KR102187762B1

KR102187762B1 - 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법

Info

Publication number: KR102187762B1
Application number: KR1020180170177A
Authority: KR
Inventors: 김성한; 박지윤; 신달우; 오미현; 신진식
Original assignee: 한국제이씨씨(주)
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-12-07
Also published as: KR20200080582A

Abstract

본 발명은 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법에 관한 것으로, 금속 포일의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성하는 단계; 및 금속 포일의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성되면 마스크 패턴층을 마스크로 하여 교류 에칭을 수행하는 단계를 포함하고, 마스크 패턴층을 형성하는 단계에서 마스크 패턴층은 금속 포일의 일측의 표면이 부분적으로 노출되도록 다수개의 관통공 패턴이 형성되며, 교류 에칭을 수행하는 단계는 금속 포일을 교류 에칭하여 다수개의 관통공 패턴에 의해 노출된 금속 포일의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공을 형성하며 타측의 표면에 다수개의 에칭 피트(etching pit)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법{Method for manufacturing porous type etching foil using alternating current etching}

본 발명은 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법에 관한 것으로, 특히 금속 포일의 일측의 표면을 관통공 형성하기 위한 마스크 패턴층으로 커버(cover)하고 타측의 표면은 노출시킨 후 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성할 수 있는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법에 관한 것이다.

전기 이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)와 같은 슈퍼 커패시터나 이차 전지는 집전체를 포함한다. 집전체는 전극물질과의 결착력이 경시변화에 의해 감소하여 용량이나 출력이 감소되는 것을 방지하기 위해 관통박이 사용된다. 관통박은 다수개의 관통공이 형성되어 경시변화에 따른 전극 활물질의 결착력이 저감되는 것을 방지하며, 이러한 관통박이 적용된 전기 이중층 커패시터가 한국공개특허공보 제2015-0130903호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.

한국공개특허공보 제2015-0130903호는 전기 이중층 커패시터의 고밀도 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 전기 이중층 커패시터의 고밀도 전극은 관통형 알루미늄 시트, 다수개의 제1중공형 돌출부재, 다수개의 제2중공형 돌출부재, 제1활물질 시트 및 제2활물질 시트로 구성된다. 다수개의 제1중공형 돌출부재는 관통형 알루미늄 시트의 일측으로 돌출되도록 형성되며, 다수개의 제2중공형 돌출부재는 관통형 알루미늄 시트의 타측으로 돌출되도록 형성된다. 제1활물질 시트는 관통형 알루미늄 시트의 일측면에 접착되며, 제2활물질 시트는 관통형 알루미늄 시트의 타측면에 접착된다.

한국공개특허공보 제2015-0130903호는 관통형 알루미늄 시트를 제조하기 위한 방법으로 관통형 알루미늄 시트를 제조하는 방법을 포함해 관통형 에칭박을 제조한다. 관통형 에칭박은 전극 활물질의 결착력 개선을 위해 다수개의 관통공을 형성하기 전에 표면을 에칭(etching)을 수행하며, 표면 에칭이 완료되면 전술한 관통형 알루미늄 시트의 제조방법과 같은 물리적인 힘이나 사진 식각 공정 등을 이용해 다수개의 관통공을 형성한다.

관통형 에칭박은 표면을 에칭처리 함으로써 전극 활물질의 결착력을 개선시킬 수 있으며, 에칭 처리 후 형성된 다수개의 관통공의 내부에 전극 활물질을 충전할 수 있어 동일한 전극의 체적 대비 높은 정전 용량 확보가 가능하게 된다. 관통형 에칭박은 또한, 관통공 내부 전극 활물질 간 결착력을 개선시켜 사이클 수명을 연장시킬 수 있으며, 전해액의 이동 및 확산이 용이하여 함침 시간이 단축되고 전극 활물질의 사용 효율을 높여 출력밀도 개선시킬 수 있다.

