专利名称：：Ptc设备的制造方法
技术领域：
：本发明涉及聚合物PTC设备的制造方法、以及使用这种制造方法制造的聚合物PTC设备。
背景技术：
：聚合物PTC元件被广泛应用于电气或者电子装置中，该聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素以及配置在其两侧的金属电极，该聚合物PTC材料成型为例如层状而形成的。这种聚合物PTC元件在电子设备中被用作例如电路保护装置，其在设备的正常使用过程中不具有实质性的电阻值，但在设备处于异常状态、或者设备的周边环境处于异常状态时，聚合物PTC元件自身的温度升至高温，电阻值急剧增加，形成所谓的跳闸，将设备中流动的电流切断，从而对设备损坏起到防患于未然的作用。这种聚合物PTC元件优选是在设备处于正常运转的状态下其电阻值尽可能地小，以至于仿佛其本身并不存在。为了在电子设备中使用聚合物PTC元件，在聚合物PTC要素上连接了金属电极从而形成聚合物PTC元件，在这种聚合物PTC元件的至少一个金属电极上电气连接引线从而形成PTC设备，将这种PTC设备连接到预定的布线或电气要素，通过引线将聚合物PTC元件插入到电子设备的预定的电路中。具有引线而形成的聚合物PTC设备是通过以下方式制造的在例如挤压成型为片状的导电性聚合物材料的表里两側，通过例如热压接粘合用作金属电极的金属箔之后，裁断或冲裁为预定尺寸，然后在金属电极上连接应插入到电子设备的电路中的各种金属引线。例如，下述专利文献l中，在连接引线时使用了软钎焊、电阻焊接等。专利文献l:特开2001-102039号公4艮
发明内容这种聚合物PTC元件优选是在设备处于正常运转的状态下其电阻值尽可能地小，以至于仿佛其本身并不存在。如果配置有聚合物PTC元件的环境温度升高，其电阻值就逐渐上升至即将跳闸的温度，然后会急剧地增加。当然，在跳闸前，聚合物PTC元件优选是其本身是低电阻值。因而，希望提供一种具有电阻值更低的聚合物PTC元件的聚合物PTC设备。上述课题通过以下的PTC设备的制造方法来解决，该PTC设备包括具有聚合物PTC要素和配置在其两侧的金属电极而成的PTC元件、以及电气连接到至少一个金属电极上的引线，该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导电性填料而成的导电性聚合物组成物而形成，在低于聚合物材料熔点的温度下将引线连接到金属电极上。此外，在本发明的PTC设备的制造方法中，构成PTC元件的PTC要素的各部件材料和金属电极、以及引线与通常的PTC设备中所使用的材料相同即可，它们都是众所周知的，因此，省略其详细说明。构成聚合物PTC要素的聚合物材料优选是结晶聚合物或者是包含结晶聚合物的聚合物组成物。这种结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，分散在这种聚合物材料中的导电性填料可以使用例如炭黑、镍填料、镍合金(例如镍-钴合金)填料等。另外，PTC元件的金属电极优选是金属箔，尤其是镍箔。进而，在其他的优选的实施方式中，连接到PTC元件的引线是镍制的。此外，在本说明书中，构成聚合物PTC元件的聚合物的熔点指的是基于塑料的结晶转移温度的测定中所使用的JISK7121(塑料的转移温度测定方法)、通过DSC测定的温度(峰值顶点的温度)。此外，主要的测定条件如下所示。温度条件20~180°C升温速度10°C/min测定环境气体氮气装置精工技术有限公司(SEIKOINSTRUMENTSINC.)EXSTAR6000/6200本发明的制造方法的特征在于，在低于聚合物材料熔点的温度下将引线连接到金属电极上。该连接具体可以实施为^f吏用导电性粘接剂的连接、使用钎焊膏的连接、使用焊接材料的连接(必要时使用焊剂等，即所谓的焊接)等，在进行该连接时，PTC元件，特别是其导电性聚合物要素只要不暴露在作为其构成材料的聚合物的熔点以上的温度中即可。关于是否暴露在聚合物的熔点以上的温度中，是根据在进行连接时所适用的温度来判断的；在使用导电性粘接剂或钎焊骨的情况下，以使其中包含的固化性树脂发生固化所需的温度为标准；而在焊接的情况下，则以使焊接材料熔化所需的温度(焊接材料的熔点)为标准。