KR20120134674A - 하이브리드 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20120134674A
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Abstract

하이브리드 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명은 일측이 개방된 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자를 삽입하고 케이스 내부로 에폭시를 함침하여 밀봉하거나 콘덴서소자에 에폭시를 코팅함으로써, 제조가 간단하여 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있고, 또한, 리드단자도 케이스내에서 에폭시나 에폭시에 의해 고정되기 때문에 견고하게 지지되어 단자의 유동이 없어짐과 동시에 에폭시나 에폭시로 밀봉되므로 습기가 차는 문제점도 해결할 수 있다.

Description

하이브리드 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법{HYBRID SOLID ELECTROLYTIC CAPACITOR AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 고체 전해 콘덴서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전하를 축적하는 콘덴서소자에 에폭시를 코팅하거나 일측이 개방된 케이스 내부에 삽입한 다음 케이스와 콘덴서소자를 에폭시로 함침하여 제조되는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘덴서(Condenser)라 함은 전하를 축적하는 것을 목적으로 하여 만들어진 전기회로의 소자로써, 기본적인 구조는 유전체와 전극으로 이루어지며, 여기에 전극인출 단자를 연결하여 일정한 틀에 채우거나 수지성형을 하여 구성된다.
콘덴서는 사용하는 목적과 전하의 축적용량에 따라 다양한 종류로 구분되어 사용되고 있으며, 극성이 없으며 축적용량이 비교적 작은 세라믹 콘덴서와, 극성이 있으며 축적용량이 비교적 큰 전해콘덴서가 주로 사용되어지고 있다.
일반적으로 전해 콘덴서라 함은 금속의 전해 산화 피막을 극판간의 유전체로 한 콘덴서로서, 피막이 극히 엷기 때문에 소형으로도 대용량을 얻을 수 있는 콘덴서인데, 이는 소형 대용량이라는 특징으로 하는 보통 전원 평활용이나 디커플링(Decoupling), 저주파의 바이패스, 또는 트랜지스터 회로의 바이어스를 가할 경우에 직류전압에 남아 있는 맥류를 제거하기 위해 사용되며, 그 구조는 금속박의 표면에 전해산화피막을 만들고, 금속박을 양극, 산화피막을 유전체, 전해액을 음극으로 사용하도록 구성되어 있다.
도 1은 일반적인 전해콘덴서의 일 예를 나타낸 단면도로서, 통상 원통형상을 갖으며 일측이 개방된 케이스(10)의 내부에 전하를 축적하는 축적소자(20)가 삽입되며, 케이스(10)의 일측에는 코킹부(Calking)(11)와 커링부(Curling)(12)에 의해 지지되도록 커버(30)가 고정설치된다.
또한, 커버(30)에는 하나 이상의 관통공(35)이 형성되며, 관통공(35)이 형성된 커버(30)의 외측에 구성되는 외부단자(40,50)와, 관통공(35)이 형성된 커버(30)의 내측에 구성되며 축적소자(20)와 연결된 내부단자(60)가 연결 고정된다.
이때, 커버(30)는 절연판(33)과 고무판(34)으로 구성되며, 절연판(33)은 축적소자(20)에 의해 발생되는 전기적 노이즈가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위한 것이고, 고무판(34)은 케이스(10)의 일측에 형성된 커링부(12)의 종단부와 커버(30)의 접촉면의 기밀성을 향상시키기 위한 것이다.
그러나 상기와 같이 구성된 일반적인 전해콘덴서는, 케이스(10)의 일측에 형성된 커링부(12)의 종단부가 커버(30)의 고무판(34)을 누르도록 설치되어 기밀성을 유지한다 하더라도, 시간이 경과됨에 따라 커링부(12)와 고무판(34) 사이에 틈이 생기게 되어, 축적소자(20) 내부의 전해액이 케이스(10)의 외부로 누설되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 구성된 일반적인 전해콘덴서는, 내부단자(60)와 절연판(33)사이의 기밀성이 보장되지 못하므로, 커버(30)에 형성된 관통공(35)에 관통되어 외부단자(40,50)와 내부단자(60)의 연결부위가 마모로 인해 발생되는 관통공(35) 사이의 틈으로 축적소자(20) 내부의 전해액이 케이스(10)의 외부로 누설되는 문제점이 있는 것이다.