전술한 종래의 관통형 에칭박은 일측과 타측의 표면을 각각 에칭한 후 별도로 물리적인 힘이나 에칭(etching)을 이용해 다수개의 관통공을 형성함으로써 제조 시간이 증가되어 생산성이 저하될 수 있으며, 표면 전체를 에칭한 후 관통공을 형성함으로써 강도 저하가 발생되어 전극 활물질의 도포 시 단선이나 파손 등이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

: 한국공개특허공보 제2015-0130903호

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 포일의 일측의 표면을 관통공 형성하기 위한 마스크 패턴층으로 커버(cover)하고 타측의 표면은 노출시킨 후 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성함으로써 관통형 집전체의 생산성을 개선시킴과 아울러 강도 저하를 방지할 수 있는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속 포일을 교류 에칭만을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성함으로써 관통형 집전체의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며 제품 강도 저하를 방지하여 전극 할물질의 도포 시 파손이 되는 것을 방지할 수 있는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 포일의 일측의 표면에 알코올 분해성 수지의 표면에 다가 알코올(polyhydirc alchol)을 패턴 인쇄해 알코올 분해성 수지를 식각 마스크 패턴으로 제조한 후 식각 마스크 패턴을 이용해 금속 시트에 다수개의 관통공을 형성함으로써 교류 에칭을 이용해 관통공을 용이하게 형성할 수 있는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법은 금속 포일(metal foil)의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 포일의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성되면 마스크 패턴층을 마스크로 하여 교류 에칭을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 마스크 패턴층을 형성하는 단계에서 상기 마스크 패턴층은 금속 포일의 일측의 표면이 부분적으로 노출되도록 다수개의 관통공 패턴이 형성되며, 상기 교류 에칭을 수행하는 단계는 금속 포일을 교류 에칭하여 다수개의 관통공 패턴에 의해 노출된 금속 포일의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공을 형성하며 타측의 표면에 다수개의 에칭 피트(etching pit)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법은 금속 포일의 일측의 표면을 관통공 형성하기 위한 마스크 패턴층으로 커버하고 타측의 표면은 노출시킨 후 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성함으로써 관통형 집전체의 생산성을 개선시킴과 아울러 강도 저하를 방지할 수 있는 이점이 있고, 금속 포일을 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성함으로써 관통형 집전체의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며 제품 강도 저하를 방지하여 전극 할물질의 도포 시 파손이 되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있으며, 금속 포일의 다른 표면에 알코올 분해성 수지의 표면에 다가 알코올(polyhydirc alchol)을 패턴 인쇄해 알코올 분해성 수지를 식각 마스크 패턴으로 제조한 후 식각 마스크 패턴을 이용해 금속 시트에 다수개의 관통공을 형성함으로써 교류 에칭을 이용해 관통공을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법의 공정 흐름을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 기재된 금속 포일의 단면도,
도 3은 도 1에 기재된 알코올 분해성 수지층의 단면도,
도 4는 도 1에 기재된 다가 알코올 패턴층의 단면도,
도 5는 도 1에 기재된 알코올 분해성 마스크 패턴층의 단면도,
도 6은 도 1에 기재된 알코올 분해성 마스크 패턴층이 형성된 관통형 에칭박의 단면도,
도 7은 도 1에 기재된 알코올 분해성 마스크 패턴층이 제거된 관통형 에칭박의 단면도.
도 8은 도 7에 도시된 관통형 에칭박의 일측의 표면을 나타낸 사진,
도 9는 도 7에 도시된 관통형 에칭박의 타측의 표면을 나타낸 사진.

이하, 본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 6에서와 같이 본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법은 먼저, 금속 포일(metal foil)(110a)의 일측의 표면에 마스크 패턴층(120)을 형성한다(S10). 마스크 패턴층(120)은 금속 포일(110a)의 일측의 표면이 부분적으로 노출되도록 다수개의 관통공 패턴(121)이 형성된다. 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 마스크 패턴층(120)을 형성되면 마스크 패턴층(120)을 마스크(mask)로 하여 교류 에칭을 수행한다(S20). 교류 에칭은 금속 포일(110a)을 에칭하여 다수개의 관통공 패턴(121)에 의해 노출된 금속 포일(110a)의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공(111)을 형성하며, 타측의 표면에 다수개의 에칭 피트(etching pit)(112)가 형성되도록 한다.

