專利名稱：正溫度系數(shù)電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正溫度系數(shù)(PTC)電阻器，所述PTC電阻器具有基體(base body)，所 述基體包括陶瓷材料，所述陶瓷材料至少在一定溫度范圍內(nèi)具有歐姆電阻的正溫度系數(shù)。
背景技術(shù)：
在一定溫度范圍內(nèi)，作為溫度的函數(shù)的電阻率P沿循對(duì)數(shù)曲線而升高。PTC電阻 器可被制成盤的形式，所述盤具有圓形、方形或矩形形狀。這種PTC電阻器適用于多種應(yīng)用 場(chǎng)合，特別是過(guò)流保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)等，且還可用作加熱器。PTC電阻器可通過(guò)對(duì)顆粒物進(jìn)行干壓的方式制成。對(duì)于通過(guò)干壓方式制造基體的 這種PTC電阻器而言，這種PTC電阻器所具有的多種可能形狀受到很大限制，使得往往只能 形成極簡(jiǎn)單的幾何結(jié)構(gòu)，例如上面提到的盤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種PTC電阻器，所述PTC電阻器具有基體，所述基體包括陶瓷材 料，所述陶瓷材料至少在一定溫度范圍內(nèi)具有歐姆電阻的正溫度系數(shù)。所述基體主要沿中間層延伸。此外，所述基體還可具有垂直于所述中間層的延伸 部。所述基體受到不同表面的限制，由此所述表面中的至少一個(gè)表面被構(gòu)造以便與所 述基體進(jìn)行電接觸。所述至少一個(gè)表面的面積要大于沿垂直于所述中間表面的方向的所述基體的平 行伸出部的面積。在這種PTC電阻器中，陶瓷基體可獲得這樣的面積容積比，該面積容積比降低了 歐姆電阻(所述電阻通常是在25°C的溫度下測(cè)得的)且提供了 PTC部件的特征。因此，本發(fā)明描述了一種結(jié)構(gòu)化的PTC電阻器，所述電阻器的面積容積比提高了 上述PTC體電阻器的面積容積比。通過(guò)增加適于與所述PTC電阻器的基體進(jìn)行電連接的表面的面積，可改善流動(dòng)通 過(guò)所述基體的電流的分布并降低所述部件在25°c的溫度下的電阻(R25)。由于降低了室溫 下的電阻率，這對(duì)于所述PTC電阻器的多種應(yīng)用場(chǎng)合而言都是有利的。 例如，在過(guò)流保護(hù)應(yīng)用場(chǎng)合中，PTC電阻器與將要防止過(guò)流作用的電路進(jìn)行串聯(lián)連 接。因此，所述電路的正常運(yùn)行所需的運(yùn)行電流作為整體流動(dòng)通過(guò)所述PTC電阻。由于正 常運(yùn)行溫度下的電阻較低，因此，可使所述PTC電阻器上的電壓降最小化，且因此可降低功在加熱應(yīng)用中，加熱電流流動(dòng)通過(guò)所述PTC電阻器。根據(jù)歐姆定律，當(dāng)所述PTC電 阻器的電阻被降低時(shí)，提供特定量的加熱電流所需的電壓也被降低了。這在許多電壓有限 的應(yīng)用場(chǎng)合中是非常有利的，例如在汽車應(yīng)用場(chǎng)合中情況就是如此。在所述PTC電阻器的一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)表面包括凸部。
在另一實(shí)施例中，所述基體的所述至少一個(gè)表面包括凹部。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一個(gè)表面包括二者，S卩，既包括凸部又包括凹部。所述至少一個(gè)表面的形狀可通過(guò)保持具有預(yù)定厚度的板片的方式獲得。在另一實(shí)施例中，無(wú)論是所述基體的一個(gè)表面的形狀還是所述基體作為一個(gè)整體 的形狀都可通過(guò)折疊板片的方式獲得。因此，可通過(guò)沿垂直于所述中間層的方向折疊板片的方式接收所述基體的形狀。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了多條折痕。在所述PTC電阻器的另一實(shí)施例中，所述至少一個(gè)表面具有多條折痕，由此每條 折痕具有與相鄰折痕的脊線平行地進(jìn)行延伸的脊線。