KR20050081942A - Manufacturing method for surge absorber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방전 전극으로 금속 박막을 사용하여 이상 전압에 대한 응답속도를 향상시킴으로써 이상 전압을 빠른 시간 내에 흡수하면서도, 금속 박막에 보호막을 형성하여 금속 박막이 방전에너지에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 서지흡수기의 반복 사용수명을 연장시킨다.The present invention uses a metal thin film as a discharge electrode to improve the response speed to the abnormal voltage while absorbing the abnormal voltage in a short time, while forming a protective film on the metal thin film to prevent the metal thin film from being damaged by the discharge energy surge absorber Extends the service life of the repeater.
또한, 본 발명은 보호막을 금속 박막에 적절히 배치시켜 금속 박막의 손상을 효과적으로 방지하면서도 보호막 배치에 따른 서지흡수기의 제조공정을 단순화한다.In addition, the present invention simplifies the manufacturing process of the surge absorber according to the protective film arrangement while the protective film is properly disposed on the metal thin film to effectively prevent damage to the metal thin film.
Description
본 발명은 서지흡수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 불활성기체가 채워진 채로 절연성을 유지하는 관내에 서지흡수소자를 봉입한 서지흡수기의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surge absorber, and more particularly, to a method for manufacturing a surge absorber in which a surge absorbing element is enclosed in a tube maintaining insulation while an inert gas is filled therein.
서지흡수기는 주로 전화기, 팩스, 모뎀 등 통신용 전자기기의 통신선과의 접속부분, 또는 CRT 구동회로 등, 번개 서지나 정전기 등의 이상전압에 의한 전기충격을 받기 쉬운 부분에 설치되어 이상전압 유입시 기체방전에 의하여 방전에너지를 소모시킴으로써 이상전압에 의해 전자기기를 탑재한 프린트기판이 파손되는 것을 방지하는 장치이다.The surge absorber is mainly installed in the connection part with communication line of communication electronic device such as telephone, fax, modem or CRT driving circuit, and the part which is easy to receive electric shock by abnormal voltage such as lightning surge or static electricity. By discharging the discharge energy by the discharge, it is a device to prevent the printed circuit board on which the electronic device is mounted due to the abnormal voltage.
종래의 서지흡수기는 도 1과 같이, 서지흡수소자(3)를 불활성기체가 채워진 유리관(1) 내에 수용한다. 이 유리관(1)의 양단에는 유리관(1)을 밀봉하는 밀봉전극(2)이 마련되고, 이 밀봉전극(2)은 서지흡수소자(3)의 양단에 마련된 단자전극(4)에 전기적으로 연결된다.A conventional surge absorber accommodates a surge absorbing element 3 in a glass tube 1 filled with an inert gas, as shown in FIG. Both ends of the glass tube 1 are provided with a sealing electrode 2 for sealing the glass tube 1, and the sealing electrode 2 is electrically connected to the terminal electrodes 4 provided at both ends of the surge absorption element 3. do.
이 서지흡수소자(3)는 원통형의 비전도성 부재(3a)를 포함하며, 이 비전도성 부재(3a)의 표면에는 방전 전극으로 작용할 수 있도록 방전 갭에 의해 분할되는 도전성 피막(3b)이 비전도성 부재(3a)를 감싸도록 증착되어 있다.The surge absorption element 3 includes a cylindrical non-conductive member 3a, and a conductive film 3b divided by a discharge gap is formed on the surface of the non-conductive member 3a so as to act as a discharge electrode. It is deposited to surround the member 3a.
종래에는 이상전압에 의한 응답속도를 향상시키기 위해 방전 전극을 형성하는 도전성 피막(3b)으로 전기전도도가 상대적으로 높은 주로 티탄(Ti) 또는 니켈(Ni) 등의 금속 박막을 사용한다.Conventionally, a metal thin film such as titanium (Ti) or nickel (Ni), which has relatively high electrical conductivity, is used as the conductive film 3b for forming a discharge electrode in order to improve the response speed due to an abnormal voltage.
그러나, 이 금속 박막은 응답속도는 우수하지만, 내서지 특성과 내열특성이 상대적으로 낮기 때문에 이상전압이 유입되어 기체방전이 일어나면, 기체 방전시 발생하는 방전에너지에 의해 금속 박막이 파손될 우려가 있다. 즉, 기체 방전시 발생하는 방전에너지로 인해, 전계 이동(electro migration)에 따른 전기적인 충격 등에 의해 금속 박막이 변형되거나 순간적인 온도상승으로 인한 기화 등으로 인해 금속 박막이 용융될 수 있어 반복 수명이 짧아지는 문제점이 있다.However, although the metal thin film is excellent in response speed, since the surge resistance and heat resistance are relatively low, when the abnormal voltage is introduced and gas discharge occurs, the metal thin film may be damaged by the discharge energy generated during gas discharge. That is, due to the discharge energy generated during gas discharge, the metal thin film may be deformed due to electric shock due to electric migration, or the metal thin film may be melted due to vaporization due to instantaneous temperature rise, resulting in repeated lifespan. There is a problem of shortening.
