KR20130127801A - Vanadium-based zinc oxide varistor and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a zinc oxide varistor, especially a vanadium-based zinc oxide (ZnO-V2O5-) chip varistor composition which can be plasticized with a silver internal electrode at the same time. The present invention relates to the vanadium-based zinc oxide varistor and a manufacturing method thereof which is capable of securing the excellent nonlinearity of the varistor and stably maintaining the nonlinearity of the varistor after using for a long time by adding small amount of erbium into the vanadium-based zinc oxide varistor and adjusting the content of the erbium to be less than 0.1 mol%.

Description

바나듐계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법{Vanadium-based zinc oxide varistor and manufacturing method for the same}Technical Field The present invention relates to a vanadium-based zinc oxide varistor and a manufacturing method thereof,

본 발명은 산화아연 바리스터, 특히 은(Ag) 내부전극과 동시소성이 가능한 바나듐계 산화아연(ZnO-V2O5-) 칩 바리스터 조성물에 관한 것으로서, 바나듐계 산화아연 바리스터에 미량으로 에르븀(Er)을 첨가하고 그 함량을 조절함으로써 바리스터의 우수한 비선형성을 확보하고, 장시간 사용시에도 바리스터의 비선형성을 보다 안정적으로 유지할 수 있는 바나듐계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a zinc oxide varistor and particularly to a vanadium-based zinc oxide (ZnO-V 2 O 5 -) chip varistor composition capable of co-firing with a silver (Ag) internal electrode. The vanadium oxide zinc varistor contains a small amount of erbium The present invention relates to a vanadium-based zinc oxide varistor capable of securing excellent nonlinearity of a varistor by controlling the content thereof and maintaining nonlinearity of the varistor more stably even when used for a long time, and a method for producing the varistor.

현대의 정보기술(IT) 산업은 반도체 산업의 발달에 힘입어 나날이 진보하고 있으며, 전기, 전자, 정보통신 장치는 고집적화되는 전자정보통신소자를 이용함으로써 외형적으로는 경박단소화되고 기능적으로는 복합화, 다기능성을 추구하는 방향으로 첨단화되어가고 있다.The modern information technology (IT) industry is advancing day by day due to the development of the semiconductor industry. Electricity, electronics, and information communication devices use electronic information communication devices which are highly integrated, , And are becoming increasingly sophisticated in pursuit of versatility.

그렇지만 전자정보통신소자의 고집적화는 과도 상황에서 더욱 민감하게 반응할 가능성을 야기하는데, 이는 시스템 전체의 신뢰성 확보에 치명적인 약점으로 작용할 수 있다. 이런 과도 상황을 일으키는 원인으로는 번개나 낙뢰, 핵전자기파, 고에너지 스위칭 또는 정전방전(ESD) 등을 들 수 있으며, 그 중 전자회로 보호를 위해 가장 우선적으로 고려해야 하는 것은 정전방전(ESD)과 유도성 부하(inductive loads)의 두 가지를 꼽을 수 있다. 이러한 이유로 전자정보통신소자의 고집적화와 발맞추어 과도 상황으로부터 전자회로를 보호하기 위한 다양한 방법들이 강구되어 왔는데, 성능 및 경제성 측면에서 최적의 방법은 써지(surge) 보호소자의 사용이라 할 수 있다.However, the high integration of electronic information communication devices causes the possibility of reacting more sensitively in transient situations, which can be a weak point in securing the reliability of the entire system. These transients can be caused by lightning or lightning, nuclear electromagnetic waves, high energy switching or electrostatic discharge (ESD), among which the most important consideration for electronic circuit protection is electrostatic discharge (ESD) There are two types of inductive loads. For this reason, various methods for protecting the electronic circuit from the transient state have been developed in accordance with the high integration of the electronic information communication device. The optimum method in terms of performance and economy is the use of the surge protection device.

이 중에서도 산화아연 바리스터(ZnO Varistor)는 전자장치를 포함한 피보호기의 전단에서 인입된 이상 전압, 전류 및 에너지, 즉 써지를 접지로 방출시켜 피보호기를 보호하는 써지 보호소자로서, 소자 단독으로 사용되거나 또는 모듈화되어 산업 전반에 광범위하게 사용되고 있다. 다결정성 세라믹스인 산화아연 바리스터는 산화아연 결정립쌍의 입계가 인가전압에 따라 선택적으로 절연성 또는 도전성으로 변환되어 비선형적인 전압-전류 특성(nonlinear electrical behavior)을 나타냄으로써 써지 흡수 능력을 가지는 것을 특징으로 한다.Among them, zinc oxide varistor (ZnO Varistor) is a surge protection element that protects a protected device by discharging abnormal voltage, current, and energy from the front end of the protected device including an electronic device, ie, surge to ground. Or is modularized and widely used throughout the industry. The zinc oxide varistor, which is a polycrystalline ceramics, is characterized in that the grain boundary of the zinc oxide crystal grains is selectively converted to insulation or conductivity depending on the applied voltage to exhibit nonlinear voltage-current characteristics (nonlinear electrical behavior) .

즉, 산화아연 바리스터는 전압에 따라 저항이 변화하는 비선형 저항체로서 피보호기에 병렬로 결선되어 평상시에는 고임피던스를 나타내는 절연체로 동작하다가 고에너지 침입시에는 저항이 급격히 감소함으로써 마치 단락된 것과 같이 동작하여 고에너지를 방전시킴으로써 피보호기를 보호하게 된다.In other words, a zinc oxide varistor is a nonlinear resistor whose resistance changes according to a voltage, and is connected in parallel with a protected device, and operates as an insulator exhibiting high impedance at normal times. By discharging high energy, the protected group is protected.

세라믹스의 대부분을 차지하는 산화아연에 비선형성 유발산화물과 특성 개선용 산화물을 미량 첨가하여 제조된 산화아연 바리스터는 비선형성 유발산화물의 종류에 따라 여러 가지로 분류되며, 가장 일반적이고, 대표적인 것으로 비스무스(Bi)계이며, 그 다음으로 프라세오디뮴(Pr)계가 있다.Zinc oxide varistors prepared by adding a nonlinearity-inducing oxide and a property improving oxide to zinc oxide, which occupy most of the ceramics, are classified into various types according to the types of nonlinearity-induced oxides, and the most common ones are bismuth (Bi ) System, followed by the praseodymium (Pr) system.

