KR970004297B1 - 콘덴서용 중착 필름의 제조법 - Google Patents

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Description

콘덴서용 증착 필름의 제조법

제1도는 레이저 발진기와 사출광학계 사이클 광화이버로 도광하고, 도중에 레이저 광선의 강도 보정장치인 칼라이드스코우프(Kaleido-scope)를 사용하지 않고 마아진(margin)부를 가공한 경우의 전자현미경 사진(배율 1,500배)를 기초로 하여 스케치 하였을 때의 일러스트로서, 경사진 격자모양으로 표시함 부분이 금속막, 백발(白拔)부분이 기재베이스 필름이고, 양자의 경계부분에는 금속막이 말려 올라가 있는 상태로 표시되어 있다.

제2도는 제4~5도의 시험결과를 얻을 대에 사용한 공시 콘덴서를 분해하여 도시한 모식도.

제3도는 상기 공시 콘덴서를 대상으로 하여 1,000시간의 수명시험을 행한 후에 분해한 상태를 도시한 사시도로서, 마아진부에 셀프세일링이 인정된 것을 표시하였다. 메타리콘(metallicon) 접속부의 증착막에 대하여 셀프힐링(self healing)에 의하여 비산한 상태를 표시하였다.

제4~5도는 수명시험 결과를 표시한 그래프로서, 본 발명의 실시예에 비하여 비교예는 현저히 용량 감소를 초래하고 있는 결과를 표시한 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 금속증착막 2 : 마아진부

3 : 증착막과 마아진부의 경계에 있어서의 불균제부

13 : 콘덴서소자 14 : 세로마아진부

15 : 가로마아진부 17 : 콜로나 방전의 흔적

16 : 메타리콘측의 증착막 비산부분

[산업상의 이용분야]

본 발명은 콘덴서용 기재로서 사용되는 콘덴서용 금속 증착 필름의 제조법에 관하여, 특히 근년에 실용화된 레이저 광선을 사용한 마아진(절연부분) 형성방법에 관한 것이다.

[종래기술과 그 문제점]

콘덴서용 증착 기재로서의 금속 증착 필름은 이들을 감거나 또는 적층하여 콘덴서 소자의 재료로서 사용되고 있다.

주지하는 바와 같이, 콘덴서는 유전체를 끼우듯이 그 양면에 금속박 또는 금속 증착막을 배치한 구성으로 하는 것이 기본으로서, 양면의 금속막 또는 금속 증착막(이하, 이들을 총괄하여 전극이라고 한다)의 사이에 전압이 인가된다. 이 경우에 있어서 전극간의 전기 절연이 불충분하면 단락되거나, 절연 저항이 현저히 저하하거나 한다. 따라서, 절연을 충분히 유지하기 위하여 권회형 또는 적층형 콘덴서는 증착 필름의 한쪽에 수mm폭의 금속 미증착부분(마아진부라고 한다)을 설치하여 절연을 확보하도록 하고 있다.

종래에는 이 미증착 부분은 형성시키기 위하여 연속 증착기내에서 흐르는 방향에 대하여 수mm정도의 좁은 폭의 필름 테이프 또는 금속 테이프를 대고, 이것을 회전시키면서 증착 금속의 부착을 방해하고, 그것에 의하여 상기한 마아진부를 형성시키도록 한, 이른바 마스킹 테이프방식을 사용하고 있었다. 다른 방법으로서는 금속 증착전의 베이스 기재에 오일류를 근상(筋狀)으로 도포하고, 이 오일류를 금속증발원(金屬蒸發源)상에서 금속증기의 열에 의하여 재증발 시킴으로써 증착 금속의 부착을 방해하는 방식도 알려져 있다.

이하, 상기한 각 종래법에 따라 내포하는 기술적 문제점에 관하여 약술한다.

상기한 바와 같이, 전자 기기의 소형화에 따라, 최근에는 극박 필름을 베이스 기재로서 사용하게 되었으나, 그 뿐만 아니라 제품폭도 수mm라는 극히 폭이 좁은 폭이 요구되고, 그러한 경우의 마아진 폭에 이르러서는 0.5mm이하로, 경우에 따라서는 0.25mm라는 극히 폭이 좁은 마아진부를 형성시키지 않으며 안된다는 요구에도 접하고 있다.

