專利名稱：過電流保護元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過電流保護元件。
背景技術(shù)：
由于具有正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient ;PTC)特性的導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻具有對溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，可作為電流敏感元件的材料，且目前已被廣泛應(yīng)用于電流保護元件或電路元件上?；诟叻肿有静牡恼郎囟认禂?shù)過流防護元件 (PTC)已廣泛地應(yīng)用到通信、計算機、汽車、工業(yè)控制、家用電器等眾多領(lǐng)域中，應(yīng)用于電路的過流保護設(shè)置。在通常狀態(tài)下，電路中的電流相對較小，熱敏電阻器溫度較低，而當(dāng)由電路故障引起的大電流通過此自復(fù)性保險絲時，其溫度會突然升高到“關(guān)斷”溫度，導(dǎo)致其電阻值變得很大，這樣就使電路處于一種近似“開路”的狀態(tài)，從而保護了電路中其他元件。而當(dāng)故障排除后，熱敏電阻器的溫度下降，其電阻值又可恢復(fù)到低阻值狀態(tài)。
一般來說，導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電特性由導(dǎo)電填料的種類、含量、粒徑大小、粒徑分布、粒子表面形貌以及粒子與聚合物基體界面結(jié)合性決定。阻值的穩(wěn)定性包括兩個方面分別是長期自然放置穩(wěn)定性和耐惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性。其中惡劣環(huán)境包括濕熱老化和冷熱交變老化。這兩項都會導(dǎo)致導(dǎo)電顆粒填充聚合物復(fù)合材料與鎳箔的界面結(jié)合性。
目前市場化的低電阻(IOmQ左右)PTC產(chǎn)品是以鎳粉(Ni)作為導(dǎo)電填料。由于鎳粉容易被空氣氧化，導(dǎo)致產(chǎn)品在長期放置后或經(jīng)過一次觸發(fā)，電阻再現(xiàn)性不好。常用解決方法為在PTC產(chǎn)品表面包封環(huán)氧樹脂膠，但是效果不明顯，體現(xiàn)在長期放置后產(chǎn)品電阻再現(xiàn)性不好。
我們認為，處于界面層的復(fù)合物導(dǎo)電粒子容易氧化和聚合物基體本身也容易老化，隨著時間的推移，或是遭受惡劣的環(huán)境，界面的接觸電阻顯著的提高。這種界面的電阻提高，一方面源于，界面層導(dǎo)電粒子的氧化，電阻率增加；另一方面源于，導(dǎo)電通道遭到破壞，有效導(dǎo)電通道大幅減少?，F(xiàn)在的常規(guī)做法為在產(chǎn)品表面包封一層環(huán)氧樹脂，以防止產(chǎn)品的氧化。經(jīng)過工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)缺點是經(jīng)過長時間的放置后，環(huán)氧樹脂的包封效果大打折扣，因為包封膠一方面不能改變夾層結(jié)構(gòu)的界面性能，另一方面由于鎳箔引腳外露，可以形成氧化通道，使電極片遭到氧化，最終使界面處的導(dǎo)電顆粒氧化，包封沒有辦法封住這部分氧化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種過電流保護元件，以獲得具有優(yōu)異電阻值及電阻再現(xiàn)性。
本發(fā)明再一目的在于提供上述過電流保護元件的制備方法，在保證性能的前題下，提聞生廣效率。
