KR100349304B1 - The additives for low-temperature sintering and low-voltage driven varistor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캐패시터의 기능과 바리스터의 기능을 동시에 갖는 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터에 혼합되는 첨가제를 개시한다.The present invention discloses an additive to be mixed in an SrTiO 3 -based low voltage driven varistor having both a capacitor function and a varistor function.

본 발명의 첨가제는 CuO - SiO2- AO2- BO2- C2O3계 조성물로, 80 ~ 90 : 10 ~ 20 : 0 ~ 5 : 0 ~ 10 : 0 ~ 5 mol 비로 이루어진다. 본 발명의 첨가제를 SrTiO3바리스터에 0.05 ∼ 5.5 wt% 첨가하여 저온 소결 및 저전압 구동형 SrTiO3계 바리스터를 제조한다.The additive of the present invention is a CuO-SiO 2 -AO 2 -BO 2 -C 2 O 3 -based composition, and consists of a ratio of 80 to 90: 10 to 20: 0 to 5: 0 to 10: 0 to 5 mol. The additive of the present invention is added to the SrTiO 3 varistor 0.05 to 5.5 wt% to prepare a low-temperature sintering and low voltage drive type SrTiO 3 varistor.

이와 같은 본 발명에 따른 첨가제는 소결온도를 100∼150℃ 가량 낮출 수 있고, 열처리 공정을 단축시킬 수 있어 제조에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있으며, 저전압 구동형 저전압 구동형 바리스터의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The additive according to the present invention can lower the sintering temperature by about 100 ~ 150 ℃, can shorten the heat treatment process can reduce the cost of manufacturing, it is useful in the manufacture of low voltage driven low voltage driven varistor Can be used.

Description

바리스터 소자의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제{THE ADDITIVES FOR LOW-TEMPERATURE SINTERING AND LOW-VOLTAGE DRIVEN VARISTOR}Low Temperature Sintering and Low Voltage Driven Additives in Varistor Devices {THE ADDITIVES FOR LOW-TEMPERATURE SINTERING AND LOW-VOLTAGE DRIVEN VARISTOR}

본 발명은 캐패시터(Capacitor) 기능과 바리스터(Variable Resistor의 약칭;Varistor)의 기능을 동시에 갖는 복합기능성 반도성 세라믹 부품 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 저온의 소결기술로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 저전압에서 구동할 수 있는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a manufacturing technology of a multifunctional semiconducting ceramic component device having a capacitor function and a varistor (Varistor) function, which can be manufactured by low temperature sintering technology as well as at low voltage. It relates to a low temperature sintering and low voltage drive type additive of a SrTiO 3 based varistor that can be driven.

현재 전자소자는 경박단소(輕薄單小)되는 추세에 있다. 전자부품의 소형화와 휴대화가 요구되고 있으므로 그와 동시에 현재의 전자제품의 내부 회로의 구동 전압 역시 보다 낮아지고 있다. 따라서 내부 회로에 위치하는 바리스터 소자의 구동전압도 낮추어야 할 필요가 있다. 그러므로 향후 바리스터의 추세는 저전압 구동형의 소형이면서 이상전류을 차단하는 것은 물론 노이즈를 흡수할 수 있는 복합기능을 할 수 있는 소자의 개발이다.At present, the electronic device is in a trend of light and thin. As miniaturization and portability of electronic components are required, the driving voltage of internal circuits of current electronic products is also lowered. Therefore, it is necessary to lower the driving voltage of the varistor element located in the internal circuit. Therefore, the trend of varistors in the future is the development of devices that are small, low-voltage driving type, and can function as a complex function to block abnormal current and absorb noise.

통상의 SrTiO3소자는 유전상수가 높기 때문에 유전체로 사용할 수 있고, 이것에 반도성을 부여함으로써 복합기능을 할 수 있는 바리스터 소자로 제조할 수 있다.Since the ordinary SrTiO 3 device has a high dielectric constant, it can be used as a dielectric material, and can be manufactured as a varistor device capable of performing a complex function by giving it semiconductivity.

여기서 나타나는 바리스터(varistor) 특성은 전류 - 전압 특성이 V = I·R의 오믹(ohmic) 특성을 취하는 것이 아니라 I = (V/C)α의 특성을 가진다.The varistor characteristic shown here has a characteristic of I = (V / C) α instead of the current-voltage characteristic taking an ohmic characteristic of V = I · R.

