 형성되는 헤비 에지(111)는 정전용량 활성영역(CAA) 중 제1유전체 필름(110의 폭방향(X)을 기준으로 길이방향(Y)을 따라 제1유전체 필름(110)의 일측에 형성되며, 제2유전체 필름(120)의 표면에 형성되는 헤비 에지(111)는 정전용량 활성영역(CAA) 중 제2유전체 필름(120의 폭방향(X)을 기준으로 길이방향(Y)을 따라 제2유전체 필름(120)의 타측에 형성된다.
다수개의 분할 전극 패턴(112,122)은 각각 헤비 에지(111,121)의 일측이나 타측에 각각의 길이방향(Y)을 따라 분할되어 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)의 표면에 형성된다. 예를 들어, 다수개의 분할 전극 패턴(112)은 각각 폭방향(X)을 기준으로 헤비 에지(111)의 일측에 길이방향(Y)을 따라 분할되어 정전용량 활성영역(CAA)에 위치되도록 제1유전체 필름(110)의 표면에 형성되며, 다수개의 분할 전극 패턴(122)은 각각 폭방향(X)을 기준으로 헤비 에지(121)의 타측에 길이방향(Y)을 따라 분할되어 정전용량 활성영역(CAA)에 위치되도록 제2유전체 필름(120)의 표면에 형성된다.
다수개의 퓨즈(113,123)는 각각 헤비 에지(111,121)와 분할 전극 패턴(112,122) 사이나 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 사이를 전기적으로 도통되도록 연결하기 위해 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)의 표면에 형성된다. 예를 들어, 다수개의 퓨즈(113)는 각각 헤비 에지(111)와 분할 전극 패턴(112) 사이나 다수개의 분할 전극 패턴(112) 사이에 위치되도록 제1유전체 필름(110)의 표면에 형성되어 헤비 에지(111)와 분할 전극 패턴(112) 사이나 다수개의 분할 전극 패턴(112) 사이를 전기적으로 연결시키며, 다수개의 퓨즈(123)는 각각 헤비 에지(121)와 분할 전극 패턴(122) 사이나 다수개의 분할 전극 패턴(122) 사이에 위치되도록 제2유전체 필름(120)의 표면에 형성되어 헤비 에지(121)와 분할 전극 패턴(122) 사이나 다수개의 분할 전극 패턴(122) 사이를 전기적으로 연결시킨다.
헤비 에지(111,121), 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 및 다수개의 퓨즈(113,123)가 형성되는 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)은 각각 각각 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리에틸렌 텔레프타레이트(polyethylene terephthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 중 하나를 이용해 형성되며, 제1유전체 필름(110)이나 제2유전체 필름(120)의 일측이나 타측의 기준은 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)을 코어(100a)에 권취하기 위해 서로 겹쳐진 상태에서 설정된다.
제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)은 각각을 코어(100a)에 권취 시 전술한 제1유전체 필름(110)에 형성된 헤비 에지(111)가 폭방향(X)을 기준으로 일측으로 돌출되며 제2유전체 필름(120)에 형성된 헤비 에지(121)가 폭방향(X)을 기준으로 타측으로 돌출되어 오프셋(offset)(OF)을 갖도록 서로 엇갈린 상태에서 겹치게 배치한다. 예를 들어, 제1유전체 필름(110)은 폭방향(X)을 기준으로 정전용량 활성영역(CAA)이 일측에 위치되고 정전용량 비활성영역(CNA)이 타측에 위치되도록 하여 헤비 에지(111)가 일측에 위치되어 제2유전체 필름(120)의 비활성영역(CNA)보다 돌출되어 오프셋(OF)을 갖도록 배치되며, 제2유전체 필름(120)은 폭방향(X)을 기준으로 정전용량 활성영역(CAA)이 타측에 위치되고 정전용량 비활성영역(CNA)이 일측에 위치되도록 하여 헤비 에지(121)가 타측에 위치되어 제1유전체 필름(110)의 비활성영역(CNA)보다 돌출되어 오프셋(OF)을 갖도록 배치되어 제1유전체 필름(110)과 서로 엇갈린 상태에서 겹치게 배치된다. 이러한 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)은 서로 오프셋(OF)을 가진 상태에서 서로 엇갈리게 배치되어 코어(100a)에 권회된 경우에도 서로 1 내지 10㎛ 정도 미세하게 틈이 발생된 상태에서 권회되어 권회체(100)를 형성한다.
