KR20080035383A - 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자콘덴서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절연지(separator)로 미세다공성 폴리올레핀계 합성수지를 사용하며, 이의 공간율을 높이기 위해 무기 충진재를 혼합하여 사용함으로서, 전도성 고분자 중합용 용액의 흡습 및 관통이 용이하도록 함으로써, 절연지 자체에 전도성고분자 용액이 집중되어 보지(保持)되는 현상을 방지하고 양극과 음극으로 사용되는 미세 다공성 에칭 피트(etched pit) 구조의 알루미늄 박(foil)에 전도성고분자 용액이 골고루 충분하게 함침되어 균일한 고분자 고체 전해질 층이 형성되도록 하며, 전도성 고분자 중합용 용액의 침적 후 고온의 열처리를 수행하여 전도성 고분자의 중합과 절연지의 탄화(carbonization)가 동시에 수행하여 양극과 집전체로 사용되는 알루미늄 음극 간의 간격을 최소화하고 전도성고분자가 유전체(dielectric)가 형성된 양극에 견고하고 균일하게 결착되도록 한 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것이다.
알루미늄 고분자 콘덴서, 미세다공성, 합성수지, 절연지, 탄화
Description
도 1은 통상의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정의 흐름도이다.
도 2는 기존의 종이 재질의 절연지 표면사진이다.
도 3은 본 발명에서 적용한 미세다공성 합성수지 재질의 절연지 표면사진이다.
본 발명은 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것이다.
기존의 알루미늄 고분자콘덴서를 제조하기 위해서는 리드 단자가 점철(stitching)된 알루미늄 양극 박과 음극 박 사이에 마닐라지 등의 종이 재질의 절연지를 사이에 두고 권취하여 콘덴서 소자를 만든다. 절연지는 양극과 음극의 물 리적, 기계적 접촉을 방지하여 단락(short circuit)을 방지하기 위하여 반드시 사용해야 하는 필수 재료이다.
그러나 이러한 절연지는 종이 재질이기 때문에 그 미세한 섬유조직으로 구성되어 있다. 이러한 섬유조직은 후공정에서 이루어지는 전도성고분자 용액의 침적 시에 전도성고분자 용액이 섬유조직에 집중적으로 흡수 및 보지(保持)되어 결과적으로 양극 박에는 충분히 침투되지 못해 150℃ 이상의 온도에서 건조하여 중합할 때 절연지에 집중적으로 고분자가 형성되게 된다.
이렇게 되면 미세 다공성의 에칭 피트로 구성된 양극 박 위에 형성되어 있는 Al2O3 유전체 위에 대극(對極)으로서의 작용을 수행하여야 하는 전도성고분자 고체전해질 층이 충분하지 못해 용량달성율이 현저히 떨어지고 저항 값과 손실 값이 급격히 증가하게 된다.
또한 양극과 고체전해질, 음극 상호간의 밀착성이 떨어져 저항 값이 증가할 뿐만 아니라 제품에 대한 신뢰성 특성도 현저히 떨어지게 된다. 이러한 결착성 저하는 후공정의 다양한 콘덴서 소자 조립 및 가공 공정에서 장시간의 연속적인 진동에 노출되기 때문에 고체전해질이 절연지에서 박리되어 제품의 불량으로 이어지는 문제가 빈번하게 발생한다.
또한 이러한 종이 재질의 절연지의 문제점을 개선하고자 다양한 합성수지의 적용이 검토되고 있으나, 이 경우 절연지의 공간율이 작아 전도성고분자 용액의 원활한 흡습이 이루어지지 않아 용액의 함침성이 떨어지고 작업시간이 길며, 탄화공정을 실시하지 않는 방식이기 때문에 절연지가 다량의 공기를 품어 콘덴서 완성 후 에 전자기기 기판에 장착하기 위하여 적외선 열풍 납땜(reflow soldering) 공정에서 공기의 압력 상승으로 소자가 부풀어서 기판으로부터 이탈하는 불량이 발생하게 된다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 균일하고 미세한 다공성 폴리올레핀계의 합성수지를 절연지로 적용하고 전도성 고분자 중합용 용액을 충분히 빠른 시간에 충분히 흡습하면서도 동시에 용액의 원활한 이동성을 확보하기 각종 용액들과 반응하지 않는 무기 충진재를 상기 합성수지와 혼합 사용하여 공간성을 확보할 수 있으며, 별도의 탄화공정 없이 150℃ 전후의 조절된 온도 조건에서 전도성 고분자의 중합을 유도함으로써 양극과 집전체로 사용되는 알루미늄 음극 간의 간격을 최소화하고 전도성고분자가 유전체(dielectric)가 형성된 양극에 견고하고 균일하게 결착되도록할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 콘덴서의 정전용량(capacitance) 달성율을 높이고, 저항 및 손실특성을 향상시키고, 내전압(withstanding voltage)을 증가시키고 누설전류(leakage current)를 저감하는 효과를 기대할 수 있는 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 전도성 고분자를 사용하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서, 