PC및 AV기기의 소형화와 함께 음질과 화상의 개선에 위력을 발휘하는 작은 전자부품이 주목받고 있다.
OS콘덴서라는 유기반도체를 전해질로 사용한 알루미늄 고체 전해콘덴서가 바로 그 주인공이다.
OS콘덴서는 유기반도체 알루미늄 전해콘덴서의 영문명인 aluminium solid capacitors with Organic Sem-iconductive electrolite를 줄인 일본 사가(좌 하)산요공업의 독자적인 상품명이다.
이 콘덴서는 전해액 대신에 유기물이면서 높은 전도성을 가지고 있는 TCNQ착 염이라는 가열 융해처리가 가능한 유기반도체를 전해질로 채용했다. 이것을알루미늄케이스에 넣어 수지로 봉함한 구조로 되어 있어 등가직렬저항(ESR) 은 탄탈고체전해콘덴서의 약10분의1 정도로 높은 리플전류가 허용되는 외에고주파와 온도특성에도 뛰어난 전자부품이다.
기존 유기반도체 콘덴서의 제조법으로써 유기용매중에 유기반도체를 용해한 용액을 소자에 함침시켜 건조시키는 방법이 업체들 사이에서 실험되어 왔으나 무기반도체에 비해 열적 안정성이 떨어지고 기계적 특성에도 뒤지는 결점 이 있어 실용화가 늦어져왔다. 이러한 가운데 사가산요공업은 지난 82년 가열융해해도 일정시간내에 냉각고형화되면 다결정 덩어리가 되어 재결정화해 초기의 전도성을 회복하는 독자적인 융해함침법을 개발, 83년 12월에 OS콘덴 서의 양산을 시작했다.
그러나 현재의 사가산요공업이 있기까지는 많은 어려움이 있었다. 25년전 사 가산요공업은 알루미늄 소결형 고체전해콘덴서 전문업체로 출발했으나 소형.
고성능화의요구에 부응하지 못해 처음 몇년간은 고전의 연속이었다.
콘덴서는 절연물의 두께가 얇으면 그에 반비례해서 정전용량이 늘어나는 특징이 있다. 당시 절연체에는 종이가 사용되었는데 이같은 경우에는 아무리얇아야 10~15um이 한계였다. 그러나 1908년에 미국의 GE사가 조면화알루미늄 박을 양극소자로 사용하고 전해액에 의해 이온전도를 함으로써 대용량을 얻을 수 있다는 당시로서는 획기적인 전해콘덴서를 고안해냈다.
이 콘덴서는 무선기술을 비약적으로 진보시키는 원동력이 되었는데 반면 전해액을 사용하기 때문에 저온으로 내려가면 동결되어버리는 결점이 있었다.
그후53년에 웨스턴일렉트릭사와 스프라그사가 전해질에 이산화망간을 사용한 탄탈전해콘덴서를 개발해 저온특성을 개선하는데 성공했다.
그러나 원료인 탄탈은 군수물질이기 때문에 전쟁이 일어나면 가격이 2~3배로 뛰어오르는 문제점이 있었다. 또 탄탈전해콘덴서는 이물질이 혼입되면 내부에 결정이 생겨 결국 쇼트를 일으키는 원인을 제공하는 치명적인 단점을 가지고 있다. 그래서 산요전기는 다시 알루미늄쪽에 착안을 하기 시작했다.
68년에 산요전기는 전해액을 분말소결해서 고체화하는 알루미늄전해콘덴서기술을 확립해 70년에는 전문업체로서 사가산요공업을 발족시켰다.
알루미늄전해콘덴서는 탄탈전해콘덴서에 비해 크고 대용량화의 요구에 따라가기에는 무리가 따랐다. 그러나 원래 알루미늄콘덴서에는 외부내압에 강하고 신뢰성이 뛰어나다는 장점이 있다. 동사는 이 본질을 살리면서 결점을 보완하는 기술개발에 착안, 유기반도체를 소재로 사용하기에 이르렀다.
당시의 유기반도체는 극히 불안정하고 열에 노출되면 곧 거품을 내뿜으면서 분해되어 버렸다. 여러차례의 좌절을 거듭하면서도 이들 소재를 연구, 80년 대초에 가열융해하더라도 일정시간내에 냉각고형화되면 다결정 덩어리가 되어 재결정화돼 초기의 전도성을 회복한다는 독자적인 융해함침법을 개발한 것이다. OS콘덴서의 장점은 우선 노이즈를 제대로 잡아준다는 점이다. OS콘덴서는 노 이즈제거능력이 다른 콘덴서보다 월등하게 뛰어나서 커다란 콘덴서를 사용하지 않아도 되기 때문에 부품수를 줄일 수 있고 원가절감에도 도움이 되고 있다. 또한 OS콘덴서는 전해콘덴서이면서 필름콘덴서와 같은 주파수특성을 가진다.
통상적인알루미늄전해콘덴서와 임피던스의 주파수특성을 비교하면 고주파 영역의 임피던스는 전해콘덴서보다 한자리수 정도 낮아진다.
OS콘덴서와 전해액형의 알루미늄콘덴서와의 가장 큰 구조상의 차이는 전해액 대신에 유기반도체결정이 함침되어 있다는 점과 고무봉함대신에 수지봉함되어 있다는 점이다.
종전의 알루미늄전해콘덴서는 전해액의 드라이업에 따른 정전용량의 감소및 손실각의 정접증가 등 마찰적인 고장이 제품의 수명을 단축시키는 주요인이되었다. 이에 비해 OS콘덴서는 고체소자이기 때문에 알루미늄전해콘덴서와같은 전해액의 드라이업에 의한 고장은 발생하지 않는다.
또한 알루미늄전해콘덴서를 OS콘덴서로 변경시킴에 따라 원료인 알루미늄의 소비량을 약 13분의1로 줄일수 있고 가공에 필요한 소비전력량, CO⁴의 발생 량 등도 줄일 수 있어 자원면에서뿐만아니라 환경보존에도 기여할 수 있다.
용도를 보면 몇년전까지는 캠코더용이 약 40%를 넘어 약간 불안정한 구성이 었으나 최근에는 판매량의 확대와 동시에 각종 통신기기및 오디오, TV, 노트 북PC 등의 수요가 늘어나 차츰 균형이 잡히고 있다.
현재 OS콘덴서의 약점은 가격이 높다는 점이다. 실제로 보통 전해콘덴서의 단가가 1개당 4엔정도인 데 비해 OS콘덴서의 평균단가는 22엔으로 5배에 달한다. 이와관련 동사의 다케야 유타카(죽곡풍)사장은 "원가절감이 커다란 과제이기는 하지만 비용대 효과를 보면 토탈비용은 낮기 때문에 가격면에서 이점이 크다"고 말하고 있다.
OS콘덴서에는 리드선형에서 표면실장형까지 각종 형태의 제품이 있으며 현재상품화되고 있는 콘덴서 가운데서는 특성상으로 가장 균형이 잘 잡힌 제품이 라는 평가를 받고 있다. 【주문정 기자】