KR19980066056A - 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법을 제공함에 있다.

유전체 플라스틱 필름의 표면에 활동전극에는 알루미늄을 증착하고, 그 알루미늄 전극의 슬리팅 엣지 부분에는 스프레이(용사금속)접착특성을 향상하기 위하여 상기 알루미늄의 전극보다 두껍게 코팅을 하여 접착면적을 넓게 한것이다.상기 알루미늄 전극의 슬리팅 엣지 부분에 증착되는 전극금속은 아연이나 주석 또는이들의 합금중에서 선택한 어느하나의 금속물질로,상기 슬리팅 엣지 부분을 따라 연속적으로 진공증착 하여 상기 슬리팅 엣지면을 강화(heavy edgy)하여, 상기 전극금속막의 강화 부분과 비강화 부분이 일정 비율의 저항비(저항비:강화부분 : 비강화 부분= 1 : 2-3)를 이루도록 하고,전체 면(面)저항값은 1.5-4Ω/□ 를 이루게한것이다. 알루미늄계 콘덴서용 증착필름가 의 제조방법이다. 이에의하여 강화된 전극금속의 슬리팅 엣지부분에 스프레이(용사금속)접착 능력을 크게 향상 되게 하였고,또한 슬리팅 엣지 부분에는 알루미늄을 사용하지 않았기 때문에 알루미늄 산화물에 의한 스프레이 접착력의 영향에 의한 손실감소을 최소화한 것이다.

Description

스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법

본 발명은 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 슬리팅 엣지(slitting Edge)부분을 리이드(lead)의 접속에 필요한 스프레이금속(용사금속)과 잘 접착할수 있는 전극금속을 사용하여 두껍게 코팅막을 형성한것에 의해, 알루미늄계 필름콘덴서의 특성을 향상시킨 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법에 관한것 이다.

일반적으로 금속증착 필름(플라스틱 필름)을 사용하여 제작되는 권취형 금속증착 필름 콘덴서의 종류는 그 필름에 증착되는 금속의 종류에따라 알루미늄 증착 필름,아연 증착필름, 알루미늄 아연 합금 증착필름, 알루미늄 아연 다층필름으로 구별되며,이들 금속 증착 필름은 요구되는 콘덴서의 특성에 따라서 선택적으로 사용되고 있는 데 알루미늄계는 주로 DC 및 소용량의 콘덴서에 사용되고 있고, 아연계는 주로 AC 및 용량이 큰 콘덴서에 사용되고 있다.

예컨데,폴리머 콘덴서(Polymer capacitor)는 전기적 특성으로 고주파 특성이 우수하고,증착된 전극면이 상당히 얇기 때문에 전극 표면의 결함과 오염에 의해 손상된 것을 스스로 치유하는 자기회복성을 갖는 특징을 갖고 있으며, 낮은 tanδ 손실(loss)을 갖고 있다. 필름콘덴서는 사용되는 전극에 따라 전압,전극의 구성,마진(margin)폭과 치수등이 다르고, 또 그 용도면에서도 차이가 있다.

하기 (표)에 표시한바와 같이, AC에 사용 시에는 10μF∼1000μF 정도의 480∼120V 범위에서 많이 사용하고 10μF 이하에서도 AC 전압이 240∼600V로 높은 경우에는 OPP 필름을 많이 사용하고 있다. 또 3∼800μF 범위에서도 480V 이상 1000V 범위에서는 역시 OPP를 많이 사용하고 있다.

PET 필름은 주로 알루미늄을 증착하여 쓰는 경우가 많지만,주로 10 μF 이하의 정전용량에서 240 V 이하의 AC 전압의 경우에 많이 사용되고 있다.

그러나, 알루미늄계 필름 콘덴서의 경우에는 알루미늄 자체의 전기전도도가 높아서 얇게 증착시켜도 원하는 전기전도도를 얻을수가 있어서 약 200Å 정도의 두께로 증착하여도 자기회복 특성이 매우 우수하여 신뢰도가 높으며,알루미늄 박막 자체가 외부 공기에 노출될 때 치밀한 알루미나 막을 형성하여 더 이상의 산화를 방지하므로 내식특성이 우수하여 보관에 용이한 장점이 있다.

