산화아연 바리스터의 가속수명시험 설계

Abstract

반도체와 IC를 포함하는 전자회로는 과도 서지전압에 대해서 회로를 보호하기 위해서 회로의 절연내력을 증가시키는 방법 및 보호 장치를 부착하는 방법을 사용한다. ZnO 바리스터는 매우 높은 비선형성 전압-전류 곡선 특성을 보이고 있기 때문에 작은 전압의 변화로 폭넓게 전류를 변화 시킬 수 있다. 본 연구에서는 전원회로 보호용 바리스터에 낙뢰서지가 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해 8/20㎲의 낙뢰전압을 인가하여 낙뢰의 인가에 따른 바리스터에서의 고장메카니즘 및 고장모드를 분석하였으며, 아울러 가속수명시험을 수행하여 수명을 추정하고자 한다. 바리스터의 주된 고장모드는 Thermal runaway, Puncture, Cracking이 있다. 대부분의 고장모드는 Epoxy부분의 Cracking 과 Break away이었고 Puncture 및 Thermal runaway는 상대적으로 적게 나타났다. 특히 저 전압 영역인 6kV ~ 7kV 에서는 Epoxy Cracking과 Break away현상만이 일어났고, 고 전압 영역인 8kV ~ 10kV 에서는 Puncture 와 Thermal runaway도 발생했다. 낙뢰서지에 의한 바리스터의 가속수명시험을 시행하여 바리스터의 수명-스트레스 관계식 및 가속계수 추정결과 낙뢰전압에 의한 영향이 바리스터의 고장에 아주 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 특히 낙뢰전압 증가함에 따라 바리스터의 고장 발생시간이 단축됨을 알 수 있다. 낙뢰전압의 가속계수에 대한 영향은, 낙뢰전압이 커짐에 따라 가속계수가 지수적으로 증가함을 알 수 있다.; The impulse current such as a lightning surge strongly effects on the electrical properties degradation of ZnO Varistor. This study has analyzed Failure Mode/Mechanism of ZnO varistor which is identified Thermal runaway, Puncture and Cracking under direct lightning surges. We have estimated the common shape parameter of lifetime, accelerating factor by ALTA(Software). Estimated lifetime of ZnO Varistor in this paper is over 30 times under 5kV lightning surge.