본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법의 실시예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 관통형 에칭박(110)을 제조하기 위해 도 1 및 도 6에서와 같이 금속 포일(metal foil)(110a)의 일측의 표면에 금속 포일(110a)의 일측의 표면이 부분적으로 노출되도록 다수개의 관통공 패턴(121)을 형성하기 위해 마스크 패턴층(120)을 형성한다(S10),

단계(S10)은 마스크 패턴층(120)을 형성하기 위해 먼저, 도 1 및 도 2에서와 같이 금속 포일(110a)을 준비한다(S11). 여기서, 금속 포일(110a)은 두께가 10 내지 50㎛인 알루미늄박이 사용되고, 알루미늄박은 순도가 99.70 내지 99.99％이며 구리(Cu) 0 내지 60ppm(parts per million), 실리콘(Si) 30 내지 500ppm 및 철(Fe) 300 내지 500ppm의 불순물이 포함되는 것이 사용된다. 금속 포일(110a)이 준비되면 도 1 및 도 3에서와 같이 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 알코올 분해성 수지를 도포하여 알코올 분해성 수지층(120a)을 형성한다(S12). 알코올 분해성 수지층(120a)을 형성하기 위해서 알코올 분해성 수지 5 내지 50wt％와 용매 50 내지 95wt％를 혼합하여 형성한다. 여기서, 알코올 분해성 수지는 하이드록시 폴리에스터 수지(hydroxy polyester), 아크릴 수지(arcylic resin), 노볼락 수지(novolac resin) 및 폴리하이드록시스티렌(polyhydroxysterene) 중 하나가 사용되며, 용매는 PGMEA(propylene glicol monomethyl ether acetate)가 사용된다.

금속 포일(110a)에 알코올 분해성 수지층(120a)이 형성되면 도 1에서와 같이 알코올 분해성 수지층(120a)을 열처리하여 건조시킨다(S13). 알코올 분해성 수지층(120a)의 건조는 용매를 휘발시키기 위함이며, 건조 조건은 50 내지 200℃에서 10 내지 60초 동안 처리하여 건조시킨다. 즉, 알코올 분해성 수지층(120a)은 알코올 분해성 수지 5 내지 50wt％와 용매 50 내지 95wt％를 혼합하여 형성됨으로 알코올 분해성 수지층(120a)을 건조시키기 위해 50 내지 200℃에서 10 내지 60초 동안 열처리하여 용매를 휘발시킴에 의해 건조시킨다.

알코올 분해성 수지층(120a)이 형성되면 도 1 및 도 4에서와 같이 알코올 분해성 수지층(120a)의 표면에 다가 알코올(polyhydirc alchol)을 인쇄하여 다가 알코올 패턴층(130)을 형성한다(S14). 다가 알코올 패턴층(130)은 다수개의 원통형 패턴(131)을 포함하며, 다수개의 원통형 패턴(131)은 서로 이격되어 알코올 분해성 수지층(120a)의 표면에 형성된다. 이러한 다가 알코올 패턴층(130)은 다가 알코올로 형성되며, 다가 알코올은 글리세린(glycerine)이나 에틸렌 글리콜 중 하나만 사용한다. 글리세린이나 에틸렌 글리콜은 각각 점도가 800 내지 1500cps(centi Poise)인 것이 사용되며, 에틸렌 글리콜은 PVA(polyvinyl alcohol)를 첨가하여 점도가 800 내지 1500cps가 되도록 함으로써 인쇄를 이용해 다수개의 원통형 패턴(131)을 형성할 수 있도록 한다.

