KR20000062838A - 부온도 계수 써미스터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물로 이루어진 한쪽의 부온도 계수 써미스터 소자와 다른쪽의 외부전극과의 부착 강도를 증가시켜서, 써미스터 생산품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 개선된 부온도 계수 써미스터를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 부온도 계수 써미스터는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물로 이루어진 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 전극을 형성함으로써 얻게 된다. 이러한 전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되고, 금속분말에 첨가되는 산화물 분말의 함유량은 1.0wt% 이하(그러나, 0wt%는 포함되지 않음)가 된다.

Description

부온도 계수 써미스터{Negative Temperature Coefficient Thermistor}
본 발명은 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물(rear earth transition element oxide)로 이루어지고 돌입전류(rush current)를 억제하는 것이 가능한 부온도 계수 써미스터에 관한 것이다.
LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물은 종래의 망간 스피넬(manganese spinel)계 부온도 계수 써미스터 재료 보다 B 상수가 크고, 고온에서 써미스터 소자의 저항치를 한층 더 저하시키는 것이 가능하다. 그러므로, 전류를 가할 때에, 부온도 계수 써미스터 소자의 자기 발열을 억제하는 것이 가능하고, 이에 의해 정격 전류치가 증가한다. 이러한 이유로, LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물은 돌입 전류를 억제할 수 있는 부온도 계수 써미스터 소자의 형성시에 재료로서 사용하기에 적당하다.
그러나, LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물로 이루어진 부온도 계수 써미스터 소자에 외부전극을 형성하고자 할 때에, 통상의 SiO2, PbO, Bi2O3등으로 이루어진 일종의 글래스 프릿(glass frit)를 함유하고 있으며, 일종의 후막전극을 형성하는 Ag 또는 Ag-Pd 페이스트(paste)를 사용하면, 부온도 계수 써미스터 소자와 외부전극과의 계면(interface)이 비옴믹(non-ohmic)될 것이고, 그러므로 부온도 계수 써미스터 소자의 저항치는 불안정하게 된다. 이러한 이유로, LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물로 이루어진 부온도 계수 써미스터 소자에는 외면 상에 상기 글래스 프릿를 함유하고 있지 않은 후막전극 형성용 페이스트를 사용함으로써 얻게 되는 외부전극이 형성된다.
그러나, 상기 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 주성분으로 함유하고 있는 상기 부온도 계수 써미스터에서는 프릿이 함유되어 있지 않은 페이스트(fritless paste)에 의해 외부전극이 형성되므로, 통상의 글래스 프릿을 함유하고 있는 후막전극에 비해서 부온도 계수 써미스터 소자와 외부전극과의 부착 강도가 낮다. 부온도 계수 써미스터 소자와 외부전극과의 부착 강도를 높게 하고자 할 때에, 600∼850℃의 온도에서 1시간 동안 소성 처리를 행하지만, 이것으로는 충분하지 않을 것이다(이것은 마치 통상의 후막전극의 형성 공정과 같다). 대신에, 이러한 소성 처리는 900∼1000℃의 온도에서 5시간 동안 실행될 필요가 있다. 따라서, 그 결과, 외부전극의 형성에 비교적 장시간이 필요하므로, 외부전극의 형성 비용이 상승한다는 문제점이 있다.
게다가, 하기와 같은 또 다른 문제점들을 가지고 있다. 즉, 외부전극이 형성된 부온도 계수 써미스터를 회로기판에 부착시키거나, 또는 외부전극이 형성된 부온도 계수 써미스터에 리드선(lead wire)을 땜납하면, 일종의 부온도 계수 써미스터 생산품을 얻는 것이 가능하다. 이러한 부온도 계수 써미스터 생산품을 100℃ 이상의 온도에서 연속적으로 사용하면, Sn 등의 땜납 성분이 외부전극에 확산되어서, 땜납에 의해 외부전극을 형성하는 소자 Ag가 부식될 것이다. 그 결과, 외부전극의 강도는 저하되며, 부온도 계수 써미스터의 저항치는 높아지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물로 이루어진 한쪽의 부온도 계수 써미스터 소자와 다른쪽의 외부전극과의 부착 강도를 증가시켜서, 써미스터 생산품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 개선된 부온도 계수 써미스터를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따라 제작된 부온도 계수 써미스터를 개략적으로 나타내는 부분적인 절단 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따라 제작된 부온도 계수 써미스터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉
1, 11 ... 부온도 계수 써미스터
2 ... 부온도 계수 써미스터 소자
3, 4 ... 외부전극 5 ... 땜납
6, 7 ... 리드선 8 ... 외부 장식 수지
16, 17 ... 단자 18 ... 케이스
본 발명에 따른 제 1 부온도 계수 써미스터는 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성함으로써 얻게 되는 특징이 있다. 특히, 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있고, 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 제 2 부온도 계수 써미스터는 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성하고, 그 다음에 이 외부전극에 땜납 처리에 의해 단자를 접속시킴으로써 얻게 되는 특징이 있다. 특히, 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있고, 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 제 3 부온도 계수 써미스터는 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성함으로써 얻게 되고, 상기 부온도 계수 써미스터 소자를 단자에 의해 탄성적으로 지지하는 조건하에서 상기 써미스터 소자를 케이스 내에 수납하는 특징이 있다. 특히, 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있고, 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있다.
