KR940004939B1 - 캐패시터(capacitor) - Google Patents

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KR940004939B1
KR940004939B1 KR1019860003247A KR860003247A KR940004939B1 KR 940004939 B1 KR940004939 B1 KR 940004939B1 KR 1019860003247 A KR1019860003247 A KR 1019860003247A KR 860003247 A KR860003247 A KR 860003247A KR 940004939 B1 KR940004939 B1 KR 940004939B1
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윌리엄 치차노프스키 스탠리
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스팩트럼 콘트롤 인코포레이티드
토마스 엘. 버느블
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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
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Abstract

내용 없음.

Description

캐패시터(capacitor)
본 발명은 전기 캐패시터용 유전체, 특히 캐패시터 유전체로서 유용한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체 및 이의 중합체에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 일반 양도된 계류중인 미합중국 특허원 및 특허에 관련되며, 이들은 본 발명의 참조 문헌으로 명세서에 기재한다 : 미합중국 특허원 제562,779호[(1983년 12월 19일자로 출원됨, 현재 포기됨), 발명의 명칭 : "Miniaturized Monolithic Multi-layer Capacitor and Apparatus and Method for Making"] : 미합중국 특허 제4,499,520호[(1985년 2월 12일자로 허여됨), 발명의 명칭 : "Capacitor with Dielectric Comprising Poly-Functional Acrylate Polymer and Method of Making"] ; 미합중국 특허 제4,490,774호[(1984년 12월 25일자로 허여됨), 발명의 명칭 : "Capacitors Containing Polyfunctional Acrylate Polymers As Dielectrics"] ; 미합중국 특허 제 4,533,710호[(1985년 8월 6일자로 허여됨), 발명의 명칭 : "1,2-Alkanediol Diacrylate Monomers and Polymers Thereof Useful as Capacitor Dielectrics"] ; 미합중국 특허 제4,513,349호[(1985년 4월 23일자로 허여됨), 발명의 명칭 : "Acrylate containing Mixed Ester Monomers and Polymers Thereof Useful as Capacitor Dielectrics"] 및 미합중국 특허 제4,515,931호[(1985년 5월 7일자로 허여됨), 발명의 명칭 : "Polyfunctional Acrylate Monomers and Polymers Thereof Useful as Capacitor Dielectrics"].
캐패시터는 인쇄회로 등에서 자주 접하게 되는 각종 전기 회로, 예를 들면, 비교적 전압이 높은 교류 전력 시스템(예를 들면, 통상적인 110볼트 시스템)과 비교적 전압이 낮은 직류 시스템(예를 들면, 50볼트 이하)에 사용된다. 이러한 캐패시터를 제조하는 데에 있어서 염두에 두어야 할 중요한 요인은 용적효율, 작동 온도, 특히 교류 시스템에서의 손실율 및 고장시 거동이다.
크기가 작아진 전자장치 및 회로의 개발로 용적 효율, 즉, 단위 용적당 정전용량이 증가된 훨씬 더 작은 캐패시터가 필요해지게 되었다. 일체구조의 캐패시터(monolithic capacitor)가 이러한 용도로 사용되어 왔다.
일체구조의 캐패시터는 전극층과 유전체층이 서로 결합되어 단일구조물(unitary structure)을 형성한 캐패시터로서, 예를 들면, 자체 지지형 필름을 캐패시터 형태로 말거나 감은 금속화 필름 캐패시터와는 대조적인 캐패시터이다. 소형화된 캐패시터는 크기가 매우 작아 마이크로회로에 적합하다. 전체 크기가 작다함은, 인접한 전극들 사이에 존재하는 유전체층의 두께가 이들 전극 사이에서의 정전용량에 역영향을 끼치고 전극쌍의 수와 유전체의 유전율이 정전용량에 직접적으로 영향을 끼치는 점을 배제한 상태에서의, 실질적인 수치가 작은 낮은 정전용량을 의미한다. 그러므로, 기초적인 캐패시터 이론의 범위내에서, 유전체층이 매우 얇고 전극쌍이 많은 캐패시터 또는 유전율이 높은 유저체를 포함하는 특정 캐패시터가 전극의 활성 면적이 꽤 작은 소형 크기임에도 불구하고 상당한 정전용량을 가질 수 있다.