단, I : 전류 V : 인가전압 C : 상수 α : 비직선계수[ α = log(I/V) ]Where I: current V: applied voltage C: constant α: nonlinear coefficient [α = log (I / V)]

α는 전류 - 전압 특성의 비직선적인 정도를 나타내는 것이다. 즉, 비-오믹(non - ohmic)의 정도를 나타내는 것으로 α값이 1이면 오믹(ohmic) 형태를 취하는 것을 의미한다. 하지만 그 이상의 경우나 이하의 경우는 전류 - 전압 특성이 비-오믹(non - ohmic)을 취한다. 정리해서, α값이 1보다 클수록 전류 - 전압 특성의 비-오믹(non - ohmic) 정도가 커진다. 즉, α값이 클수록 바리스터 특성이 우수하게 나타난다. 이런 바리스터의 비직선적인 특성은 어느 전압까지는 SrTiO3시편의 저항이 크게 유지하고 있어서 전류를 흐르지 않게 한다. 그러다 어느 전압(바리스터 전압) 이상의 전압을 인가하게 되면 저항이 급격히 낮아져, 전류가 급격히 흐르게 되어 이상전압이 인가되어도 과도한 이상전압을 억제하여 전압을 안정화시켜줌으로써 전자회로 내부의 소자를 보호해 줄 수 있다. 그리고, SrTiO3자체의 유전특성으로 캐패시터의 역할을 하면서 외부로부터 유입되는 이상전류나 노이즈를 흡수하는 역할을 한다.α represents the nonlinear degree of the current-voltage characteristic. That is, the degree of non-ohmic (non-ohmic) represents the α value of 1 means that it takes an ohmic form. However, in more or less cases, the current-voltage characteristic is non-ohmic. In summary, the greater the value of α, the greater the non-ohmic degree of the current-voltage characteristic. In other words, the larger the value of α, the better the varistor characteristic is. The nonlinear nature of these varistors keeps the resistance of the SrTiO 3 specimen up to a certain voltage so that no current flows. However, when a voltage above a certain voltage (varistor voltage) is applied, the resistance is drastically lowered, and the current flows rapidly, and even when an abnormal voltage is applied, the excessive abnormal voltage is suppressed to stabilize the voltage, thereby protecting the device inside the electronic circuit. . In addition, the dielectric property of SrTiO 3 itself serves as a capacitor to absorb abnormal current or noise introduced from the outside.

이와 같이 두 기능을 동시에 나타냄과 동시에 바리스터 전압을 저전압으로 낮춤으로써 소형화와 휴대화되는 전자제품에 적용시키는 방법이 주목되고 있다.As described above, a method of simultaneously displaying both functions and lowering the varistor voltage to a low voltage is being applied to a miniaturized and portable electronic product.

도 1은 종래기술에 따른 벌크 형태의 SrTiO3저전압 구동형 바리스터 프로세스(process)를 도시하고 있다.1 shows a bulk SrTiO 3 low voltage driven varistor process according to the prior art.

이렇게 제조한 반도성 SrTiO3계 소자의 성능은 소자 내부의 결정립과 결정립계의 특징에 따라 좌우한다.The performance of the semiconducting SrTiO 3 -based device thus manufactured depends on the grains in the device and the characteristics of the grain boundaries.

결정립의 반도성을 제공하기 위해서 SrCO3와 TiO2의 원료분말 혼합시 5가의 첨가물을 첨가하여 얻어진 분말을 하소(Calcination)하여 반도성을 부여한다. 이러한 분말을 성형후, 반도성을 재차 부여시켜주기 위해서 환원가스의 환원분위기에서1450℃이상의 고온에서 소결(Sintering)하여 반도성 세라믹 시편을 제조한다. 이렇게 제조된 시편의 표면에 산화물이 혼합된 조성물들을 도포하여 900 ~ 1200℃의 온도범위에서 열처리하여 산화물이 혼합된 조성물들을 결정립계로 열확산시켜 결정립계를 절연층으로 형성시킨다. 이렇게 되면 열확산되어 형성된 결정립계의 절연층으로 말미암아 B.L.(Boundary Layer) 캐패시터와 같은 구조가 되고, 높은 정전용량을 갖는 캐패시터의 역할을 하게된다. 또한 결정립계는 전류의 흐름을 방해하는 저항층으로 작용하여 바리스터의 역할까지 하게 된다. 따라서, 위에서 언급한 전자소자의 하나로 노이즈를 흡수하는 캐패시터와 이상전압을 억제시켜 줄 수 있는 바리스터의 역할까지 할 수 있는 저전압 구동형 바리스터를 제조할 수 있다.In order to provide the semiconductivity of the grains, the powder obtained by adding a pentavalent additive in the mixing of the raw material powder of SrCO 3 and TiO 2 is calcined to impart semiconductivity. After molding the powder, the semiconductive ceramic specimen is manufactured by sintering at a high temperature of 1450 ° C. or higher in a reducing atmosphere of reducing gas in order to give semiconductivity again. The oxide-mixed compositions are applied to the surface of the specimen thus prepared and heat-treated at a temperature range of 900 to 1200 ° C. to thermally diffuse the oxide-mixed compositions into grain boundaries to form grain boundaries as an insulating layer. In this case, the insulating layer of the grain boundary formed by thermal diffusion causes a structure like a BL (Boundary Layer) capacitor, and serves as a capacitor having a high capacitance. In addition, the grain boundary acts as a resistance layer that interrupts the flow of electric current, and thus acts as a varistor. Accordingly, one of the above-mentioned electronic devices can manufacture a low voltage driving type varistor capable of acting as a capacitor that absorbs noise and a varistor capable of suppressing an abnormal voltage.

