專利名稱：片狀正溫度系數(shù)熱敏電阻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種片狀正溫度系數(shù)(以下為PCT)熱敏電阻，它包括具有PTC特性的導電聚合物。
背景技術：
在把過載電流加到電路時，具有PTC特性的導電聚合物自發(fā)地發(fā)熱及熱膨脹而變成電阻高的聚合物，從而把電流降低到安全的低電流水平。這樣，可把PTC熱敏電阻用作過載電流保護元件。
在PCT公開號為H09-503097的
公開日譯文中揭示了一種常規(guī)片狀PTC熱敏電阻結(jié)構(gòu)。

圖18(a)是該常規(guī)PTC熱敏電阻的剖面圖，圖18(b)為俯視圖。此PTC熱敏電阻包括電阻元件1，它由具有PTC特性的導電聚合物制成；分別在電阻元件1的正面和背面上由金屬箔制成的電極2a和2b以及2c和2d；一對通孔3，它們具有穿通電阻元件1的開口3a和3b；以及導電部件4a和4b，它們是通過以這樣的方式在通孔3的內(nèi)壁上進行鍍敷，從而與電極2a和2d以及2b和2c電氣連接而形成的。
除了這種類型的常規(guī)片狀PTC熱敏電阻以外，發(fā)明人發(fā)明了這樣一種片狀PTC熱敏電阻，它在安裝于電路板時能實現(xiàn)容易地對焊接部分進行目測并允許射流焊接。如圖19(a)的透視圖、圖19(b)的剖面圖以及圖19(c)的分解透視圖所示，片狀PTC熱敏電阻包括具有PTC特性的導電聚合物片5；電極6a和6b以及6c和6d，它們分別由位于導電聚合物5的正面和背面上的金屬箔制成；以及側(cè)面電極7a和7b，它們是通過以這樣的方式在導電聚合物5的側(cè)面上進行鍍敷，從而與電極6a和6d以及6b和6c電氣連接而形成的。導電聚合物5是諸如聚乙烯和碳塊(carbon block)一類聚合材料的混合物。
由于加上過載電流時所產(chǎn)生的熱量(熱能P＝I2xR，I電流，RPTC熱敏電阻的電阻)，使得PTC熱敏電阻的導電聚合物5自發(fā)地膨脹，并變?yōu)楦咦?。在本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻的情況下，電極6a和6c限制了導電聚合物片5沿垂直方向(電流通過的同一方向)的膨脹。這阻止了PTC熱敏電阻的電阻增長率增加到導電聚合物5的固有增長能力的水平。因此，使保持功耗(P＝V2/R，V所加的電壓)平衡的電阻增長的范圍降低，從而阻止耐壓(withstand voltage)升高。
本發(fā)明旨在提供一種片狀PTC熱敏電阻，它在加上過載電流時使電阻的增長率增加，因而提高了耐壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻包括具有PTC特性的導電聚合物；置于導電聚合物上并與其接觸的第一主電極；與第一主電極一起將導電聚合物夾在中間的第二主電極；電氣連接到第一主電極的第一電極；電氣連接到第二主電極的第二電極；以及釋放(realease)變形限制用裝置，它包括至少置于第一和第二主電極之一上的切去部分或開口。
由于此結(jié)構(gòu)包括釋放變形限制用裝置，所以在把過載電流加到片狀PTC熱敏電阻時可有助于導電聚合物向垂直方向的膨脹。這樣，導電聚合物的電阻率增加，推動了電阻的增長率。因此，使片狀PTC熱敏電阻的電阻增長的性能改進，從而提高了耐壓。
根據(jù)需要，可在第一和第二主電極之間放置奇數(shù)或偶數(shù)個內(nèi)部電極。
在本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻的情況下，希望以這樣的方式把釋放變形限制用裝置置于主電極與第一和第二電極之間的接合處附近，每個相鄰裝置相對于第一和第二電極之間空間的中心對稱放置。此結(jié)構(gòu)使得導電聚合物更容易膨脹，因而進一步有助于其電阻和耐壓的增長。
應最好把主電極上形成的釋放變形限制用裝置旋轉(zhuǎn)對稱地置于平行于主電極的面上。此結(jié)構(gòu)使導電聚合物用膨脹所引起的PTC熱敏電阻的畸變得以均分，從而提高了可靠性。
最好以開口或切去部分來形成釋放變形限制用裝置。該開口或切去部分有助于導電聚合物的膨脹，因而進一步有助于增加電阻。
依據(jù)本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻，最好以這樣的方式在第一主電極的同一平面上提供第一子電極，從而使第一子電極與第一主電極電氣分開，且電氣連接到第二電極。
最好，第一電極是置于導電聚合物側(cè)面之一上的第一側(cè)面電極，而第二電極則是置于導電聚合物另一側(cè)面上的第二側(cè)面電極。
第一和第二電極可分別是穿通導電聚合物的第一和第二內(nèi)部穿通電極。
第一電極還可包括置于導電聚合物側(cè)面之一上的第一側(cè)面電極以及穿通導電聚合物的第一內(nèi)部穿通電極，而第二電極包括置于導電聚合物另一側(cè)面上的第二側(cè)面電極以及穿通導電聚合物的第二內(nèi)部穿通電極。
