[논문]열전도성 실리콘 고무의 전압-전류 특성

이성일

doi:10.4313/jkem.2014.27.9.576

열전도성 실리콘 고무의 전압-전류 특성
Properties of Current due to Voltage in Heat Conductive Silicone Rubber 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.27 no.9, 2014년, pp.576 - 581

이성일 (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study used the heat conductive silicone rubber sample of 0.95 mm thickness to research the properties of current by changing voltage. When the 1, 10, 30, 60, and 90 minute have passed, the running current has been measured through the applied voltage range of 200 V~800 V on setting temperature of $110^{\circ}C{\sim}170^{\circ}C$. As the temperature increased in applied voltage of 800 V, so did the current value according to time in proportion to the increasing temperature. In an analysis of FT-IR (fourier transform infrared) spectrum, the hydroxyl radicals group(O-H) was created by effects of the hydrogen that methyl group is eliminated by addition of the cross-linking agent peroxide.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 열전도성 실리콘 고무시 편을 제작하여 전기 절연 특성을 검토하기 위하여 온도 110～170℃의 범위에서 1분, 10분, 30분, 60분, 90분 경과했을 때의 전압-전류 특성에 대하여 검토 고찰하였다.

제안 방법

두께 0.95 mm인 실리콘 고무시료의 지름을 38 mm로 양면에 Al foil을 부착하여, 온도가 110℃, 130℃, 150℃, 170℃ 인가하였을 때 전압 200 V, 400 V, 600 V, 800 V와 1분, 10분, 30분, 60분, 90분인가였을 때의 전류값을 측정하였다.
95 mm의 열전도성 실리콘 고무 시료를 사용하였다. 설정 온도 110～170℃, 시편에 전압을 200～800 V를 인가하여 1분, 10분, 30분, 60분, 90분 경과했을 때 흐르는 전류를 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 800 V 인가했을 때 시간 경과에 따른 전류 값은 온도가 110℃에서 170℃로 증가할수록 비례하여 증가함을 확인하였다.

대상 데이터

이 실험에서 사용한 시료는 Dimethylvinyl terminated dimethyl siloxane: 19 wt%, Methylhydro siloxane - dimethyl siloxane copolymer: 2 wt%, Amorphous silica: 3 wt%, Alumina: 76 wt%, Pt: 15 ppm을 배합한 실리콘 컴파운드를 핫-프레스로 150 kG/cm²의 압력으로 120℃에서 10분 동안 압축 성형하여 두께 0.95 mm로 제작하였다. 또한, 지름 38 mm의 Al foil을 시료에 부착하였다.
이 연구에서는 전압-전류 특성을 측정하기 위한 전극 구성은 상부전극으로 주 전극 38 mmΦ과 가드링 전극 (내경 40 mmΦ, 외경 54 mmΦ과 하부전극 54 mmΦ으로 구성되어 있으며, 측정 회로는 그림 1과 같다.
이 연구에서는, 전압에 따른 전류의 특성을 검토하기 위하여 두께 0.95 mm의 열전도성 실리콘 고무 시료를 사용하였다. 설정 온도 110～170℃, 시편에 전압을 200～800 V를 인가하여 1분, 10분, 30분, 60분, 90분 경과했을 때 흐르는 전류를 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.

