KR102635063B1 - 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공증착 방식으로 인버터용 커패시터 필름을 제조할 때 실란처리 횟수를 2회에서 1회로 줄임에도 불구하고, 금속증착층의 안정성을 확보한 채 산화물을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 불량율을 줄이고, 생산성은 향상시키되 제조비용은 줄일 수 있도록 개선된 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공증착 방식으로 인버터용 커패시터 필름을 제조할 때 실란처리 횟수를 2회에서 1회로 줄임에도 불구하고, 금속증착층의 안정성을 확보한 채 산화물을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 불량율을 줄이고, 생산성은 향상시키되 제조비용은 줄일 수 있도록 개선된 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 커패시터(Capacitor)란 전기를 저장할 수 있는 장치로, 흔히 콘덴서로 불리우고 있으며, 기본구조는 양 전극 사이에 유전체가 삽입된 구조이다.
이때, 커패시터를 구성하는 전극으로는 모든 도체가 가능하나 제조공정상 값이 싸고 납땜성 등 가공성이 우수하며 산화가 잘 되지 않는 기본적인 특성을 갖추어야 한다.
특히, 필름커패시터의 전극으로는 일반적으로 알루미늄과 아연이 사용되고, 세라믹커패시터에서는 은, 구리, 니켈, 팔라듐이 사용되며, 전해커패시터에서는 알루미늄, 탄탈륨 등이 사용되고 있다.
한편, 유전체와 전극으로 구성된 기본단위를 소자(Element)라고 하며, 용량을 증가시키기 위하여 소자의 구조를 적층이나 권회형으로 만들고 전자기기에 사용되는 커패시터는 1개의 소자로 구성되는 제품이 일반적이나 전력용 커패시터에서는 수십개의 소자를 직, 병렬로 결선하여 필요한 용량으로 구성하고 있다.
단소자 제품의 세라믹 커패시터 용량단위가 피코파라드인 반면 다소자 제품의 필름커패시터의 용량단위는 ㎌가 쓰이고 있다.
아울러, 제품을 소형화하기 위하여 유전체와 전극을 일체화시킨 금속증착 필름커패시터가 일반화되어 있다.
그리고, 커패시터가 전기를 저장하는 기본원리는 유전체의 분극현상 때문이다. 즉, 무전계 상태에서는 유전체 내부의 전기쌍극자가 무질서하게 분포되어 절연체와 같은 성질을 갖고 있으나 전극에 전압을 가하여 전계가 발생하게 되면 쌍극자가 전계의 방향으로 정렬이 된다. 이런 현상을 분극현상이라고 하며 분극현상이 강할수록(쌍극자 수가 많을수록) 유전률이 높아진다.
분극현상이 발생하게 되면 한쪽 전극에는 플러스(plus) 전하가 반대쪽 전극에는 마이너스(minus) 전하가 밀집하게 되어 전기를 저장할 수 있게 된다.
한편, 커패시터 필름은 드럼을 따라 이동하는 베이스필름 표면에 보트를 통해 가열된 피증착금속이 진공증착되어 제조된다.
이때, 인버터용 커패시터 필름의 특성을 갖출 수 있도록 도 1의 예시와 같이 먼저 진공증착된 면의 산화방지 및 내식성 확보를 위해 실란을 처리한 다음, 부착력 향상과 정전기발생 억제를 위해 플라즈마를 처리하고 있다.
그런데, 플라즈마 처리 과정에서 실란이 휘발되어 버림으로써 산화방지특성 및 내식성 특성이 현저하기 떨어지게 될 뿐만 아니라, 다인펜 테스트(Dynepen Test)를 통해 확인되는 바와 같이 진공증착면에서 젖음성이 발생되어 번짐, 퍼짐 현상이 유발되고, 이것은 커패시터 필름의 불량을 야기하는데, 특히 고온·고습한 지역에서 장기간 보관될 수 없어 심각한 경제적 손실을 초래하게 된다.
