KR100967696B1 - 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 방전유도물질로서 고분자수지 대신에 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층을 적용하고, 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층에 대한 급속열처리공정(RTP:Rapid Thermal Process)을 통하여 입자성장을 제어하는 방식으로 전압가변형 저항물질층에서의 벌크(bulk)특성을 구현함으로써 방전유도물질의 탄화에 따른 쇼트(Short)현상을 근본적으로 방지할 수 있도록 하고, 극단적으로 낮은 정전용량값을 얻어 정전방전에 신속하게 반응할 수 있도록 하는 한편, 내부전극을 미세 패턴화하는 방식으로 그 유효길이를 길게 형성함으로써 과도한 정전방전을 1차 감쇄시킬 수 있도록 하여 정전방전에 대한 안전성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 한편, 내부전극 사이의 간극(Gap)에 의하여 방전전압을 자유자재로 조절할 수 있도록 한 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자 및 그 제조방법이 개시된다.

본 발명은 표면이 매끄럽게 연마된 치밀한 조직의 절연기판; 상기 절연기판의 좌우 양단에 배치되는 한 쌍의 외부전극과; 상기 절연기판 위에 증착되는 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층과; 상기 무기물의 전압가변형 저항물질층의 상부면 또는 하부면에서 외부전극과 전기적으로 연결되며, 설계에 따라 정해진 간극(Gap)을 두고 서로 마주보게 형성되는 한 쌍의 내부전극과; 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층과 내부전극의 상부면에 형성되는 보호막을 포함한다.

정전방전, 전압가변형 저항물질, 내부전극, 외부전극

Description

고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자 및 그 제조방법{DEVICE FOR PREVENTION ELECTROSTATIC DISCHARGE ON RAPID TRANSMISSION DATA COMMUNICATION LINE}

본 발명은 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 데이터통신라인상에서 과도한 정전방전(ESD:Electrostatic Discharge)을 방지하는 정전방전 방지소자를 구성함에 있어, 방전유도물질로서 고분자수지 대신에 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층을 적용하고, 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층에 대한 급속열처리공정(RTP:Rapid Thermal Process)을 통하여 입자성장을 제어하는 방식으로 전압가변형 저항물질층에서의 벌크(bulk)특성을 구현함으로써 방전유도물질의 탄화에 따른 쇼트(Short)현상을 근본적으로 방지할 수 있도록 하고, 극단적으로 낮은 정전용량값을 얻어 정전방전에 신속하게 반응할 수 있도록 하는 한편, 내부전극을 미세 패턴화하는 방식으로 그 유효길이를 길게 형성함으로써 과도한 정전방전을 감쇄시켜 정전방전에 대한 안전성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 한편, 내부전극 사이의 간극(Gap)에 의하여 방전전압을 자유자재로 조절할 수 있도록 한 것이다.

최근, 휴대기기의 기술이 급속도로 발달되면서 대용량의 데이터를 빠르게 전송해야 하는 것은 물론, 대용량의 데이터를 보다 빠르게 처리하기 위한 장비의 소형화가 필수적으로 요구되고 있다.

이와 같은 장비의 소형화는 부품환경에 영향을 미쳐 고집적화된 반도체와 신호처리를 빠르게 하기 위한 고속 스위칭소자 및 휴대기기에 적합한 저전압, 저전력형의 반도체의 수요를 크게 증가시키는 계기가 되었다.

이에 따라 정전방전(Electrostatic Discharge) 같은 과도전압(Transient Voltage)에 민감한 회로의 구성이 불가피하게 되면서 회로를 통하여 흐르는 정전방전에 의하여 집적회로(IC)의 파괴가 빈번하게 발생되었고, 이와 같은 정전방전을 방지하기 위한 대책의 일환으로 별도의 정전방전 보호부품을 적용하였는바, 이와 같은 정전방전 보호부품을 적용하는 경우 오히려 데이터가 왜곡되거나 손실된다는 문제가 있다.

이와 같은 정전방전 방지소자는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, USB 2.0 Device Controller, 고화질TV(HDTV), 안테나, RF회로 등 고속의 데이터전송이 요구되는 장치에 주로 적용되는데, 데이터의 고집적화 및 고속화의 추세에 따라 정전방전 방지의 필요성이 더욱 절실히 요구되고 있는 실정이다.