SrTiO3를 이용해서 복합기능성 반도성 세라믹 소자를 제공하는 것과 관련하여 칸다 오사무(Kanda Osamu)등에 부여된 일본 특허 출원 07342164호에서는 결정립계의 절연층(저항층)을 형성시키기 위해서 최소한 Co, Cu, Mn 중의 한 종류와 최소한 B, Bi, Na 중의 한 종류를 포함하는 산화물질을 도포함으로써 결정립계를 절연층으로 형성시켜 성능을 향상시켰다.To with respect to providing a multi-functional semiconductive ceramic element using the SrTiO 3 in Japanese Patent Application 07,342,164 number given like Kanda Osamu (Kanda Osamu) at least in order to form a grain boundary insulating layer (resist layer) Co, Cu, Mn By applying an oxide material containing at least one of and at least one of B, Bi, and Na, a grain boundary was formed as an insulating layer to improve performance.

또한, 이토 마사히로(Ito Masahiro)등에 부여된 일본 특허 출원 04009752호에서는 미량의 첨가물 NaNbO3또는 NaTaO3를 첨가하여 저전압 구동형의 바리스터 기능을 할뿐만 아니라 캐패시터의 역할을 하는 소자를 제안하였다.In addition, Japanese Patent Application No. 04009752 assigned to Ito Masahiro et al. Proposed a device that adds a small amount of additive NaNbO 3 or NaTaO 3 to serve as a capacitor as well as a low voltage drive type varistor.

그러나 종래기술에 따른 저전압 구동형 SrTiO3계 반도성 세라믹 부품들은 SrTiO3계로 소자 제조시 1450℃이상의 높은 소결온도로 제작되며, 이러한 높은 소결온도는 공정상의 문제점뿐만 아니라 높은 생산단가와 Na 이온과 같이 전압인가에 따라 움직이는 첨가물로 실제응용에 있어서 문제점을 가지고 있다.However, the low voltage-driven SrTiO 3 based semiconducting ceramic parts according to the prior art are manufactured with SrTiO 3 based high sintering temperature of more than 1450 ℃, and this high sintering temperature is not only a process problem but also high production cost and Na ion. It is an additive that moves according to voltage application and has a problem in practical application.

또한, 종래 기술에 따른 저전압 구동형 SrTiO3계 반도성 세라믹 재료는 그 화학조성이나 제조 소결온도 등에서 만족스럽지 못한 실정이다.In addition, the low-voltage driving type SrTiO 3 -based semiconducting ceramic material according to the prior art is not satisfactory in its chemical composition, manufacturing sintering temperature and the like.

또한, 종래기술에 따른 저전압 구동형 SrTiO3계 반도성 세라믹 부품들은 캐패시터와 바리스터의 두가지 기능을 할 수 있는 저전압 구동형 바리스터로 제작하기 위해서 소결된 시편의 표면에 산화물이 혼합된 조성물들을 도포한 후 900∼1200℃의 온도범위에서 재차 열처리하는 공정이 추가되어야 하는 문제점이 있다.In addition, the low-voltage-driven SrTiO 3- based semiconductor ceramic parts according to the prior art are coated with oxide mixed compositions on the surface of the sintered specimen to produce a low-voltage-driven varistor capable of two functions, a capacitor and a varistor. There is a problem in that the process of heat treatment again in the temperature range of 900 ~ 1200 ℃ has to be added.

