KR102666011B1 - ＺｎＯ계 바리스터 조성물과 이의 제조방법 및 바리스터 - Google Patents

ＺｎＯ계 바리스터 조성물과 이의 제조방법 및 바리스터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 ZnO계 바리스터 조성물은 Bi2O3, Pr6O11 및 V2O5를 포함하지 않으며, ZnO, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제, Mn 산화물을 포함하며, 상기한 바리스터 조성물은 디스크 형상으로 성형하고 800~900℃의 온도범위에서 소결하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체의 양면에 외부전극을 부착하여 디스크 타입 바리스터를 제조할 수 있다. 본 발명은 소결온도를 낮추고 비선형성을 높이며 바리스터에 요구되는 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있으므로 바리스터의 특성을 크게 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

ＺｎＯ계 바리스터 조성물과 이의 제조방법 및 바리스터{ZnO-BASED VARISTOR COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD AND VARISTOR THEREOF}
본 발명은 ZnO계 바리스터 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 ZnO계 바리스터 조성물과 이의 제조방법 및 바리스터에 관한 것이다.
ZnO계 바리스터는 바리스터의 재료 조성계 중 Bi-ZnO 혹은 Pr-ZnO계 조성으로 형성된다. ZnO계 바리스터는 SnO2계 바리스터, SiC계 바리스터 및 SrTiO3계 바리스터에 비해서 전압 비선형성이 뛰어나고 정전기(ESD)와 각종 서지(serge)로부터 전자기기를 보호하는 능력이 우수하여 정전기 대책 및 서지 방어용 소자 재료로 많이 사용된다.
Bi-ZnO계 바리스터는 Bi2O3, Sb2O3, Mn, Co, Ni, Cr, glass frit, Al, K 등의 성분을 포함한다. 그런데 Bi2O3 성분은 4종류의 동질이상을 가지며 항복전압을 10V 이하로 낮추면 ESD(Electro-Static Discharge) 내성이 약하기 때문에, 이를 포함하는 Bi-ZnO계 바리스터도 ESD 특성이 좋지 못한 단점을 갖는다.
다만, Bi-ZnO계 바리스터는 위 조성에 소결조제인 V2O5를 첨가하여 ESD 내성 특성을 높이려는 시도가 있었다. V2O5 성분은 자체적으로 670℃에서 용융이 되지만 20 mol% 이하의 소량으로 ZnO에 첨가할 경우, 가열 시 Zn3V2O8 를 형성하거나 보다 고온에서 Zn4V2O9 등의 중간 생성물을 형성하여, 이들 중간 생성물이 용융되는 900℃에서 소결 치밀화가 가능하게 되어 소결온도를 900℃까지 높이게 되며, 누설전류가 높고 비선형성이 낮은 단점을 갖는다.
Pr-ZnO계 바리스터는 전압 비선형성은 대략 양호하나, Bi-ZnO계 바리스터에 비해서 누설전류가 크고, 서지 내량이 다소 낮다는 결점이 있으며, 귀금속 계열의 원료인 Pr6O11(또는 Pr2O3)계 성분을 포함하고 있어 고온소결(1200℃ 전후)이 요구되고, 적층형 칩 바리스터를 제조 시 내부전극으로 고가의 성분(Pd, Pt 등)을 다량 사용하므로 제조 단가가 높은 단점이 있다.
한국등록특허 10-1166049호 "Ｚｎｏ계 바리스터 조성물"(공개일 2012.07.06)
본 발명의 목적은 산화아연(ZnO)을 주성분으로, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하여 각각의 융점보다 낮은 온도에서 생성될 수 있는 공정액상을 유도하고, Mn 산화물을 부성분으로 포함하여 비선형성을 높임으로써 바리스터의 물성을 확보할 수 있도록 한 ZnO계 바리스터 조성물과 이의 제조방법 및 바리스터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 ZnO계 바리스터 조성물은 Bi2O3, Pr6O11 및 V2O5를 포함하지 않으며, ZnO, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 및 Mn 산화물을 포함한다.
ZnO계 바리스터 조성물은 부성분으로 Co3O4, CaCO3, Sb2O3, SiO2 및 Cr2O3 로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함한다.
ZnO계 바리스터 조성물은 조성물 총 중량 대비 ZnO 99.6~86.7 mol%, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 0.3~2 mol% 및 Mn 산화물 0.1~1 mol%를 포함한다.
TeO2와 Bi2WO6의 몰비율(TeO2/Bi2WO6)은 0.5~2.0이다.