도 1은 종래 고속 데이터통신라인에 적용되는 정전방전 방지소자의 일 예를 나타내는 평면도이고, 도 2는 종래 고속 데이커통신라인에 적용되는 정전방전 방지소자의 단면도이다.

이를 참조하면, 종래의 정전방전 방지소자(10)는 기판(12)의 좌우 측면에 외 부전극(14)이 배치되고, 기판(12)의 상부면상에는 한 쌍의 내부전극(16)이 정해진 간격을 사이에 두고 서로 마주보게 형성되는 한편, 상기 한 쌍의 내부전극(16) 사이에는 방전유도물질로서 전도성 금속입자(20)가 분산·혼입된 고분자 수지(18)가 코팅된 구조로 이루어진다.

이와 같이 내부전극(16) 사이에 전도성 금속입자(20)가 분산·혼입된 고분자 수지(18)가 코팅된 구조의 종래의 정전방전 방지소자(10)에서는 외부전극(14)을 통하여 내부전극(16)으로 인가되는 정전방전 전압이 한 쌍의 내부전극(16) 사이의 간극(gap) 내에 코팅된 고분자 수지(18)에 혼입된 전도성 금속입자(20)를 통하여 접지로 흐르도록 하였다.

그러나, 종래의 정전방전 방지소자(10)에서는 과도한 에너지를 갖는 정전방전에 발생되는 경우, 절연성의 고분자수지(18)가 탄화되면서 전도성 물질로 바뀌어 쇼트(short) 상태가 되므로 제대로 전달되어야 할 신호가 접지로 흐르게 되어 영상 또는 데이터의 왜곡을 초래한다는 심각한 문제가 있다.

한편, 또 다른 종래기술로서 비선형성(Nonohmic) 및 높은 써지(Surge) 흡수능력 때문에 낙뢰 대책용 써지 어레스터(Surge Arrester) 또는 과전압에 대한 보호, 접점 보호, 정전압장치 등에 사용되는 비선형 저항소자로서 전자장비의 보호소자로 널리 적용되고 있는 전압가변형 저항물질인 산화아연(ZnO) 배리스터(Varistor)가 이용되었다.

상기한 ZnO 배리스터의 비선형성은 ZnO입자(Grain) 사이의 입계(Grain boundary)에 형성된 두개의 쇼트키 장벽(Shottky barriers)에 의한 에너지밴드 모 델로서 주로 해석되는데, ZnO 배리스터의 물질 구성은 전기적으로 전도성을 나타내는 ZnO입자와 전기적으로 절연 특성을 갖는 Bi₂O₃ 또는 Pr₂O₃와 여러 가지 특성을 향상시키기 위해 추가적인 미량의 물질들로 형성된 입계로 이루어지는 것으로 알려진다.

ZnO입자는 전도성이 우수하고, 그 주위를 둘러싼 입계의 이차상은 아주 얇은 두께로 도펀트로 넣어준 양이온들로 주로 구성되는데, ZnO 입자는 통상 비저항 1Ω-㎝, 10㎛의 지름으로 이루어지며, 이차상은 ZnO입자를 감싸고 있고 일반적으로 100㎚의 크기를 갖는다.

ZnO입자와 입계사이의 장벽의 크기는 일반적으로 2∼4V이며, ZnO 배리스터의 방전전압(Breakdown Voltage)은 ZnO입자와 입계의 갯수에 의한 함수이다. 즉, 방전전압은 입계의 전위장벽에 입계의 갯수를 곱한 것이다. 따라서 방전전압을 조절하기 위해서는 전극사이의 입자의 크기를 조절하여 입계의 크기를 조절하거나 또 다른 방법으로 전극사이의 갭을 조절하여 바꿀 수 있다.

이러한 ZnO 배리스터를 이용한 정전방전 방지소자의 종래 기술은 전압가변형 저항물질 형성방법에 따라 대표적으로 그린시트(Green Sheet) 후막(厚膜)과, 스크린인쇄를 통한 후막으로 대별된다.

