KR100650335B1 - 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)에 관한 것으로, 원통형 유리관에 도전성 피막을 증착 후 절연갭(Gap)을 형성한 원통형 알루미나 기판과 불활성기체를 함께 채워 봉입하여 제조한 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)에 관한 것이다.
원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 아세톤으로 초음파 세척 후 건조하는 제1단계(S10)와, 상기 아세톤으로 세척된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 표면 질화 처리에 의한 확산방지막(AlN)(20)을 형성하는 제2단계(S20)와, 상기 확산방지막(AlN)(20)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에 도전성 피막(30)을 증착하는 제3단계(S30)를 포함한다.
따라서, 본 발명은 기판 표면 질화 처리로 확산방지막(AlN) 형성 후 물리적 또는 화학적 증착법으로 형성한 금속 도전성 피막을 형성할 경우, 열처리시 발생되는 기판으로부터의 산소와 이물질의 확산 유입을 막아 도전성 피막의 전기저항을 현저히 줄일 수 있어 빠른 응답특성과 낮은 방전개시전압 변화율을 얻을 수 있다.
원통형 알루미나 기판, 확산방지막, 도전성 피막
Description
도 1은 종래의 알루미나 기판의 도전성 피막 증착 후 열처리에서 생기는 금속산화물의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 일실시예를 나타내는 부분절개도.
도 3은 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조과정.
도 4는 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제작단계.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 원통형 알루미나 기판 20 : 확산방지막
30 : 도전성 피막
본 발명은 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 원통형 유리관에 도전성 피막을 증착 후 절연갭(Gap)을 형성한 원통형 알루미나 기판과 불활성기체를 함께 채워 봉입하여 제조한 확산방지 막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)에 관한 것이다.
상기 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)는 주로 전화기와 팩스 및 모뎀 등의 통신용 전자기기 통신선과의 접속부분 또는 CRT 구동회로 등에 번개 서지(Surge)나 정전기 등의 이상전압에 의한 전기충격을 받기 쉬운 부분에 설치되어 이상전압 및 이상전류 유입시 기체방전에 의하여 방전에너지를 소모시킴으로써 이상전압에 의해 전자기기를 탑재한 프린트기판이 파손되는 것을 방지하게 된다.
도 1은 종래의 기체 봉입형 과전압 보호소자용 알루미나 기판에 도전성 피막이 증착 후 열처리에서 생기는 금속산화물의 중간층을 보여주는 단면도로써, 원통형 알루미나 기판(300)에 확산 유입 TiO, TiAl, Ti2Al 형성층(310)과 도전성 피막이(320) 차례로 형성됨을 알 수 있다.
그러나, 상기 도 1과 같은 구성은 일반적으로 봉상이나 판상의 알루미나(Al2O3) 기판에 물리적 증착법이나 화학적 증착법으로 도전성 피막을 증착 후 도전성 피막의 결정화 및 치밀화를 위해서 열처리를 한다. 이때, 상기 도 1에서 보여주듯이 산소와 알루미나 기판(300)이 도전성 피막(320) Ti로 확산되어 기판과 도전성 피막(320) 사이에 TiO, TiO2, TiAl, Ti2Al, TiO2 중간층이 생성되어 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)의 전기저항이 증가하여 소자의 응답속도가 증가되며, 계면의 접착력이 약화되어 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)로 응용할 경우에 내방전 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 절연부재의 봉상이나 판상의 알루미나(Al2O3) 재질의 기판에 물리적 증착법이나 화학적 증착법으로 도전성 피막의 증착 공전전에, 알루미나(Al2O3) 기판을 표면 질화 처리하여 확산방지막(AlN)을 형성하는 공정을 거친 후 도전성 피막을 증착하게 되면, 결정화 및 치밀화 열처리시 발생할 수 있는 기판으로부터의 이물질 확산으로 인한 중간층 형성으로 전기적 특성이 저하되는 것을 막는 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)를 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 제조방법으로는,
원통형 알루미나(Al2O3) 기판을 아세톤으로 초음파 세척 후 건조하는 제1단계와,
상기 아세톤으로 세척된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판을 표면 질화 처리에 의한 확산방지막(AlN)을 형성하는 제2단계와,
상기 확산방지막(AlN)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판에 도전성 피막을 증착하는 제3단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 제2단계의 표면 질화 처리 작업은 원통형 알루미나(Al2O3) 기판을 200 sccm/min 이하의 질소 분위기에서 500℃ ~ 700℃의 온도범위 내에서 표면 질화 처리로 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 제2단계에서 형성되는 확산방지막(AlN)은 상압 고온질화법이나 저압에서 플라즈마 질화법을 이용하여 두께 범위를 0.01 ~ 1㎛로 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 플라즈마 질화법에 의한 확산방지막(AlN) 형성은 노 내의 압력을 10-2 ~ 10-3 torr 정도까지 배기 후 질소 주입으로 내부 압력을 1 ~ 10 torr로 형성 유지한 후 300℃ ~ 900℃ 온도범위에서 플라즈마 질화 처리로 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 일실시예를 나타내는 부분절개도이고, 도 3은 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조과정이고, 도 4는 본 발명에 따른 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제작단계이다.