이러한 유형의 일체구조의 다층 캐패시터중의 하나가 본 명세서에 참조로 인용한 미합중국 특허원 제562,779호에 기재되어 있다. 이러한 캐패시터에는 하나의 정전용량 활성 구역(a capacitively active section) 및 2개의 전극 접속부(electrode joinng section)가 있으며, 각각의 전극 접속부는 경사구역(a sloping section)에 의해 정전용량 활성 구역으로부터 이격된다. 캐패시터는 제 1세트 및 제 2세트의 전극층들을 포함하며, 이들 각 세트의 전극층들은 서로 교대로 위치하고 , 각 세트의 각 전극층은 다른 모든 전극층들의 활성 영역(the active area)과 적층되면서 이격되는 관계로서 캐패시터의 정전용량 활성 구역으로 연장되어 이에 거여하는 활성 영역을 갖는다. 전극층들은 적층되어 전기적으로 접촉되는 관계로서 연부(margin)에서 결합되며, 각 전극층은 각각의 활성 영역과 각각의 연부 사이에 경사부분(a sloping portion)을 가지며, 이 경사부분은 캐패시터의 경사 구역에 기여한다. 유전체 피복물은 각각의 인접 전극쌍 사이에 위치하여 이들과 접한다. 유전체 피복물은 정전용량 활성 구역에서는 두께가 거의 균일하지만 경사 구역을 따라서 두께가 점차 얇아져 0이 된다.
상기한 일체구조의 다층 캐패시터를 포함하여, 캐패시터의 용적효율은 통상적으로 단위 용적당 정전용량으로서 측정한다. 일반적으로 고효율이 바람직하며, 50V 직류 정격 유니트에 대하여 적어도 약 0.1㎌/㎣의 값이 바람직하다.
각종 유전체가 공지되어 있으며, 현재 시판중인 캐패시터에 사용되고 있다. 이러한 유전체는 폴리에틸렌테레프탈레이트[통상적으로 듀퐁(Du Pont)의 상품명 마일러(Mylar)로 알려져 있음], 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리프로필렌이다. 이러한 물질들의 유전율은 일반적으로 약 4 미만이다. 최근에는, 유전체로서 유용한 각종 다작용성 아크릴레이트 중합체와 이의 혼합물이 상기 인용한 미합중국 특허원들, 특히 미합중국 특허 제4,499,520호에 기재되어 있다. 또한, 이러한 물질들의 유전율은 일반적으로 약 4.5미만 정도이다.
기초적인 캐패시터 이론의 관점에서, 이러한 물질은 유전체로서 사용할 경우, 유전체층의 두께를 감소시키고/감소시키거나 전극쌍의 수를 늘림으로서 캐패시터의 용적효율을 증가시킬 수 있는데, 이들 두가지 방법은 캐패시터의 유형과 이의 최종용도에 따라 제한받을 수 있다. 따라서, 유전율이 현재 시판되는 재료의 유전율보다 높은 재료를 제공함으로써 소정의 크기와 구조를 갖는 캐패시터의 용적효율을 향상시켜야 하는 필요성이 여전히 남아 있다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 단위 용적당의 정전용량이 보다 높은 캐패시터를 제공하는 것이다. 관련된 목적은 지금까지 제공된 유전체보다 유전율이 높은 유전체를 갖는 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단위 용적당의 정전용량이 보다 높은 일체구조의 다층 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 보다 특이한 목적은 직류용으로 매우 적합한 캐패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기한 및 기타의 목적과 잇점은 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명을 바람직한 실시양태와 관련지어 설명하나, 본 발명이 이들 실시 양태에 한정되는 것이 아님을 알아야 한다.
또한, 첨부된 특허청구의 범위에 의해 규정된 본 발명의 요지와 범주에 모든 변형물, 수정물 및 동등물이 포함될 수 있다.