단자(200)는 도 1, 도 2 및 도 7에서와 같이 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단에 각각 형성되며 금속 스프레이 증착층(210)과 계면층(220)를 포함하여 구성된다.
금속 스프레이 증착층(210)은 도 1, 도 2, 도 4에서와 같이 계면층(220)을 개재하여 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단에 각각 전기적으로 도통되도록 연결된다. 이러한 단자(200)는 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면에 형성된 계면층(220)에 금속분말(211)인 아연(Zn),알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 중 하나나 둘 이상을 금속 스프레이 방법을 이용해 두께가 0.3 내지 1.5㎜가 되도록 형성하며, 금속 스프레이 증착층(210)을 금속 스프레이 방법을 이용해 형성하는 경우에 계면층(220)으로 인해 금속분말(211)이 1 내지 10㎛ 정도 미세하게 틈이 발생된 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이로 침투되는 것을 방지할 수 있게 된다.
계면층(220)은 도 1, 도 2, 도 4에서와 같이 권회체(100)의 일측이나 타측의 끝단과 금속 스프레이 증착층(210)에 사이에 형성되며, 도 5 내지 도 7에서와 같이 그라핀(graphene)(221)과 CNT(carbon nano tube)(222) 중 하나 이상이 선택되어 형성된다. 이러한 계면층(220)은 그라핀(221)과 CNT(222) 중 하나 이상을 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 전기 영동 코팅방법(electrophoretic coating) 중 하나를 이용해 형성한다. 즉, 계면층(220)은 그라핀(221)이나 CNT(222) 중 하나 이상이 포함한다.
그라핀(221)이나 CNT(222)는 각각 도 5 내지 도 7에서와 같이 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단 즉, 제1유전체 필름(110)에 형성된 헤비 에지(111)에 접합되어 연결되거나 제2유전체 필름(120)에 형성된 헤비 에지(121)에 접합되어 연결되도록 형성됨에 의해 금속 스프레이 증착층(210)을 금속 스프레이(metal spray) 방법을 형성함에 의해 금속분말(211)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이의 미세한 틈새로 침투되는 것을 방지할 수 있게 된다. 예를 들어, 그라핀(221)이나 CNT(222)는 각각 권회체(100)와 금속 스프레이 증착층(210) 사이에 위치됨에 의해 금속 스프레이 증착층(210)을 형성하기 위해 사용되는 금속분말(211)의 입경이 1㎛이하이고 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)이 서로 1 내지 10㎛ 정도 미세하게 틈이 발생된 경우 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이로 침투되는 것을 방지할 수 있게 된다.
계면층(220)은 그라핀(221)이나 CNT(222)를 이용해 형성되는 것으로 단자(200)에 그라핀(221)이나 CNT(222) 즉, 계면층(220)이 적용됨으로써 본 발명의 필름 커패시터의 전기 전도도나 충방전 특성의 저하를 방지하기 위해 계면층(220)의 표면적(S3)이나 두께(T2)의 크기를 조정하여 형성된다. 예를 들어, 계면층(220)의 표면적(S3)의 크기는 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)의 크기의 20 내지 70%가 되도록 형성되며, 계면층(220)의 두께(T2)는 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)의 5 내지 20%가 되도록 형성된다.
