一种高稳定性ptc热敏组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种低电阻，高稳定性PTC热敏元件，其中包含具有电阻正温度效应的组件和导电金属引脚。其中正温度效应的组件其结构是由含上电极箔、下电极箔及一叠夹在上下电极箔间的具有电阻正温度系数效应的材料层所构成的PTC芯材、包覆在芯材四周的绝缘材料框、覆在绝缘材料框和PTC电极箔两表面的绝缘半固化树脂材料，以及覆盖在半固化树脂材料最外表面端电极箔，并且最外表面端电极箔通过盲孔与PTC芯材表面的电极箔连接；导电金属引脚连接在最外表面端的电极箔。本发明的高稳定性的PTC热敏元件具有低电阻特性，高稳定性，可以满足电池复杂的充放应用。
【专利说明】
-种高稳定性PTC热敏组件
技术领域
[0001] 本发明设及一种高稳定性PTC热敏元件，其具有低电阻特性，高稳定性的特点，可 W满足各种极端环境的应用后维持低电阻，增长了 PTC的使用寿命。
【背景技术】
[0002] 具有电阻正溫度系数的导电复合材料在正常溫度下可维持极低的电阻值，且具有 对溫度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高溫现象时，其电阻会瞬间增加 到一高阻值，使电路处于断路状态，W达到保护电路元件的目的。因此可把具有电阻正溫度 系数的导电复合材料连接到电路中，作为电流传感元件的材料。此类材料已被广泛应用于 电子线路保护元器件上。
[0003] 图1所示的现有电阻正溫度效应的忍材常用结构，由具有正溫度系数效应的忍片 11的上、下表面的电极锥12上而组成。图2显示的是现有的过流保护的PTC热敏组件，其是将 两金属引脚13-端分别焊接在具有正溫度系数效应的忍片11的上、下表面的电极锥12上而 组成。金属引脚用来连接需保护的电气产品。图2所示的结构PTC热敏组件具有导热快，保护 反应迅速及时的特点。
[0004] 随着智能手机的普及，手机电忍容量也越来越大，手机APP软件应用对放电电流多 样性，对过流保护PTC热敏元件要求也越来越高，期望其降低初始电阻，同时能够适应各种 脉冲电流，即在脉冲电流下PTC仍具有较高的稳定性，不发生误动作。同时，随着手机内置处 理的高端化，内置硬件发热也远高于功能手机，因而PTC在手机端经历复杂的溫度冲击下发 生升阻而产生误动作保护。故智能手机电池应用急需高稳定性的PTC热敏组件，提高客户的 体验感。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种高稳定性PTC的热敏组件，其具有初始 电阻低的特性的同时，在多次溫度冲击或电流冲击下，仍能够保持低电阻特性，满足电池的 正常充放电需要。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是高稳定性PTC热敏组件，其特征在 于:包含： (a)具有电阻正溫度效应的忍材，忍材由上电极锥、下电极锥及紧密夹固在上下电极锥 间的具有电阻正溫度效应的材料层;其中：电阻正溫度效应复合材料层包含至少一种结晶 性高分子材料和至少一种分散于该结晶性高分子材料的导电填料，导电填料的体积电阻率 低于20化Ω .cm,热导率大于10W/(m.K)，粒径大小介于0. Ιμηι至30μηι，且化0不大于20μηι;电极 锥基材为金属或金属合金，其体积电阻率低于1化Ω .cm,热导率不低于100W/(m.K); (b )绝缘材料框:其框内尺寸与厚度同PTC忍材尺寸相近，在框厚、框内长、宽均较PTC忍 材对应尺寸均不大于2mm; (C)绝缘半固化树脂材料:具有固化粘结性能，固化后能与绝缘树脂框和电极锥粘结； (d) 电极锥:基材为金属或金属合金，其体积电阻率低于1化Ω .cm,热导率不低于lOOW/ (m.K)； (e) 盲孔:孔内采用导电金属填满，连接最外表面端电极锥通过盲孔与PTC忍材表面的 电极锥，导电金属体积电阻率低于1化Ω . cm，热导率不低于100W/(m.K); 在上述方案的基础上的PTC热敏组件，其特征在于:所述的PTC热敏组件总厚度介于0.2 ~5.0mm之间。
[0007] 在上述方案的基础上的PTC热敏组件，其特征在于:所述的具有电阻正溫度效应的 忍片的面积介于2~500mm2之间。
[0008] 在上述方案的基础上的敏组件，其特征在于:所述的绝缘树脂框的厚度介于 0.15~4.8mm，绝缘树脂框外圈面积介于2.1~600 mm2之间，绝缘树脂框内圈面积介于2~ 500mm2之间。
[0009] 在上述方案的基础上的敏组件，其特征在于:所述的半固化绝缘材料的厚度 介于10~1000皿，面积至少可W全覆盖绝缘树脂框内圈面积。
