本發(fā)明涉及一高分子PTC溫度傳感器，屬于以導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合材料為主要材料的電子元器件，尤其是涉及一種表面貼裝型高分子PTC溫度傳感器。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有公開的技術(shù)中，PTC溫度傳感器多為陶瓷基。

聚合物和分散在聚合物中的導(dǎo)電填料組成的導(dǎo)電聚合物以及由此導(dǎo)電性聚合物制備出的具有正溫度系數(shù)(PTC)特征的電子元件，廣泛用于電路保護。

如：申請?zhí)?01010242175.5公開了一種具有正溫度系數(shù),高PTC強度高分子電發(fā)熱復(fù)合材料,按重量百分比計:(1)35%-75%高密度聚乙烯,低密度聚乙烯,乙烯-醋酸乙烯共聚物,乙烯-丙烯酸乙酯共聚物,丁晴橡膠，環(huán)氧樹脂,聚偏氟乙烯一種或幾種混合物;(2)15%-55%碳黑,碳納米管;(3)無機填充料3%-12%;(4)0.02%-0.1%抗氧化劑,將上述混合物采用密煉或雙螺桿加工成型,經(jīng)輻射交聯(lián),即可制得高PTC強度自控溫高分子導(dǎo)電發(fā)熱復(fù)合材料。該復(fù)合材料由于良好的PTC強度,漏電流非常小,良好的安全性及熱穩(wěn)定性，在電熱取暖方面,自控溫加熱器,過流保護領(lǐng)域及溫度傳感器有著廣泛的應(yīng)用。

另外，本申請人有多個涉及PTC高分子電阻結(jié)構(gòu)及制造方法方面的專利，具有正溫度系數(shù)(PTC)特征的PTC高分子器件可作為發(fā)熱元件，從理論上也可以作為溫度傳感器使用，但其受強度等因素限制，目前為目仍然是以PTC陶瓷材料為主。通常，高分子PTC器件在室溫時具有相對低的電阻值，而當溫度上升至一臨界溫度時，其電阻值可立刻跳升數(shù)千倍以上，藉此改變電流大小，已達到指示溫度的目的。當溫度下降至室溫時，高分子PTC溫度傳感器可回復(fù)至低阻狀態(tài),電路電流恢復(fù)正常。此種可重復(fù)并在指定臨界溫度發(fā)生變化的特點，使高分子PTC溫度傳感器可廣泛應(yīng)用在電子電路中。

本發(fā)明旨在提供一種有別于傳統(tǒng)陶瓷PTC溫度傳感器的高分子PTC溫度傳感器，并采用便于安裝的表面貼裝形式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種表面貼裝型的高分子PTC溫度傳感器。

本發(fā)明的再一目的在于：提供所述高分子PTC溫度傳感器的制造方法。

為達上述目的，本發(fā)明采用下述方案：一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）至少具有一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材，該復(fù)合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層和相對于第一、第二表面緊密貼合的第一導(dǎo)電電極、第二導(dǎo)電電極構(gòu)成，所述的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層由聚合物和分散于聚合物中的導(dǎo)電填料組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導(dǎo)電端，與每個復(fù)合材料片材中的其中一個導(dǎo)電電極電氣連接，與對應(yīng)的另一個導(dǎo)電電極不電氣連接；

第二導(dǎo)電端，與每個復(fù)合材料片材中的已經(jīng)與第一導(dǎo)電端電氣連接的導(dǎo)電電極不電氣連接，與每個復(fù)合材料片材中與第一導(dǎo)電端不電氣連接的導(dǎo)電電極電氣連接；

3）第一端電極，位于整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導(dǎo)電端，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路一極電氣相連；

第二端電極，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的同一面或兩面上，連接第二導(dǎo)電端，并與第一端電極電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）絕緣層，貼覆于上述非同一復(fù)合材料片材上的第一導(dǎo)電電極和第二導(dǎo)電電極之間，以及元件最外層的導(dǎo)電電極和端電極之間，并用于電氣隔離。

本發(fā)明至少具有一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材，當由兩層或多層具有一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材時，采用復(fù)合片材并聯(lián)，采用同樣的導(dǎo)通方式實現(xiàn)，以達到調(diào)整產(chǎn)品阻值的目的。

所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層由聚合物和分散于聚合物中的導(dǎo)電填料組成，其中，聚合物占導(dǎo)電復(fù)合材料層的體積分數(shù)介于20%～75%之間，選自聚乙烯、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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、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、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述的導(dǎo)電填料選自炭黑、碳納米管、石墨烯、金屬粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

所述的金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

所述的導(dǎo)電陶瓷粉末選自：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬硅化物之中的一種或幾種的混合物。