附圖概述圖1(a)是依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖1(b)是依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖1(c)是在圖1(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖2(a)-(c)是示出依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻制造方法的流程圖。
圖3(a)-(e)是示出依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻制造方法的流程圖。
圖4是示出在第一和第二電極設有和不設有任何切去部分時測得的電阻與溫度之間關系的差異圖。
圖5(a)是依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的另一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖5(b)是依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖5(c)是在圖5(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖6(a)是依據(jù)本發(fā)明第一較佳實施例的又一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖6(b)是片狀PTC熱敏電阻的平面圖。
圖7(a)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖7(b)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖7(c)是在圖7(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖8(a)和(b)是示出依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻制造方法的流程圖。
圖9(a)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的另一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖9(b)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖9(c)是在圖9(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖10(a)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的又一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖10(b)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖10(c)是在圖10(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖11(a)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的再一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖11(b)是依據(jù)本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖11(c)是在圖11(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖12(a)是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖12(b)是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖12(c)是在圖11(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖13(a)和(b)是示出依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻制造方法的流程圖。
圖14(a)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的另一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖14(b)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖14(c)是在圖14(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖15(a)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的又一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖15(b)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖15(c)是在圖15(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖16(a)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的再一片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖16(b)是依據(jù)本發(fā)明第三較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖16(c)是在圖16(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖17(a)是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的還有一個片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖17(b)是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
圖17(c)是在圖17(a)的A-A’線處剖開的剖面圖。
圖18(a)和(b)分別是常規(guī)片狀PTC熱敏電阻的剖面圖和俯視圖。
圖19(a)是本發(fā)明之前發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻的透視圖。
圖19(b)是圖19(a)的線A-A’處剖開的剖面圖。
圖19(c)是同一片狀PTC熱敏電阻的分解透視圖。
本發(fā)明的較佳實施方式第一較佳實施例以下參考附圖來描述本發(fā)明第一較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻。
在圖1(a)、1(b)和1(c)中，具有PTC特性的直角平行六面體導電聚合物11包括高密度聚乙烯(它是晶體聚合物)與碳塊(導電顆粒)的混合物。導電聚合物11的第一面上有第一主電極12a。同一平面上還有第一子電極12b，它與第一主電極12a分開放置。這里，同一平面指把第一子電極12b置于第一主電極12a的延伸平面上，分開指它不與第一主電極12a直接電氣相連。盡管如此，這些條件不排除主電極12a與子電極12b可通過導電聚合物11加以電氣耦合。將第二主電極12c置于與導電聚合物11的第一面相對的第二面上，而把第二子電極12d與第二主電極分開放置，但處于其同一平面上。所有的主電極和子電極12a、12b、12c和12d都包括諸如鎳和銅一類金屬箔。
由鎳鍍層制成的第一側(cè)面電極13a以這樣的方式圍繞導電聚合物11的側(cè)面之一以及第一主電極12a和第二子電極12d諸邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第一主電極12a與第二子電極12d。由鎳鍍層制成的第二側(cè)面電極13b以這樣的方式圍繞導電聚合物11的第一側(cè)面電極13a相對的另一側(cè)面以及第二主電極12c和第一子電極12b諸邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第二主電極12c與第一子電極12b。第一和第二側(cè)面電極13a和13b用作外部連接的第一和第二電極。
第一和第二主電極12a和12c具有切去部分14。在導電聚合物11的第一和第二面的最外層上形成包括環(huán)氧丙烯酸樹脂的第一和第二保護涂層15a和15b。
參考圖2(a)-(c)和圖3(a)-(d)來描述以上述方式構(gòu)成的片狀PTC熱敏電阻的制造方法。
首先，在大約170℃，用加熱的雙筒滾軋機把42wt％的結(jié)晶度為70-90％的高密度聚乙烯與57wt％的通過熔爐法制造的平均粒徑為58nm及比表面積為38m2/g的碳塊以及以1wt％的抗氧化劑加以攪混(knead)約20分鐘。從滾軋機中取出經(jīng)攪拌的片狀混合物，以獲得如圖2(a)所示厚度約0.16mm的導電聚合物片21。在完成時，圖2中的導電聚合物21將變?yōu)閷щ娋酆衔?1。
隨后，用金屬模壓機在約80μm厚的電解銅箔上形成一圖案，以制備如圖2(b)所示的電極22。在完成時，電極22將變?yōu)榈谝恢麟姌O12a、第一子電極12b、第二主電極12c和第二子電極12d。圖2(b)中的標號23等于在與第一和第二側(cè)面電極13a和13b的接合處附近在第一和第二主電極12a和12c中之一或這兩者上形成的切去部分14。形成槽24，以在主和子電極之間提供空間，從而在后續(xù)工藝中把片狀PTC熱敏電阻劃分成獨立的單元時，使這些主和子電極相互分開。形成槽25，以通過減少電解銅箔的切割長度來減少在劃片期間電解銅箔所發(fā)生的下陷(sag)和溢料(flash)。
接著，如圖2(c)所示，把導電聚合物片21夾在諸電極22之間。在175℃，20乇的真空以及75kg/cm2的壓強下，對此層疊體進行一分鐘的熱壓成形，并整體結(jié)合成圖3(a)所示的第一片26。在110-120℃下對第一片26進行一小時的熱處理，然后暴露于約40Mrad的電子束輻照器中進行電子束輻照，以使高密度聚乙烯交聯(lián)。