상기 그린시트 후막을 이용한 선행기술이 대한민국 특허 제10-0693119호(세라믹 부품요소, 세라믹부품 및 그 제조방법)로 제안되었다.

상기 특허 제10-0693119의 선행기술은 표면에 기공이 형성된 절연 세라믹 베 이스와, 상기 절연 세라믹베이스 위에 접합된 전기적 특성을 갖는 기능성 세라믹 시트와, 상기 기능성 세라믹 시트에 접합되어 전기적으로 연결되는 내부전극과, 상기 내부전극의 노출된 부분과 전기적으로 연결되는 외부전극을 포함하며, 기능성 세라믹 시트에 대응하는 그린시트를 상기 절연 세라믹 베이스 표면에 적층하여 등온 등압으로 압착하여 상기 그린시트가 세라믹 베이스상의 기공에 침입, 앵커링되어 물리적으로 접합되고, 그린시트가 앵커링된 상태에서 소성에 의하여 상기 그린시트내의 기능성 산화물 물질들이 고체확산을 통하여 절연 세라믹 베이스에 침투하여 확산접합층을 형성함으로써 화학적인 접합이 이루어지도록 하는 것이다.

그러나, 상기의 선행기술에 적용되는 후막의 전압가변형 저항물질로 이루어진 시트(Sheet)를 알루미나 기판에 접합시킨 형태로 제조되는 그린시트 후막의 경우, 일반적으로 수십에서 수백㎛ 이상의 두께를 갖는 후막 때문에 두께에 비례해서 정전용량값이 증가하여 고속 데이터전송시 데이터가 왜곡된다는 문제가 있다.

종래 기술의 다른 예인 전압가변형 저항물질 페이스트(Paste)를 이용하여 스크린 인쇄한 후 소성하여 제조되는 스크린 인쇄를 통한 후막의 경우, 전압가변형 저항물질의 치밀화가 낮아 원하는 특성을 얻기가 어렵다는 문제가 있다.

또 다른 종래 기술은 전압가변형 저항물질층을 박막으로 제조할 경우, 입자의 크기가 박막 증착 두께와 유사하여 절연성의 입계 생성 개수가 상대적으로 적어 비선형 특성을 만족할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방전유도물질로서 고분자수지 대신에 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층을 적용하고, 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층에 대한 급속열처리공정(RTP:Rapid Thermal Process)을 통하여 입자성장을 제어하는 방식으로 전압가변형 저항물질층에서의 벌크(bulk)특성을 구현함으로써 방전유도물질의 탄화에 따른 쇼트(Short)현상을 근본적으로 방지할 수 있도록 하고, 극단적으로 낮은 정전용량값을 얻어 정전방전에 신속하게 반응할 수 있도록 하는 것을 그 해결과제로 한다.

또, 본 발명은 내부전극을 미세 패턴화하는 방식으로 그 유효길이를 길게 형성함으로써 과도한 정전방전을 1차 감쇄시킬 수 있도록 하여 정전방전에 대한 안정성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 것을 그 해결과제로 한다.

또, 본 발명은 내부전극 사이의 간극(Gap) 설계를 통하여 방전전압을 자유자재로 조절할 수 있도록 하는 것을 그 해결 과제로 한다.

표면이 매끄럽게 연마된 치밀한 조직의 절연기판; 상기 절연기판의 좌우 양단에 배치되는 한 쌍의 외부전극과; 상기 절연기판 위에 증착되는 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층과; 상기 무기물 전압가변형 저항물질층의 상부면 또는 하부면에서 외부전극과 전기적으로 연결되며, 설계에 따라 정해진 간극(Gap)을 두고 서로 마주보게 형성되는 한 쌍의 내부전극과; 상기 박막형태의 무기물의 전압 가변형 저항물질층과 내부전극의 상부면에 형성되는 보호막을 포함한다.