상기 제 1 내지 제 3 부온도 계수 써미스터에 있어서, 금속 분말은 Ag, Ag-Pd 또는 Ag-Pt를 포함하고 있다.
상기 제 1 내지 제 3 부온도 계수 써미스터에 있어서, 금속분말에 첨가된 산화물 분말의 함유량은 1.0wt% 이하(그러나, 0wt%는 포함되지 않음)가 되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 부온도 계수 써미스터에 있어서, 부온도 계수 써미스터 소자는 외부 장식 수지(external decorative resin)로 피복된다.
이러한 방법으로, 부온도 계수 써미스터 소자와 외부전극과의 부착 강도를 증가시키는 것이 가능하다.
본 발명의 한 구현예는 리드 타입(lead type)의 부온도 계수 써미스터 1를 개략적으로 도시하는 도 1를 참조하여 하기에서 설명할 것이다.
부온도 계수 써미스터 1은 부온도 계수 써미스터 소자 2; 부온도 계수 써미스터 소자 2의 2개의 주면; 써미스터 소자 2의 2개의 주면 상에 형성된 외부전극 3, 4; 외부전극 3, 4와 전기적으로 접속되도록 전극에 부착된 리드선 6, 7; 및 외부 장식 수지 8을 포함하고 있다.
부온도 계수 써미스터 소자 2는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 주성분으로 함유하고 있는 세라믹 재료를 사용하여 판 형상의 부재로 형성되며, 그 다음에 소성 처리되어, 직경 7㎜, 두께 1.5㎜의 원형의 판 형상 부재를 얻게 된다.
외부전극 3, 4는 하기에서 설명하는 방법으로 형성된다. 즉, 먼저, Ag, Ag-Pd 또는 Ag-Pt로 이루어진 일종의 금속입자와 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 0.1wt% 혼합하여, 중간 혼합물을 얻는다. 그 다음에, 이 혼합물에 적당량의 유기 비히클(vehicle)을 첨가하여 혼합혼련 처리를 행하여 점도가 조절된 도전 페이스트를 얻게 된다. 이어서, 이 도전 페이스트를 부온도 계수 써미스터 소자 2의 대향하는 양주면을 도포하는데 사용하고, 그 다음에 900℃∼960℃의 온도에서 1시간 동안 베이킹/스티킹(baking/sticking) 처리를 행한다.
부가하여, 부온도 계수 써미스터 소자 2의 대향하는 양주면에 형성된 외부전극 3, 4에 Sn-Ag(성분비 96.5:3.5) 등의 고온 땜납 5를 사용하여 2개의 리드선 6, 7을 부착한다. 마지막으로, 실리콘 수지 등의 외부 장식 수지 8을 사용하여 상기 재료의 외면을 피복하고, 이에 의해 원하는 부온도 계수 써미스터 1를 얻게 된다.
그 다음에, 이렇게 얻어진 부온도 계수 써미스터 1에 있어서, 부온도 계수 써미스터 소자 2와 외부전극 3, 4와의 부착 강도에 대해서 조사하였고, 또한 써미스터를 고온에서 사용할 때에 저항치 변화에 대해서도 조사하였다. 유사하게, Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 어떠한 산화물 분말도 함유하고 있지는 않지만 Ag, Ag-Pd 또는 Ag-Pt로 이루어진 프릿이 함유되어 있지 않는 후막전극 페이스트로 부온도 계수 써미스터 소자 2의 대향하는 양주면을 도포하였고, 그 다음에 900℃∼1000℃의 온도에서 5시간 동안 소성 처리를 행함으로써, 종래 기술에 따라 형성된 종래의 부온도 계수 써미스터를 얻었다. 그 다음에, 종래의 부온도 계수 써미스터에 대해서도 상술한 바와 같은 동일한 방법으로 부착 강도와 저항치 변화를 측정하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 부온도 계수 써미스터 소자 2와 외부전극 3, 4와의 부착 강도는 종래 써미스터와 비교해서, ψ3㎜ 당 19.6N으로부터 29.4N으로 증가된다는 것을 발견하였다. 상기 결과의 이유를 하기에서 설명할 것이다. 즉, 외부전극 3, 4를 베이킹/스티킹 처리를 통해 형성할 때에, 한쪽의 부온도 계수 써미스터 소자 2에 함유되어 있는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물의 산화물 입자와 다른쪽의 외부전극 3, 4에 함유되어 있는 NiO, Cr2O3, Mn2O3및 Fe2O3의 입자가 화학 결합될 것이라는 것을 고려한다. 예를 들어, 외부전극 3, 4에 함유되어 있는 입자가 NiO인 경우, 부온도 계수 써미스터 소자 2와 외부전극 3, 4와의 계면에 LaNiO3가 생성될 것이다. 또한, 예를 들어 NiO가 부온도 계수 써미스터 소자 2 중에 침투되고 확산됨으로써 앵커(anchor) 효과에 의해 물리 결합이 생성될 것이라는 것도 고려한다.