이하, 도면을 참고로 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에서는 확산방지막(20)과 도전성 피막(30)이 차례로 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)의 일실시예에서의 부분절개도를 도시하고 있다. 상기 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)은 유리관(200) 내부에 탑재되는 것으로, 양측에 캡(Cap)(210)과 두멧선(Dumet)(220)이 차례로 삽입되어, 유리관(200)의 양측을 관통하여 리드선(230)이 연결된다. 또한, 상기 유리관(200) 내부는 불활성가스(240)로 채워져 있으며, 상기 확산방지막(20)과 도전성 피막(30)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에는 절연갭(Gap)(250)이 형성되며, 상기 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)의 제조방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 3의 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조과정은 본 발명의 실시에 의한 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)용 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에 확산방지막(20)과 도전성 피막(30)의 형성 흐름도를 나타내고 있다.
도 3(a)는 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 도시하고 있으며, 상기 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 아세톤으로 초음파 세척 후 건조시키게 되며 도 3(b)와 같이, 표면 질화 처리 작업을 진행하게 되는데, 상기와 작업은 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 200 sccm/min 이하의 질소 분위기에서 500℃ ~ 700℃의 온도범위 내에서 표면 질화 처리 작업을 거치게 되면, 도 3(c)와 같이 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에 확산방지막(AlN)(20)이 형성된다.
상기 확산방지막(AlN)(20)은 상압 고온질화법이나 저압에서 플라즈마 질화법을 이용하여 두께 범위를 0.01 ~ 1㎛로 형성하게 되며, 상기 플라즈마 질화법에 의한 확산방지막(AlN)(20) 형성은 노 내의 압력을 10-2 ~ 10-3 torr 정도까지 배기 후 질소 주입으로 내부 압력을 1 ~ 10 torr로 형성 유지한 후 300℃ ~ 900℃ 온도범위에서 플라즈마 질화 처리로 형성하게 된다.
상기 확산방지막(AlN)(20)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에는 도 3(d)와 같이, 통상의 물리적 또는 화학적 증착법에 의해 도전성 피막(30)을 증착하게 된다. 상기 증착되는 도전성 피막(30)의 두께 범위는 0.3 ~ 3㎛로 형성하는데, 상기와 같이 도전성 피막(30)을 0.3 ~ 3㎛ 범위로 하는 이유는 도전성 피막(30)의 두께가 0.3㎛ 이하가 될 경우에는 전기저항이 증가하여 응답속도가 느려지는 문제가 발생하고, 3㎛ 이상이 될 경우에는 도전성 피막(30)이 쉽게 파괴되기 때문이다. 상기 증착되는 도전성 피막(30)의 종류로는 Ti(티타늄)과 Cr(크롬), Ni(니켈), W(텅스텐) 및 Ta(탄탈)와 같은 도전성 금속을 증착하게 된다.
상기 도 3의 제조과정은 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)의 단면도 상태에서의 작업과정을 도시한다.
