[논문]저항 온도계수와 방열 구조설계에 따른 션트 고정 저항의 전기적 특성

김은민; 김현창; 이선우

doi:10.4313/jkem.2018.31.2.107

저항 온도계수와 방열 구조설계에 따른 션트 고정 저항의 전기적 특성
Electrical Properties of Temperature Coefficient of Resistance and Heat Radiation Structure Design for Shunt Fixed Resistor 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.31 no.2, 2018년, pp.107 - 111

김은민 (부경대학교 금속공학과) , 김현창 (스마트전자 종합연구소) , 이선우 (인하공업전문대학 전기정보과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we designed the temperature coefficient of resistance (TCR) and heat radiation properties of shunt fixed resistors by adjusting the atomic composition of a metal alloy resistor, and fabricated a resistor that satisfied the designed properties. Resistors with similar atomic composition of copper and nickel showed low TCR and excellent shunt fixed resistor properties such as short-time overload, rated load, humidity load, and high temperature load. Finally, we expect that improved sensor accuracy will be obtained in current-distribution-type shunt fixed resistor for IoT sensors by designing the atomic composition of the metal alloy resistor proposed in this work.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 센서의 기반이 되는 감지의 정밀도를 향상시키기 위한 션트의 성능을 저항 온도계수(temperature coefficient of resistance, T.C.R)와 정격전력 특성을 통하여 분석하였고 방열형 저항 구조와 저항 고정 재료 설계의 효과를 비교하여 최적 센싱정밀도 향상 방법을 제시하였다. 이와 함께 방열 구조와 저항 값 고정 재료의 성능 평가를 통하여 전류 분배형 션트 저항의 감지성능을 최대화할 수 있는 저항설계 방법을 연구하였다.
R)와 정격전력 특성을 통하여 분석하였고 방열형 저항 구조와 저항 고정 재료 설계의 효과를 비교하여 최적 센싱정밀도 향상 방법을 제시하였다. 이와 함께 방열 구조와 저항 값 고정 재료의 성능 평가를 통하여 전류 분배형 션트 저항의 감지성능을 최대화할 수 있는 저항설계 방법을 연구하였다.

제안 방법

온도 변화에 대한 저항의 변화를 최소화하기 위한 방법을 구현하기 위하여 열 이동 속도를 최대화할 수 있는 필름 고정 저항 구조와 열 이동 속도를 최소화할 수 있는 금속 와이어를 이용한 고정 저항 구조로 샘플을 제작하였다. 금속 와이어를 이용한 고정 저항 구조는 저항 금속에서 방열 재료(세라믹 로드, 금속 캡)로의 열이동을 최소화할 수 있기 때문에 재료 고유의 저항 고정성을 시험하기 용이하다.
R 안정화 특성과 방열 특성 설계를 통하여 션트 고정 저항의 전기적인 특성을 고찰하였다. 합금 설계한 션트의 금속을 각각 스퍼터링 증착 및 와이어 신선을 통해 제작하고 현재 상용 전자용 션트 저항 2 W 표준 구조를 바탕으로 완제품을 제작하여 합금 함량과 방열 형태에 따른 전기적 특성을 측정하였다. 실험 결과로부터 Cu-Ni의 함량이 5:5에 가까울수록 낮은 저항 온도계수와 우수한 고정 저항의 특성을 만족하였고 션트 저항의 합금 설계에서 합금의 함량에 따른 T.

대상 데이터

금속 와이어를 이용한 고정 저항 구조는 저항 금속에서 방열 재료(세라믹 로드, 금속 캡)로의 열이동을 최소화할 수 있기 때문에 재료 고유의 저항 고정성을 시험하기 용이하다. 실험은 방열 구조와 저항 고정 재료의 영향을 확인하기 위하여 구리(copper, Cu)에 니켈(nickel, Ni) 함량을 조정하여 합금을 제작하였고,Cu 100 wt%와 Ni 100 wt%는 시험에서 제외하였다.기준 금속인 Cu 100 wt%에 Ni을 각각 5, 10, 20,45, 65, 85 wt%의 합금을 진공용융로에서 용융하여 잉곳 형태로 제조하였고 조성은 표 1과 같다.