이와같이, 극박의 필름 기재를 사용하데다가 더구나 좁은 촉을 가진 마아진부를 가지는 증착 필름을 공업적으로 양산하는 것은 매우 곤란하다. 그것은 상기 한 마스킹 테이프 방식을 사용하여 공업적 레벨로 생산하려고 하면, 현실 문제로서 1mm 이하의 폭의 마스킹용 테이프를 수백계 동시에 회전시켜 사용하지 않으면 안되어, 그 번잡함이란 말할 수도 없고, 더구나 완성된 콘덴서용 증착 기재로서의 정밀도상의 문제도 있어서, 실용에 견딜 수 있는 제품을 얻을 수 없었기 때문이다. 또한, 0.25mm 폭의 마아진부를 가지는 콘덴서용 증착 기재를 얻으려면, 그것에 사용되는 마스킹 테이프의 폭도 극히 짧아지므로, 내열강도의 면에 다른 문제가 생겨, 테이프의 파단, 연신 및 사행(蛇行)등의 주행불량등이 발생하기 쉬워져서, 이러한 관점에서도 공업적으로는 사용할 수 없다.

오일류를 사용하는 마아진 형성법은 일본국 특개소 55-79867호 공보등에 개시되어 있는 바와 같이, 널리 실용화되어 있으마, 좁은 폭의 마아진에서는 정밀도에 있어서 문제가 있는 것은 상기한 마스킹 테이프방식과 다를 바가 없다.

한편, 콘덴서의 보안성능을 향상시키기 위하여 증착 금속면상에 각각 또는 경사방향으로도 마아진을 형성시키지 않으면 안되는 콘덴서용 기재가 있고, 그것 이외에도 특수형상의 마아진의 형성에 대한 요구도 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서는 상기한 마스킹 테이프 방식이나 상기한 오일도포 방식으로는 이들의 임의의 패턴 모양을 가지는 마아진부를 형성시키는 것은 실용상 곤란이 따른다.

또, 최근 전자기기의 소형화에 따라 극박 필름이 베이스 기재에 사용된 후 부터는 상기 마이진부를 레이저 광선을 사용하여 형성시키는 방법이 순차적으로 채용되고 있다. 예컨대, 특개소 60-170226호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 레이저광에 의하여 증착막을 제거하도록 한 방법이고, 이 방법에 의하면, 폭이 좁은 마아진부를 형성하는 것도 용이하다. 그러나, 현실 문제로서는 단순히 레이저광을 사용하는 것만으로는 문제는 해결되지 않고, 특히 콘덴서의 폭이 좁아지고, 마아진의 간격도 작아지면 공업적으로도 다수의 가공점에 대하여 동시에 마아진부를 형성시키는 것이 점차필요해 지고있으나, 설비 스페이스상 및 안전면으로도 레이저공에 의한 에너지의 전달 수단을 어떻게 하느냐가 구체적 과제가 된다. 즉, 레이저광에 의한 에너지의 전달을 광화이버에서 행하면 스페이스면 및 안전면에서는 문제를 해결할 수 있는 것처럼 생각되나, 그러한 경우에도 다음과 같은 문제가 생긴다. 즉, 레이저광에 의한 에너지의 전달을 광화이버로 행하는 경우에는 석영계 화이버의 투과율 특성에 기인하여 그 파장을 1.5μm이하로 하지 않으면 안된다.

또, 본 발명자들이 연구에 의하면, 광화이버에서의 에너지 전달에 있어서는, 본래는 광속의 단면내에서 광의 강도는 균일하였던 것이 광화이버를 경유시키면 광속의 중심부에 피이크를 가진 가우스분포형으로 변해버린다. 그 때문에 통상의 파워에서는 레이저광 스포트의 중심부만의 증착막이 제거되기 쉽고, 끝쪽을 제거하려고 하면, 중심부의 파워가 너무 강하여 손상된다는 문제점이 발견된다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

본 발명은 상기한 바와 같이 여러가지 문제점을 해결하고, 본 발명이 목적으로 하는 제품을 공업적으로도 용이하게 제조할 수 있도록 한 기술을 제안하는 것이다.

이하, 레이저 광선을 사용하는 마아진 형성법에 대한 유의점을 기술에 둔다.