본 발명에 따라, 하나 이상의 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로부터 제조된 중합체를 포함하는 유전체 부재에 의해 이격되는 두 개 이상의 전극을 포함하는 캐패시터가 제공된다. 당해 캐패시터의 특징은 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로부터 제조된 중합체가 증가된 유전율을 가짐으로써 용적효율이 비교적 높다는 점이다. 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로부터 제조된 중합체는 일반적으로 캐패시터에 사용하기에 매우 적합하며, 특히 본 발명에서 참조 문헌으로서 인용한 미합중국 특허원 제562,779호에 기술되어 있는 일체구조의 캐패시터에 사용하기에 특히 적합하다.
특정 작동 이론과 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 일반적으로 배향 분극(orientation polarization)은 본 명세서에 기재한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로부터 제조된 중합체와 같은 극성 중합체에서의 주요한 유전분극 메카니즘인 것으로 생각된다. 배향분극은 영구 쌍극자의 비대칭 배열을 갖는 중합체쇄의 열 활성화에 의한 분자운동으로부터 발생하는 것으로 생각된다. 분자운동 및 순수 쌍극자의 수와 세기는 둘다 분자의 유전율의 인자이다. 그러나, 분자운동이, 배향 분극, 따라서 중합체 재료의 유전율에, 상당히 기여하는 것으로 생각된다. 분자의 유전특성을 제공하는 것은, 전기장 내에서 이동함으로써 배향되는 쌍극자의 능력이다. 따라서, 예를 들면, 중합체의 정전 유전율은, 측정 온도에서 쌍극자가 움직이지 않을 경우 중합체의 순수 쌍극자의 수와 세기와는 무관하게, 낮을 것으로 예상된다.
비결정성 중합체(예를 들면, 본 명세서에 기재한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체를 중합시켜 수득한 중합체)에 있어서, 분자운동의 주된 전이는 중합체의 유리전이온도(Tg)에서 발생한다. 유리전이온도(Tg)에서 대규모의 [또는 종합적 공간 배치상의(conformational)]분자운동이 완전히 소멸되어 현저한 기계적 특성 변화가 발생한다.
따라서, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체는 이의 사용 온도, 통상적으로 약 실온(25℃)에서의 이의 높은 쌍극자 특성 및 이의 분자이동성이 특징이다. 초기 중합체의 주쇄중의 에테르 결합(C-O-C)은 분자에 쇄내 극성, 따라서, 쌍극자 특성을 제공한다. 또한, 에테르 결합은 입체장애가 없고 탄소-산소-탄소 결합 주위에서 향상된 회전자유도를 갖기 때문에 고유 쇄 유연성을 초기 중합체에 제공하며, 따라서 초기 중합체의 유리전이온도(Tg)는 비교적 낮을 수 있고, 예를 들면, 실온 또는 이보다 다소 높을 수 있다. 그러므로, 초기 중합체로부터 제조한 중합체는 상기한 바와 같은 이동성이 없는 기타의 중합체(예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리설폰 등)보다 높은 유전율을 생성시키는 바람직한 분자이동성을 갖는다.
상기 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체의 일반식은 다음과 같다 :
Figure kpo00001
상기 식에서, R은 수소 또는 C1-5알킬 라디칼이고, X는 수소이거나 쌍극자 그룹(예를 들면, 할로겐, 카보닐 또는 니트릴)이며, m,n 및 p는 각각 0내지 약 4의 정수이고, s는 0 이상의 정수이다. s값, 즉, 분자의 전체 크기는 중요하지 않다. s는 초기 중합체를 증착시켜 부착시킬때 초기 중합체가 세공이 없는 연속 필름을 형성하도록 선택하는 것이 바람직하다. s값은 약 20미만이 바람직하다.