하지만, 알루미늄은 진공증착 시 진공도가 10^-4Torr 이하의 고진공이 요구되고,또한 알루미늄 가열 도가니의 가열온도는 1200℃ 이상의 고열이 필요로 됨과 아울러 도가니도 세라믹계의 특수한 재질을 사용하여 제작 하지 않으면 안되기 때문에 생산 단가가 높게되는 단점이 있다. 또 일반적으로 제작된 알루미늄계 콘덴서용 금속 증착 필름은 콘덴서를 제조하는 공정중 용사공정에서 알루미늄 전극 표면에 형성된 산화 알루미늄이 부도체이며, 진공증착된 전극 금속막은 두께를 얇게 형성하기 때문에 스프레이 공정중에서 전극금속막과 리이드와의 접속을 위한 금속용사(스프레이)시 스프레이 금속과의 접속(ohmic contact)특성을 나쁘게 하여 부착강도를 떨어지게 하고, 또한 사용기간의 경과에 따라 tanδ 값을 증가되게 하여 전극금속막 부분방전(corona 방전)으로 인한 시간의 경과에 따라 캐패시턴스를 감소되게 하는등의 단점이 있다.

이에 반해 아연 증착필름의 경우에는 시간변화에 따른 용량감소가 거의 없으며,증착조건이 10^-2내지 10^-3torr로 저진공하에서 600℃ 정도의 낮은 온도에서 제조가 가능하며, 또한 증착막 두께가 알루미늄 경우보다 두꺼워 리드와의 접촉시 전기접촉이 용이하고 접촉면에 아연 산화막이 생겨도 이것이 반도체로서 전기저항이 매우 낮기 때문에 리드부와의 접촉저항이 낮게되는 장점이 있고, 또 높은 생산성으로 제조단가면에서도 유리하다.

그러나 아연계 증착 필름은 아연 자체가 산화성이 크기 때문에 내 산화성이 약할 뿐만아니라,유전체로 사용되는 폴리머 필름(예,폴리에스터테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 등)과의 접착력이 약하기 때문에 아연층의 강도가 약해서 스크레치등이 생기기 쉬운 단점이 있다.

이러한 문제점들을 해소 하기위해 발명된 것으로, 프랑스특허 제8,413,964 호의 증착된 전극금속막의 성분을 알루미늄과 아연의 합금으로 변화시키는 방법과, 일본공개 특허공보 (소)59-103328호의 알루미늄 증착막층 용사금속과 접속되는 엣지부분을 두껍게 증착시키는 방법과 그리고 국내 특허 제 081194 호 콘덴서용 알루미늄 증착 플라스틱필름의 제조 방법이 있다. 그 필름의 일예를 제1(A),(B)도에 표시 하였다.

도 1(A)에 표시된 바와같이,유전체 필름(11)상에 소정의 마진부(13)을 두고 증착한 알루미늄막(12)의 슬리팅 엣지부(16)에 타부위 보다도 알루미늄을 두껍게 코팅하여 강화부분을 형성한 알루미늄 강화 필름(10)이 있으나, 이것은 알루미늄증착 필름의 알루미늄 자체의 잠열이 크기 때문에 유전체 필름(11)에 열적인 손상을 입게 하기가 쉬워서 상기 유전체 필름(11)상에 알루미늄을 두껍게 증착하는 강화부분을 형성하기가 쉽지 않으며,이역시 알루미늄 산화물이 형성되어 있어 기존의 것에서 크게 향상되는 것이 없다.

또한, 도 1(B)에 표시된 바와같이, 유전체 필름(21)상에 소정의 마진부(23)을 두고 알루미늄을 증착하여 알루미늄막(22)를 형성 하고,그 알루미늄막(22)의 위에 다시 아연(혹은 주석)을 증착하여 아연막(24)를 형성하여 복층을 이루게 함과 아울러 슬리팅 엣지부(26)에는 타 부위보다도 아연을 더 두껍게 증착하여 강화부분을 형성한 필름(20)이 있으나, 알루미늄이 갈바닉 부식에 의해 아연 표면으로 알루미늄이 확산되어 알루미늄 산화물을 형성하기 때문에 이것역시 기존에 비하여 접촉(contact)특성이 크게 향상되지 않는다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 제반 결점들을 해소 하고, 유전체 필름위에 알루미늄을 증착하여 전극금속막을 형성한후, 그 알루미늄 전극금속막에 연속해서 아연(Zn)이나 주석(Sn) 혹은 이들의 합금물질중에서 선택된 어느하나의 금속물질을 사용하여 스프레이(용사금속)와 접촉하는 부분의 금속층 두께를 두껍게 코팅하여 그 스프레이면을 강화(Heavy edge)한 것에 의해, 그 스프레이금속과 전극금속간의 전기적인 접속을 향상되게 하고, 반대로 비 강화부분의 전극금속막의 두께는 얇게 이루어지게 하여 자기회복 특성을 향상시킨 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법을 제공하는데에 있다.