계면층(220)은 권회체(100)의 중심에 위치된 코어(100a)을 기준으로 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면에 원판형으로 표면적(S3)의 크기가 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)의 크기의 20 내지 70%가 되도록 형성된다. 계면층(220)의 표면적(S3)의 크기는 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)의 크기의 20 내지 70%가 되도록 형성됨으로써 금속 스프레이 증착층(210)이 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)가 직접 연결되어 계면층(220)에 의해 금속분말(211)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이로 침투되는 것을 방지함과 아울러 본 발명의 필름 커패시터의 전기 전도도나 충방전 특성의 저하를 방지할 수 있게 된다. 즉, 계면층(220)은 그라핀(221)이나 CNT(222)에 의해 금속 스프레이 방법으로 금속 스프레이 증착층(210)의 형성 시 금속분말(211)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이로 침투되는 것을 방지하며 그라핀(221)이나 CNT(222)에 비해 전기 전도도가 큰 금속 스프레이 증착층(210)이 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면과 직접 접촉되어 연결되도록 함으로써 본 발명의 필름 커패시터의 전기 전도도나 충방전 특성의 저하를 방지할 수 있게 된다.
계면층(220)의 두께(T2)는 라핀(221)이나 CNT(222를 이용해 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)의 5 내지 20% 즉, 0.5㎚ 내지 100㎚가 되도록 형성된다. 계면층(220)의 두께(T2)는 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1) 보다 5 내지 20%가 되도록 형성함으로써 전술한 것과 같이 그라핀(221)이나 CNT(222)에 의해 금속 스프레이 방법으로 금속 스프레이 증착층(210)의 형성 시 금속분말(211)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이로 침투되는 것을 방지하며, 그라핀(221)이나 CNT(222)의 소모를 최소화함으로써 그라핀(221)이나 CNT(222)에 비해 전기 전도도가 큰 금속 스프레이 증착층(210)이 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면과 직접 접촉되어 연결되는 확률을 높임으로써 본 발명의 필름 커패시터의 전기 전도도나 충방전 특성의 저하를 방지함과 아울러 제조원가를 절감할 수 있게 한다.
계면층(220)을 형성하는 그라핀(221)이나 CNT(222)는 각각 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단 즉, 제1유전체 필름(110)에 형성된 헤비 에지(111)에 접합되어 연결되거나 제2유전체 필름(120)에 형성된 헤비 에지(121)에 접합되어 연결되도록 형성됨에 의해 금속 스프레이 증착층(210)을 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용하여 형성함으로써 발생될 수 있는 금속분말(211)이 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120) 사이의 미세한 틈새로 침투되는 것을 방지한다. 이러한 그라핀(221)과 CNT(222) 중 하나 이상을 를 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 전기 영동 코팅방법(electrophoretic coating) 중 하나를 이용해 형성된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 필름 커패시터에 대한 전기적인 시험을 위해 표 1 및 표 2와 같은 다양한 실시예의 필름 커패시터를 제조하였다. 표 1 및 표 2에 도시된 다양한 실시예의 필름 커패시터의 제조 방법은 먼저, 제1유전체 필름(110)과 제2유전체 필름(120)에 각각 헤비 에지(111,121), 다수개의 분할 전극 패턴(112,122) 및 다수개의 퓨즈(113,123)를 형성한 후 오프셋(OF)만큼 서로 엇갈리게 배치한 후 코어(100a)를 이용해 권회하여 권회체(100)를 제조하였다. 권회체(100)가 제조되면 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단에 금속 스프레이 증착층(210)과 계면층(220)을 포함하는 단자(200)를 형성하였다. 금속 스프레이 증착층(210)은 금속 분말(201)로 알루미늄(Al)을 이용한 금속 스프레이 방법으로 형성하였다.
표 1은 계면층(220)으로 도 5에서와 같이 그라핀(221)으로 형성한 실시예들이고, 표 1에서와 같이 계면층(220)의 표면적(S3)은 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)에 대하여 각각 0%, 20%, 40%, 60%, 70% 및 80%가 되도록 형성하였으며, 계면층(220)의 두께(T2)는 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)의 0%, 5%, 10%, 15%, 20% 및 25%가 되도록 형성하였다. 즉, 계면층(220)은 표 1에서와 같이 그라핀(221)을 이용해 표면적(S3)과 두께(T2)를 각각 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)과 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)에 대해 비교예 1(0%,0%), 비교예 2(80%,25%), 실시예 1(20%,5%), 실시예 2(40%,10%), 실시예 3(60%,15%) 및 실시예 4(70%,20%)로 각각 제조한 후 각각을 이용해 제조된 필름 커패시터의 전기적인 시험을 수행하였다. 여기서, 금속 스프레이 증착층(210)은 금속 분말(201)로 알루미늄(Al)을 이용한 금속 스프레이 방법으로 두께(T1)가 1㎜가 되도록 형성하였으며, 비교예 1(0%,0%)과 비교예 2(80%,25%)는 각각 실시예 1(20%,5%) 내지 실시예 4(70%,20%)와 비교를 위한 비교예로 제조하였다.