양극과 음극의 절연지로 무기 충진재가 포함된 미세다공성 폴리올레핀계 수지를 사용하여 권취하고, 전도성 고분자 중합용 용액에 침적한 후 건조 및 고온 중합한 후 조립하는 과정을 포함하여 이루어지는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 그 특징으로 한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것으로서, 양극과 음극의 절연지로 무기 충진재가 포함된 미세다공성 폴리올레핀계 수지를 사용하여 권취하고 전도성 고분자 중합용 용액의 침적 후 고온의 열처리를 수행하여 전도성 고분자의 중합과 절연지의 탄화(carbonization)가 동시에 수행하여 양극과 집전체로 사용되는 알루미늄 음극 간의 간격을 최소화하고 전도성고분자가 유전체(dielectric)가 형성된 양극에 견고하고 균일하게 결착되도록 하여 콘덴서의 정전용량(capacitance) 달성율을 높이고, 저항 및 손실특성을 향상시키고, 내전압(withstanding voltage)을 증가시키고 누설전류(leakage current)를 저감하는 효과를 기대할 수 있는 미세다공성 합성수지 절연지를 사용한 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 절연지로서 미세다공성 폴리올레핀계 합성 수지를 사용함으로써, 종래의 종이 재질의 절연지가 가지는 섬유조직의 흡습 및 고분자 용액 보지현상과, 또한 현재 검토되고 있는 합성섬유 재질의 절연지의 고분자 용액 흡습능력 저하, 장시간 작업시간, 적외선 열풍납땜 불량 등의 구조적인 문제를 해결한다. 이러한 미세다공성 폴리올레핀계 수지는 0.2 ~ 1㎛ 범위의 미세공(pore)이 형성된 40 ~ 150 ㎛ 범위의 두께를 가진 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 미세다공성 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 폴리올레핀계 합성수지가 전도성 고분자 중합용 용액을 충분히 빠른 시간에 흡습하면서도 동시에 이들의 원활한 이동성을 확보해주어야 하는 높은 공간율을 확보하기 위하여 무기 충진재를 혼합 사용한다. 이러한 무기 충진제는 사용하는 용매와의 반응성이 없는 것을 선택사용하며, 예를 들어 무기 충진재로서 실리카 파우더, 카오린, 퓸실리카 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 무기 충진재는 미세다공성 폴리올레핀계 수지에 포함되어 이로 인한 공간율이 40 ~ 80 % 범위로 형성되는 분량으로 사용할 수 있다.
즉, 본 발명은 절연지로 무기 충진재(filler)가 함유되어 절연지 내부에 미세다공성이 증가되고 공간(空間)율이 높아진 폴리올레핀(polyolefin) 계열의 합성수지를 사용하여 양극과 음극을 사이에 두고 권취하여 콘덴서 소자를 제작함으로써 산화제 및 단량체로 구성된 전도성고분자 용액이 절연지로의 흡습 및 관통이 용이하도록 하여 절연지 자체에 전도성고분자 용액이 집중되는 현상을 막고 양극과 음극으로 사용되는 미세 다공성 에칭 피트(etched pit) 구조의 알루미늄 박(foil)에 골고루 충분히 함침되도록 한다. 이를 통해 절연지가 아닌 알루미늄 양극 및 음극 박에 균일한 고분자 고체 전해질 층이 형성되도록 하여 콘덴서의 용량달성율을 높이고 저항 및 손실특성을 개선한다.
권취가 끝난 소자는 전도성 고분자 중합용 용액에 약 1 ~ 10분간 침적하여 전도성 고분자 중합용 용액이 충분하게 소자의 절연지 및 양극 음극 박에 함침되도록 한다. 침적이 완료된 소자는 전도성고분자의 중합을 위하여 150 ~ 250℃의 온도 범위에서 10 ~ 30분 동안 건조하여 전도성고분자의 중합을 완성한다. 이러한 중합과정은 전도성 고분자 재료로 사용되는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene) 등의 중합에 사용되는 동시에 절연지로 사용된 무지 충진재를 사용한 미세다공 합성수지의 탄화공정이 이루어진다. 이는 전도성고분자의 중합과 동시에 절연지가 양극 박고 음극용 집전체에 열융착되어 결과적으로 전도성고분자가 양극과 음극용 집전체를 접착하도록 하는 기능을 수행한다. 따라서 양극 박, 전도성고분자, 음극용 집전체 박이 견고하게 밀착되어 균일하고 두껍고 짧은 전도체 경로(path)가 형성되도록 한다.
즉, 전도성 고분자 중합용 용액의 함침이 끝나고 150℃ 이상의 중합과정에서 절연지를 탄화시킴으로써 양극과 집전체로 사용되는 알루미늄 음극에 융착시키고 전도성고분자가 양극과 음극에 견고하게 결착되도록 하여 콘덴서의 경도를 증가시키도록 한다. 이를 통해 콘덴서의 내진(耐震)성을 증가시켜 고체전해질의 단점인 내충격(耐衝擊)이 약한 단점을 극복하도록 한다. 또한 열융착된 절연지와 양극 및 음극에 균일하게 결착된 전도성고분자 고체전해질 층을 형성하여 콘덴서의 정전용량달성율을 높이고, 저항 및 손실특성을 배가시키고, 내전압을 증가시키고 누설전류를 저감하도록 한다.
