專利名稱：Ptc熱敏電阻和電路保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用過電流保護元件或溫度保護元件來保護電路的熱敏電阻和電路保護方法。
本申請主張2003年6月23日申請的特愿2003-178662號的優(yōu)先權，這里采用其內(nèi)容。
背景技術：
PTC熱敏電阻這樣一種元件利用由熱膨脹來改變導電性的導電性構件的正電阻溫度特性、即PTC(Positive Temperature Coefficient正溫度系數(shù))使電流難以流動或流動。作為具體構造，一般在由導電性聚合物或陶瓷等構成的導電性構件的2個不同部位分別錫焊2個電極。
作為構成上述導電性構件的材料之一的導電性聚合物，例如，是混煉聚烯或氟系列樹脂和炭黑后，通過放射線進行交聯(lián)而構成的高分子樹脂體。導電性聚合物的內(nèi)部，由于在常溫環(huán)境下炭黑粒子相連接而存在，故形成電流流動的多個導電通路，發(fā)揮良好的導電性。可是，由于流經(jīng)導電通路的電流的過電流，導致導電性聚合物發(fā)生熱膨脹，此時，炭黑的粒子間距離擴大，導電通路中斷，電阻值急劇增大。這就是上述的正電阻溫度特性(PTC)。
在上述那樣的PTC熱敏電阻中，當設置在導電性構件的2個不同部位的電極間產(chǎn)生過電流時，導電性構件因焦耳熱引起的自發(fā)熱導致熱膨脹，內(nèi)部所包含的炭黑粒子間距離擴大，導電通路中斷，因此電流難以流動，在電極間不流過電流時，自發(fā)熱停止，導電性構件收縮，炭黑粒子間距離縮短，形成導電通路，從而返回到能通電的狀態(tài)，所以可作為對流經(jīng)電極間的電流大小變化進行觸發(fā)的開關而起作用。
上述那樣的PTC熱敏電阻，利用導電性構件的PTC特性，若周邊的環(huán)境溫度比規(guī)定溫度(導電性構件熱膨脹的溫度)低，則能使小于等于規(guī)定大小的電流(稱其為保持電流)流動，若環(huán)境溫度不低于規(guī)定溫度，則導電性構件熱膨脹，電流難以流動，所以可作為對放置導電性構件的環(huán)境溫度變化進行觸發(fā)的開關而起作用。
特開平6-163203號公報記載著導電率隨著熱變化而變化的導電性膏。
其指出在電路中設置上述那樣的PTC熱敏電阻時，在適當狀態(tài)下進行使用時也不會產(chǎn)生任何問題，但在元件因過電流長時間連續(xù)動作的情況、或者長時間放置在非常高的溫度環(huán)境下的情況，導電性構件被破壞而可能會使2個電極發(fā)生短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題研制的，其目的在于防止2個電極間的短路，確保電路的安全性。
本發(fā)明提供一種PTC熱敏電阻，其包括具有PTC特性的導電性構件；在該導電性構件的2個不同部位分別設置的2個電極；和粘接劑，該粘接劑具有導電性，同時具有在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化而不可逆地提高電阻的特性，并接合上述導電性構件和上述2個電極中的至少一個。
若使用上述PTC熱敏電阻，在2個電極間流動過量的電流時，首先，導電性構件因焦耳熱引起的自發(fā)熱導致熱膨脹，在2個電極間電流難以流動。即使電流難以流動，導電性構件由于連續(xù)自發(fā)熱，因此如果長時間發(fā)熱，則接合導電性構件和電極的粘接劑將發(fā)生劣化，造成導電性下降(是電阻提高的結果)。粘接劑的電阻提高時，粘接劑也負擔當初導電性構件主要負擔的電壓。不久，粘接劑的電阻超過導電性構件的電阻時，粘接劑主要負擔電壓，導電性構件消耗的熱量變少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束。因而，不會到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，保持設置了PTC熱敏電阻的電路的安全。
若使用上述PTC熱敏電阻，長時間放置在非常高的溫度環(huán)境下，即使到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，在此之前粘接劑發(fā)生劣化導致自身的導電性下降，介于2個電極間的粘接劑成為電阻體，也起到減小在電極間流動的電流值的作用。因而，即使達到破壞導電性構件那樣的事態(tài)，2個電極也不會發(fā)生短路，而能夠保持設置了PTC熱敏電阻的電路的安全。
本發(fā)明涉及電路的保護方法，該電路包含因過剩的電流流動而發(fā)熱的部件，具體地，在上述電路設置PTC熱敏電阻的同時，使用具有導電性、同時在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化并不可逆地提高電阻的粘接劑，可通電地將構成上述電路的布線與上述部件進行粘接。