然后，如圖3(b)所示，通過劃片以預定的規(guī)則間隔來形成窄的穿通槽27，從而在想要的片狀PTC熱敏電阻的諸縱向側(cè)面與穿通槽24的兩端之間留下一些空間。
接著，圖3(c)所示，把環(huán)氧丙烯酸、紫外線和熱固化樹脂絲網(wǎng)印刷到第一片26的頂面和底面上，其上形成穿通槽27的附近除外。在UV固化爐中暫時固化這些樹脂，每次固化一面，然后在熱固爐中同時固化樹脂的兩面，以形成保護涂層28。在電流密度為4A/dm2的氨基磺酸鎳池(nickel sulfamate bath)中約20分鐘，使在片23上不設有保護涂層的部分以及穿通槽24的內(nèi)壁上包括約10μm厚的鎳鍍層的側(cè)面電極29。
然后，把具有側(cè)面電極29的第一片26劃分成獨立的單元，以形成圖3(d)所示的片狀PTC熱敏電阻30。
以下描述說明為什么在與第一和/或第二側(cè)面電極的一接合或諸接合處附近的第一和第二主電極之一或這兩者之上形成切去部分以獲得片狀PTC熱敏電阻的足夠的電阻增長率。此描述是在以PTC熱敏電阻30為例的基礎上給出的。
在把PTC熱敏電阻30作為一表面安裝部件安裝到電路板上，且施加上過載電流時，導電聚合物11便自發(fā)地發(fā)熱和膨脹，其電阻率升高，并把過載電流降低到無關緊要的值。在我們先前發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻的情況下，由于如圖19所示，導電聚合物5夾在電極6a和6c之間，所以導電聚合物5沿厚度方向的膨脹有些困難。為了解決這一問題，第一和第二主電極12a和12c設有如圖1(b)所示分別位于與第一側(cè)面電極13a和第二側(cè)面電極13b的接合處附近的切去部分14。這些切去部分14使得被它們所夾的部分容易變形，有助于導電聚合物11沿厚度方向膨脹。結(jié)果，可充分地釋放導電聚合物的可膨脹性，從而提高電阻的增長率。因此，可獲得能保持恒定的功耗并能控制過載電流而即使在高壓下也不會受損，以及具有高耐壓的片狀PTC熱敏電阻。在本實施例中，把切去部分14提供給主電極12a和12c，然而，也可把它僅提供給主電極12a和12c之一。
依據(jù)本實施例的制造方法，制成兩種類型的樣品一種類型是第一和第二主電極12a和12c設有位于與第一側(cè)面電極13a和13b的接合處附近的切去部分14，另一種類型是沒有切去部分14。為了確認切去部分14所引起電阻增長率的差別，執(zhí)行以下試驗。
把上述每一種類型的具有和沒有切去部分14的五個樣品安裝在印刷電路板上，并保持于恒溫爐中。以2℃/min的速率把爐子的溫度從25℃升高到150℃，測量不同溫度下樣品的電阻。
圖4示出具有和沒有切去部分14的樣品的電阻/溫度特性的一個例子。如圖4所示，在溫度達到125℃時，具有切去部分14的樣品的電阻高于沒有切去部分14的樣品。
在第一較佳實施例中，第一和第二組電極12a和12c設有切去部分14，然而，如圖5(a)-(c)所示，當以開口16替代切去部分14時，可獲得同樣的益處?？砂亚腥ゲ糠?4或開口16提供給第一和第二主電極12a和12c之一。還可在與第一和第二側(cè)面電極13a和13b的接合處附近給主電極12a和12c之一上提供切去部分14，在另一個主電極上提供至少一個開口16。
在本實施例中，第一主電極12a連接到的第一電極為第一側(cè)面電極13a。然而，第一電極不限于置于導電聚合物11整個側(cè)面上的電極它可以是在導電聚合物的側(cè)面的一部分上形成的電極。如圖6(a)和(b)所示，第一電極可以是穿通導電聚合物11內(nèi)部的第一內(nèi)部穿通電極17a，從而使第一主電極12a和第二子電極12d相連。第二內(nèi)部穿通電極17b具有與第一內(nèi)部穿通電極17a相同的結(jié)構(gòu)。如圖6(a)和(b)所示，與圖1相同的部件具有與圖1相同的標號，省略其描述。
第一電極可包括第一側(cè)面電極13a和第一內(nèi)部穿通電極17a。同樣，第二電極不限于第二側(cè)面電極13b?？砂褕D6所示的第二內(nèi)部穿通電極17b用作第二電極。第二電極也可包括第二側(cè)面電極13b和第二內(nèi)部穿通電極17b。
第一和第二子電極12b和12d不是必要的部件片狀PTC熱敏電阻可沒有子電極。沒有子電極不妨礙導電聚合物11在過載電流下沿厚度方向的膨脹。然而，有了子電極，提高了片狀PTC熱敏電阻的可靠性。
在上述例子中，把切去部分14或開口16提供給第一主電極12a作為釋放變形限制用裝置。為了實現(xiàn)同一目的，可使第一主電極12a的一部分變得比它的其余部分弱。對主電極12c也是同樣的。
可把釋放變形限制用裝置置于第一主電極12a中的任何地方，然而，如果把它置于從面對第二主電極12b末梢的一部分到與第一側(cè)面電極13a的接合處的區(qū)域上，則可獲得更大的效果。這可適用于提供給第二主電極12c的釋放變形限制用裝置。
第二較佳實施例以下參考附圖描述本發(fā)明第二較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻。