또한 절연지를 별도의 탄화공정 없이 중합공정에서 자연스럽게 탄화되도록 함으로써 별도로 진행되는 탄화공정을 제거하여 전체 공정을 단순화하여 생산시간을 단축시키고 생산량을 증가하여 생산성을 향상시킴 물론 생산비용을 감소시켜 생산원가를 감소할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
무기 충진재로 퓸실피카 을 폴리올레핀계 수지로 폴리에틸렌 수지와 혼합하여 평균 다공 0.5 ㎛, 두께 평균 40 ㎛인 미세 다공성 절연지를 사용하고, 무기물 충진재에 의한 공간율은 약 80 %가 되도록 하였으며, 이를 사용하여 양극과 음극을 사이에 두고 권취하여 콘덴서 소자를 제조하였다.
권취가 끝난 소자는 폴리씨오펜 계열의 전도성 고분자 중합용 용액(에틸렌디옥시씨오펜 40 중량%, 페릭톨루엔설퍼네이트 45 중량%가 함유된 유기용매 에틸올 )에 약7 분간 침적하여 전도성 고분자 중합용 용액이 충분하게 소자의 절연지 및 양극 음극 박에 침적된 후 전도성 고분자의 중합을 위하여 200 ℃의 온도 범위에서 30분 동안 건조한 다음 콘덴서 소자를 조립 및 에이징하여 고분자 콘덴서 소자를 제조하였다.
비교예
기존의 마닐라 재질의 절연지(40 ㎛)를 사용하고, 250 ℃에서 120 분간 탄화시키는 공정 수행 후 150℃에서 7 분간 중합공정을 수행하는 공정외에는 상기 실시예와 동일한 조건으로 고분자 콘덴서 소자를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 6.3V/100㎌ 정격의 콘덴서를 사용하여 특성을 측정한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 용량(㎌) | 손실(%) | 저항(mΩ) |
| 비교예 | 80~86 | 4~6 | 40~50 |
| 실시예 | 95~107 | 2~3 | 20~30 |
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 절연지의 개선으로 전도성 고분자 중합용 용액의 흡습 및 관통이 용이하도록 하여 절연지 자체에 전도성고분자 용액이 집중되는 현상을 막고 양극과 음극으로 사용되는 미세 다공성 에칭 피트(etched pit) 구조의 알루미늄 박(foil)에 골고루 충분히 함침되어 알루미늄 양극 및 음극 박에 균일한 고분자 전도성고분자 고체 전해질 층이 형성되어 콘덴서의 용량달성율을 높이고 저항 및 손실특성을 개선한다.
또한 전도성 고분자 중합용 용액의 중합시 온도 조절에 의하여 동시에 절연지를 탄화시킴으로써 양극과 집전체로 사용되는 알루미늄 음극에 융착시키는 동시에 전도성고분자가 양극과 음극에 견고하게 결착되도록 하여 콘덴서의 경도를 증가 시키도록 한다. 이를 통해 콘덴서의 내진(耐震)성을 증가시켜 고체전해질의 단점인 내충격(耐衝擊)이 약한 단점을 극복할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한 열융착된 절연지와 양극 및 음극에 균일하게 결착된 전도성고분자 고체전해질 층을 형성하여 콘덴서의 정전용량달성율을 높이고, 저항 및 손실특성을 배가시키고, 내전압을 증가시키고 누설전류를 저감효과를 기대할 수 있다.
또한 절연지를 별도의 탄화공정 없이 중합공정에서 자연스럽게 탄화되도록 함으로써 별도로 진행되는 탄화공정을 제거하여 전체 공정을 단순화하여 생산시간을 단축시키고 생산량을 증가하여 생산성을 향상시킴음 물론 생산비용을 감소시켜 생산원가 감소 효과를 기대할 수 있다.
Claims (6)
- 전도성 고분자를 사용하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서,양극과 음극의 절연지로 무기 충진재가 포함된 미세다공성 폴리올레핀계 수지를 사용하여 권취하고, 전도성 고분자 중합용 용액에 침적한 후 건조 및 고온 중합한 후 조립하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고온 중합은 150 ~ 250 ℃ 온도 범위에서 10 ~ 30 분 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 미세다공성 폴리올레핀계 수지는 0.2 ~ 1㎛ 범위의 미세공(pore)이 형성된 40 ~ 150 ㎛ 범위의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 미세다공성 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 중에서 선택된 것을 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 무기 충진재는 실리카 파우더,퓸실리카,카오린 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 무기 충진재가 포함된 미세다공성 폴리올레핀계 수지는 무기 충진재에 의한 공간율이 40 ~ 80 % 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
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