ZnO계 바리스터 조성물은 조성물 총 중량 대비 부성분으로 Co3O4 0.1~1mol%, CaCO3 0.2~3mol%, Sb2O3 0.1~3mol%, SiO2 0.2~3mol% 및 Cr2O3 0.1~0.3mol%로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함한다.
Mn 산화물은 MnO, MnO2, Mn2O3 및 Mn3O4로 이루어진 군에서 선택된다.
ZnO계 바리스터 조성물을 디스크 형상으로 성형하고, 800~900℃의 온도범위에서 소결하여 디스크 타입 소결체를 형성하며, 상기 디스크 타입 소결체의 양면에 외부전극을 부착하여 디스크 타입 바리스터를 제조한다.
ZnO계 바리스터 조성물을 테이프 캐스팅하여 복수의 시트로 형성하고, 상기 복수의 시트 각각의 표면에 내부전극을 형성하는 전극물질을 도포하고 적층한 후, 800~900℃의 온도범위에서 소결하여 적층체를 형성하며, 상기 적층체의 양단에 상기 내부전극과 연결되게 외부전극을 형성하여 적층형 칩 바리스터를 제조한다.
ZnO계 바리스터 조성물의 성분을 갖는 소결체와 소결체의 양면에 형성되어 전기신호의 입출력을 기능하는 외부전극을 포함한다.
ZnO계 바리스터 조성물의 소결체와 소결체의 내부에 상하로 서로 이격되도록 매설되어 전기적신호의 입출력을 기능하는 복수의 내부전극과 소결체의 양단에 형성되며 내부전극과 연결되는 외부전극을 포함한다.
내부전극은 100% Ag, 100% Al, Ag와 Al의 합금 중 하나이다.
본 발명은 Bi2O3, Pr6O11(Pr2O3)및 V2O5를 포함하지 않으면서, ZnO, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 및 Mn 산화물을 포함하여 소결온도를 낮추고 비선형성을 높이며 바리스터의 물성을 확보한다.
따라서, 본 발명은 바리스터에서 요구되는 전반적인 우수한 물성(ESD, 누설전류의 증가 방지)을 확보할 수 있으면서도, 800~900℃의 온도에서 소결하기 때문에 100% Ag 또는 Al 또는 그 합금 등 저가 내부전극을 사용할 수 있고 생산단가를 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 부성분으로 Co, Ca, Sb, Si, Cr 등의 산화물을 더 포함하여, 바리스터에 요구되는 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있으므로 바리스터의 특성을 크게 개선시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 디스크 타입 바리스터의 예를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 칩 타입 바리스터의 예를 보인 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예 1~7에서 제조된 ZnO계 바리스터의 전류(I)-전압(V) 커브를 도시한 그래프.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 ZnO계 바리스터 조성물은 Bi2O3, Pr6O11(Pr2O3)및 V2O5를 포함하지 않으며, ZnO, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 및 Mn 산화물을 포함한다.
Bi2O3는 ZnO계 ESD(Electro-static Discharge) 내성을 열화시켜 바리스터의 ESD 특성에 부정적인 영향을 미치므로 포함하지 않는다. Pr6O11(Pr2O3)는 고온소결이 요구되고 바리스터의 제조원가의 상승을 야기하므로 포함하지 않는다. V2O5는 바리스터의 누설전류를 높이고 비선형성이 낮으며 900℃ 이상에서 소결이 가능한 단독 첨가형이므로 포함하지 않는다.
더 구체적으로, Bi2O3는 높은 비선형성, 높은 서지 내량, 낮은 소결온도의 장점이 있지만 첨가제의 종류가 많아 복잡한 미세구조를 형성하고 낮은 정전용량 제품일수록 ESD 내성이 낮아지는 단점이 있다. Pr6O11(Pr2O3)는 첨가제의 종류가 적어 보다 단순한 미세구조를 형성하고 ESD 내성이 높다는 장점이 있지만 높은 소결온도, 비교적 낮은 비선형성과 써지 내량을 갖는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 ZnO계 바리스터 조성물은 Bi2O3, Pr6O11(Pr2O3)및 V2O5를 포함하지 않으며, 대신 TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하여 각각의 융점보다 낮은 온도에서 생성될 수 있는 공정액상(eutectic liquid)을 유도하고, Mn 산화물을 포함하여 우수한 물성의 바리스터 조성물을 얻는다.
각각의 융점보다 낮은 온도에서 생성될 수 있는 공정액상을 유도하면 ZnO의 치밀화 및 미세구조의 균일화를 유도하여 바리스터의 물성을 향상시킬 수 있다.