도 4에서는 상기 도 3의 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조과정을 단계(S10~S30)별로 도시하고 있다. 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 아세톤으로 초음파 세척 후 건조하는 제1단계(S10)와, 상기 아세톤으로 세척된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 표면 질화 처리에 의한 확산방지막(AlN)(20)을 형성하는 제2단계(S20)와, 상기 확산방지막(AlN)(20)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에 도전성 피막(30)을 증착하는 제3단계(S30)로 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자가 제작된다.
표 1 내지 표 4는 Noisekem 사의 Lss-6030 Surge Generator로 인가시 오실로 스코프를 이용하여 각각의 도전성 피막에 대해서 서지인가 전(前)의 방전개시전압과 서진인가 후(後)의 방전개시전압의 변화율과 응답속도의 실험값을 나타내고 있다.
표 1은 기판표면에 확산방지막을 형성 전,후의 도전성 피막의 저항을 측정한 값이며, 표 2는 1.5㎸의 인가전압과 37.5A의 서지(Surge)로 30초 간격으로 5회 실시한 데이타이며, 표 3은 1.5㎸의 인가전압과 750A의 서지(Surge)로 20초 간격으로 5회 실시한 데이타이며, 표 4는 3㎸의 인가전압과 1500A의 서지(Surge)로 20초 간격으로 5회 실시한 데이타이다.
[표 1] 기판표면에 확산방지막을 형성 전,후의 도전성 피막의 저항 측정값.
도전성 피막의 종류 | 확산방지막 형성 전 저항(Ω) | 확산방지막 형성 후 저항(Ω) |
Ti(Ⅰ) | 1.0 | 0.1 |
Ti(Ⅱ) | 1.2 | 0.2 |
Ti/TiN(Ⅰ) | 2.2 | 1.1 |
Ti/TiN(Ⅱ) | 2.3 | 1.2 |
Ti/TiC(Ⅰ) | 2.4 | 1.3 |
Ti/TiC(Ⅱ) | 2.6 | 1.4 |
Ti/TiCN(Ⅰ) | 3.1 | 2.0 |
Ti/TiCN(Ⅱ) | 3.3 | 2.2 |
[표 2] Telecom Wave Surge(10/700 ㎲), 1.5㎸(37.5A), (30초 간격 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도 측정값.
도전성 피막의 종류(확산방지막의 삽입유무) | 서지인가 전 방전개시전압(V) | 서진인가 후 방전개시전압(V) | 변화율(%) | 응답속도(㎲) |
Ti(무) | 290 | 360 | 19.5 | 1.8 |
Ti/TiN(무) | 300 | 340 | 11.8 | 2.0 |
Ti/TiC(무) | 310 | 330 | 6.0 | 2.4 |
Ti/TiCN(무) | 310 | 320 | 6.0 | 3.0 |
Ti(유) | 300 | 340 | 11.8 | 1.5 |
Ti/TiN(유) | 310 | 320 | 3.2 | 2.0 |
Ti/TiC(유) | 320 | 330 | 3.1 | 2.2 |
Ti/TiCN(유) | 340 | 350 | 2.9 | 2.5 |
[표 3] Combination Wave Surge(1.2/50 ㎲), 1.5㎸(750A), (20초 간격 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도 측정값.
도전성 피막의 종류(확산방지막의 삽입유무) | 서지인가 전 방전개시전압(V) | 서진인가 후 방전개시전압(V) | 변화율(%) | 응답속도(㎱) |
Ti(무) | 300 | 700 | 133.0 | 510 |
Ti/TiN(무) | 300 | 680 | 126.6 | 550 |
Ti/TiC(무) | 310 | 560 | 80.6 | 560 |
Ti/TiCN(무) | 310 | 530 | 70.9 | 580 |
Ti(유) | 300 | 550 | 83.3 | 500 |
Ti/TiN(유) | 310 | 550 | 77.4 | 540 |
Ti/TiC(유) | 320 | 530 | 65.0 | 560 |
Ti/TiCN(유) | 340 | 500 | 47.0 | 570 |
[표 4] Combination Wave Surge(1.2/50 ㎲), 3㎸(1500A), (20초 간격 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도 측정값.
