알루미늄 전해 콘덴서란?
알루미늄 전해 커패시터는 유전체에 산화알루미늄을 사용한 작고 정전 용량이 큰 커패시터입니다.
음극에 전해액을 사용하는 습식 타입이 주를 이루지만, 성능을 향상시킨 전도성 고분자 등의 고체를 사용한 건식 타입도 있습니다. 가격이 저렴하고 범용성이 높아 가전제품이나 컴퓨터 등 전자기판을 가진 대부분의 제품에 사용되고 있습니다.
알루미늄 전해 커패시터의 사용 용도
알루미늄 전해 커패시터는 다른 커패시터에 비해 크기가 작고 용량이 크며 가격도 저렴하기 때문에 자동차 분야, 가전 분야, 산업기기 분야 등 폭넓은 분야에서 전자기판을 가진 다양한 제품에 사용되고 있습니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.
- 자동차 분야
엔진 제어 장치, 첨단 운전 보조 시스템, 에어백 제어, 카 스테레오,카 내비게이션 시스템 - 가전 분야
TV, 레코더, 디지털 카메라, 오디오, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 전자레인지, 조명기구, 컴퓨터, 게임기 - 산업기기 분야
각종 제조장치, 재생에너지의 파워 컨디셔너
재생에너지의 파워컨디셔너로 사용하는 경우 많게는 10~100개의 알루미늄 전해 커패시터를 사용합니다. 범용성이 높은 만큼 알루미늄 전해 커패시터에 요구되는 성능은 해마다 높아지고 있는 상황입니다.
알루미늄 전해 커패시터의 원리
알루미늄 전해 커패시터의 양극, 음극에는 얇은 알루미늄 호일, 유전체에는 산화알루미늄이 사용됩니다. 산화알루미늄은 알루미늄 호일에 전기화학적 산화 처리(화성)를 통해 알루미늄 호일 표면에 형성됩니다.
알루미늄 호일 표면은 에칭 처리로 요철을 만들어 표면적을 크게 합니다. 커패시터의 커패시턴스는 아래 공식으로 표현되며, 유전체의 표면적에 비례하고 두께에 반비례하기 때문에 에칭, 화성 처리를 통해 만들어진 산화알루미늄은 매우 높은 커패시턴스를 가진 유전체입니다.
커패시턴스 C = ε × S/d
ε: 유전체의 유전율 S: 유전체 표면적 d: 유전체 두께
산화알루미늄 피막은 전압을 가하면 미세한 전류가 흐르기 때문에 다른 커패시터보다 누설전류가 많이 발생한다는 단점이 있습니다. 습식 알루미늄 전해 커패시터 내부 음극에는 전해액이 사용되기 때문에 고장 시 전해액이 누출될 수 있습니다.
또한, 전해액 누출 및 증발로 인해 전해액이 감소할 수 있어 내구성이 떨어지는 것도 단점 중 하나입니다. 반면 건식 알루미늄 전해 커패시터는 내부 음극에 전도성 고분자가 사용되어 증발하지 않기 때문에 습식보다 내구성이 뛰어납니다.
알루미늄 전해 커패시터의 기타 정보
1. 알루미늄 전해 커패시터의 수명
전자부품 중에서도 습식 알루미늄 전해 커패시터는 특히 수명이 짧은 것으로 알려져 있는데, LSI에는 수만 시간의 동작 시간이 요구되는 반면, 일반적인 알루미늄 전해 커패시터는 85℃에서 2,000시간, 고신뢰성을 자랑하는 제품도 105℃에서 5,000시간의 수명을 가지고 있다고 합니다.
수명이 짧은 이유는 절연지에 함침된 전해액이 시간이 지남에 따라 봉지 고무 부분에서 서서히 누출되는 알루미늄 전해 커패시터의 구조를 들 수 있습니다. 전해액이 빠져나가면 커패시턴스가 감소하고 ESR(등가직렬저항)은 증가합니다.
알루미늄 전해 커패시터의 수명은 최대 사용 온도 이하에서는 아레니우스의 법칙(열에너지에 의한 화학반응식)을 따르며, 온도가 10℃ 낮아지면 수명이 약 2배로 늘어난다. 따라서 85℃/2,000시간의 알루미늄 전해 커패시터는 75℃에서 사용하면 4,000시간, 65℃에서 사용하면 8,000시간 정도가 수명입니다.
또한, 알루미늄 전해 커패시터는 다른 커패시터에 비해 ESR이 커서 동작 시 큰 전류가 흐르면 커패시터 내부에서 열이 발생합니다. 이 발열은 커패시터의 온도 상승을 가져와 전해액 누출을 더욱 촉진하여 수명을 단축시키는 요인이 됩니다.
2. 알루미늄 전해 커패시터의 극성 표시
유극성 커패시터에는 극성을 쉽게 확인할 수 있도록 어떤 표시가 반드시 부착되어 있습니다.
수직형 전해 콘덴서
일반적으로 본체 하단의 음극 쪽에 라인이 있습니다. 또한, 음극의 리드선이 짧습니다.
표면 실장형 전해 커패시터
전해 커패시터의 윗면에 커패시턴스나 내전압이 표시되어 있는데, 그 한쪽에 색이 칠해진 마크가 있습니다. 이 마크의 아래쪽 전극이 음극입니다.
축 리드형 커패시터
화살표가 있는 선이 음극의 리드를 나타냅니다. 또한 전해 커패시터 본체에 오목한 부분이 있는데, 이 오목한 부분이 양극입니다.
극성을 잘못 설치하면 커패시터 고장뿐만 아니라 발화 등의 위험도 있기 때문에 극성 표시 확인은 매우 중요합니다.