KR100340697B1 - 티탄산바륨을 주성분으로 하는 ｐｔｃ 조성물, 및 이 조성물을이용한 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 BaTiO3를 주성분으로 하는 자동차용 히트 블로우어 레지스터(Heat blower resistor)용 PTC 조성물, 및 이 조성물을 제조하고, 테이프 캐스팅(tape casting)법에 의해 PTC 그린 시트를 제조한 후, 소결하고, 전극을 부착한 후 적층하는 것을 포함하는 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 소형화 및 경량화된 회로 보호소자를 제조하는 것이 가능하고, 두께조절이 용이하며 원하는 모형을 인쇄할 수 있다.
또한, 테이프 캐스팅기술을 통하여 얇은 PTC 기판을 여러장 적층함으로써 낮은 저항을 유도할 수 있으며, 과전류에 대해 PTC 특성이 동작하여 회로를 보호한 후 다시 재동작이 가능하다.
Description
본 발명은 BaTiO3를 주성분으로 하는 자동차용 히트 블로우어 레지스터(Heat blower resistor)용 PTC 조성물, 및 이 조성물을 제조하고, 테이프 캐스팅(tape casting)법에 의해 PTC 그린 시트를 제조한 후, 소결하고, 전극을 부착한 후 적층하는 것을 포함하는 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 PTC (Positive temperature coefficient) 기술은 벌크식이므로 부피가 크고 제조공정이 복잡하며 낮은 상온 저항값을 얻기가 어렵다. 또한, 종래의 히트 블로우어 레지스터 기술은 알루미나(Al2O3) 기판 위에 저항체인 Ag/Pd 페이스트를 일정한 형태로 인쇄하여 사용하는 것으로서, 과전류 유도시 그 저항체의 저항의 증가와 함께 기판 전체의 온도가 상승하여 약 183℃의 온도에서 땜납 부분이 떨어지도록 하여 회로를 보호하는 것이었다. 그러나, 기존 제품은 한 번 과전류에 대하여 원리가 작동한 히트 블로우어 레지스터는 재사용이 불가능하며 화재 위험성이 있다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 종래의 일반적인 세라믹 공정으로 제조되는 벌크형태의 시편이 가지는 두께보다 더 얇은 시편을 제조하는 기술이 요구되며, 종래 히트 블로우어 레지스터 소자가 가졌던 높은 작동 온도 대신 온도변화에 따라 반도체 특성을 가지며 자동차용 히트 블로우어 레지스터에 적합한 PTC 소재, 및 여러번 반복하여 원리가 작동할 수 있는 히트 블로우어 레지스터의 개발이 요구된다.
특히, BaTiO3를 주원료로하는 PTC 조성물로부터 제조되는 자동차용 히트 블로우어 레지스터는 (1) 저항의 가변이 가능할 것(0.2 내지 3 ohm); (2) 과전류에 대한 일정한 단락시간을 가질 것; (3) 정확한 임계온도를 가질 것; (4) 열충격에 강할 것; (5) 80-200℃ 범위의 임계온도 조절이 가능할 것; (6) 주위의 환경에 의해 전기적 특성이 변화하지 말 것; (7) 소형화, 경량화할 것 등이 요구된다.
도 1은 본 발명의 PTC 레지스터의 온도변화에 대한 저항 특성을 나타내는 그래프로서, PTC 히트 블로우어 레지스터의 각 단수에 대한 저항값 및 특성을 나타낸다.
도 2는 PTC 기판 위에 니켈과 은 페이스트 인쇄 및 무전해 도금을 이용하여 전극을 형성한 상태를 나타내는 도이다. (1: PTC 기판, 2: 전극, 3: 금긋기한 부분)
도 3은 PTC 기판을 2장 적층한 상태를 보여주는 도이다.
도 4는 PTC 기판을 3장 적층한 상태를 보여주는 도이다.
도 5는 상기 기판을 3장 적층한 후 윗면의 미세 패턴을 단락시켜 저항을 조절할 수 있음을 나타내는 도이다.
본 발명은 주 원료인 BaTiO3에 Y2O3, CaTiO3, SrTiO3, MnO2, PbTiO3, TiO2, SiO2, Al2O3에서 선택된 성분을 적량 첨가하여 제조된 자동차 히트블로우어 레지스터용 PTC 분말 조성물을 제공한다.
본 발명에 사용되는 PTC 레지스터는 주원료인 BaTiO3의 순도, 첨가제의 양, 균일한 혼합정도 및 열처리 조건에 따라 PTC 서미스터로서의 특성이 민감하게 변화한다. 본 발명에서는, 고상법에 의해 상온 비저항이 5∼100 ohm.cm인 PTC 분말 조성물을 수득하였다.