그라핀
(표면적,두께)
ΔC/C(%) Tanδ(%) ESR(%)
초기 1000h 2000h 초기 1000h 2000h 초기 1000h 2000h
비교예 1(0%, 0%) 0 1.05 1.25 0 25.89 64.98 0 24.29 65.78
비교예 2(80%, 25%) 0 1.03 1.25 0 23.86 56.89 0 23.68 57.23
실시예 1(20%,5%) 0 1.05 1.24 0 19.92 52.78 0 16.27 52.58
실시예 2(40%, 10%) 0 1.03 1.20 0 17.62 51.56 0 16.91 51.72
실시예 3(60%, 15%) 0 1.01 1.20 0 15.47 50.24 0 14.61 50.95
실시예 4(70%, 20%) 0 1.01 1.20 0 18.23 52.43 0 17.46 51.74
표 1에서와 같이 계면층(220)으로 그라핀(221)을 이용해 제조된 비교예 1(0%,0%), 비교예 2(80%,25%), 실시예 1(20%,5%), 실시예 2(40%,10%), 실시예 3(60%,15%) 및 실시예 4(70%,20%)를 이용해 필름 커패시터를 제조하였으며, 제조된 필름 커패시터의 전기적인 시험은 정전용량 변화량(ΔC/C(%)), 유전손실 변화량(tanδ(%)) 및 등가직렬저항 변화량(ESR(%))에 대해 초기 변화량, 1000h(hour) 시간 경과 후 변화량 및 2000h 시간 경과 후 변화량으로 측정하였다. 여기서, 초기 변화량은 100h 이내에서의 변화량을 나타낸다.
단자(200)에 계면층(220)으로 그라핀(221)이 적용된 필름 커패시터에 대한 시험 결과는 정전용량 변화량(ΔC/C(%))에 대해서는 비교예 1(0%,0%), 비교예 2(80%,25%), 실시예 1(20%,5%), 실시예 2(40%,10%), 실시예 3(60%,15%) 및 실시예 4(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이고, 1000h 경과 후 변화량은 1.01 내지 1.055%로 변화량이 작았으며, 2000h 경과 후 변화량 역시 1.2 내지 1.25%로 변화량이 적었다.
유전손실 변화량(tanδ(%))은 비교예 1(0%,0%), 비교예 2(80%,25%), 실시예 1(20%,5%), 실시예 2(40%,10%), 실시예 3(60%,15%) 및 실시예 4(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이고, 비교예 1(0%,0%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 25.89%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 64.98%가 변했으며, 실시예 4(70%,20%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 17.46%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 51.47%가 변했다.
등가직렬저항 변화량(ESR(%))은 비교예 1(0%,0%), 비교예 2(80%,25%), 실시예 1(20%,5%), 실시예 2(40%,10%), 실시예 3(60%,15%) 및 실시예 4(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이고, 비교예 1(0%,0%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 24.29%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 65.78%가 변했으며, 실시예 4(70%,20%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 18.23%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 52.43%가 변했다.
