KR20030055095A - 고체전해캐피시터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전도성고분자 화합물을 중합시켜 전도성 고분자층을 형성하기 전에 알루미늄 포일의 양극인출부와 음극영역을 구분하는 경계에 경화성 액상수지를 도포시킴으로써 양극인출부로 상기 전도성 고분자화합물, 카본층 및 도전층 등의 음극형성재료가 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 고체전해질 캐패시터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 채용되는 경화성 액상수지는 도포단계에서는 액상으로 피트내부까지 충진시키고, 이어 일정한 조건에서 고상으로 경화되어 치밀하면서도 견고한 극구분영역을 형성시킬 수 있다. 따라서, 알루미늄포일의 양극인출부를 고분자 재료를 포함한 음극형성재료로부터 보호하여 제품의 불량발생을 탁월하게 방지할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전도성 고분자 화합물을 이용한 고체 전해캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전도성 고분자 화합물을 음극에 형성하기 전에, 알루미늄포일의 피트내부까지 경화성 액상수지를 침투시켜 극구분영역을 형성함으로써 상기 전도성 고분자화합물을 포함한 음극형성재료에 의한 음극과 양극의 연결을 방지하는 고체 전해캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액체전해질을 사용한 전해캐패시터는 낮은 전도도를 갖고 고온에서 안정성이 떨어지므로, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiopen) 등의 전도성 고분자를 이용한 고체 전해질 캐패시터가 등장하게 되었다. 이는 고온에서도 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라, 액체 전해질에 비해 높은 전도도인 100-101S/㎝을 나타내며, 주파수에 따른 특성값도 우수한 장점이 있다.
이러한 고체 전해질 캐패시터는 전자기기의 소형화에 따라 리드프레임을 이용한 실장방식에서 표면실장을 위한 칩형태로 변화되는 추세에 있다.
도1은 일반적인 칩형 고체전해질 캐패시터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도1을 참조하면, 상기 칩형 고체전해캐패시터은 양극인출부(10a)를 제공하는 양극영역과, 음극영역(10b)으로 이루어진 알루미늄 포일(10)을 구비하며, 상기 알루미늄 포일(10)의 음극영역(10b)에는 유전체박막(22)이 형성되어 있고, 그 위에는 전도성 고분자층(24)이, 이어 상기 전도성 고분자층(24) 위에는 카본층(26)과 도전층(28)이 차례로 형성된다. 이를 패키징하기 위해, 소정의 리드프레임을 도전층(28)과 양극인출부(10a)에 각각 연결하여 양극단자(32a)과 음극단자(32b)를 형성하고 EMC몰딩법을 이용하여 몰딩부(35)를 형성한다.
여기서, 전도성 고분자층(24)을 형성하는 공정은 중합공정을 적용하는데, 이러한 전도성 고분자층(24) 중합공정시에 음극영역(10b)에 인접한 양극인출부(10a)의 일부영역(Ⅰ)에서 전도성 고분자재료가 침투하여 중합되는 경우가 발생될 수 있으며, 결과적으로 두 극이 분리되지 않아 제품의 치명적인 불량을 발생시키게 된다.
이러한 불량을 방지하기 위해서, 도2a 및 2b와 같이, 극구분공정을 수행한다. 도2a 및 2b는 절연테이프가 부착된 알루미늄 포일을 나타낸다. 도2a에 도시된 알루미늄 포일은 각각 하나의 캐패시터를 구성하는 복수개의 돌출부(10)를 구비한다. 각 돌출부(10)는 절연테이프(15)를 부착하여 양극영역과 음극영역을 구분한다. 이러한 절연테이프로는 이미드(imide)계 절연테이프 및 실리콘계 절연테이프가 주로 사용된다.
하지만, 이러한 절연테이프(15)에 의한 극구분방법은 알루미늄 포일의 양면에 형성된 다수의 피트(pit)까지 치밀하게 충전시키지 못하여 양극과 음극을 구분할 수 없다. 따라서, 고분자재료가 양극영역까지 침투하여 발생되는 불량률이 여전히 높다는 문제가 있다.