即，在进行连接时，由于需要加热至这种必要温度以上的温度，因此在选择聚合物和导电性粘接剂、钎焊膏或焊接材料时，需要使必要温度低于聚合物的熔点，优选是至少低l(TC、更优选是至少低2(TC、特别优选是至少低3(TC。发明的效果在本发明的制造方法中，提供一种PTC元件的电阻(即，在未跳闸的正常状态下)更小的PTC设备。因而，利用这种方法制造的PTC设备比现有的PTC设备更有用。另外，在现有的PTC设备的制造方法中，在高于聚合物材料熔点的温度下将引线连接到PTC元件，因此，PTC元件的电阻增大，在连接之后，需要在例如0'C到16(TC之间针对加热/冷却PTC设备的热循环实施电阻稳定化处理，从而使PTC设备的PTC元件的电阻下降后稳定下来。但是，在本发明的制造方法中，在连接引线时，电阻值实质上不会增加，因此，可以省略这种电阻稳定化处理。此外，稳定化处理通常是加热至不超过构成PTC元件的聚合物的熔点的温度、然后冷却到通常的室温附近或更低的温度，并再次加热、冷却，伴随着这样的热循环，使PTC设备(严格说是PTC元件)的电阻值达到稳定。这种稳定化处理中也可以包含后述的沖击处理(在短时间内施加电压，从而使PTC元件跳闸的处理)。图1是示意性地表示本发明的聚合物PTC设备的结构部件的侧面剖视图。图2是表示实施例2和比较例2的PTC设备的电阻-温度特性的测定结果的图表。图3是表示实施例3和4以及比较例3和4的PTC设备的电阻-温度特性的测定结果的图表。图4是表示实施例2和比较例2的PTC设备的跳闸循环试验结果的图表。图5是表示在对实施例3和4以及比较例3和4的PTC设备的制造方法进行模拟的情况下PTC设备的电阻值变化的图表。符号说明100PTC设备102PTC元件104金属电极106引线108连接部110聚合物PTC要素112聚合物PTC要素的主表面具体实施方式图1是示意性地表示本发明的聚合物PTC设备的结构部件的侧面剖视图。图中所示的PTC设备IOO具有PTC元件102和连接到该金属电极104上的引线106而成。引线106通过连接部108电气连接到金属电极104上。在图中所示的实施方式中，金属电极104和引线106之间存在着将它们电气连接起来的连接部108。该连接部108是由在低于聚合物材料熔点的温度下固化的导电性粘接剂(通常是固化性树脂，特别是热固化性树脂与金属填料的混合物)构成的。也可以使用钎焊膏(通常是固化性树脂，特别是热固化性树脂与焊接粒子的混合物)以取代导电性粘接剂。此外，PTC元件102具有聚合物PTC要素llO、以及配置在其至少一个表面，例如图中所示的层状聚合物PTC要素110两侧的主表面112上的金属电极104。聚合物PTC要素是由聚合物材料和分散在其中的导电性填料构成的。在本发明的PTC设备的制造方法中，在低于聚合物材料熔点的温度下将引线106电气连接到聚合物PTC元件102上。更具体地，在使用导电性粘接剂或钎焊膏实施连接的情况下，选择其中包含的固化性树脂的固化温度比聚合物材料的熔点低的导电性粘接剂或钎焊膏。这种固化性树脂可以是热固化性树脂、湿气固化性树脂、放射线(例如紫外线)固化性树脂等。如果固化性树脂是热固化性树脂，则将所选择的导电性粘接剂或钎焊膏供给到PTC元件的电极上，并在其上放置引线，就此进行加热。在进行该加热时使用烤箱之类的加热炉。这种供给可以通过例如涂布导电性粘接剂或钎焊膏来实施，或者通过使用滴胶机(dispenser)配置导电性粘接剂或钎焊膏的块来实施。也可以是仅对？I线进行局部加热的方式，^f旦优选是对PTC元件以及其上放置的引线进行整体加热。此外，在通过加热以外的作用使固化性树脂固化的情况下，通常是在室温或稍微加热的温度条件下固化，因此能够在低于聚合物材料熔点的温度下实施上述电气连接。如上所述，利用本发明的制造方法得到的PTC设备的PTC元件的电阻值小于利用现有的制造方法制造的PTC设备的PTC元件的电阻值，其结果是，能够省略上述的电阻稳定化处理工序。因而，本发明提供一种新的PTC设备的制造方法，利用上述发明的方法，将引线连接到PTC元件的金属电极并制造出PTC设备之后，不需要实施电阻稳定化处理工序。