[논문]소결온도에 따른 ZnO 바리스터의 내환경 특성

이성갑; 조현무; 이종덕; 박상만

doi:10.4313/jkem.2005.18.12.1111

소결온도에 따른 ZnO 바리스터의 내환경 특성
Environmental Properties of ZnO Varistors with Variation of Sintering Temperature 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.12, 2005년, pp.1111 - 1116

이성갑 (국립 경상대학교 세라믹공학과) , 조현무 (서남대학교 전기전자공학부) , 이종덕 (서남대학교 전기전자공학부) , 박상만 (서남대학교 전기전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

ZnO varistor ceramics added a glass-frit 0.03 $wt\%$ were fabricated with variation of sintering temperature. The sintering temperature and time were $1125^{\circ}C\~1200^{\circ}C$ and 2 h. The average grain sizes increased and the varistor voltage decreased with increasing the sintering temperature. The values of the specimen sintered at $1200^{\circ}C$ were $23.7\;{\mu}m$ and 329 V, respectively. The leakage current of all specimens was less than $1\;{\mu}A$ at DC $82\%$ of varistor voltage. The clamping voltage ratio of the specimen sintered at $1175^{\circ}C$ was 1.37. The endurance of surge current and the deviation of varistor voltage of the specimen sintered at $1175^{\circ}C$ were 6400 $A/cm^2$ and ${\Delta}-2.81\%$, respectively. After the High Temperature Load Test(HTLT) at $85^{\circ}C$ for 1000 h, the specimen sintered at $1175^{\circ}C$ showed the lowest deviation of varistor voltage of ${\Delta}-1.92\%$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 glass-frit을 첨가하여 바리스터의 최적 소결 조건을 선정함과 동시에 전기적 특성의 안정성을 조사하고[12-14] 고전류 영역과 바리스터의 내 환경 특성[15-18]을 증대시키기 위하여, 소결 온도에 따른 바리스터의 구조적, 전기적 특성을 조사하였다.
본 연구에서는 적절한 소성 온도 구간을 설정하기 위하여 소성 온도를 변화시켜 졔조된 ZnO 바리 스터의 특성에 대하여 연구하였다. 시편의 미세구조를 관찰한 결과 소결 온도가 증가함에 따라 액상 반응이 촉진되어 평균 결정립 크기가 10.

제안 방법

제한전압을 측정하기 위하여 25. A의 8/20 “s 서지 파형을 바리스터에 흘려 그때, 바리스터 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 바리스터 전압으로 나누어 제한전압 비율을 구하였다. 이 제한전압
신뢰성 시험으로서는 고연연속부하시험을 진행하였다. 고온 연속부하시험은 85 笆±1 °C의 오븐에서 바리스터 전압의 82 %에 해당하는 DC 전압을 인가하여 1000시간 동안 진행하여 누설전류의 변화와 시험 전후 바리스터의 전압변화를 조사하였다.
고전류 영역에서는 Keytek사 서지 시험기를 이용하여 8/20 您의 서지 전류 파형을 인가하여 제한 전압 비를 측정하고, 고전류 충격시험을 진행하였다. 고전류 층격시험은 IEC 규격에 따라 최대 서 지 전류를 측정하였다.
고전류 영역에서는 Keytek사 서지 시험기를 이용하여 8/20 您의 서지 전류 파형을 인가하여 제한 전압 비를 측정하고, 고전류 충격시험을 진행하였다. 고전류 층격시험은 IEC 규격에 따라 최대 서 지 전류를 측정하였다.
구조적 특성을 측정하기 위하여 소성된 시편을 아르키메데스법을 이용하여 소결밀도를 계산하였으며, SEM을 이용하여 미세구조를 관찰하고 평균 결정립 크기를 계산하였다.
분쇄하였다. 그 후, 열풍건조기에서 열풍 온도 220 °C, 배 풍 온도 100 °C, atomizer speed 8300RPM의 조건으로 구형의 과립으로 조립하였다. 제조된 과립을 12 6 원통형 금형에 1.
(1)을 이용하여 비 직선 계수 a를 구하였다. 누설전류는 바리스터 동작 전압(DC 82 %의 바리스터 전압)을 인가하여 누설전류를 측정하였다.
그림 6은 소결 온도에 따라 제조된 시편의 최대 서지 내량 및 서지 인가 후 바리스터 전압 변화율을 나타낸 것이다. 바리스터 전압 변화율은 서지 인가 후 상온에서 두 시간 방치하고 측정하였다. 일반적으로 서지 인가 후 바리스터 전압변화율은 ±10 % 이내여야 한다.
본 연구에서 ZnO 바리스터를 제조하기 위한 기본조성 식은 97.5ZnO-0.5Bi203-0.6Co304-1.0Sb203- 0.2NiO-0.1Cr203-0.1Nd203이며, 여기에 소결 조제로 0.03 wt%의 glass-frit를 첨가하였고, 출발원료는 1급 시약을 이용하였다. 시약은 전자저울을 이용하여 10-4 g의 오차로 칭량하였다.
신뢰성 시험으로서는 고연연속부하시험을 진행하였다. 고온 연속부하시험은 85 笆±1 °C의 오븐에서 바리스터 전압의 82 %에 해당하는 DC 전압을 인가하여 1000시간 동안 진행하여 누설전류의 변화와 시험 전후 바리스터의 전압변화를 조사하였다.
5 O의 스크린(230 mesh)을 이용하여 전극을 도포하고, 570 °C에서 15분간 열처리하여 옴성 접촉이 되도록 하였다. 전기적 특성의 측정과 신뢰성 시험을 진행하기 위하여 납조 온도를 220 °C+5 °C하고, 담금법에 의해 납땜을 진행하여 리드와 이 어를 부착시켰다. 그 후, 외부와 절연시키기 위하여 범용 에폭시 분말로 5회 코팅한 후 160 °C의 오븐에서 2시간 동안 충분히 경화시켰다.