또한, 본 발명은 상기 PTC 분말 조성물을 제조하고, 테이프 캐스팅(tape casting, Dr. blade 법)에 의해 PTC 그린 시트를 제조한 다음, 일정한 온도에서 소결하고, 전극인쇄 및 도금을 통해 전극을 부착한 후 적층하는 것으로 이루어지는 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조 방법은 BaTiO3의 상온에서 낮은 저항 특성과 일정한 온도(Tc: 퀴리 온도)에서 저항이 급격히 증가하는 특성을 이용하여 자동차의 모터 및 다른 장치를 보호하는 원리를 이용한 것이다.
즉, 본 발명의 자동차용 히트 블로우어 레지스터는 과전류에 대한 모터 보호소자로서, 장치에 과전류가 흐르게 되면 본 발명의 PTC 히트 블로우어 레지스터는 과전류로 인한 PTC 모체의 온도상승과 더불어 퀴리 온도(Tc)를 경계로 저항이 급격히 증가하여 절연체의 특성을 나타내어 스위칭 효과를 갖게 된다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 자동차용 히트 블로우어 레지스터는 인쇄법을 이용하여 일정한 모형(패턴)을 테이프 캐스팅법으로 제조된 PTC 기판 위에 인쇄한 후 적층하기 때문에 소형화 및 경량화된 회로 보호소자를 제조하는 것이 가능하고, 두께조절이 용이하며 원하는 모형을 인쇄할 수 있다.
본 발명에 따르면, 테이프 캐스팅기술을 통하여 얇은 PTC 기판을 여러장 적층함으로써 낮은 저항을 유도할 수 있으며, 과전류에 대해 PTC 특성이 동작하여 회로를 보호한 후 다시 재동작이 가능하다.
본 발명에 따르면, 주원료인 BaTiO3에 Y2O3, CaTiO3, SrTiO3, MnO2, PbTiO3, TiO2, SiO2, Al2O3에서 선택된 성분을 적량 첨가하여 PTC 분말 조성물을 제조하고, 상기 조성물에 알코올, 톨루엔 등의 유기 용매, 어유 등의 분산제, 폴리 비닐 부티랄 등의 바인더 및 디-n-부틸 프탈레이트 등의 가소제를 일정한 비율로 혼합하여 슬러리를 만든 다음, 테이프 캐스팅법(Dr. blade법)을 이용하여 100-450 ㎛ 두께를 갖는 PTC 기판을 제조한다. 이 기판 위에 일정한 패턴으로 전극을 인쇄한 후 여러장 적층하여 저항값을 0.2 내지 3 ohm으로 맞춘다.
이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
(1) PTC 분말의 제조
주원료인 BaTiO3및 기타 첨가물의 순도는 99.9% 이상의 분말을 사용하였다.80∼82.74몰%의 BaTiO3, 0.25∼0.32몰%의 Y2O3, 10∼10.5몰%의 CaTiO3, 0.01∼0.03몰%의 MnO2, 1∼1.15몰%의 SiO2, 5∼6몰%의 SrTiO3,1∼2몰%의 PbTiO3성분을 세라믹 공정인 고상반응법으로 혼합하고, 1차 및 2차 열처리를 한 후 분쇄하여 미립의 분말 조성물을 수득하였다.
(2) PTC 시트의 제조
상기 (1)에서 수득된 PTC 분말을, 유기용매(알코올, 톨루엔 등), 분산제(어유), 결합재(폴리 비닐 부티랄), 가소제(디-n-부틸 프탈레이트) 및 지르코니아볼과 24 시간 동안 혼합한 후, 탈포, 숙성하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드 장비를 이용하여 약 100-450 ㎛ 두께의 PTC 그린 시트로 만들었다.
(3) 소결
상기 수득된 PTC 그린 시트를 2차 열처리 온도까지 온도를 올리면서 유기물을 분해시키고, 다시 1250-1300℃의 범위에서 60-120분 유지한 후 분당 3 - 10℃의 냉각 속도로 냉각하여 PTC 기판을 수득하였다. 소결과정 중 최고온도, 유지시간및 냉각 속도를 조절하여 원하는 상온비저항을 맞춘다. 이는 PTC 히트 블로우어 레지스터 소자를 제조할 때 각 단에서 요구되는 저항을 설계하기 위함이다. 소결시 세타(seta) 플레이트인 지르코니아 기판과 PTC 그린 시트 두께의 지지대를 이용하며, 10장씩 세타 분말을 사이사이 깔아 동시에 여러장을 편평하게 소결한다.