所述的導(dǎo)電端位于元件內(nèi)部，或者，位于元件側(cè)面，通過激光鉆孔或機械鉆孔，且孔表面附著導(dǎo)電金屬層構(gòu)成。所述導(dǎo)電端的形狀可以是任意規(guī)則的或不規(guī)則的形狀。

所述的導(dǎo)電金屬層是通過化學(xué)沉積、噴涂、濺射、電鍍或是這幾種工藝復(fù)合使用形成的導(dǎo)電金屬層。

所述導(dǎo)電金屬層，是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成。本發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案為：由高分子復(fù)合材料基層和緊密貼覆于上述高分子材料基層兩面的第一導(dǎo)電電極和第二導(dǎo)電電極形成復(fù)合片材，對復(fù)合片材通過內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移蝕刻技術(shù)使復(fù)合片材的導(dǎo)電電極蝕刻出絕緣槽，然后將兩絕緣層疊放于完成蝕刻的復(fù)合片材兩表面，并分別覆蓋金屬箔，進行高溫壓合，之后將壓合后的基板經(jīng)過后續(xù)的外層金屬箔鍍錫、蝕刻外層圖形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、鉆孔、沉銅、鍍銅工藝等步驟，得到表面貼裝形式的高分子PTC溫度傳感器。

本發(fā)明提供所述高分子PTC溫度傳感器的制備方法，按如下步驟：

第一，將導(dǎo)電高分子復(fù)合材料基層組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料在高速混合機內(nèi)混合，然后將混合物在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～5000cm²，厚0.1～3.0mm的復(fù)合材料基層；再用熱壓的方法在熱壓機上把金屬箔片復(fù)合于上述材料基層的第一第二兩個表面，制成復(fù)合材料片材，然后再將此復(fù)合片材用γ射線（Co⁶⁰）或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad，得到固定熔點在65-300℃之間且具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材；

第二，再采用印制線路板工藝制成表面貼裝型高分子PTC溫度傳感器。

本發(fā)明有別于傳統(tǒng)陶瓷PTC溫度傳感器，采用便于安裝的表面貼裝形式，便于安裝；采用具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層作為高分子PTC溫度傳感器的芯材。產(chǎn)品的成本相較陶瓷類PTC溫度傳感器低，加工更方便，更適用于小型化器件的要求。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實施例1整體立體視圖；

圖2：本發(fā)明實施例1單層片材剖面結(jié)構(gòu)視圖；

圖3：本發(fā)明實施例2單層片材剖面結(jié)構(gòu)視圖；

圖1、2中標號說明：

1、1a——上、下第一端電極；

2、2a——上、下第二端電極；

3、3a——上、下絕緣層；

4——第一導(dǎo)電電極；

5——高分子導(dǎo)電復(fù)合材料基層；

6——第二導(dǎo)電電極；

7——第一導(dǎo)電端；

8——第二導(dǎo)電端；

9、9a——阻焊層；

圖3中：

1’、1a’——第一端電極；

2’、2a’——第二端電極；

3’、3a’——絕緣層；

4’——第一導(dǎo)電電極；

5’——高分子導(dǎo)電復(fù)合材料基層；

6’——第二導(dǎo)電電極；

7’——第一導(dǎo)電端；

8’——第二導(dǎo)電端；

9’、9a’——阻焊層。

具體實施方式

實施例1

圖1本發(fā)明實施例1整體立體視圖和圖2本實施例單層復(fù)合片材剖面結(jié)構(gòu)視圖所示：

一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）有一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材，該復(fù)合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5和相對于第一、第二表面緊密貼合的第一導(dǎo)電電極4、第二導(dǎo)電電極6構(gòu)成，所述的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層由聚合物高密度聚乙烯和分散于高密度聚乙烯中的導(dǎo)電填料金屬硼化物組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導(dǎo)電端7，與附在高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5上的第一導(dǎo)電電極4電氣連接，與對應(yīng)的第二導(dǎo)電電極6不電氣連接；

第二導(dǎo)電端8，與附在高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5上第二導(dǎo)電電極6電氣連接；與已經(jīng)與第一導(dǎo)電端7電氣連接的第一導(dǎo)電電極4不電氣連接；

3）上、下第一端電極1、1a，位于整個元件的最外層的上、下面上，連接第一導(dǎo)電端7，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路一極電氣相連；

上、下第二端電極2、2a，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的上、下兩面上，連接第二導(dǎo)電端8，并與第一端電極7電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）上、下絕緣層3、3a，上絕緣層3貼覆于上述復(fù)合材料片材上的第一導(dǎo)電電極4上表面，和下絕緣層3a貼覆于上述復(fù)合材料片材上的第二導(dǎo)電電極6的下表面，以及元件最外層的導(dǎo)電電極和端電極之間，用于電氣隔離。