그리고, 외부단자(40,50)가 관통공(35)을 통과하여 외부로 도출시켜야 하기 때문에 삽입 불량으로 인한 문제점과 이를 개선하기 위한 추가 공정이 필요하게 되고, 또한 외부로 도출된 외부단자(40,50)가 관통공(35)에 의해 지지되므로 견고하게 지지되지 않아 유동이 생기게 되고 또한 습기가 차는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자를 삽입하고 에폭시로 밀봉된 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 콘덴서소자에 에폭시를 코팅한 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)를 형성할 필요가 없는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리드단자선이 견고하게 지지되는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 습기가 차지 않는 고체 전해 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 고체전해콘덴서는 일측이 개방된 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자가 삽입되고 상기 케이스 내부로 에폭시가 함침되어 구성된다.
또한 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 고체전해콘덴서는 양극전극과 음극전극 사이에 절연지를 삽입한 후 전하를 축적하도록 권취된 콘덴서소자 및 상기 콘덴서소자의 일측으로부터 상기 양극전극과 음극전극에서 각각 일정 길이 연장된 리드단자로 구성하되 상기 콘덴서소자의 외부면과 상기 리드단자의 일부를 에폭시로 코팅하여 경화하여 구성된다.
한편 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 고체전해콘덴서의 제조방법은 권취 공정을 수행한 콘덴서소자를 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정을 수행한 콘덴서 소자를 일측이 개방된 케이스 내부에 삽입하고 상기 케이스 내부로 에폭시를 함침하여 조립하는 조립단계를 더 포함하여 이루어지게 한다.
또한, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 고체전해콘덴서의 제조방법은 양극전극과 음극전극 사이에 절연지를 삽입한 후 전하를 축적하도록 권취 공정을 수행한 콘덴서소자를 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 유기 반도체 분말이 충진되어 있는 케이스에 삽입한 후 열을 인가하는 탄화공정과 상기 분말을 융해 액화시키는 함침공정과 함침된 상기 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정을 수행한 콘덴서 소자의 외부면과 상기 콘덴서소자의 일측으로부터 상기 양극전극과 음극전극에서 각각 일정 길이 연장된 리드단자의 일부를 에폭시로 코팅하여 경화하는 단계를 포함하여 이루어지게 할 수 있다.
상기 케이스에는 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성되지 않고, 알루미늄 또는 플라스틱으로 구성되게 할 수 있다.
상기 콘덴서소자는 양극 박과 음극 박 사이에 종이 재질의 전해지를 사이에 두고 권취한 후, 접착성 있는 접착테이프로 고정한 것이며, 권취 공정을 수행한 후 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 고체전해콘덴서는 케이스와 콘덴서소자가 에폭시로 함침되므로 케이스에 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성될 필요가 없으므로 제조가 간단하고 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체전해콘덴서는 콘덴서소자에 에폭시를 코팅하여 제조되기 때문에 케이스에 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성될 필요가 없으므로 제조가 간단하고 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있다.
또한, 리드단자도 케이스내에서 에폭시에 의해 고정되기 때문에 견고하게 지지되어 단자의 유동이 없어짐과 동시에 에폭시로 밀봉되므로 습기가 차는 문제점도 해결할 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 고체전해콘덴서는 케이스와 콘덴서소자가 에폭시로 함침되기 때문에 종래의 알루미늄 전해 콘덴서의 전압전류특성보다 리플 특성이 개선되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 전해콘덴서의 일 예를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 에폭시타입 고체 전해콘덴서의 단면도,
도 3은 도 2의 고체 전해 콘덴서의 적층구조를 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체 전해콘덴서의 단면도,
도 6은 종래 전해콘덴서의 인가 전압별 전류와 전압 리플 특성을 도시한 그래프1,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 에폭시타입 고체전해콘덴서의 전압별 전류전압 특성을 측정한 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서의 전압별 전류전압 특성을 측정한 그래프,
도 9는 종래 전해콘덴서의 인가 전압별 전류와 전압 리플 특성을 도시한 그래프2,
그리고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서의 전압별 전류전압 특성을 측정한 그래프2이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 고체 전해콘덴서의 단면도로서, 도시된 바와 같이 에폭시타입 고체전해콘덴서(100)는 케이스(110) 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자(130)를 삽입하고 케이스(110) 내부로 에폭시를 함침하여 구성된다(이하, 에폭시타입 고체전해콘덴서라 한다).