(4) 전극 부착
과정 1
소결된 PTC 기판 위에 상기 도 2에 나타난 바와 같이 전극인쇄를 수행하였다. 인쇄는 스크린 인쇄법을 이용하여 수행되었으며, 오옴 접촉(ohmic contact)을 위해 1차 전극은 니켈, 오옴 접촉용은 페이스트, 알루미늄 페이스트 중 하나를 선택하여 사용하였다. 다시 그 위해 커버 페이스트인 은 페이스트를 인쇄하여 동시에 560℃에서 30분간 소결하였다.
과정 2
소결된 PTC 시트 위에 스크린 인쇄기 장비를 사용하여 폴리머 페이스트로 전극부분이 아닌 부분을 인쇄하여 건조시켰다. 폴리머가 인쇄된 PTC 시트를 무전해 도금하였다. 도금의 순서는 1) 니켈 도금, 2) 은 도금 및 3) 주석 도금 순으로 하였다. 도금 후 폴리머를 용해시킬 수 있는 용매에 넣어 도금된 금속을 제거하였다. 금속이 제거된 PTC 기판을 약 400℃에서 30분간 공기를 흘려주면서 열처리하여 전극을 형성하였다.
(5) 적층
과정 1
전극인쇄된 PTC 시트를 도 3 및 도 4와 같은 방법으로 적층하였다. 도 3은 부피가 크며, 도 4는 도 3에 비해 부피가 작으므로 방열 속도도 느리며, 여러 장 적층할 수 있는 패턴으로 시트와 시트 사이와 측면은 은 에폭시를 사용하였다. 적층된 PTC 시트는 각 단에서 요구하는 저항값을 가지며, 오차범위까지 포함하여 정밀하게 인쇄하였다.
과정 2
도 5는 도 4와 유사한 패턴으로 윗부분에 저항을 감소시킬 수 있도록 도 4와 다르게 패턴을 형성시켰다. 전극을 단락시켜 저항을 줄일 수 있다. 적층방법은 폴리머 접착제를 이용하여 방열판에 부착한 후 노출된 윗부분을 다시 폴리머로 봉하는 방법을 사용하였으며, 도 3, 4, 5는 자동차용 히트 블로우어 레지스터 베이스에 핀방식과 땜납방식 모두 적용가능하다.
본 발명에 따르면 소형화 및 경량화된 회로 보호소자를 제조하는 것이 가능하고, 두께조절이 용이하며 원하는 모형을 인쇄할 수 있다.
또한, 테이프 주조기술을 통하여 얇은 PTC 기판을 여러장 적층함으로써 낮은 저항을 유도할 수 있으며, 과전류에 대해 PTC 특성이 동작하여 회로를 보호한 후 다시 재동작이 가능하다.
Claims (3)
- 80∼82.74몰%의 BaTiO3, 0.25∼0.32몰%의 Y2O3, 10∼10.5몰%의 CaTiO3, 0.01∼0.03몰%의 MnO2, 1∼1.15몰%의 SiO2, 5∼6몰%의 SrTiO3,1∼2몰%의 PbTiO3를 함유하는 것을 특징으로 하는 자동차 히트 블로우어 레지스터용 PTC 분말 조성물.
- 삭제
- 80∼82.74몰%의 BaTiO3, 0.25∼0.32몰%의 Y2O3, 10∼10.5몰%의 CaTiO3, 0.01∼0.03몰%의 MnO2, 1∼1.15몰%의 SiO2, 5∼6몰%의 SrTiO3,1∼2몰%의 PbTiO3를 함유하는 자동차 히트 블로우어 레지스터용 PTC 분말 조성물을 제조하고, 테이프 주조에 의해 PTC 그린 시트를 제조한 다음, 이를 일정한 온도에서 소결하고, 전극인쇄 및 도금을 통해 전극을 부착한 후 적층하는 것으로 이루어지는 자동차용 히트 블로우어 레지스터의 제조 방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030092720A (ko) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 현대자동차주식회사 | 저 전기비 저항을 갖는 세라믹 ｐｔｃ 조성물 |
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1999
- 1999-04-08 KR KR1019990012292A patent/KR100340697B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| KR20030092720A (ko) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 현대자동차주식회사 | 저 전기비 저항을 갖는 세라믹 ｐｔｃ 조성물 |
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| KR20000065689A (ko) | 2000-11-15 |
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