본 발명에서 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층은 그 두께가 10㎛ 이하인 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층내 저항물질의 입자 크기는 박막의 두께의 1/2 이하인 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 내부전극의 형상은 연속된 지그재그 패턴에 의하여 유효길이를 길게 한 형태로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 보호막을 구성하는 물질의 유전율은 20 이하인 특징을 갖는다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자의 제조방법은 기판위에 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층을 형성하는 단계와; 상기 기판상에 형성된 박막형태의 전압가변형 저항물질층에 대하여 500∼1,000℃의 온도, 1시간 이내의 조건에서 급속열처리하여 입자성장을 제어하는 단계와; 상기 기판상에 형성된 무기물의 전압가변형 저항물질층위에 내부전극을 형성하는 단계와; 상기 내부전극 위에 감광제를 코팅하는 단계와; 감광제를 노광한 후 현상하는 단계와; 감광제로 보호된 부분을 제외한 나머지 부분을 식각하는 단계와; 식각공정 이후 남아있는 감광제를 세척하는 단계와; 내부전극을 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호막을 형성하는 단계와; 상기 기판의 양측단에 외부전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명을 적용하면, 종래의 정전방전 방지소자와는 달리 고분자 수지 대신에 무기물의 전압가변형 저항물질층이 적용됨에 따라 과도한 정전방전 발생시 방전유도물질의 탄화현상이 근본적으로 방지되고, 전압가변형 저항물질층의 한쪽 면내에 내부전극이 형성됨으로써 극단적으로 낮은 정전용량값을 얻어 정전기 방전에 매우 신속하게 반응할 수 있으며, 내부전극의 유효길이를 길게 패터닝 하여 과도한 정전방전을 1차적으로 감쇄시킬 수 있슴에 따라 정전방전에 대한 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

또, 내부전극 사이에 형성되는 간극을 통하여 방전전압을 자유자재로 조절할 수 있으며, 정전방전에 대하여 빠르고 높은 내성을 갖는 신뢰성 있는 칩형태의 소자를 제공할 수 있슴에 따라 향후 지속적인 데이터의 고집적화 및 고속화 추세에 따른 안정적인 정전방전 대책을 마련할 수 있게 된다.

또, 전압가변형 저항물질층을 박막형태로 제조할 경우 벌크상태에서 보다 훨씬 치밀한 전압가변형 저항물질층이 형성될 수 있고, 낮은 열처리 온도에 따른 저가의 전극을 사용할 수 있어 경제적으로 유리하며, 전기로를 이용하여 고온에서 소결함시킴에 따라 전기적 절연파괴 및 과도한 비용이 소요되는 종래의 방식과는 달리 급속열처리공정(RTP)을 적용하여 저항물질의 입자 크기를 1㎛ 이하로 정밀하게 제어할 수 있는 큰 장점이 있다.

또, 본 발명에서는 전압가변형 저항물질층과 내부전극을 동시에 소결하는 종래 기술과 달리, 전압가변형 저항물질층을 형성한 후 내부전극을 형성함으로써 대부분의 원재료 비중을 차지하는 귀금속인 고가의 팔라듐이나 백금 내부전극을 전혀 사용하지 않고 알루미늄, 구리, 니켈, 은으로 이루어진 저가의 금속 전극을 사용할 수 있어 경제적으로 매우 유리하다는 장점이 있다.

또, 본 발명에서는 전압가변형 저항물질층의 두께로 방전전압을 조절하는 선행기술과는 달리, 단지 내부전극의 간극(Gap) 조정만으로 쉽게 방전전압을 조정할 수 있어 규격 변경이 매우 용이하며, 전압가변형 저항물질층의 한쪽 면에만 2개 이상의 내부전극을 형성시켜 정전용량을 극단적으로 낮게 할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 단면도이다.

또, 도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자의 제조과정을 순차적으로 나타내는 공정도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 단면도이다.

또, 도 7은 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자와 종래 정전방전 방지소자의 등가회로도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자(40)는 도 3과 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 절연기판(42)의 좌우 양단에 외부전극(44)이 배치되고, 상기 절연기판(42)위에는 박막형태의 무기물의 전압가변 형 저항물질층(46)이 형성되며, 상기 무기물 전압가변형 저항물질층(46)의 상부면 또는 하부면에는 외부전극(44)과 전기적으로 연결된 한 쌍의 내부전극(48)이 설계에 따라 정해진 간극(Gap)을 두고 서로 마주보게 형성되도록 구성되는 한편, 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)과 내부전극(48)의 상부면에는 외부환경으로부터 이들을 보호하기 위한 보호막(50)이 형성된 구조로 이루어진다.