因此，利用上述PTC设备的制造方法连接引线之后，就完成了作为产品的PTC设备。实施例1PTC设备1的制造使用以下的PTC元件、引线、导电性粘接剂，利用导电性粘接剂将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备。PTC元件LR4-260用PTC芯片(泰科电子雷伊化学林式会社制造，尺寸5xl2mm;聚合物材料高密度聚乙烯(熔点约137。C);导电性填料炭黑；金属电极镍箔、露出面镀金)其中，对该芯片不实施后述的冲击(impulse)处理和电阻稳定化处理。引线镀金的镍引线.导电性粘接剂(藤仓化成株式会社制造，品名DOTITEXA-910);导电性填料/银粒子；粘合剂/l液型环氧树脂；固化条件100'C、60分使用滴胶机向PTC元件的一个金属电极上供给导电性粘接剂，并在其上配置引线，然后将它们放入温度设定为10(TC的恒温槽内保持60分钟，其后，将其从恒温槽中取出来，冷却后将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备1。为了进行比较，使用钎焊骨取代导电性粘接剂，在回流炉(250~260°C)内通过焊接将引线粘接到PTC元件上，制造出比较PTC设备1作为比较例1。实施例2PTC设备2的制造使用以下的PTC元件、引线、导电性粘接剂，利用导电性粘接剂将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备。PTC元件TD1120-B14-0用PTC芯片(泰科电子雷伊化学抹式会社制造，尺寸11mmx20mm;聚合物材料高密度聚乙烯(熔点约137°C);导电性填料炭黑；金属电极镍箔、露出面镀铜)其中，对该芯片不实施后述的冲击处理和电阻稳定化处理。引线黄铜引线导电性粘接剂(藤仓化成林式会社制造，品名DOTITEXA-910);导电性填料/银粒子；粘合剂/l液型环氧树脂；固化条件IO(TC、60分使用滴胶机向PTC元件的一个金属电极上供给导电性粘接剂，并在其上配置引线，然后将它们放入温度设定为100'C的恒温槽内保持60分钟，其后，将其从恒温槽中取出来，冷却后将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备2。为了进行比较，使用钎焊青取代导电性粘接剂，在回流炉(250~260°C)内通过焊接将引线粘接到PTC元件上，制造出比较PTC设备2作为比较例2。实施例3PTC设备3的制造使用以下的PTC元件、引线、导电性粘接剂，利用导电性粘接剂将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备。PTC元件TD1115-B34XA-OPTC用PTC芯片(泰科电子雷伊化学林式会社制造，尺寸11mmxl5mm;聚合物材料聚偏二氟乙烯(熔点约177°C);导电性填料炭黑；金属电极镀镍铜箔、露出面镀铜)其中，对该芯片不实施后述的沖击处理和电阻稳定化处理。引线黄铜引线-导电性粘接剂(藤仓化成林式会社制造，品名XA-874);导电性填料/银粒子；粘合剂/l液型环氧树脂；固化条件150'C、30分使用滴胶机向PTC元件的一个金属电极上供给导电性粘接剂，并在其上配置引线，然后将它们放入温度设定为150'C的恒温槽内保持30分钟，其后，将其从恒温槽中取出来，冷却后将引线电气连接到PTC元件上，制造出PTC设备3。为了进行比较，使用钎焊膏取代导电性粘接剂，在回流炉(250~260'C)内通过焊接将引线粘接到PTC元件上，制造出比较PTC设备3作为比较例3。此外，对于比较例的PTC设备，在粘接引线后，实施冲击处理(在6秒钟内施加DC16V、IOA的电流)，进而，实施电阻稳定化处理(在80。C(保持l小时)和-40。C(保持l小时)之间进行温度循环，温度变化比例为2'C/分)。实施例4PTC设备4的制造除了使用TD1115-B34XA-OPTC芯片(泰科电子雷伊化学林式会社制造，尺寸11mmxl0mm)之外，其他方面与实施例3相同。同样地，制造出比较PTC设备4作为比较例4。实施例5对上述的PTC设备1~4和比较PTC设备1~4进行了评价。