첫째로, 기재 베이스가 되는 폴리프로필렌 필림, 폴리에스테르 필름과 같은 필름은 일반적으로 사용되는 Zn 또는 Al 등의 금속에 비하여 융점이 낮으므로, 레이저 광선을 선정함에 있어서는 베이스 필름에 열적 손상을 주지 않고 금속 증착막 만을 승화시켜야 한다는 문제가 있다. 그리고, 열적 손상과는 베이스 필름이 용융하거나, 부분적으로 구멍이 뚫리거나, 또는 과도의 열에 의하여 가공부분에 있어서의 신축을 의미하고, 다소라도 이러한 일이 생기면, 콘덴서용 재료로서 사용할 수 없는 것은 말할 것도 없다.

둘째로, 금속 증착막을 레이저 광선으로 승화시키기 위하여 주는 에너지는 충분한 양이 필요하고, 에너지량이 적은 경우에는 소정의 패턴으로 마아진부를 형성시킬 수 없다. 그 뿐만 아니라, 예컨대 마아진부의 형성이 되었더라도, 제1도a의 전자현미경 사진으로 표시한 바와 같이, 마아진부와 증착막과의 경계부근에서 증착막이 말리는 현상이 보인다. 이 현상은 가공점에 있어서의 레이저 강도가 균일하지 않는 경우에 발생하고, 전술한 문제점이 된다.

그리하여, 본 발명은 기재 필름의 한면 또는 양면에 금속증착을 한후, 상기 금속 증착면에 레이저 광선을 조사하고, 또한 그 조사량을 2mJ/mm²~10mJ/mm²의 범위로 제한하고, 또한 상기 레이저광의 조사방법을 0.5kHz~10kHz의 범위에서 단속적인 펄스로서 조사함으로써 금속 증착막을 제거하고, 소정의 패턴의 금속 증착막을 형성시키는 방법에 있어서, 레이저 파장을 1.5μm 이하로 하고, 또한 광원으로 부터 조사부까지를 광화이버를 사용하여 도광하고, 또한 광화이버를 통과 후에 당해 레이저광이 유리내에서 반사하는 반사막을 가지며, 또 소정 치수로 완성된 각주 유리를 통함으로써 광속 단면내에 있어서의 광의 강도 분포를 균일하게 하고, 더구나 그 단면형상을 거의 4각형으로 하고, 그것에 의하여 상기한 문제점을 해결할 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같이 금속 증착막을 레이저 광선으로 승화시키기 위하여 주는 에너지는 충분한 양이 필요하고, 그 에너지량이 2mJ/mm²이하인 경우에는 소정의 패턴으로 마아진부를 형성시킬 수 없고 한편, 그 에너지량이 10mJ/mm²이상이면 전기 특성상의 결함이 없는 소정의 좁은 폭의 마아진부를 형성시킬 수 없다.

또, 이상의 조건을 충족시킨 경우에도, 레이저 광선을 광화이버로 전달하면, 광선의 강도가 광속 단면내에서 균일하게 되지 않고, 새로운 문제를 발생한다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 광속면 내에서의 중심부에 피이크를 가지는 분포로 된 것을 평균화하기 위하여, 예컨대 계면이 미러의 작용을 하는 4각주의 유리속을 통하여, 그후 렌즈로 집광함으로써 균일한 광선을 얻을 수 있도록 한 것이다. 즉, 상기의 구성으로 함으로써 광의 강도 분포를 균일화함과 동시에, 광에너지의 조사를 둥근 스포트의 연속이 아니고 4각 스포트의 형상으로 바꾼 다음에 연속하여 조사시켜, 그것에 의하여 마아진의 형상을 양호하게 유지시킨 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 설명한다.