若使用上述電路的保護方法，在電路施加過剩電壓時，因過剩電流流過上述部件而發(fā)熱。同時，過量的電流在PTC熱敏電阻的兩極間流動，構成PTC熱敏電阻的導電性構件因焦耳熱引起的自發(fā)熱而發(fā)生熱膨脹，導致電流在兩極間難以流動。
上述部件長時間發(fā)熱時，粘接部件和布線的粘接劑將發(fā)生劣化而導致導電性下降。粘接劑的電阻提高時，粘接劑也負擔當初導電性構件所主要負擔的電壓。不久，粘接劑的電阻超過導電性構件的電阻時，粘接劑主要負擔電壓，導電性構件所消耗的熱量減少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束。因而，不會到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，確保電路的安全。


圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的圖，是從斜上方斜視聚合物PTC熱敏電阻的圖。
圖2是同樣表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的圖，是從側(cè)方剖面觀察PTC熱敏電阻并放大主要部分的圖。
圖3是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的圖，是平面觀察搭載了保護電路的鋰電池的圖。
圖4是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的圖，是平面觀察搭載了保護電路的鋰電池的圖，在該保護電路中，對搭載了PTC熱敏電阻的印刷電路板進行了剖面觀察。
具體實施例方式
在圖1和圖2的各圖表示并說明本發(fā)明的第1第實施形態(tài)。
圖1和圖2表示作為過電流保護元件的聚合物PTC熱敏電阻。該聚合物PTC熱敏電阻具有2個電極1、2和介于該2個電極1、2之間的導電性構件3。電極1、2和導電性構件3通過具有導電性的粘接劑4、5進行接合，兩者沒有直接接觸的部分。
電極1被配設在導電性構件3的一個側(cè)面，電極2被配設在導電性構件3的另一個側(cè)面。電極1平面觀察時以長方形形成厚度均勻的板狀，并成為在鎳板1a上覆蓋了金的薄膜1b的二層構造。電極2也形成和電極1相同的形狀，并形成為在鎳板2a上覆蓋了金的薄膜2b的二層構造。
導電性構件3平面觀察時是正方形的厚度均勻的板狀，在PTC元件3a的兩面分別形成金的薄膜3b、3c。PTC元件3a在混煉例如聚烯或氟系列樹脂和炭黑后，在通過放射線進行交聯(lián)而構成的導電性聚合物3d的兩面壓接鎳箔(或在銅箔上鍍鎳)3e。導電性聚合物3d的內(nèi)部，由于在常溫環(huán)境下炭黑粒子相連接存在，故形成電流流動的多個導電通路，發(fā)揮良好的導電性。然而，由于流過導電通路的過電流使導電性聚合物3d熱膨脹時，炭黑粒子間距離擴大，導電通路斷開，電阻值急劇增大。(正電阻溫度特性PTC)。
電極1和導電性構件3彼此相對著金的薄膜1b、3b而配置，用充填在兩者間的粘接劑4接合。同樣，電極2和導電性構件3彼此相對著金的薄膜2b、3c配置，用充填在兩者間的粘接劑5接合。粘接劑4、5如上述那樣具有導電性，而且，具有在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化并不可逆地提高電阻的特性。導電性聚合物3d在沒有熱膨脹的溫度區(qū)域難以劣化，導電性聚合物3d具有在進行熱膨脹的溫度區(qū)域易于劣化的特性。
粘接劑4、5設合成樹脂和導電性粉末為必須成分，根據(jù)需要添加粘度調(diào)整用等的添加劑并混煉。合成樹脂可使用乙酸乙烯樹脂、聚乙烯醇樹脂、丙烯酸樹脂、乙烯基聚氨酯樹脂等熱塑性樹脂。也可使用尿素樹脂、蜜胺樹脂、酚醛樹脂、間苯二酚樹脂、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、α-烯烴馬來酸酐樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等熱硬化性樹脂。也可以混煉以上的二種以上進行使用。導電性粉末，例如可以使用金粉末、銀粉末、鎳粉末、碳粉末和表面具有導電性的粉末。
在電極1、2或PTC元件3a的表面形成的金薄膜能防止各構件表面的氧化，同時用于一面確保良好的導電性一面進一步加強粘接劑4、5的粘接。除了金以外也能使用鈀或銀等適當?shù)膶щ娦圆牧稀?br> 在如上述那樣構成的聚合物PTC熱敏電阻中，過量的電流在電極1、2間流動時，首先，構成PTC元件3a的導電性聚合物3d因焦耳熱引起的自發(fā)熱而熱膨脹，在電極1、2間電流難以流動。導電性聚合物3d由于保持電流難以流動的狀態(tài)而連續(xù)自發(fā)熱，當長時間發(fā)熱時，粘接電極1、2和導電性構件3的粘接劑4、5劣化，造成自身的導電性下降(提高電阻)。