不僅所述至少一個(gè)表面可具有多條折痕，所述基體作為一個(gè)整體也可通過(guò)將多條 折痕施加到板片的方式獲得。通過(guò)對(duì)所述板片進(jìn)行折疊的方式對(duì)所述基體進(jìn)行成形可導(dǎo)致產(chǎn)生具有波狀形狀 的基體。在所述PTC電阻器的另一實(shí)施例中，室溫下的歐姆電阻隨著在所述基體中設(shè)置的 折痕數(shù)量的增加而降低。所述PTC電阻器可通過(guò)用特定類型的給料進(jìn)行注射成型的方式制造而成。該可注射成型的給料優(yōu)選包括陶瓷填料、用于與所述填料結(jié)合的基質(zhì)和含量?jī)?yōu)選 小于IOppm的金屬雜質(zhì)。該陶瓷可例如基于鈦酸鋇(BaTiO3),這是一種鈣鈦礦型(ABO3)陶瓷。對(duì)于注射成型工藝而言，可使用這樣的給料，所述給料包括陶瓷填料、用于與所述 填料結(jié)合的基質(zhì)和含量小于IOppm的金屬雜質(zhì)。一種可能的陶瓷填料可由以下結(jié)構(gòu)表示Ba1_x_yMxDyTi1-a-bNaMnb03其中的參數(shù)為:x= 0-0. 5,y = 0-0. 01,a = 0-0. 01 且b = 0-0. 01。在該結(jié)構(gòu)中， M代表二價(jià)陽(yáng)離子，如Ca、Sr或Pb，D代表三價(jià)或四價(jià)供體(施主)，如Y、La或稀土元素， 且N代表五價(jià)或六價(jià)陽(yáng)離子，如Nb或Sb。因此，可使用多種陶瓷材料，其中可根據(jù)后燒結(jié)的 陶瓷的所需電特征選擇所述陶瓷的成分。所述給料的所述陶瓷填料可轉(zhuǎn)化成這樣的PTC陶瓷，所述PTC陶瓷的電阻率較低 且電阻-溫度曲線的斜率較陡。根據(jù)所述陶瓷填料的成分和所述給料燒結(jié)過(guò)程中的條件， 由這種給料制成的PTC陶瓷在25°C下的電阻率可處在3 Ω cm至30000 Ω cm的范圍內(nèi)。電阻 開(kāi)始增加時(shí)所處的特征溫度Tb處在-30°C至340°C的范圍內(nèi)。由于更高含量的雜質(zhì)會(huì)阻礙 模制成型的PTC陶瓷的電特征，因此，所述給料中的金屬雜質(zhì)的含量低于lOppm。所述給料中的所述金屬雜質(zhì)可包括Fe、Al、Ni、Cr和W。由于在所述給料的制備過(guò) 程中采用的工具會(huì)帶來(lái)磨損，因此這些金屬雜質(zhì)在所述給料中的含量-無(wú)論是組合起來(lái)的 含量還是每種相應(yīng)雜質(zhì)的含量_要小于lOppm。所述給料的制備包括使用具有這種低磨損度的工具，從而制備出這樣的給料，所 述給料中包含的由于所述磨損帶來(lái)的雜質(zhì)的含量小于lOppm。因此，本發(fā)明使得可制成這樣 的給料，該給料可模制成型，且其中包含的由于磨損帶來(lái)的金屬雜質(zhì)的含量較低，且模制成 型的PTC陶瓷不會(huì)損失所需電特征。用于制備所述給料的工具包括硬材料的涂層。所述涂層可包括任何硬金屬，如碳化鎢(WC)。這種涂層降低了工具在與所述陶瓷填料和所述基質(zhì)的混合物接觸時(shí)的磨損度 且使得能夠制備出這樣的給料，所述給料中包含的由于所述磨損帶來(lái)的金屬雜質(zhì)的含量較 低。金屬雜質(zhì)可以為Fe、但也可以是Al、Ni或Cr。當(dāng)所述工具上涂覆有硬涂層如WC時(shí)，W 的雜質(zhì)會(huì)被引入給料內(nèi)。然而，這些雜質(zhì)的含量小于50ppm。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的濃度 不會(huì)影響燒結(jié)而成的PTC陶瓷的所需電特征。在利用注射成型技術(shù)形成所述模型的情況下，必須關(guān)注所述模型中的所述金屬雜 質(zhì)以便確保所述PTC陶瓷的效率不會(huì)降低。陶瓷材料的PTC效應(yīng)包括電阻率P作為溫度 τ的函數(shù)而產(chǎn)生變化。盡管在一定溫度范圍內(nèi)，電阻率P隨溫度τ的升高而產(chǎn)生的變化較 小，但從所謂居里溫度Tc開(kāi)始，電阻率P隨著溫度的升高而迅速增加。在該第二溫度范圍 內(nèi)，溫度系數(shù)，即電阻率在給定溫度下的相對(duì)變化，可以是100% /K。如果在居里溫度下并 未出現(xiàn)迅速升高，則說(shuō)明模型的自調(diào)節(jié)性質(zhì)并不令人滿意。