성능/효과

41의 제한전압 특성을 나타내었다. 고온 부하시험 결과 누설 전류의 소결 온도에 따른 영향은 관찰되지 않았으며, 모든 시편의 누설전류 변화는 15 M 미만의 특성을 나타내었다. 그러나 시험 후, 바리스터 선압 변화율은 소결 온도의 영향을 받았흐며, 1175 °C에서 소결된 시편의 바리스터 전압 변화율이 -1.
고온 부하시험 결과 누설 전류의 소결 온도에 따른 영향은 관찰되지 않았으며, 모든 시편의 누설전류 변화는 15 M 미만의 특성을 나타내었다. 그러나 시험 후, 바리스터 선압 변화율은 소결 온도의 영향을 받았흐며, 1175 °C에서 소결된 시편의 바리스터 전압 변화율이 -1.92 %로 가장 우수하였다.
DC 전압을 1000 hr 동안 인가하여 진행하였으며, 규격에서는 시험 후, 바리스터 전압의 변화율이 ±10 % 이내여야 한다. 시험 결과 모든 시편의 경과 시간에 따른 누설전류의 소결 온도에 의한 영향은 관찰되지 않았고, 15 M 미만의 우수한 누설전류 특성을 나타내었다. 바리스터의 누설전류는 회로 보호용으로 적용 시 회로의 소비전력과 밀접한 관계가 있으므로 소비전력을 줄이기 위해서는 누설전류가 낮은 쪽이 유리하다.
표 3은 고온 부하시험 후, 바리스터의 전압 변화율을 측정한 결과이다. 시험 중 누설전류 특성은 소결 온도의 영향을 거의 받지 않았으나, 시험 후 바리스터 전압 변화율은 소결 온도의 영향을 받았으며, 1175 C에서 소결한 시편의 시험 후 바리스터 전압 변화율이 -1.92 %로 가장 우수한 특성을 나타내었다.
7 伽로 증가하였다. 전기적 특성 시험 결과 소결 온도가 1175 °C인 시편의 비직션계수 a가 82로 가장 우수하였으며, 모든 시편의 누설전류는 1 M 미만의 특성을 나타내었다. 제한전압을 측정한 결과 1175 笆에서 소쳘한 시편이 L37로 가장 우수한 제한젼압 특성을 나타내었으며, 최대 서지 내량 측정 결과 6400 A/血의 특성을 나타내였고 최대 서지내량 시험 시 제한전압을 측정한 결과 2.
전류밀도를 변화시켜 전류-전압 특성곡선을 측정한 결과 모든 시편에서 전류밀도 9xl(y5 A/cnf〜 7XL0-5 A/cirf부근에서 꺾이는 부분이 급격하여 우수한 비 직선 계수를 나타냄을 예측할 수 있다.
전기적 특성 시험 결과 소결 온도가 1175 °C인 시편의 비직션계수 a가 82로 가장 우수하였으며, 모든 시편의 누설전류는 1 M 미만의 특성을 나타내었다. 제한전압을 측정한 결과 1175 笆에서 소쳘한 시편이 L37로 가장 우수한 제한젼압 특성을 나타내었으며, 최대 서지 내량 측정 결과 6400 A/血의 특성을 나타내였고 최대 서지내량 시험 시 제한전압을 측정한 결과 2.41의 제한전압 특성을 나타내었다. 고온 부하시험 결과 누설 전류의 소결 온도에 따른 영향은 관찰되지 않았으며, 모든 시편의 누설전류 변화는 15 M 미만의 특성을 나타내었다.
일반적으로 서지 인가 후 바리스터 전압변화율은 ±10 % 이내여야 한다. 측정 결과, 1175 笆에서 소결된 시편이 가장 우수한 6400 A/c由의 서지 내량을 보였으며, 이때 바리스터 전압 변화율 AV'lmA 의 값은 -2.81 %를 나타내었다.
표 2는 그림 6의 최대 서지 전류를 바리스터에 인가했을 때, 바리스터에 걸리는 전압을 측정한 결과이다. 표 1에 나타낸 결과와 같이 1175 °C에서 소결한 시편이 최대 서지 6400 A/ctf를 인가하였을 때, 2.47의 제한전압 비를 나타내어 가장 우수한 전압 제한 특성을 나타내었다. 이는 소결 온도가 높아짐에 따라 내부 기공이 감소되고, 소결 밀도가 증가하여 도전 경로의 단축에 기인된 것이다.

후속연구

따라서, 소자 설계시 적절한 소성 혼도 및 구간을 감안한다면 우수한 특성을 가지는 디바이스를 제조할 수 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (19)

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상세보기
조현무, 이성갑, $Co_{3}O_{4}$ 첨가량 변화에 따른 ZnO Varistor의 전기적 특성', 전기전자재료학회논문지, 17권, 11호, p. 1186, 2004
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IEC 60060 High-voltage test techniques - Measuring systems
IEC 1000-4-series, Electromagnetic Compatibility

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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