KR20080035136A - 누설전류 감소를 위한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누설전류 감소를 위한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극박 및 음극박이 형성된 알루미늄 박에 리드단자를 점철(stitching)하고 권취(winding)시켜 원통형 소자를 제작하고, 재화성(reformation)공정, 탄화공정 및 중합공정의 일련의 방법으로 이루어지는 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법이, 고온에서 수행되는 탄화과정 중에 알루미늄 박과 유전체 피막이 심한 열충격을 받게 되고 상호간의 열팽창계수의 차이로 인해 유전체 피막이 재차 손상을 받게 되어 나타나는 제품 불량 문제를, 권취가 완료된 상태에서 재화성 이전에 우선 탄화를 실시하여 권취 공정 중에 손상된 유전체, 알루미늄 박 자체에 내재되어 있던 결함 및 유전체 취약부위를 사전에 확실하게 손상시키고, 알루미늄 박의 미세 에칭 피트 내부에 침투되어 있는 수분 등 저급 유전체 산화피막을 생성할 수 있는 요인들을 사전에 제거하여 저급 유전체 생성을 사전에 차단한 다음 재화성을 실시하여 손상된 유전체 부위를 충분히 복구한 후에 고분자 전해질 층을 생성하는 중합공정을 수행하도록 하여 콘덴서의 누설전류, 내전압 저하, 단락의 원인을 사전 제거한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 고분자 콘덴서, 사전 탄화, 누설전류, 유전체 복구

Description

누설전류 감소를 위한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법{Manufacturing method of aluminum polymer condenser for decreasing leakage current}

도 1은 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정의 흐름도이다.

도 2는 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정에 의하여 제조된 전극의 단면도이다.

도 3은 본 발명에서 제안한 신규한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정의 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 신규 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정에 의하여 제조된 전극의 단면도이다.

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서의 누설전류 감소를 위한 제조방법에 관한 것이다.

기존의 일반적인 알루미늄 고분자 콘덴서는 약 100 ㎛ 전후의 전기화학적으 로 미세 에칭된 알루미늄 양극박 위에 Al2O3 유전체 층을 형성하여 양극 박으로 사용하고 여기에 마닐라 재질의 절연지를 삽입한 후 약 30 ~ 100㎛ 전후의 화학적으로 미세 에칭된 알루미늄 박을 음극용 집전체로 사용하여 각각 은 코팅 리드 단자를 점철하고 권취하여 원통형 소자를 제작한 후 손상된 유전체 피막을 수복하기 위하여 인산 수용액 상에서 재화성을 실시한 후 여기에 전도성고분자를 음극 및 고체 전해질로 사용하고 밀봉재를 사용하여 알루미늄 케이스에 수납하여 커링하여 조립하여 그 외형을 완성한다.

이때 전도성고분자 용액이 절연지의 섬유조직에 집중되어 양극 및 음극용 집전체의 알루미늄 박 미세 에칭 피트에 충분히 흡습되지 못해 중합공정 후에 다량의 균일한 고분자 전해질 층을 생성하지 못하는 현상을 방지하기 위하여 재화성이 끝난 소자를 200 ~ 300 ℃의 고온에서 장시간 열처리하는 탄화공정을 통해 절연지의 섬유조직을 제거한 후 전도성고분자 용액에 소자를 침적한 후 건조를 통해 고분자를 중합하게 된다.

그러나, 이러한 공정 구성에 있어 재화성에 의해 유전체 피막을 복구한 이후 고온에서 탄화를 실시하기 때문에 탄화과정 중에 알루미늄 박과 유전체 피막이 심한 열충격을 받게 되고 상호간의 열팽창계수의 차이로 인해 유전체 피막이 재차 손상을 받게 된다. 또한 근본적으로 알루미늄 박에 존재하는 결함부위 나 유전체 취약 부위는 유전체가 손상되지 않은 상태이기 때문에 초기 재화성에 의해서 복구가 되지 않는다. 또한 이러한 부위와 실제로 유전체가 손상된 부위도 재화성을 인산 수용액 상에서 실시하기 때문에 용매로 사용된 물이 표면장력이 비교적 높기 때문에 미세다공성 알루미늄 박 에칭 피트 내부까지 충분히 침투되지 못해 완벽한 재화성이 이루어지지 못하고 결국 후 공정에서의 고온 탄화에 의해 이들 부위가 손상을 받거나 재차 파괴되게 된다.