测定所得到的PTC设备的电阻值(未连接引线的金属电极与引线之间的电阻值；引线及金属电极的电阻值远小于PTC元件的电阻值，因此，PTC设备的电阻值实质上等于PTC元件的电阻值)。其结果如表1所示。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>根据该结果可知，在本发明的PTC设备中，PTC元件的电阻值减小。进而，电阻值的偏差也减小。实施例6(电阻-温度特性的测定)对实施例2~4的PTC设备和比较例2~4的PTC设备的温度-电阻特性进行了测定。试验温度范围设定为20'C~150°C,PTC设备的环境湿度设定为60%以下。使PTC设备的环境温度以10。C为单位上升，在该温度的环境气体中保持IO分钟后，测定PTC设备的电阻值。对比较例的PTC设备也进行了同样的测定。其结果表示在图2和图3中。可知任何一个PTC设备都表现出本质上所需的PTC功能，即在阈值温度下电阻值急剧增加。根据图2和图3可知，利用本发明的方法制造的PTC设备在环境温度上升后其电阻值的上升方式更为急剧。这意味着，本发明的PTC设备具有PTC元件在跳闸之前的电阻值保持得相对较低、跳闸时电阻值会急剧增加的性质，这种性质是人们期望PTC设备应具备的性质。此外，未图示的是，对实施例1的PTC设备和比较例1的PTC设备也得出了同样的结果。实施例7(跳闸循环试验)针对实施例2的PTC设备和比较例2的PTCi殳备实施了跳闸循环试验。即，在室温下向PTC设备施加DC16V/50A(6秒钟)使其跳闸，其后，将电流切断54秒钟后恢复通电，再次在相同条件下通电6秒钟后跳闸(即，使设备动作)，其后，断电54秒钟后恢复通电。根椐这种电流通断的循环次数，观察PTC设备的电阻值的变化状况。其结果如表2所示。[表2]表2(单位m。)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*)基准电阻值跳闸前的PTC设备的电阻值另外，图4中示出相对于O循环时的电阻值的比例，即将基准电阻值设定为1的情况下各循环数结束后的电阻值的比例，亦即相对于循环数(即动作次数)的电阻变化率。根椐该结果可知，利用本发明的方法制造的PTC设备即使在重复跳闸后，其电阻值的变化比例仍然较小、并具有稳定的电阻值。另外，一般来说，PTC设备在其最初的跳闸中电阻值的增加最大。在一次跳闸后，实施例2的设备的电阻值上升为约1.19倍(9.65/8.10),而比较例2的设备的电阻值上升为约1.32倍，在这一点上，仍然是实施例2的PTC设备较为理想。实施例8(PTC设备的制造过程的模拟)一般来说，在PTC设备的制造过程中，安装引线后实施后述的沖击处理和电阻稳定化处理(后述的两种热循环处理)，因此，对该制造过程进行模拟，按顺序对PTC元件实施预定处置后制造出PTC设备，并在其后使PTC设备跳闸。在此期间，按顺序测定了以下电阻值。■实施例3和4中使用的PTC元件的电阻值(图表中表示为"芯片(chip)，，)PTC设备的电阻值(图表中表示;"组装^Assy)'对该PTCi殳备施加DC25V/40A6秒钟后的电阻值(即冲击处理后的电阻值)(图表中表示为"沖击")在160°C(保持1小时)和0。C(保持1小时)之间进行热循环处理(温度变化率为2'C/分)之后的电阻值(图表中表示为"160——O'C")在80°C(保持1小时)和-4(TC(保持1小时)之间进行热循环处理(温度变化率为2'C/分)之后的电阻值(图表中表示为"80^~~^-40°C")使PTC设备跳闸后的电阻值(图表中表示为"跳闸(trip)")另夕卜，为了进行比较，在与比较例3和比较例4同样地使用焊接(回流炉温度250~260'C)连接引线的情况下(即，现有的PTC设备的制造方法)也测定了上述电阻值。这些结果表示在图5的图表中。根椐图4可知，在基于本发明，使用导电性粘接剂安装引线的情况下，在通过PTC元件制造PTC设备的过程中，PTC设备的电阻值相对于原来的PTC元件的电阻值的变化不大。与此不同的是，在使用焊接安装引线的情况下，安装引线后电阻值大幅度增加，通过其后的冲击处理和电阻稳定化处理，PTC设备的电阻值下降并趋于稳定。