[0010] 在上述方案的基础上的敏组件，其特征在于:所述的电极锥的基材为金、银、 铜、锋、儀及其合金，且可在金属电极锥表面锻有其他金属层，其金属层可W为儀、锡、锋、 鹤、银、金、销及它们的合金，锻层的厚度在1. Oum~lOOum;，较优选择1.0~50.0 um;最优选择 1.0~25.0um; 在上述方案的基础上的PTC热敏组件，其特征在于:所述的盲孔导电孔的数量至少为1 个，盲孔的总面积> 0.002mm2; 本发明一方面利用超低电阻率、高导热率的导电填料和电极来降低PTC热敏组件的初 始电阻同时提高散热能力来提使得PTC具有较大维持电流;另一方面将PTC热敏组件六面包 覆在固化的绝缘树脂材料内，绝缘材料的隔绝作用，避免PTC热敏受到空气、湿气的影响同 时利用绝缘材料的高烙点或不烙特性在PTC忍材发生保护时限制PTC忍材内聚合物的膨 胀，从而使得PTC热敏元件具有高稳定特性。在恶劣环境老化测试中仍具有较低的电阻，可 满足智能手机终端的复杂应用条件而不会发生误保护现象。此外，本发明的高稳定PTC热敏 元件不仅可W通过点焊加工，还可W通过回流焊加工，加工方式更多元化。
【附图说明】
[001。 图巧现有的常规的PTC热敏组件的结构示意图。
[0012] 图2为现有的常规的PTC热敏元件的结构示意图。
[0013] 图3为高稳定性Ρ??热敏组件结构示意图。
[0014] 图4为高稳定性PTC热敏组件内部结构示意图。
[001引图5为本发明的可点焊力旺的PTC热敏元件的结构示意图。
[0016] 1-具有电阻正溫度效应的材料层 2-电极锥 3 -金属引脚 4- 绝缘框 5- 绝缘树脂层 6- 盲孔。
【具体实施方式】
[0017] W下通过具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0018] W下通过具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0019] 对比例 制备PTC热敏元件的导电复合材料PTC的组成为： (a) 聚合物体积分数为42%，烙融溫度为135°C和密度为0.952g/cm3的高密度聚乙締； (b) 导电填料为导电炭黑，体积分数为58%，其粒径小于44皿，热导率为129W/(m.K)，体 积电阻率800~1300μΩ .cm; (c) 电极锥基材为纯儀，热导率为88W/(m.K)，电阻率为6.8化Ω . cm; (d) 引脚为纯儀导电金属引脚，儀的热导率为88W/(m.K)，电阻率为6.8化Ω . cm; 将转矩流变仪溫度设定在180°C，转速为30转/分钟，先加入聚合物和氧化儀密炼1分钟 后，加入导电填料，然后继续密炼20分钟，得到导电复合材料，将烙融混合好的导电复合材 料通过开炼机薄通拉片，得到厚度为0.20~0.25mm的导电复合材料1。
[0020] PTC热敏元件的制备过程如下： 请参阅图1(本发明的具有电阻正溫度效应复合材料忍片的示意图），将导电复合材料 11置于上下对称的两纯儀金属锥片21，22之间，纯儀金属锥片21，22具有至少一粗糖表面， 且所述粗糖表面与导电复合材料1直接接触。再通过热压合的方法将导电复合材料1和金属 锥片21，22紧密结合在一起，热压合的溫度为180°(：，先预热5分钟，然后^51?3的压力微压3 分钟，再W12M化的压力热压10分钟，然后在冷压机上冷压8分钟，W模具将其冲切成3.0 X 4.0mm的单个元片，为所述的具有电阻正溫度效应复合材料忍片，即PTC忍片0。最后通过回 流焊的方法将两个纯儀金属引脚31，32连接在两个纯儀金属锥片21，22表面，形成PTC热敏 元件。
[0021 ]实施例一 制备导电复合材料及PTC热敏元件的步骤与对比例相同，但导电填料由石墨替换为碳 化铁固烙体，其粒径小于1 Ομπι，体积电阻率4化Ω . cm，热导率为18W/(m. K)。
[0022] 实施例二 制备导电复合材料及PTC热敏元件的步骤与实施例2相同，但在实施例一的基础上将纯 儀电极锥更换为纯铜电极锥、电阻率1.化Ω .cm,热导率为380 W/(m.K); 实施例Ξ 制备导电复合材料及PTC热敏元件的步骤与实施例3相同，但在实施例二的基础上将正 溫度系数忍片尺寸冲切成2.4*36mm单个元片； 实施例四 制备导电复合材料及PTC热敏元件的步骤与实施例3相同，但在实施例Ξ的基础上将冲 切成2.4*36mm单个元片植入FR-4框内，通过半固化绝缘树脂材料将铜锥复合在FR-4框的两 面，通过PCB加工加工盲孔沉铜，连接最外表面端电极锥通过盲孔与PTC忍材表面的电极锥， 实现通路结构，W此作为PTC组件，两面焊接纯儀金属引脚131，132连接在两个纯儀金属锥 片121，122表面，形成PTC热敏元件。
[0023] 具体实施例的PTC热敏元件的电气特性如表1所示：
表1为由本发明的导电复合材料制备的PTC元件在85°C/85%畑的条件下放置50化r和 85°C/-40°Cahr循环冲击lOOcycle后在25°C的溫度环境里放置1小时后的电阻测试数据， W及环境放置后再Trip 1次后在25°C的溫度环境里放置1小时后的电阻测试数据。