이를 위해 최근에는 금속 박막 대신에 금속 박막보다 결합강도와 융점이 높아 내서지 특성과 내열 특성이 상대적으로 우수한 도전성 세라믹 박막을 방전 전극으로 형성하고 있다. 일예로, 금속 박막으로 사용되는 금속결합 물질인 티탄(Ti)은 융점이 1668℃인 반면에 도전성 세라믹 박막으로 사용되는 공유결합물질인 질화티탄(TiN)은 융점이 3290℃로 티탄(Ti)에 비하여 융점이 거의 2배 높기 때문에 티탄(Ti)보다 내서지 특성과 내열 특성이 상대적으로 우수하다.To this end, instead of the metal thin film, a conductive ceramic thin film having a higher bonding strength and melting point than the metal thin film has excellent resistance to surge and heat resistance has been formed as a discharge electrode. For example, titanium (Ti), a metal bonding material used as a metal thin film, has a melting point of 1668 ° C., while titanium nitride (TiN), a covalent bonding material used as a conductive ceramic thin film, has a melting point of 3290 ° C. on titanium. Compared to titanium (Ti), the surge resistance and heat resistance characteristics are relatively better than that of titanium (Ti).
하지만, 도전성 세라믹 박막은 전기저항이 금속 박막에 비해 대략 100배정도 높기 때문에 서지흡수기의 직렬저항을 증가시켜 이상 전압에 대한 응답속도를 저하시킴으로써 서지흡수기가 이상 전압을 빠른 시간 내에 흡수하지 못하는 문제점이 있다.However, the conductive ceramic thin film has a problem that the surge absorber cannot absorb the abnormal voltage in a short time by increasing the series resistance of the surge absorber because the electrical resistance is about 100 times higher than that of the metal thin film. .
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 방전 전극으로 금속 박막을 사용하여 이상 전압에 대한 응답속도를 향상시킴으로써 이상 전압을 빠른 시간 내에 흡수하면서도, 금속 박막에 보호막을 형성하여 금속 박막이 방전에너지에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 서지흡수기의 반복 사용수명을 연장시킬 수 있는 서지흡수기의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention by using a metal thin film as a discharge electrode to improve the response speed to the abnormal voltage while absorbing the abnormal voltage in a short time, while forming a protective film on the metal thin film The present invention provides a method of manufacturing a surge absorber that can prolong the service life of a surge absorber by preventing the metal thin film from being damaged by discharge energy.
또한, 본 발명의 다른 목적은 보호막을 금속 박막에 적절히 배치시켜 금속 박막의 손상을 효과적으로 방지하면서도 보호막 배치에 따른 서지흡수기의 제조공정을 단순화할 수 있는 서지흡수기의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a surge absorber that can simplify the manufacturing process of the surge absorber according to the protective film arrangement by effectively disposing the protective film on the metal thin film to effectively prevent damage to the metal thin film.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서지흡수기의 제조방법은 내부에 불활성기체가 채워진 수용관 내에 수용되며, 비전도성 부재와, 방전 갭에 의해 분할되고 상기 비전도성 부재에 마련된 방전 전극을 갖는 서지흡수소자를 구비하는 서지흡수기의 제조방법에 있어서, 상기 비전도성 부재에 금속 박막을 증착시키고, 이상 전압에 의한 기체 방전시 발생하는 방전에너지가 상기 금속 박막에 전달되는 것을 방지하도록 상기 금속 박막에 보호막을 형성시키고, 상기 금속 박막이 방전 전극으로 작용할 수 있도록 하기 위해 상기 금속 박막을 분할시키도록 방전 갭을 형성시키는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing the surge absorber of the present invention for achieving the above object is a surge that is accommodated in a receiving tube filled with an inert gas therein, and has a nonconductive member and a discharge electrode divided by a discharge gap and provided in the nonconductive member. A method of manufacturing a surge absorber having an absorbing element, comprising: depositing a metal thin film on the non-conductive member, and protecting the metal thin film to prevent discharge energy generated during gas discharge due to an abnormal voltage to the metal thin film. And forming a discharge gap so as to divide the metal thin film so that the metal thin film can act as a discharge electrode.