在圖7(a)、7(b)和7(c)中，具有PTC特性的直角平行六面體導電聚合物31包括高密度聚乙烯(它是晶體聚合物)與碳塊(導電顆粒)的混合物。導電聚合物31的第一面上有第一主電極32a。同一平面上還有第一子電極32b，它與第一主電極32a分開放置。第二主電極32c置于與導電聚合物31的第一面相對的第二面上，而第二子電極32d則與第二主電極32c分開放置，但處在其同一平面上。所有的主和子電極32a、32b、32c和32d都包括諸如鎳和銅一類金屬箔。
由鎳鍍層制成的第一側(cè)面電極33a以這樣的方式圍繞導電聚合物31的側(cè)面之一以及第一和第二主電極32a和32c的諸邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第一主電極32a與32c。由鎳鍍層制成的第二側(cè)面電極33b以這樣的方式圍繞導電聚合物31的第一側(cè)面電極33a相對的另一側(cè)面以及第一和第二子電極32b和32d的邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第一與第二子電極32b和32d。內(nèi)部主電極34a置于導電聚合物31的內(nèi)部，平行于第一和第二主電極32a和32c且電氣連接到第二側(cè)面電極33b。內(nèi)部子電極34b獨立地置于與內(nèi)部主電極34a相同的平面上，且電氣連接到第一側(cè)面電極33a。這些內(nèi)部電極34a和34b由諸如銅和鎳一類金屬箔制成。
第一和第二主電極32a和32c具有切去部分35。在導電聚合物31的第一和第二面的最外層上形成包括環(huán)氧丙烯酸樹脂的第一和第二保護涂層36a和36b。
以下是參考圖8(a)-(c)所提供的片狀PTC熱敏電阻的制造方法的說明。
首先，以與第一較佳實施例相同的方式產(chǎn)生導電聚合物片41和電極42。其次，如圖8(a)所示，把導電聚合物片41和電極42交替置于其他導電聚合物片41和電極42的頂部。然后，通過加熱和加壓而使該層整體合成為一體，以形成圖8(b)所示的第一片46。本實施例的后續(xù)制造片狀PTC熱敏電阻的步驟與第一較佳實施例的相同。
為了保證片狀PTC熱敏電阻實現(xiàn)足夠的電阻增長率，在同第一側(cè)面電極的接合處附近對位于導電聚合物每個面上的第一和第二主電極中的至少一個提供切去部分。以下把上述PTC熱敏電阻作為一個例子來描述切去部分的必要性。
依據(jù)第二較佳實施例的制造方法，制成兩種類型的樣品一種類型的樣品是第一和第二主電極32a和32c設有位于與第一側(cè)面電極33a的接合處附近的切去部分35，另一種類型的樣品則是沒有切去部分35。
為了確認提供給預定位置的切去部分35所引起電阻增長率的差別，執(zhí)行如以下所述與第一較佳實施例相同的試驗。
以與第一較佳實施例相同的方式把上述每一種類型的具有和沒有切去部分35的五個樣品安裝在印刷電路板上，并保持于恒溫爐中。以2℃/min的速率把爐子的溫度從25℃升高到150℃，測量不同溫度下樣品的電阻。試驗結(jié)果確認，在溫度達到125℃時，有切去部分35的樣品的電阻高于沒有切去部分35的樣品的電阻。
在第二較佳實施例中，把切去部分35提供給第一和第二主電極32a和32c與第一側(cè)面電極33a之間的接合處。然而，如圖9(a)-(c)所示，當在內(nèi)部主電極34a與第二側(cè)面電極33b之間的接合處附近也提供切去部分35a時，甚至可獲得更高的電阻增長率，從而實現(xiàn)更好的效果。
如圖10(a)-(c)所示，可以獲得相同效果的開口37來替代切去部分35。如圖11(a)-(c)所示，除了開口37以外，把開口37a提供給內(nèi)部主電極34a是可取的。
在第二較佳實施例中，描述了第一和第二主電極32a和32c上設有切去部分35或開口37的片狀PTC熱敏電阻。然而，也可把切去部分36提供給第一和第二主電極32a和32c之一以及把不止一個開口37提供給其他主電極。
在第二較佳實施例中，描述了導電聚合物31內(nèi)部具有一個內(nèi)部主電極34a和一個內(nèi)部子電極34b的片狀PTC熱敏電阻。該結(jié)構(gòu)可應用于導電聚合物內(nèi)部包含有3、5或其他奇數(shù)個內(nèi)部主電極和奇數(shù)個內(nèi)部子電極的片狀PTC熱敏電阻。在這種片狀PTC熱敏電阻的情況下，可根據(jù)需要把切去部分或開口或這兩者提供給奇數(shù)個(不止3個)內(nèi)部主電極。
在第二較佳實施例中，片狀PTC熱敏電阻設有內(nèi)部子電極34b，然而，這不是必要的部件。
此外，第一電極不必包括象第一側(cè)面電極33a一樣置于導電聚合物31整個側(cè)面上的電極；它可包括局部覆蓋側(cè)面的電極，或內(nèi)部穿通電極，或側(cè)面電極與內(nèi)部穿通電極的組合。
釋放變形限制用裝置不必是切去部分或開口。第一主電極12a可設有比它的其余部分局部較弱的部分。
如第一較佳實施例那樣以相同的方式，如果把置于第一主電極32a上的釋放變形限制用裝置也放置在從第一內(nèi)部主電極34a的末梢到第一主電極和第一側(cè)面電極33a的連接部分的區(qū)域上，則可獲得更大的效果。此結(jié)構(gòu)可適用于第二側(cè)面電極33b和內(nèi)部主電極34a。