이러한 경우 콘덴서가 완료된 이후 정격전압에서 규정된 정격전류를 인가하여 에이징을 실시하는 경우 혹은 전기제품에 장착되어 회로에서 구동되었을 경우 누설전류가 증가하거나 혹은 내전압이 파괴되어 심한 경우 단락으로 이어지는 심각한 제품 불량 문제를 초래하게 된다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기 기술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 연구노력한 결과, 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조공정 중 리드 단자를 점철(stitching)하여 권취(winding)한 다음 재화성(reformation) 이전에 미리 일정 범위의 온도조건으로 일정 시간 동안 충분히 탄화(carbonization)시킨 후 재화성(reformation)시킬 경우 상기의 문제점을 해결하여 누설전류가 감소된 알루미늄 고분자 콘덴서를 제조할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 재화성 공정 이전에 탄화공정을 수행하고, 탄화공정이 끝난 후 즉시 재화성 한 다음 중합공정을 수행하는 일련의 공정으로 이루어지는 새로운 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 원통형 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서,

리드 단자를 점철(stitching)하여 권취(winding)한 다음 탄화(carbonization)시킨 후 재화성(reformation)시키는 공정을 포함하여 이루어지는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 그 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법이 리드단자의 점철(stitching) 공정, 권취(winding)공정, 재화성(reformation)공정, 탄화공정 및 중합공정을 포함하는 일련의 방법으로 이루어져 있어, 탄화과정 중에 알루미늄 박과 유전체 피막이 심한 열충격을 받게 되고 상호간의 열팽창계수의 차이로 인해 유전체 피막이 재차 손상을 받게 되어 나타나는 제품 불량 문제를, 권취가 완료된 상태에서 재화성 이전에 우선 탄화를 실시한 다음 재화성하고 중합하는 일련의 공정으로 이루어짐으로써, 알루미늄 콘덴서의 누설전류, 내전압 저하, 단락의 원인을 사전 제거할 수 있게 한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 주요 공정별로 구체적으로 설명한다.

본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법은 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조공정을 개선한 것으로, 재화성 이전에 탄화공정을 수행함에 그 특징이 있다.

즉, 약 100 ㎛ 전후의 전기화학적으로 미세 에칭된 알루미늄 양극박 위에 Al2O3 유전체 층을 형성하여 양극 박으로 사용하고 여기에 마닐라 재질 등의 절연 지를 삽입한 후 약 30 ~ 100㎛ 전후의 화학적으로 미세 에칭된 알루미늄 박을 음극용 집전체로 사용하여 각각 은 코팅 리드 단자를 점철하고 권취하여 원통형 소자를 제작한다.

한편, 기존의 방법에 의하여 제조된 알루미늄 고분자 콘덴서가 가지던 문제점을 해결하기 위하여 권취가 완료된 상태에서 소자의 구성단위인 양극 알루미늄 박, 절연지, 음극용 집전체 알루미늄 박 등에 존재하는 수증기, 산소기체 등의 저급한 유전체 산화물을 생성할 수 있는 물질들을 사전에 완전히 제거하여야 한다.

그리고, 양극 알루미늄 박에 생성된 유전체 피막에 존재하는 미세한 결함부위 상대적으로 취약한 구조의 유전체 부위 등 콘덴서 완성 후 누설전류 불량, 내전압 불량 등의 원인이 될 수 있는 부분을 복구하기 위하여 사전에 노출시켜야 한다.

또한, 재화성을 실시할 때 사용하는 인산수용액의 용매인 물이 미세 다공성 알루미늄 박 에칭 피트 내부에 깊숙하게 바닥까지 물리적으로 침투하여 재화성을 실시하여 유전체를 복구해주도록 수분 침투가 용이한 반응 조건을 만들어주어야 한다.

상기와 같은 3가지 조건들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 절연지의 섬유조직 파괴공정인 탄화공정을 재화성공정 이전에 실시하며, 이러한 본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법은 도 3에 간단하게 도시한다.

이때, 탄화공정의 온도 및 시간조건을 적절하게 조절하도록 한다. 즉, 탄화온도는 소자 구성단위인 알루미늄 양극박, 절연지, 음극용 알루미늄 집전체 박 등의 미세 조직 내부에 존재하는 수분, 수증기, 산소 등의 저급 유전체 피막 생성 의 원인이 되는 물질들을 완전히 제거하기 위하여 250 ℃ 이상의 온도 범위인 250 ~ 300 ℃ 온도범위에서 수행하도록 하며, 지속시간은 1 ~ 3 시간 정도 수행하도록 한다. 이후에 소자의 온도가 충분히 식기 이전에 재화성을 바로 실시하여 재화성액의 용매인 수분이 미세 에칭 피트 내부로 일순간에 깊숙하게 침투되도록 한다. 이 후 적합한 전압과 전류를 인가하여 노출된 유전체 손상부위를 모두 수복하여 균일하고 안정된 Al2O3 유전체 피막을 생성할 수 있다.

