CN102203883A - Ptc装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PTC装置，其具有更快地检测基板达到异常高温的风险的功能，并且更有效地防止基板达到异常高温。PCT装置(10)包括用作传热介质的层状支架(14)和设置在层状支架(14)上的聚合物PTC元件(12)。聚合物PTC元件(12)(在热连接条件下)设置在层状支架(14)的一个表面(15)上，并且聚合物PTC元件(12)和层状支架(14)被模制在树脂中，使得层状支架(14)的另一个表面(15′)暴露。

Description

PTC装置
技术领域
本发明涉及一种具有PTC(正温度系数)元件，特别是聚合物PTC元件的PTC装置和一种具有这种PTC装置的电子设备。
背景技术
聚合物PTC元件具有下述特性，即例如当PTC元件的温度超过给定临界值时，其电阻值快速增加，例如用于防止电子设备过热或引起由过载电流导致的问题，也就是说，它具有正温度系数特性或PTC特性。这种临界温度称为″跳闸温度(trip temperature)″。
其上安装IC芯片并设置在电子设备中的基板通常具有散热板，其用于将热量耗散到其外侧，所述热量是在使用电子设备时产生。在其中这样的基板达到由于某些原因，例如由于允许过载电流流过基板，引起的温度异常高的情况，热量通过散热板的耗散可能是不充分的，使得出现散热板且因此基板达到并保持在温度异常高的情况。因此，已经采取将陶瓷PTC元件(例如，由日本的Murata Manufacturing公司制造的POSISTOR(注册商标))连接至散热板的方式，由此检测基板的温度并间接防止基板达到异常的高温。
[专利参考文献1]
日本专利特许公开No.04-162701
发明内容
要解决的技术问题
虽然这种陶瓷PTC元件具有防止基板达到异常的高温的功能，但这种功能对于某些情况不是必要充分的。例如，在温度增加期间电阻值随着时间的增加不是太大，也就是说，电阻值未在短时间内急剧增加，使得这种陶瓷PTC元件有时不能在足够短的时间内中断电流。因此，通常采用下述方法，即当陶瓷PTC元件的电阻达到预定值时，不是通过PTC元件，而是通过间接方式中断电流。特别地，期望更快速地检测基板达到异常的高温的可能性，并且直接地且预先防止基板达到这种异常的高温。
解决问题的技术方案
关于上述问题，已经进行了广泛的研究，并且已经发现，可以通过一种PTC装置解决上述问题，该PTC装置通过采用聚合物PTC元件并且在其中PTC元件被支撑在支架上的情况下使该元件进一步经历模制而形成。
因此，在一个方面中，本发明提供了一种PTC装置，包括用作传热介质的层状(或薄片状)支架和设置在层状支架上的聚合物PTC元件，其中，聚合物PTC元件(以热连接状态)设置在层状支架的一个表面上，并且聚合物PTC元件和层状支架被模制在树脂中，使得层状支架的另一个表面暴露。
在本发明的PTC装置中，PTC元件被模制在树脂中。结果，模制的PTC元件通过模制树脂而与PTC装置的环境隔开。例如，能够尽可能地防止PTC元件受到存在于PTC装置附近的水分、氧等的不利影响。因此，特别优选的是，模制树脂具有抵抗水分、氧等的屏障功能。
层状支架能够与对象热接触，该对象的温度将由PTC装置检测。术语″热接触″是指层状支架的暴露表面如此设置，使得它与对象的表面接触，从而热量从对象快速地传导至层状支架的暴露表面。作为这种热接触的结果，层状支架的暴露表面优选变为具有基本上等于对象的表面的温度的温度。作为这种热接触的结果，层状支架的暴露表面更优选变为具有基本上等于与层状支架的相对侧(非暴露侧)的表面的温度的温度。
优选使用热传导材料，特别是具有出色的导热性的材料，例如，诸如不锈钢、铜等金属材料用作形成这种层状支架的材料。还能够采用导热性不是那么出色的材料(当这种材料具有相对薄的厚度时，这导致对热传导的阻碍不是太大)，例如，诸如玻璃-环氧树脂材料(所谓的″gla-epo″材料，即，玻璃纤维增强的环氧树脂材料)之类的复合材料和其它陶瓷材料。
聚合物PTC元件与层状支架热连接在一起。结果，提供了一种结构，其中热量优选从层状支架的暴露表面，且因此从PTC装置通过层状支架设置所在的对象，快速传导至PTC元件。因此，在热量从所述对象传导至PTC元件的意义上，在本说明书中使用了表述：层状支架″用作传热介质″。注意到，聚合物PTC元件可以直接或间接地连接至层状支架。
聚合物PTC元件至层状支架的直接连接状态对应于其中无材料***其间的实施方式，聚合物PTC元件至层状支架的间接连接状态对应于其中某种材料***其间的实施方式。这种其它材料包括粘结材料(如粘合剂、焊料、导电粘合剂、导电膏等)和电绝缘材料等，并且这种材料通常以层的形式存在。