때문에, 이를 방지하기 위해 현재는 플라즈마 처리 후 다시 실란을 재차 처리하고 있어 공정손실은 물론 제조비용 증가, 생산성 하락 등 많은 단점들이 상존해 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 진공증착 방식으로 인버터용 커패시터 필름을 제조할 때 실란처리 횟수를 2회에서 1회로 줄임에도 불구하고, 금속증착층의 안정성을 확보한 채 산화물을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 불량율을 줄이고, 생산성은 향상시키되 제조비용은 줄일 수 있도록 개선된 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 커패시터 필름용 베이스필름(100)을 증착드럼(D) 쪽으로 이송하는 투입반송단계; 상기 투입반송단계를 통해 베이스필름(100)을 이송하던 중에 베이스필름(100)의 표면을 디스미어(Desmear)하는 전처리단계; 전처리된 베이스필름(100)의 일측면에 피증착금속을 진공증착시키는 증착단계; 피증착금속이 진공증착된 베이스필름(100)의 양측면을 플라즈마처리하는 플라즈마처리단계; 플라즈마처리된 베이스필름(100)의 일측면을 실란처리하는 실란처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 전처리단계는 아르곤가스를 이용하여 대기압 플라즈마를 처리하여 베이스필름(100) 표면을 디스미어하는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 산화물과 보호코팅층을 보호할 수 있다.
둘째, 금속증착층을 안정화시킨다.
셋째, 실란 처리횟수를 줄일 수 있다.
넷째, 생산성이 향상된다.
다섯째, 원가를 절감할 수 있다.
여섯째, 원가절감을 통한 시장경쟁력을 확보할 수 있다.
일곱째, 불량율이 줄어든다.
여덟째, 고온·고습 환경내에서도 품질을 유지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터용 커패시터 필름의 다인펜 테스트 예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터용 커패시터 필름 제조과정을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 인버터용 커패시터 필름의 다인펜 테스트 예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터용 커패시터 필름 제조과정을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 인버터용 커패시터 필름의 다인펜 테스트 예를 보인 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2의 예시와 같이, 본 발명에 따른 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법은 커패시터 필름용 베이스필름(100)을 증착드럼(D) 쪽으로 이송하는 투입반송단계; 상기 투입반송단계를 통해 베이스필름(100)을 이송하던 중에 베이스필름(100)의 표면을 디스미어(Desmear)하는 전처리단계; 전처리된 베이스필름(100)의 일측면에 피증착금속을 진공증착시키는 증착단계; 피증착금속이 진공증착된 베이스필름(100)의 양측면을 플라즈마처리하는 플라즈마처리단계; 플라즈마처리된 베이스필름(100)의 일측면을 실란처리하는 실란처리단계;를 포함한다.
여기에서, 상기 베이스필름(100)은 대표적인 폴리프로필렌수지를 포함하여 다양한 레진이 사용될 수 있다.
이때, 상기 전처리단계는 불활성기체, 특히 아르곤을 이용하여 대기압 플라즈마를 처리하면 베이스필름(100)의 표면에 잔류된 레진잔사, 찌꺼기(Smear)를 분해 제거할 수 있는데, 디스미어를 위한 조건을 맞추기 쉽기 때문에 플라즈마 처리방식을 사용함이 바람직하다.
덧붙여, 진공증착 전에 증착면을 이온건(Ion Gun)을 이용하여 표면을 개질하는 단계를 더 수행하게 되면 피증착금속의 진공증착시 부착력을 더욱 더 높일 수 있다.
또한, 상기 피증착금속은 알루미늄, 아연을 포함한 다양한 금속이 될 수 있으며, 금속증착층을 형성한다.
이렇게 금속증착층이 형성된 상태에서 불활성기체, 특히 질소를 이용하여 대기압 상온 플라즈마를 처리하게 되면 부식 및 산화보호막인 실란의 부착력, 즉 접착력이 급속히 향상된다.