第三較佳實施例以下參考附圖來描述本發(fā)明第三較佳實施例的片狀PTC熱敏電阻。
在圖12(a)、12(b)和12(c)中，具有PTC特性的直角平行六面體導電聚合物51包括高密度聚乙烯(它是晶體聚合物)與碳塊(導電顆粒)的混合物。導電聚合物51的第一面上有第一主電極52a。同一平面上還有第一子電極52b，它與第一主電極52a分開放置。第二主電極52c置于與導電聚合物51的第一面相對的第二面上，而第二子電極52d則與第二主電極52c分開放置，但處在同一平面上。所有的主和子電極52a、52b、52c和52d都包括諸如鎳和銅一類金屬箔。
由鎳鍍層制成的第一側(cè)面電極53a以這樣的方式圍繞導電聚合物51的諸側(cè)面之一以及第一主電極52a和第二子電極52d的諸邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第一主電極52a與第二子電極52d。由鎳鍍層制成的第二側(cè)面電極53b以這樣的方式圍繞導電聚合物51的第一側(cè)面電極53a相對的另一側(cè)面以及第二主電極52c和第一子電極52b的諸邊緣的整個表面折疊起來，從而它電氣連接第二主電極52c和第一子電極52b。
第一內(nèi)部主電極54a置于導電聚合物51的內(nèi)部，平行于第一和第二主電極52a和52c且電氣連接到第二側(cè)面電極53b。第一內(nèi)部子電極54b分開放置于與內(nèi)部主電極54a相同的平面上，且電氣連接到第一側(cè)面電極53a。第二內(nèi)部主電極54c置于導電聚合物51的內(nèi)部，平行于第一和第二主電極52a和52c且電氣連接到第一側(cè)面電極53a。第二內(nèi)部子電極54d分開放置于與內(nèi)部主電極54a相同的平面上，且電氣連接到第二側(cè)面電極53b。這些內(nèi)部電極54a、54b、54c和54d均由諸如銅和鎳一類金屬箔制成。
第一和第二主電極52a和52c具有切去部分55。在導電聚合物51的第一和第二面的最外層上形成包括環(huán)氧丙烯酸樹脂的第一和第二保護涂層56a和56b。
以下參考圖13(a)-(b)來描述按以上方式構(gòu)成的片狀PTC熱敏電阻的制造方法。
首先，產(chǎn)生導電聚合物片61和電極62。把導電聚合物片61夾在電極62之間并在真空中進行熱壓，以形成如第一較佳實施例中結(jié)合成一體的第一片66。接著，如圖13(a)所示，把導電聚合物片61和電極62交替堆疊在第一片66的頂部和底部，從而使電極62形成最外層。然后，對該層疊體進行熱壓，以形成圖13(b)所示的第二片67。接著，按照與第一較佳實施例相同的制造步驟，生產(chǎn)出片狀PTC熱敏電阻。
為了保證片狀PTC熱敏電阻實現(xiàn)足夠的電阻增長率，需要在與第一和第二側(cè)面電極中的任一個或這兩者的接合處附近在第一和第二主電極之一或這兩者上形成切去部分。以下使用準備用于比較的樣品來描述需要切去部分的理由。
依據(jù)第三較佳實施例的制造方法，制成兩種類型的樣品一種類型的樣品是第一和第二主電極52a和52c設有位于與第一和第二側(cè)面電極53a和53b的接合處附近的切去部分55，另一種類型的樣品是沒有切去部分55。為了確認切去部分55所引起的電阻增長率的差別，執(zhí)行如以下所述與第一較佳實施例相同的試驗。制備上述每一種類型的五個樣品，并把它們安裝在印刷電路板上，保持于恒溫爐中。以2℃/min的速率把爐子的溫度從25℃升高到150℃，測量不同溫度下樣品的電阻。試驗結(jié)果確認，在溫度達到125℃時，有切去部分55的樣品的電阻高于沒有切去部分55的樣品的電阻。
在第三較佳實施例的描述中，在與第一和第二側(cè)面電極53a和53b的接合處附近，把切去部分55提供給第一和第二主電極52a和52c。然而，如圖14(a)-(c)所示，在第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c與第二側(cè)和第一側(cè)面電極53b和53a之間的接合處附近，把切去部分55a和55b提供給第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c是可取的。如圖15(a)-(c)所示，可以獲得相同效果的開口57來替代切去部分55。如圖16(a)-(c)所示，最好在第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c與第一和第二側(cè)面電極53a和53b之間的接合處附近把開口57a提供給第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c。
在第三較佳實施例的描述中，把切去部分55或開口57提供給第一和第二主電極52a和52c。然而，也可把切去部分55提供給第一和第二主電極52a和52c之一以及把不止一個開口57提供給其他主電極。