ZnO는 선형 I-V 거동을 갖는 비화학양론적인 n-type 반도체이다. 비선형성이 높을수록 바리스터의 특성은 우수하다. 따라서 비선형성을 만들기 위해 Mn 산화물이 포함되며 TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하여 액상소결조제로 작용한다.
액상소결조제는 800~900℃의 온도에서 소결이 가능하도록 TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가한다. 800~900℃의 온도에서 소결이 가능하면, 초고압용 디스크 타입 바리스터 또는 100% Ag 또는 Al 또는 그 합금 등 저가 내부전극을 사용할 수 있고 생산단가를 크게 낮출 수 있다.
또한, 바리스터에 요구되는 전반적으로 물성이 우수한 조성물을 얻기 위해 부성분으로 Co, Ca, Sb, Si, Cr 등의 산화물을 더 포함한다. 구체적으로, 부성분으로 Co3O4, CaCO3, Sb2O3, SiO2 및 Cr2O3 중 적어도 하나 이상을 더 포함한다. 예를 들어, 부성분으로 Co3O4, CaCO3, Sb2O3, SiO2 및 Cr2O3 를 각각 또는 일부 포함한다.
바리스터 조성물은 조성물 총 중량 대비 ZnO 99.6~86.7 mol%, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 0.3~2 mol% 및 Mn 산화물 0.1~1 mol%를 기본으로 포함하고, 여기에 부성분으로 Co3O4 0.1~1 mol%, CaCO3 0.2~3 mol%, Sb2O3 0.1~3 mol% SiO2 0.2~3 mol% 및 Cr2O3 0.1~0.3 mol%로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
TeO2와 Bi2WO6는 동시에 첨가하되 몰비율(TeO2/Bi2WO6)이 0.5~2.0이다. 구체적으로, TeO2와 Bi2WO6는 동시에 첨가하되 몰비율(TeO2/Bi2WO6)을 0.5~2.0로 하고, TeO2와 Bi2WO6의 합량을 0.3~2 mol%로 한다.
TeO2와 Bi2WO6는 동시에 첨가하되 몰비율(TeO2/Bi2WO6)을 0.5~2.0로 하고, TeO2와 Bi2WO6의 합량을 0.3~2 mol%로 하여 포함하는 것은 가열(또는 소결)시 공정액상을 유도하여 액상소결조제의 역할을 부여하기 위함이다. 이는 ZnO계 바리스터에서 잘 알려진 Bi2O3, Pr6O11 및 V2O5와 유사한 역할을 하며, 상기와 같은 함량 범위로 포함되는 경우에 800~900℃에서 소결이 가능하면서도 바리스터에 요구되는 전반적인 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있다.
Mn 산화물은 높은 비선형성을 얻기 위해 포함된다. 비선형성이 높을수록 바리스터의 특성이 우수하다. Mn 산화물은 MnO, MnO2, Mn2O3 및 Mn3O4로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, Mn 산화물은 Mn3O4일 수 있다.
Mn 산화물은 0.1~1 mol% 범위로 포함되는 경우에 바리스터에 요구되는 전반적인 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있다. Mn 산화물은 0.1 mol% 미만으로 포함되면 그 효과가 없고, 1 mol%를 초과하여 포함되면 ZnO의 치밀화와 입성장을 억제하여 조성물의 소결이 잘 이루어지지 않아서 소결밀도가 저하되고 높은 바리스터 전압을 형성한다.
ZnO계 바리스터의 비선형성은 입계현상에 의해 발현되며, 소결 중 균일한 입성장과 균일한 미세구조를 형성해야 우수한 바리스터 특성을 갖게 된다. 따라서 Mn 산화물을 0.1~1 mol% 범위로 포함하여 소결 중 균일한 입성장과 균일한 미세구조를 형성하도록 한다.
부성분은 Co3O4의 경우 0.1~1 mol% 범위로 포함되는 경우 바리스터에 요구되는 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있으며, 1 mol%를 초과하는 경우 ZnO의 치밀화와 입성장을 억제하여 조성물의 소결이 둔화되어 소결밀도가 저하되고 바리스터의 물성도 저하될 수 있다.
부성분은 CaCO3의 경우 0.2~3 mol% 범위로 포함되는 경우, 소결을 촉진하여 ZnO 입자를 크게하고 바리스터 전압을 낮추고, 비선형성을 높이는 효과가 있으며, 3 mol%을 초과하여 첨가할 경우 초기 소결 치밀화를 억제하고 누설전류가 높아지는 결과를 초래한다.
