KR20060026933A - 이필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 설비 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 설비 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대폰 등의 통신 기술의 발달과 LCD, PDP 등의 디스플레이 산업의 발달에 따라 요구되어지는 부품의 소형화 및 고성능화에 맞추어 내열성, 내구성, 저 저항성, 고주파에서의 안정적인 특성을 나타내는 적층형 필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 그에 따른 설비에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 전체 제조 공정은 금속화 필름의 적층 단계, 적층된 소자의 열압착에 의한 적층 완성 단계, Margin Cutting 의한 Bar 소자 형성 단계, 1차 단자 금속 형성 단계, 소자 cutting 및 보호 필름 코팅 단계, 최종 단자 금속 형성 단계, 검사 단계의 총 7가지의 주요 공정으로 이루어지며, 콘덴서의 특성을 좌우하는 등가 저항과 등가 인덕턴스를 최소화할 수 있는 구조를 만들 수 있다.

필름 칩 콘덴서, 시트 와인딩, 에이징, 메탈리콘.

Description

이필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 설비 구조{Method and machine construction for manufacturing film chip capacitor}

도 1은 본 발명의 제조 공정도 전체를 도시한 개략도

도 2는 본 발명과 관련된 가장 핵심적인 기술인 sheet winding machine의 구조도

도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 제조 공정별 필름 칩 콘덴서의 형태적 모습을 도시한 상태도

도 4는 본 발명에 따른 필름 칩 콘덴서의 제조공정을 설명하기 위한 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

2a; 원재료 거치 롤 2b; Tension 조정 롤 2c; 전압인가 금속제거 롤

2d; 1차 열압착 롤 2e; 2차 열압착 롤 2f; 필름 절단 장치

2g; 필름 이송 장치 2h; 필름 적층 보빈 2i; 보빈 이송장치

2j; 보빈 제거 장치 10; 금속층 20; 고분자 유전체 필름

30;1차 외부 전극 40; 최종 외부 전극

본 발명은 이필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 설비 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대폰 등의 통신 기술의 발달과 LCD, PDP 등의 디스플레이 산업의 발달에 따라 요구되어 지는 부품의 소형화 및 고성능화에 맞추어 내열성, 내구성, 저 저항성, 고주파에서의 안정적인 특성을 나타내는 적층형 필름 칩 콘덴서의 제조 방법과 그에 따른 설비에 관한 것이다.

이전의 일반적인 국내 기술에서는 권취형의 구조를 사용하여 기생성분이 많이 발생하고, 손실 계수가 크며, 그 크기 또한 큰 것을 사용한 관계로 필름의 우수한 특성에도 불구하고, 휴대폰이나 LCD, PDP 등에는 적용되지 않았던 문제점이 있었다. 일반적인 종래의 기술에서는 모니터나 CRT TV, 냉장고 등 전자 제품 중 회로 기판이 차지하는 공간이 상대적으로 많은 부분에서만, 필름 콘덴서가 채택되고 있는 현실이다. 그러나, 표면 실장 기술의 발달과 제품의 소형, 고성능화의 추세가 지속되면서, 기존의 시장은 표면 실장이 가능한 제품에게 많은 부분을 빼앗긴 상태이다. 이의 극복을 위하여 업계에서는 여러 가지 방법을 시도하여 필름 콘덴서 부분에서 표면실장이 가능한 칩화에 대한 아이디어가 나왔고, 여러 가지 방법으로 이에 대한 시도를 했음에도 불구하고, 정상적인 생산의 단계로는 발전하지 못하였다.

위에서 소개한 표면실장에 이용되는 종래의 필름 칩 콘덴서의 제조 공정은 콘덴서를 만들기 위하여 하나의 Bar를 형성하는 개념으로 접근을 함으로 인하여 대 량 생산에 적합하지 않고, 금속화 필름의 정확한 제어가 되지 않으며, 콘덴서의 형성이 불가능한 단점을 가지고 있어 제조 단가가 상승할 뿐만 아니라, 장비의 호환성 측면에서 하나의 라인에서 제한된 모델만을 생산하는 단점이 있어 직접적인 생산에의 적용은 힘든 것이 현실이다.

또한 용량에 콘덴서의 높이가 각각 변화하므로, 표면 실장 이전 공정인 칩 마운팅 공정에서도 여러 종류의 Loader를 사용해야 한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 이와 같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 양산 적용이 가능한 필름 칩 콘덴서를 제조하는 공정과 최근의 소형화 및 고성능화의 추세에 맞는 콘덴서의 구조와 그 공정을 위한 설비의 개념도를 제시하여 생산의 효율성을 높이고 제조 경비를 줄일 뿐만 아니라, 기존 제품 대비 제품의 설계적 보완을 실시하여 불량 확률을 줄이면서 우수한 특성을 나타낼 수 있는 구조의 필름 칩 콘덴서를 생산할 수 있는 제조 방법과 설비 구조를 제공코자 하는데 그 목적이 있다.