성능/효과

8×10^-8A 정도의 크기 범위로 증가하고 있다. 110℃일 때 1분, 10분, 30분, 60분, 90분 경과하였을 때의 전류값은 모두 혼조 상태를 이루고 있으나 170℃에 이르렀을 때에는 장시간 경과한 순서대로 전류값이 낮아져 있음을 확인했다.
9×10^-8 A 정도, 130℃일 때 전류값이 8×10^-8 A 정도의 크기로 일치하다가, 170℃일 때 2×10^-9～8×10^-8 A 정도의 크기 범위로 폭이 좁게 포화상태로 증가하고 있다. 200 V를 인가하였을 때보다는 전류 값의 크기의 폭이 좁아져 있음을 확인했다.
12×10^-7A 정도의 크기 범위로 폭이 증가해 있다. 400 V를 인가하였을 때보다 전류 값의 크기의 폭이 더 좁아져 서 비례하고 있음을 확인했다.
85×10^-8A 정도의 크기 범위로 폭이 증가해 있다. 600V를 인가하였을 때보다는 전류 값의 크기의 폭이 더 좁아져 서 비례하고 있음을 확인했다.
설정 온도 110～170℃, 시편에 전압을 200～800 V를 인가하여 1분, 10분, 30분, 60분, 90분 경과했을 때 흐르는 전류를 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 800 V 인가했을 때 시간 경과에 따른 전류 값은 온도가 110℃에서 170℃로 증가할수록 비례하여 증가함을 확인하였다. 800 V 인가했을 때 온도 증가에 따른 전류값은 시간 경과가 110℃에서 170℃로 증가할수록 일정하게 됨을 확인했다.
800 V 인가했을 때 시간 경과에 따른 전류 값은 온도가 110℃에서 170℃로 증가할수록 비례하여 증가함을 확인하였다. 800 V 인가했을 때 온도 증가에 따른 전류값은 시간 경과가 110℃에서 170℃로 증가할수록 일정하게 됨을 확인했다. 또한 푸리에 변환 적외선 분광 (FT-IR spectrum) 분석에서 가교제 (cross-linking agent) 과산화물이 첨가되어 메틸기(CH3) 탈락된 수소의 작용으로 수산화기(O-H)가 생성됨을 확인하였다.
800 V 인가했을 때 온도 증가에 따른 전류값은 시간 경과가 110℃에서 170℃로 증가할수록 일정하게 됨을 확인했다. 또한 푸리에 변환 적외선 분광 (FT-IR spectrum) 분석에서 가교제 (cross-linking agent) 과산화물이 첨가되어 메틸기(CH3) 탈락된 수소의 작용으로 수산화기(O-H)가 생성됨을 확인하였다.
7×10^-8 A 정도로 완만하게 감소하며 흘렀다. 전압을 파라메타로 한 전류와 시간의 관계를 보면 시간의 경과와 더불어 전류는 감소해가는 것을 알았다. 이론식으로 표시하면 Ic(t)= Id(t)+Ia(t)+I로 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실리콘 고분자는 골격구조에 따라 어떻게 분류되는가?	실리콘 고분자는 그 골격구조에 따라 크게 수지, 오일, 고무 등의 세 가지로 분류된다. 수지는 그물구조를 가지고 있고, 오일은 선형구조를, 고무 폴리머는 가교가 가능한 부위를 갖는 선형 고분자이다.
	수지, 오일, 고무는 각각 어떤 구조를 가지고 있는 실리콘 고분자인가?	실리콘 고분자는 그 골격구조에 따라 크게 수지, 오일, 고무 등의 세 가지로 분류된다. 수지는 그물구조를 가지고 있고, 오일은 선형구조를, 고무 폴리머는 가교가 가능한 부위를 갖는 선형 고분자이다. 그 특성도 휘발성이 있는 액체에서 유동성을 가지지 않는 물엿과 같은 고분자까지 여러 가지가 있다.
	이방전도성 필름이란?	최근 반도체 디바이스의 고기능화, 고집적화, 고속화, 표면실장으로 의해 납땜에 의한 접착 형태에서 전도성 입자를 분산시킨 필름상의 접착제를 사용하고 있다. 이에 따라 이방전도성 필름 (anisotropic conductive film, ACF)은 금속 코팅된 플라스틱 또는 금속입자 등의 전도성 입자를 분산시킨 필름상의 접착제로 LCD 실장 분야에서의 LCD 패널과 TCP (tape carrier package) 또는 PCB (printed circuit board)와 TCP 등의 전기적 접속에 널리 이용되고 있다 [6,7]. 또한, 실리콘 고무는 내후성, 내오존성, 내열성, 내한성, 전기 특성이 우수하고 또한, 표면에너지가 낮아 발수성이 뛰어나 송전용 애자로 사용되고 있다.

참고문헌 (10)

Annual Book of ASTM Standards, Electrical Insulation, 10.01, 19 (1993).
Y. Toureille and J. P. Reboul, Ann. Soc. Sci., Bruxelles, 89, 190 (1978).
H. G. Cho and Y. K. Park, J. KIEEME, 10, 770 (1997).
C. S. Huh, K. S. Jang, and H. G. Cho, J. KIEEME, 9, 344 (1996).
K. S. Cole and R. H. Cole, J. Chem. Phys., 9, 341 (1941).

상세보기
Y. S. Yoo, J. H. Kim, K. S. Seo, H. G. Cho, and Y. K. Park, J. KIEEME, 12, 1052 (1999).
R. J. Morgan, L. T. Mones, and W. J. Steele, Polymer, 23, 295 (1982).

상세보기
T. Imai, F. Sawa, T. Ozaki, T Shimizu, R. kido, M. Kozako, and T. Tanaka, Proc. of International Symposium on Electrical Insulating Materials, 5-9 (Kitakyushu, Japan, 2005) p. 239.
H. C. Karner, Evaluation of Polymeric Insulating Materials for HV Outdoor Application, 6th ISH, 30.02, 1 (1989).
ASTMD 2132-91, Standard Test Method for Dust-and-Fog Tracking and Erosion Resistance of Electrical Insulation Materials (1991).

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