전술한 바와 같이, R은 수소 또는 C1-5알킬 라디칼일 수 있다. 통상적으로, R은 수소 또는 메틸이며, 특히 수소이다. 본원 명세서에서 사용하는 용어 ＂아크릴레이트＂는 아크릴레이트와 α-치환된 아크릴레이트(메타크릴레이트 등을 포함함)를 모두 포함하지만 R이 수소인 아크릴레이트가 바람직한데 그 이유는 이것이 일반적으로 중합 속도가 빠르기 때문이다.
m,n 및 p의 값 또는 측쇄들의 측쇄 길이는 폴리에테르 주쇄를 형성하기 위해 사용하는 성분에 좌우될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 예를 들면, 폴리에테르 주쇄를 형성하기 위해 에틸렌 옥사이드를 사용하는 경우, 쇄의 측쇄화는 발생하지 않는다.
한편, 탄소수 3이상의 알킬렌 옥사이드를 사용하는 경우, 측쇄내의 탄소수는 폴리에테르를 제조하기 위해 사용된 알킬렌 옥사이드 화합물의 총 탄소수보다 2개 적다. 그러므로, 프로필렌 옥사이드로부터 폴리에테르 주쇄를 제조할 경우, 측쇄의 길이는 탄소원자 1개에 해당하고, 부틸렌 옥사이드로부터 폴리에테르 주쇄를 제조할 경우, 측쇄의 길이는 탄소원자 2개에 해당한다. 또한, 옥사이드의 혼합물(예를 들면, 프로필렌 옥사이드 및 에틸렌 옥사이드)로부터 주쇄를 형성시켜 폴리에테르 주쇄상에 특정한 측쇄 분포를 형성시킬 수 있다.
몇몇 용도의 경우, 쌍극자의 수 및 세기를 증가시켜 초기 중합체의 전체 극성을 증가시킬 수 있도록 강한 쌍극자 그룹(예를 들면, 할로겐, 카보닐, 니트릴 등)을 초기 중합체에 함유시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 일반적으로 이러한 그룹을 함유시킴에 의해 증가되는 극성은 형성된 중합체의 유리전이온도를 상승시킬 것으로 생각된다. 그러므로, 사용 온도에서 중합체의 유전율이 다소 낮아질 정도로 유리전이온도가 증가되지 않는다면 이러한 그룹을 함유시킬 수 있다.
본원 명세서에 기술한 초기 중합체로부터 제조한 중합체의 유전율은 지금까지 유전체로 캐패시터에 사용한 중합체의 유전율보다 높다. 본원 명세서에 기재한 중합체의 유전율은 약 6이상이다.
폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기중합체는 당해 분야의 숙련가에게 공지된 방법으로 폴리에테르 폴리올을 먼저 형성시킨 다음, 폴리에테르 폴리올을 당해 분야의 숙련가에게 명백한 방법으로 아크릴산을 사용하여 에스테르화하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 산과 폴리에테르 폴리올은 소량의 산성 에스테르화 촉매(예를 들면, 황산, p-톨루엔설폰산, 산성 이온 교환수지 또는 산성화된 점토)의 존재하에 적합한 용매중에서 반응시킬 수 있다. 산은 통상적으로 화학양론적 과량으로 사용하며, 디올에 대한 산의 당량 비율은 통상적으로 약 2:1 내지 약 4:1이다. 통상적으로, 반응은 약 100 내지 200℃에서, 대개 100℃ 내지 150℃에서 수행한다. 에스테르화 혼합물에 소량의 중합억제제(예를 들면, p-메톡시페놀, 2,6-디-3급-부틸 페놀 또는 2.,4,6-트리-3급-부틸페놀)를 혼입하는 것이 바람직하다. 아크릴산은 반응조건을 적당히 변경시켜 이의 작용성 유도체(예를 들면, 아실 할라이드, 저급 알킬 에스테르 또는 아미드)로 대체할 수 있다. 유사하게, 쌍극자 할로겐, 카보닐 또는 니트릴 잔기를 당해 분야의 숙련가에게 공지된 방법으로 혼입할 수 있다.