금속 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상을 함유하고 있는 산화물 분말의 함유량은, 외부전극이 형성됨에 따라서 동일한 효과를 얻는 것이 확실하도록 조정될 수 있다. 특히, 땜납의 습윤성, 외부전극의 부착 강도 및 부온도 계수 써미스터의 저항치에 대한 영향을 고려하면, 산화물 분말의 함유량은 1.0wt% 이하가 되는 것이 바람직하다.
또한, 부온도 계수 써미스터 1를 100℃ 이상의 온도에서 연속적으로 사용하는 경우에, 시간 경과에 따른 저항치의 변화는 종래 기술과 비교하여, 20%로부터 1% 미만의 값으로 대폭 억제된다는 것을 발견하였다. 상기 사실의 이유를 하기에서 설명할 것이다. 즉, 외부전극 3, 4에 함유되어 있는 Ni, Cr, Mn 및 Fe의 산화물 분말은 땜납에 함유되어 있는 Sn이 외부전극 3, 4로 확산되는 것을 방지하는데 효과적이고, 또한 외부전극 3, 4의 Ag 부식(이러한 부식은 땜납에 의해서 발생할 것이다)을 방지하는데도 효과적이다. 이에 의해, 외부전극의 부착 강도에서의 가능한 저하를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 양주면 상의 2개의 전극 3, 4가 2개의 단자 16, 17을 통해 도전된 상태에서, 부온도 계수 써미스터 소자 2는 2개의 단자 16, 17에 의해 탄성적으로 지지된다. 사실상, 부온도 계수 써미스터 소자 2와 2개의 공급단자 16, 17이 모두 단열성 케이스 18에 수납되는 케이스 타입의 부온도 계수 써미스터 11이 형성된다.
그러나, 본 발명의 부온도 계수 써미스터는 리드단자를 구비하고 있는 전자 부품으로서 뿐만 아니라 칩 부품으로서도 형성될 수 있다.
이제까지 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속 분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성된 전극을 사용하여, 부온도 계수 써미스터 소자와 외부전극과의 부착 강도가 높은 부온도 계수 써미스터를 얻는 것이 가능하다.
또한, 고온에서도 본 발명의 전극 강도는 낮지 않고, 이에 의해 부온도 계수 써미스터의 저항치에서의 변화가 억제된다는 것을 알 수 있다. 이러한 방법으로, 부온도 계수 써미스터의 신뢰성의 향상을 확신할 수 있다.

Claims (9)

  1. 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성함으로써 얻게 되는 부온도 계수 써미스터에 있어서,
    상기 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있으며,
    상기 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  2. 제 1항에 있어서, 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성하고, 그 다음에 상기 외부전극에 땜납 처리에 의해 단자를 접속시킴으로써 얻게 되는 부온도 계수 써미스터에 있어서,
    상기 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있고,
    상기 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  3. 제 1항에 있어서, 부온도 계수 써미스터 소자의 표면에 외부전극을 형성함으로써 얻게 되는 부온도 계수 써미스터에 있어서,
    상기 부온도 계수 써미스터 소자를 단자에 의해 탄성적으로 지지하는 조건하에서 상기 부온도 계수 써미스터 소자를 케이스 내에 수납하며,
    상기 부온도 계수 써미스터 소자는 LaCoO3계 희토류 천이원소 산화물을 함유하고 있고,
    상기 외부전극은 금속분말에 Ni, Cr, Mn 및 Fe 중의 1종 이상의 산화물 분말을 첨가함으로써 형성되는 도전성 재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 분말은 Ag, Ag-Pd 또는 Ag-Pt를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 금속분말에 첨가된 상기 산화물 분말의 함유량은 1.0wt% 이하(0wt%는 포함되지 않음)가 되는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 금속분말에 첨가된 상기 산화물 분말의 함유량은 1.0wt% 이하(0wt%는 포함되지 않음)가 되는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  7. 제 1항, 제 2항, 제 3항 및 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 부온도 계수 써미스터는 칩 부품이 되는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 부온도 계수 써미스터는 칩 부품이 되는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 부온도 계수 써미스터는 칩 부품이 되는 것을 특징으로 하는 부온도 계수 써미스터.
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