이 상태에서 실란을 처리하게 되면 실란은 옥사이드(산화물, 보호코팅층)을 형성하면서 안정적이면서 견고한 부착력을 확보하게 되어 커패시터 필름의 표면 산화방지, 내식성 향상에 기여하게 된다.
이때, 실란처리란 실란커플링제에 딥핑하는 방식으로서 물:에탄올:3-(메르캅토프로필)트리메톡시실레인[(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane]을 각각 5:90:5의 중량비로 혼합한 후 아세트산을 이용하여 pH를 4 내지 5로 조절한 것을 사용한다.
여기에서, 3-(메르캅토프로필)트리메톡시실레인은 CAS 넘버 4420-74-0에 해당하는 실란이다.
이와 같이 처리한 커패시터 필름에 대한 다인펜 테스트(Dynepen Test)를 실시한 결과, 도 3과 같은 결과를 얻었다.
도 3을 참조하면, 액적의 번짐이 전혀 발생하지 않았으며, 퍼짐도 발생하지 않았고 표면장력을 완전하게 유지하여 선명한 액적을 보이고 있음을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 고온·고습 지역에서도 장기간 보관 유통할 수 있는 장점을 확보하게 되었다.
이러한 고온·고습 지역에서의 내환경 테스트를 위해 다음과 같이 부가적인 실험을 실시하였다.
먼저, 평가조건은 외부에 노출되는 전력용 인버터에 사용되는 커패시터 필름에 대해서만 적용하였는데, 이는 전장용 커패시터 필름의 경우 특별한 기준이 없어 저항 특성에 변화만 발생하지 않으면 되기 때문이다.
시험방법은 고온·고습 보존수명시험으로서, 커패시터 필름 시편을 고온·고습도에서 장시간 사용 및 보관(방치)하였을 경우 내성을 평가하는 것으로 JESD22-A101, JIS C7021 B-11 규격에 따라 진행하였다.
이때, Ta=85℃, RH=85%이다.
시험결과, 본 발명에 따른 커패시터 필름 시편의 경우 온도 40±2℃, 상대습도 80~90%의 범위내에서도 최대 56일간 방치하여도 변형이 생기지 않음을 확인하였다.
이에 따라, 본 발명은 진공증착 방식으로 인버터용 커패시터 필름을 제조할 때 실란처리 횟수를 2회에서 1회로 줄임에도 불구하고, 금속증착층의 안정성을 확보한 채 산화물을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 불량율을 줄이고, 생산성은 향상시키되 제조비용은 줄일 수 있는 특장점을 제공한다.
Claims (2)
- 커패시터 필름용 베이스필름(100)을 증착드럼(D) 쪽으로 이송하는 투입반송단계; 상기 투입반송단계를 통해 베이스필름(100)을 이송하던 중에 베이스필름(100)의 표면을 디스미어(Desmear)하는 전처리단계; 전처리된 베이스필름(100)의 일측면에 피증착금속을 진공증착시키는 증착단계; 피증착금속이 진공증착된 베이스필름(100)의 양측면을 플라즈마처리하는 플라즈마처리단계; 플라즈마처리된 베이스필름(100)의 일측면을 실란처리하는 실란처리단계;를 포함하는 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법에 있어서;
상기 전처리단계는 아르곤가스를 이용하여 대기압 플라즈마를 처리하여 베이스필름(100) 표면을 디스미어하는 것이고;
상기 전처리단계 후 증착단계를 수행하기 전에, 증착할 면을 이온건(Ion Gun)을 이용하여 표면을 개질하는 단계를 한 번 더 수행하고;
상기 실란처리단계에서 실란처리는 실란커플링제에 딥핑하는 방식으로 물:에탄올:3-(메르캅토프로필)트리메톡시실레인[(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane]을 각각 5:90:5의 중량비로 혼합한 후 아세트산을 이용하여 pH를 4 내지 5로 조절한 것을 특징으로 하는 내환경 특성을 강화한 인버터용 커패시터 필름 제조방법. - 삭제
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