금속화 필름이 반복되는 구조를 가진 것을 사용하여 엇갈리는 구조로 적층하는 적층 단계;

금속화 필름을 사용하다가 용량 조정을 목적으로 전압을 걸어 금속 층을 제 거하는 단계;

에이징으로 1차 접착을 한 이후에 적층된 반제품을 고온고압의 프레스를 이용하여 밀착력을 증대

시키는 단계;

외부 단자로 사용될 금속 층 중 1차 금속을 용융 분사 방식으로 형성하는 단계;

바 형태의 소자를 개별소자로 컷팅시 톱날을 이용하여 컷팅하고 보호용 필름을 코팅하는 단계;

액상 도전성 금속과 전해도금을 이용하여 외부 전극의 형성을 마무리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기에서, 적층 단계는 광폭의 반복되는 패턴을 가진 금속화 필름을 교차 적층으로 하며, 필요에 의해서 전압을 이용하여 금속화 필름의 금속 층을 제거할 수 있다.

상기에서, 적층 단계에서 사용되는 보빈의 경우 필름의 주름 방지를 위하여 전체적으로는 타원 구조를 가지며, 보빈의 표면은 가운데 부분이 두꺼운 형태를 가진다.

상기에서, 바 형태의 소자를 컷팅하여 개별 소자를 형성할 때, 컷팅과 동시에 보호용 필름을 코팅한다.

상기에서, 외부 전극 형성 단계는 금속 용융 분사, 도전성 액상 금속, 전해도금의 과정을 거쳐서 표면 실장에 적용될 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 따른 필름 칩 콘덴서의 제조방법은, 1)Sheet winding, 2) 진공 고온 고압 프레스, 3) Margin Cutting, 4) 1차 단자 금속 형성, 5) 개별소자 컷팅 및 보호 필름 코팅, 6) 최종 단자 금속 형성, 7) 후처리 및 검사부에 의해 개별소자를 완성하는 단계를 거치는 것으로,

특히, sheet winding 단계에서는 본 발명이 기존의 종래의 기술과 많은 차이가 나는 부분으로서, 300mm 정도의 광폭을 사용함과 동시에 별도의 보호용 필름 등을 사용하지 않고 직류전압을 이용하여 금속 층을 제거하는 공정을 포함하고 있다.또한, 단자 전극의 금속 형성 방식을 다르게 함으로써, 단자 인장 강도와 고주파에서의 특성을 개선하는 데 역점을 두었다.

도 1에 도시된 바와 같이 유전체로서 고분자 필름과 그 위에 9um 이하의 금속이 도금된 금속화 필름을 그림의 형태로 제작하는데, 이때 그림의 형태에서 금속화 필름의 폭은 300mm 정도가 되는 것을 사용한다. 여기서 금속화 필름이 아닌 별도의 박형 금속을 고분자 필름에 접착시킨 필름도 사용이 가능하나 원하는 콘덴서의 전극 역할을 할 수 있는 패턴으로 제작되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 원재료 거치 롤(2a)에 이렇게 만들어진 금속화 필름 롤(Roll)을 부착시킨다. 필요에 따라 금속박이나 보호용 필름을 사용할 수 있도 록 원재료 거치 롤(2a)은 Spare를 포함하여 총 4개의 롤(Roll)로 구성한다.

또한 전압인가 금속제거 롤(2c)에서는 별도의 보호용 필름을 사용할 필요 없이 고전압(DC40~150V)을 인가할 수 있는 장치로서 구성하여 고전압 인가시 금속화 필름에 있는 금속을 제거하는 작용을 한다.

1차 열압착 롤(2d)과 2차 열압착 롤(2e)에서는 각각 50~200℃의 열을 가할 수 있는 장치를 부착하며, 여기서는 금속화 필름의 상하간에 미약한 접착력을 가질 수 있도록 한다.

필름 절단 장치(2f)는 250℃ 이상의 고온을 가하여 금속화 필름을 절단할 수 있는 장치이며, 하나의 Sheet winding 공정이 끝난 후 다음 sheet winding을 위한 장치이다.

필름 이송 장치(2g)는 로봇 암 기능을 이용하여 필름을 잡아주는 역할을 하며, 다음 sheet winding공정에서 필름 적층 보빈(2h)에 금속화 필름을 자동으로 걸 수 있는 기능을 할 수 있도록 한다. 상기 필름 적층 보빈(2h)은 필름의 주름 방지를 위하여 바나나 형태로 굴곡이 있는 표면을 사용한 권취 보빈이다.

본 발명에서는 400mm와 800mm 정도의 구배를 가지는 타원형 Roll이 사용되었다.

보빈 이송장치(2j)는 winding이 끝난 권취 보빈에 대하여, 자동으로 빼 주는 기능을 하는 Box장치이다.

이상과 같은 공정을 통해 Sheet winding을 할 수 있으며, 용량에 따라 감는 횟수는 조정을 할 수 있으나, 상용화된 제품을 만들기 위해서는 200~2000회 정도 실시한다.