在第三較佳實施例中，描述了具有兩個內(nèi)部主電極54a和54c以及兩個內(nèi)部子電極54b和54d的片狀PTC熱敏電阻。然而，可在導電聚合物中放置偶數(shù)(諸如4和6)個內(nèi)部主和子電極。在具有偶數(shù)(兩個或更多)個內(nèi)部主和子電極的片狀PTC熱敏電阻的情況下，可根據(jù)需要或者把切去部分55和開口57中的任一個或者兩者提供給諸內(nèi)部主電極。
在第三較佳實施例中，片狀PTC熱敏電阻設有第一和第二內(nèi)部子電極54b和54d，然而，本發(fā)明可應用于沒有第一和第二內(nèi)部子電極54b和54d的片狀PTC熱敏電阻。
釋放變形限制用裝置的形狀并不限于切去部分55和開口57的形狀。從平行于電極縱向的側(cè)面之一形成的圖17所示切去部分58a、58b、58c和58d的形狀也是適用的。切去部分58a、58b、58c和58d是分別提供給第一和第二主電極52a和52c以及第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c的釋放變形限制用裝置。在該層的兩個縱向側(cè)面上都設有圖12所示的諸切去部分55，但圖17中的切去部分58a-58d僅在每一層的縱向側(cè)面之一上設有。換句話說，在圖12中，第一主電極52a僅在中間保留窄的部分，在這里從其縱向的兩側(cè)都設有切去部分55。相反，在切去部分58a的情況下，圖17中的第一主電極52a的一側(cè)則保持完整無缺。因此，圖17中第一主電極52的形狀更易于變形，因而限制導電聚合物51膨脹的能力較小。因此，在加上過載電流時，電阻增加就更為急劇。這種釋放變形限制用裝置的形狀不僅可用于第一主電極52a，而且也可用于第二主電極52c、第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c，以實現(xiàn)甚至更大的效果。這種形狀還可應用于第一和第二較佳實施例中的片狀PTC熱敏電阻，可獲得與第三較佳實施例類似的較高效果。
如圖17所示，用作釋放變形限制用裝置的切去部分58a-58d可按以下方式相互旋轉(zhuǎn)而對稱地加以放置置于第一主電極52a上的切去部分58a與置于靠近第一主電極52a的第一內(nèi)部電極54a上的切去部分58c相互旋轉(zhuǎn)對稱；切去部分58c與置于靠近第一內(nèi)部電極54a的第二內(nèi)部主電極54c上的切去部分58d相互旋轉(zhuǎn)對稱；以及切去部分58d與切去部分58b相互旋轉(zhuǎn)對稱。旋轉(zhuǎn)軸(即，旋轉(zhuǎn)對稱的基準點)沿著第一主電極52a、導電聚合物51和第一內(nèi)部主電極54a等層疊的方向。換句話說，此情況下旋轉(zhuǎn)對稱的旋轉(zhuǎn)軸是垂直于第一主電極52a的平面的方向。
如上所述，最好以旋轉(zhuǎn)對稱的方式來放置釋放變形限制用裝置。其理由如下所述。
因?qū)щ娋酆蠈?1膨脹引起的電極位移與釋放變形限制用裝置的位置具有以下關系在第一主電極52a中從設有切去部分58a的地方延伸至靠近第一子電極52b的末梢的區(qū)域內(nèi)，靠近切去部分58a的鄰近部分59a受到由導電聚合物51的膨脹所引起的最少量的變形；相反，位于離部分59a最遠的邊緣處的末梢部分59b則受到最大數(shù)量的變形。
在第一和第二內(nèi)部主電極54a和54c以及第二主電極52c的情況下觀察到相同的關系，即，在鄰近部分59c、59e和59g中觀察到最大變形，而在末梢部分59d、59f和59h中則觀察到最少的變形。
依據(jù)圖17所示的結(jié)構(gòu)，交替放置鄰近部分59a、59c、59e和59g及末梢部分59b、59d、59f和59h，從而使它們通過導電聚合物51相互面對。該結(jié)構(gòu)使整個片狀PTC熱敏電阻的變形變得均勻，從而提高了可靠性。如果在圖的前側(cè)形成切去部分58c和58b，換句話說，如果第一內(nèi)部主電極54a和第二主電極52c沿A-A線(設定為對稱線)翻轉(zhuǎn)，則前側(cè)的導電聚合物51比位于后側(cè)的導電聚合物51更容易膨脹。因此，前側(cè)的片狀PTC熱敏電阻的變形水平變得較大，而在后側(cè)的較小，從而使變形量不均勻。因此，在第一側(cè)面電極53a的前側(cè)加上下降的功率，而在后側(cè)加上上升的功率。結(jié)果，降低了第一側(cè)面電極53a與第一主電極52a之間接合處的可靠性。
可把第三較佳實施例中所述的釋放變形限制用裝置的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)應用于第一和第二較佳實施例，以獲得相同的效果。
在第一、第二和第三較佳實施例中，第一主電極52a、第一子電極52b、第二主電極52c、第二子電極52d、第一內(nèi)部主電極54a、第一內(nèi)部子電極54b、第二內(nèi)部主電極54c和第二內(nèi)部子電極54d都是由包括金屬箔的導電材料制成的。本發(fā)明也可應用于通過濺射、熱噴涂和電鍍制成的導電材料、通過濺射或熱噴涂后的電鍍制成的導電材料以及導電片。較佳的導電片包括金屬粉末、金屬氧化物、導電氮化物或碳化物和碳之一的片以及包括金屬網(wǎng)、金屬粉末、金屬氧化物、導電氮化物或碳化物和碳之一的片。