이와 같은 종래기술의 한계 및 문제점들을 극복하기 위한 본 발명은 1450℃이상의 높은 소결온도를 낮춤으로써 공정상의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 생산단가를 낮출 수 있는 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터의 저온 소결용 첨가제를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention for overcoming the limitations and problems of the prior art is a low temperature sintering additive of SrTiO 3 low voltage driven varistor that can not only solve the process problems by lowering the high sintering temperature of more than 1450 ℃ but also lower the production cost The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 소결된 시편의 표면에 산화물이 혼합된 조성물들을 도포한 후 900∼1200℃의 온도범위에서 재차 열처리하는 공정없이도 캐패시터와 바리스터의 두가지 기능을 할 수 있는 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터의 첨가제를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is a SrTiO 3- based low voltage driven varistor that can function as a capacitor and varistor without the process of heat-treating again in the temperature range of 900 ~ 1200 ℃ after applying the oxide mixed composition on the surface of the sintered specimen Another purpose is to provide additives.

또한, 본 발명은 종래 기술들에 비해 현저하게 낮은 전압하에서 구동하는 벌크(bulk) 형태의 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터의 저전압 구동형 첨가제를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a low voltage driving additive of a bulk SrTiO 3 based low voltage driven varistor, which is operated under a significantly lower voltage than the related arts.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터에 혼합되는 첨가제에 있어서, 첨가제는 저온 소결 및 저전압 구동형 CuO - SiO2- AO2- BO2- C2O3계 조성물이 80 ~ 90 : 10 ~ 20 : 0 ~ 5 : 0 ~ 10 : 0~ 5 mol 비로 혼합되며, SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터에 대해 0.05 ∼ 5.5 wt% 첨가되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an additive mixed in an SrTiO 3 -based low voltage driven varistor, wherein the additive is a low temperature sintered and low voltage driven CuO-SiO 2 -AO 2 -BO 2 -C 2 O 3 based composition. 80 to 90: 10 to 20: 0 to 5: 0 to 10: 0 to 5 mol is mixed in a ratio, characterized in that 0.05 to 5.5 wt% is added to the SrTiO 3- based low voltage drive varistor.

특히, 본 발명에 따른 첨가제는 CuO - SiO2조성물을 필수 성분으로하여 AO2, BO2및 C2O3로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조성물을 포함하여 이루어진다.In particular, the additive according to the present invention comprises at least one composition selected from the group consisting of AO 2 , BO 2 and C 2 O 3 with CuO-SiO 2 composition as an essential component.

여기서, A, B는 +2가 또는 +4가 금속원소인 Ba, Ce, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pb, Pt, Re, Ru, Se, Si, Sn, Fe, Th, Ti, U, V, W, Zr 중 어느 하나이며, C는 +3가 금속원소인 Al, As, Au, B, Bi, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, La, Mn, Nd, Rh, Sb, Sc, Sm, Tb, Tl, Tm, V, Y, Yb, Cr, In, Lu 중 어느 하나이다.Here, A and B are Ba, Ce, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pb, Pt, Re, Ru, Se, Si, Sn, Fe, Th, Ti, U is one of U, V, W and Zr, and C is Al, As, Au, B, Bi, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, La, Mn, Nd, Rh, Sb, Sc, Sm, Tb, Tl, Tm, V, Y, Yb, Cr, In, Lu.

이와 같은 본 발명에 따른 첨가제는 페로브스카이트형 산화물 유전체인 SrTiO3결정립계에 절연층(저항층)을 형성하여 캐패시터 기능과 바리스터 기능을 동시에 할 수 있으며, 특히 1450℃이상의 높은 소결온도를 100∼150℃ 가량 낮출 수 있어 제조에 소요되는 비용을 감소시켜준다.Such an additive according to the present invention can form an insulating layer (resistance layer) at the SrTiO 3 grain boundary, which is a perovskite oxide dielectric, to simultaneously perform a capacitor function and a varistor function. In particular, a high sintering temperature of 1450 ° C. or higher is 100-150. It can be lowered by about ℃, reducing the cost of manufacturing.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

도 1은 종래기술에 따른 벌크 형태의 SrTiO3계 바리스터 프로세스(process)를 도시한 공정 블록도,1 is a process block diagram illustrating a bulk SrTiO 3 based varistor process according to the prior art;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제가 첨가된 SrTiO3계 바리스터 제조방법을 도시한 공정블럭도,2 is a process block diagram showing a method of manufacturing a SrTiO 3 based varistor to which low temperature sintering and a low voltage driven additive are added according to a preferred embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제가 첨가된 바리스터의 일예를 도시한 사시도.Figure 3 is a perspective view showing an example of the varistor to which the low-temperature sintering and low-voltage driving additive is added according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 리 드 선1: lead wire

2 : 전 극2: all poles

3 : 반도성 세라믹 시편3: Semiconducting Ceramic Specimen

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제를 이용한 SrTiO3계 바리스터 제조방법을 도시한 공정블럭도이다.FIG. 2 is a process block diagram showing a method of manufacturing SrTiO 3 based varistor using low temperature sintering and low voltage driving additive according to a preferred embodiment of the present invention.