다가 알코올 패턴층(130)이 형성되면 도 1 및 도 5에서와 같이 다가 알코올 패턴층(130)을 열처리하여 알코올 분해성 수지층(120a)을 식각함에 의해 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성한다(S15). 도 5에 일점쇄선으로 도시된 다수개의 원통형 패턴(131)은 열처리에 의해 다가 알코올은 글리세린(glycerine)이나 에틸렌 글리콜 중 하나와 알코올 분해성 수지와 반응한 상태를 도시한 것이다. 즉, 다가 알코올 패턴층(130)의 다수개의 원통형 패턴(131)은 열처리에 의해 알코올 분해성 수지층(120a)의 알코올 분해성 수지와 반응하여 원통형 패턴(131)이 형성된 영역에 대응되게 위치한 알코올 분해성 수지를 식각하여 다수개의 관통공 패턴(121)을 갖는 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성한다. 여기서, 다수개의 관통공 패턴(121)은 원기둥형상으로 형성되며, 열처리는 50 내지 200℃에서 10 내지 60초 동안 수행한다.

알코올 분해성 마스크 패턴층(120)이 형성되면 도 1 및 도 6에서와 같이 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 순수를 이용해 세정한다(S16). 예를 들어, 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)이 형성되면 다가 알코올로 사용되는 글리세린(glycerine)이나 에틸렌 글리콜의 점도를 위해 사용되는 PVA(polyvinyl alcohol)를 세정하여 제거함으로써 도 5에 일점쇄선으로 도시된 다가 알코올 패턴층(130)을 제거하여 도 6에서와 같이 금속 포일(110a)과 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)만 남도록 한다.

금속 포일(110a)의 일측의 표면에 마스크 패턴층(120)을 형성되면 마스크 패턴층(120)을 마스크(mask)로 하여 교류 에칭을 수행하며(S20), 교류 에칭은 금속 포일(110a)을 에칭하여 다수개의 관통공 패턴(121)에 의해 노출된 금속 포일(110a)의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공(111)을 형성하며, 타측의 표면에 다수개의 에칭 피트(etching pit)(112)가 형성되도록 한다. 즉, 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)이 형성되면 도 1 및 도 6에서와 같이 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)이 형성되면 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 마스크로 하여 금속 포일(110a)을 교류에칭한다(S21).

금속 포일(110a)로 선택된 알루미늄박을 교류 에칭하기 전에 알코올 분해성 마스크 패턴층이 형성되면 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)에 형성된 다수개의 관통공 패턴(121)을 통해 노출된 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 관통 에칭 활성 용액을 도포한 후 건조하여 관통 에칭 활성층(140: 도 6에 도시됨)을 형성한다. 관통 에칭 활성층(140)은 다수개의 관통공 패턴(121)을 통해 노출된 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 흩뿌려진 것과 같이 형성하기 위해 관통 에칭 활성 용액이 사용되며, 관통 에칭 활성 용액의 점도가 10 내지 100cps(centi Poise)가 되도록 형성된다. 이러한 관통 에칭 활성 용액은 바나듐(V) 분말이나 지르코늄(Zr) 분말 5 내지 15wt％와 점도조절물 85 내지 95wt％를 포함하여 혼합되어 점도가 10 내지 100cps(centi Poise)가 되도록 형성되며, 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％를 포함한다. 여기서, 바나듐(V) 분말이나 지르코늄(Zr) 분말은 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 도포되어 금속 포일(110a) 즉, 알루미늄박의 두께 방향의 에칭을 촉진함으로써 다수개의 관통공(111)을 보다 용이하게 형성할 수 있게 된다.

관통 에칭 활성층(140)이 형성되면 금속 포일(110a)은 전해 에칭액에 함침된 상태에서 전류밀도가 100 내지 1000㎃/㎠이며 주파수는 20 내지 100Hz인 사인파가 적용되는 교류 전원으로 에칭되어 금속 포일(110a)에 다수개의 관통공 패턴(121)에 의해 노출된 금속 포일(110a)의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공(111)을 형성한다. 여기서, 전해 에칭액은 염산 5.0 내지 9.0㏖/L, 황산 0.1 내지 1.0㏖/L 및 황산알루미늄 0.5 내지 1.5㏖/L를 포함한다.