工業(yè)應用性在加上過載電流時，本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻的電阻增長率和耐壓極佳，十分適用于工業(yè)。
權利要求
1.一種片狀PTC熱敏電阻，包括具有PTC特性的導電聚合物；與所述導電聚合物接觸地放置的第一主電極；經(jīng)由所述導電聚合物面對所述第一主電極的第二主電極；電氣連接到所述第一主電極的第一電極；以及電氣連接到所述第二主電極的第二電極，其特征在于所述第一主電極和所述第二主電極中的至少一個設有釋放變形限制用裝置。
2.一種片狀PTC熱敏電阻，包括具有PTC特性的導電聚合物；與所述導電聚合物接觸地放置的第一主電極；經(jīng)由所述導電聚合物面對所述第一主電極的第二主電極；置于所述第一主電極和所述第二主電極之間的所述導電聚合物內(nèi)部的奇數(shù)個內(nèi)部主電極；電氣連接到所述第一主電極和所述第二主電極的第一電極；以及電氣連接到直接面對所述第一主電極的所述內(nèi)部主電極的第二電極；其特征在于所述奇數(shù)個內(nèi)部主電極交替地電氣連接到所述第一電極和所述第二電極之一，所述第一主電極、所述第二主電極和所述內(nèi)部主電極之一設有釋放變形限制用裝置。
3.一種片狀PTC熱敏電阻，包括具有PTC特性的導電聚合物；與所述導電聚合物接觸地放置的第一主電極；經(jīng)由所述導電聚合物面對所述第一主電極的第二主電極；置于所述第一主電極和所述第二主電極之間的所述導電聚合物內(nèi)部的偶數(shù)個內(nèi)部主電極；電氣連接到所述第一主電極的第一電極；以及電氣連接到所述第二主電極的第二電極；其特征在于直接面對所述第一主電極的所述內(nèi)部主電極電氣連接到所述第二電極，所述偶數(shù)個內(nèi)部主電極交替地耦合到所述第一電極和所述第二電極之一，所述第一主電極、所述第二主電極和所述內(nèi)部主電極中的至少一個設有釋放變形限制用裝置。
4.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述釋放變形限制用裝置置于與所述第一和第二電極之一的接合處附近。
5.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于把所述釋放變形限制用裝置提供給鄰接的所述第一主電極、所述第二主電極和所述內(nèi)部主電極中的每一個，所述鄰接裝置在平行于所述第一主電極的平面上相互旋轉(zhuǎn)對稱地放置。
6.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述釋放變形限制用裝置包括開口。
7.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述釋放變形限制用裝置包括切去部分。
8.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于還包括置于所述第一主電極的延伸平面上的第一子電極，所述第一子電極與所述第一主電極隔開并電氣連接到所述第二電極。
9.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述第一電極為置于所述導電聚合物的側(cè)面之一上的第一側(cè)面電極，所述第二電極為置于所述導電聚合物的另一側(cè)面上的第二側(cè)面電極。
10.如權利要求1、2和3中任一項所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述第一電極是置于所述導電聚合物內(nèi)部的第一內(nèi)部穿通電極，所述第二電極是置于所述導電聚合物內(nèi)部的第二內(nèi)部穿通電極。
11.如權利要求1、2和3中敘事一基所述的片狀PTC熱敏電阻，其特征在于所述第一電極包括置于所述導電聚合物的一個側(cè)面上的第一側(cè)面電極；以及置于所述導電聚合物內(nèi)部的第一內(nèi)部穿通電極，而所述第二電極則包括置于所述導電聚合物的另一側(cè)上的第二側(cè)面電極；以及置于所述導電聚合物內(nèi)部的第二內(nèi)部穿通電極。
全文摘要
本發(fā)明的片狀PTC熱敏電阻在過載電流流動時能增加電阻的增長率,且它具有高的額定電壓。該熱敏電阻包括:置于具有PTC導電聚合物(11)的第一側(cè)上的第一主電極(12a)和第一副電極(12b);置于與第一面相對的第二面上的第二主電極(12c)和第二副電極(12d);置于導電聚合物(11)的邊緣上的第一和第二側(cè)面電極(13a,13b)。第一主電極(12a)具有靠近它與第一側(cè)面電極(13a)的觸點的切口(14),第二主電極(12c)具有靠近它與第二側(cè)面電極(13b)的觸點的切口(14)。
文檔編號H01C7/02GK1343364SQ00804790
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月2日 優(yōu)先權日1999年3月8日
發(fā)明者巖尾敏之, 小島潤二, 田中光, 池田隆志, 池內(nèi)揮好 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社