또한, 본 발명의 서지흡수기의 제조방법은 비전도성 부재와, 방전갭에 의해 분할되고 상기 비전도성 부재를 감싸도록 마련된 금속 박막과, 기체방전시 발생하는 상기 금속 박막에 전달되는 것을 방지하도록 마련된 보호막을 갖는 서지흡수소자를 구비하는 서지흡수기의 제조방법에 있어서, 상기 보호막의 응력에 의해 상기 금속 박막이 변형되는 것을 방지하도록 상기 금속 박막에 응력해소를 위한 중간막을 형성시키고, 상기 중간막에 금속 박막을 증착시킨 후 반응 기체를 이용하여 상기 증착된 금속 박막을 도전성 세라믹 박막으로 화학 변화시켜 상기 보호막을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the manufacturing method of the surge absorber of the present invention is a non-conductive member, a metal thin film divided by a discharge gap and provided to surround the non-conductive member, and a protective film provided to prevent the transfer to the metal thin film generated during gas discharge In the method of manufacturing a surge absorber having a surge absorbing device having a surge absorbing element, an intermediate film for stress relief is formed in the metal thin film so as to prevent the metal thin film from being deformed by the stress of the protective film, and a metal thin film in the intermediate film After deposition, the protective metal is formed by chemically converting the deposited metal thin film into a conductive ceramic thin film using a reaction gas.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서지흡수기를 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3 내지 도 6을 참고로 하여 도 2를 살펴보면, 먼저, 단계 100에서 도 3과 같이, 원통형 알루미나(Al2O3) 로드 등으로 이루어진 비전도성 부재(10)에 금속 박막(11)을 증착시킨다. 이때, 금속 박막(11)은 티탄(Ti)으로 이루어지며, 이 티탄(Ti)은 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 비전도성 부재(10)를 감싸도록 증착된다. 스퍼터링 방법은 진공템버 내에 물체 표면에 증착하고자 하는 고체물질을 함께 넣어둔 후 고전압 방전시 발생하는 플라즈마를 이용하여 고체물질의 표면에 에너지틱 한 입자를 충돌시킴으로써 고체물질 표면으로부터 원자나 분자를 여기시켜 물체에 고체물질을 증착시키는 방법이다. 스퍼터링 방법에 의한 금속 박막(11) 증착시 플라즈마 형성기체로 불활성 기체인 아르곤(Ar)이 이용되며, 증착 시 유량은 30~40sccm, 증착속도는 30nm/min정도가 적합하다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a surge absorber according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 with reference to FIGS. 3 to 6, first, as shown in FIG. 3, in step 100, the metal thin film 11 is deposited on a non-conductive member 10 made of a cylindrical alumina (Al 2 O 3 ) rod or the like. Let's do it. In this case, the metal thin film 11 is made of titanium (Ti), and the titanium (Ti) is deposited to surround the non-conductive member 10 by a sputtering method. The sputtering method involves placing a solid material to be deposited on the surface of an object in a vacuum chamber and then exciting atoms or molecules from the surface of the solid material by bombarding energetic particles on the surface of the solid material using a plasma generated during high voltage discharge. It is a method of depositing a solid material on an object. When depositing the metal thin film 11 by the sputtering method, argon (Ar), which is an inert gas, is used as a plasma forming gas, and when the deposition rate is 30-40 sccm, the deposition rate is about 30 nm / min.
비전도성 부재(10)에 증착되는 금속 박막(11)의 두께(d)가 미리 설정된 두께에 도달하면, 단계 101에서 도 4와 같이, 진공챔버 내로 보호막 형성을 위한 반응기체를 추가 공급하여 금속 박막(11)에 도전성 세라믹 박막(11a)(11a)으로 보호막을 형성시킨다. 일예로, 금속 박막(11)이 티탄(Ti)으로 이루어지고, 도전성 세라믹 박막(11a)으로 질화티탄(TiN)을 형성하는 경우, 티탄(Ti) 박막의 두께가 2㎛정도가 되면 진공챔버 내로 질소기체(N2)를 추가로 공급한다. 이때, 질소(N2)와 아르곤(Ar)의 혼합비를 5:5로 조절하여 증착한다. 추가 공급된 질소기체(N2)에 의해 티탄 박막 중 최외각 표면층은 질화티탄((TiN)으로 화학 변화를 일으켜 보호막을 형성한다. 이때, 보호막으로 작용하는 도전성 세라믹 박막(11a)은 금속 박막(11)의 전체 표면을 감싸는 형태로 형성된다.When the thickness d of the metal thin film 11 deposited on the non-conductive member 10 reaches a preset thickness, the metal thin film is further supplied by supplying a reactive gas for forming a protective film into the vacuum chamber as shown in FIG. 4 in step 101. On 11, a protective film is formed by the conductive ceramic thin films 11a and 11a. For example, when the metal thin film 11 is made of titanium (Ti), and the titanium nitride (TiN) is formed from the conductive ceramic thin film 11a, when the thickness of the titanium thin film is about 2 μm, the inside of the vacuum chamber Nitrogen gas (N 2 ) is further supplied. At this time, the deposition ratio is adjusted by adjusting the mixing ratio of nitrogen (N 2 ) and argon (Ar) to 5: 5. The outermost surface layer of the titanium thin film is chemically changed to titanium nitride (TiN) to form a protective film by additionally supplied nitrogen gas (N 2 ), wherein the conductive ceramic thin film 11a serving as the protective film is a metal thin film ( 11) is formed in a shape surrounding the entire surface.
이때, 금속 박막(11)의 응답속도에 관련하여 금속 박막(11)과 도전성 세라믹 박막(11a)의 두께 비율은 대단히 중요하다. 일예로, 보호막으로 작용하는 질화티탄(TiN)의 두께가 너무 얇으면 티탄(Ti) 박막의 보호효과가 떨어지며, 반대로 질화티탄(TiN)의 두께가 너무 두꺼우면 전기저항치가 질화티탄(TiN)이 티탄(Ti)에 비해 100배정도 높기 때문에 박막 전체의 전기저항 증가로 인하여 서지흡수기의 직렬저항이 증가하기 때문에 과전압에 대한 응답속도가 저하하는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 도전성 세라믹 박막(11a)의 두께(d2)는 금속 박막(11)의 두께(d1)의 1/2 내지 1/10 이내로 정해지며, 일예로, 티탄(Ti)의 두께가 1㎛일 때, 질화티탄(TiN)의 두께는 0.1㎛를 유지시킨다.At this time, the thickness ratio of the metal thin film 11 and the conductive ceramic thin film 11a is very important in relation to the response speed of the metal thin film 11. For example, if the thickness of the titanium nitride (TiN) acting as a protective film is too thin, the protective effect of the titanium (Ti) thin film is reduced, on the contrary, if the thickness of the titanium nitride (TiN) is too thick, the electrical resistance is titanium nitride (TiN). Since it is about 100 times higher than titanium (Ti), the series resistance of the surge absorber increases due to an increase in the electrical resistance of the entire thin film, thereby causing a problem in that the response speed to overvoltage is reduced. Therefore, in the present invention, the thickness d2 of the conductive ceramic thin film 11a is determined to be within 1/2 to 1/10 of the thickness d1 of the metal thin film 11. For example, the thickness of titanium (Ti) is 1. When the thickness is µm, the thickness of titanium nitride (TiN) is maintained at 0.1 µm.