교류에칭이 완료 즉, 금속 포일(110a)에 다수개의 관통공(111)과 다수개의 에칭 피트(112)가 형성되면 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 식각하여 제거한다(S22). 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)은 가성소다(NaOH)나 알카리 용액을 이용하여 제거함으로써 도 7에 도시된 본 발명의 관통형 에칭박(110)의 제조를 완료한다. 이와 같이 본 발명의 관통형 에칭박(110)의 제조방법은 금속 포일(110a)의 일측의 표면을 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)으로 마스크(mask)한 후 관통 에칭 활성층(140)을 형성함으로써 교류 에칭만으로 다수개의 에칭 피트(111)와 다수개의 관통공(112)을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 여기서, 관통 에칭 활성층(140)의 두께는 0.01 내지 1㎛가 되도록 형성한다.

본 발명의 관통형 에칭박(110)의 제조방법으로 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도 시험을 위해 본 발명의 실시예1 내지 3과 비교예를 제조하였다.

본 발명의 실시예1은 금속 포일(110a)로 두께가 20㎛인 알루미늄박을 사용하였고, 알루미늄박은 순도가 99.90％이며 구리(Cu) 50ppm, 실리콘(Si) 350ppm과 철(Fe) 300ppm의 불순물이 혼합되는 것을 사용하였다. 금속 포일(110a)을 준비한 후 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 알코올 분해성 수지를 도포하여 알코올 분해성 수지층(120a)을 형성하였다. 알코올 분해성 수지의 도포방법은 알코올 분해성 수지 40wt％와 용매 60wt％를 혼합하여 알코올 분해성 수지의 점도를 조절한 후 실크인쇄방법을 이용해 형성하였고, 알코올 분해성 수지는 노볼락 수지를 사용하였으며, 용매는 PGMEA을 사용하였다. 알루미늄박의 일측의 표면에 알코올 분해성 수지층(120a)을 형성한 후 공개된 건조장치(도시 않음)를 이용해 150 ℃에서 45초 동안 열처리하여 알코올 분해성 수지층(120a)을 건조시켰다.

건조가 완료되어 알코올 분해성 수지층(120a)이 형성되면 다가 알코올을 이용해 알코올 분해성 수지층(120a)의 일측의 표면에 다가 알코올 패턴층(130)을 형성하였다. 다가 알코올 패턴층(130)은 다수개의 원통형 패턴(131)을 포함하며, 다수개의 원통형 패턴(131)은 서로 이격되도록 형성하였다. 여기서, 다가 알코올 패턴층(130)은 다가 알코올로 에틸렌 글리콜에 PVA(polyvinyl alcohol)를 첨가하여 점도가 1200cps되는 것을 사용하였고, 공지된 인쇄방법을 이용해 다수개의 원통형 패턴(131)을 형성하였다. 다가 알코올 패턴층(130)을 형성한 후 150℃에서 40초 동안 열처리를 했다. 열처리는 원통형 패턴(131)이 형성된 영역에 대응되게 위치한 알코올 분해성 수지충(120a)을 식각하여 다수개의 관통공(121)을 갖는 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성시킨다.

실시예1은 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성한 후 관통 에칭 활성 용액을 이용해 관통 에칭 활성층(140)을 두께가 0.01 내지 1㎛가 되도록 형성하였다. 관통 에칭 활성층(140)을 형성하기 위한 관통 에칭 활성 용액은 바나듐(V) 분말 5wt％와 점도조절물 95wt％를 포함하여 혼합되어 점도가 10cps(centi Poise)가 되도록 형성하였으며, 점도조절물은 알코올 30wt％와 순수 70wt％를 포함되도록 혼합하였다. 관통 에칭 활성층(140)의 두께가 0.01㎛가 되도록 형성한 후 공지된 세정방법을 이용해 세정하였고, 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 마스크(mask)로 이용해 금속 포일(110a)로 선택된 알루미늄박을 교류 에칭하여 실시예1에 따른 관통형 에칭박(110)을 제조하였다. 교류 에칭은 교류전원의 전류밀도가 200㎃/㎠이며 주파수는 60Hz인 사인파를 적용하여 실시하였으며, 전해 에칭액으로 염산 5.0㏖/L, 황산 0.1㏖/L 및 황산알루미늄 1.5㏖/L를 혼합하여 사용하였다.