본 발명에서 상기 기판(42) 알루미나, 실리콘, 유리, 유리질 수지(Glass epoxy)가 될 수 있으며, 미리 칩(Chip) 형태로 홈을 만들어 둔 것이나 홈을 내지 않은 것이나 상관없이 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)을 구성하는 저항물질의 주성분은 ZnO, SiC, BaTiO₃, SrTiO₃, Fe₂O₃가 적용될 수 있으며, 그 중에서도 특히 전기적 특성이 양호하여 상용화가 많이 된 ZnO가 주성분인 ZnO-Bi₂O₃계와 ZnO-Pr₂O₃계가 바람직하다.

또, 상기 무기물의 잔압가변형 저항물질층(46)의 두께는 10㎛ 이하의 박막으로 형성되는 것이 바람직하며, 저항물질의 입자 크기는 박막 두께의 1/2 이하가 바람직하다.

이와 같은 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)은 스퍼터링(Sputtering), PLD(Pulsed Laser Deposition), 졸겔(Sol-Gel), CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식에 의하여 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 내부전극(48)을 구성하는 물질로는 알루미늄(Al), 구리 (Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta)이 적용될 수 있으며, 진공물리증착, 진공화학증착, 도금, 스크린 프린팅(Screen printing) 또는 두 가지 증착법을 혼용하는 방식으로 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)위에 형성한다.

상기 내부전극(48)의 형상은 하나의 평면 형태로 이루어질 수도 있으나, 도 3에서와 같이 그 유효길이를 길게 형성하기 위하여 연속된 지그재그 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 보호막층(50)을 구성하는 물질로는 유전율이 20 이하인 무기질의 실리콘, 유리질, 불소수지계가 적용될 수 있으며, 스퍼터링, 졸겔(Sol-Gel), 스크린 프린팅방식에 의하여 형성될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자는 도 5a 내지 도 5i에 도시된 공정에 의하여 순차적으로 이루어진다.

먼저, 도 5a에서와 같이 알루미나, 실리콘, 유리, 유리질 수지중에서 선택된 어느 한 재질의 기판(42)을 준비한 다음, 상기 기판(42) 위에 ZnO, SiC, BaTiO₃, SrTiO₃, Fe₂O₃ 를 주성분으로 하는 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)을 스퍼터링, PLD(Pulsed Laser Deposition), 졸겔(Sol-Gel), CVD(Chemical Vapor Deposition)중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 10㎛ 이하의 두께를 갖는 박막형태로 형성하고, 형성된 무기질의 전압가변형 저항물질층(46)에 대하여 500∼1,000℃의 온도, 1시간 이내의 조건에서 급속열처리하여 입자성장을 제어한다(도 5b).

이와 같이 급속열처리한 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)위에 알루미 늄(Al), 구리 (Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta)중에서 선택된 어느 하나의 물질을 진공물리증착이나 진공화학증착 또는 도금이나 스크린 프린팅 방식으로 증착하여 내부전극(48)을 형성한다(도 5c).

내부전극(48)이 형성된 상태에서 상기 내부전극(48)위에는 도 5d에서와 같이 감광제(60)를 코팅하는데, 이 때 적용되는 감광제(60)로는 음성이나, 양성, 또는 방사 감광제중 어떤 것을 사용해도 무방하며, 코팅방법으로는 스핀코팅(Spin coating)방법이 적용될 수 있다.

그런 다음, 도 5e 내지 도 5g에서와 같이 상기 내부전극(48)상에 코팅된 감광제(60)를 노광한 후 현상하고(도 5e), 감광제(60)에 의하여 보호되는 부분을 제외한 나머지 부분을 식각(도 5f)하는 한편, 식각공정 이후 남아있는 감광제(60)를 아세톤으로 세척하여 제거하면 도 5g에서와 같이 무기질의 전압가변형 저항물질층(46)에 원하는 형상의 내부전극(48)이 형성된다.

