專利名稱：：Ptc設備的制造方法
技術領域：
：本發明涉及聚合物PTC設備的制造方法、以及使用這種制造方法制造的聚合物PTC設備。
背景技術：
：聚合物PTC元件被廣泛應用于電氣或者電子裝置中，該聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素以及配置在其兩側的金屬電極，該聚合物PTC材料成型為例如層狀而形成的。這種聚合物PTC元件在電子設備中被用作例如電路保護裝置，其在設備的正常使用過程中不具有實質性的電阻值，但在設備處于異常狀態、或者設備的周邊環境處于異常狀態時，聚合物PTC元件自身的溫度升至高溫，電阻值急劇增加，形成所謂的跳閘，將設備中流動的電流切斷，從而對設備損壞起到防患于未然的作用。這種聚合物PTC元件優選是在設備處于正常運轉的狀態下其電阻值盡可能地小，以至于仿佛其本身并不存在。為了在電子設備中使用聚合物PTC元件，在聚合物PTC要素上連接了金屬電極從而形成聚合物PTC元件，在這種聚合物PTC元件的至少一個金屬電極上電氣連接引線從而形成PTC設備，將這種PTC設備連接到預定的布線或電氣要素，通過引線將聚合物PTC元件插入到電子設備的預定的電路中。具有引線而形成的聚合物PTC設備是通過以下方式制造的在例如擠壓成型為片狀的導電性聚合物材料的表里兩側，通過例如熱壓接粘合用作金屬電極的金屬箔之后，裁斷或沖裁為預定尺寸，然后在金屬電極上連接應插入到電子設備的電路中的各種金屬引線。例如，下述專利文獻l中，在連接引線時使用了軟釬焊、電阻焊接等。專利文獻l:特開2001-102039號公4艮
發明內容這種聚合物PTC元件優選是在設備處于正常運轉的狀態下其電阻值盡可能地小，以至于仿佛其本身并不存在。如果配置有聚合物PTC元件的環境溫度升高，其電阻值就逐漸上升至即將跳閘的溫度，然后會急劇地增加。當然，在跳閘前，聚合物PTC元件優選是其本身是低電阻值。因而，希望提供一種具有電阻值更低的聚合物PTC元件的聚合物PTC設備。上述課題通過以下的PTC設備的制造方法來解決，該PTC設備包括具有聚合物PTC要素和配置在其兩側的金屬電極而成的PTC元件、以及電氣連接到至少一個金屬電極上的引線，該制造方法的特征在于聚合物PTC要素由聚合物材料及包含了分散在其中的導電性填料而成的導電性聚合物組成物而形成，在低于聚合物材料熔點的溫度下將引線連接到金屬電極上。此外，在本發明的PTC設備的制造方法中，構成PTC元件的PTC要素的各部件材料和金屬電極、以及引線與通常的PTC設備中所使用的材料相同即可，它們都是眾所周知的，因此，省略其詳細說明。構成聚合物PTC要素的聚合物材料優選是結晶聚合物或者是包含結晶聚合物的聚合物組成物。這種結晶聚合物可以是例如聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚和物(EBA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)等聚合物材料。此外，分散在這種聚合物材料中的導電性填料可以使用例如炭黑、鎳填料、鎳合金(例如鎳-鈷合金)填料等。另外，PTC元件的金屬電極優選是金屬箔，尤其是鎳箔。進而，在其他的優選的實施方式中，連接到PTC元件的引線是鎳制的。此外，在本說明書中，構成聚合物PTC元件的聚合物的熔點指的是基于塑料的結晶轉移溫度的測定中所使用的JISK7121(塑料的轉移溫度測定方法)、通過DSC測定的溫度(峰值頂點的溫度)。此外，主要的測定條件如下所示。溫度條件20~180°C升溫速度10°C/min測定環境氣體氮氣裝置精工技術有限公司(SEIKOINSTRUMENTSINC.)EXSTAR6000/6200本發明的制造方法的特征在于，在低于聚合物材料熔點的溫度下將引線連接到金屬電極上。該連接具體可以實施為^f吏用導電性粘接劑的連接、使用釬焊膏的連接、使用焊接材料的連接(必要時使用焊劑等，即所謂的焊接)等，在進行該連接時，PTC元件，特別是其導電性聚合物要素只要不暴露在作為其構成材料的聚合物的熔點以上的溫度中即可。