[실시예 1~4, 비교예 1~3]

제1표는 베이스 필름으로서 두께 5μm의 폴리프로필렌 필름을 사용하고, 그 한면에 250Å 두께로 Al을 증착시킨 것을 시료로 사용하여 파장 1.06μm의 YAG 레이저를 광원으로 하여 마아진부를 형성시킨 사례이다. 이 경우, 광선 조사부까지를 직경 0.6mm의 광화이버를 사용하여 도광하고, 그후 1mm×0.7mm×20mm(길이)의 각주상유리를 통과한 후, 다시 렌즈로 집광함으로써(이들 일련의 장치를 칼레이도스코우프라고 한다), 강도 분포가 균일한 각형의 광스포트를 형성시킨 다음, 이것을 조사하였다. 그리고, 레이저 발진장치에 있어서는 Q스위치를 사용하여 그 레이저광을, 제1표에 나타낸 바와 같이 펄스파로 변환하여 조사하였다. 이 경우의 레이저광은 증착금속에만 선택적으로 작용하여 그 금속 증착막을 비산, 승화시킬 수 있었다. 그리고, 레이저광을 연속적으로 조사시킨 경우에는 베이스 필름에 열적 손상을 주는 것이 확인되었으며, 상기와 같이 Q스위치를 사용하여 그 레이저광을 펄스파로 변환시킨 경우에는 베이스 필름에 열적 손상을 생기게 하지 않고 금속 증착막을 승화시킬 수 있었다. 즉, 레이저 광선의 피이크 출력 1평균 출력의 비를 크게 함으로써, 1펄스내의 극히 단시간에 증착막을 승화시키는데 필요한 급준한 피이크 출력을 주어서, 극력, 평균 출력을 억제하여 열적 손상을 회피하도록 한 것이다.

제1표는 Q스위치의 조작으로 레이저 광선을 연속 상태부터 20kHz까지 변경하여 금속 증착막을 승화·비산시킨 결과를 표시하였다.

[표 1]

* 조사량을 5mJ/mm²로한 경우

제1표의 시험결과에서도 명백한 바와 같이, Q스위치의 조작으로 주파수를 바꾸어 펄스상의 레이저 광선을 광선을 증착 필름에 주어, 그것에 의하여 금속 증착막을 제거하여 마아진부를 형성시켰던바 양호한 결과가 얻어졌다. 이에 반하여 CW 스위치에 의한 연속 발진에서는 열적 손상이 생겼다. 100Hz 정도라도 양호하게 가공할 수 있으나, 가공속도가 늦고, 실용에 적합하지 않다.

또, 고주파역에서는 피이크출력/평균출력의 비가 현저히 저하하므로, 조사량(가공에너지)을 가공할 수 있는 레벨까지 달하지 않으므로, 평균출력을 증가하고, 가공에너지를 높일 필요가 있다. 20kHz 이상의 대역에 있어서 평균출력을 증가하여 가공하면, 베이스 필름에 열적 손상이 생긴다. 따라서, 0.5kHz~10kHz의 범위가 양호한 가공대역인 것이 확인되었다.

[비교예 4]

레이저 발진기~사출광학계의 사이의 전달경로에 광화이버를 사용하고, 또한 칼라이드스코우프를 사용하지 않는 이외는 실시예 1의 Q 스위치 주파수 5kHz의 가공조건에 따라 마아진의 형성을 행하였던 바, 제1도의 전자현미경 사진에 의거한 스케치에 표시한 바와 같이, 가공부분과 증착막의 경계 부분에서 증착막이 말려 올라가는 현상이 발생하였다. 그리고, 동도면에 부호(1)로 표시한 부분이 금속 증착막 부호 2는 마이진부이고, 부호 3은 상기 증착막과 마아진부와 경계에 발생한 금속막의 말린부분이다.

이와같이, 가공정밀도는 실시예 1~4에 비하여 대폭 저하하고, 소정폭의 안정한 마아진 형성이 되어 있지 않았다. 다시 말하면, 이 비교예에서 가공부분과 증착막의 경계 부근에서 발생하는 말림의 발생원인은 광화이버를 경우한 레이저 광선의 출력 분포가 가우스분포로 되어 있으므로, 가공점의 온도분포가 불균일하고 주변부가 완만하게 되어 있기 때문이라고 생각된다.

제2도는 콘덴서 소자의 전개 모식도이고, 증착 필름의 길이방향과 거의 직각으로 18mm 피치로 마아진부를 형성시킨 금속 증착 필름(11)과, 통상의 흐름방향에 마아진부를 가진 금속 증착 필름(12)을 겹쳐 맞춘것이고, 상기 도해와 같이 콘덴서 소자(13)를 작성한 다음, 후술하는 바와 같이 그 효과를 확인하였다(제4도의 그래프 참조).