SrTiO3를 이용해서 복합기능성 반도성 세라믹 소자를 제조하기 위해서는 SrTiO3결정립의 반도성과 결정립계의 절연층(저항층)의 역할이 중요하기 때문에 결정립은 반도성을 부여하고 또 결정립계에는 절연층(저항층)을 형성시킬 필요가 있다.In order to manufacture a composite functional semiconducting ceramic device using SrTiO 3 , the semiconductivity of the SrTiO 3 grains and the role of the insulating layer (resistance layer) of the grain boundaries are important, so that grains impart semiconductivity and an insulating layer (resistance layer) ) Needs to be formed.

본 발명에서는 SrTiO3계 결정립의 반도체화를 증대시키기 위해서 Nb5+를 혼합시켜 하소시킨다. 동시에 결정립계의 절연층(저항층)의 역할을 증대시키기 위해서 뿐만 아니라 소결온도를 낮추며 일반적 공정에서의 입계에 절연층을 형성하기 위한 특별한 열처리 공정을 단축시키기 위해서 CuO - SiO2- AO2- BO2- C2O3계 조성물( 80 ~ 90 : 10 ~ 20 : 0 ~ 5 : 0 ~ 10 : 0~ 5 mol 비 )을 첨가제로 첨가하였다. 그 후, 95% 질소 - 5% 수소로 이루어진 혼합가스의 환원분위기에서 일반적인 소결온도 이하에서 소결한다. 본 발명에서 A 또는 B 금속원소로 Zr 또는 Ti가 사용되었으며,C 금속원소로 Al이 사용되었다.In the present invention, in order to increase the semiconductorization of the SrTiO 3 -based crystal grains, Nb 5+ is mixed and calcined. At the same time CuO-SiO 2 -AO 2 -BO 2 not only to increase the role of the insulating layer (resistance layer) of the grain boundary but also to reduce the sintering temperature and to shorten the special heat treatment process for forming the insulating layer at the grain boundary in the general process. C 2 O 3 -based composition (80 ~ 90: 10 ~ 20: 0 ~ 5: 0 ~ 10: 0 ~ 5 mol ratio) was added as an additive. Thereafter, the mixture is sintered at a temperature below the normal sintering temperature in a reducing atmosphere of a mixed gas composed of 95% nitrogen-5% hydrogen. In the present invention, Zr or Ti was used as the A or B metal element, and Al was used as the C metal element.

그 결과 벌크(bulk) 형태의 저전압에서 보호소자로써 구동하며 정전용량이 양호한 복합기능성 SrTiO3반도성 세라믹 부품 소자를 제조할 수 있고, 그 제조 온도 또한 1450℃ 이하의 온도인 1300 ~ 1350℃ 범위로 낮추어서 제조할 수 있다.As a result, it is possible to manufacture a multifunctional SrTiO 3 semiconducting ceramic component device which operates as a protection device at a low voltage in the form of a bulk and has good capacitance. It can be produced by lowering.

또한 제조한 시편의 중요 변수는 결정립의 반도성 및 결정립계의 절연층(저항층)이므로 이러한 변수를 확인하기 위해서, 소결된 시편의 미세구조를 확인하였다. 시편의 미세구조는 시편을 연마한 후 열적 식각(Thermal etching)을 한 후 주사전자현미경 (SEM) 및 광학 현미경(OM)으로 관찰하였다. 결정립계에 존재하는 원소들은 확인하기 위해서 주사전자현미경의 분석기기인 WDS(EDS)를 통해서 측정하였다. 측정결과 결정립계에 존재하는 것들은 본 발명에서 제조한 CuO - SiO2- AO2- BO2- C2O3계 화합물임을 확인하였다.In addition, since the important variables of the prepared specimens are the semiconductivity of the grains and the insulating layer (resistance layer) of the grain boundaries, the microstructure of the sintered specimens was confirmed to confirm these variables. The microstructure of the specimen was observed by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope (OM) after the thermal etching (Thermal etching) after grinding the specimen. The elements present in the grain boundary were measured by WDS (EDS), a scanning electron microscope analyzer. As a result of the measurement, those present in the grain boundary were confirmed to be CuO-SiO 2 -AO 2 -BO 2 -C 2 O 3 -based compounds prepared in the present invention.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 구체적인 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a specific manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

탄산 스트론튬(SrCO3)과 산화티탄(TiO2)를 1 : 1 의 mol 비로 혼합하고, 여기에 n-type의 반도성을 부여하기 위해 첨가제(dopant)로 Nb2O5를 0.07mol% 첨가하여 고상법중의 하나인 볼 밀링을 통하여 혼합한다. 이렇게 혼합하여 건조한 분말을 하소(??燒)하여 반도성 페로브스카이트형 산화물인 SrTiO3계 화합물을 얻는다.Strontium carbonate (SrCO 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) are mixed in a mol ratio of 1: 1, and 0.07 mol% of Nb 2 O 5 is added as a dopant to impart n-type semiconductivity. Mix through ball milling, one of the solid phase methods. This mixture is calcined to obtain a SrTiO 3 compound which is a semiconductive perovskite oxide.