성능/효과

합금 설계한 션트의 금속을 각각 스퍼터링 증착 및 와이어 신선을 통해 제작하고 현재 상용 전자용 션트 저항 2 W 표준 구조를 바탕으로 완제품을 제작하여 합금 함량과 방열 형태에 따른 전기적 특성을 측정하였다. 실험 결과로부터 Cu-Ni의 함량이 5:5에 가까울수록 낮은 저항 온도계수와 우수한 고정 저항의 특성을 만족하였고 션트 저항의 합금 설계에서 합금의 함량에 따른 T.C.R 특성과 방열 특성 구현을 확인하였다.
이상과 같은 결과를 통해 전류 분배형 센서 동작에 핵심이 되는 션트 고정 저항의 오동작을 최소화할 수 있고, 감지 동작의 시작이 되는 션트 저항의 T.C.R과방열 특성 개선을 통해 센싱 동작의 정밀성을 상승시킬 수 있다는 것이 확인되었다. 또한 본 연구를 통해 정격전력을 최대화하며 저항 허용오차를 최소화하기 위한 저항 단기시험 및 장기시험의 경향을 재료 설계 방법과 구조 설계 방법으로 제시되었다고 판단할 수 있다.

후속연구

R과방열 특성 개선을 통해 센싱 동작의 정밀성을 상승시킬 수 있다는 것이 확인되었다. 또한 본 연구를 통해 정격전력을 최대화하며 저항 허용오차를 최소화하기 위한 저항 단기시험 및 장기시험의 경향을 재료 설계 방법과 구조 설계 방법으로 제시되었다고 판단할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전된 인터페이스 기술과소프트웨어 기술, 연결망 기술에도 불구하고 사물인터넷 기술 확산이 어려운 이유는?	하지만 발전된 인터페이스 기술과소프트웨어 기술, 연결망 기술에 비하여 센싱의 기본이 되는 전류 분배 션트 저항의 수동 부품 기술은 1980년대 이후로 국내 및 해외의 연구가 종료된 상태로 기술발전이 이루어지고 있지 않는 분야이다 [3]. 즉 현재 4차 산업혁명이 추구하는 사물인터넷 기반의 초연결사회로의 발전에 최대 걸림돌은 보안 문제도, 안전 문제도 아닌 1980년대에 중지된 션트 부품의 정밀도 상승문제로, 전류 분배 기반의 션트 고정 저항의 발전 없이 사물인터넷 기술의 확산을 기대하기 어려운 실정이다. 션트는 고정 저항기로 분류되며 높은 전류 통전, 주변 온도의 상승, 기압 변화와 습도 변화 등 여러 환경적 교란 요소에 대한 일정한 저항을 유지하는 것이 가장 중요한 특성이다 [4].
	사물인터넷이란?	최근 각광받고 있는 사물인터넷은 네트워크 기반의사물 및 전자⋅전기기기 등에 센서를 부착하여 데이터를 인터넷으로 주고받는 기술이나 환경을 통칭하는 것으로 기존의 ‘인터넷에 연결된 기기’와 달리 인간의 조작 없이 사물이 서로의 정보를 공유하며 동작하는 기술이다 [1]. 이상과 같은 초연결사회 및 에너지 저장장치 기반 네트워크는 자동차 자율 주행, 건강 의료, 수면, 요리, 금융 등 사용자가 의식하지 않더라도 필요한 정보를 적합한 시점에 전달해 주는 기기가 보편화될 것으로 예상되고 이와 같은 환경에서 가장 중요한 핵심 기술이 센서의 감지 기술이다 [2].
	와이어형 션트 저항보다 필름형 션트 저항에서 T.C.R이 안정적인 값을 나타내는 이유는?	R이 낮아지므로 적당한 합금 설계가 필수적이다. 또한, 와이어형 션트 저항보다 필름형 션트 저항에서의 열 방출이 용이하여 저항체 전체에서 고른 온도 분포를 보이기 때문에 T.C.

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