케이스(110)는 일측이 개방된 개구부를 갖으며 알루미늄 캔(CAN) 또는 플라스틱류로 구성할 수 있다.
콘덴서소자(130)는 양극 박(131d)과 음극 박(131b) 사이에 종이 재질의 전해지(131c)를 사이에 두고 권취한 후, 접착성 있는 접착테이프(131)를 사용하여 고정한 것으로 실제 전하를 축적하는 소자이다.
보다 구체적으로, 도 3의 본 발명의 일실시예에 의한 에폭시타입 고체 전해 콘덴서의 적층구조를 개략적으로 도시한 사시도를 참고하면, 양극 박(131d)과 음극 박(131b) 사이에 종이 재질의 전해지(131c)를 사이에 두고 권취한 후, 접착성이 있는 접착테이프(131)를 사용하여 고정한다.
일반적으로 알루미늄 콘덴서 소자(130)에 접착테이프(131)를 고정하는 방식은 크게 2가지 방식이 사용되는데, 양극 박(131b)이 콘덴서 소자(130)의 가장 외측에 위치하도록 하여 최종 권취 끝 면을 음극 박(131b)으로 노출하는 방식과, 전해지(131c)를 콘덴서 소자(130)의 가장 외측에 위치하도록 하여 최종 권취 끝 면을 전해지(131c)로 노출하는 방식으로 구분되어, 접착테이프(131)를 사용하여 콘덴서 소자(130)가 풀어지지 않도록 단단하게 고정하여 권취를 완성한다.
이때에, 권취에 사용하는 접착테이프(131)로는 내열성 테이프를 사용하여야 한다. 이는 공정 중에서 필요에 따라 탄화공정을 거칠 수가 있는 데, 탄화공정의 온도(200~300℃)보다 낮은 내열 온도를 가지는 테이프를 사용하는 경우에 탄화공정 중에 권취된 접착테이프(131)가 모두 연소되어 소자들이 권취 상태가 모두 풀어지게 되어 콘덴서 소자(130)의 제작이 불가능하기 때문에, 탄화온도 보다 높은 내열 온도를 가지는 권취용 테이프를 사용하여야 하는 것이다.
예를 들면 높은 내열성을 갖는 폴리이미드(polyimide) 재질로 이루어진 테이프를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 양극 박(131d)과 음극 박(131b)과 제1 및 제2 전해지(131a,131c) 각각의 길이는 동일하도록 재단하며, 접착테이프(131)의 길이는 이들보다 더욱 길게 하여 최종 권취된 콘덴서 소자(100)의 끝단에서 보다 안정적으로 접착하도록 하는 것이 바람직하다.
제1전해지(131c)는 양극 박(131d)과 음극 박(131b)이 기계적으로 접촉(short circuit)되는 것을 막음과 동시에 전해액을 함침 보존하는 역할을 하도록 마닐라(Manila)지의 종이재질을 사용하나, 이러한 종이의 섬유조직이 고분자 용액을 집중적으로 흡습하여 고분자 용액이 양극 박(131d)에 균일하게 침투하지 못하고 전해지(131c)에 집중된 채로 중합과정에서 중합이 진행되기 때문에, 콘덴서의 용량 달성율이 떨어지고, 저항과 손실이 증가하여 내전압이 떨어지며, 누설전류가 증가하는 등의 콘덴서 특성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있는 데, 이러한 문제점을 제거하기 위한 공정으로 고온에서 소정 시간 소자를 태워 전해지의 섬유조직을 파괴시키는 탄화공정을 거치도록 할 수 있다.
이러한 권취 공정을 수행한 콘덴서 소자는 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하여 표면의 산화 피막을 추가로 형성시키는 재화성공정(Reformation)과, 재화성공정을 수행한 콘덴서 소자(130)를 전도성 고분자 물질로 구성된 고체 전해질층을 형성하기 위하여 전도성 고분자의 원료 용액을 권취된 콘덴서소자(130)에 함침하고 이를 중합시킨 다음 조립과 검사 공정을 통하여 에폭시타입 고체 전해콘덴서로 제조된다.
함침은 함침기를 실온도를 110±10℃로 하고 시간은 30~60sec, 진공도 10~70으로 셋팅하고 1 set씩 처리한다.
특히 조립공정에서는 중합이 완료된 콘덴서소자(130)를 케이스(110)의 개방된 삽입구를 통하여 삽입하고 케이스(110)의 개구부를 에폭시(Epoxy)(120)로 밀봉하여 고체 전해콘덴서를 제조하는 것이다.