그런데, 비스무스계 및 프라세오디뮴계 산화아연 바리스터는 다층 칩 소자로 구성할 때 은(Ag) 내부전극과 동시소성이 불가능하다는 단점이 있는데, 이는 은(Ag)의 용융점인 961를 초과하는 1000 이상의 온도에서 소결되어야 한다는 공정상의 한계 때문이다.However, a bismuth-based and praseodymium-based zinc oxide varistor has a disadvantage in that it can not be co-fired with a silver (Ag) internal electrode when constituted by a multilayer chip element. This is because at a temperature of 1000 or more, Because of the process limitations that must be sintered.

이러한 한계를 해결하기 위한 방안으로서 ZnO-V2O5계(바나듐계) 바리스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO-V2O5계 바리스터의 장점은 은의 용융점 이하인 900 근방의 상대적으로 낮은 온도에서 소결될 수 있다는 것인데, 이에 따라 내부전극으로 팔라듐(Pd)이나 백금(Pt) 등의 고가의 금속을 사용하지 않고 이보다 저렴한 은(Ag)을 사용하여 동시소성을 하는 것이 가능해진다.In order to solve these limitations, researches on ZnO-V 2 O 5 (vanadium) varistors have been actively conducted. The advantage of the ZnO-V 2 O 5 varistor is that it can be sintered at a relatively low temperature near 900, which is below the melting point of silver, so that expensive metals such as palladium (Pd) or platinum (Pt) It is possible to perform co-firing by using silver (Ag) which is less expensive.

다만 현재까지는 바나듐계 바리스터에 대한 연구는 초기 단계에 머물러 있고, 보고된 바에 의하면 높은 비선형성을 얻기 위해서는 적절한 첨가제가 요구된다고 알려져 있고 그 첨가제로서 MnO2 및 Nb2O5 정도가 소개되어 있을 뿐이다.However, studies on vanadium-based varistors have remained in the early stage and it is reported that appropriate additives are required to obtain high nonlinearity, and only MnO 2 and Nb 2 O 5 are introduced as additives.

또한, 산화아연 바리스터의 써지 흡수 능력은 비선형 계수의 절대값이 높을 수록 향상되는데, 지금까지 보고된 바로는 바나듐계 바리스터의 비선형 계수는 30에 근접한 정도에 머물러 있어 아직 실용화되기에는 부족한 것으로 평가된다.In addition, the surge absorption capacity of zinc oxide varistor is improved as the absolute value of the nonlinear coefficient is higher. However, the nonlinear coefficient of the vanadium varistor is still close to 30, so it is not enough to be put to practical use.

따라서, 바나듐계 바리스터의 높은 비선형성을 확보할 수 있고, 장시간 사용시에도 바리스터의 비선형성이 보다 안정적으로 유지되는 새로운 바나듐계 바리스터의 물질과 그 조성 등에 대한 연구 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다.Accordingly, research and development of a new vanadium-based varistor material and its composition, which can ensure high nonlinearity of the vanadium-based varistor and maintain the non-linearity of the varistor more stably even when used for a long time, is demanded more desperately.

본 발명은 바나듐계 산화아연 바리스터에 미량으로 함유되는 새로운 첨가제를 찾아냄으로써 비선형 저항소자인 바리스터에 필수적으로 요구되는 높은 비선형성이 구현되도록 하는 것을 그 목적으로 한다.The object of the present invention is to find a novel additive contained in a vanadium-based zinc oxide varistor in a trace amount, thereby realizing high nonlinearity which is essentially required for a varistor which is a nonlinear resistor element.

또한 본 발명은 바나듐계 산화아연 바리스터가 장시간 사용되어도 비선형성의 안정성을 확보할 수 있는 새로운 첨가제의 적절한 함량을 결정함으로써 현실적으로 유용한 바나듐계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a vanadium-based zinc oxide varistor which is practically useful by determining the appropriate content of a new additive capable of securing stability of non-linearity even when the vanadium-based zinc oxide varistor is used for a long time, and a method for producing the same. .

본 발명은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하고, 여기에 바나듐 산화물(V2O5), 망간 산화물(MnO2) 및 니오븀 산화물(Nb2O5)을 첨가제로 포함하는 바나듐계 산화아연 바리스터에 관한 것으로서, 상기 바나듐계 산화아연 바리스터에 에르븀 산화물(Er2O3)을 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a vanadium oxide zinc varistor comprising zinc oxide (ZnO) as a main component and vanadium oxide (V 2 O 5 ), manganese oxide (MnO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) Wherein erbium oxide (Er 2 O 3 ) is further added to the vanadium-based zinc oxide varistor.

여기서, 상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.1 mol% 이하의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다.Here, the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is preferably added in an amount of 0.1 mol% or less.

또한, 상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.05 mol%의 함량으로 첨가되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.It is further preferable that the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.05 mol%.

그리고, 상기 바나듐계 산화아연 바리스터의 항복전계(E1mA)는 5,000 V/cm 이상, 비선형 계수(a)는 50 이상인 것을 특징으로 한다.The vanadium-based zinc oxide varistor has a breakdown field (E 1mA ) of 5,000 V / cm or more and a nonlinear coefficient (a) of 50 or more.

상기 바나듐계 산화아연 바리스터는 (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V2O5 + 2.0 mol% MnO2 + 0.1 mol% Nb2O5 + X mol% Er2O3 인 조성을 가질 수 있다.The vanadium-based zinc oxide varistor may have a composition of (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V 2 O 5 + 2.0 mol% MnO 2 + 0.1 mol% Nb 2 O 5 + X mol% Er 2 O 3 .

한편 본 발명에 따른 바나듐계 산화아연 바리스터의 제조방법은, 산화아연(ZnO), 바나듐 산화물(V2O5), 망간 산화물(MnO2), 니오븀 산화물(Nb2O5) 및 에르븀 산화물(Er2O3)을 칭량하는 제1 단계;와, 상기 칭량된 조성물에 아세톤을 첨가하여 볼밀링으로 혼합하는 제2 단계;와, 상기 제2 단계를 거친 혼합물을 폴리비닐 부틸알(PVB) 바인더와 아세톤이 담긴 용기 안에 넣어 혼합하고 이를 건조하는 제3 단계;와, 상기 혼합된 조성물을 원하는 모양의 성형체로 만들고 소결한 뒤, 상기의 소결체의 양면을 연마하는 제4 단계; 및 상기 연마된 소결체에 은전극을 도포하고, 패키지 처리를 하는 제5 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a vanadium-based zinc oxide varistor according to the present invention comprises the steps of preparing zinc oxide (ZnO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), manganese oxide (MnO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ) and erbium oxide a first step of weighing the 2 O 3); and, the second step of the weighed composition mixed by ball milling by addition of acetone; and the mixture subjected to the second step of the polyvinyl butyral (PVB) binder and A third step of mixing and kneading the mixture into a container containing acetone and drying the mixture; and a fourth step of making the mixed composition into a desired shape and sintering and then polishing both surfaces of the sintered body; And a fifth step of applying a silver electrode to the polished sintered body and performing a package treatment.

여기서, 상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.1 mol% 이하의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다.Here, the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is preferably added in an amount of 0.1 mol% or less.

또한, 상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.05 mol%의 함량으로 첨가되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.It is further preferable that the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.05 mol%.

그리고, 상기 제조방법에 의한 바나듐계 산화아연 바리스터의 조성은 (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V2O5 + 2.0 mol% MnO2 + 0.1 mol% Nb2O5 + X mol% Er2O3일 수 있다.The composition of the vanadium-based zinc oxide varistor according to the above production method is (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V 2 O 5 + 2.0 mol% MnO 2 + 0.1 mol% Nb 2 O 5 + X mol% Er 2 O 3 .

본 발명은 바나듐계 산화아연 바리스터에 미량으로 함유되는 첨가제로 에르븀을 적용함으로써 종래의 산화아연 바리스터에서는 구현하기 힘들었던 매우 높은 수준의 비선형성을 확보하게 되는 우수한 효과를 가진다.The present invention has an excellent effect of securing a very high level of nonlinearity which is difficult to realize in a conventional zinc oxide varistor by applying erbium as an additive contained in a vanadium-based zinc oxide varistor in a trace amount.

또한 본 발명의 바나듐계 산화아연 바리스터는 첨가제인 에르븀의 함량을 제어함으로써 장시간 사용 후에도 종래에 비해 비선형성이 크게 열화되지 않는 우수한 한정성을 확보할 수 있다는 장점도 가진다.Also, the vanadium-based zinc oxide varistor of the present invention has an advantage in that it can secure excellent fineness such that the nonlinearity is not largely deteriorated even after long-time use, by controlling the content of erbium as an additive.

도 1은 에르븀의 함량을 달리하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 4가지 시편에 대한 전사주사현미경 사진.
도 2는 도 1에 도시된 각 시편의 XRD 패턴을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 바나듐계 산화아연 바리스터 시편의 에르븀 함량에 따른 전압-전류 특성을 도시한 도면.
도 4는 에르븀의 함량에 대한 전압-전류(E-J) 특성의 변화를 도시한 그래프.
도 5는 도 3의 바나듐계 산화아연 바리스터 시편의 DC 가속노화 스트레스 시험의 시간 경과에 따른 누설전류의 변화를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 바나듐계 산화아연 바리스터 시편의 DC 가속노화 스트레스 시험 전후의 전압-전류 특성을 비교하여 도시한 도면.
FIG. 1 is a transcriptional scanning micrograph of four specimens of a vanadium-based zinc oxide varistor with different contents of erbium.
FIG. 2 is a view showing an XRD pattern of each specimen shown in FIG. 1; FIG.
3 is a graph showing voltage-current characteristics according to an erbium content of a vanadium-based zinc oxide varistor specimen according to the present invention.
4 is a graph showing changes in voltage-current (EJ) characteristics versus erbium content.
Fig. 5 is a graph showing changes in leakage current over time of the DC accelerated aging stress test of the vanadium-based zinc oxide varistor specimen of Fig. 3; Fig.
6 is a graph comparing the voltage-current characteristics of the vanadium-based zinc oxide varistor specimen of FIG. 5 before and after the DC accelerated aging stress test.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 바나듐계 산화아연 바리스터를 준비하는 단계 및 제조된 바나듐계 산화아연 바리스터의 구조적, 전기적 특성을 평가하는 과정을 상세히 설명한다.
First, the process for preparing the vanadium-based zinc oxide varistor according to the present invention and the process for evaluating the structural and electrical characteristics of the vanadium-based zinc oxide varistor will be described in detail.

시편의 제작Production of specimen

본 발명에 따른 바나듐계 산화아연 바리스터의 조성은 ZnO, V2O5, MnO2, Nb2O5 및 Er2O3를 구성 성분으로 하는데, V2O5, MnO2, Nb2O5의 조성은 고정하고 주성분인 ZnO 및 미량으로 첨가되는 에르븀 산화물 Er2O3의 함량을 변화시키며 시편을 제작하였다.The composition of the vanadium-based zinc oxide varistor according to the present invention is composed of ZnO, V 2 O 5 , MnO 2 , Nb 2 O 5 and Er 2 O 3. V 2 O 5 , MnO 2 , Nb 2 O 5 The composition of the specimen was fixed and the content of erbium oxide Er 2 O 3 added as a main component ZnO and a small amount was changed.

가장 많이 첨가되는 산화물인 V2O5는 0.5 mol%, MnO2는 2.0 mol%, Nb2O5는 0.1 mol%로 고정하였으며, Er2O3의 함량은 0.0, 0.05, 0.1, 0.25 mol%로 조절하여 총 4종류의 시편을 제작하였다.The content of Er 2 O 3 was 0.0, 0.05, 0.1, 0.25 mol%, and the contents of V 2 O 5 , MnO 2 and Nb 2 O 5 were fixed to 0.5 mol%, 2.0 mol% and 0.1 mol% To prepare four kinds of specimens.

따라서, 시편 제작에 사용된 조성은 (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V2O5 + 2.0 mol% MnO2 + 0.1 mol% Nb2O5 + X mol% Er2O3 (X = 0.0, 0.05, 0.1, 0.25)으로 이루어진다.Therefore, the composition used in the preparation of the specimen is (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V 2 O 5 + 2.0 mol% MnO 2 + 0.1 mol% Nb 2 O 5 + X mol% Er 2 O 3 0.0, 0.05, 0.1, 0.25).

고순도의 각 시료는 전자저울로 10의 오차범위까지 칭량되며, 폴리프로필렌 용기 안에 지르코니아 볼과 아세톤 및 칭량된 각 시료를 넣고 24시간 동안 볼밀링으로 혼합하였다.Each sample of high purity was weighed to an error range of 10 with an electronic balance, and zirconia balls, acetone and each weighed sample were placed in a polypropylene container and mixed by ball milling for 24 hours.

혼합물 슬러리는 혼합물의 0.8%(중량백분율)의 폴리비닐 부틸알(PVB) 바인더와 아세톤이 담긴 용기 안에서 다시 혼합되며, 이를 건조한 후 100 mesh체로 분급(sieving)하였다.The mixture slurry was again mixed in a container containing 0.8% (weight percentage) of polyvinylbutylalcohol (PVB) binder and acetone, which was dried and then sieved into a 100 mesh sieve.

위의 과정으로 준비된 파우더는 100MPa 단축(uniaxial) 압력하에서 직경이 10mm, 두께가 1.5mm가 되도록 디스크 형상의 펠릿으로 성형한 후 공기 중에서 900의 소결온도로 3시간 동안 소결하였으며, 소결 완료 후 실온까지 노냉하였다. 소결과 냉각은 각각 및 4/분의 속도로 진행하였다.The powder prepared in the above process was molded into disk-shaped pellets so that the diameter was 10 mm and the thickness was 1.5 mm under uniaxial pressure of 100 MPa, and sintered at 900 sintering temperature in air for 3 hours. After sintering, Lt; / RTI > Sintering and cooling proceeded at a rate of 4 and a minute respectively.

최종적인 시편은 직경은 8mm, 두께는 1.0mm가 되도록 래핑/폴리싱 가공을 하였으며, 가공된 각 시편의 양면은 은(Ag) 페이스트를 도포되어 직경 5mm의 은전극을 550에서 10분간 열처리하여 완성하였다.The final specimen was lapped / polished to a diameter of 8 mm and a thickness of 1.0 mm. Both surfaces of the processed specimens were coated with a silver paste, and a silver electrode with a diameter of 5 mm was heat-treated at 550 for 10 minutes .

최종적으로 리드 와이어가 각 면의 은전극에 납땜되고, 열가소성수지 파우더에 디핑(dipping)하여 패키지로 만들었다.
Finally, lead wires were soldered to the silver electrodes on each side, and dipped into a thermoplastic resin powder to make a package.

미세구조 특성Microstructure characteristics

위의 과정으로 준비된 시편의 일면을 SiC 연마지로 래핑하고 0.3 Al2O3 분말로 경면가공한 후 25에서 25초간 1HClO4:1000H2O 용액에서 화학적 에칭을 하였으며, 시편 표면의 미세구조 특성은 주사전자현미경(FESEM, Quanta 200, FEI, Brno, Czech)으로 관찰하였다.The surface of the specimen prepared above was wrapped with SiC abrasive paper, mirror-polished with 0.3 Al 2 O 3 powder, and then chemically etched in a 1 HClO 4 : 1000 H 2 O solution for 25 to 25 seconds. And observed with an electron microscope (FESEM, Quanta 200, FEI, Brno, Czech).

평균 결정립 크기(average grain size, d)는 선형교차기법에 의한 식인 d=1.56L/MN(여기서, L은 현미경 사진상의 임의의 테스트 라인, M은 현미경 사진의 배율, N은 테스트 라인과의 유효교차수)로부터 구하였다.The average grain size, d, is calculated by the linear crossing equation d = 1.56L / MN, where L is any test line on the microscope photograph, M is the magnification of the microscope image, N is the effective Crossing number).

그리고 결정질상은 니켈로 필터링된 CuKa 방사선을 이용하는 XRD(X-ray Diffractometer, X'pert-Pro MPD, Panalytical, Almelo, Netherland)로 확인하였다.The crystalline phase was identified by XRD (X-ray diffractometer, X'pert-Pro MPD, Panalytical, Almelo, Netherland) using CuK a radiation filtered with nickel.

소결밀도()는 전자저울(AG 245, Mettler Toledo International Inc., Greifensee, Switzerland)에 부착된 밀도측정용 키트(238490)를 이용해 측정하였다.The sintered density () was measured using a density measuring kit (238490) attached to an electronic balance (AG 245, Mettler Toledo International Inc., Greifensee, Switzerland).

도 1은 에르븀의 함량을 달리하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 4가지 시편에 대한 전사주사현미경 사진이며, 에르븀(Er2O3)의 함량 0.0, 0.05, 0.1, 0.25 mol%에 대한 4개의 시편은 각각 (a), (b), (c), (d)로 표시되었다(이하, 모두 동일함).FIG. 1 is a transcriptional scanning micrograph of four specimens of a vanadium-based zinc oxide varistor with different contents of erbium, and four specimens for 0.0, 0.05, 0.1 and 0.25 mol% of erbium (Er 2 O 3 ) (A), (b), (c), and (d), respectively.

도 1에 나타난 바와 같이, 모든 시편에 있어서 입자가 매우 균일하게 분포해 있고 입계가 뚜렷한 표면 모폴러지를 확인할 수 있다.As shown in Fig. 1, it can be seen that the surface morphology in which the particles are uniformly distributed and the grain boundary is clear in all the specimens is confirmed.

평균 결정립 크기(d)는 에르븀 함량 0.05 mol%까지는 5.5에서 5.2로 감소하였지만, 에르븀 함량이 0.25 mol%로 증가함에 따라 5.7까지 증가하였다.The average grain size (d) decreased from 5.5 to 5.2 up to 0.05 mol% of erbium content, but increased to 5.7 as the erbium content increased to 0.25 mol%.

소결밀도()는 에르븀 함량의 증가에 비례하여 5.51g/cm3에서 5.61g/cm3로 증가하였는데, 이는 산화아연의 이론적 밀도(5.78g/cm3)의 95.1% 및 96.4%에 각각 해당하는 것이다. 따라서 에르븀의 첨가는 바나듐계 산화아연 바리스터의 입자 성장을 강화시키는 긍정적인 영향을 미치는 것으로 평가할 수 있다.Sintered density () is proportional to the increase in the erbium content were increased from 5.51g / cm 3 to 5.61g / cm 3, which respectively correspond to 95.1% and 96.4% of the theoretical density (5.78g / cm 3) of zinc oxide will be. Therefore, the addition of erbium can be evaluated as having a positive effect of enhancing the grain growth of the vanadium-based zinc oxide varistor.

도 2는 상기 4가지 시편에 대한 XRD 패턴을 도시한 것인데, 이 패턴은 육방정계 산화아연의 주 결정상에 더하여 Zn3(VO4)2, ZnV2O4, V2O5 및 Mn-rich 상이 부 결정상으로 존재한다는 것을 보여주고 있다. 특히 에르븀이 함유된 시편 (b)~(d)는 에르븀이 없는 시편 (a)에 비해 부 결정상으로 ErVO4가 더 존재하고 있음을 보여준다.
FIG. 2 shows XRD patterns for the four specimens in which Zn 3 (VO 4 ) 2 , ZnV 2 O 4 , V 2 O 5 and Mn-rich phases were added in addition to the main crystal phase of hexagonal zinc oxide And is present as a sub-crystalline phase. Particularly, erbium-containing specimens (b) to (d) show that ErVO 4 is present as a crystalline phase in comparison with erbium-free specimen (a).

전기적 특성 측정Electrical characteristic measurement

시편의 전기적 특성은 전압-전류(E-J) 특성을 통해 평가되는데, 고전압 소스측정 유니트(High Voltage Source-Measure Unit: Keithley 237, Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA)를 사용하여 측정하였다.The electrical properties of the specimens were evaluated using voltage-current (E-J) characteristics, measured using a High Voltage Source-Measure Unit (Keithley 237, Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA).

여기서, 항복전계(E1mA)는 전류밀도가 1.0 mA/cm2일 때의 전압으로, 누설전류밀도(JA)는 0.80 E1mA에서의 전류로 정의되었다.Here, the breakdown field (E 1 mA ) was defined as the voltage at a current density of 1.0 mA / cm 2 and the leakage current density (J A ) at a current of 0.80 E 1 mA .

그리고, 비선형 계수(a)는 하기의 식 (1)로 계산하였다.The nonlinear coefficient (a) was calculated by the following equation (1).

a= (logJ2-logJ1)/(logE2-logE1) ....................... (1) a = (logJ 2 -logJ 1) / (logE 2 -logE 1) ....................... (1)

(여기서, J1=1.0 mA/cm2, J2=10 mA/cm2, E1 및 E2는 각각 J1과 J2에 대응하는 전압)(Where J 1 = 1.0 mA / cm 2 , J 2 = 10 mA / cm 2 , E 1 and E 2 are voltages corresponding to J 1 and J 2 , respectively)

도 3은 에르븀의 함량을 변화시킨 4개 시편에 대한 전압-전류(E-J) 특성을 도시한 것이며, 바리스터의 특성이 바로 전압-전류(E-J) 곡선을 비선형으로 만든다.FIG. 3 shows voltage-current (E-J) characteristics for four specimens varying the content of erbium, and the characteristics of the varistor make the voltage-current (E-J) curve nonlinear.

전압-전류(E-J) 특성 곡선은 2개의 명확히 구별되는 영역으로 나뉜다. 하나는 항복전계 이전의 극히 높은 임피던스의 옴(ohmic) 영역이고, 다른 하나는 항복전계 이후의 극히 낮은 임피던스의 비옴(non-ohmic) 영역인데, 항복전계를 경계로 전류밀도가 급격히 상승한다. 따라서, 두 영역 사이의 전압-전류(E-J) 특성 곡선의 기울기 변화(knee)가 가파를수록 바리스터의 특성이 더욱 우수한 것임을 나타낸다.The voltage-current (E-J) characteristic curve is divided into two distinct regions. One is an ohmic region of extremely high impedance before the breakdown field and the other is a non-ohmic region of extremely low impedance after the breakdown field. The current density rapidly rises to the boundary of the breakdown field. Therefore, it is shown that the characteristics of the varistor are superior as the slope change (knee) of the voltage-current (E-J) characteristic curve between the two regions increases.

도 3을 보면, 0.05 mol% 및 0.1 mol%의 에르븀(Er2O3)이 첨가되었을 때 전압-전류(E-J) 특성 곡선의 기울기 변화(knee)가 더욱 뚜렷해지고, 이에 따라 비선형 특성이 더욱 강화되었음을 확인할 수 있다.3, when a 0.05 mol% and 0.1 mol% erbium (Er 2 O 3 ) is added, the slope of the voltage-current (EJ) characteristic curve becomes more pronounced, .

각 시편에 대한 상세한 전압-전류(E-J) 특성은 아래의 표 1에 정리되어 있다.The detailed voltage-current (E-J) characteristics for each specimen are summarized in Table 1 below.

본 발명의 4개 시편에 대한 미세구조 및 전압-전류(E-J) 특성 파라미터Microstructure and voltage-current (E-J) characteristic parameters for the four specimens of the present invention 시편Psalter d
(㎛)
d
(탆)
ρ*
(g/cm3)
ρ *
(g / cm 3)
E1mA
(V/cm)
E 1mA
(V / cm)
vgb
(V/gb)
v gb
(V / gb)
αalpha JL
(㎂/cm2)
J L
(/ / Cm 2 )
(a)(a) 5.55.5 5.515.51 48004800 2.62.6 44.944.9 9595 (b)(b) 5.25.2 5.535.53 54445444 2.82.8 63.463.4 7373 (c)(c) 5.35.3 5.545.54 52665266 2.82.8 51.151.1 100100 (d)(d) 5.75.7 5.615.61 50615061 2.32.3 14.814.8 399399

* 산화아연(ZnO)의 이론적 밀도: 5.78g/cm3 * Theoretical density of zinc oxide (ZnO): 5.78 g / cm 3

도 5는 에르븀의 함량 변화에 따른 항복전계(E1mA), 비선형 계수(a) 및 누설전류밀도(JA)의 특성을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the characteristics of a breakdown field (E 1mA ), a nonlinear coefficient (a), and a leakage current density (J A ) according to changes in the content of erbium.

표 1의 결과를 도시한 도 5의 (a)를 참조하면, 항복전계는 에르븀(Er2O3) 함량이 0.05 mol%에 다다름에 따라 4800 V/cm에서 5444 V/cm로 증가하며, 에르븀의 함량이 더 증가하게 되면 및 0.25 mol%의 에르븀 농도에서 5061 V/cm로 감소하였다.Referring to FIG. 5A showing the results of Table 1, the breakdown field is increased from 4800 V / cm to 5444 V / cm as the erbium (Er 2 O 3 ) content reaches 0.05 mol% As the content of erbium increased further, it decreased to 5061 V / cm at an erbium concentration of 0.25 mol%.

위와 같은 에르븀의 함량에 따른 항복전계(E1mA)의 거동은 산화아연의 평균 결정립 크기(d)로 설명될 수 있다.The behavior of the breakdown field (E 1mA ) according to the content of erbium as described above can be explained by the average grain size (d) of zinc oxide.

항복전계와 평균 결정립 크기 사이의 관계는 E1mA=vgb/d(여기서, d는 결정립의 크기, vgb는 입계당 항복전압)의 수식으로부터 표현되는데, 위의 식(E1mA=vgb/d)에서 알 수 있듯이, 항복전계(E1mA)는 평균 결정립의 크기(d)와 입계당 항복전압(vgb)에 의해 직접적으로 결정된다. 표 1을 참조하면, 에르븀의 농도에 따라 입계당 항복전압은 거의 동일한 수준을 나타내고 있는데, 이러한 상태에서 평균 결정립의 크기(d)가 커지는 것은 입계수(number of grain boundary)의 감소를 불러와 항복전계가 감소되는 결과를 가져온다.The relationship between breakdown electric field and the mean grain size of E 1mA = v gb / d is represented from the equation of (wherein, d is the size of the crystal grains, v gb is input gyedang breakdown voltage), the above formula (E 1mA = v gb / As can be seen in d), the breakdown field (E 1mA ) is directly determined by the average grain size (d) and the breakdown voltage per grain (v gb ). Referring to Table 1, the breakdown voltage per grain according to the concentration of erbium shows almost the same level. In this state, the increase in the average grain size (d) leads to a decrease in the number of grain boundaries, The electric field is reduced.

그리고 에르븀의 함량에 따른 비선형 계수(a)의 관계는 도 5의 (b)에 도시되어 있는데, 이를 살펴보면 비선형 계수(a)는 에르븀(Er2O3) 함량이 0.05 mol%일 때 최고치인 63.4를 나타냈으며, 에르븀의 함량이 더 증가함에 따라 감소하여 0.25 mol%의 에르븀 농도에서 14.8로 상당량 감소하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, 에르븀의 함량에 따른 항복전계(E1mA) 및 비선형 계수(a)의 거동은 유사한 양상을 보이고 있으며, 어떤 경우에도 에르븀의 함량이 중대한 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다.The nonlinear coefficient (a) is shown in FIG. 5 (b). The nonlinear coefficient (a) is 63.4 when the erbium (Er 2 O 3 ) content is 0.05 mol% And decreased with increasing erbium content and decreased to 14.8 at 0.25 mol% erbium concentration. As can be seen from FIG. 5, the behavior of the breakdown field (E 1mA ) and the nonlinear coefficient (a) according to the content of erbium shows a similar pattern, and in any case, the content of erbium has a significant influence.

에르븀의 함량에 따른 누설전류밀도(JA)의 거동은 도 5의 (c)에 도시되어 있다. 위의 항복전계(E1mA) 및 비선형 계수(a)의 거동과는 반대로 에르븀(Er2O3) 함량이 0.05 mol%일 때 최저치인 73 /cm2를 나타내었으며, 항복전계(E1mA)와 비선형 계수(a)가 최대치를 나타낼 때 누설전류밀도(JA)가 최저치를 나타내는 거동은 상당히 우수한 특성으로 평가될 수 있다.The behavior of the leakage current density J A according to the content of erbium is shown in Fig. 5 (c). Behavior up the breakdown electric field (E 1mA) and a non-linear coefficient (a) as opposed to erbium (Er 2 O 3) showed the lowest level of 73 / cm 2 when the content is 0.05 mol%, yielding an electric field (E 1mA) and When the nonlinear coefficient (a) shows the maximum value, the behavior in which the leakage current density (J A ) shows the minimum value can be evaluated as a remarkably excellent characteristic.

도 5의 결과를 볼 때, 본 발명의 바나듐계 산화아연 바리스터에는 에르븀(Er2O3)이 필수적으로 첨가되면서 그 함량은 0.1 mol% 이하로 조절되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 0.05 mol%의 에르븀(Er2O3)을 첨가하는 것이라 할 수 있다.5, it is preferable that erbium (Er 2 O 3 ) is added to the vanadium-based zinc oxide varistor of the present invention and the content thereof is adjusted to 0.1 mol% or less, more preferably 0.05 mol% It can be said that erbium (Er 2 O 3 ) is added.

위와 같이, 에르븀(Er2O3)의 함량을 0.1 mol% 이하로 조절하면 도 5의 그래프의 곡선으로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 바나듐계 산화아연 바리스터는 항복전계(E1mA)는 5,000 V/cm 이상, 비선형 계수(a)는 50 이상의 양호한 성능을 구현하는 것이 가능하다.
As shown in the graph of FIG. 5, when the content of erbium (Er 2 O 3 ) is adjusted to 0.1 mol% or less, the vanadium-based zinc oxide varistor of the present invention has a breakdown field (E 1 mA ) of 5,000 V / cm or more, and the nonlinear coefficient (a) is 50 or more.

DC 가속노화 스트레스 측정DC acceleration aging stress measurement

바리스터의 비선형성 및 전기적 특성의 안정성을 평가하기 위해, 스트레스 인가전 전압-전류(E-J) 특성을 각 시편에 대해 측정한 후 0.85E1mA/85/24h 조건에서 DC 가속노화 스트레스 시험을 수행하였다.m In order to evaluate the stability of the nonlinearity and electrical characteristics of the varistor, the DC accelerated aging stress test was performed under the condition of 0.85E 1mA / 85 / 24h after measuring the stress-applied voltage-current (EJ) characteristics for each specimen. m

누설전류(JA)는 고전압 소스측정 유니트(High Voltage Source-Measure Unit: Keithley 237, Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA)를 이용하여 스트레스를 부여하는 동안 1분 간격으로 측정되었다.The leakage current (J A ) was measured at 1 minute intervals during stress application using a high voltage source-measure unit (Keithley 237, Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA).

스트레스를 인가하는 동안 스트레스 시간에 따른 누설전류(JL)의 변화인 열화율 계수(degradation rate coefficient, KT)는 IL = IL0 + KT · t 1 /2(여기서, IL은 시간 t에서의 누설전류, IL0는 t=0에서의 누설전류)로 정의되는 식을 이용하여 계산하였다.The degradation rate coefficient changes in the leakage current (J L) according to stress time, while applying a stress (degradation rate coefficient, K T) is I L = I L0 + K T · t 1/2 ( Here, I L is the time t is the leakage current at t, and I L0 is the leakage current at t = 0).

도 5는 DC 가속노화 스트레스의 진행에 따른 4개 시편의 누설전류(IL)의 거동을 보여주는 도면인데, 각 시편이 스트레스 인가 시간의 경과에 따라 확연히 구별되는 거동을 보여주는 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a graph showing the behavior of leakage current (I L ) of four specimens according to the progression of DC accelerated aging stress. It can be seen that each specimen exhibits a distinct behavior depending on the elapsed time of stress application.

에르븀을 포함하지 않은 시편 (a)는 스트레스 인가에 따라 누설전류(IL)가 상당한 수준으로 증가하는 거동을 보이기는 하지만, 열폭주(thermal run-away) 현상을 보이지는 않는다.The specimen (a) without erbium exhibits a considerable increase in leakage current (I L ) as stress is applied, but does not exhibit thermal run-away phenomena.

그리고 에르븀을 각각 0.05, 0.1 mol% 포함한 시편 (b) 및 (c)는 스트레스가 인가되어도 누설전류(IL)가 거의 일정한 수준을 유지하고 있으며, 에르븀이 없는 시편 (a)에 비해 상당히 향상된 결과를 보인다.The specimens (b) and (c) containing 0.05 and 0.1 mol% of erbium, respectively, showed that the leakage current (I L ) remained almost constant even after the stress was applied and significantly improved compared to the specimen without erbium Respectively.

그러나 에르븀이 0.25 mol% 포함된 시편 (d)는 스트레스 인가 후 얼마 지나지 않아 바로 열폭주 현상을 일으켰다.However, the specimen (d) containing 0.25 mol% of erbium caused thermal runaway soon after the stress was applied.

일반적으로 낮은 소결밀도와 높은 누설전류는 스트레스에 대한 바리스터의 안정성을 크게 저하시키는 요소로 작용하는데, 전자는 전도경로(conduction path)의 개수를 줄여 종국에는 전류의 집중을 야기하고, 후자는 주울(Joule) 발열과 누설전류 사이의 반복 사이클을 가져옴으로써 안정성을 떨어뜨리게 된다. 이러한 관점에서 볼 때, 전체 시편의 소결밀도는 거의 동일하지만 시편 (d)는 부 결정상인 ErVO4가 다른 시편에 비해 상대적으로 높아 누설전류가 너무 과도하여 전체적인 결과에서는 안정성이 취약해진 것이라 여겨진다.In general, low sintered density and high leakage current significantly reduce the stability of the varistor against stress. Electrons reduce the number of conduction paths and ultimately cause current concentration. Joule), which leads to repeated cycles between heat generation and leakage current, which reduces stability. From this point of view, it is considered that the sintered density of the entire specimen is almost the same, but the specimen (d) is relatively high in ErVO 4, which is the subcrystalline phase, so that the leakage current is too excessive and the stability is weakened in the overall result.

바리스터의 안정성은 스트레스 시간에 따른 누설전류 변화의 기울기인 열화율 계수(KT)가 낮을수록 우수한 것으로 평가되는데, 각 시편에 대한 열화율 계수(KT)는 아래의 표 2에 정리되어 있다.The stability of the varistor is evaluated to be better as the deterioration coefficient (K T ), which is the slope of the leakage current change with the stress time, is better. The degradation coefficient (K T ) for each specimen is summarized in Table 2 below.

본 발명의 4개 시편에 대한 DC 가속노화 스트레스 전후의 전압-전류(E-J) 특성Voltage-current (E-J) characteristics before and after DC accelerated aging stress on the four specimens of the present invention 시편Psalter 스트레스 조건Stress condition KT
(㎂.h-1/2)
K T
(PA.h -1/2 )
E1mA
(V/cm)
E 1mA
(V / cm)
%△E1mA % △ E 1mA αalpha %△α% △ α
(a)(a) 초기Early -- 48004800 -- 49.949.9 -- 0.85E1mA/85℃/24h0.85E 1mA / 85 ° C / 24h 27.627.6 43894389 -8.6-8.6 19.719.7 -60.5-60.5 (b)(b) 초기Early -- 54445444 -- 63.463.4 -- 0.85E1mA/85℃/24h0.85E 1mA / 85 ° C / 24h 16.316.3 51235123 -5.9-5.9 29.129.1 -54.1-54.1 (c)(c) 초기Early -- 52665266 -- 51.151.1 -- 0.85E1mA/85℃/24h0.85E 1mA / 85 ° C / 24h 11.211.2 48754875 -7.4-7.4 18.418.4 -64.0-64.0 (d)(d) 초기Early -- 40614061 -- 14.814.8 -- 0.85E1mA/85℃/24h0.85E 1mA / 85 ° C / 24h 열폭주Heat runaway 28332833 -30.2-30.2 4.44.4 -70.3-70.3

도 6은 에르븀의 함량을 달리하는 시편 (a)~(d)에 대한 DC 가속노화 스트레스 전후의 전압-전류(E-J) 특성을 도시한 것인데, 에르븀의 함량이 스트레스 인가 후의 전압-전류(E-J) 특성 변화에 매우 큰 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있다.FIG. 6 shows voltage-current (EJ) characteristics before and after DC accelerated aging stress for specimens (a) to (d) with different contents of erbium, It can be confirmed that it has a great influence on the characteristic change.

에르븀이 0.25 mol% 포함된 시편 (d)는 스트레스 인가 전후의 전압-전류(E-J) 특성에 큰 변화가 나타났으며, 반대로 0.05 mol% 포함된 시편 (b)가 가장 작은 변화를 보였다. 이는 도 5의 DC 가속노화 스트레스의 진행에 따른 4개 시편의 누설전류(IA)의 거동과 일치하는 것이다.The specimen (d) containing 0.25 mol% of erbium showed a large change in the voltage-current (EJ) characteristics before and after the stress application, while the specimen (b) containing 0.05 mol% showed the smallest change. This is consistent with the behavior of the leakage current (I A ) of the four specimens as the DC accelerated aging stress of FIG. 5 progresses.

기타 DC 가속노화 스트레스 인가 전후의 항복전계(E1mA) 및 비선형 계수(a)의 값과 각각의 변화율(%E1mA, %)을 위의 표 2에 함께 정리하였다. 항복전계(E1mA) 및 비선형 계수(a) 모두에서 에르븀이 0.05 mol% 포함된 시편 (b)가 가장 우수한 결과는 보여주고 있으며, 에르븀이 없는 시편 (a)와 에르븀 0.1 mol%의 시편 (c) 거의 동등한 수준을 보인다.The values of the breakdown field (E 1mA ) and the nonlinear coefficient (a) before and after the application of other DC accelerated aging stresses and the rate of change (% E 1mA ,%) of each are summarized in Table 2 above. (B) containing 0.05 mol% of erbium in both the breakdown field (E 1mA ) and the nonlinear coefficient (a) showed the best results. The specimen (a) without erbium and the specimen ) Seems to be about the same level.

다만 시편 (d)는 DC 가속노화 스트레스 인가 후에 항복전계(E1mA)가 크게 떨어졌으며(-30.2%), 모든 시편에서 비선형 계수(a)는 스트레스 인가 후 상당량 저하되었다. 그러나, 시편 (b)는 스트레스 인가 후에도 절대치로서 29.1이라는 상당히 높은 수준의 비선형 계수(a)를 유지하고 있으므로, 바리스터로서의 성능은 여전히 양호하게 유지되고 있다는 점에 주목할 필요가 있다.
However, in the specimen (d), the breakdown field (E 1mA ) greatly decreased (-30.2%) after DC accelerated aging stress, and the nonlinear coefficient (a) It should be noted, however, that since the specimen (b) maintains a significantly higher nonlinear coefficient (a) of 29.1 as the absolute value after stressing, the performance as a varistor still remains good.

이상과 같이 본 발명에 따른 바나듐계 산화아연 바리스터는 미량으로 첨가되는 에르븀의 함량을 제어함으로써 우수한 전압-전류(E-J) 특성을 얻었으며, 특히 에르븀 0.05 mol% 함량에서는 비선형 계수가 60을 상회하는 매우 높은 수준을 달성하였다.As described above, the vanadium-based zinc oxide varistor according to the present invention has excellent voltage-current (EJ) characteristics by controlling the content of erbium added in a small amount. Especially, when the content of erbium is 0.05 mol%, the non- High level.

또한 본 발명의 바나듐계 산화아연 바리스터는 필수적으로 첨가되는 에르븀(Er2O3)의 함량을 0.1 mol% 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 mol%로 조절함으로써 스트레스 인가 후에도 양호한 수준의 전압-전류(E-J) 특성을 유지할 수 있었다.
In addition, the vanadium-based zinc oxide varistor of the present invention can control the content of erbium (Er 2 O 3 ), which is essentially added, to 0.1 mol% or less, more preferably 0.05 mol% ) Characteristics.

이상 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention . Therefore, the true scope of protection of the present invention should be determined by the claims.

Claims (9)

산화아연(ZnO)을 주성분으로 하고, 여기에 바나듐 산화물(V2O5), 망간 산화물(MnO2) 및 니오븀 산화물(Nb2O5)을 첨가제로 포함하는 바나듐계 산화아연 바리스터에 있어서,
상기 바나듐계 산화아연 바리스터에 에르븀 산화물(Er2O3)을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터.
A vanadium-based zinc oxide varistor comprising zinc oxide (ZnO) as a main component and vanadium oxide (V 2 O 5 ), manganese oxide (MnO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 )
A vanadium-based zinc oxide varistor characterized in that erbium oxide (Er 2 O 3 ) is further added to the vanadium-based zinc oxide varistor.
제1항에 있어서,
상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.1 mol% 이하의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터.
The method according to claim 1,
Wherein the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.1 mol% or less.
제2항에 있어서,
상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.05 mol%의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터.
3. The method of claim 2,
Wherein the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.05 mol%.
제2항에 있어서,
상기 바나듐계 산화아연 바리스터의 항복전계(E1mA)는 5,000 V/cm 이상, 비선형 계수(a)는 50 이상인 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터.
3. The method of claim 2,
Wherein the vanadium-based zinc oxide varistor has a breakdown field (E 1 mA ) of 5,000 V / cm or more and a nonlinear coefficient (a) of 50 or more.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바나듐계 산화아연 바리스터의 조성은 (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V2O5 + 2.0 mol% MnO2 + 0.1 mol% Nb2O5 + X mol% Er2O3 인 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The composition of the vanadium-based zinc oxide varistor is (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V 2 O 5 + 2.0 mol% MnO 2 + 0.1 mol% Nb 2 O 5 + X mol% Er 2 O 3 Based vanadium oxide zinc varistor.
산화아연(ZnO), 바나듐 산화물(V2O5), 망간 산화물(MnO2), 니오븀 산화물(Nb2O5) 및 에르븀 산화물(Er2O3)을 칭량하는 제1 단계;
상기 칭량된 조성물에 아세톤을 첨가하여 볼밀링으로 혼합하는 제2 단계;
상기 제2 단계를 거친 혼합물을 폴리비닐 부틸알(PVB) 바인더와 아세톤이 담긴 용기 안에 넣어 혼합하고 이를 건조하는 제3 단계;
상기 혼합된 조성물을 원하는 모양의 성형체로 만들고 소결한 뒤, 상기의 소결체의 양면을 연마하는 제4 단계; 및
상기 연마된 소결체에 은전극을 도포하고, 패키지 처리를 하는 제5 단계;를 포함하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 제조 방법.
A first step of weighing zinc oxide (ZnO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), manganese oxide (MnO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ) and erbium oxide (Er 2 O 3 );
A second step of adding acetone to the weighed composition and mixing by ball milling;
Mixing the mixture obtained through the second step in a container containing a polyvinyl butyral (PVB) binder and acetone, and drying the mixture;
A fourth step of making the mixed composition into a desired shape and sintering, and then polishing both surfaces of the sintered body; And
And a fifth step of applying a silver electrode to the polished sintered body and performing a package treatment.
제6항에 있어서,
상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.1 mol% 이하의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.1 mol% or less.
제7항에 있어서,
상기 에르븀 산화물(Er2O3)은 0.05 mol%의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the erbium oxide (Er 2 O 3 ) is added in an amount of 0.05 mol%.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바나듐계 산화아연 바리스터의 조성은 (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V2O5 + 2.0 mol% MnO2 + 0.1 mol% Nb2O5 + X mol% Er2O3 인 것을 특징으로 하는 바나듐계 산화아연 바리스터의 제조 방법.
9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The composition of the vanadium-based zinc oxide varistor is (97.4-X) mol% ZnO + 0.5 mol% V 2 O 5 + 2.0 mol% MnO 2 + 0.1 mol% Nb 2 O 5 + X mol% Er 2 O 3 By weight based on the total weight of the vanadium-based zinc oxide varistor.
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