상기에서 참조로 기재된 미합중국 특허원 제562,779호에 기재된 유형의 일체구조의 다층 캐패시터의 제조에 사용하기 적합한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체는 경제적이고 효율적으로 제조할 수 있는 고품질의 캐패시터를 제공하기 위해 이후에 기술하는 물리적 및 화학적 특성을 가져야 한다. 따라서, 초기 중합체는 초기 중합체의 증착을 수행하기 위해 적용하는 온도(예를 들면, 미합중국 특허 제562,779호에 기재된 온도)에서 증발할 수 있어야 하며, 두께가 약 1μ 이하인 얇은 필름 형태로 제공될 수 있어야 한다. 또한, 초기 중합체는 열, 전자빔 또는 자외선 조사에 의해 경화될 수 있는 것이 바람직하다. 초기 중합체는 중합시 가교결합되어 품질이 좋고 강인한 유전체를 제공하는데 필요한 구조적인 일체성을 제공한다. 그러므로, 초기 중합체는 미합중국 특허원 제562,779호에 기술되어 있는 방법에 유용할 정도로 충분히 빠른 속도로 가교결합되거나 중합되어 일체구조의 캐패시터의 제조에 소요되는 시간을 최소화할 수 있어야 한다. 또한, 특정 용도(예를 들면, 교류용 캐패시터)의 경우에는 초기 중합체가, 단독으로 또는 다른 단량체와 함께, 손실율이 낮고 열 안정성이 높은 중합체를 형성하는 것이 바람직하다.
따라서, 일체구조의 캐패시터를 포함하는 캐패시터의 제조에 있어서 각종 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체를 사용할 수 있다. 적합한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체는 비측쇄 글리콜 디아크릴레이트(예 : 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 등)뿐만 아니라 측쇄 글리콜 디아크릴레이트(예 : 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 등)가 포함된다.
본원 명세서에 기재한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체는 유리 라디칼 조건하에서 단독으로 또는 다른 단량체의 존재하에 중합할 수 있다. 본원 명세서에서 사용하는 ＂중합체"란 하나 이상의 다른 단량체와의 부가 단독중합체 또는 공중합체를 포함한다.
유리 라디칼 방법에 의한 중합은 희석제의 존재 또는 부재하에 약 0 내지 200℃에서 초기 중합체 또는 초기 중합체들을 중합개시제와 접촉시켜 벌크(bulk) 중합, 용액중합, 현탁중합 또는 유화중합으로 수행할 수 있다. 적합한 개시제는 벤조일 퍼옥사이드, 3급 부틸 하이드로 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 과산화수소, 아조비스 이소부티로니트릴, 과황산염-중아황산염, 과황산염-나트륨 포름알데히드 설폭실레이트, 염소산염-아황산염 등이다. 또한, 중합은 자외선 조사, 전자빔 조사 또는 플라즈마 조사등의 조사 기술(irradiation technique)로 행할 수 있다.
상기의 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체와의 공중합체용으로 각종 중합 가능한 화합물을 사용할 수 있다. 중합 가능한 공중합체의 예는 다음과 같다 :
1. 불포화 알코올(예 : 알릴, 메트알릴, 크로틸, 1-클로로알릴, 2-클로로알릴, 신남일, 비닐, 메틸비닐, 1-펜알릴 및 부테닐 알코올) : 및 이러한 알코올과 (ⅰ) 포화산(예 : 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산 및 스테아르산), (ⅱ) 불포화산[예 : 아크릴산, α-치환된 아크릴산{알킬아크릴산(예 : 메타크릴산, 에틸아크릴산 피로필아크릴산 등) 및 아릴아크릴산(예 : 페닐아크릴산)을 포함}, 크로톤산, 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산], (ⅲ) 다염기성 산[예 : 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산 및 세박산], (ⅳ) 불포화 다염기성 산(예 : 말레산, 푸마르산, 시트라콘산, 메사콘산, 이타콘산, 메틸렌 말론산, 아세틸렌디카복실산 및 아코니트산) 및 (Ⅴ) 방향족 상(예 : 벤조산, 페닐아세트산, 프탈산, 테레프탈산 및 벤조일 프탈산)과의 에스테르 ;