이러한 에폭시 수지는 경화에 있어 반응수축이 매우 작고 또한 휘발물을 발생하지 않고, 내수성, 내 약품성이 우수하고 금속, 목재, 시멘트, 유리, 플라스틱 등 거의 모든 것에 접착시킬 수가 있고, 또한 가령 금속과 시멘트등 이종 물질 간의 접착에도 사용할 수 있기 때문에 본 발명의 케이스의 재질로 금속이나 플라스틱 등을 사용할 수 있도록 하기 위함이다.
이러한 구성의 본 발명에 의한 에폭시타입 고체전해콘덴서는 종래의 알루미늄 전해콘덴서와 동일한 공정으로 콘덴서소자를 형성한 다음 조립공정에서 일측이 개방된 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자를 삽입하고 케이스 내부로 에폭시를 함침하여 밀봉함으로써 고체 전해콘덴서를 제조하기 때문에 제조가 간단하고 대량 생산이 가능한 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 에폭시타입 고체 전해콘덴서(100)는 공정을 간단하게 구성하였음에도 불구하고 전류와 전압의 특성에서 종래보다 우수한 것으로 측정되었다.
구체적으로, 도 6은 종래 전해콘덴서의 인가 전압별 전류와 전압 리플 특성을 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 에폭시타입 고체전해콘덴서의 전압별 전류전압 특성을 측정한 그래프이다.
도 6은 종래 알루미늄 전해 콘덴서 55V 100㎌의 전압출력특성과 전류출력특성을 그래프화 한 것으로, 전압 리플(Voltage Ripple)은 4.6Vp-p이고 전류리플(Current Ripple)은 1128mAp-p로 측정된 반면에 도 7의 동일한 용량의 본 발명에 의한 에폭시타입 고체전해콘데서는 전압 리플(Voltage Ripple)은 4.6Vp-p이고 전류리플(Current Ripple)은 1000mAp-p로 측정되어 전압의 리플 출력특성이 128mAp-p향상되었음을 확인할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 전해콘덴서의 단면도로서, 도시된 바와 같이 파우더타입 고체전해콘덴서(200)는 전하를 축적하는 콘덴서소자(130)에 에폭시(140)를 코팅하여 구성된다.
구체적으로, 일반적인 공정인 권취공정, 재화성공정, 함침공정, 중합공정은 상술한 일실시예와 동일한 구성으로 이루어지나, 특히 조립공정에서 상술한 일실시예의 에폭시타입 고체전해콘덴서와 같이 일측이 개방된 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자를 삽입하고 케이스 내부로 에폭시를 함침하여 밀봉하는 것이 아니라, 중합이 완료된 양극음극 리드에 각각 전기적으로 연결된 콘덴서소자를 에폭시에 코팅하여 고체전해콘덴서로 제조하는 것을 특징으로 한다(이하, 파우더타입 고체전해콘덴서라 한다).
콘덴서소자(130)는 양극 박(131d)과 음극 박(131b) 사이에 종이 재질의 전해지(131c)를 사이에 두고 권취한 후, 접착성 있는 접착테이프(131)를 사용하여 고정한 것으로 실제 전하를 축적하는 소자로서 상술한 일실시예의 에폭시타입 고체전해콘덴서와 동일한 구성을 이용하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
또한 에폭시공정에서는 중합 단계 후 에폭시를 1차 코팅하고, 1차 코팅 후 왁스처리를 하는 왁스 단계와 왁스 단계 후 다시 에폭시 코팅하는 2차 코팅 단계와 2차 코팅 후 3~4차 코팅단계를 거쳐 경화건조를 하여 구성하고 검사 공정을 거치게 되면 파우더타입 고체전해콘덴서가 제조되는 것이다.
특히 에폭시공정에서는 파우더 코팅기를 setting하게 되는 데 설비별 기준 온도에 맞게 설정하되 1회는 30±2sec로 하고 횟수는 3~4회 실시한다.
즉, 함침과 중합공정(S215~S216)을 완료한 콘덴서소자를 파우더 코팅기에 삽입하고 초물 1 set 코팅을 완료한 후에는 6군데 사이즈를 측정하여 기록함으로써 균일된 사이즈를 유지하도록 관리한다.