이를 도2b를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도2b는 알루미늄 포일의 상세단면도이다. 도2b에 도시된 알루미늄 포일은 도2a의 하나의 돌출부(10)의 측단면도에 해당한다. 도2b에 도시된 바와 같이, 알루미늄 포일의 양면은 조면화 또는 다공질층으로 구성되어, 다수의 피트를 형성되어 있다. 따라서, 극을 구분하기 위해 절연테이프(15)를 부착하여도, 피트(P) 내부까지 충분히 충전되지 않으므로 완전히 분리시키는 것은 불가능하다.
따라서, 후속되는 전도성 고분자층을 형성하는 공정에서 알루미늄포일의 음극인출부에 전도성 고분자를 중합할 때에 피트를 따라 일부가 양극에서 중합되어 제품불량의 원인이 되기 쉽다. 이러한 불량률은 제품수율을 저하시키는 큰 문제가 되고 있다.
이를 개선하기 위해서 종래의 기술에서, 알루미늄포일의 피트 내부까지 분리하기 위해 실리콘 확산층을 형성하는 방안을 제시하고 있다. 이 종래의 방법에 따르면, 실리콘의 폴리실록산 2량체-5량체의 저분자실리콘으로 극구분을 위한 금지대를 형성하고 그 금지대위에 막을 형성하는 공정을 수행하여 피트내부까지 극분리를 보장하고 있다. 하지만, 이러한 공정은 액상 또는 점성이 낮은 저분자실리콘을 사용함으로써 추가적인 막형성공정을 요구하는 문제가 있다. 따라서, 제조공정에 효율성이 떨어진다.
따라서, 당 기술분야에서는, 보다 간소화된 제조공정으로 전도성 고분자화합물의 중합공정에서 양극인출부에서는 중합되지 않도록 양극인출부과 음극영역을 효율적으로 분리할 수 있는 방안이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 전도성고분자 화합물을 중합시켜 전도성 고분자층을 형성하기 전에 알루미늄 포일의 양극인출부와 음극영역을 구분하는 경계에 경화성 액상수지를 도포시킴으로써 양극인출부에서 상기 전도성 고분자화합물이 중합되어 발생되는 극구분 불량을 개선한 고체 전해질 캐피시터 제조방법을 제공하는데 있다.
도1은 일반적인 칩형 고체전해 캐패시터의 단면도이다.
도2a 및 2b는 종래의 절연성 테이프를 이용한 극구분공정을 수행한 알루미늄포일의 개략도이다.
도3a 및 3b는 본 발명에 따라 제조된 고체전해 캐패시터의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
110: 알루미늄 포일110a: 양극인출부
120: 캐패시터부122: 유전체피막층
124: 전도성 고분자층(또는 전해질층)126: 카본층
128: 도전층150: 극구분영역
본 발명은, 양면에 조면화층 또는 다공질층이 형성된 알루미늄 포일을 마련하는 단계와, 상기 알루미늄 포일에 유전체박막층을 형성하는 단계와, 상기 알루미늄 포일 중 양극인출부와 음극영역을 구분하는 경계영역에 경화성 액상수지를 도포하는 단계와, 상기 도포된 경화성 액상수지를 경화시키는 단계와, 상기 음극영역의 알루미늄 포일에 전도성 고분자층 및 도전체층을 형성하는 단계와, 상기 양극인출부 및 상기 도전체층 상에 각각 양극단자와 음극단자를 형성하는 단계를 포함하는 고체전해질 캐패시터 제조방법으로 이루어진다.
본 발명의 일실시형태에서는, 상기 경화성 액상수지를 도포하는 단계는, 스퀴징(squeezing) 공정, 스프레이(spray)공정 롤코팅(roll-coating) 공정 중에 하나를 선택하여 경화성 액상수지를 도포할 수도 있다.