부성분은 Sb2O3의 경우 0.1~3 mol% 범위로 포함되는 경우, 바리스터에 요구되는 전반적인 물성이 다소 우수한 조성물을 얻을 수 있으며, Zn7Sb2O12와 같은 스피넬 상을 형성하여 ZnO 입성장을 효과적으로 억제하여 보다 안정적인 바리스터 물성과 바리스터 전압의 제어를 획득할 수 있다. Sb2O3의 경우 3 mol%을 초과하여 첨가될 경우 소결밀도가 저하되고 소결온도를 높여 바리스터 전압이 크게 높아지는 결과를 초래한다.
부성분은 SiO2의 경우 0.2~3 mol% 범위로 포함되는 경우, 비선형성을 일정한 정도로 개선시키며 ZnO 입성장을 다소 억제시키는 역할을 담당한다. SiO2의 경우 3 mol%를 초과하여 포함하는 경우 비선형성은 계속 개선되지만 소결밀도가 낮아지며 보다 높은 바리스터 전압을 형성하게 된다.
부성분은 Cr2O3의 경우 0.1~0.3 mol% 범위로 포함되는 경우, 바리스터에 요구되는 전반적인 물성이 우수한 조성물을 얻을 수 있으며, 0.3 mol%를 초과하는 경우에는 누설전류의 증가와 비선형성이 낮아지고 소결밀도가 낮아지는 결과를 초래한다.
상술한 ZnO계 바리스터 조성물을 이용하여 초고압용 디스크 타입 바리스터 또는 적층형 칩 타입 바리스터로 제조할 수 있다.
한편, ZnO계 바리스터 조성물을 이용한 디스크 타입 바리스터의 제조방법은 ZnO 분말에 액상소결조제, Mn 산화물 및 부성분을 포함하는 ZnO계 바리스터 조성물을 볼밀에 투입하여 혼합하고 분쇄하는 단계와, 탈수 건조처리하여 조립분을 제조하여 출발원료로 사용하는 단계와, 소정량의 출발원료 분말을 성형몰드에 넣고 가성형하여 디스크 타입으로 제조하는 단계와, 디스크 타입을 소결하여 소결체를 제조하는 단계를 포함한다.
소결은 800~900℃ 범위로 수행한다.
ZnO 칩 타입 바리스터를 제조하는 방법은 ZnO계 바리스터 조성물을 볼밀에 투입하고 혼합하여 슬러리로 제조하는 단계와 테이프 캐스팅법으로 수십 ㎛ 두께의 세라믹 시트를 제작하는 단계와 그 시트 위에 Ag 또는 Al 전극 페이스트를 도포 또는 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 다층으로 적층하고 칩으로 절단한 후 소결하는 단계를 포함한다.
상기한 디스크 타입 또는 칩 타입 바리스터를 제조하는 방법은 조성물 총 중량 대비 ZnO 99.6~86.7 mol%, TeO2와 Bi2WO6의 몰비율(TeO2/Bi2WO6)을 0.5~2.0로 한 액상소결조제 0.3~2 mol%, Mn 산화물 0.1~1 mol%을 기본조성으로 하고, 여기에 부성분으로 Co3O4 0.1~1mol%, CaCO3 0.2~3mol%, Sb2O3 0.1~3mol%, SiO2 0.2~3mol% 및 Cr2O3 0.1~0.3mol%로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 ZnO계 바리스터 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 이 분야에서 공지된 방법을 채용하여 실시할 수 있다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 의한 디스크 타입 바리스터의 예를 보인 개략도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바에 의하면, ZnO계 바리스터 조성물 분말은 단일의 디스크(12)로 성형 및 소결된 후, 디스크(12)의 양 표면에 각각 금속전극물질을 도포 또는 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 외부전극(13)을 형성함으로써 일반적인 디스크 타입 바리스터(10)로 제조할 수 있다. 표면실장될 수 없는 형태인 디스크 타입 바리스터(10)는 외부전극(13)에 전기 신호의 입력을 위하여 리드선(14)이 부착될 수 있다.