2. 불포화 산(이의 예는 상기한 바와 동일함) 및 이들과 포화 저급 알코올(예 : 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 2급 부틸, 3급 부틸, 2-에틸 헥실 및 사이클로헥실 알코올)과의 에스테르 및 포화 저급 다가 알코올(예 : 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜 및 트리메틸올프로판)과의 에스테르;
3. 불포화 저급 다가 알코올(예 : 부텐디올), 및 이들과 포화 및 불포화, 지방족 및 방향족, 일염기성 및 다염기성 산(이의 예는 상기한 바와 동일함)과의 에스테르;
4. 상기한 불포화 산, 특히 아크릴산 및 메타크릴산과 고분자량 모노하이드록시 폴리하이드록시 화합물(예 : 데실 알코올, 이소데실 알코올, 올레일 알코올, 스테아일 알코올), 에폭시 수지 및 폴리부타디엔-유도된 폴리올과의 에스테르;
5. 스티렌, o-,m-,p-클로로스티렌, 브로모스티렌, 플루오로스티렌, 메틸스트렌, 에틸스트렌 및 시아노스티렌; 디-, 트리-및 테트라클로로스티렌, 브로모스티렌, 플루오로스티렌, 메틸스트렌, 에틸스티렌, 시아노스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐사이클로헥산, 디비닐벤젠, 트리비닐벤젠, 알릴벤젠 및 헤테로사이클(예 : 비닐푸란, 비닐피리딘, 비닐벤조푸란, N-비닐카바졸, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐옥사졸리돈)을 포함하는 비닐 사이클릭 화합물;
6. 불포화 에테르(예 : 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, 사이클로헥실 비닐 에테르, 옥틸 비닐 에테르, 디알릴 에테르, 에틸 메트알릴 에테르 및 알릴 에틸 에테르);
7. 불포화 케톤(예 : 메틸 비닐 케톤 및 에틸 케톤);
8. 불포화 아미드(예 : 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N-페닐아크릴아미드, N-알릴아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드, N-알릴카프로락탐, 디아세톤 아크릴 아미드, 하이드록시 메톨화 디아세톤 아크릴아미드 및 2-아크릴 아미도-2-메틸프로판설폰산);
9. 불포화 지방족 탄화수소(예 : 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 부타디엔, 이소프렌, 2-클로로부타디엔 및 일반적인
Figure kpo00002
-올레핀);
10. 불포화 알킬 할라이드(예 : 비닐 플루오라이드, 비닐 클로라이드, 비닐 브로마이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐리덴 브로마이드, 알릴 브로마이드);
11. 불포화 산 무수물(예 : 말레산, 시트라콘산, 이타콘산, 시스-4-사이클로헥센-1,2-디카복실산 무수물 및 비사이클로(2.2.1)-5-헵텐-2,3-디카복실산 무수물);
12. 불포화 니트릴(예 : 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 기타의 치환된 아크릴로니트릴).
상기한 바와 같이, 본원 명세서에 기술한 초기 중합체는 특히 대략 실온(즉, 약 25℃)에서 용적효율이 높고 손실율이 낮은 캐패시터의 제조에 적합하기 때문에 캐패시터의 유전체 조성물로서 매우 유용하다.
본원 명세서에 기술한 초기 중합체를 사용한 캐패시터는 당해 분야에 공지되어 있는 재료를 사용하여 공지된 형태로 제조할 수 있다. 전도성 재료는 전형적으로 알루미늄과의 합금이 바람직하다. 예를들면, 본 발명은 제1전극[예를들면, 알루미늄 호일 일 수 있다], 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체를 제1전극의 표면에, 예를들면, 진공증발, 로울러 피복, 플로우잉, 분무, 침지, 브러싱, 스핀피복, 드로우잉 다운 등의 방법으로 침착시키고, 용매를 증발시킨 다음, 적절히 중합시켜 형성시킬 수 있다] 및 제2 전극[바람직하게는, 유전체 필름위에 침착되는 알루미늄으로 된 얇은 금속화 층이다]을 포함하는 캐패시터를 제공한다. 제1전극 및 제2전극에 적합한 리드(lead)를 연결시킨다.