粘接劑4、5的電阻提高時，粘接劑4、5也能負擔當初導電性聚合物3d所主要負擔的電壓。不久，粘接劑4、5的電阻超過導電性聚合物3d的電阻時，粘接劑4、5主要負擔電壓，導電性聚合物3d所消耗的熱量減少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向于結束。因而，沒有到達破壞導電性聚合物3d那樣的事態(tài)，保持放置了聚合物PTC的電路和內(nèi)藏該電路的設備的安全。
在上述的聚合物PTC熱敏電阻中，長時間放置在非常高的溫度環(huán)境下，即使到達破壞導電性構件3d那樣的事態(tài)，在此之前粘接劑4、5發(fā)生劣化導致自身的導電性下降，介于2個電極1、2間的粘接劑4、5成為電阻體，也起到減小在電極1、2間流動的電流值的作用。因而，即使到達破壞導電性構件3d那樣的事態(tài)，2個電極也不會發(fā)生短路，保持設置了PTC熱敏電阻的電路和內(nèi)藏該電路的設備的安全。
可是，在本實施形態(tài)中，對使用了導電性聚合物作為導電性構件的聚合物PTC熱敏電阻進行了說明，但本發(fā)明的PTC熱敏電阻，除了聚合物以外也可以使用例如陶瓷等具有PTC特性的導電性材料作為導電性構件。
在本實施形態(tài)中，為了提高粘接劑4、5的粘接強度，在電極1、2或者導電性聚合物3的表面形成金或其他的金屬的薄膜，但沒有必要根據(jù)所使用的粘接劑組成等的不同來設置這樣的金或其他薄膜。
而且，在本實施形態(tài)中，使用粘接劑將2個電極1、2與導電性構件3粘接起來，但本發(fā)明的PTC熱敏電阻，即使將1個電極用粘接劑、另外1個電極用焊接或者錫焊等其他粘接方法與導電性構件粘接，也具有同樣的效果。
本發(fā)明的PTC熱敏電阻不限定于本實施形態(tài)所說明的形態(tài)，例如，也能適用于表面安裝型等所有型式的熱敏電阻。
接著，圖3表示本發(fā)明的第2實施形態(tài)，對此進行說明。
圖3表示鋰電池保護電路。該保護電路具有鋰電池(部件)10和PTC熱敏電阻11。PTC熱敏電阻11不是上述第1實施形態(tài)說明的構造，而采用了已有的構造。PTC熱敏電阻11的1個導線與連接鋰電池10的陽極的布線11a相連接，布線11a采用和上述第1實施形態(tài)所說明的粘接劑相同的粘接劑12可通電地與鋰電池10的陽極相連接。PTC熱敏電阻11的另1個導線與連接在鋰電池10的陰極的布線11b連接，布線11b用焊接或錫焊等接合方法可通電地與鋰電池10的陰極相連接。
在上述那樣構成的保護電路中，在對鋰電池10充電時施加過剩電壓時，因過剩電流在鋰電池10流動而發(fā)熱。同時，過量的電流在PTC熱敏電阻11的兩極間流動，構成PTC熱敏電阻11的導電性聚合物11c由于焦耳熱引起的自發(fā)熱而發(fā)生熱膨脹，導致電流難以在兩極間流動。
鋰電池10長時間發(fā)熱時，粘接鋰電池10和布線11a的粘接劑12因劣化而造成導電性下降。粘接劑12的電阻提高時，粘接劑12也能負擔當初導電性聚合物11c所主要負擔的電壓。不久，粘接劑12的電阻超過導電性聚合物11c的電壓時，粘接劑12主要負擔電壓，導電性聚合物11c所消耗的熱量變少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束。因而，不會到達破壞導電性聚合物11c那樣的事態(tài)，保持電路的安全。
接著，在圖4表示并說明本發(fā)明的第3實施形態(tài)。在上述實施形態(tài)已說明的構成要素附加同一符號，并說明省略。
圖4表示在印刷電路板上構成的電路。該電路上設置了電容器(部件)20和將2個電極中的一個連接到電容器20的一個極上的PTC熱敏電阻11。PTC熱敏電阻11的一個電極上錫焊著布線21的一端，另一個電極上錫焊著布線22的一端(焊錫符號23)。布線21的另一端與電路中未圖示的輸入側(cè)相連接。布線22的另一端采用和上述第1、第2實施形態(tài)中所說明過的粘接劑相同的粘接劑25可通電地連接在電容器20的一個極上。電容器20的另一個極采用粘接劑25可通電地連接著布線24的一端。布線24的另一端與電路中未圖示的輸出側(cè)連接。
在如上述那樣構成的電路中，在電路施加過剩的電壓時，過剩的電流在電容器20兩極間流動而導致發(fā)熱。同時，過量的電流在PTC熱敏電阻11的兩極間流動，構成PTC熱敏電阻11的導電性聚合物(圖示略)由于焦耳熱引起自發(fā)熱而發(fā)生熱膨脹，導致電流在兩極間難以流動。