通過(guò)以下具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖將易于 理解PTC電阻器的其它特征。圖1是具有波狀形狀的PTC電阻器的透視圖；圖2是PTC電阻器的透視圖，其中兩個(gè)不同的波狀結(jié)構(gòu)彼此交叉；和圖3是圖1所示PTC電阻器的剖視圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，圖中示出了具有基體1的PTC電阻器。該基體包括具有歐姆電阻的正溫 度系數(shù)的陶瓷材料，例如，以下材料可被用作陶瓷材料(Ba0 329C)Ca0. 0505§ *0. 0969 ^0. 1306^0. 005)(Ti0.502Mn0.0007) Ol 5045該陶瓷材料的燒結(jié)本體具有122°C的特征基準(zhǔn)溫度和-取決于燒結(jié)過(guò)程中的條件 的-處在40-200 Ω cm范圍內(nèi)的電阻率。該陶瓷材料的比電阻P處在20 Ω cm與200 Ω cm之間的范圍內(nèi)。在PTC電阻器的 優(yōu)選實(shí)施例中，該基體中不存在其它影響PTC電阻器的歐姆電阻以及歐姆電阻的溫度行為 的其它成分。該P(yáng)TC電阻器的基體沿中間層2延伸，這意味著基體1的被標(biāo)示為b和1的較大 尺寸與中間層2平行地延伸且被標(biāo)示為h的較小的尺寸與中間層垂直地延伸?；w受到表面的限制，所述表面例如為被標(biāo)示為3的頂表面和被標(biāo)示為4的底表 面。此外，還提供了被標(biāo)示為11和12的進(jìn)一步限定的表面。所述表面中的至少一個(gè)表面被構(gòu)造以便與所述基體進(jìn)行電接觸。在圖1所示實(shí)例 中，頂表面3和底表面4被構(gòu)造以便與所述基體進(jìn)行電連接。這意味著流動(dòng)通過(guò)基體的電 流被分布在頂表面3的整個(gè)表面上且被分布在底表面4的整個(gè)表面上。這導(dǎo)致產(chǎn)生了更寬 的電流分布，這有助于降低PTC電阻器的歐姆電阻。電觸點(diǎn)的構(gòu)型可通過(guò)對(duì)圖3所示相應(yīng)表面進(jìn)行涂覆的方式獲得。參見(jiàn)圖3，導(dǎo)電層 31和41被分別設(shè)置在基體1的頂部和底部上。這些導(dǎo)電層可通過(guò)對(duì)包含金屬顆粒的膏料 進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的方式或者通過(guò)例如濺射或真空沉積等的涂覆技術(shù)被施加。
進(jìn)一步將外部端子施加到導(dǎo)電層31和41上可能是便利的，所述外部端子例如是 導(dǎo)線，所述導(dǎo)線可以是接觸線。接觸線可通過(guò)釬焊或焊接的方式被附接到導(dǎo)電層上。圖1示出了兩個(gè)不同表面，所述表面的面積大于基體的平行伸出部的面積。所謂 平行伸出部指的是垂直于中間表面的伸出部。圖3中用基體1頂部上的平行線表示這種伸 出部，所述平行線由沿垂直于中間層2的方向下落的箭頭表示。伸出部導(dǎo)致在與中間層2 平行地延伸的伸出層6上產(chǎn)生了陰影(shade)。陰影(shadow) 61的輪廓所限制出的面積小 于頂表面3和底表面4的面積。根據(jù)PTC電阻器的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)表面包括一個(gè)或多個(gè)凸部。在圖1所示 實(shí)例中，凸部71、72、73被設(shè)置在基體1的頂表面3上。在另一實(shí)施例中，PTC電阻器具有包括凹部的至少一個(gè)表面。在圖1所示實(shí)例中， 凹部81和82被設(shè)置在頂表面3上。進(jìn)一步的凹部712、722、732被設(shè)置在底表面4上。頂表面3和底表面4的形狀可通過(guò)對(duì)具有預(yù)定厚度的板片進(jìn)行折疊的方式獲得。 通過(guò)以所述方式形成頂表面和底表面，使得獲得了這樣的基體1，所述基體具有可通過(guò)對(duì)板 片進(jìn)行折疊實(shí)現(xiàn)的形狀。