또한, 본 발명은 미합중국 특허원 제562,799호에 기재되었으며 특허청구된 일체구조의 다층 캐패시터를 제공한다. 이러한 유형의 캐패시터(당해 명세서의 제3면 및 제4면에 기재된 캐패시터)는 상기의 특허원에 보다 충분히 기술된 바와 같이 전극층들과 유전체층들을 서로 교대로 부착시켜, 척층체(stack)로부터 돌출되어 서로가 전기적으로 연결된 관계를 접촉된 부분들을 교호 전극층들에 제공하도록 제조할 수 있다. 유전체 피복물은 초기 중합체를 전극에 증착시킨 다음, 초기 중합체를 중합시켜 형성시킨, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로 부터 제조된 중합체를 포함한다. 전자빔 중합을 이용하는 것이 특히 바람직한데 그 이유는 추가의 경화제를 사용하지 않고 초기 중합체를 신속하게 중합시킴으로써 매우 얇은 피복물을 경제적으롤 제조할 수 있기 때문이다.
다음 실시예는 본 발명의 예시이며, 본 발명을 이들 실시예에 한정시키려는 것이 아니다.
[실시예 1]
본 실시예는 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체를 사용하여 균등 원형(uniform prototype) 개패시터를 제조하는 방법을 예시하며, 대조용으로서 에테르 주쇄가 없는 폴리아크릴레이트 초기 중합체를 사용하여 균등 원형 캐패시터를 제조하는 방법도 포함한다.
균등 원형 캐패시터는 초기 중합체층을 알루미늄 호일 기판상에 드로우잉 다운하고, 층을 10-megarad전자빔과 접촉시켜 중합시킨 다음, 금속 알루미늄층을 침착시켜 제조한다. 알루미늄 호일 전극의 두께는 12.5υ이고, 유전체층의 두께는 3 내지 6υ이며, 침착된 알루미늄 전극의 두께는 300 내지 500Å(0.03 내지 0.05υ)이다. 각각의 원형 캐패시터의 면적은 약 lin2이다.
다음의 초기 중합체를 각각의 실시예 1a,1b 및 1c에 사용한다. 실시예 1a에 있어서, 초기 중합체는 SR-268이며, 이는 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트이다. 이 초기 중합체의 분자량은 302이고, 25℃에서 밀도는 1.115 내지 1.125이며, 25℃에서이 점도는 50cp이다. 이 실시예 1b에 있어서, 초기 중합체는 SR-230이며, 이는 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트이다. 이 초기 중합체의 분자량은 214이고, 25℃에서의 밀도는 1.010이며, 25℃에서의 점도는 12cp이다. SR-230 및 SR-238는 어틀랜틱 리치필드 캄파니(Atlantic Richfield Company)의 자회사인 사토머 캄파니(Sartomer Company)에 의해 시판되고 있다.
시험 캐패시터의 손실율(%D)은 교류 브릿지(AC bridge)를 사용하여 60Hz에서 측정하며, 시험 캐패시터의 유전체에 대한 유전율은 약 25℃의 실온에서 휴렛트-팩카드 엘씨알 브릿지(Hewlett-packard LCR bridge)상에서 100Hz에서 관찰하여 측정한 정전용량을 기준으로 계산한다. 각각의 초기 중합체에 대해 4개의 원형 캐패시터를 제조한다. 개개 시험에 대한 캐패시터의 유전체 피복물의 두께(T ; υ), 측정한 정전용량(C : nf), 유전율(DK) 및 손실율(%D)을 다음 표 1에 기재한다;
[표 1]
Figure kpo00003
상기 자료는 유전체를 본 명세서에 기재한 유형의 초기 중합체로부터 제조한 캐패시터의 용적효율이 향상되었음을 예시한다. 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로 제조한 유전체의 유전율은 초기 중합체의 주쇄에 에테르 결함이 없는 아크릴레이트 초기 중합체로 제조한 유전체의 유전율보다 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 또한, 본원 명세서에 기재한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로 제조한 유전체의 유전율이 향상되었기 때문에, 직류용으로 특히 적합한 캐패시터를 본원 명세서에 기재한 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체를 사용하여 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 마찬가지로, 유전체의 손실율에 따라서는, 교류용으로 유용한 캐패시터를 제조할 수도 있다. 따라서, 실시예 1a에서 사용한 초기 중합체의 경우, 캐패시터는 약 30℃ 이하에서는 교류용으로 만족스러운 한편, 실시예 1b에서 사용한 초기 중합체의 경우, 캐패시터는 적어도 약 85℃이하에서 사용하기에 적합하다.