금속 박막(11)에 도전성 세라믹 박막(11a)으로 이루어진 보호막을 형성시킨 후 단계 102에서 도 5와 같이, 금속 박막(11)이 방전 전극으로 작용할 수 있도록 하기 위해 금속 박막(11) 중심부를 레이저 커팅하여 금속 박막(11)을 분할하는 소정길이의 방전 갭(gap)(12)을 형성한다. 이때, 레이저 커팅에 의해 금속 박막(11)과 함께 보호막이 함께 분할되고, 금속 박막(11)은 분할된 두 개의 면이 길이방향으로 서로 대향된 형태를 이룬다.After forming a protective film made of the conductive ceramic thin film 11a on the metal thin film 11, as shown in FIG. 5, the metal thin film 11 is laser-cut in order to allow the metal thin film 11 to act as a discharge electrode. As a result, a discharge gap 12 having a predetermined length for dividing the metal thin film 11 is formed. At this time, the protective film is divided together with the metal thin film 11 by laser cutting, and the metal thin film 11 has a shape in which two divided surfaces face each other in the longitudinal direction.
이러한 도 3, 4, 5의 제조공정을 순차적으로 거쳐서 서지흡수소자를 제조한다.3, 4, and 5 through the manufacturing process sequentially to manufacture a surge absorption element.
서지흡수소자를 제조한 후 단계 103에서 도 6과 같이, 먼저, 서지흡수소자를 외부와 전기적으로 연결시키도록 서지흡수소자의 양단에 단자전극(22)을 전기적으로 연결시킨다. 이때, 금속 박막(11)이 도전성 세라믹 박막(11a)에 의해 감싸여 보호되므로 금속 박막(11)과 전기적으로 연결된 도전성 세라믹 박막(11a)에 단자전극(22)을 연결시킨다. 그리고, 단자전극(22)을 리이드선(23)이 전기적으로 연결된 밀봉전극(21)에 전기적으로 연결시킨 후 수용관(20) 내부에 아르곤(Ar) 등의 불활성기체(20a)를 채움과 함께 절연성을 유지시켜 서지흡수기의 제조를 완료한다.After the surge absorbing device is manufactured, as shown in FIG. 6 in step 103, first, the terminal electrodes 22 are electrically connected to both ends of the surge absorbing device so as to electrically connect the surge absorbing device to the outside. At this time, since the metal thin film 11 is wrapped and protected by the conductive ceramic thin film 11a, the terminal electrode 22 is connected to the conductive ceramic thin film 11a electrically connected to the metal thin film 11. Then, the terminal electrode 22 is electrically connected to the sealing electrode 21 to which the lead wire 23 is electrically connected, and then filled with an inert gas 20a such as argon (Ar) in the accommodation tube 20. Complete the manufacture of the surge absorber by maintaining the insulation.
따라서, 이상 전압이 발생하면, 이상 전압에 의한 과전류는 리이드선(23)을 따라 밀봉전극(21), 단자전극(22), 도전성 세라믹 박막(11a)을 거쳐서 금속 박막(11)에 도달하고, 과전류에 따른 서지에너지에 의해 방전 갭(12)에서 기체 방전하게 된다. 기체 방전에 의해 서지에너지는 불활성기체(20a)와 반응하면서 빛이나 전계 충격파와 같은 방전에너지로 변환되면서 소모된다. 이때, 방전에너지는 금속 박막(11)을 감싸는 도전성 세라믹 박막(11a)에 의해 금속 박막(11)에 직접 전달되지 못하고 도전성 세라믹 박막(11a)에 가해진다. 상술한 바와 같이, 이 도전성 세라믹은 금속 박막(11)에 비해 내서지 특성과 내열 특성이 우수하므로 방전에너지를 견디어 낼 수 있어 방전에너지에 의해 금속 박막(11)이 파손되는 것을 효과적으로 방지한다.Therefore, when an abnormal voltage occurs, the overcurrent caused by the abnormal voltage reaches the metal thin film 11 along the lead wire 23 via the sealing electrode 21, the terminal electrode 22, and the conductive ceramic thin film 11a. Gas discharge occurs in the discharge gap 12 by the surge energy according to the overcurrent. Surge energy is dissipated by gas discharge and is converted into discharge energy such as light or electric shock waves while reacting with the inert gas 20a. In this case, the discharge energy is not directly transmitted to the metal thin film 11 by the conductive ceramic thin film 11a surrounding the metal thin film 11, but is applied to the conductive ceramic thin film 11a. As described above, this conductive ceramic has better surge resistance and heat resistance than the metal thin film 11, so it can endure discharge energy, effectively preventing the metal thin film 11 from being damaged by the discharge energy.