표 2는 계면층(220)으로 도 6에서와 같이 CNT(222)로 형성한 실시예들이고, 표 1에서와 같이 계면층(220)의 표면적(S3)은 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)에 대하여 전술한 표1에서와 같이 각각 0%, 20%, 40%, 60%, 70% 및 80%가 되도록 형성하였으며, 계면층(220)의 두께(T2)는 전술한 표 1에서와 같이 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)의 0%, 5%, 10%, 15%, 20% 및 25%가 되도록 형성하였다. 즉, 계면층(220)은 표 2에서와 같이 CNT(222)를 이용해 표면적(S3)과 두께(T2)를 각각 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)과 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)에 대해 비교예 3(0%,0%), 비교예 4(80%,25%), 실시예 5(20%,5%), 실시예 6(40%,10%), 실시예 7(60%,15%) 및 실시예 8(70%,20%)로 각각 제조한 후 각각을 이용해 제조된 필름 커패시터의 전기적인 시험을 수행하였다. 여기서, 금속 스프레이 증착층(210)은 금속 분말(201)로 알루미늄(Al)을 이용한 금속 스프레이 방법으로 두께(T1)가 1㎜가 되도록 형성하였으며, 비교예 3(0%,0%)과 비교예 4(80%,25%)은 각각 실시예 5(20%,5%) 내지 실시예 8(70%,20%)과 비교를 위한 비교예로 제조하였다.
CNT
(표면적,두께)
ΔC/C(%) Tanδ(%) ESR(%)
초기 1000h 2000h 초기 1000h 2000h 초기 1000h 2000h
비교예 3(0%, 0%) 0 1.04 1.20 0 23.59 62.98 0 22.28 63.87
비교예 4(80%, 25%) 0 1.03 1.20 0 20.87 60.23 0 21.21 60.35
실시예 5(20%, 5%) 0 1.04 1.20 0 18.72 50.78 0 16.22 50.23
실시예 6(40%, 10%) 0 1.02 1.18 0 16.61 48.56 0 15.63 49.23
실시예 7(60%, 15%) 0 1.01 1.18 0 15.87 47.24 0 15.67 48.76
실시예 8(70%, 20%) 0 1.01 1.18 0 17.25 48.43 0 16.82 49.23
표 2에서와 같이 계면층(220)으로 CNT(222)를 이용해 제조된 비교예 3(0%,0%), 비교예 4(80%,25%), 실시예 5(20%,5%), 실시예 6(40%,10%), 실시예 7(60%,15%) 및 실시예 8(70%,20%)를 이용해 필름 커패시터를 제조하였으며, 제조된 필름 커패시터의 전기적인 시험은 정전용량 변화량(ΔC/C(%)), 유전손실 변화량(tanδ(%)) 및 등가직렬저항 변화량(ESR(%))에 대해 초기 변화량, 1000h(hour) 시간 경과 후 변화량 및 2000h 시간 경과 후 변화량으로 측정하였다. 여기서, 초기 변화량은 100h 이내에서의 변화량을 나타낸다.
단자(200)에 계면층(220)으로 CNT(222)가이 적용된 필름 커패시터에 대한 시험 결과는 정전용량 변화량(ΔC/C(%))에 대해서는 비교예 3(0%,0%), 비교예 4(80%,25%), 실시예 5(20%,5%), 실시예 6(40%,10%), 실시예 7(60%,15%) 및 실시예 8(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이며, 2000h (hour) 경과 후 변화량 역시 1.8 내지 1.2%로 변화량이 적었다. 유전손실 변화량(tanδ(%))은 비교예 3(0%,0%), 비교예 4(80%,25%), 실시예 5(20%,5%), 실시예 6(40%,10%), 실시예 7(60%,15%) 및 실시예 8(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이고, 비교예 3(0%,0%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 23.59%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 62.89%가 변했으며, 실시예 8(70%,20%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 17.25%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 48.43%가 변했다.
등가직렬저항 변화량(ESR(%))은 비교예 3(0%,0%), 비교예 4(80%,25%), 실시예 5(20%,5%), 실시예 6(40%,10%), 실시예 7(60%,15%) 및 실시예 8(70%,20%) 모두 초기 변화량은 0%이고, 비교예 3(0%,0%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 24.29%만큼 변화했으며, 2000h 경과 후 변화량은 63.87%가 변했으며, 실시예 8(70%,20%)인 경우에 1000h 경과 후 변화량은 16.82%만큼 변화했으며 2000h 경과 후 변화량은 52.43%가 변했다.