상기의 설명과 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로 제조한 유전체의 유전율이 높아져서 용적효율이 향상된 캐패시터를 제공한다. 캐패시터는 직류용으로 특히 적합하지만, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체에 따라서는 특정한 교류용으로 사용할 수도 있다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 전극쌍을 포함하되, 1개를 초과할 경우, 전극(쌍)을 구성하는 전극들 각각과 전극쌍들 각각은, 하기 일반식의 하나 이상의 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체로부터 제조된 중합체를 포함하는 유전체 부재에 의해 이격되는 캐패시터.
    Figure kpo00004
    상기식에서, R은 수소 또는 C1-5알킬이고, X는 수소이거나 할로켄, 카보닐 및 니트릴로 이루어진 그룹중에서 선택된 쌍극자 그룹이며, m,n 및 p는 각각 0 내지 약 4의 정수이고, s는 0이상의 정수(단, s값은 초기 중합체가 중착시에 세공이 없는 연속 필름을 형성하는 값임)이다.
  2. 제1항에 있어서, 전극이 알루미늄인 캐패시터.
  3. 제1항에 있어서, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체가 비측쇄 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  4. 제3항에 있어서, 비측쇄 글리콜 디아크릴레이드가 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  5. 제1항에 있어서, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체가 측쇄 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  6. 제5항에 있어서, 측쇄 글리콜 디아크릴레이트가 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 또는 테트라프로필렌 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  7. 서로 교대로 위치한 제1 세트 및 제2세트의 전극층들과 이들 인접 전극층 사이에 위치하여 이들 전극층과 접착되어 있는 유전체 피복물을 포함하며, 각 세트의 각 전극층은 다른 모든 전극층의 활성 영역(the active area)과 적층되면서 이격되는 관계로서 캐패시터의 정전용량 활성 구역(a capacitively active section)으로 연장되어 이에 기여하는 활성 영역(the active area)을 가지며, 각 전극층은 각 세트의 다른 전극층의 연부(margin)과 적층되어 전기적으로 접촉되는 관계로서 전극 연부에서 결합하여 캐패시터의 전극 접속부(electrode joining section)를 형성하며, 각 전극층은 각각의 활성 영역과 각각의 연부 사이에 경사 부분(a sloping portion)을 가지며, 이 경사 부분은 캐패시터의 경사 구역(a sloping section)에 기여하고, 유전체 피복물은 다음 일반식의 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체 하나 이상으로부터 제조된 중합체를 포함하는 것으로서 정전용량 활성 구역에서는 두께가 거의 균일하지만 경사 구역을 따라서 두께가 점차 얇아져 0이 됨을 특징으로 하는, 정전용량 활성 구역 및 경사 구역에 의해 정전용량 활성 구역으로부터 이격되는 2개의 전극 접속부를 갖는 일체구조의(monolithic) 다층 캐패시터.
    Figure kpo00005
    상기식에서, R은 수소 또는 C1-5 알킬이고, X는 수소이거나 할로겐, 카보닐 및 니트릴로 이루어진 그룹중에서 선택된 쌍극자 그룹이며, m,n 및 p는 각각 0 내지 약 4의 정수이고, s는 0 이상의 정수(단, s값은 초기 중합체가 증착시 세공이 없는 연속 필름을 형성하는 값임)이다.
  8. 제7항에 있어서, 전극이 알루미늄인 캐패시터.
  9. 제7항에 있어서, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체가 비측쇄 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  10. 제9항에 있어서, 비측쇄 글리콜 디아크릴레이트가 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트인, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  11. 제7항에 있어서, 폴리아크릴레이트 폴리에테르 초기 중합체가 측쇄 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
  12. 제11항에 있어서, 측쇄 글리콜 디아크릴레이트가 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 또는 테트라프로필렌 글리콜 디아크릴레이트인 캐패시터.
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