關于是否暴露在聚合物的熔點以上的溫度中，是根據在進行連接時所適用的溫度來判斷的；在使用導電性粘接劑或釬焊骨的情況下，以使其中包含的固化性樹脂發生固化所需的溫度為標準；而在焊接的情況下，則以使焊接材料熔化所需的溫度(焊接材料的熔點)為標準。即，在進行連接時，由于需要加熱至這種必要溫度以上的溫度，因此在選擇聚合物和導電性粘接劑、釬焊膏或焊接材料時，需要使必要溫度低于聚合物的熔點，優選是至少低l(TC、更優選是至少低2(TC、特別優選是至少低3(TC。發明的效果在本發明的制造方法中，提供一種PTC元件的電阻(即，在未跳閘的正常狀態下)更小的PTC設備。因而，利用這種方法制造的PTC設備比現有的PTC設備更有用。另外，在現有的PTC設備的制造方法中，在高于聚合物材料熔點的溫度下將引線連接到PTC元件，因此，PTC元件的電阻增大，在連接之后，需要在例如0'C到16(TC之間針對加熱/冷卻PTC設備的熱循環實施電阻穩定化處理，從而使PTC設備的PTC元件的電阻下降后穩定下來。但是，在本發明的制造方法中，在連接引線時，電阻值實質上不會增加，因此，可以省略這種電阻穩定化處理。此外，穩定化處理通常是加熱至不超過構成PTC元件的聚合物的熔點的溫度、然后冷卻到通常的室溫附近或更低的溫度，并再次加熱、冷卻，伴隨著這樣的熱循環，使PTC設備(嚴格說是PTC元件)的電阻值達到穩定。這種穩定化處理中也可以包含后述的沖擊處理(在短時間內施加電壓，從而使PTC元件跳閘的處理)。圖1是示意性地表示本發明的聚合物PTC設備的結構部件的側面剖視圖。圖2是表示實施例2和比較例2的PTC設備的電阻-溫度特性的測定結果的圖表。圖3是表示實施例3和4以及比較例3和4的PTC設備的電阻-溫度特性的測定結果的圖表。圖4是表示實施例2和比較例2的PTC設備的跳閘循環試驗結果的圖表。圖5是表示在對實施例3和4以及比較例3和4的PTC設備的制造方法進行模擬的情況下PTC設備的電阻值變化的圖表。符號說明100PTC設備102PTC元件104金屬電極106引線108連接部110聚合物PTC要素112聚合物PTC要素的主表面具體實施方式圖1是示意性地表示本發明的聚合物PTC設備的結構部件的側面剖視圖。圖中所示的PTC設備IOO具有PTC元件102和連接到該金屬電極104上的引線106而成。引線106通過連接部108電氣連接到金屬電極104上。在圖中所示的實施方式中，金屬電極104和引線106之間存在著將它們電氣連接起來的連接部108。該連接部108是由在低于聚合物材料熔點的溫度下固化的導電性粘接劑(通常是固化性樹脂，特別是熱固化性樹脂與金屬填料的混合物)構成的。也可以使用釬焊膏(通常是固化性樹脂，特別是熱固化性樹脂與焊接粒子的混合物)以取代導電性粘接劑。此外，PTC元件102具有聚合物PTC要素llO、以及配置在其至少一個表面，例如圖中所示的層狀聚合物PTC要素110兩側的主表面112上的金屬電極104。聚合物PTC要素是由聚合物材料和分散在其中的導電性填料構成的。在本發明的PTC設備的制造方法中，在低于聚合物材料熔點的溫度下將引線106電氣連接到聚合物PTC元件102上。更具體地，在使用導電性粘接劑或釬焊膏實施連接的情況下，選擇其中包含的固化性樹脂的固化溫度比聚合物材料的熔點低的導電性粘接劑或釬焊膏。這種固化性樹脂可以是熱固化性樹脂、濕氣固化性樹脂、放射線(例如紫外線)固化性樹脂等。如果固化性樹脂是熱固化性樹脂，則將所選擇的導電性粘接劑或釬焊膏供給到PTC元件的電極上，并在其上放置引線，就此進行加熱。在進行該加熱時使用烤箱之類的加熱爐。這種供給可以通過例如涂布導電性粘接劑或釬焊膏來實施，或者通過使用滴膠機(dispenser)配置導電性粘接劑或釬焊膏的塊來實施。也可以是僅對？I線進行局部加熱的方式，^f旦優選是對PTC元件以及其上放置的引線進行整體加熱。此外，在通過加熱以外的作用使固化性樹脂固化的情況下，通常是在室溫或稍微加熱的溫度條件下固化，因此能夠在低于聚合物材料熔點的溫度下實施上述電氣連接。如上所述，利用本發明的制造方法得到的PTC設備的PTC元件的電阻值小于利用現有的制造方法制造的PTC設備的PTC元件的電阻值，其結果是，能夠省略上述的電阻穩定化處理工序。