[논문]적층 PTC 서미스터

전명표

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적층칩 PTC 서미스터를 구성하는 Ni 내부전극과 BaTiO₃ 기반의 세라믹 소체의 비저항이 동일하다고 가정하면 칩 크기에 따른 적층칩 PTC 서미스터의 비저항의 차이는 이론적으로 값의 차이는 없으며 동일해야 한다. 한편 재산화 시에 Ni 전극은 산화되어 저항이 증가되고, 세라믹 소체도 산소공공이 줄어들어 저항이 감소될 것으로 예상된다.

제안 방법

BaTiO₃에 Ce, Mn 및 BN이 첨가된 조성을 이용하여 Ni을 내부 전극으로 다양한 크기의 적층칩 PTC 서미스터 (2012, 3216, 4532 및 6532)를 제조하고 재산화 온도의 영향을 조사하였다. Ni 내부 전극의 적층수는 5층이며, 그림 11은 3216 크기의 적층 PTC 서미스터의 소결전과 후의 사진을 보여준다.
BaTiO₃에 Sm, Mn 및 SiO₂가 첨가된 조성의 PTC 서미스터의 디스크 샘플을 성형 압력을 100~15,000 kg/cm²으로 달리하여 제조하여 미세구조 및 기공율에 따른 PTC 특성을 조사하였다.
성형체는 그림 17과 같은 분위기 소결로를 사용하여 환원소성 및 재산화를 실시하였다. 소결분위기 및 소결프로파일은 그림 18에서 보이는 것과 같이 10%H₂-90%N₂m 환원분위기, 1,265℃에서 2시간 환원 소성한 후에 20%O₂-80%N₂ 산화 분위기에서 700℃에서 30분 재산화하였다.
소결은 환원소결과 재산화의 두 단계로 이루어졌으며, 산소분압 PO2= 10-6의 환원 분위기의 900℃에서 2시간 소결하였으며, 재산화는 공기 중의 700∼850℃에서 20분 간 실시하였다.

대상 데이터

그림 12(b). 여러 재산화 온도에서 소성된 3216 적층 PTC 서미스터의 상온 비저항 및 저항 점프특성 Log (R₂₉₀/R₂₅).
그림 12(a). 여러 재산화 온도에서 소성된 3216 적층 PTC 서미스터의 온도에 따른 비저항 변화.
그림 16. 재산화 전후의 3216 PTC 서미스터의 단면사진.
그림 7은 적층 PTC 서미스터의 제조공정의 모식도이다. 출발원료는 BaTiO₃에 n형 반도성을 갖도록 3가의 희토류 원소 (Sm, Nd, Ce, La, etc)를 미량 도핑하고, 저항의 온도 변화율 등의 PTC 특성을 향상시키기 위하여 첨가제를 미량 첨가한 조성을 준비한다. 이들 출발원료를 ball mill 등의 분쇄/분산 장비에 바인더와 용매와 함께 넣어서 분쇄/분산시켜서 성형을 위한 슬러리를 제조한다.

성능/효과

1,000 kgf/cm2보다 낮은 압력에서는 205 Ωcm에서 최고치를 보이며 1,000 kgf/cm2보다 높은 압력에서는 61 Ωcm 최저치 비저항을 가지며 압력이 증가하여 비저항은 거의 변화가 없이 일정한 값을 보인다.
9로 급격히 증가한 일정한 값을 나타낸다. 따라서 적층 PTC 서미스터의 환원소성 후에 세라믹 소체의 재산화를 시켜 저항 점프 특성을 향상시키기 위해서는 세라믹 소성체의 기공률을 최소 15% 이상으로 유지하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
그림 21은 성형압력에 따른 상온 비저항 및 온도에 따른 저항의 점프 특성 변화를 보여준다. 성형압력이 1,000 kgf/cm²을 전후로 하여 상온 비저항 및 저항 점프 특성이 급격히 변화함을 보여준다. 1,000 kgf/cm²보다 낮은 압력에서는 205 Ωcm에서 최고치를 보이며 1,000 kgf/cm²보다 높은 압력에서는 61 Ωcm 최저치 비저항을 가지며 압력이 증가하여 비저항은 거의 변화가 없이 일정한 값을 보인다.
그림 19는 성형압력에 따른 디스크 소결체의 기공율을 나타낸다. 성형압력이 100 kg/cm²에서 1,000 kg/cm²로 증가함에 따라 기공율은 45%에서 8%로 감소됨을 보여주며, 성형압력이 1,000 kg/cm² 이상으로 증가되면 성형압력에 따른 기공율 감소폭은 줄어들어 15,000 kg/cm²에서는 4%의 기공율을 나타낸다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

서미스터는 무엇인가?

서미스터 (thermistor)란 저항기의 일종으로, 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 성질을 갖는 물질을 말하며 열가변저항기라고도 한다. 주로 회로의 전류가 일정 이상으로 오르는 것을 방지하거나, 회로의 온도를 감지하는 센서로서 이용된다.

PTC 서미스터는 무엇인가?

PTC (positive temperature coefficient) 서미스터는 온도가 상승함에 따라 특정온도 (Tc)에서 저항이 급격히 증가하는 정온도 특성을 지닌 정특성 서미스터로서 BaTiO3와 같은 세라믹소재를 이용한 것과 폴리스 위치와 같은 폴리머 소재를 이용한 것이 있다.

서미스터는 주로 어떠한 역할로 이용되는가?

서미스터 (thermistor)란 저항기의 일종으로, 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 성질을 갖는 물질을 말하며 열가변저항기라고도 한다. 주로 회로의 전류가 일정 이상으로 오르는 것을 방지하거나, 회로의 온도를 감지하는 센서로서 이용된다.

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