실시예1에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)이 도 8 및 도 9에 도시되어 있다. 도 8은 본 발명의 실시예 즉, 실시예1에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 일측의 표면을 나타낸 사진으로 일측의 표면은 분해성 마스크 패턴층(120)으로 인해 다수개의 관통공(111)만 형성되고 다수개의 에칭 피트(112)는 형성되지 않으며, 도 9는 본 발명의 실시예 즉, 실시예1에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 타측의 표면을 나타낸 사진으로 다수개의 관통공(111)과 다수개의 에칭 피트(112)가 형성된 상태를 나타낸다. 즉, 도 8 및 도 9에 각각 도시된 관통형 에칭박(110)은 다수개의 관통공(111)의 관통 개구율이 1%로 형성된 본 발명의 실시예들에 따른 관통형 에칭박(110)으로 도 8 및 도 9에 각각 도시된 일정한 간격으로 배열된 검은 점은 관통공(112)을 나타낸다.

본 발명의 실시예2는 금속 포일(110a)로 금속 포일(110a)로 두께가 50㎛인 알루미늄박을 사용하였고, 알루미늄박은 순도가 99.99％이며 구리(Cu) 60ppm, 실리콘(Si) 500)ppm 및 철(Fe) 500ppm의 불순물이 혼합되는 것을 사용하였다. 금속 포일(110a)을 준비한 후 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 형성되는 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)의 제조방법은 실시예1과 동일함으로 설명을 생략한다. 실시예2는 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성한 후 관통 에칭 활성 용액을 이용해 관통 에칭 활성층(140)을 두께가 0.1㎛가 되도록 형성하였다. 관통 에칭 활성층(140)을 형성하기 위한 관통 에칭 활성 용액은 바나듐(V) 분말 8wt％와 점도조절물 92wt％를 포함하여 혼합되어 점도가 50cps(centi Poise)가 되도록 형성하였으며, 점도조절물은 알코올 45wt％와 순수 65wt％를 포함하여 혼합하였다. 실시예2에 따른 관통 에칭 활성층(140)이 형성되면 교류 에칭을 수행하여 실시예2에 따른 관통형 에칭박(110)을 제조하였다. 교류 에칭은 교류전원의 전류밀도가 1000㎃/㎠이며 주파수는 60Hz인 사인파인 것을 사용하였으며, 전해 에칭액으로 염산 9.0㏖/L, 황산 1.0㏖/L 및 황산알루미늄 1.0㏖/L를 혼합하여 사용하였다.

본 발명의 실시예3은 금속 포일(110a)로 두께가 10㎛인 알루미늄박을 사용하였고, 알루미늄박은 순도가 99.70％이며 실리콘(Si) 30ppm 및 철(Fe) 300ppm의 불순물이 혼합되는 것을 사용하였다. 금속 포일(110a)을 준비한 후 금속 포일(110a)의 일측의 표면에 형성되는 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)의 제조방법은 실시예1과 동일함으로 설명을 생략한다. 실시예3은 알코올 분해성 마스크 패턴층(120)을 형성한 후 관통 에칭 활성 용액을 이용해 관통 에칭 활성층(140)을 두께가 1㎛가 되도록 형성하였다. 관통 에칭 활성층(140)을 형성하기 위한 관통 에칭 활성 용액은 바나듐(V) 분말 15wt％와 점도조절물 85wt％를 포함하여 혼합되어 점도가 100cps(centi Poise)가 되도록 형성하였고, 점도조절물은 알코올 60wt％와 순수 40wt％를 포함하였다. 실시예3에 따른 관통 에칭 활성층(140)이 형성되면 교류 에칭을 수행하여 실시예3에 따른 관통형 에칭박(110)을 제조하였다. 교류 에칭은 교류전원의 전류밀도가 100㎃/㎠이며 주파수는 100Hz인 사인파를 적용하였고, 전해 에칭액으로 염산 7.0㏖/L, 황산 0.5㏖/L 및 황산알루미늄 0.5㏖/L를 혼합하여 사용하였다.