本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種過電流保護元件，包括兩層金屬電極箔片間夾基于高分子PTC復(fù)合材料層構(gòu)成的芯材，其中，所述芯片的電極片與PTC復(fù)合材料3層的界面噴涂導(dǎo)電金屬膠，其黏度低于700mPa. s,其體積電阻小于0. 02 Q -cm,所述芯片的總體積電阻不大于0. 08 Q-cm、起始電阻值小于15m Q。
PTC復(fù)合材料層包含結(jié)晶性聚合物、導(dǎo)電填料和非導(dǎo)電填料。上述結(jié)晶性聚合物主要指一種或是一種以上牌號的聚乙烯；導(dǎo)電填料主要是單組分或是多組分的導(dǎo)電顆?；旌衔锢鐚?dǎo)電陶瓷粉和導(dǎo)電金屬粉。上述粉末的D50粒徑都為IMm 7. OOMm，導(dǎo)電填料的體積電阻值均需小于500PQ -cm。非導(dǎo)電填料為無機填料起到阻燃、抗電弧和復(fù)合物性能調(diào)節(jié)劑做用。其D50粒徑為0. 5Mm 5. OMm。
金屬箔片通常選用鎳箔片和銅箔片，由于其在賤金屬里面有優(yōu)良的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，厚度一般為0. 02mm 0. 1_。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述粘膠層為聚合物導(dǎo)電銀膠，其厚度為0. 02mm 0. 1mm，界面剝離力不小于I. 25E+5 N/m2。
本發(fā)明提供一種所述的過電流保護元件的制備方法，將以PTC復(fù)合材料各組份混料、混煉，混料后擠出成片，在片材的二面噴涂粘膠并與金屬電極箔片復(fù)合于一體構(gòu)成芯材，最后對芯材輻射交聯(lián)，連接引出端制成過電流保護元件。
為了得到三明治夾層結(jié)構(gòu)芯片，制備過程可采用擠出造料、擠出成片、噴涂并壓延復(fù)合成復(fù)合片材的連續(xù)制造工藝。后續(xù)工序為間歇式工藝包括輻照、沖片、退火、引腳焊接。
粘合涂層固化過程經(jīng)歷工藝全過程，基本在輻照之前已經(jīng)基本固化，但是完全固化在焊接工序完成后。
所述PTC復(fù)合片材在85°C條件下放置1000小時后，常溫放置一小時后經(jīng)過一次動作后電阻再現(xiàn)性比值小于2. 5。
所述PTC復(fù)合片材在85°C、85%RH條件下放置1000小時后，常溫放置一小時后經(jīng)過一次觸發(fā)電阻再現(xiàn)性比值小于2. 5。
所述PTC復(fù)合片材在經(jīng)過高低溫沖擊(85°C /-28°C,30MIN)100次后，常溫放置一小時后經(jīng)過一次觸發(fā)電阻再現(xiàn)性比值小于2. 5。
本發(fā)明產(chǎn)品的優(yōu)越性在于具有優(yōu)異電阻值及電阻再現(xiàn)性，同時，過電流保護元件的制備方法生產(chǎn)效率高。


圖I例示本發(fā)明的過電流保護元件；圖2例示本發(fā)明的芯片的制造工藝。
附圖代號說明1—PTC復(fù)合材料層2——導(dǎo)電銀粘合層3——金屬鎳箔4—鎳電極片
具體實施例方式如圖I所示本發(fā)明的過流保護元件的結(jié)構(gòu)示意圖，一種具有正溫度系數(shù)特性的過流保護元件，此元件的芯片為上下對稱結(jié)構(gòu)，中間層為導(dǎo)電復(fù)合物層3，上層為電極片層1，復(fù)合物層和電極片層的界面為導(dǎo)電銀膠的粘合層2。本實施例PTC復(fù)合材料層按重量百分比計 結(jié)晶性聚合物為聚乙烯50% 60% ;金屬導(dǎo)電粉末選自鎳粉30% 35% ;非導(dǎo)電粉末選自氧化招5% 20% ;導(dǎo)電膠選自Ag環(huán)氧樹脂膠,涂層厚度控制在0. 05mm 0. Imm ;金屬箔片選自鎳箔片，厚度為0. 05mm。
制造方法為I.將鎳粉、氧化鋁和高密度聚乙烯粉按重量比為15:1:3在V型混合機中混合均勻。
2.將步驟I的混合物，加入雙螺桿混煉機混煉各段的溫度設(shè)置為150°C 240°C， 進入衣架式模頭，模頭溫度為190°C 215°C，擠出寬度為0. 5m和厚度為0. 4mm PTC復(fù)合材料層。