制法是：

將高密度聚乙烯、金屬硼化物按一定比例在高速混合器中混合10min。然后將混合物組分在180℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm²，厚0.2mm高分子復(fù)合材料基層5。將表面粗化后的銅箔經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到高分子復(fù)合材料基層的雙面，即得到高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5與第一導(dǎo)電電極4和第二導(dǎo)電電極6覆合成的一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材，在真空烘箱中80℃熱處理48小時后，用γ射線（Co⁶⁰）輻照，劑量為15Mrad。之后將一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材通過圖形轉(zhuǎn)移蝕刻技術(shù)使第一導(dǎo)電電極4和第二導(dǎo)電電極6分別蝕刻出絕緣槽，然后將一絕緣層上絕緣層3疊加于第一導(dǎo)電電極4和一金屬箔之間，同時將下絕緣層3a疊加于第二導(dǎo)電電極6和另一金屬箔之間，然后進行高溫壓合，壓合后的基板通過端電極鍍錫、外層圖形蝕刻，印刷阻焊油墨等步驟，形成上下第一端電極1、1a和上下第二端電極2、2a。

然后經(jīng)過后續(xù)的鉆孔、沉銅、鍍銅，形成兩個導(dǎo)電端，分別為第一導(dǎo)電端7和第二導(dǎo)電端8。從而制備出具有兩個焊接面的高分子PTC溫度傳感器。

本發(fā)明也可由兩層或多層復(fù)合片材并聯(lián)，采用如下的導(dǎo)通方式：

第一導(dǎo)電端，與每個復(fù)合材料片材中的其中一個導(dǎo)電電極電氣連接，與對應(yīng)的另一個導(dǎo)電電極不電氣連接；

第二導(dǎo)電端，與每個復(fù)合材料片材中的已經(jīng)與第一導(dǎo)電端電氣連接的導(dǎo)電電極不電氣連接，與每個復(fù)合材料片材中與第一導(dǎo)電端不電氣連接的導(dǎo)電電極電氣連接；

第一端電極，位于整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導(dǎo)電端，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路一極電氣相連；

第二端電極，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的同一面或兩面上，連接第二導(dǎo)電端，并與第一端電極電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連。

以達到調(diào)整產(chǎn)品阻值的目的。

所述的聚合物除聚乙烯外占所述導(dǎo)電復(fù)合材料基層的體積分數(shù)介于20%～75%之間，選自除聚乙烯外，還可以是：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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、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、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述的導(dǎo)電填料選自炭黑、碳納米管、石墨烯、金屬粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

所述的金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

所述的導(dǎo)電陶瓷粉末選自除金屬硼化物外，還可以是：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物之中的一種或幾種的混合物。

所述的導(dǎo)電端由激光鉆孔、機械鉆孔等工藝形成，且孔表面附著導(dǎo)電金屬層構(gòu)成，所述導(dǎo)電端的形狀可以是任意規(guī)則的或不規(guī)則的形狀。

所述的導(dǎo)電金屬層，是通過化學(xué)沉積、噴涂、濺射、電鍍或是這幾種工藝復(fù)合使用形成的。

所述導(dǎo)電金屬層，是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成。

實施例2

本實施例其他與實施例1相同，只是導(dǎo)電端位于元件內(nèi)部。如圖3所示，

一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）有一個電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的復(fù)合材料片材，該復(fù)合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5’和相對于第一、第二表面緊密貼合的第一導(dǎo)電電極4’、第二導(dǎo)電電極6’構(gòu)成，所述的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層由聚合物高密度聚乙烯和分散于高密度聚乙烯中的導(dǎo)電填料金屬硼化物組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導(dǎo)電端7’，位于元件內(nèi)部，與附在高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5’上的第一導(dǎo)電電極4’電氣連接，與對應(yīng)的第二導(dǎo)電電極6’不電氣連接；

第二導(dǎo)電端8’，位于元件內(nèi)部的另一側(cè)，與附在高分子導(dǎo)電復(fù)合材料層5’上第二導(dǎo)電電極6’電氣連接；與已經(jīng)與第一導(dǎo)電端7’電氣連接的第一導(dǎo)電電極4’不電氣連接；

3）上、下第一端電極1’、1a’，位于整個元件的最外層的上、下面上，連接第一導(dǎo)電端7’，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路一極電氣相連；

上、下第二端電極2’、2a’，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的上、下兩面的另一側(cè)上，連接第二導(dǎo)電端8’，并與第一端電極7’電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）上、下絕緣層3’、3a’，上絕緣層3’貼覆于上述復(fù)合材料片材上的第一導(dǎo)電電極4’上表面，和下絕緣層3a’貼覆于上述復(fù)合材料片材上的第二導(dǎo)電電極6’的下表面，以及元件最外層的導(dǎo)電電極和端電極之間，用于電氣隔離。

本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上,然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此,本發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所揭示,而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾,并為以上的權(quán)利要求所涵蓋。