도전성 피막의 종류(확산방지막의 삽입유무) | 서지인가 전 방전개시전압(V) | 서진인가 후 방전개시전압(V) | 변화율(%) | 응답속도(㎱) |
Ti(무) | 290 | 1000 | 334.8 | 630 |
Ti/TiN(무) | 300 | 880 | 193.3 | 780 |
Ti/TiC(무) | 310 | 800 | 158.0 | 790 |
Ti/TiCN(무) | 310 | 760 | 145.1 | 800 |
Ti(유) | 300 | 900 | 200.0 | 600 |
Ti/TiN(유) | 310 | 810 | 161.2 | 770 |
Ti/TiC(유) | 320 | 790 | 146.8 | 770 |
Ti/TiCN(유) | 340 | 750 | 120.5 | 780 |
본 발명의 방법으로 기판 표면 질화 처리로 확산방지막(AlN) 형성후 물리적 또는 화학적 증착법으로 형성한 금속 도전성 피막을 형성할 경우 열처리시 발생하는 기판으로부터 산소와 이물질의 확산 유입을 막아 상기 표 1에서와 같이 전기저항을 현저히 줄일 수 있다.
또한, 확산방지막 형성후 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)로 적용시 표 2 내지 표 4에서와 같이 확산방지막이 없는 경우보다 빠른 응답속도 특성과 낮은 방전개시전압의 변화율을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 기판 표면 질화 처리로 확산방지막(AlN) 형성 후 물리적 또는 화학적 증착법으로 형성한 금속 도전성 피막을 형성할 경우, 열처리시 발생되는 기판으로부터의 산소와 이물질의 확산 유입을 막아 도전성 피막의 전기저항을 현저히 줄일 수 있어 빠른 응답특성과 낮은 방전개시전압 변화율을 얻을 수 있다.
또한, 확산방지막(AlN)의 높은 기계적 강도와 높은 열전도율 및 정전 특성이 높아 빠른 방전 유도 효과와 높은 열전달 효과로 고속 서지(Surge) 유입시에 발생하는 전기적 충격과 열화에 의한 기판과 도전성 피막의 박리를 방지할 수 있어 기체 봉입형 과전압 보호소자(Gas Filled Surge Absorber)에 적용할 경우에는 그 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 전화기, 팩스, 모뎀등 통신용 전자기기 통신선과의 접속부분 또는 CRT 구동회로 등에 번개 서지(Surge)나 정전기 등의 이상전압에 의한 전기충격 발생시, 전자기기를 탑재한 프린트기판이 파손되는 것을 방지하는 보호소자의 제조방법에 있어서,원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 아세톤으로 초음파 세척 후 건조하는 제1단계(S10)와,상기 아세톤으로 세척된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 표면 질화 처리에 의한 확산방지막(AlN)(20)을 형성하는 제2단계(S20)와,상기 확산방지막(AlN)(20)이 형성된 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)에 도전성 피막(30)을 증착하는 제3단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제2단계(S20)의 표면 질화 처리 작업은 원통형 알루미나(Al2O3) 기판(10)을 200 sccm/min 이하의 질소 분위기에서 500℃ ~ 700℃의 온도범위 내에서 표면 질화 처리로 형성하는 것을 특징으로 하는 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제2단계(S20)에서 형성되는 확산방지막(AlN)(20)은 상압 고온질화법이나 저압에서 플라즈마 질화법을 이용하여 두께 범위를 0.01 ~ 1㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 플라즈마 질화법에 의한 확산방지막(AlN)(20) 형성은 노 내의 압력을 10-2 ~ 10-3 torr 정도까지 배기 후 질소 주입으로 내부 압력을 1 ~ 10 torr로 형성 유지한 후 300℃ ~ 900℃ 온도범위에서 플라즈마 질화 처리로 형성하는 것을 특징으로 하는 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의 제조방법.
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---|---|---|---|
KR1020050060323A KR100650335B1 (ko) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | 확산방지막이 형성된 기체 봉입형 과전압 보호소자의제조방법 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100755147B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2007-09-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조방법 |
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2005
- 2005-07-05 KR KR1020050060323A patent/KR100650335B1/ko not_active IP Right Cessation
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KR100755147B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2007-09-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조방법 |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |