KR970007509B1 - Ntc thermistor - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 본 발명에 따른 부온도계수 써미스터의 저항-온도 특성을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the resistance-temperature characteristics of a negative temperature coefficient thermistor according to the present invention.
[발명의 분야][Field of Invention]
본 발명은 부온도계수 써미스터에 관한 것이다.The present invention relates to a negative temperature coefficient thermistor.
특히 본 발명은 부온도계수 써미스터를 제조하는 원료 조성물에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to raw material compositions for producing negative temperature coefficient thermistors.
더욱 특히 본 발명은 산화망간-산화니켈-산화코발트의 3성분계로 이루어진 부온도계수 써미스터를 제조하는 원료 조성물에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a raw material composition for producing a negative temperature coefficient thermistor consisting of a three-component system of manganese oxide-nickel oxide-cobalt oxide.
[발명의 배경][Background of invention]
온도를 측정하는 온도센서는 과거 서로다른 열팽창성을 갖는 서로다른 두가지의 판상의 금속을 결합시켜 온도에 따른 기계적 변형의 정도로 온도를 측정하는 바이메탈 등과 같은 기계적 온도센서로부터 출발하여 최근 온도에 따라 저항값이 변하는 써미스터 등과 같은 저압변화형의 물리학적 특성을 갖는 전자소자로 발달되었다.The temperature sensor for measuring the temperature starts from a mechanical temperature sensor, such as a bimetal, which measures the degree of mechanical deformation according to temperature by combining two different plate-like metals having different thermal expansion in the past, This variable has been developed as an electronic device having a low pressure change physical properties such as thermistor.
특히 최근에는 온도가 증가할수록 저항이 지수적으로 감소하는 부온도계수 써미스터가 개발되어 각종의 전자제품에서의 온도센서로서 매우 중요한 반도체소자 중의 하나가 되었다.In particular, in recent years, the negative temperature coefficient thermistor whose resistance decreases exponentially with increasing temperature has been developed to become one of the most important semiconductor devices as a temperature sensor in various electronic products.
이러한 부온도계수 써미스터는 주로 온도센서로서 사용되어 온도측정 및 제어, 온도보상 및 조절, 전류 및 전압조절 등에 응용되고, 각종 정밀측정 및 분석기기의 핵심부품으로 많이 응용되고 있다.The negative temperature coefficient thermistor is mainly used as a temperature sensor, and applied to temperature measurement and control, temperature compensation and regulation, current and voltage regulation, and is widely applied as a core component of various precision measurement and analyzers.
종래의 부온도계수 써미스터는 망간-니켈-구리계, 망간-코발트 구리계 또는 산화철-티타늄계 등으로 이루어진 부온도계수 써미스터가 개발되어 시판중에 있으나, 이러한 소자들은 스피넬구조를 형성함에 따라 넓은 상온저항범위와 온도에 따른 저항변화율(B 정수값)의 다양성으로 그 응용범위가 광범위하기는 하나, 소성후 구조적으로 분상(Solid Solution)이 형성되어 온도변화에 대한 안정성이 떨어지고, 소성 조건에 따라 매우 민감하게 변화되어 재현성이 떨어지는 등의 문제가 있어 양산 및 표준화 등에 곤란하였다.Conventional negative temperature coefficient thermistor has been developed commercially available negative temperature coefficient thermistor made of manganese-nickel-copper, manganese-cobalt copper-based or iron oxide-titanium-based, but these devices have a wide room temperature resistance according to the spinel structure The range of resistance change (B constant value) according to the range and temperature is wide, but the application range is wide, but the solid solution is formed after firing, so it is not stable to temperature change and very sensitive to the firing conditions. It is difficult to mass-produce and standardize due to problems such as poor reproducibility.
이에 본 발명자는 산화망간-산화니켈-산화코발트의 3성분계 써미스터 조성물을 개발하여 상기의 문제점들을 해결하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors have developed a three-component thermistor composition of manganese oxide-nickel oxide-cobalt oxide to solve the above problems and complete the present invention.
[발명의 목적][Purpose of invention]
본 발명의 목적은 부온도계수 써미스터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a negative temperature coefficient thermistor.
본 발명의 다른 목적은 부온도계수 써미스터를 제조하는 원료 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a raw material composition for producing a negative temperature coefficient thermistor.
본 발명의 또다른 목적은 산화망간-산화니켈-산화코발트의 3성분계로 이루어진 부온도계수 써미스터를 제조하는 원료 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a raw material composition for producing a negative temperature coefficient thermistor consisting of a three-component system of manganese oxide-nickel oxide-cobalt oxide.
[발명의 요약][Summary of invention]
본 발명의 목적은 산화망간-산화니켈-산화코발트의 3성분계로 이루어진 부온도계수 써미스터를 제조하는 원료 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a raw material composition for producing a negative temperature coefficient thermistor consisting of a three-component system of manganese oxide-nickel oxide-cobalt oxide.
본 발명에 따른 부온도계수 써미스터는 50 내지 90몰% 산화망간(Mn2O3), 1 내지 49몰%의 산화니켈(NiO) 및 9 내지 49몰%의 산화코발트(Co3O4)의 혼합물을 혼합기에서 혼합 및 분쇄한 후, 1100 내지 1200℃에서 소성하여 부온도계수 써미스터를 제조함을 특징으로 한다.The negative temperature coefficient thermistor according to the present invention is composed of 50 to 90 mol% manganese oxide (Mn 2 O 3 ), 1 to 49 mol% nickel oxide (NiO) and 9 to 49 mol% cobalt oxide (Co 3 O 4 ). The mixture is mixed and pulverized in a mixer, and then calcined at 1100 to 1200 ° C. to produce a negative temperature coefficient thermistor.
상기한 바와 같은 조성의 조성물을 사용하여 소성시킨 소자로 제조하는 방법은 통상의 소성소자 제조방법과 동일 또는 유사하며, 단지 소성온도를 1100 내지 1200℃에서 소성시킴은 본 발명에 따른 상기 조성물의 소성에 더욱 절절한 저온소성의 온도이며, 이러한 저온소성 조건하에서 소성되어 얻어지는 소자 즉, 부온도계수 써미스터는 다결정구조의 일종인 스피넬구조를 형성하며, 그에 따라 넓은 상온저항범위와 다양한 온도에 따른 저항변화율(B 정수값)을 갖게 된다.The method of manufacturing a device fired using the composition of the composition as described above is the same as or similar to a conventional method of manufacturing a fired device, only by firing the firing temperature at 1100 to 1200 ℃ firing of the composition according to the present invention The device obtained by sintering under these low-temperature firing conditions, that is, the negative temperature coefficient thermistor forms a spinel structure, which is a kind of polycrystalline structure, and thus has a wide room temperature resistance range and a resistance change rate at various temperatures. B integer value).
이러한 소자의 제조방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the method of manufacturing the device will be described in detail.
우선, 50 내지 90몰%의 산화망간(Mn2O3), 1 내지 49몰%의 산화니켈(NiO) 및 9 내지 49몰%의 산화코발트(Co3O4)의 혼합물을 혼합기에서 혼합 및 분쇄한 후, 600 내지 900℃에서 하소하고, 하소된 분말을 다시 미분쇄기를 사용하여 평균 입자크기가 8 내지 12㎛이고, 입자의 80% 이상이 5 내지 15㎛의 범위이내가 되도록 미분쇄하고, 미분쇄된 분말을 우레탄 볼밀등과 같은 분쇄기내에 투입하고, 여기에 증류수 및 결합제, 분산제, 윤활제 및 가소제 등과 같은 유기물을 가하고, 대략 24시간 동안 혼합하여 슬러리로 만든다. 제조된 슬러리를 조립기(Spray Dryer)에 통과시켜 대략 100㎛의 입도를 갖는 그래뉼 상의 2차 입자로 형성시킨다.First, a mixture of 50 to 90 mol% manganese oxide (Mn 2 O 3 ), 1 to 49 mol% nickel oxide (NiO) and 9 to 49 mol% cobalt oxide (Co 3 O 4 ) was mixed in a mixer and After grinding, calcining at 600 to 900 ℃, the calcined powder was again pulverized using a fine grinding machine so that the average particle size is 8 to 12㎛, 80% or more of the particles are within the range of 5 to 15㎛ The pulverized powder is added to a mill such as a urethane ball mill, and distilled water and organic substances such as binders, dispersants, lubricants and plasticizers are added thereto, and mixed for about 24 hours to form a slurry. The prepared slurry is passed through a spray dryer to form secondary particles on granules having a particle size of approximately 100 μm.
상기 결합제는 금속산화물의 입자들간의 결합을 위하여 사용되어지며 통상 폴리비닐알코올 등과 같이 통상적으로 무기물들을 서로 결합시키는 유기질의 결합제이다. 이러한 결합제는 소성시 또는 소성전의 예열단계에서 대기중에서 가열, 연소되어 제거되어질 수 있는 것이다.The binder is used for bonding between particles of the metal oxide and is an organic binder that bonds inorganic materials with each other, such as polyvinyl alcohol. Such a binder may be removed by heating, burning in the air during firing or in a preheating step before firing.
또한 상기에서 분산제는 슬러리를 형성시킬때 금속산화물 입자들이 수중에서 고르게 분산되도록 하는 약제이며, 메하덴 오일(Mehaden oil), 폴리카본산암모늄, 라우릴 알코올이나 미리스틸 알코올 등과 같은 장쇄의 지방족 알코올 등과 같은 계면 활성을 갖는 것을 어느것이나 사용가능함은 자명하다.In addition, the dispersing agent is a drug to evenly disperse the metal oxide particles in water when forming the slurry, long chain aliphatic alcohols such as Mehaden oil, ammonium polycarbonate, lauryl alcohol or myristyl alcohol, etc. Obviously, any one having the same surfactant can be used.
무알칼리합성 전해질 등과 같은 윤활제 및 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 옥틸프탈레이트 등과 같은 가소제는 슬러리로 된 금속산화물의 조성물의 가공성을 개선하기 위한 약제들로서, 주형 등에 넣어 성형하거나 또는 기타 다른 기구들을 사용하여 성형하는 과정 또는 기타의 취급과정에서 쉽게 이형되도록 하거나 다른 표면에 묻어나지 않도록 하는 등의 금속산화물의 조성물을 성형성 및 취급성을 개선하기 위하여 사용되어질 수 있는 것으로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 이들 결합제, 분산제, 윤활제 및 가소제 등을 적절하게 상용적으로 구입하여 사용할 수 있는 것이며, 또한 그 첨가량도 이론적으로나 또는 경험적으로부터 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 것임은 자명하다.Lubricants such as alkali-free electrolytes and plasticizers such as polyethylene glycol, ethylene glycol, octyl phthalate, etc. are agents for improving the processability of the composition of the metal oxide in the slurry, which may be molded into a mold or by using other devices. It can be used to improve the moldability and handleability of the composition of the metal oxide, such as to easily release during the process or other handling process, or to be buried on other surfaces, to those skilled in the art It is apparent that these binders, dispersants, lubricants, plasticizers, and the like can be appropriately purchased and used commercially, and the addition amount thereof can be appropriately selected from theoretical or empirical terms.
상기에서 형성된 그래뉼상의 입자는 가압에 의한 분말성형법에 의하여 가압성형하여 상기한 바와 같은 1100 내지 1200℃의 소성온도에서 대기압하의 공기조건하에서 저온소성시켜 부온도계수 써미스터를 제조한다.The granule-shaped particles formed above are press-molded by a powder molding method by pressurization, thereby producing a negative temperature coefficient thermistor by low-temperature firing under atmospheric pressure at an calcination temperature of 1100 to 1200 ° C.
제조된 소성체는 그 양면에 은전극제를 스크린 인쇄한 후 670℃에서 열처리하므로써 전극을 형성시키고, 제품의 안정성을 위하여 125℃에서 24 내지 72시간 동안 숙성(aging)시킨다.The produced fired body is formed by screen-printing silver electrode on both sides thereof, followed by heat treatment at 670 ° C., and aged at 125 ° C. for 24 to 72 hours for stability of the product.
이와 같이 제조된 부온도계수 써미스터는 표 1에 나타낸 바와 같이, 각 조성에 따라 서로다른 비저항 및 B 정수값을 갖는다.As shown in Table 1, the negative temperature coefficient thermistors thus prepared have different resistivity and B constant values according to the respective compositions.
상기에서 B 정수라 함은 써미스터의 재료정수로서 저항-온도 특성에서 임의의 두 온도간(T1,T2)의 온도에 대한 저항 변화의 크기를 나타내는 정수로서 온도가 증가함에 따라 약간씩 증가하고 써미스터를 구성하는 재료의 조성 및 온도범위에 따라 차이가 있다. 상기에서 B 정수가 크다는 것은 온도에 대한 저항변화가 크다는 것을 말하며 일반적으로 다음식으로 표현될 수 있다.The B constant is a material constant of the thermistor which represents the magnitude of the resistance change with respect to the temperature between any two temperatures (T1 and T2) in the resistance-temperature characteristic, and increases slightly as the temperature increases and constitutes the thermistor. There are differences depending on the composition of the material and the temperature range. In the above, a large B constant means a large change in resistance to temperature, and can be generally expressed by the following equation.
본 발명에서 사용되어지는 부온도계수 써미스터의 B 정수는 다른 언급이 없는 한 0℃와 50℃ 사이의 값을 규정한다.The B constant of the negative temperature coefficient thermistor used in the present invention defines a value between 0 ° C and 50 ° C unless otherwise stated.
B 정수에 대한 이론적인 값은 활성화에너지 △E, 볼츠만 정수를 K(1.38*10-23Joule/K)라고 할때,The theoretical value for the B constant is the activation energy ΔE and Boltzmann constant is K (1.38 * 10 -23 Joule / K).
B 정수=△E/2K(단위 K)B integer = △ E / 2K (unit K)
로 나타내며, 써미스터를 구성하는 재료의 조성 및/또는 소결조건에 의하여 결정되어진다.It is determined by the composition and / or sintering conditions of the materials constituting the thermistor.
[표 1. 산화망간-산화니켈-산화코발트계 써미스터의 조성 및 특성]Table 1. Composition and Properties of Manganese Oxide- Nickel Oxide-Cobalt Oxide Thermistors
상기한 바와 같은 조성에 의하여 형성되어지는 부온도계수 써미스터의 온도-저항 특성곡선은 제 1 도에 도시한 바와 같이, 다양한 기울기, 즉 온도변화에 따른 저항값의 변화의 폭이 서로 다른 반비례의 곡선을 얻을 수 있음이 밝혀졌다.As shown in FIG. 1, the temperature-resistance characteristic curve of the negative temperature coefficient thermistor formed by the composition as described above is inversely proportional to the different slopes, that is, the widths of the change in the resistance value according to the temperature change. It was found that it can be obtained.
본 발명은 이상과 같이 기재된 구체예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변경이나 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며 이러한 변형이나 변형은 첨부된 특허청구 범위에 의하여 제한되어져야 한다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the embodiments described above, it can be changed or modified within the spirit and scope of the present invention will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains and such modifications or variations are the appended claims. Should be limited by
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