因而，本發明提供一種新的PTC設備的制造方法，利用上述發明的方法，將引線連接到PTC元件的金屬電極并制造出PTC設備之后，不需要實施電阻穩定化處理工序。因此，利用上述PTC設備的制造方法連接引線之后，就完成了作為產品的PTC設備。實施例1PTC設備1的制造使用以下的PTC元件、引線、導電性粘接劑，利用導電性粘接劑將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備。PTC元件LR4-260用PTC芯片(泰科電子雷伊化學林式會社制造，尺寸5xl2mm;聚合物材料高密度聚乙烯(熔點約137。C);導電性填料炭黑；金屬電極鎳箔、露出面鍍金)其中，對該芯片不實施后述的沖擊(impulse)處理和電阻穩定化處理。引線鍍金的鎳引線.導電性粘接劑(藤倉化成株式會社制造，品名DOTITEXA-910);導電性填料/銀粒子；粘合劑/l液型環氧樹脂；固化條件100'C、60分使用滴膠機向PTC元件的一個金屬電極上供給導電性粘接劑，并在其上配置引線，然后將它們放入溫度設定為10(TC的恒溫槽內保持60分鐘，其后，將其從恒溫槽中取出來，冷卻后將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備1。為了進行比較，使用釬焊骨取代導電性粘接劑，在回流爐(250~260°C)內通過焊接將引線粘接到PTC元件上，制造出比較PTC設備1作為比較例1。實施例2PTC設備2的制造使用以下的PTC元件、引線、導電性粘接劑，利用導電性粘接劑將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備。PTC元件TD1120-B14-0用PTC芯片(泰科電子雷伊化學抹式會社制造，尺寸11mmx20mm;聚合物材料高密度聚乙烯(熔點約137°C);導電性填料炭黑；金屬電極鎳箔、露出面鍍銅)其中，對該芯片不實施后述的沖擊處理和電阻穩定化處理。引線黃銅引線導電性粘接劑(藤倉化成林式會社制造，品名DOTITEXA-910);導電性填料/銀粒子；粘合劑/l液型環氧樹脂；固化條件IO(TC、60分使用滴膠機向PTC元件的一個金屬電極上供給導電性粘接劑，并在其上配置引線，然后將它們放入溫度設定為100'C的恒溫槽內保持60分鐘，其后，將其從恒溫槽中取出來，冷卻后將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備2。為了進行比較，使用釬焊青取代導電性粘接劑，在回流爐(250~260°C)內通過焊接將引線粘接到PTC元件上，制造出比較PTC設備2作為比較例2。實施例3PTC設備3的制造使用以下的PTC元件、引線、導電性粘接劑，利用導電性粘接劑將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備。PTC元件TD1115-B34XA-OPTC用PTC芯片(泰科電子雷伊化學林式會社制造，尺寸11mmxl5mm;聚合物材料聚偏二氟乙烯(熔點約177°C);導電性填料炭黑；金屬電極鍍鎳銅箔、露出面鍍銅)其中，對該芯片不實施后述的沖擊處理和電阻穩定化處理。引線黃銅引線-導電性粘接劑(藤倉化成林式會社制造，品名XA-874);導電性填料/銀粒子；粘合劑/l液型環氧樹脂；固化條件150'C、30分使用滴膠機向PTC元件的一個金屬電極上供給導電性粘接劑，并在其上配置引線，然后將它們放入溫度設定為150'C的恒溫槽內保持30分鐘，其后，將其從恒溫槽中取出來，冷卻后將引線電氣連接到PTC元件上，制造出PTC設備3。為了進行比較，使用釬焊膏取代導電性粘接劑，在回流爐(250~260'C)內通過焊接將引線粘接到PTC元件上，制造出比較PTC設備3作為比較例3。此外，對于比較例的PTC設備，在粘接引線后，實施沖擊處理(在6秒鐘內施加DC16V、IOA的電流)，進而，實施電阻穩定化處理(在80。C(保持l小時)和-40。C(保持l小時)之間進行溫度循環，溫度變化比例為2'C/分)。實施例4PTC設備4的制造除了使用TD1115-B34XA-OPTC芯片(泰科電子雷伊化學林式會社制造，尺寸11mmxl0mm)之外，其他方面與實施例3相同。