이것의 결정성은 XRD를 통하여 확인한다.Its crystallinity is confirmed by XRD.

위의 언급한 방법을 통하여 얻어진 SrTiO3계의 입계에 저항부를 형성하는 동시에 SrTiO3계의 제조시 문제가 되는 높은 소결온도를 낮출 수 있는 첨가물을 혼합하여 건조한다.At the same time, the resist is formed at the grain boundaries of the SrTiO 3 system obtained through the above-mentioned method, and the additives capable of lowering the high sintering temperature, which is a problem in manufacturing the SrTiO 3 system, are mixed and dried.

첨가물은 CuO - SiO2- ZrO2- TiO2- Al2O3계 ( 80 ~ 90 : 10 ~ 20 : 0 ~ 5 : 0 ~ 10 : 0~ 5 mol 비 ) 혼합물이며, 0.05 ∼ 5.5 wt% 첨가하여 고상법 중의 하나인 습식 볼 밀링을 통하여 재 혼합한다. 여기서, 본 발명에 따르면 Zr 또는 Ti를 최외각전자가 2개 또는 4개인 금속원소로 대신할 수 있다. 또한, Al을 최외각전자가 3개인 금속원소로 대신하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.Additive is a mixture of CuO-SiO 2 -ZrO 2 -TiO 2 -Al 2 O 3 system (80 ~ 90: 10 ~ 20: 0 ~ 5: 0 ~ 10: 0 ~ 5 mol ratio), 0.05 ~ 5.5 wt% added And remix via wet ball milling, one of the solid phase methods. According to the present invention, Zr or Ti may be replaced by a metal element having two or four outermost electrons. The same effect can be obtained even if Al is replaced with a metal element having three outermost electrons.

즉, A, B는 +2 또는 +4가 금속원소인 Ba, Ce, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pb, Pt, Re, Ru, Se, Si, Sn, Fe, Th, Ti, U, V, W, Zr 중 어느 하나일 수 있으며, C는 +3가 금속원소인 Al, As, Au, B, Bi, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, La, Mn, Nd, Rh, Sb, Sc, Sm, Tb, Tl, Tm, V, Y, Yb, Cr, In, Lu 중 어느 하나일 수 있다.That is, A and B are Ba, Ce, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pb, Pt, Re, Ru, Se, Si, Sn, Fe, Th, Ti, U, which are +2 or + 4-valent metal elements. , V, W, Zr, and C is a + trivalent metal element Al, As, Au, B, Bi, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, La, Mn, Nd, Rh , Sb, Sc, Sm, Tb, Tl, Tm, V, Y, Yb, Cr, In, Lu may be any one.

또한, A 금속원소와 B 금속원소가 동일한 경우 본 발명에 따른 첨가제는 CuO - SiO2- AO2(BO2) - C2O3계 혼합물로 나타날 수 있다.In addition, when the A metal element and the B metal element are the same, the additive according to the present invention may be represented as a mixture of CuO—SiO 2 —AO 2 (BO 2 ) —C 2 O 3 .

이것을 건조한 후 성형시킨 후 질소-수소 (95%-5%의 비)로 혼합된 가스의 환원분위기 중에서 1200 ∼ 1400℃ 범위의 각 온도에서 2시간동안 소결한다. 냉각단계는 노냉 단계를 택하였다. 이렇게 하여서 얻어진 시편은 반도성을 가질 뿐만 아니라 높은 겉보기 유전율을 갖는다. 또한 저전압에서도 양호한 비직선 저항특성을 갖는 반도성 세라믹 SrTiO3계 시편을 얻는다. 또한 SrTiO3를 이용해서 전자부품 소자로 제작시 제약이 되던 높은 소결온도를 100 ~ 150℃ 낮추어서 제작할 수 있다.It is dried and then shaped and sintered for 2 hours at each temperature ranging from 1200 to 1400 ° C. in a reducing atmosphere of gas mixed with nitrogen-hydrogen (95% -5% ratio). The cooling step was a furnace cooling step. The specimens thus obtained not only have semiconductivity but also have a high apparent dielectric constant. In addition, a semiconducting ceramic SrTiO 3 -based specimen having good nonlinear resistance even at low voltage is obtained. In addition, by using SrTiO 3 can be produced by lowering the high sintering temperature was limited to 100 ~ 150 ℃ when manufacturing an electronic component device.