상기 경화성 액상수지는 자외선(UV)경화성 수지, 열경화성 수지 및, 자연경화성 수지로 이루어진 그룹에서 적어도 하나를 선택하여 사용하고 둘이상인 경우에는 이를 혼합하여 사용한다. 또한, 상기 경화성 액상수지는, 경화성 에폭시 수지, 우레탄계 경화성 수지, 불포화폴리에스테르계 경화성 수지, 우레탄계 경화성 수지 및, 아크릴레이트계 경화성 수지로 이루어진 그룹에서 적어도 하나로 선택하여 사용할 수도 있다.
나아가, 상기 경화성 수지는 수지와 경화제가 혼합되어 있는 일액형 수지를 사용할 수도 있으며, 극구분공정 전에 이를 혼합한 이액형 수지를 사용할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도3a 및 3b는 본 발명의 일실시형태에 따른 고체 전해질 캐패시터의 개략도이다. 도3a를 참조하면, 조면화 또는 다공질화된 양면을 갖는 알루미늄 포일(110)로 이루어진 캐패시터가 도시되어 있다. 참고로, 도3a에 도시된 캐패시터는 도2a에 하나의 알루미늄포일의 일 돌출부에 해당하는 부분이다.
상기 알루미늄포일의 음극영역에 유전체박막층(122), 전도성 고분자층(124), 카본층(126) 및 은페이스트로 형성된 도전층(128)이 적층되어 캐패시터부(120)를 형성하고, 그 반대측의 알루미늄 포일(110)은 양극인출부(110a)에 해당하며 후속공정에서 도1에 도시된 바와 같이 양극단자를 형성하기 위한 리드프레임에 연결되는 부분이다. 여기서, 유전체박막층(122)의 경우, 일반적으로 유전체박막을 알루미늄포일 전체표면에 형성하지만, 양극인출부영역의 유전체박막은 후속 리드프레임공정중 양극인출부와 해당 리드를 연결하는 용접공정에서 제거되어 필요한 음극영역의 유전체박막층(122)만 남게 된다.
본 발명에서는, 상기 캐패시터부(120)가 형성될 알루미늄 포일부분과 양극인출부(110a)에 해당하는 알루미늄 포일부분을 구분하기 위해, 그 경계에 경화성 액상수지를 도포하여 극구분영역(150)을 형성한다.
상기 경화성 액상수지는 도포 전에는 액상으로서 알루미늄 포일의 양면에 형성된 피트 내부까지 충전시키고, 수지의 종류에 따라 정해진 조건(열, 자외선조사, 자연경화)에서 경화되어 고상으로 전이하면서 견고하면서 치밀한 극구분영역(110)을 형성하게 된다.
따라서, 캐패시터부(120)를 형성하기 위한 전도성 고분자층(124)을 형성하는 중합공정에서 사용되는 고분자재료가 알루미늄포일의 양면(각각 F,R방향으로 표시됨)에 형성된 피트를 따라서 양극인출부(110a)로 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도3b를 참조하여, 극분리영역(150)을 보다 상세히 설명한다. 도3b는 도3a의 Ⅱ영역을 확대한 단면도이다. 도3b와 같이, 극분리영역(150)은 피트(P)까지 완전히 충전된다. 이는 액상수지 상태로 도포되기 때문이다. 따라서, 전도성 고분자층 형성시에 피트로 형성된 틈을 따라서 양극인출부(110a)로 침투하는 고분자재료를 차단시킬 수 있다.
이러한 극분리영역(150)은 스크린 인쇄법을 이용하여 수 ㎜정도의 선폭으로 용이하게 형성할 수 있으나, 여기서, 스프레이공정이나 롤코팅공정을 사용할 수도 있다. 상기 도포공정은 피트영역이 형성된 알루미늄 포일(110)의 양면(F,R)에 걸쳐 수행한다. 롤코팅공정을 사용하는 경우에는, 경화성 액상수지를 양면에 동시 도포할 수 있는 잇점이 있다.