에폭시가 코팅된 콘덴서소자는 이후 경화건조기에서 1,2차의 경화를 거쳐 반제품인 파우더 코팅 콘덴서소자가 완성된다.
불필요한 마킹과 수지가 제거된 운반대에 적재되어 있는 콘덴서소자를 경화건조기에 넣어 경화시키되 통상 1차 경화의 경우 85±10℃에서 30분하고, 2차 경화는 1차 경화보다 높은 온도와 장시간 경화시키는 것이 바람직하다.
2차 경화는 105±10℃에서 90분 경화시킨다.
이러한 구성의 본 발명에 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서는 종래의 알루미늄 전해콘덴서와 동일한 공정으로 콘덴서소자를 형성한 다음 조립공정에서 에폭시를 코팅하여 고체 전해콘덴서를 제조하기 때문에 제조가 간단하고 대량 생산이 가능한 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서는 공정을 간단하게 구성하였음에도 불구하고 전류와 전압의 특성에서 종래보다 우수한 것으로 측정되었다.
구체적으로, 도 6은 종래 전해콘덴서의 인가 전압별 전류와 전압 리플 특성을 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서의 전압별 전류전압 특성을 측정한 그래프이다.
도 6은 종래 알루미늄 전해 콘덴서 55V 100㎌의 전압출력특성과 전류출력특성을 그래프화 한 것으로, 전압 리플(Voltage Ripple)은 4.6Vp-p이고 전류리플(Current Ripple)은 1128mAp-p로 측정된 반면에 도 8의 동일한 용량의 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체전해콘데서는 전압 리플(Voltage Ripple)은 4.4Vp-p이고 전류리플(Current Ripple)은 984mAp-p로 측정되어 전압리플은 0.2Vp-p, 전류리플은 144mAp-p 향상되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 9는 종래 알루미늄 전해 콘덴서 35V 220㎌의 전압출력특성과 전류출력특성을 그래프화한 것으로, 전압 리플(Voltage Ripple)은 3.8Vp-p이고 전류리플(Current Ripple)은 952mAp-p로 측정된 반면에 도 10의 동일한 용량의 본 발명에 의한 고체 전해콘데서는 전압 리플(Voltage Ripple)은 3.6Vp-p, 전류리플(Current Ripple)은 944mAp-p로 측정되어 전압리플은 0.2Vp-p, 전류리플은 8mAp-p 향상되었음을 확인할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 고체 전해 콘덴서의 제조 공정에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 고체 전해 콘덴서의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 에칭공정(Etching:S210), 화성공정(formation : S211), 재단공정(Slitting:S212), 권취공정(Winding:S213), 재화성공정(Reformation:S214), 함침공정(Pouring:S215), 중합공정(Polymerization:S216), 조립공정(Assembly:S217) 또는 에폭시공정(Power coating:S218), 에이징공정(Aging:S219), 및 검사공정(Marking:S220)을 포함하여 이루어진다.
에칭공정(Etching:S210)은 권취형 고분자 전해 콘덴서에 사용되는 음극용 금속박(음극박)은 정전용량을 크게 하기 위해 표면적을 넓히는 공정으로 순도 99.9%의 알루미늄 박막을 사용한다.
여기서, 음극박으로 사용되는 금속 물질로는 알루미늄이나 이의 합금 등이 사용될 수 있으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
단계 S210의 에칭공정 후 유전체를 형성시키는 화성공정(formation : S211)을 거치게 된다.
화성공정이란 전해액중에서 에칭박을 양극으로서 전기 분해하여 알루미늄 호일의 표면에 산화 알루미늄(Al2O3 ) 층을 생성하는 공정이다.
화성공정을 수행한 알루미늄 호일은 소정의 규격으로 절단되는 재단공정(Slitting:S212)을 거치게 된다.
재단공정(S212)에서는 양극 박(131d)과 음극 박(131b) 및 전해지(131a,131c)를 제품의 길이에 따라 필요 치수의 폭과 길이만큼 절단하도록 한다.
재단공정(S212)을 거친 소자는 양극박과 음극박 사이에 전해지를 삽입한 후 권취하는 권취공정(Winding:S213)을 수행하게 된다.
권취공정(S213)에서는 재단된 양극 박(131d)과 음극 박(131b)의 전극단자(132)에 봉 형상의 (+)극 리드단자(134)와 (-)극 리드단자(133)를 양극박(131d)과 음극 박(131b)에 각각 점철(stitch)하는 공정을 한다.