3.將導(dǎo)電銀膠，稀釋到黏度為500 1200mPa. S，使用如圖2所示的噴嘴，控制器的霧化壓力0. I 0. 15MPa，噴到電極片與PTC復(fù)合材料層復(fù)合面。然后電極片經(jīng)過電加熱器，溫度為100°C 120°C，烘干導(dǎo)電銀膠的溶劑。
4.將步驟2出來的復(fù)合材料層和步驟3出來的噴涂過導(dǎo)電銀膠的兩層鎳箔，經(jīng)過雙輥壓合得到三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合芯片。最后經(jīng)過在線切片機，切成200mm*105mm的大塊芯片。
5.將步驟4出來的大塊芯片用電子束輻照，劑量為60 IOOMrad;然后沖成尺寸為的小芯片；接著退火，溫度為135°C 200°C，時間為0. 5 lh。
6.將步驟5出來的小芯片，焊接上引腳；清洗；涂膠；放置三天以供測試。
為驗證此工藝的優(yōu)越性，特進行了現(xiàn)有品(比較例)和本實施例進行比較。
表I、表2和表3分別為本發(fā)明的過電流保護元件的實施例圖I和比較例，在不同條件放置后經(jīng)過觸發(fā)(Trip)—次后回到室溫的阻值測試數(shù)據(jù)。表中的RO為所述電流保護元件的初始電阻；R1為85°C放置1000小時后的電阻，R2為在85°C /85%RH條件下放置1000 小時的電阻，R3為經(jīng)過高低溫沖擊后(85°C /-28°C *30MIN*100次)的電阻。Rt為經(jīng)過一次觸發(fā)(trip)后的電阻(6V/50A)。由表1，表2和表3可以看出本發(fā)明具有優(yōu)異的環(huán)境性能和良好的電阻再現(xiàn)性能。
表4為剝離力測試的數(shù)據(jù)，可以得出本發(fā)明的界面結(jié)合有明顯的改善。
表I 85°C /1000小時放置后觸發(fā)
權(quán)利要求
1.一種過電流保護元件，包括兩層金屬電極箔片間夾基于高分子PTC復(fù)合材料層構(gòu)成的芯片，其特征在于，所述芯片的電極片與PTC復(fù)合材料層的界面噴涂導(dǎo)電金屬膠，其黏度低于700mPa. s,其體積電阻小于0. 02 Q-cm,所述芯片的總體積電阻不大于0. 08 Q-cm、起始電阻值小于15mQ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過電流保護元件，其特征在于，所述粘膠層為聚合物導(dǎo)電銀膠，其厚度為0.02mm 0. 1mm，界面剝離力不小于I. 25E+5 N/m2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的過電流保護元件的制備方法，將PTC復(fù)合材料各組份混料、混煉，其特征在于，混料后擠出成片，在片材的_■面嗔涂粘I父并與金屬電極猜片復(fù)合于一體構(gòu)成芯材,最后對芯材輻射交聯(lián),連接引出端制成過電流保護元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過電流保護元件，包括兩層金屬電極箔片間夾基于高分子PTC復(fù)合材料層構(gòu)成的芯片，其特征在于，所述芯片的電極片與PTC復(fù)合材料層的界面噴涂導(dǎo)電金屬膠，其黏度低于700mPa.s，其體積電阻小于0.02Ω-cm，所述芯片的總體積電阻不大于0.08Ω-cm、起始電阻值小于15mΩ。本發(fā)明產(chǎn)品的優(yōu)越性在于具有優(yōu)異電阻值及電阻再現(xiàn)性，同時，過電流保護元件的制備方法生產(chǎn)效率高。
文檔編號H01C17/07GK102543330SQ201110458750
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉正平, 王軍, 高道華, 龔炫 申請人:上海長園維安電子線路保護有限公司