同樣地，制造出比較PTC設備4作為比較例4。實施例5對上述的PTC設備1~4和比較PTC設備1~4進行了評價。測定所得到的PTC設備的電阻值(未連接引線的金屬電極與引線之間的電阻值；引線及金屬電極的電阻值遠小于PTC元件的電阻值，因此，PTC設備的電阻值實質上等于PTC元件的電阻值)。其結果如表1所示。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>根據該結果可知，在本發明的PTC設備中，PTC元件的電阻值減小。進而，電阻值的偏差也減小。實施例6(電阻-溫度特性的測定)對實施例2~4的PTC設備和比較例2~4的PTC設備的溫度-電阻特性進行了測定。試驗溫度范圍設定為20'C~150°C,PTC設備的環境濕度設定為60%以下。使PTC設備的環境溫度以10。C為單位上升，在該溫度的環境氣體中保持IO分鐘后，測定PTC設備的電阻值。對比較例的PTC設備也進行了同樣的測定。其結果表示在圖2和圖3中。可知任何一個PTC設備都表現出本質上所需的PTC功能，即在閾值溫度下電阻值急劇增加。根據圖2和圖3可知，利用本發明的方法制造的PTC設備在環境溫度上升后其電阻值的上升方式更為急劇。這意味著，本發明的PTC設備具有PTC元件在跳閘之前的電阻值保持得相對較低、跳閘時電阻值會急劇增加的性質，這種性質是人們期望PTC設備應具備的性質。此外，未圖示的是，對實施例1的PTC設備和比較例1的PTC設備也得出了同樣的結果。實施例7(跳閘循環試驗)針對實施例2的PTC設備和比較例2的PTCi殳備實施了跳閘循環試驗。即，在室溫下向PTC設備施加DC16V/50A(6秒鐘)使其跳閘，其后，將電流切斷54秒鐘后恢復通電，再次在相同條件下通電6秒鐘后跳閘(即，使設備動作)，其后，斷電54秒鐘后恢復通電。根椐這種電流通斷的循環次數，觀察PTC設備的電阻值的變化狀況。其結果如表2所示。[表2]表2(單位m。)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*)基準電阻值跳閘前的PTC設備的電阻值另外，圖4中示出相對于O循環時的電阻值的比例，即將基準電阻值設定為1的情況下各循環數結束后的電阻值的比例，亦即相對于循環數(即動作次數)的電阻變化率。根椐該結果可知，利用本發明的方法制造的PTC設備即使在重復跳閘后，其電阻值的變化比例仍然較小、并具有穩定的電阻值。另外，一般來說，PTC設備在其最初的跳閘中電阻值的增加最大。在一次跳閘后，實施例2的設備的電阻值上升為約1.19倍(9.65/8.10),而比較例2的設備的電阻值上升為約1.32倍，在這一點上，仍然是實施例2的PTC設備較為理想。實施例8(PTC設備的制造過程的模擬)一般來說，在PTC設備的制造過程中，安裝引線后實施后述的沖擊處理和電阻穩定化處理(后述的兩種熱循環處理)，因此，對該制造過程進行模擬，按順序對PTC元件實施預定處置后制造出PTC設備，并在其后使PTC設備跳閘。在此期間，按順序測定了以下電阻值。■實施例3和4中使用的PTC元件的電阻值(圖表中表示為"芯片(chip)，，)PTC設備的電阻值(圖表中表示;"組裝^Assy)'對該PTCi殳備施加DC25V/40A6秒鐘后的電阻值(即沖擊處理后的電阻值)(圖表中表示為"沖擊")在160°C(保持1小時)和0。C(保持1小時)之間進行熱循環處理(溫度變化率為2'C/分)之后的電阻值(圖表中表示為"160——O'C")在80°C(保持1小時)和-4(TC(保持1小時)之間進行熱循環處理(溫度變化率為2'C/分)之后的電阻值(圖表中表示為"80^~~^-40°C")使PTC設備跳閘后的電阻值(圖表中表示為"跳閘(trip)")另夕卜，為了進行比較，在與比較例3和比較例4同樣地使用焊接(回流爐溫度250~260'C)連接引線的情況下(即，現有的PTC設備的制造方法)也測定了上述電阻值。這些結果表示在圖5的圖表中。根椐圖4可知，在基于本發明，使用導電性粘接劑安裝引線的情況下，在通過PTC元件制造PTC設備的過程中，PTC設備的電阻值相對于原來的PTC元件的電阻值的變化不大。