여기서 사용되는 경화성 액상수지는 미세한 피트를 충전하기 위한 액상에서 일정한 조건 하에 고상으로 전환되는 절연성 수지이기만 하면 충분하다. 그 예로는, 크게 자외선(UV)경화성 수지, 열경화성 수지 및, 자연경화성 수지가 일 수 있으며, 이를 조합하여 사용할 수도 있다. 보다 구체적으로는 경화성 에폭시 수지, 우레탄계 경화성 수지, 불포화폴리에스테르계 경화성 수지, 우레탄계 경화성 수지 및, 아크릴레이트계 경화성 수지에서 적어도 하나를 선택하여 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 구현형태와 효과를 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.
(실시예1)
본 실시예에서는, 경화성 액상수지로 자외선경화성 수지 및 열경화성 수지를 혼합한 수지와 경화제의 비율을 7:3으로 혼합한 액상수지를 제조하였다. 알루미늄포일을 마련하고, 끝단으로부터 4.5㎜위치에 상기 혼합되 액상수지로 그 알루미늄 포일의 일면을 도포하였다. 이 때, 상기 도포공정은 극구분영역에 해당하는 1㎜ 폭의 스크린을 사용하였다. 이어, 1000mJ/㎠의 광도로 조사하여 1차적으로 자외선경화성 수지성분을 경화시킨 후에 150℃에서 60분동안 열경화시켰다. 이와 동일한 방식으로 상기 알루미늄 포일의 타면에 극구분을 위한 액상수지도포와 경화공정을 수행하였다.
(실시예2)
본 실시예에서는, 경화성 액상수지로 열경화성 수지와 경화제를 10:0.85으로 혼합한 액상수지를 제조하였다. 알루미늄 포일을 마련하고, 끝단으로부터 4.5㎜위치에 상기 혼합되 액상수지로 그 알루미늄 포일의 일면을 도포하였다. 이 때도 실시예 1과 마찬가지로 1㎜ 폭의 스크린을 사용하였다. 이어, 150℃에서 60분동안 열경화시켰다.
이와 동일한 방식으로 상기 알루미늄 포일의 타면에 극구분을 위한 액상수지도포와 경화공정을 수행하였다.
(비교예)
본 비교예에서는, 통상의 방법을 이용하여 극구분공정을 수행하였다. 즉, 알루미늄 포일의 끝단에서 4.5㎜위치에 폭 1㎜인 실리콘계 절연테이프를 사용하여 접착시켰다. 동일한 방법으로 상기 절연테이프가 접착된 반대면에도 실리콘계 절연테이프를 접착시켰다.
각기 다른 세가지 방법으로 수행된 극구분공정으로 얻어진 알루미늄포일을 동일한 조건에서 극구분된 영역의 하단부에 전도성 고분자 화합물인 폴리피롤을 중합시키고, 그 위에 카본층을 도포하였다. 이어, 그 카본층 위에 은페이스트를 도포하여 도전체층을 형성하였다. 다음으로, 극구분된 영역의 상단부인 양극인출부와 상기 은페이스트층에 각각 양극단자와 음극단자를 제공하기 위한 리드프레임을 연결하고, EMC몰딩법을 이용하여 리드프레임이 연결된 부분이 포함되도록 상기 제조된 캐패시터를 몰딩하였다.
이와 같이, 제조된 세종류의 캐패시터를 각각 복수개를 제조하여 불량률에 대한 검사를 하였다. 불량률에 대한 검사는 전도성 고분자층을 형성할 때에 양극인출부에 전도성 고분자층 중합반응이 일어나 극분리가 잘되어 있는지 여부를 조사하는 방식으로 진행하였다. 표1은 상기 세종류의 캐패시터에 대한 불량률 검사결과를 나타낸다.
| 실시예1 | 실시예2 | 비교예 | |
| 제조된 캐패시터의 수 | 24 | 88 | 24 |
| 불량발생수 | 4 | 10 | 14 |
| 불량률 | 17% | 11% | 58% |
표1와 같이, 종래의 방법에 따라, 실리콘계 절연성 테이프만을 사용한 경우에는, 절반이 넘는 58%의 불량률이 발생한 반면에, 자외선경화성 수지와 열경화성 수지를 혼합한 경화성 액상수지를 사용한 제1 실시예와 열경화성 액상수지만을 사용한 제2 실시예에서는, 약 17% 내지 11%의 낮은 불량률을 나타냈다.