이하에서는 금속 박막으로 티탄(Ti)을 사용하고, 도전성 세라믹 박막으로 질화티탄(TiN)을 형성한 이중 박막구조와 보호막을 사용하지 않고 금속 박막 또는 도전성 세라믹 박막만을 단독으로 증착한 단일 박막 구조에서의 서지흡수기의 방전개시전압의 변화 및 응답속도의 변화를 측정한 실험 결과를 설명하도록 한다.Hereinafter, in a single thin film structure in which titanium (Ti) is used as the metal thin film and titanium nitride (TiN) is formed as the conductive ceramic thin film, and only the metal thin film or the conductive ceramic thin film is deposited without using a protective film. Experimental results of measuring the change of discharge start voltage and change of response speed of surge absorber will be explained.
질화티탄(TiN)과 티탄(Ti) 박막 각각을 동일한 조건으로 원통형 알루미나(Al2O3) 로드에 증착하였다. 그리고, 수용관내에 채워지는 불활성기체로는 알곤(Ar)기체를 사용하였다.Titanium nitride (TiN) and titanium (Ti) thin films were deposited on cylindrical alumina (Al 2 O 3 ) rods under the same conditions. In addition, an argon gas was used as an inert gas filled in the accommodation tube.
다음은 각 시험조건 및 결과를 나타낸 표에 대한 설명이다.The following is a description of the table showing each test condition and result.
표 1은 Telecom Wave (10/700㎲), 1.5kV (37.5A)서지 (30초 간격, 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도이다.Table 1 shows the rate and response rate of discharge start voltage after applying Telecom Wave (10 / 700Hz) and 1.5kV (37.5A) surges (30 seconds, 5 times).
<표 1>TABLE 1
표 2는 Combination Wave (1.2/50㎲), 1.5kV (750A)서지 (20초 간격, 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도이다.Table 2 shows the rate and response rate of discharge start voltage after applying the combination wave (1.2 / 50 Hz) and 1.5kV (750A) surges (20 seconds, 5 times).
<표 2>TABLE 2
표 3은 Combination Wave (1.2/50㎲), 2kV (1,000A)서지 (20초 간격, 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도이다.Table 3 shows the rate and response rate of discharge start voltage after applying the combination wave (1.2 / 50 ㎲) and 2kV (1,000A) surge (20 seconds, 5 times).
<표 3>TABLE 3
표 4는 Combination Wave (1.2/50㎲), 3kV (1,500A)서지 (20초 간격, 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도이다.Table 4 shows the rate and response rate of discharge start voltage after applying the combination wave (1.2 / 50 /) and 3kV (1,500A) surge (every 20 seconds, 5 times).
<표 4>TABLE 4
표 5는 Combination Wave (1.2/50㎲), 4kV (2,000A)서지 (20초 간격, 5회) 인가 후 방전개시전압 변화율 및 응답속도이다.Table 5 shows the discharge start voltage change rate and response speed after applying the combination wave (1.2 / 50 ㎲) and 4kV (2,000A) surges (20 seconds, 5 times).
<표 5>TABLE 5
시험결과 티탄(Ti) 박막을 단독으로 사용한 경우에는 피막 파손으로 인하여 전압변화율이 클 뿐만 아니라 응답속도 역시 길어지는 것을 알 수 있다.As a result of the test, when the titanium (Ti) thin film is used alone, it can be seen that not only the voltage change rate is large but also the response speed is increased due to the film breakage.
그러나, 모든 조건에서 티탄(Ti)/질화티탄(TiN) 박막을 사용한 이중박막구조의 서지흡수기(10)는 질화티탄(TiN)을 단독으로 사용한 단일 박막구조의 경우와 같이 우수한 내열 특성, 내서지 특성을 보여주면서도 질화티탄(TiN)만을 단독으로 사용한 단일 박막구조의 서지흡수기(10)보다 빠른 응답속도를 보여준다.However, the surge absorber 10 of the double thin film structure using titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) thin film under all conditions has excellent heat resistance and surge resistance as in the case of a single thin film structure using titanium nitride (TiN) alone. While showing characteristics, it shows faster response speed than the surge absorber 10 having a single thin film structure using only titanium nitride (TiN) alone.
부가적으로, 표 5에서와 같이, 최고 가혹조건인 Combination Wave (1.2/50㎲), 4kV (2,000A)서지 (20초 간격, 5회) 인가 시 모든 서지흡수기(10)가 파손되는데 반하여 이중 박막구조의 경우 연성이 큰 하부의 티탄(Ti)이 취성이 강한 상부의 질화티탄(TiN)의 파손을 방지하는 것으로 나타났다.In addition, as shown in Table 5, all surge absorbers 10 are damaged when the most severe conditions of Combination Wave (1.2 / 50 Hz) and 4 kV (2,000 A) surges (20 seconds interval, 5 times) are applied. In the case of the thin film structure, the lower ductile titanium (Ti) prevented the breakage of the titanium nitride (TiN) of the upper brittleness.