이 과정에서 상기 내부전극(46)은 평면 형상으로 형성되거나 또는 도 3에서와 같이 그 유효길이를 길게 형성하기 위하여 연속된 미세한 지그재그 패턴으로 형성될 수 있으며, 한 쌍의 내부전극(48) 사이에는 설계에 따라 정해진 간극이 형성된다.

상기 도 5e의 단계에서는 일반적인 반도체 프로세스가 적용되며, 도 5f의 식각단계에서는 습식이나 건식 또는 반응건식중 어떠한 식각방법을 적용해도 무방하다.

또, 도 5g의 세척단계에서 사용되는 용매로는 이소프로필 알콜(IPA), 아세톤 이 사용될 수 있으며, 초음파 세척방법이 적용될 수 있다.

이와 같이 무기질의 전압가변형 저항물질층(46) 위에 내부전극(48)을 형성한 후 무기질의 전압가변형 저항물질층(46)과 내부전극(48) 위에 유전율이 20 이하인 무기질의 실리콘, 유리질, 불소수지계의 물질을 스퍼터링이나 졸겔(Sol-Gel)방식 또는 스크린 프린팅 방식을 이용하여 보호막(50)을 형성한다.

그런 다음, 상기 기판(42)의 양측단에 내부전극(48)과 전기적으로 연결되도록 외부전극(44)을 형성하면 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자가 얻어진다.

이 과정에서 스크린 인쇄방법에 따른 일반적인 칩부품 외부전극 형성방법이 적용될 수 있으며, 또는 은 페이스트(Ag Paste) 디핑방법을 이용한 후 도금공정을 통하여 니켈과 주석층을 형성하는 방식으로 외부전극(44)을 형성할 수 있다.

이와 같이 제조된 정전방전 방지소자가 고속 데이터통신라인상에 설치되는 경우, 외부전극(44)을 통하여 내부전극(48)으로 인가된 정전방전 전압은 무기질의 전압가변형 저항물질층(46)을 경유하여 접지로 흐르게 된다.

이 과정에서 전도성 입자(grain)와 절연성인 입계(Grain boundary)로 이루어진 상기 무기질의 전압가변형 저항물질층(46)이 박막형태로 형성되는 경우 벌크상태에서 보다 훨씬 치밀한 전압가변형 저항물질층이 형성됨에 따라 높은 에너지를 가진 정전방전에 노출되더라도 종래의 정전방전 방지소자와는 달리 탄화현상이 근본적으로 방지된다.

본 발명에서는 전압가변형 저항물질층(46)의 한쪽 면내에 내부전극(48)이 형 성됨으로써 극단적으로 낮은 정전용량값을 얻어 정전기 방전에 매우 신속하게 반응할 수 있다.

또, 본 발명에서 내부전극(48)이 지그재그 패턴으로 형성되면서 그 유효길이가 길어짐에 따라 과도한 정전방전 전압이 1차적으로 감쇄되고, 감쇄된 정전방전 전압은 도 4에 도시된 바와 같이, 전압가변형 저항물질층(46)을 통하여 2차로 유도됨에 따라 정전방전에 대한 안정성이 크게 향상된다.

상기 내부전극(48) 사이에 형성되는 간극의 크기를 적절하게 설계하는 경우 방전전압을 보다 효과적으로 조절할 수 있게 되는 것이다.

이를 좀 더 상세하게 설명하면, 종래의 정전방전 방지소자(10)가 사용된 회로에 대하여 도 7의 (b)에 도시된 등가회로도와 달리 본 발명에 따른 정전방전 방지소자(40)가 사용된 회로는 도 7의 (a)에 도시된 등가회로도와 같이 내부전극(16) 사이의 간극을 캐패시터(C)로 하는 일종의 RC회로가 만들어진다.

이 상태에서 종래의 정전방전 소자(10)는 내부전극(16)에 높게는 수만 볼트에 이르는 과도한 정전방전 과도전압이 인가되어 정전방전 전압이 거의 감쇄되지 않고 그대로 캐패시터 역할을 하는 고분자수지(18)에 집중됨에 따라 절연성의 고분자수지(18)가 탄화되어 전도성 물질로 바뀌게 되어 쇼트상태가 되며, 그 결과 데이터가 접지로 흐르게 되면서 정전방전 방지소자로서의 기능을 수행할 수 없게 된다.