이는 앞서 설명한 바와 같이, 알루미늄 포일의 양면은 조면화층 또는 다공질층으로 다수의 피트가 형성된 구조를 갖는다. 따라서, 양극인출부에 음극영역에 형성될 전도성 고분자층이 형성되지 않도록 고분자화합물의 중합반응전에 분리하기 위해서는, 그 피트 내부까지 완전히 충진시켜 분리해야 한다. 하지만, 비교예와 같이, 단순히 절연성 테이프를 부착할 경우에는 피트 내부까지 충진되지 않으며, 결국 그 틈을 통해 양극인출부까지 전도성 고분자층이 형성될 수 있다.
반면에, 제1 및 제2 실시예에서는 도포전에는 액체상태에서 도포후에 일정한 조건(열, 자외선 또는 자연경과)에서 고체화되는 경화성 액상수지를 사용하는 경우에는 스크린인쇄법을 사용하여 도포하여 1㎜내외 폭을 갖는 극분리영역을 형성하고, 이를 열을 가하거나, 자외선을 조사하는 방식 등으로 경화시킴으로써 피트 내부까지 충진시킨다. 따라서, 양극인출부를 음극영역과 분리시킴으로써 전도성 고분자층 형성을 위한 중합반응시에도 양극인출부에 고분자화합물이 침투하는 것은 물론, 후속공정에서 카본층 및 도전층 등의 음극형성 재료의 양극인출부로의 침투도 효과적으로 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 고체 전해질 캐패시터의 제조방법에 따르면, 전도성고분자 화합물을 중합시켜 전도성 고분자층을 형성하기 전에 알루미늄 포일의 양극인출부와 음극영역을 구분하는 경계에 경화성 액상수지를 도포시킴으로써 양극인출부에서 상기 전도성 고분자화합물이 침투하는 것과 과 그 이후 카본층 및도전층 등의 음극형성 재료가 양극인출부로 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에서 채용되는 경화성 액상수지는 도포단계에서는 액상으로 피트내부까지 충진시키고, 이어 일정한 조건에서 고상으로 경화되어 치밀하면서도 견고한 극구분영역을 형성시킬 수 있다. 따라서, 알루미늄포일의 양극인출부를 고분자 재료를 포함한 음극형성재료로부터 보호하여 제품의 불량발생을 탁월하게 방지할 수 있다.
Claims (4)
- 양면에 조면화층 또는 다공질층이 형성된 알루미늄 포일을 마련하는 단계;상기 알루미늄 포일에 유전체박막층을 형성하는 단계;상기 알루미늄 포일 중 양극인출부와 음극영역을 구분하는 경계영역에 경화성 액상수지를 도포하는 단계;상기 경화성 액상수지를 경화시키는 단계;상기 알루미늄 포일의 음극영역에 전도성 고분자층 및 도전체층을 형성하는 단계; 및상기 양극인출부 및 상기 도전체층 상에 각각 양극단자와 음극단자를 형성하는 단계를 포함하는 고체전해질 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 경화성 액상수지를 도포하는 단계는,스퀴징(squeezing) 공정, 스프레이공정 및 롤 코스팅공정 중 선택된 방식으로 경화성 액상수지를 도포하는 단계인 것을 특징으로 하는 고체전해질 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 경화성 액상수지는 자외선(UV)경화성 수지, 열경화성 수지 및, 자연경화성 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체전해질 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 경화성 액상수지는 경화성 에폭시 수지, 우레탄계 경화성 수지, 불포화폴리에스테르계 경화성 수지, 우레탄계 경화성 수지 및, 아크릴레이트계 경화성 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체전해질 캐패시터 제조방법.
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2002
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