전술한 전기적인 시험 결과에서와 같이 본 발명의 필름 커패시터는 단자(200)를 형성 시 그라핀(221)이나 CNT(222)를 이용해 제조된 계면층(220)을 포함하고, 계면층(220)의 표면적(S3)을 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단(101,102)의 표면적(S1)이나 금속 스프레이 증착층(210)의 표면적(S2)에 대하여 각각 20% 내지 70%가 되도록 하며, 계면층(220)의 두께(T2)를 금속 스프레이 증착층(210)의 두께(T1)의 5% 내지 20%가 되도록 조정하여 형성함으로써 유전손실 변화량(tanδ(%))이나 등가직렬저항 변화량(ESR(%))을 개선시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 필름 커패시터는 계면층(220)으로 도 7에서와 같이 그라핀(221)이나 CNT(222)를 동시에 적용할 수 있으며, 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 필름 커패시터의 권회체의 일측과 타측의 끝단에 각각 단자(200)의 형성 시 그라핀(graphene)이나 CNT(carbon nano tube)를 이용해 먼저 계면층(220)을 적절한 표면적(S3)과 두께(T2)로 형성함으로써 금속 스프레이 방법을 이용해 금속 스프레이 증착층(210)을 형성함으로써 고온의 금속 입자 즉, 금속분말(211)이 고속으로 권회체(100)의 일측과 타측의 끝단으로 조사되는 경우에도 열적 충격이나 기계적 변형을 방지함으로써 충방전 특성이나 수명 특성이 우수하면서 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다.
본 발명의 필름 커패시터는 권회체가 적용되는 커패시터 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.
100: 권회체 110: 제1유전체 필름
120: 제2유전체 필름 111,121: 헤비 에지
112,122: 분할 전극 패턴 113,123: 퓨즈
200: 단자 210: 금속 스프레이 증착층
211: 금속분말 220: 계면층
221: 그라핀 222: CNT

Claims (7)

  1. 권회체의 일측이나 타측의 끝단에 각각 단자가 형성되고,
    상기 단자는 권회체의 일측이나 타측의 끝단에 각각 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 형성되는 금속 스프레이 증착층과, 상기 권회체의 일측이나 타측의 끝단과 상기 금속 스프레이 증착층의 사이에 형성되는 계면층을 포함하며,
    상기 권회체는 제1유전체 필름과 제2유전체 필름이 서로 겹치도록 배치된 상태에서 코어에 권취되어 형성되고, 상기 제1유전체 필름과 상기 제2유전체 필름은 각각 길이방향을 따라 제1유전체 필름이나 상기 제2유전체 필름의 표면에 형성되는 헤비 에지(heavy edge)와, 상기 헤비 에지의 일측이나 타측에 각각의 길이방향을 따라 분할되어 제1유전체 필름이나 상기 제2유전체 필름의 표면에 형성되는 다수개의 분할 전극 패턴과, 상기 헤비 에지와 상기 분할 전극 패턴 사이나 다수개의 분할 전극 패턴 사이를 전기적으로 도통되도록 연결하기 위해 제1유전체 필름이나 상기 제2유전체 필름의 표면에 형성되는 다수개의 퓨즈를 포함하고, 상기 계면층은 그라핀(graphene)과 CNT(carbon nano tube) 중 하나 이상이 선택되어 형성되며, 상기 계면층의 표면적의 크기는 상기 권회체의 일측이나 타측의 끝단의 표면적이나 상기 금속 스프레이 증착층의 표면적의 크기의 20 내지 70%가 되도록 형성되며, 상기 계면층의 두께는 상기 금속 스프레이 증착층의 두께의 5 내지 20%가 되도록 형성되는 필름 커패시터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1유전체 필름과 상기 제2유전체 필름의 재질은 각각 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리에틸렌 텔레프타레이트(polyethylene terephthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 중 하나가 사용되는 필름 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 스프레이 증착층은 재질이 아연(Zn),알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 중 하나나 둘 이상이 사용되며, 금속 스프레이(metal spray) 방법을 이용해 형성되는 필름 커패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계면층은 그라핀과 CNT 중 하나 이상을 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 전기 영동 코팅방법(electrophoretic coating) 중 하나를 이용해 형성하는 필름 커패시터.
  6. 삭제
  7. 삭제
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