在圖1所示實(shí)例中，板片5已被折疊從而使得折痕91和92沿垂直于中間層2的 方向延伸，在這一過(guò)程中，僅有形狀，而不是制造工藝，才可被看作是這一過(guò)程的產(chǎn)出。均勻 地折疊該板片導(dǎo)致產(chǎn)生了彼此分開(kāi)恒定距離的多條折痕。進(jìn)一步地，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼郫B工藝， 可獲得具有脊線711、721、731的折痕，所述脊線表示每個(gè)折痕的頂部且平行于彼此進(jìn)行延 伸。盡管圖1所示基體的形狀可通過(guò)對(duì)具有預(yù)定厚度的層進(jìn)行折疊的方式實(shí)現(xiàn)，但圖 1所示PTC電阻器的制造不能通過(guò)對(duì)PTC陶瓷進(jìn)行注射成型的方法實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，圖1所示PTC電阻器呈現(xiàn)出波狀形狀，特別地，圖3明確示出了所述波 狀形狀，該圖示出了圖1所示基體的剖面。折痕91、92的制備導(dǎo)致產(chǎn)生了基體1的形狀，其中對(duì)于位于頂表面3上的每個(gè)突 部71、72、73而言，在相對(duì)側(cè)上，即在基體的底表面4上，設(shè)置了相應(yīng)的凹部712、722、732。為了有利于基體1的電接觸，導(dǎo)電層31和41被分別設(shè)置在頂表面3和底表面4 上，如圖3所示?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1所示的基體的幾何尺寸，基體的長(zhǎng)度被標(biāo)示為1，基體的寬度被標(biāo)示 為b，被折疊的層的厚度被標(biāo)示為d且基體1的高度被標(biāo)示為h。通常情況下，可根據(jù)PTC電阻器的具體應(yīng)用場(chǎng)合為l、b、d、h選擇多種不同的值?；w的高度是層的厚度d的兩倍加0. 5mm。下表示出了對(duì)層進(jìn)行折疊以便降低PTC電阻器的歐姆電阻這一做法所帶來(lái)的典 型效應(yīng)第一列給出了不同類型的部件。所有類型的部件都是根據(jù)圖1所示實(shí)例成形的。這里，S表示部段的數(shù)量，由此每個(gè)部段從處于一個(gè)表面上的第一伸出部的頂部延 伸至處于相對(duì)表面上的相鄰伸出部的頂部。圖3示出了表1所使用的一種典型部段，該部 段由附圖標(biāo)記100表示。在表1中，h表示基體1的高度且單位為毫米。該表還給出了尺寸D，其中D表示基體的長(zhǎng)度1(第一項(xiàng))與基體的寬度b (第二 項(xiàng))的乘積。
P表示陰影區(qū)域的伸出部的相應(yīng)尺寸，單位為mm2。表中還給出了在25°C的溫度下 測(cè)得的歐姆電阻R，單位為Ω。在該表的下一列中，給出了兩個(gè)面積之比。第一面積Al是 表中所述類型的陰影區(qū)域的尺寸。第二面積Al是盤形電阻器的面積，所述盤形電阻器具有 與波狀電阻器相同的質(zhì)量且同時(shí)具有根據(jù)相應(yīng)的h值的厚度，計(jì)算出的比率為A2/A1。在最后一列中，還給出了在使用電阻器作為開(kāi)關(guān)的情況下，最大切換電流的最小 值，其單位為A。第二面積是具有相同質(zhì)量的陶瓷材料但具有平的形狀且具有表的第三列給出的 厚度的PTC電阻器的面積。從表1中可以看到，不同實(shí)施例的陰影面積總是小于盤形PTC電阻器的面積。 對(duì)于第一列中列出的所有不同類型的電阻器而言，可施加的最大電壓為265V，且 擊穿電壓大于或等于420V?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2所示實(shí)例，凸部和凹部的數(shù)量相對(duì)于圖1所示實(shí)例有所增加。圖2 所示基體1具有兩個(gè)波的形狀，每個(gè)波包括多條折痕。第一波包括折痕91和92。折痕沿相 同方向延伸且呈現(xiàn)出相應(yīng)的平行的脊線711、721?；w1中形成的另一波的形狀限定了折痕93和94的輪廓。這些折痕同樣沿相同 方向延伸。