한편, 도전성 세라믹 박막의 두께가 금속 박막의 두께에 비해 미리 설정된 비율이상 커지는 경우에는 비교적 강성인 도전성 세라믹 박막으로 인해 응력이 발생하여 연성인 금속 박막이 변형될 우려가 있다.On the other hand, when the thickness of the conductive ceramic thin film is greater than a predetermined ratio relative to the thickness of the metal thin film, a relatively rigid conductive ceramic thin film may cause stress to deform the flexible metal thin film.
이하에서는 이를 해결하기 위해 금속 박막과 도전성 세라믹 박막사이에 응력해소를 위한 중간막을 더 증착시키는 과정을 설명하기로 한다.Hereinafter, a process of further depositing an intermediate film for stress relief between the metal thin film and the conductive ceramic thin film will be described.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지흡수기를 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8 내지 도 13을 참고로 하여 도 7을 살펴보면, 먼저, 단계 110에서 도 8과 같이, 도 3에서 상술한 스퍼터링 방법으로 비전도성 부재(30)에 금속 박막(31)을 증착시킨다. 이때, 도 8에서의 금속 박막(31)의 두께(d')는 중간막을 더 고려해야 함으로 도 3에서의 금속 박막의 두께(d)보다 크게 한다.7 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a surge absorber according to another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 8 to 13, the metal thin film 31 is deposited on the nonconductive member 30 by the sputtering method described above with reference to FIG. 3. At this time, the thickness d 'of the metal thin film 31 in FIG. 8 is larger than the thickness d of the metal thin film in FIG.
비전도성 부재(30)에 증착되는 금속 박막의 두께(d')가 미리 설정된 두께에 도달하면, 단계 111에서 도 9와 같이, 진공챔버 내로 중간막 형성을 위한 반응기체를 추가 공급하여 금속 박막에 중간막(31a)을 형성시킨다. 일예로, 금속 박막이 티탄(Ti)으로 이루어지는 경우, 진공챔버 내로 질소기체(N2)를 추가로 공급한다. 이때, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합비를 5:1로 조절하여 증착한다. 추가 공급된 질소기체(N2)에 의해 티탄 박막 표면 일부가 질화티탄(TiN)으로 화학 변화하여 티탄(Ti)과 질화티탄(TiN)이 혼합된 중간막을 형성한다. 이때, 중간막(31a)은 도전성을 갖으며, 금속 박막(31)의 전체 표면을 감싸는 형태로 형성된다. 또한, 중간막(31a)의 밀도와 두께(d3')는 중간막(31a)에 상부에 증착되는 후술되는 도전성 세라믹 박막의 밀도와 두께보다는 적고 하부의 금속 박막(31)의 밀도와 두께(d1')보다는 크도록 하여 도전성 세라믹 박막에 의한 응력에 의해 금속 박막(31)이 변형되는 것을 방지한다. 이때, 중간막(31a)의 밀도 및 두께 조절은 질소(N2)의 비를 조절하는 것과 화학 반응시간을 조절하는 것에 의해서 결정된다.When the thickness d 'of the metal thin film deposited on the non-conductive member 30 reaches a predetermined thickness, as shown in FIG. (31a) is formed. For example, when the metal thin film is made of titanium (Ti), nitrogen gas (N 2 ) is additionally supplied into the vacuum chamber. At this time, the deposition ratio is controlled by adjusting the mixing ratio of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) to 5: 1. Part of the surface of the titanium thin film is chemically changed to titanium nitride (TiN) by the additionally supplied nitrogen gas (N 2 ) to form an intermediate film in which titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) are mixed. In this case, the intermediate layer 31a is conductive and is formed in a form that surrounds the entire surface of the metal thin film 31. In addition, the density and thickness d3 'of the intermediate film 31a are less than the density and thickness of the conductive ceramic thin film described later deposited on the intermediate film 31a, and the density and thickness d1' of the lower metal thin film 31. The thickness of the metal thin film 31 is prevented from being deformed by the stress caused by the conductive ceramic thin film. At this time, the density and thickness control of the intermediate film 31a is determined by adjusting the ratio of nitrogen (N 2 ) and controlling the chemical reaction time.
이때에도, 금속 박막의 응답속도와 관련하여 금속 박막의 두께(d1'), 중간막의 두께(d3'), 도전성 세라믹 박막의 두께 비율에 의해서 서지흡수기의 전체 직렬저항이 결정되기 때문에 응답속도가 저하되지 않도록 중간막의 두께(d3')를 도전성 세라믹 박막의 응력을 해소시킬 수 있는 최소한 두께로 설정한다.In this case, the response speed decreases because the total series resistance of the surge absorber is determined by the thickness ratio of the metal thin film (d1 '), the thickness of the intermediate film (d3'), and the thickness of the conductive ceramic thin film. The thickness d3 'of the interlayer film is set to a minimum thickness capable of relieving the stress of the conductive ceramic thin film.
그리고, 단계 112에서 도 10과 같이, 중간막(31a)에 보호막으로 도전성 세라믹 박막(40)을 형성시키기 위해 먼저 금속 박막(40)을 스퍼터링 방법에 의해 증착시킨다.In operation 112, the metal thin film 40 is first deposited by a sputtering method to form the conductive ceramic thin film 40 as a protective film on the intermediate film 31 a as shown in FIG. 10.