與此不同的是，在使用焊接安裝引線的情況下，安裝引線后電阻值大幅度增加，通過其后的沖擊處理和電阻穩定化處理，PTC設備的電阻值下降并趨于穩定。因而，在使用本發明的方法制造PTC設備的情況下，安裝引線后電阻值也不會增加，因此，在原有的PTC設備的制造方法中所需的沖擊處理和電阻穩定化處理之中的至少一個、最好是雙方都能夠省略。此外，為慎重起見，針對實施例l、2和4的PTC設備，測定剝離強度確認了引線與金屬電極之間的粘接性。剝離強度的測定通過如下方式進行實施將PTC設備固定后以夾鉗夾住PTC設備的引線的角部上提，測定在剝離引線時所需要的拉力。其結果如表3所示。[表3]表313PTC設備實施例1實施例2實施例4拉力(kgf)1.173.583.31這些結果意味著，任何一個PTC設備的引線粘接性在PTC設備的使用上都沒有問題。進而，基于JISC0044(IEC68-22)實施自由落體試驗，確認了有無引線剝離。實施例的PTC設備之中的任何一個都沒有發生引線剝離。另外，基于JISC0051的端子強度試驗，對引線的角部施加10秒±1秒的拉力40N±10%,針對此時的引線偏離，觀察外觀上有無異常。任何一個實施例的PTC設備在外觀上都沒有異常，(在上述的基于JIS標準的端子強度試驗中)是合格的。工業適用性本發明能夠制造電阻值小的PTC設備，另夕卜，在其制造過程中，能夠省略現有技術中必需的電阻穩定化處理。即，在PTC元件上安裝引線后，不需要實施特別的處理就能夠將其作為PTC設備使用。權利要求1.一種PTC設備的制造方法，該PTC設備包括具有聚合物PTC要素和配置在其兩側的金屬電極而成的PTC元件、以及電氣連接到至少一個金屬電極上的引線，其特征在于，聚合物PTC要素由聚合物材料以及包含了分散在其中的導電性填料而成的導電性聚合物組成物而形成，在低于聚合物材料熔點的溫度下將引線連接到金屬電極上。2.如權利要求1所述的制造方法，利用配置在引線與金屬電極之間的導電性粘接劑將引線連接到金屬電極上。3.如權利要求2所述的制造方法，導電性粘接劑包含紫外線固化性樹脂，向配置在引線與金屬電極之間的導電性粘接劑照射紫外線使紫外線固化性樹脂固化，從而將引線連接到金屬電極上。4.如權利要求2所述的制造方法，導電性粘接劑包含濕氣固化性樹脂而成，利用配置在引線與金屬電極之間的導電性粘接劑周圍的濕氣使濕氣固化性樹脂固化，從而將引線連接到金屬電極上。5.如權利要求2所述的制造方法，導電性粘接劑包含固化溫度低于聚合物材料熔點的熱固化性樹脂而成，對配置在引線與金屬電極之間的導電性粘接劑進行加熱使熱固化性樹脂固化，從而將引線連接到金屬電極上。6.如權利要求5所述的制造方法，熱固化性樹脂的固化溫度比聚合物材料的熔點至少低20'C。7.如權利要求5所述的制造方法，熱固化性樹脂的固化溫度比聚合物材料的炫點至少低30'C。8.如權利要求5~7中任意一項所述的制造方法，聚合物材料是高密度聚乙烯，導電性粘接劑包含環氧樹脂而成。9.如權利要求5~7中任意一項所述的制造方法，聚合物材料是聚偏二氟乙烯，導電性粘接劑包含環氧樹脂而成。10.如權利要求1所述的制造方法，通過對配置在引線與金屬電極之間的、具有比聚合物材料低的熔點的焊接材料進行加熱，使焊接材料熔化，從而將引線連接到金屬電極上。11.如權利要求1~10中任意一項所述的制造方法，通過完成將引線連接到金屬電極，從而能夠獲得作為產品的PTC設備。12.—種聚合物PTC設備，利用權利要求1~11中任意一項所述的制造方法進行制造。全文摘要本發明提供一種聚合物PTC設備，該聚合物PTC設備具有電阻值更低的聚合物PTC元件。一種PTC設備的制造方法，該PTC設備包括具有聚合物PTC要素(110)及配置在其兩側的金屬電極(104)而成的PTC元件(102)、以及電氣連接到至少一個金屬電極上的引線(106)，其特征在于，聚合物PTC要素由聚合物材料及包含了分散在其中的導電性填料而成的導電性聚合物組成物形成，在低于聚合物材料熔點的溫度下將引線連接到金屬電極上。文檔編號H01C7/02GK101326596SQ200680046019公開日2008年12月17日申請日期2006年12月7日優先權日2005年12月9日發明者田中新,鈴木克彰申請人:泰科電子雷伊化學株式會社