상기 목적을 달성하기위한 본 발명의 특징은 유전체플라스틱 필름의 표면에 소정 두께로 증착한 알루미늄 전극금속막 및 아연이나 주석 또는 아연과 주석을 혼합한 합금물질중에서 선택한 어느하나의 금속물질로서 상기 알루미늄 전극금속막의 슬리팅 엣지부분을 따라 연속하여 두껍께 진공증착 하여 그 슬리팅 엣지부분을 강화한 강화부분(heavy edgy)을 포함하고, 상기 강화 부분과 비강화부분의 저항비는 1 : 2-3을 이루게 하며,그 증착필름의 전체 면(面)저항값은 1.5-4Ω/□ 를 이루게한 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름에 있다.

또한 본 발명의 목적은 유전체플라스틱 필름의 표면에 알루미늄 전극금속막을 소정 두께로 증착하는 단계 및 아연이나 주석 또는 아연과 주석을 혼합한 합금물질중에서 선택한 어느하나의 금속물질로서 상기 알루미늄 전극금속막의 슬리팅 엣지부분을 따라 연속하여 두껍께 진공증착 하여 그 슬리팅 엣지부분을 강화(Heavy Edge)하는 단계를 포함하고,상기 강화 부분과 비강화부분의 저항비는 1 : 2-3을 이루게 하고,그 증착필름의 전체 면(面)저항값은 1.5-4Ω/□를 이루게한 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름의 제조방법에 있다.

이하,첨부된 도면에의거 본발명에 따른 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름과 그 제조방법의 보다 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도1(A)(B)는 종래의 콘덴서용 알루미늄 증착필름의 일예를 도시한 단면도 이고,

도 2는 본발명에 따른 콘덴서용 알루미늄 증착필름의 단면도 이고,

도 3은 본 발명에 따른 필름을 사용하여 제조된 콘덴서의 tanδ 를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본발명에 따른 필름을 사용하여 제조된 콘덴서의 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)의 측정결과를 나타낸 그래프 이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

30 : 알루미늄 금속증착용 필름 31 : 유전체 플라스틱 필름

32 : 금속전극막 32a: 알루미늄(Active Area)

32b : 금속물질 33 : 마진부(margin)

36 : 슬리팅 엣지부(Slitting Edge)

p1 : 비 강화부분 p2 : 강화부분(Heavy Edge)

도 2는 본발명에 따른 콘덴서용 알루미늄 증착필름의 단면도를 도시한 것이다. 도면 표시와 같이,본 발명에 따른 증착필름(30)은,대략 0.6-12㎛ 두께의 유전체 플라스틱 필름(31)의 어느 일측표면으로 소정 넓이의 M-마진부(33)을 두고 알루미늄(32a)를 먼저 진공증착하고, 그 후에 상기 알루미늄(32a)에 연속하여 아연이나 주석 또는 이들을 혼합한 합금중에서 선택한 어느하나의 금속물질(32b)를 더 두껍게 진공증착하여 스프레이면을 강화한 전극 금속막(32)를 형성 한 것으로, 그 전극금속막(32)의 증착 두께 비율에 따라 비 강화부분(p1)은 4.5-3.5Ω/□, 강화부분(p2)는 1.5-2.5Ω/□으로서,상기 비 강화부분(p1)대 강화부분(p2)는 대략 2∼3.5 : 1의 것의 두께는 면 저항값으로 1.5-15Ω/□가 되는 두께로 형성한다.

상기 실시예에서 전극금속막(32)의 강화부분의 형성은, 최초 상기 유전체 플라스틱필름(31)위에 알루미늄(32a)를 증착할 때 그 유전체 플라스틱 필름(31)의 강화할 부분에 그 필름(31)의 길이방향(Machine Direction)으로 일반적인 스틸등으로된 미도시한 마스크(mask)를 씌워서 가리우고 코팅(증착)을 시행한다. 상기 알루미늄(32a)의 코팅 완료후에는 바로 연속하여 마스크를 제거함과 아울러 그 마스크로 가리워 졌던 부분에 아연이나 주석 또는 이들의 합금중에서 선택한 어느하나의 금속물질(32b)를 소정의 두께를 이루게 코팅하여 상기 알루미늄(32a)가 상기 전극 금속막(32)의 강화부분에는 최소화가 되도록 증착하는 기술이다.