비교예는 금속 포일(110a)의 두께가 20㎛인 알루미늄박이 사용되고, 알루미늄박은 순도가 99.90％이며 구리(Cu) 50ppm, 실리콘(Si) 350ppm 및 철(Fe) 300ppm의 불순물이 혼합되는 것을 사용하였다. 비교예에 따른 금속 포일(110a)이 준비되면 두께가 20㎛인 알루미늄박(도시 않음)의 일측과 타측의 표면을 공지된 교류 에칭방법을 이용해 다수개의 에칭 피트(도시 않음)를 형성한 후 공지된 직류 에칭 방법이나 사진식각방법을 이용해 다수개의 관통공(도시 않음)을 형성하여 비교예에 따른 관통형 에칭박을 제조하였다. 여기서, 비교예의 교류 에칭이나 직류 에칭은 공지된 관련 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예1 내지 3에 따른 제조된 관통형 에칭박(110)과 비교예에 따라 제조된 관통형 에칭박(도시 않음)의 각각의 인장강도(Tensile Strength)를 측정하였으며, 인장강도 측정장비는 공지된 장비가 사용됨으로 설명을 생략한다. 인장강도의 측정 결과는, 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도는 3.2kgf/㎝²로 측정되었고, 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도는 3.0kgf/㎝²로 측정되었으며, 본 발명의 실시예3에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도는 2.9kgf/㎝²로 측정되었다. 비교예에 따라 제조된 관통형 에칭박은 2.7kgf/㎝²로 측정되었다. 인장강도의 측정 결과, 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도와 비교예에 따라 제조된 관통형 에칭박만을 비교한 결과, 본 발명의 실시예1에 따른 제조된 관통형 에칭박(110)의 인장강도는 비교예에 따라 제조된 관통형 에칭박의 인장강도보다 18.5%가 상승한 것을 확인 할 수 있다. 이는 관통형 에칭박(110)의 어느 한 표면 즉, 타측의 표면에만 활물질을 형성하는 경우에 전극의 강도와 저항 특성을 더욱 개선시킬 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법은 금속 포일의 일측의 표면을 관통공 형성하기 위한 마스크 패턴층으로 커버하고 타측의 표면은 노출시킨 후 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성할 수 있어 관통형 집전체의 생산성을 개선시킴과 아울러 강도 저하를 방지할 수 있고, 금속 포일을 교류 에칭을 이용해 표면 에칭과 동시에 관통공을 형성함으로써 관통형 집전체의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며 제품 강도 저하를 방지하여 전극 할물질의 도포 시 파손이 되는 것을 방지할 수 있으며, 금속 포일의 다른 표면에 알코올 분해성 수지의 표면에 다가 알코올(polyhydirc alchol)을 패턴 인쇄해 알코올 분해성 수지를 식각 마스크 패턴으로 제조한 후 식각 마스크 패턴을 이용해 금속 시트에 다수개의 관통공을 형성함으로써 교류 에칭을 이용해 관통공을 용이하게 형성할 수 있게 된다.

본 발명의 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법은 전기 이중층 커패시터와 같은 슈퍼 커패시터나 이차 전지 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.

110: 금속 포일 111: 관통공
112: 에칭 피트 120a: 알코올 분해성 수지층
120a: 알코올 분해성 마스크 패턴층 121: 관통공
130: 다가 알코올 패턴층 131: 원통형 패턴
140: 관통 에칭 활성층