또한, 본 발명은 결정립계에 절연층(저항층)을 형성시키기 위해서 행하는 별도의 열처리 과정을 첨가물로 대신할 수 있어 이를 생략할 수 있게 된다.In addition, the present invention can replace the separate heat treatment process performed to form an insulating layer (resistance layer) at the grain boundary with an additive, which can be omitted.

표 1은 본 발명에 따라 제조한 시편의 조성비를 나타낸 것이며, 표 2 는 각 시편의 전기적 특성을 평가하여 얻어진 데이터(data)를 나타낸 것이다.Table 1 shows the composition ratio of the specimen prepared according to the present invention, Table 2 shows the data (data) obtained by evaluating the electrical properties of each specimen.

시편 No.Psalm No. Nb2O5의 양( mol % )Amount of Nb 2 O 5 (mol%) 첨가제(CuO - SiO2계)(wt% )Additive (CuO-SiO 2 type ) (wt%) 소결온도Sintering Temperature 1One 0.70.7 33 1200℃1200 ℃ 22 0.70.7 55 1200℃1200 ℃ 33 0.70.7 33 1250℃1250 ℃ 44 0.70.7 55 1250℃1250 ℃ 55 0.70.7 33 1300℃1300 ℃ 66 0.70.7 55 1300℃1300 ℃ 77 0.70.7 33 1350℃1350 ℃ 88 0.70.7 55 1350℃1350 ℃ 99 0.70.7 33 1400℃1400 ℃ 1010 0.70.7 55 1400℃1400 ℃ 1111 0.70.7 33 1450℃1450 ℃ 1212 0.70.7 55 1450℃1450 ℃

시편 No.Psalm No. ε( × 104)ε (× 10 4 ) V1mA V 1mA αα 상대소결밀도(B.D.)Relative Sintered Density (B.D.) 1One 2.12.1 1.641.64 -- 72.0272.02 22 2.02.0 1.731.73 -- 73.0473.04 33 3.13.1 3.563.56 8.58.5 90.4290.42 44 3.13.1 3.323.32 9.69.6 89.7489.74 55 3.43.4 3.953.95 10.310.3 92.3192.31 66 3.73.7 3.463.46 12.712.7 92.1192.11 77 4.04.0 4.314.31 11.111.1 94.0294.02 88 4.44.4 3.843.84 13.613.6 93.6893.68 99 4.14.1 4.604.60 10.310.3 95.0795.07 1010 4.24.2 4.024.02 12.112.1 94.1994.19 1111 4.24.2 4.484.48 9.29.2 95.0895.08 1212 4.34.3 3.733.73 10.710.7 94.8994.89

참고 ) α = 1/log(V10mA/V1mA)Note) α = 1 / log (V 10 mA / V 1 mA )

B.D. = W(건조)/[W(포수)- W(현수) ] BD = W (dry) / [ W (catcher) -W (suspension) ]

여기서 B.D. : Bulk Density ( 상대소결밀도 )Where B.D. Bulk Density

V10mA: 전류가 10mA일 경우 전압V 10mA : Voltage when current is 10mA

V1mA: 전류가 1mA일 경우 전압V 1mA : Voltage when current is 1mA

W : Weight (무게)W: Weight

표 1, 표 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 첨가제에 의해 시편의 구동전압은 종래 기술에 따른 저전압용 SrTiO3계 소자에 비해 현격하게 낮은 구동전압을 실현할 수 있다.As can be seen from Table 1 and Table 2, the additive driving voltage of the specimen can realize a significantly lower driving voltage than the low-voltage SrTiO 3- based device according to the prior art.

따라서, 본 발명의 공정을 이용하면 정전용량이 높을 뿐만 아니라, 전자제품의 소형화와 휴대화에 따라 요구되어지는 저전압하에서 구동이 가능한 SrTiO3계 바리스터를 제조할 수 있다.Therefore, by using the process of the present invention, not only the capacitance is high, but also SrTiO 3 varistors can be manufactured that can be driven under the low voltage required for miniaturization and portability of electronic products.

또한 SrTiO3계 조성물을 이용하여 전자소자를 제조할 때 제약이 되는 1450℃이상의 고온에서 제조해야하는 제조상의 문제점을 1450℃보다 100 ~ 150℃ 낮은 온도( 약 1300 ~ 1350℃ 범위)에서 제조할 수 있게 되어 SrTiO3전자부품 소자 제작시의 제약을 해결할 수 있다.In addition, the manufacturing problems to be manufactured at a high temperature of more than 1450 ℃ which is a constraint when manufacturing an electronic device using the SrTiO 3 system composition to be manufactured at a temperature of 100 ~ 150 ℃ lower (about 1300 ~ 1350 ℃ range) than 1450 ℃ This solves the limitations of manufacturing SrTiO 3 electronic components.

도 3은 본 발명에 따른 저전압 구동형 바리스터의 일예를 도시한 개략사시도이다.3 is a schematic perspective view showing an example of a low voltage driven varistor according to the present invention.

즉, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 SrTiO3계 반도성 세라믹 시편(3)이 벌크형으로 제조되며, 시편(3)의 양단에 전극(2)이 형성되고, 전극(2)의 일단에 외부의 전기장치와 전기적으로 연결하기 위한 리드선(1)이 연결된 구조를 보이고 있다.That is, the SrTiO 3 based semiconducting ceramic specimen 3 is manufactured in bulk by the manufacturing method according to the present invention, and electrodes 2 are formed at both ends of the specimen 3, and at one end of the electrode 2 It shows a structure in which the lead wire (1) for electrically connecting with the electrical device is connected.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.As mentioned above, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as it merely illustrates one preferred embodiment of the present invention.

따라서, 본 발명의 첨가제는 페로브스카이트형 산화물 유전체인 SrTiO3결정립계에 절연층(저항층)을 형성하여 캐패시터 기능과 바리스터 기능을 동시에 할 수 있으며, 특히 소결온도를 100∼150℃ 가량 낮출 수 있어 제조에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 저저압하에서 구동될 수 있는 저전압 구동형 바리스터를 제공할 수 있어 소형화되고 휴대화되어가는 전자제품에 유용하게 쓰일 수 있다.Therefore, the additive of the present invention can form an insulating layer (resistance layer) at the SrTiO 3 grain boundary, which is a perovskite oxide dielectric, to simultaneously perform a capacitor function and a varistor function, and in particular, lower the sintering temperature by about 100 to 150 ° C. In addition to reducing the manufacturing cost, it is possible to provide a low voltage driven varistor that can be driven under low pressure, which can be useful for miniaturized and portable electronic products.

Claims (7)

SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터에 혼합되는 첨가제에 있어서,In the additive mixed in the SrTiO 3 low voltage drive varistor, 상기 첨가제는 저온 소결 및 저전압 구동형 성분 CuO 와 SiO2가 80 ~ 90 : 10 ~ 20 mol 비로 혼합되어 이루어지며,The additive is a low-temperature sintering and low-voltage driven component CuO and SiO 2 is made of a mixture of 80 to 90: 10 to 20 mol ratio, 상기 첨가제는 상기 SrTiO3계 저전압 구동형 바리스터에 3 ∼ 5 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.The additive is a low temperature sintering and low-voltage driving type additives of SrTiO 3 based varistor characterized in that the addition of 3 ~ 5 wt% on the SrTiO 3 based low-voltage driving type varistor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 첨가제는 상기 CuO 와 SiO2성분외에 AO2, BO2및 C2O3로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조성물을 포함하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.The additive is a low-temperature sintering and low voltage driven additive of SrTiO 3 -based varistor comprising at least one composition selected from the group consisting of AO 2 , BO 2 and C 2 O 3 in addition to the CuO and SiO 2 components. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 A는 +2가 또는 +4가 금속원소인 것을 특징으로 하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.A is a low-temperature sintering and low-voltage driving additive of SrTiO 3- based varistor, characterized in that +2 or +4 metal element. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 B는 +2가 또는 +4가 금속원소인 것을 특징으로 하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.B is a low-temperature sintering and low-voltage driving additive of SrTiO 3- based varistor, characterized in that +2 or +4 is a metal element. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기, C는 +3가 금속원소인 것을 특징으로 하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.Wherein, C is a low-temperature sintering and low voltage drive type additive of SrTiO 3 varistor, characterized in that the + trivalent metal element. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 CuO - SiO2- AO2- BO2- C2O3계 조성물은 80 ~ 90 : 10 ~ 20 : 0 ~ 5 : 0 ~ 10 : 0 ~ 5 mol 비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 SrTiO3계 바리스터의 저온 소결 및 저전압 구동형 첨가제.The CuO-SiO 2 -AO 2 -BO 2 -C 2 O 3 -based composition of the SrTiO 3- based varistor, characterized in that consisting of 80 to 90: 10 to 20: 0 to 5: 0 to 10: 0 to 5 mol ratio Low temperature sintering and low voltage driven additives.
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