[0024] 表1中的R表示通过回流焊在PTC元件的两个金属锥片12，12 '表面上焊上两个金属 引脚13，13'之前PTC元件的电阻； R0表示所述PTC热敏元件的成品电阻； R(85°C/85%RH)表示所述PTC元件在85°C/85%畑条件下放置500小时后，然后在25°C的 溫度环境里放置1小时后所测得的电阻值； R(85°C/85%RH)+Trip表示所述PTC元件在85°C/85% RH条件下放置500小时后在6V/50A 条件下Trip-次，然后在25°C的溫度环境里放置1小时后所测得的电阻值； R(85°C/-40°C，Ihr)表示所述PTC元件在85°C，lhr/-40°C，Ihr循环 100次，然后在25°C 的溫度环境里放置1小时后所测得的电阻值； R(85°C/-40°C，Ar)+ Trip表示所述PTC元件在85°C，Ar/-40°C，Ar循环 100次后在 6V/50A条件下Trip-次，然后在25°C的溫度环境里放置1小时后所测得的电阻值； 本发明的内容和特点已掲示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只设及本发明 的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容设及的更多。因此，本发明的保护范围应 不限于实施例所掲示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，W及各 种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。
【主权项】
1. 一种高稳定性PTC热敏组件，其特征在于:包含： (a) 具有电阻正温度效应的芯材，芯材由上电极箱、下电极箱及紧密夹固在上下电极箱 间的具有电阻正温度效应的材料层;其中：电阻正温度效应复合材料层包含至少一种结晶 性高分子材料和至少一种分散于该结晶性高分子材料的导电填料，导电填料的体积电阻率 低于200μ Ω .cm，热导率大于10W/(m.K)，粒径大小介于0. Ιμπι至30μηι，且D5Q不大于20μηι;电极 箱基材为金属或金属合金，其体积电阻率低于1〇μΩ .cm，热导率不低于100W/(m.K); (b) 绝缘材料框:其框内尺寸与厚度同PTC芯材尺寸相近，在框厚、框内长、宽均较PTC芯 材对应尺寸均不大于2mm; (c) 绝缘半固化树脂材料:具有固化粘结性能，固化后能与绝缘树脂框和电极箱粘结； (d) 电极箱:基材为金属或金属合金，其体积电阻率低于10μ Ω . cm，热导率不低于100W/ (m.K)； (e) 盲孔:孔内采用导电金属填满，连接最外表面端电极箱通过盲孔与PTC芯材表面的 电极箱，导电金属体积电阻率低于1〇μΩ .cm，热导率不低于100W/(m.K)。2. 根据权利要求1所述的正温度效应复合材料层，其特征在于:所述的结晶高分子材料 为聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇 酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟 乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚 物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。3. 根据权利要求1所述的正温度效应复合材料层，其特征在于:所述导电填料选自碳纳 米管、金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种及其混合物。4. 根据权利要求1所述的绝缘材料框，其特征在于:所述绝缘材料选自环氧树脂、酚醛 树脂、聚酰亚胺板、玻璃纤维或无机填料改性环氧树脂、玻璃纤维或无机填料改性酚醛树 月旨、玻璃纤维或无机填料改性聚酰亚胺板。5. 根据权利要求1所述的半固化绝缘材料，其特征在于:所述半固化绝缘材料选自环氧 树脂、酚醛树脂、玻璃纤维或无机填料改性环氧树脂、玻璃纤维或无机填料改性酚醛树脂。6. 根据权利要求1所述的正温度效应复合材料层和电极箱，其特征在于:所述的电极箱 的基材为金、银、铜、锌、铝及其合金。7. 根据权利要求1所述的盲孔，其特征在于:所述的盲孔面积不小于0.002mm2。8. 根据权利要求1所述的盲孔，其特征在于:所述的盲孔数量不少于1个。9. 根据权利要求3所述的导电填料，其特征在于:所述金属粉末选自铜、镍、铁、钨、锡、 银、金、铂或其合金中的一种及其混合物。10. 根据权利要求3所述的导电填料，其特征在于:所述导电陶瓷粉末选自金属氮化物、 金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。11. 根据权利要求4所述的绝缘材料框，其特征在于:所述的绝缘材料框的厚度在0.1~ 5.0mm〇12. 根据权利要求5所述的半固化绝缘材料，其特征在于:所述的半固化绝缘材料的厚 度在1.0~200um。13. 根据权利要求6所述的正温度效应复合材料层和电极箔，其特征在于:所述的电极 箱的基材表面可以复合有其他金属镀层。14.根据权利要求6所述的正温度效应复合材料层和电极箱，其特征在于:所述的电极 箱的厚度在1 .Oum~100um〇
【文档编号】H01C1/024GK105869806SQ201610332532
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】方勇, 刘玉堂, 杨铨铨, 刘兵, 吴国臣
【申请人】上海长园维安电子线路保护有限公司