第一組折痕91、92沿垂直于第二組折痕93、94的方向延伸。因此，圖2示出了 用于PTC部件的一種交叉波狀結(jié)構(gòu)。折痕91、92、93、94導(dǎo)致在基體1的頂表面3上產(chǎn)生了相應(yīng)的凸部，這些凸部被分 別表示為71、72、73、74。在凸部71、72、73、74之間形成了凹部81、82、83、84、85。由于該表面的復(fù)雜性相對(duì)于圖1所示實(shí)施例增加了，因此，在圖2所示實(shí)施例中， 該表面與陰影面積之比也增加了。由表1可見(jiàn)，無(wú)論P(yáng)TC陶瓷具有怎樣的比電阻，都可通過(guò)增加所使用部段數(shù)量的方 式降低PTC部件的歐姆電阻，例如參見(jiàn)第6列與第2列的對(duì)比。
權(quán)利要求
一種正溫度系數(shù)電阻器，所述正溫度系數(shù)電阻器具有基體，所述基體包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有歐姆電阻的正溫度系數(shù)，所述基體沿中間層延伸，所述基體受到表面的限制，由此至少一個(gè)表面被構(gòu)造以便與所述基體進(jìn)行電接觸，由此所述至少一個(gè)表面的表面面積要大于沿垂直于所述中間表面的方向的所述基體的平行伸出部的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述至少一個(gè)表面包括凸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中至少所述至少一個(gè)表面包括凹部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述至少一個(gè)表面的形狀可通過(guò)對(duì) 具有預(yù)定厚度的板片進(jìn)行折疊的方式獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述基體的形狀可通過(guò)對(duì)具有預(yù)定 厚度的板片進(jìn)行折疊的方式獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述至少一個(gè)表面具有多條折痕， 由此每條折痕具有與相鄰折痕的脊線平行地進(jìn)行延伸的脊線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述基體具有多條折痕，由此每條 折痕具有與相鄰折痕的脊線平行地進(jìn)行延伸的脊線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述基體呈現(xiàn)出波狀形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中對(duì)于處在所述至少一個(gè)表面上的每 個(gè)凸部而言，在所述基體的相對(duì)表面上都設(shè)置了相應(yīng)的凹部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述至少一個(gè)表面涂覆有導(dǎo)電層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的正溫度系數(shù)電阻器，其中所述基體的與所述至少一個(gè)表面 相對(duì)的表面涂覆有導(dǎo)電層。
全文摘要
一種PTC電阻器具有基體(1)，所述基體包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有歐姆電阻的正溫度系數(shù)，所述基體沿中間層(2)延伸，所述基體受到表面(3、4)的限制，由此至少一個(gè)表面被構(gòu)造以便與所述基體進(jìn)行電接觸，由此所述至少一個(gè)表面的表面面積要大于沿垂直于所述中間表面的方向的所述基體的平行伸出部的面積。
文檔編號(hào)H01C7/02GK101889317SQ200880119361
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者J·伊爾, M·拉思, W·卡爾 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司