제3도는 마아진부를 금속 증착 필름(12)의 확대도이고, 도면중 부호 14는 세로 마이진부, 부호 15는 흐름방향과 직각으로 형성시킨 가로마아진부, 부호 16은 메타리콘 측의 증착막 비산부분을 표시하고, 또한 부호 17은 콜로나 방전의 흔적을 표시한다. 다시 말하면, 상기 제2~3도의 베이스 필름으로서는 5μm의 폴리프로필렌 필름을 사용하여, 그 한면에 250Å 두께로 Al을 증착시킨 것이다.

제4도의 그래프는 85℃의 분위기중에서 상용 주파수로 312V 연속 인가하여, 1,000시간의 수평시험을 행한 결과를 도시한 것이다. 콘덴서 소자 내부의 증착막이 알려 있는 상태가 존재하면, 사용중 또는 수명시험중에 그 부분에 콜로나 방전이 발생하여, 베이스 필름에 손상을 주는 결과가 되고, 이러한 상태에서 콘덴서를 장기간 사용하면 발열 때문에 절연파괴가 생기거나, 셀프힐링이 생겨 정전용량이 감소하는 등의 문제가 발생한다.

[실시예 5,6 및 비교예 5,6]

실시예 3과 똑같은 조건으로 조사파워를 도시한 바와 같이 변화시켜 금속 증착 필름의 마아진부를 형성시킨 것을 사용하여 콘덴서 소자를 만들어, 그 소자를 사용하여 콘덴서의 수명시험을 행하였다.

그 결과는 제5도에 도시하였다.

[발명의 효과]

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전자 기기의 소형화에 따라 극박 필름을 베이스 기재에 사용한 경우라도, 그리고 그것에 형성시키는 마이진부가 극히 좁은 경우라도, 레이저 광선을 사용하고, 더욱이 4각의 스포트 상으로 조사함으로써, 세로, 가로를 불문하고 정밀하게 마아진부 가공을 행할 수 있는 효과를 발휘하며, 그 결과, 콘덴서의 수명을 대폭 늘일 수 있는 점에서 신규의 공업적 효과가 있다. 또, 상기 마이진부의 가공에 있어서 가공점이 증가하여도 그들 다수의 가공점에 대하여 동시에 마아진부를 형성시킬 수 있는 점에서도 유용성을 발휘한다.

Claims (5)

1. 한면 또는 양면에 금속 증착을 한 필름에 레이저 광선을 사용하여, 그 조사량을 2mJ/mm²~10mJ/mm²의 범위에 제한하고, 또한 0.5kHz~10kHz의 범위에 있어서의 단속적인 펄스를 사용하여 레이저광을 조사함으로써 금속 증착막을 제거하고, 소정의 패턴의 금속 증착막을 형성시키는 방법에 있어서, 레이저 파장을 1.5μm이하로 하고, 또한 광원으로 부터 조사부까지 광화이버를 사용하여 도광한 후, 각주상 유리를 통하여, 그리고 렌즈로 집광함으로써, 강도분포가 균일하고, 각형의 광스포트를 형성시킨 다음, 이것을 조사하도록 한 것을 특징으로 하는 콘덴서용 증착 필름의 제조법.
2. 제1항에 있어서, 필름의 흐름방향에 대하여 평행으로 금속 증착막을 제거하여 근상의 마아진부(절연부분)을 설치한 것을 특징으로 하는 콘덴서용 증착 필름의 제조법.
3. 제1항에 있어서, 필름의 흐름방향에 대하여, 경사지거나 또는 직각 방향에서 근상으로 금속 증착막을 제거하여 마아진부(절연부분)을 형성시킨 것을 특징으로 하는 콘덴서용 증착 필름의 제조법.
4. 제1항에 있어서, 필름의 흐름방향에 대하여 평행으로 근상으로 금속막을 제거함과 동시에, 직각 또는 경사진 근상으로 금속 증착막을 제거하여 이루어지는 마아진부(절연부분)을 형성시킨 것을 특징으로 하는 콘덴서용 증착 필름의 제조법.
5. 제1항에 있어서, 베이스 필름을 폴리프로필렌 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리에테르에테르케톤 필름, 폴리카아보네이트 필름, 폴리설폰 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름 등으로 한 것을 특징으로 하는 콘덴서용 증착 필름의 제조법.