상기와 같이 전극금속막(32)의 슬리팅 엣지부분(36)을 아연이나 주석 또는 이들의 합금중에서 선택한 금속물질(32b)만으로 진공증착하여,그 금속물질(32b)(강화부분)와 상기 알루미늄(32a)(비 강화부분)과의 저항비를 2-3.5:1로 두껍게 강화한 형태의 강화부분을 이루게 하고,전체 면 저항값은 1.5-8Ω/□를 이루게 하여, 미도시한 콘덴서의 메탈리콘의 접속효과를 높게 한것이다.

상기 금속물질의 강화부분(p2)의 폭(w)은 대략 4-10mm의 범위를 이루게 함이 바람직하며,그 강화부분(p2)의 폭(w)이 상기에서 설명된 범위를 초과 하게되는 경우에는 자기치유성(self healing)의 특성이 상실되기가 쉽다.

상기 실시예에서 강화 부분의 형성에 아연이나 주석 혹은 아연과 주석을 혼합한 합금중에서 선택한 어느하나의 금속물질을 사용한 이유는, 알루미늄 산화물에 의한 영향을 최소화하여 스프레이 접착 능력을 크게 향상 시키기 위한 것이다.상기 알루미늄은 비저항이 높으며,그 알루미늄의 산화막의 성장은 상당히 빠르게 진행되는 반면, 아연이나 주석은 산화(corrosion)시 반도체성 산화물로 된다. 산화막의 비저항은 알루미늄의 산화물(Al₂O₃)의 비저항은 10¹⁶Ω cm 으로 주석이나 아연의 산화물(SnO₂, ZnO)의 비저항 10³Ω cm 에 비해 주석이나 아연계가 훨씬 낮기 때문에 전극과 리이드(lead) 사이의 스프레이 접착 특성을 향상시켜서 이 부분의 전기적 특성, 특히 접촉저항을 낮출수 있는 장점이 있고,또한 이부분에서의 corona방전에 의한 콘덴서의 정전용량의 변화를 막을수 있는 장점이 있기 때문이다.

즉,① 아연과주석의 응착잠열이 각기 27.6kcal/mole과 38.8kcal/mole로서 알루미늄의 70.1kcal/mole 보다 낮아 강화부분을 두껍게 형성 하더라도 플라스틱 유전체 필름에 열적 손상을 적게 주고,내전압을 높일수가 있다. ②용사금속과 상기 강화 부분과의 사이에 산화가 일어날 경우에 아연과 주석의 산화물은 반도성 산화물로 접촉저항을 줄일수가 있다.

상기 실시예에서는 강화부분을 형성하는 금속물질로서 아연과 주석 혹은 이들의 혼합금속을 사용 한것을 일예로 들어 설명하고 있으나, 그 외에 산화물이 반도성인 금속 즉,인듐 혹은 이들의 합금을 사용할수도 있다.이들의 합금을 사용하는 경우에도 아연과 주석의 사용에의한 상기 ①-②항과 유사한 효과를 얻을수가 있다.

이렇게 형성된 금속 증착필름은 일반적인 권취 및 용사공정을 통하여 리이드가 접속된 콘덴서를 제조하는데에 사용 하게 된다.

(실시예)

4.6㎛ 두께의 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 플라스틱 필름상에 마진부(비증착부)의 폭을 2mm로, 전극금속막(금속증착막)의 폭을 30mm로 하여 그 전극 금속막(active area: 활동전극)의 면저항 값을 3.5 - 4.5Ω/□ 의 두께로 알루미늄만을 진공증착 시킨다음, 전극금속막의 슬리팅 엣지부분에 아연이나 주석 또는 그의 합금을 8mm의 폭으로 필름의 길이 방향을 따라 연속적으로 증착시켜 전체 면저항값이 1.5-3.5Ω/□ 가 되도록 금속증착 필름을 제조하였다. 이와같이 하여 얻어진 금속 증착필름을 권취(winding)→압축(press) →용사(spray)→리이드선(lead wire)선 결선작업을 통하여, 10㎌ 용량의 콘덴서(MF콘덴서)를 제조하였다.