그런 후 단계 113에서 도 11과 같이, 중간막(31a) 상부에 증착된 금속 박막(40)을 도전성 세라믹 박막(40')으로 화학 변화시켜 보호막을 형성하도록 진공쳄버에 반응기체를 추가 공급하여 증착된 금속 박막(40)을 도전성 세라믹 박막(40')으로 화학 변화시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 11, at step 113, a reactive gas is further supplied to the vacuum chamber to chemically change the metal thin film 40 deposited on the intermediate film 31a to the conductive ceramic thin film 40 'to form a protective film. The metal thin film 40 is chemically changed to the conductive ceramic thin film 40 '.
이후에는 단계 114에서 도 12와 같이, 금속 박막(31)이 방전 전극으로 작용할 수 있도록 하기 위해 금속 박막(31) 중심부를 레이저 커팅하여 금속 박막(31)을 분할하는 소정길이의 방전 갭(gap)을 형성한다. 이때, 레이저 커팅에 의해 금속 박막(31), 중간막(31a), 도전성 세라믹 박막(40')이 함께 분할되고, 금속 박막(31)은 분할된 두 개의 면이 길이방향으로 서로 대향된 형태를 이룬다.Thereafter, as shown in FIG. 12, in step 114, a discharge gap having a predetermined length for dividing the metal thin film 31 by laser cutting the center of the metal thin film 31 so that the metal thin film 31 can act as a discharge electrode. To form. In this case, the metal thin film 31, the intermediate film 31a, and the conductive ceramic thin film 40 'are divided together by laser cutting, and the metal thin film 31 has two divided surfaces facing each other in the longitudinal direction. .
이러한 도 8, 9, 10, 11, 12의 제조공정을 순차적으로 거쳐서 서지흡수소자의 제조를 완료한 후 단계 115에서 도 13과 같이, 서지흡수소자에 단자전극(22)을 전기적으로 연결시킨 후 단자전극(22)을 리이드선(23)이 전기적으로 연결된 밀봉전극(21)에 전기적으로 연결시키고, 수용관(20) 내부에 아르곤(Ar) 등의 불활성기체(20a)를 채움과 함께 절연성을 유지시켜 서지흡수기의 제조를 완료한다. 이때, 금속 박막(31)이 중간막(31a)과 도전성 세라믹 박막(40')에 의해 감싸여 보호되므로 단자전극을 금속 박막(31)과 최종 전기 연결된 도전성 세라믹 박막(40')에 연결시킨다.8, 9, 10, 11, and 12 through the manufacturing process in order to complete the manufacture of the surge absorbing element and then in step 115 as shown in Figure 13, after the electrical connection of the terminal electrode 22 to the surge absorbing element The terminal electrode 22 is electrically connected to the sealing electrode 21 to which the lead wires 23 are electrically connected, and an inert gas 20a such as argon (Ar) is filled in the accommodating pipe 20, and insulation is provided. To complete the manufacture of the surge absorber. At this time, since the metal thin film 31 is covered and protected by the intermediate film 31a and the conductive ceramic thin film 40 ', the terminal electrode is connected to the conductive ceramic thin film 40' which is finally connected to the metal thin film 31.
따라서, 도전성 세라믹 박막(40')의 응력이 발생하더라도 중간막(31a)이 그 응력을 흡수하여 해소시킴으로써 응력에 의한 영향이 금속 박막(31)에 전달되지 않아 금속 박막(31)이 변형될 우려가 없다.Therefore, even if the stress of the conductive ceramic thin film 40 'is generated, the intermediate film 31a absorbs and dissipates the stress, so that the effect of the stress is not transmitted to the metal thin film 31, so that the metal thin film 31 may be deformed. none.
아울러, 이러한 중간막(31a)이 도전성 세라믹 박막(40')보다 상대적으로 연성이므로 기체방전시 발생하는 방전에너지가 도전성 세라믹 박막(40')의 견딜 수 있는 수준을 약간 넘어서더라도 도전성 세라믹 박막(40')이 어느 수준까지는 파손되지 않게 할 수 있다. 결국 이러한 중간막(31a)에 의해 도전성 세라믹 박막(40')의 내서지 특성과 내열특성이 상대적으로 증가하는 부가적인 효과가 나타난다.In addition, since the intermediate layer 31a is relatively softer than the conductive ceramic thin film 40 ', even if the discharge energy generated during gas discharge slightly exceeds the tolerable level of the conductive ceramic thin film 40', the conductive ceramic thin film 40 ' ) Can be broken to some level. As a result, an additional effect of relatively increasing the surge resistance and heat resistance of the conductive ceramic thin film 40 ′ by the interlayer 31a is obtained.