이 후, (+)극 리드단자(134)가 점철된 양극 박(131d)과 (-)극 리드단자(133)가 점철된 음극박(131b) 사이에 제1전해지(131c)를 삽입하고, 음극 박(131b)의 외측에 제2전해지(131a)를 개재한 후에 제2전해지(131a)의 외측에 접착테이프(131)를 개재하여, 양극 박(131d)이 최상층에 위치하고 접착테이프(131)를 최하층에 위치하도록 권취기(미도시)에 올려 놓은 후에 원통형으로 둥글게 감으면, 콘덴서 소자(130)의 최종 권취된 끝단은 양극 박(131d), 제1전해지(131c), 음극 박(131b), 제2전해지(1131a) 및 접착테이프(131)의 순서로 콘덴서 소자(130)의 내측에서부터 외측으로 적층되게 된다.
여기서, 양극 박(131d)과 음극 박(131b)과 제1 및 제2 전해지(131a,131c) 각각의 길이는 동일하도록 재단하며, 접착테이프(131)의 길이는 이들보다 더욱 길게 하여 최종 권취된 콘덴서 소자(100)의 끝단에서 보다 안정적으로 접착하도록 하는 것이 바람직하다.
이때에, 권취공정(S212)에 사용하는 접착테이프(131)로는 내열성 테이프를 사용하여야 한다. 이는 탄화공정의 온도(200~300℃)보다 낮은 내열 온도를 가지는 테이프를 사용하는 경우에 탄화공정 중에 권취된 접착테이프(131)가 모두 연소되어 소자들이 권취 상태가 모두 풀어지게 되어 콘덴서 소자(130)의 제작이 불가능하기 때문에, 탄화온도 보다 높은 내열 온도를 가지는 권취용 테이프를 사용하여야 하는 것이다.
예를 들면 높은 내열성을 갖는 폴리이미드(polyimide) 재질로 이루어진 테이프를 사용하는 것이 바람직하다.
권취 공정을 수행한 콘덴서 소자(130)를 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하여 알루미늄 호일 표면의 산화 피막을 추가로 형성시키는 재화성공정(Reformation:S214)을 수행하게 된다.
단계 S214에서 재화성공정을 수행한 콘덴서 소자(130)는 전도성 고분자 물질로 구성된 고체 전해질층을 형성하기 위해서는 먼저 전도성 고분자의 원료 용액을 권취된 콘덴서소자(130)에 함침하고 이를 중합시키기 위하여 중합공정으로 진행시킨다.
구체적으로 권취된 콘덴서소자(130)에 전도성 고분자 층을 형성하기 위해 먼저 전도성 고분자의 원료 용액을 권취 소자에 주입하기 위하여 융해 액화시키는 함침공정(Pouring:S215)을 수행하게 된다.
전도성 고분자는 100 내지 102 S/㎝의 전기전도도를 갖는데, 이를 권취형 콘덴서에 적용할 경우 콘덴서의 등가 직렬 저항이 5 내지 100mΩ 정도를 나타내며, 콘덴서의 정격 전압이 높을 경우에는 30 내지 100mΩ 정도의 등가 직렬 저항을 나타낸다. 따라서, 16V 이상의 높은 정격 전압을 갖는 콘덴서에 있어서는 적절한 등가 직렬 저항을 유지시켜 안정된 내전압 및 누설 전류 특성을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 전도성 고분자의 전기 전도도가 콘덴서의 적절한 직렬 등가 저항값의 유지에 필요한 수준으로 조절될 수 있어야 한다. 이를 위해 전도성 고분자 물질의 산화를 통해 이의 전기 전도도를 조절하는 방법을 사용할 수 있다.
함침공정(S215)에서 함침된 콘덴서소자(130)는 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정(Polymerization:S216)을 거치게 된다.
이로써, 치밀한 도전성 고분자층을 권취소자에 형성시켜 고체 전해 콘덴서가 제조되는 것이다.
이러한 전도성 고분자 원료 용액의 주입을 통한 함침공정(S215) 및 중합공정(S216)은 통상의 권취형 콘덴서 제조 공정에 사용되는 모든 방법이 적용 가능함은 당연하다.
이 콘덴서 소자를 중 합성 모노머와 산화제의 혼합액에 침지하고 콘덴서 소자내에서 도전성 폴리머의 중합 반응을 발생시켜 전도성 고체 전해질 층을 형성한다.
