커패시터는 현대 회로의 필수 부품이며 거의 모든 전기 장치에 존재합니다. 이러한 수동 부품은 RC 회로(저항기/커패시터), RLC 회로(저항기/인덕터/커패시터), 전력 회로, 전력 공급 장치 등과 같은 기본 전자 하위 시스템에 있습니다.
다양성, 비용 효율성 및 신뢰성을 고려했을 때 가장 일반적인 세 가지 커패시터 유형은 세라믹, 박막 및 전해 커패시터입니다. 이 문서에서는 이러한 세 가지 커패시터 유형의 제조 방법을 살펴보고 몇 가지 주요 차이점을 강조합니다.
커패시터는 어떻게 만들어집니까?
기본적인 수준에서 커패시터는 유전체에 의해 분리된 두 개의 전극(도체, 금속)으로 만들어집니다. 전기 신호가 하나의 전극에 적용되면 분리된 두 개의 전극 사이의 전기장에 에너지가 저장됩니다. 저장된 에너지 양은 '정전 용량'이라고 합니다. 커패시터를 설계할 때 다음 세 가지 중요 특성에 의해 접전용량이 제어됩니다.
첫 번째는 전극판 크기입니다. 전극의 표면적이 클수록 해당 영역 내에 더 많은 에너지가 저장되므로 접전용량이 증가합니다.
두 번째는 각 플레이트의 근접성입니다. 두 전극이 상대적으로 떨어져 있으면 유도를 통해 자기장을 생성하는 능력이 떨어집니다. 두 전극이 가까울수록 전기장 생성 능력이 늘어나고 접전용량이 더 커집니다.
세 번째는 전극 간의 절연 소재입니다. 다양한 유전체 재료는 전극 사이의 전기장을 감소시켜 접전용량이 늘어나 동일한 전압에서 전극에 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다.
세 가지 기본 커패시터 변수를 고려할 때 많은 제조 기술을 사용하여 용량, 전압 용량, 온도 임계치, 신뢰성, 비용, 안전, 크기 및 소멸 손실이 다양한 커패시터를 만드는 데 사용됩니다.
커패시터의 유전체 사용에 대해 자세히 알아보세요.
전해 커패시터의 제조 방식
알루미늄 전해 커패시터는 세라믹이나 필름 커패시터에 비해 저렴한 가격 및 소형 패키지에 많은 양의 에너지를 담을 수 있는 성능으로 잘 알려져 있습니다. 전해 커패시터는 매우 인기 있으나, 다른 커패시터에 비해 불필요한 전압과 온도에 더 민감하며 전류 누출이 비교적 높습니다.
알루미늄 전해 커패시터의 제조 공정의 첫 번째 단계는 화학 처리 공정을 통해 얇은 알루미늄 포일을 에칭하는 것입니다. 이러한 에칭 공정은 애노드에 얇은 산화알루미늄 층을 형성합니다. 이러한 산화층은 애노드와 캐소드 사이의 유전체층 역할을 하며, 이는 얇은 알루미늄 포일의 또 다른 층입니다.
양극 처리된 알루미늄 포일 애노드는 얇은 종이층에 의해 분리된 알루미늄 캐소드 포일과 함께 스풀 처리됩니다. 단자 는 외부 회로에 연결하는 데 사용되는 단자 '덱'에서 애노드와 캐소드 층에 연결됩니다.
그런 다음 흔히 '캔'이라 불리는 커패시터 장치의 외부 하우징에 포일-종이-포일 와인딩이 배치됩니다. 종이층을 통해 전해질 용액이 와인딩을 통과합니다. 커패시터 캔은 덱으로 봉인되고 열로 처리되어 유전체 결함을 수리하고 전기적 특징을 모니터링합니다. 처리 및 테스트를 거치면 커패시터를 사용할 수 있습니다.
적합한 알루미늄 전해 커패시터를 선택하는 방법에 대한 도움말을 보려면 가이드를 참조하십시오.
세라믹 커패시터의 제조 방식
세라믹 커패시터(MLCC라고도 함)는 최신 전자 장치의 가장 일반적인 커패시터입니다. 이러한 커패시터는 애노드와 캐소드 플레이트 사이의 절연 유전체로서 세라믹 물질을 사용합니다. 티탄산바륨과 같은 세라믹 분말이 결합제와 혼합되어 슬러리를 형성합니다. 그런 다음 이 슬러리를 얇은 금속 시트에 도포합니다. 세라믹 슬러리에 금속 반죽을 도포할 수도 있습니다.
그런 다음 세라믹과 금속층을 함께 적층하고, 고온에서 기계로 누른 다음, 작은 디스크나 직사각형으로 잘라 커패시터 '칩'을 형성합니다. 칩의 외부 치수와 층 거리는 커패시터의 접전용량 값을 결정합니다.
이러한 칩들은 바인더를 제거하기 위해 고온의 가마에서 소성되고, 칩 안에는 세라믹과 금속 물질만 남게 됩니다. 소성 공정은 제조 공정에 사용되는 재료에 따라 불연 칩의 크기를 30% 이상 줄일 수 있습니다.
칩은 소성되면 각 단자에 교대로 전극층을 연결하는 단말처리 끝부분으로 소결됩니다. 단자는 PCB에 최종 사용 납땜 및 배치에 적합한 표면을 제공하기 위해 전기 도금됩니다. 전기 도금 후에 커패시터는 접전용량 확인을 테스트할 준비가 됩니다.
세라믹 커패시터의 작동 방식 및 기능에 대해 알아보겠습니다.
필름 커패시터의 제조 방식
필름 커패시터는 세라믹 커패시터보다 더 비싸긴 하지만 사용 수명이 훨씬 길고 고전압 애플리케이션에 사용되는 경향이 있습니다. 또한 필름 커패시터는 세라믹 및 전해 커패시터보다 최대 작동 온도가 훨씬 높아, 많은 산업 및 상업 환경에 적합합니다.
필름 커패시터는 커패시터 전극 사이의 절연체로서 폴리에스테르, 폴리에스테르 또는 폴리임프레그네이티드 페이퍼와 같은 플라스틱 필름층을 사용합니다. 필름은 매우 얇은 금속판 위에 증기 금속화 또는 층화에 의해 금속과 결합됩니다.
그런 다음 금속화된 필름을 '길게 잘라' 감습니다. 길게 자른 필름은 필요한 접전용량을 보장하기 위해 길이와 폭을 정확하게 측정합니다. 그런 다음 공동 와인딩 공정에서 감은 롤을 결합하여 두 개의 독립적인 전극층을 형성합니다.
감은 다음 이러한 와인딩은 압축되어 고체 구조를 형성하도록 온도 처리됩니다. 와인딩은 주변으로부터 전기적으로 격리되도록 가리고 캡슐화되며 리드가 부착됩니다. 그런 다음, 캡슐화된 커패시터 와인딩은 플라스틱 구조물에 삽입되고 수지로 포팅되어 수명이 보장되고 전지로부터 보호됩니다. 이 커패시터는 포팅되면 품질 테스트를 위한 준비가 완료됩니다.
다양한 커패시터 유형 제조
모든 전자 분야에서와 마찬가지로 한 장치의 비용 및 기능성은 사용되는 재료, 제조 공정 및 장치 성능에 의해 결정됩니다. 이러한 공정을 통해 다양한 특성을 실현하는 여러 커패시터 유형이 가능해집니다. 최적의 커패시터 유형은 애플리케이션에 따라 다릅니다.
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