한편, 본 발명에서의 실시예에서는 보호막을 금속 박막 표면 전체에 걸쳐 형성하는 것에 대하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 기체 방전시 발생하는 방전에너지에 의한 금속 박막의 실제 파손부위인 금속 박막 중 수용관 내의 불활성기체에 노출되는 면에 대해서만도 보호막을 형성할 수 있다.On the other hand, the embodiment of the present invention has been described for forming the protective film over the entire surface of the metal thin film, but is not limited to this, the acceptance of the metal thin film which is the actual damage of the metal thin film by the discharge energy generated during gas discharge The protective film can also be formed only on the surface exposed to the inert gas in the tube.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 방전 전극으로 금속 박막을 사용하여 이상 전압에 대한 응답속도를 향상시킴으로써 이상 전압을 빠른 시간 내에 흡수하면서도, 금속 박막에 보호막을 형성하여 금속 박막이 방전에너지에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 서지흡수기의 반복 사용수명을 연장시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention improves the response speed to the abnormal voltage by using the metal thin film as the discharge electrode, while absorbing the abnormal voltage within a short time, while forming a protective film on the metal thin film by the discharge energy By preventing damage, there is an effect of extending the service life of the surge absorber repeatedly.
또한, 본 발명은 보호막을 금속 박막에 적절히 배치시켜 금속 박막의 손상을 효과적으로 방지하면서도 보호막 배치에 따른 서지흡수기의 제조공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that it is possible to simplify the manufacturing process of the surge absorber according to the protective film arrangement while effectively preventing the damage to the metal thin film by disposing the protective film properly on the metal thin film.
또한, 본 발명은 금속 박막에 보호막으로 도전성 세라믹 박막을 형성시킴으로써 Combination Wave (1.2/50㎲), 4kV (2,000A)서지 (20초 간격, 5회)와 같은 최고 가혹 조건에서도 연성인 금속 박막이 도전성 세라믹 박막에 가해지는 충격을 어느 정도 흡수하기 때문에 도전성 세라믹 박막의 두께를 그리 두껍게 하지 않더라도 내서지 특성과 내열 특성을 향상시킬 수 있어 도전성 세라막 박막에 의해서도 응답속도가 그리 크게 감소되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention forms a conductive ceramic thin film as a protective film on the metal thin film, so that the flexible metal thin film can be made even under the most severe conditions such as the combination wave (1.2 / 50 Hz) and 4 kV (2,000 A) surge (20 seconds interval, 5 times). Since the shock applied to the conductive ceramic thin film is absorbed to some extent, the surge resistance and heat resistance characteristics can be improved even if the thickness of the conductive ceramic thin film is not too thick, so that the response speed can not be greatly reduced even by the conductive ceramic thin film. It has an effect.
또한, 본 발명은 스퍼터링을 이용하여 박막을 형성할 때 타겟의 교체나 진공챔버의 개폐 없이 반응기체의 변화만으로 도전성 세라믹 박막을 형성할 수 있어서 생산성 면 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the thin film is formed by sputtering, the conductive ceramic thin film can be formed only by changing the reactor body without replacing the target or opening / closing the vacuum chamber, thereby preventing a decrease in productivity.
도 1은 종래 서지흡수기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional surge absorber.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서지흡수기를 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a surge absorber according to an embodiment of the present invention.
도 3은 비전도성 부재에 금속 박막을 증착시킨 모습을 보인 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a metal thin film deposited on a non-conductive member.
도 4는 금속 박막에 보호막으로 도전성 세라믹 박막을 형성시킨 모습을 보인 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a conductive ceramic thin film formed as a protective film on a metal thin film.
도 5는 금속 박막, 도전성 세라믹 박막을 레이저 커팅하여 금속 박막에 방전 갭을 형성한 모습을 보인 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a discharge gap is formed in the metal thin film by laser cutting the metal thin film and the conductive ceramic thin film.
도 6은 도 5의 서지흡수소자를 수용관내에 취부하여 서지흡수기를 완성한 모습을 보인 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which the surge absorber of FIG. 5 is mounted in a receiving tube to complete a surge absorber.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지흡수기를 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a surge absorber according to another embodiment of the present invention.
도 8은 비전도성 부재에 금속 박막을 증착시킨 모습을 보인 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a metal thin film deposited on a non-conductive member.
도 9는 금속 박막에 중간막을 형성시키는 모습을 보인 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating the formation of an intermediate film on a metal thin film.
도 10은 중간막에 보호막을 형성하기 위해 금속 박막을 증착시킨 모습을 보인 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing the deposition of a metal thin film to form a protective film on the intermediate film.
도 11은 도 10에서 증착된 금속 박막을 도전성 세라믹 박막으로 화학변화시킨 모습을 보인 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating chemically changing a metal thin film deposited in FIG. 10 into a conductive ceramic thin film.
도 12는 금속 박막, 중간막, 도전성 세라믹 박막을 레이저 커팅하여 금속 박막에 방전 갭을 형성한 모습을 단면도이다.12 is a cross-sectional view of a metal thin film, an intermediate film, and a conductive ceramic thin film formed by laser cutting to form a discharge gap in the metal thin film.
도 13은 도 12의 서지흡수소자를 수용관내에 취부하여 서지흡수기를 완성한 모습을 보인 단면도이다.FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which the surge absorber of FIG. 12 is mounted in a receiving tube to complete a surge absorber.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명** Description of the code for the main functions of the drawings
10 : 비전도성 부재 11 : 금속 박막10 non-conductive member 11 metal thin film
11a: 도전성 세라믹 박막 12 : 방전 갭11a: conductive ceramic thin film 12: discharge gap
20 : 수용관 20a: 불활성기체20: receiving tube 20a: inert gas
21 : 밀봉전극 22 : 단자전극21: sealing electrode 22: terminal electrode
23 : 리이드선 23: lead wire
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