이렇게 제조된 콘덴서는 직류용 캐콘덴서의 경우 사용중에 용량변화가 적은 동시에 전위경도가 증가했다. 높은 전위 경도에서 절연불량을 감소시키기 위해서 증착막을 보다 얇게하여 알루미늄 금속전극 즉,활동전극(active area)부분을 고 저항화하여 결함부분의 클리어링(clearing)처리에 의한 자기치유(self-healing) 시키는 에너지가 작게 된다. 이 자기치유 에너지가 작고 유전체필름의 핀홀(pin hole)부를 탄화(炭化) 시키는 것도 없었고, 따라서 완전히 치유 되었다. 이 치유 에너지는 증착막 금속의 종류에 의해서 다르게 된다.

상기 알루미늄 증착 막은 아연(Zn)계 증착 막에 비해 얇게 형성되기 때문에 적은 에너지에서 치유된다. 그러나 실제에는 증착층의 밀도, 표면전기 저항값을 가미하면 어느 정도의 큰 차이는 없다. 알루미늄의 증착막의 두께는 경우에는 2Ω/□에서 약 250Å, 4 - 5Ω/□ 에서 약 180Å여기에 고 저항품으로 하는것이 자기 치유에너지(self-healing energy)가 작게되어 유전체필름을 얇은것을 사용하여도 절연저항은 안정하게 된다.

이상의 실시예에 의해서 제조된 콘덴서의 성능 및 시험을 한결과 그 내용은 하기표와 같다.

성능 및 시험내용

항 목	내 용
용 량 범 위	1.5㎌ - 40㎌
정 격 주 파 수	50 / 60 Hz
정 격 전 압	각 규격에 따름
정 격 용 량	각 규격에 따름
정격 통전시간(기호)	40000 시간(40D)
최고 허용 온도(기호)	75℃( Y )
최고 주위 온도	65℃ (참고 수지)
최저 허용온도(기호)	-25℃( B )

*성능 및 시험에 있어서 표준시험조건은 온도 5 - 35℃, 습도 45 - 85℃ 에서 실시 하였고,판정에 이의가 생길시에는 온도 20±2℃ , 습도 65±5% 에서 실시하였다.

도 3은 본 발명에 따른 필름을 사용하여 제조된 콘덴서의 tanδ 를 나타낸 그래프로서, 본 발명의 필름을 사용하여 제조된 콘덴서가 기존의 콘덴서에 비해 시간의 경과에 따른 캐패시턴스변화 및 tanδ 의 변화가 적음을 알수가 있다.

도 4는 본발명에 따른 필름을 사용하여 제조된 콘덴서의 절연파괴전압(BDV : Break Down Voltage)의 측정결과를 나타낸 그래프 로서, 본 발명에 의해 제조된 콘덴서가 기존의 콘덴서에비해 절연 파괴 전압면에서 우수함을 알수가 있다.

Claims (2)

1. 유전체플라스틱 필름의 표면에 소정 두께로 증착한 알루미늄 전극금속막 및 아연이나 주석 또는 아연과 주석을 혼합한 합금물질중에서 선택한 어느하나의 금속물질로서 상기 알루미늄 전극금속막의 슬리팅 엣지부분을 따라 연속하여 두껍께 진공증착 하여 그 슬리팅 엣지부분을 강화한 강화부분(heavy edgy)을 포함하고, 상기 강화 부분과 비강화부분의 저항비는 1 : 2-3을 이루게 하며,그 증착필름의 전체 면(面)저항값은 1.5-4Ω/□ 를 이루게한 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름
2. 유전체플라스틱 필름의 표면에 알루미늄 전극금속막을 소정 두께로 증착하는 단계 및 아연이나 주석 또는 아연과 주석을 혼합한 합금물질중에서 선택한 어느하나의 금속물질로서 상기 알루미늄 전극금속막의 슬리팅 엣지부분을 따라 연속하여 두껍께 진공증착 하여 그 슬리팅 엣지부분을 강화(Heavy edge)하는 단계를 포함하고, 상기 강화 부분과 비강화부분의 저항비는 1 : 2-3을 이루게 하고,그 증착필름의 전체 면(面)저항값은 1.5-4Ω/□를 이루게한 스프레이면을 강화한 콘덴서용 알루미늄 금속 증착필름의 제조방법.