또한, 탄화 과정 중에 탄화로 내부에 절연지 연소에 의해 발생하는 폐가스를 제거하여 탄화효율을 높이고 소자 구성요소에 존재하는 수분, 수증기, 산소, 각종 기체 등을 완벽하게 제거하기 위하여 진공펌프를 사용하여 주기적으로 탄화로의 압력을 떨어뜨려 감압상태(약 380 ~ 550 mmHg 범위)로 유지하는 것도 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

비교예

약 100 ㎛ 전후로 미세 에칭된 알루미늄 양극박 위에 Al2O3 유전체 층을 형성하여 양극 박으로 하고, 여기에 마닐라 재질의 절연지를 삽입한 후 약 30 ~ 100㎛ 전후의 화학적으로 미세 에칭된 알루미늄 박을 음극용 집전체로 사용하여 각각 은 코팅 리드 단자를 점철하고 권취하여 원통형 소자를 제작하였다.

상기 원통형 소자를 인산 수용액에 침지하여 재화성을 수행한 다음, 약 250 ~ 300℃가 유지되는 조건에서 1~3 시간동안 열처리하는 탄화공정을 수행하였다.

이후, 전도성고분자로서 폴리에틸렌 디옥시 씨오펜 용액에 소자를 침적한 후 건조하여 고분자를 중합하여 음극 및 고체 전해질로 사용하고, 밀봉재로서 고무패드를 사용하여 알루미늄 케이스에 수납하여 커링하여 조립하여 그 외형을 완성하였다. 상기 일련의 공정은 도 1에 제시된 바와 같으며, 이렇게 제조된 전극의 단면을 도 2에 나타내었다.

실시예

약 100 ㎛ 전후로 미세 에칭된 알루미늄 양극박 위에 Al2O3 유전체 층을 형성하여 양극 박으로 하고, 여기에 마닐라 재질의 절연지를 삽입한 후 약 30 ~ 100㎛ 전후의 화학적으로 미세 에칭된 알루미늄 박을 음극용 집전체로 사용하여 각각 은 코팅 리드 단자를 점철하고 권취하여 원통형 소자를 제작하였다.

상기 원통형 소자를 약 250~300 ℃가 유지되는 조건에서 1~3 시간동안 열처리하는 탄화공정을 수행하였으며, 소자가 식기 전에 인산 수용액에 침지하여 재화성을 수행하였다.

이후, 전도성고분자로서 폴리에틸렌 디옥시 씨오펜 용액에 소자를 침적한 후 건조하여 고분자를 중합하여 음극 및 고체 전해질로 사용하고, 밀봉재로서 고무패드를 사용하여 알루미늄 케이스에 수납하여 커링하여 조립하여 그 외형을 완성하였다. 상기 일련의 공정은 도 3에 제시된 바와 같으며, 이렇게 제조된 전극의 단면을 도 4에 나타내었다.

실험예

상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 알루미늄 고분자 콘덴서의 단락 불량률과 누설전류를 통상의 방법으로 측정한 다음 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구분	단락 불량률 (%)	평균 누설전류 (㎂)
비교예	13%	41
실시예	0.3%	7

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 적용할 경우 단락 불량률과 누설 전류가 월등히 감소됨을 알 수 있다.

이상의 발명을 통해 권취된 소자의 양극 박에 존재하는 미세하고 미미한 유전체의 결함, 취약 부위, 양극 박의 재단(slitting)에 의해 발생하는 유전체 파괴부위 등을 사전에 완전히 발생시키고, 이들 부위를 완벽하게 수복하여 줌으로써 콘덴서의 누설전류를 감소시키고, 내전압을 증가시키며, 단락 비율을 현저히 감소시켜 콘덴서의 전압, 전류 특성을 개선하도록 하고 제품 수율을 증대시키도록 한다. 또한 이러한 잠재적인 불량요소들을 사전에 제거하고 치료하여 콘덴서가 전기제품에 장착되어 구동되는 과정 중에 발생할 수 있는 전압 전류 특성 불량 문제를 예방 하여 콘덴서 제품의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 원통형 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서,

   리드 단자를 점철(stitching)하여 권취(winding)한 다음 탄화(carbonization)시킨 후 재화성(reformation)시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄화는 250 ~ 300 ℃ 온도범위에서 1 ~ 3 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄화는 감압 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.

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