액체 전해액을 사용하여 제조되는 전해 콘덴서보다 주파수 특성과 온도 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
중합공정이 완료된 콘덴서소자(130)는 에폭시타입 또는 에폭시타입으로 구성할 것인지에 따라 조립공정(S217)과 에폭시공정(S218)을 선택하게 된다.
조립공정(Assembly:S217)은 중합공정이 완료된 콘덴서소자(130)를 캔(CAN) 또는 플라스틱과 같은 케이스(110)에 담고 에폭시(Epoxy)로 함침하는 것이다.
종래에는 조립공정(S217)에서 고무전을 이용한 커링(curling) 등의 방식에 의해 하우징(housing) 공정이 수행되는 것이나, 본 발명에서는 일측이 개방된 케이스(110) 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자(130)를 삽입하고 케이스(110) 내부로 에폭시를 함침하여 고체 전해 콘덴서를 제조하는 것이다.
이러한 함침은 케이스(110)에 삽입된 콘덴서소자(130) 사이 사이에 들어있는 공기를 빼고, 에폭시 등으로 메꾸는 작업으로 절연, 내열, 진동 방지 등등의 목적으로 해서 함침을 하게 되면, 성능과 신뢰성이 향상되기 때문이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 케이스와 콘덴서소자는 에폭시로 함침되므로 케이스에 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성될 필요가 없으므로 제조가 간단하고 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있는 것이다.
또한, (+)극 리드단자(134)와 (-)극 리드단자(133)도 케이스내에서 에폭시에 의해 고정되기 때문에 견고하게 지지되어 단자의 유동이 없어짐과 동시에 에폭시로 밀봉되므로 습기가 차는 문제점도 해결할 수 있는 것이다.
에폭시공정(S218)은 중합 단계 후 에폭시를 콘덴서 소자에 에폭시를 코팅하고 왁스처리하는 공정을 3~4차 반복한다.
이러한 에폭시 공정을 수행한 콘덴서소자를 파우더 코팅기에 삽입하여 코팅을 완료한 다음 경화건조시켜 반제품 상태의 고체전해콘덴서를 제조하게 된다.
구체적으로는 파우더 코팅기를 setting하게 되는 데 설비별 기준 온도에 맞게 설정하되 1회는 30±2sec로 하고 횟수는 3~4회 실시한다.
에폭시가 코팅된 콘덴서소자는 이후 경화건조기에서 1,2차의 경화를 거쳐 반제품이 완성된다.
불필요한 마킹과 수지가 제거된 운반대에 적재되어 있는 콘덴서소자를 경화건조기에 넣어 경화시키되 통상 1차 경화의 경우 85±10℃에서 30분하고, 2차 경화는 1차 경화보다 높은 온도와 장시간 경화시키는 것이 바람직하다.
2차 경화는 105±10℃에서 90분 경화시키도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 구성의 본 발명에 의한 파우더타입 고체전해콘덴서는 종래의 알루미늄 전해콘덴서와 동일한 공정으로 콘덴서소자를 형성한 다음 조립공정에서 에폭시를 코팅하여 고체 전해콘덴서를 제조하기 때문에 케이스에 코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성될 필요가 없으므로 제조가 간단하고 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있는 것이다.
또한, (+)극 리드단자(134)와 (-)극 리드단자(133)도 코팅된 에폭시에 의해 고정되기 때문에 견고하게 지지되어 단자의 유동이 없어짐과 동시에 습기가 차는 문제점도 해결할 수 있는 것이다.
단계 S217과 단계 S218을 수행한 에폭시타입 또는 파우더타입 고체전해콘덴서는 에이징공정(Aging:S219)과 검사공정(S220)을 수행하게 되는 데, 에이징공정(Aging:S219)은 상온 내지 125℃의 온도 분위기에서 10분 내지 300분 간, 정격 전압 내지 이의 1.3배의 전압을 인가하는 방식 등에 의해 이루어질 수 있을 것이다.
검사공정(Marking:S219)에서는 구조 검사와 자동선별 검사를 하여 선별된 세트를 최종 검사하는 단계를 거치면서 불량 유무를 판별하는 공정이다.
검사공정이란 전기적 시험공정을 말하며 일부 육안에 의한 외관검사도 포함된다.