도 2에 도시된 바에 의하면, ZnO계 바리스터 조성물 분말은 복수의 시트로 형성한 후 이들 시트를 복수로 적층하여 적층체(32)를 형성하되, 최상층 및 최하층에 각각 배치될 더미 시트(전극물질이 도포되지 않은 시트)를 제외한 나머지 그 내부에 적층될 시트들에는 각각 그 표면에 내부전극(33)을 형성할 전극물질을 도포 또는 스크린 프린팅법으로 인쇄하고, 이들 내부의 시트들과 더미 시트들을 차례로 적층한 후 소결하여 적층형 바리스터(30)를 제조할 수 있다. 전극물질은 Ag, Al, Ag/Al 합금 등의 전극물질을 사용할 수 있다. 그리고 전기신호의 입출력을 위하여 바리스터의 양단에 외부전극(35)을 형성하고 내부전극(33)들에 각각 전기적으로 연결시킬 수 있다. 상기한 적층형 바리스터(30)는 공지된 MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor) 제조방법에 의거할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통해 설명하기로 한다.
표 1은 ZnO계 바리스터 조성물을 나타낸 것이다.
조성표 POWER (mol%)
ZnO TeO2 Bi2WO6 Mn3O4 Co3O4 CaCO3 Sb2O3 SiO2
실시예1 98.5 0.5 0.5 0.5
실시예2 98.5 0.5 0.5 0.5
실시예3 97.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
실시예4 98.0 0.5 0.5 0.5 0.5
실시예5 97.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
실시예6 97.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
실시예7 96.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
표 1의 ZnO계 바리스터 조성물을 3배의 증류수와 함께 5mmφ 부분 안정화 지르코니아(YSZ)가 포함된 볼밀에 투입하여 혼합하고 분쇄하였다. 그런 다음, 탈수 건조처리를 향하여 조립분을 제조하여 출발원료로 사용하였다. 소정량의 출발원료 분말을 10mmφ 성형몰드에 넣고 50MPa의 압력으로 1축 가성형하여 디스크 타입으로 제조하여 800℃(실시예 1), 900℃(실시예 2~3), 950℃(실시예 4~7)에서 1시간 공기중에 소결하였다.
위와 같은 방법으로 얻어진 소결체는 양면을 연마하여 두께를 약 1mm로 한 후 옴 접촉(Ohmic contact)용 Ag 페이스트를 세라믹 소결체의 양단에 도포한 다음 550℃에서 10분간 소부처리하여 외부전극을 형성하여 특성 측정용 시편을 제작하였다.
상기의 실시예 1 내지 7에서 제작된 ZnO계 바리스터의 전류(I)-전압(V) 특성을 DC전류전압전원공급 및 측정기(high voltage source measure: Keithley 237)를 사용하여 상온에서 log stair pulse 파형을 인가하여 측정하였다.
전류-전압 특성 파라미터인 바리스터 전압(Vn)은 1mA/㎠ 전류가 흐를 때의 전압으로 [V/mm] 단위로 측정하였으며, 누설전류(IL)는 Vn의 80%에서 측정된 전류[㎂/㎠]이며, 비선형계수(α)는 하기 식 1을 이용하여 구하였다. 그 측정값은 하기 표 2에 나타내었다.
[식 1]
Figure 112019070498136-pat00001
여기서, E1과 E2는 각각 J1(=1mA/㎠)과 J2(=10mA/㎠)에서의 전계이다.
표 2는 표 1의 실시예 1 내지 7에서 제작된 ZnO계 바리스터의 상대밀도, 전압, 비선형 계수, 누설전류를 측정한 측정값을 나타낸 것이다.
구분 소결온도
(℃)		 상대밀도
(g/㎤)		 Vn
(V/mm)		 비선형 계수
(α)		 누설전류
(㎂/㎠)
실시예1 800 97.3 935 53 17
실시예2 900 98.4 767 69 0.5
실시예3 900 97.4 604 35 5
실시예4 950 98.0 445 39 0.7
실시예5 950 97.5 731 65 9
실시예6 950 98.2 420 37 0.1
실시예7 950 96.6 934 46 5
표 2에 의하면, 본 발명의 ZnO계 바리스터 조성물로 제조된 바리스터는 밀도가 높고, 조성 범위에서 비선형성이 우수하고 누설전류도 낮은 값을 나타내며 우수한 바리스터 특성을 보임을 확인할 수 있다.
800~900℃ 온도범위에서 소결한 실시예 1 내지 실시예 3의 경우, 950℃에서 소결한 실시예 4 내지 실시예 7와 비교하여도 밀도, 비선형성, 누설전류에서 부족함이 없었다. 이는 실시예의 ZnO계 바리스터 조성물을 800~900℃에서 소결하여도 우수한 바리스터 특성을 확보할 수 있음을 의미한다.