因而，在使用本发明的方法制造PTC设备的情况下，安装引线后电阻值也不会增加，因此，在原有的PTC设备的制造方法中所需的沖击处理和电阻稳定化处理之中的至少一个、最好是双方都能够省略。此外，为慎重起见，针对实施例l、2和4的PTC设备，测定剥离强度确认了引线与金属电极之间的粘接性。剥离强度的测定通过如下方式进行实施将PTC设备固定后以夹钳夹住PTC设备的引线的角部上提，测定在剥离引线时所需要的拉力。其结果如表3所示。[表3]表313PTC设备实施例1实施例2实施例4拉力(kgf)1.173.583.31这些结果意味着，任何一个PTC设备的引线粘接性在PTC设备的使用上都没有问题。进而，基于JISC0044(IEC68-22)实施自由落体试验，确认了有无引线剥离。实施例的PTC设备之中的任何一个都没有发生引线剥离。另外，基于JISC0051的端子强度试验，对引线的角部施加10秒±1秒的拉力40N±10%,针对此时的引线偏离，观察外观上有无异常。任何一个实施例的PTC设备在外观上都没有异常，(在上述的基于JIS标准的端子强度试验中)是合格的。工业适用性本发明能够制造电阻值小的PTC设备，另夕卜，在其制造过程中，能够省略现有技术中必需的电阻稳定化处理。即，在PTC元件上安装引线后，不需要实施特别的处理就能够将其作为PTC设备使用。权利要求1.一种PTC设备的制造方法，该PTC设备包括具有聚合物PTC要素和配置在其两侧的金属电极而成的PTC元件、以及电气连接到至少一个金属电极上的引线，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导电性填料而成的导电性聚合物组成物而形成，在低于聚合物材料熔点的温度下将引线连接到金属电极上。2.如权利要求1所述的制造方法，利用配置在引线与金属电极之间的导电性粘接剂将引线连接到金属电极上。3.如权利要求2所述的制造方法，导电性粘接剂包含紫外线固化性树脂，向配置在引线与金属电极之间的导电性粘接剂照射紫外线使紫外线固化性树脂固化，从而将引线连接到金属电极上。4.如权利要求2所述的制造方法，导电性粘接剂包含湿气固化性树脂而成，利用配置在引线与金属电极之间的导电性粘接剂周围的湿气使湿气固化性树脂固化，从而将引线连接到金属电极上。5.如权利要求2所述的制造方法，导电性粘接剂包含固化温度低于聚合物材料熔点的热固化性树脂而成，对配置在引线与金属电极之间的导电性粘接剂进行加热使热固化性树脂固化，从而将引线连接到金属电极上。6.如权利要求5所述的制造方法，热固化性树脂的固化温度比聚合物材料的熔点至少低20'C。7.如权利要求5所述的制造方法，热固化性树脂的固化温度比聚合物材料的炫点至少低30'C。8.如权利要求5~7中任意一项所述的制造方法，聚合物材料是高密度聚乙烯，导电性粘接剂包含环氧树脂而成。9.如权利要求5~7中任意一项所述的制造方法，聚合物材料是聚偏二氟乙烯，导电性粘接剂包含环氧树脂而成。10.如权利要求1所述的制造方法，通过对配置在引线与金属电极之间的、具有比聚合物材料低的熔点的焊接材料进行加热，使焊接材料熔化，从而将引线连接到金属电极上。11.如权利要求1~10中任意一项所述的制造方法，通过完成将引线连接到金属电极，从而能够获得作为产品的PTC设备。12.—种聚合物PTC设备，利用权利要求1~11中任意一项所述的制造方法进行制造。全文摘要本发明提供一种聚合物PTC设备，该聚合物PTC设备具有电阻值更低的聚合物PTC元件。一种PTC设备的制造方法，该PTC设备包括具有聚合物PTC要素(110)及配置在其两侧的金属电极(104)而成的PTC元件(102)、以及电气连接到至少一个金属电极上的引线(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导电性填料而成的导电性聚合物组成物形成，在低于聚合物材料熔点的温度下将引线连接到金属电极上。文档编号H01C7/02GK101326596SQ200680046019公开日2008年12月17日申请日期2006年12月7日优先权日2005年12月9日发明者田中新,铃木克彰申请人:泰科电子雷伊化学株式会社