Sheet winding 공정이 끝나면 에이징 공정을 실시하는데, 200℃에서 약 1시간의 에이징 시간을 가진다. 여기서 에이징의 목적은 sheet 간 접착력을 증대시키는 데 있다.

에이징 이후에 보빈에서 적층된 금속화 필름을 분리한 후 아래 위층을 컷팅 분리하고, 이어 고온 고압의 프레스 공정을 실시한다. 본 발명을 위한 실험에서는 200~400℃의 온도와 20~50kgf/㎠의 압력으로 4시간 고온 고압 프레스를 실시하며, 금속의 산화 방지를 위하여 진공의 분위기에서 실시한다.

고온 고압의 프레스 이후 밀착력은 충분히 증대되고, 이 상태에서 도 3b의 점선 부분처럼 Margin 컷팅을 V컷 방식으로 실시하여, 도 3b에 도시된 바와 같은 형태로 콘덴서 바(Capacitor Bar)를 제작한다.

이런 바(bar)를 적재한 후 메탈리콘이라는 금속 용융 분사 방식으로 첫번째 금속 층을 만들고, 금속 용융 분사에 의한 금속 층의 제작 이후에는 많은 거스럼이 생기므로 거스럼 제거를 해 준다.

Saw 방식에 의해서 Bar형태의 소자를 원하는 사이즈의 개별소자로 만드는데, 이때 Saw 방식이란 원형 톱니를 사용하여 절단하는 방식으로, 본 발명에서는 절단함과 동시에 절단시 발생하는 열을 이용하여 절단된 면에 고분자 코팅을 실시할 수 있도록 장치를 구성한다. 그리고 절단되지 않는 톱날 부분에 별도의 가열 장치를 사용할 경우에는 더 큰 효과를 볼 수 있다.

이렇게 제작된 개별 소자에 도전성은 페이스트를 외부 단자부에 첫번째 중간 금속으로 형성하여 에이징을 시키는 공정을 통하여 고주파 특성 및 표면 실장 특성이 우수한 소자를 만들 수 있다. 은의 경우 산화에 약하므로 그 위에 니켈과 주석을 전기 도금 공정을 통하여 만드는 것으로 최종 제품이 완성된다.

마지막으로 완성된 제품에 일정한 전압을 인가하여, 잔류 금속을 제거하고, 취약한 부분이 있는 것은 추후 테스트에서 확실하게 불량임을 알 수 있도록 파괴되게 하는 공정과 측정, 선별, 포장 공정을 거치면 모든 공정이 완료된다.

이와 같이 본 발명은 광폭의 원자재를 사용하므로 생산성이 늘어나는 폭 만큼 향상될 수 있고, 종래의 기술에서 행하여 지던 별도의 Slitting 공정이 필요 없게 되며, 중간 전극 형성 단계에서 액상 전극를 에이징하여 전극을 형성하므로 터미날 전극의 표면이 거칠지 않을 뿐만 아니라, 그에 따라 고주파에서 Radiation Loss등을 줄일 수 있고, 표면 실장 시에도 원활한 공정 진행이 가능하다. 또한, 하나의 기계로 한 두개의 사이즈만을 생산할 수 있던 종래의 기술과는 차별되게 하나의 장비로 모든 사이즈의 필름 칩 콘덴서의 제조가 가능한데 그 효과가 있다.

Claims (5)

1. 금속화 필름이 반복되는 구조를 가진 것을 사용하여 엇갈리는 구조로 적층하는 적층 단계;

   금속화 필름을 사용하다가 용량 조정을 목적으로 전압을 걸어 금속 층을 제거하는 단계;

   에이징으로 1차 접착을 한 이후에 적층된 반제품을 고온고압의 프레스를 이용하여 밀착력을 증대시키는 단계;

   외부 단자로 사용될 금속 층 중 1차 금속을 용융 분사 방식으로 형성하는 단계;

   바 형태의 소자를 개별소자로 컷팅시 톱날을 이용하여 컷팅하고 보호용 필름을 코팅하는 단계;

   액상 도전성 금속과 전해도금을 이용하여 외부 전극의 형성을 마무리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 칩 콘덴서의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 적층 단계는 광폭의 반복되는 패턴을 가진 금속화 필름을 교차 적층으로 하며, 필요에 의해서 전압을 이용하여 금속화 필름의 금속 층을 제거함을 특징으로 하는 필름 칩 콘덴서의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 적층 단계에서 사용되는 보빈의 경우 필름의 주름 방지를 위하여 전체적으로는 타원 구조를 가지며, 보빈의 표면은 가운데 부분이 두꺼운 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 필름 칩 콘덴서의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 바 형태의 소자를 컷팅하여 개별 소자를 형성할 때, 컷팅과 동시에 보호용 필름을 코팅하는 것을 특징으로 하는 필름 칩 콘덴서의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 외부 전극 형성 단계는 금속 용융 분사, 도전성 액상금속, 전해도금의 과정을 거쳐서 표면 실장에 적용됨을 특징으로 하는 필름 칩 콘덴서의 제조 방법.

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