이러한 검사공정에는 일반시험(Routine test) 과 형식시험(Type test)이 있으며 규격에 명시되나 통상의 일반시험은 제품의 기본성능을 확인하기 위한 시험(용량, 손실, 밀폐시험, 내전압시험 등)이고, 형식시험은 제품의 신뢰성 및 설계요구 성능과 실제성능과의 합치여부를 확인하기 위한 시험(고온 손실, 열안정성, 단락방전, 충격전압, 터미널 케이스간 내전압 시험)을 말한다.
검사공정 이후 마킹공정(Marking:S220)을 거쳐 포장되어 출하되거나(S221), 단계 S219에서 검사가 완료된 제품을 필요에 따라 칩가공(S230)을 거쳐 포장되어 출하된다(S231).
상술한 바와 같이 본 발명의 에폭시타입 고체전해콘덴서는 케이스내에 콘덴서소자를 삽입하고 에폭시(epoxy)로 함침하여 제조되고, 에폭시타입 고체전해콘덴서는 콘덴서 소자에 에폭시를 코팅하여 제조되기 때문에 제조가 간단하고 대량 생산이 가능하므로 제조 원가를 낮출 수가 있다.
또한, 리드단자도 에폭시타입 고체전해콘덴서는 케이스내에서 에폭시에 의해 고정되고, 에폭시타입 고체전해콘덴서는 에폭시에 의하여 고정되기 때문에 견고하게 지지되어 단자의 유동이 없어짐과 동시에 에폭시로 밀봉되므로 습기가 차는 문제점도 간단하게 해결할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 에폭시타입 고체전해콘덴서 110 : 케이스
120 : 에폭시 130 : 콘덴서소자
131 : 접착테이프 131a,131c : 전해지
131b : 음극 박 131d : 양극 박
132 : 전극단자 133 : (-)극 리드단자
134 : (+)극 리드단자 140 : 에폭시
200 : 에폭시타입 고체전해콘덴서

Claims (11)

  1. 일측이 개방된 케이스 내부에 전하를 축적하는 콘덴서소자가 삽입되고 상기 케이스 내부로 에폭시가 함침되어 제조되는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  2. 양극전극과 음극전극 사이에 절연지를 삽입한 후 전하를 축적하도록 권취된 콘덴서소자;및
    상기 콘덴서소자의 일측으로부터 상기 양극전극과 음극전극에서 각각 일정 길이 연장된 리드단자;
    로 구성하되 상기 콘덴서소자의 외부면과 상기 리드단자의 일부를 에폭시로 코팅하여 경화하여 구성되는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스에는
    코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 케이스는
    알루미늄 또는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 콘덴서소자는
    양극 박과 음극 박 사이에 종이 재질의 전해지를 사이에 두고 권취한 후, 접착성 있는 접착테이프로 고정한 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 콘덴서소자는
    권취 공정을 수행한 후 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서.
  7. 권취 공정을 수행한 콘덴서소자를 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정을 포함하여 이루어지는 고체 전해 콘덴서 제조 방법에 있어서,
    상기 중합공정을 수행한 콘덴서 소자를 일측이 개방된 케이스 내부에 삽입하고 상기 케이스 내부로 에폭시를 함침하여 조립하는 조립단계를 더 포함하여 이루어지는 하이브리드 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  8. 권취 공정을 수행한 콘덴서소자를 가열된 화성액에 침적시켜 일정 전압을 인가하는 재화성 공정을 수행하고, 콘덴서소자를 산화제와 용매의 혼합용액에 침적되어 일정온도의 고온에서 건조시켜 콘덴서의 에칭홈의 내부까지 중합반응을 일으키도록 중합공정을 포함하여 이루어지는 고체 전해 콘덴서 제조 방법에 있어서,
    상기 중합공정을 수행한 콘덴서 소자의 외부면과 상기 콘덴서소자의 일측으로부터 상기 양극전극과 음극전극에서 각각 일정 길이 연장된 리드단자의 일부를 에폭시로 코팅하여 경화하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 하이브리드 고체 전해 콘덴서의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 케이스에는
    코킹부(Calking)와 커링부(Curling)가 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 케이스는
    알루미늄 또는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서의 제조방법.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 콘덴서소자는
    양극 박과 음극 박 사이에 종이 재질의 전해지를 사이에 두고 권취한 후, 접착성 있는 접착테이프로 고정한 것을 특징으로 하는 하이브리드 고체 전해 콘덴서의 제조방법.


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