도 3에는 본 발명의 실시예 1~7에서 제조된 ZnO계 바리스터의 전류(I)-전압(V) 곡선을 도시한 그래프가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바에 의하면, 실시예 1~7의 바리스터는 높은 비선형성을 나타냄이 확인된다. 비선형성이 높으면 전압의 소폭 증가에 대해 큰 전류를 흐르게 한다. 비선형성의 정도는 I=CVα로 표현되고 비선형 I-V 곡선의 평탄도(비선형계수α)로 결정되며, α값이 클수록 바리스터의 특성은 우수하다.
바리스터는 비선형 전류-전압 특성을 갖는 반도성 가변 저항소자로 순간적인 전압 동요를 1ns 이내에 감지하고 제한시키는 동작을 제품의 파괴없이 반복적으로 수행하는 전자 세라믹 부품이다. 따라서 높은 비선형성, 높은 서지 내량, 낮은 소결온도의 필요하다.
본 발명의 ZnO계 바리스터 조성물은 ESD 특성에 부정적인 영향을 미치는 Bi2O3, 누설전류를 높이고 비선형성이 낮으며 900℃ 이상에서 소결이 가능한 단독 첨가형 V2O5, 고온소결이 요구되고 제조원가의 상승을 야기하는 Pr6O11(Pr2O3) 성분을 포함하지 않고, 이를 대체하여 새로운 액상소결조제로 TeO2와 Bi2WO6을 포함한다. 또한 Mn 산화물과 부성분 등을 포함하여 바리스터에서 요구되는 전반적인 우수한 물성을 확보할 수 있다.
또한, 800~900℃의 온도에서 소결하기 때문에 초고압용 디스크 타입 바리스터 또는 100% Ag 또는 Al 또는 그 합금 등 저가 내부전극을 사용할 수 있고, 생산단가를 크게 낮출 수 있다.
상술한 ZnO계 바리스터 조성물을 이용하여 제조한 바리스터는 디스크 타입의 경우, 각종 자동차용 모듈 등에 사용될 수 있고, 칩 타입의 경우 다양한 첨단 기기에 적용될 수 있다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 디스크 타입 바리스터 12: 디스크
13: 외부전극 14: 리드선
30: 칩 바리스터 32: 적층체
33: 내부전극 35: 외부전극

Claims (11)

  1. Bi2O3, Pr6O11 및 V2O5를 포함하지 않으며,
    ZnO;
    TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제; 및
    Mn 산화물; 을 포함하고,
    공정액상이 생성되도록 상기 TeO2와 상기 Bi2WO6의 몰비율(TeO2/Bi2WO6)은 0.5~2.0인 ZnO계 바리스터 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    부성분으로 Co3O4, CaCO3, Sb2O3, SiO2 및 Cr2O3 로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 ZnO계 바리스터 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    조성물 총 중량 대비
    ZnO 99.6~86.7 mol%, TeO2와 Bi2WO6를 동시에 첨가하는 액상소결조제 0.3~2 mol% 및 Mn 산화물 0.1~1 mol%를 포함하는 ZnO계 바리스터 조성물.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    조성물 총 중량 대비
    부성분으로 Co3O4 0.1~1mol%, CaCO3 0.2~3mol%, Sb2O3 0.1~3mol%, SiO2 0.2~3mol% 및 Cr2O3 0.1~0.3mol%로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 ZnO계 바리스터 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 Mn 산화물은
    MnO, MnO2, Mn2O3 및 Mn3O4로 이루어진 군에서 선택되는 ZnO계 바리스터 조성물.
  7. 삭제
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 ZnO계 바리스터 조성물을 테이프 캐스팅하여 복수의 시트로 형성하고, 상기 복수의 시트 각각의 표면에 내부전극을 형성하는 전극물질을 도포하고 적층한 후, 800~900℃의 온도범위에서 소결하여 적층체를 형성하며, 상기 적층체의 양단에 상기 내부전극과 연결되게 외부전극을 형성하여 적층형 칩 바리스터를 제조하는 ZnO계 바리스터 제조방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 의한 ZnO계 바리스터 조성물의 소결체;
    상기 소결체의 내부에 상하로 서로 이격되도록 매설되어 전기적신호의 입출력을 기능하는 복수의 내부전극; 및
    상기 소결체의 양단에 형성되며 상기 내부전극과 연결되는 외부전극;
    을 포함하는 ZnO계 바리스터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부전극은 100% Ag, 100% Al, Ag와 Al의 합금 중 하나인 ZnO계 바리스터.
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