Claims

금속 포일(metal foil)의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 포일의 일측의 표면에 마스크 패턴층을 형성되면 마스크 패턴층을 마스크로 하여 교류 에칭을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 교류 에칭을 수행하는 단계는 알코올 분해성 마스크 패턴층이 형성되면 알코올 분해성 마스크 패턴층에 형성된 다수개의 관통공 패턴을 통해 노출된 금속 포일의 일측의 표면에 관통 에칭 활성 용액을 도포한 후 건조하여 관통 에칭 활성층을 형성하며, 상기 관통 에칭 활성 용액은 바나듐(V) 분말이나 지르코늄(Zr) 분말 5 내지 15wt％와 점도조절물 85 내지 95wt％를 포함하여 혼합되어 점도가 10 내지 100cps(centi Poise)가 되도록 형성되며, 상기 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％를 포함하는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 마스크 패턴층을 형성하는 단계와 상기 교류 에칭을 수행하는 단계에서 상기 마스크 패턴층은 금속 포일의 일측의 표면이 부분적으로 노출되도록 다수개의 관통공 패턴이 형성되며, 상기 교류 에칭을 수행하는 단계는 금속 포일을 교류 에칭하여 다수개의 관통공 패턴에 의해 노출된 금속 포일의 일측의 표면과 타측의 표면까지 관통되는 다수개의 관통공을 형성하며 타측의 표면에 다수개의 에칭 피트(etching pit)가 형성되도록 하는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 마스크 패턴층을 형성하는 단계는
금속 포일을 준비하는 단계;
상기 금속 포일의 일측의 표면에 알코올 분해성 수지를 도포하여 알코올 분해성 수지층을 형성하는 단계;
상기 알코올 분해성 수지층이 형성되면 알코올 분해성 수지층을 열처리하여 건조시키는 단계;
상기 알코올 분해성 수지층이 건조되면 알코올 분해성 수지층의 표면에 다가 알코올(polyhydirc alchol)을 인쇄하여 다가 알코올 패턴층을 형성하는 단계;
상기 다가 알코올 패턴층을 열처리하여 알코올 분해성 수지층을 식각함에 의해 다수개의 관통공 패턴을 갖는 알코올 분해성 마스크 패턴층을 형성하는 단계; 및
상기 알코올 분해성 마스크 패턴층을 순수를 이용해 세정하는 단계를 포함하는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 금속 포일을 준비하는 단계에서 상기 금속 포일은 두께가 10 내지 50㎛인 알루미늄박이 사용되고, 상기 알루미늄박은 순도가 99.70 내지 99.99％이며 구리(Cu) 0 내지 60ppm, 실리콘(Si) 30 내지 500ppm 및 철(Fe) 300 내지 500ppm의 불순물이 포함되는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 알코올 분해성 수지층을 형성하는 단계와 상기 건조시키는 단계 중 상기 알코올 분해성 수지층을 형성하는 단계에서 알코올 분해성 수지층은 알코올 분해성 수지와 용매를 혼합하여 형성되며, 상기 알코올 분해성 수지는 하이드록시 폴리에스터 수지(hydroxy polyester), 아크릴 수지(arcylic resin), 노볼락 수지(novolac resin) 및 폴리하이드록시스티렌(polyhydroxysterene) 중 하나가 사용되며, 상기 용매는 PGMEA(propylene glicol monomethyl ether acetate)가 사용되는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 다가 알코올 패턴층을 형성하는 단계에서 상기 다가 알코올 패턴층은 다수개의 원통형 패턴이 서로 이격되어 알코올 분해성 수지층의 표면에 형성되며, 상기 다가 알코올은 글리세린(glycerine)이나 에틸렌 글리콜 중 하나만 사용하는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 교류 에칭을 수행하는 단계는
알코올 분해성 마스크 패턴층이 형성되면 알코올 분해성 마스크 패턴층을 마스크로 하여 금속 포일을 교류에칭하는 단계; 및
상기 교류에칭이 완료되면 알코올 분해성 마스크 패턴층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하며,
상기 금속 포일을 교류에칭하는 단계에서 금속 포일은 전해 에칭액에 함침된 상태에서 전류밀도가 100 내지 1000㎃/㎠이며 주파수는 20 내지 100Hz인 사인파가 적용되는 교류 전원으로 에칭되며, 상기 전해 에칭액은 염산 5.0 내지 9.0㏖/L, 황산 0.1 내지 1.0㏖/L, 황산알루미늄 0.5 내지 1.5㏖/L를 포함하는 교류에칭을 이용한 관통형 에칭박 제조방법.
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