電容器20長時間發(fā)熱時，粘接電容器20和布線22、24的粘接劑25發(fā)生劣化，導致導電性下降。粘接劑25的電阻提高時，粘接劑25也能負擔當初導電性聚合物所主要負擔的電壓。不久，粘接劑25的電阻超過導電性聚合物的電阻時，粘接劑25主要負擔電壓，導電性聚合物所消耗的熱量變少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束。因而，不會到達破壞導電性聚合物11c那樣的事態(tài)，保持電路的安全。
可是，在本實施形態(tài)中，都采用粘接劑25將布線22、24粘接在電容器20上，但粘接劑25僅粘接其中一個布線，另一個布線采用焊接或錫焊等粘接方法進行連接，也能得到相應的效果。
在上述第2、第3實施形態(tài)中，作為部件列舉了鋰電池和電容器的例子，但并不限于這些，若是由于過剩電流流動而發(fā)熱，則也可以是任意的部件。
以上說明了本發(fā)明較理想的實施例，但本發(fā)明并不限定于上述實施例，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，構成的附加、省略、置換和其他變更是可能的。本發(fā)明并不根據(jù)上述的說明進行限定，而僅根據(jù)附加的權利要求范圍進行限定。
本發(fā)明涉及PTC熱敏電阻，該PTC熱敏電阻包括具有PTC特性的導電性構件、分別在導電性構件的2個不同部位設置的2個電極、和粘接劑，該粘接劑具有導電性，同時具有在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化而不可逆地提高電阻的特性，并使上述導電性構件和上述2個電極中至少1個接合。
若使用本發(fā)明的PTC熱敏電阻，導電性構件的自發(fā)熱達到長時間時，接合導電性構件和電極的粘接劑發(fā)生劣化，粘接劑也負擔當初導電性構件所主要負擔的電壓。不久，粘接劑的電阻超過導電性構件的電阻時，粘接劑主要負擔電壓，導電性構件所消耗的熱量變少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束。不會到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)。
本發(fā)明的PTC熱敏電阻長時間放置在非常高的溫度環(huán)境下，即使到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，在此之前粘接劑發(fā)生劣化而導致自身的導電性下降，介于2個電極間的粘接劑成為電阻體，也起到減小在電極間流動的電流值的作用，因此，即使到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，2個電極也不會發(fā)生短路。因而，能夠提高PTC熱敏電阻的可靠性，確保電路的安全。
本發(fā)明涉及電路的保護方法，該電路包含因過剩的電流流動而發(fā)熱的部件，具體地，在上述電路設置PTC熱敏電阻的同時，使用具有導電性的同時，在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化而不可逆地提高電阻的粘接劑將構成上述電路的布線可通電地粘接在上述部件上。
若使用本發(fā)明的電路保護方法，部件的發(fā)熱到達長時間時，粘接部件和布線的粘接劑發(fā)生劣化，粘接劑也能負擔當初PTC熱敏電阻所主要負擔的電壓。不久，粘接劑的電阻超過PTC熱敏電阻的電阻時，粘接劑主要負擔電壓，PTC熱敏電阻所消耗的熱量變少，解除觸發(fā)狀態(tài)，自發(fā)熱趨向結束，不會到達破壞導電性構件那樣的事態(tài)，因而，能保護PTC熱敏電阻，確保電路的安全。
權利要求
1.一種PTC熱敏電阻，其特征在于，包括具有PTC特性的導電性構件、分別設置在該導電性構件的2個不同部位的2個電極、以及粘接劑，所述粘接劑具有導電性，同時具有在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化而不可逆地提高電阻的特性，并使所述導電性構件和所述2個電極中至少一個進行接合。
2.一種電路的保護方法，所述電路包含因過剩的電流流動而發(fā)熱的部件，其特征在于，在所述電路設置PTC熱敏電阻，同時使用具有導電性的同時，在過熱狀態(tài)下發(fā)生劣化而不可逆地提高電阻的粘接劑，可通電地將構成所述電路的布線與所述部件連接起來。
全文摘要
該PTC熱敏電阻包括具有PTC特性的導電性構件、分別設置在該導電性構件的2個不同部位的2個電極、和粘接劑，上述粘接劑具有導電性，同時具有在過熱狀態(tài)發(fā)生劣化而不可逆提高電阻的特性，并使上述導電性構件和上述2個電極中至少一個接合。
文檔編號H02H9/02GK1809902SQ20048001753
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權日2003年6月23日
發(fā)明者小山洋幸 申請人:泰科電子雷伊化學株式會社