그러나, 본 발명에서와 같이 내부전극(48)이 연속된 지그재그 패턴으로 형성되면서 그 유효길이가 길어지는 경우, 양쪽 내부전극(48)상의 지그재그 패턴의 형성부위에 저항(R)이 형성되고, 내부전극(48) 사이의 간극이 캐패시터(C) 역할을 하 면서 일종의 RC회로가 만들어진다.

이에 따라 높게는 수만 볼트에 이르는 정전방전 과도전압이 인가되더라도 정전방전 과도전압이 캐패시터 한 곳에 집중적으로 인가되는 것이 아니라, 내부전극(48)을 통하여 흐르는 과정에서 지그재그 패턴의 형성부위의 저항에 의하여 1차로 감쇄되고, 캐패시터부위에 해당되는 무기질의 전압가변 저항물질층(46)을 통과하면서 감쇄된 후 다시 반대쪽 내부전극(48)상의 저항부위에서 감쇄되는 등 정전방전 과도전압이 그 유도경로상의 여러 곳에서 분산·감쇄되는 것이다.

또, 본 발명에 따른 정전방전 방지소자에서 저항에 분배되는 과도전압 V = I·R이므로 내부전극(48)의 유효길이를 변화시키는 경우 저항(R)값이 변화되기 때문에 내부전극(48)의 유효길이를 조정하는 방식으로 필요에 따라 과도전압 분배율을 적절히 조정할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 정전방전 방지소자를 나타내는 평면도이다.

도 2는 종래 정전방전 방지소를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 평면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 단면도이다.

도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자의 제조과정을 순차적으로 나타내는 공정도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자와 종래 정전방전 방지소자의 등가회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

42 : 기판(Substrate) 44 : 외부전극(Outer electrode)

46 : 전압가변형 저항물질 48 : 내부전극(Inner electrode)

50 : 보호막 60 : 감광제(Photoresist).

Claims (6)

1. 표면이 매끄럽게 연마된 치밀한 조직의 절연기판(42);

   상기 절연기판(42)의 좌우 양단에 배치되는 한 쌍의 외부전극(44)과;

   상기 절연기판(42) 위에 증착되고, 10㎛이하의 두께를 가지며, 내부에 형성된 입자의 크기가 전체두께의 1/2이하인 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)과;

   상기 무기물 전압가변형 저항물질층(46)의 상부면 또는 하부면에서 외부전극과 전기적으로 연결되며, 설계에 따라 정해진 간극(Gap)을 두고 서로 마주보게 형성되며, 연속된 지그재그 패턴에 의하여 유효길이를 길게 한 형태로 이루어지는 한 쌍의 내부전극(48)과;

   상기 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)과 내부전극(48)의 상부면에 형성되고, 20이하의 유전율을 가지는 보호막(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자.
2. 기판(42)위에 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)을 형성하는 단계와;

   상기 기판(42)상에 형성된 박막형태의 전압가변형 저항물질층(46)에 대하여 500∼1,000℃의 온도, 1시간 이내의 조건에서 급속열처리하여 입자성장을 제어하는 단계와;

   상기 기판(42)상에 형성된 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)위에 내부전극(48)을 형성하는 단계와;

   상기 내부전극(48)위에 감광제(60)를 코팅하는 단계와; 감광제(60)를 노광한 후 현상하는 단계와;

   감광제(60)로 보호된 부분을 제외한 나머지 부분을 식각하는 단계와;

   식각공정 이후 남아있는 감광제(60)를 세척하는 단계와;

   상기 내부전극(48)을 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호막(50)을 형성하는 단계와;

   상기 기판(42)의 양측단에 외부전극(44)을 형성하는 단계를 포함하여,

   10㎛이하의 두께를 가지며, 내부에 형성된 입자의 크기가 전체두께의 1/2이하인 박막형태의 무기물의 전압가변형 저항물질층(46)을 포함하는 정전방전 방지소자(40)를 제조하는 것을 특징으로 하는 고속 데이터통신라인의 정전방전 방지소자의 제조방법.
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