如从上文容易看出的那样，在间接连接状态的情况中，层状支架经由热导材料(特别是具有出色的导热性的材料，如金属材料)与PTC元件连接在一起。还能够采用导热性不是那么出色的材料(当这种材料具有相对薄的厚度时，这导致对热传导的阻碍不是太大)，例如陶瓷材料。
在第二方面中，本发明提供了一种制造PTC装置的方法，该PTC装置包括层状支架和设置在层状支架上的聚合物PTC元件，该方法包括下述步骤：
将聚合物PTC元件设置在层状支架的一个表面上；以及
使层状支架和聚合物PTC元件经历模制，使得层状支架的另一个表面暴露。
根据上述制造方法，可以制造上文所述的本PTC装置。注意到，类似于上述聚合物PTC元件至层状支架的连接，聚合物PTC元件可以直接或间接地设置在层状支架上。
在第三方面中，本发明提供了一种包括上述PTC装置的电子设备。例如，这种电子设备包括电路板，特别是用于功率控制电路、电路模块、过热检测器等(它们中的每一个都包括本PTC装置)的IC基板。
有益效果
通过将对陶瓷PTC元件具有高灵敏度的聚合物PTC元件与层状支架组合并使它们经历模制以露出支架的一个表面，从而制成本PTC装置。结果，当PTC装置设置在对象上以使得层状支架的暴露表面与所述对象接触时，所述对象的温度增加快速传导至聚合物PTC元件，随后PTC元件可以根据温度增加而激励将被检测的异常温度。也就是说，可以有效地使用聚合物PTC元件的高灵敏度，因为温度的增加可以从所述对象快速地传导至聚合物PTC元件。
附图说明
图1示出了本发明的PTC装置的示意性剖视图。
图2示出了当从图1的左侧看该装置时图1中示出的PTC装置的示意性俯视图。
图3示出了实施例1中的本PTC装置的电阻-温度测量结果。
图4示出了实施例5中的本PTC装置的电阻-温度测量结果。
图5示出了实施例6中的本PTC装置的电阻-温度测量结果。
图6示出了当环境温度增加时，热电偶的温度和实施例1中的本PTC装置的电阻值随着时间的转变。
图7示出了当环境温度增加时，热电偶的温度和无机PTC元件的电阻值随时间的转变。
附图标记说明
10：PTC装置；12：PTC元件；14：层状支架；
15，15′：主表面；16：模制树脂；
18：焊料材料层；20：绝缘材料层；
22：银膏层；24：灌封元件；
26，26′：引线；28，28′：导线；30：开口；32：对象。
具体实施方式
构成本发明的PTC装置的聚合物PTC元件是公知的，且多种类型的元件在商业上是可用的。这种聚合物PTC元件在此用作具有通常使用意义上的物件。聚合物PTC元件包括具有由所谓的聚合物PTC组成物形成的层状结构的聚合物PTC部件，且优选包括分别设置在PTC元件的两个表面中的每一个上的第一金属电极(特别是金属箔电极)和第二金属电极(特别是金属箔电极)中的每一个。聚合物PTC部件由所谓的导电聚合物组成物制成，其中导电填料，例如，碳素填料、金属填料(包括铜、镍填料和镍-钴合金等)，分散在聚合材料(例如，聚乙烯，聚偏二氟乙烯等)中。可以通过对这种组成物进行挤压成形获得PTC部件。
作为层状支架，可以使用任何材料，只要它由两个相对的主表面限定，并且可以作为用于聚合物PTC元件的热导材料直接或间接地设置在PTC元件的一主表面上。具体地，金属层，例如，金属片或金属膜可以用作层状支架。在一种实施方式中，使用与用在布线基板中的金属引线框的材料(例如，不锈钢或其它合适的金属材料)相同的材料。在可替换实施方式中，层状支架可以由陶瓷材料制成。优选的是，层状支架具有比设置在其上的PTC元件的占据区域更大的表面。也就是说，优选的是，当将PTC元件设置在层状支架上并从其上方看PTC元件时，层状支架的一部分至少沿着PTC元件的***的一部分延伸到外部，并且优选沿着PTC元件的整个***延伸到外部。
在层状支架由导电材料制成的情况中，在将聚合物PTC元件设置在层状支架上时，需要在PTC元件和层状支架之间设置电绝缘材料。在层状支架由电绝缘材料制成的情况中，不需要在其间设置这种电绝缘材料。优选的是，所述电绝缘材料具有层状结构。
在电绝缘材料***其间的情况中，电绝缘材料层用粘结材料结合至层状支架。PTC元件用粘结材料结合至该电绝缘材料层。这些粘结材料可以相同或不同，且优选具有导热性，更优选具有出色的导热性。例如，焊料、导电粘合剂、导电膏(如银膏)、焊膏、导电粘合剂等可以用于这种结合。
在本PTC装置中，PTC元件和层状支架经历模制，使得层状支架的另一表面(即，未设置PTC元件的表面)暴露。在模制时，其上已经设置有PTC元件的层状支架在层状支架的另一表面暴露的条件下设置在预定模具中，随后将树脂注入模具，此后树脂硬化和/或固化。
将被注入的树脂，即模制树脂，是可固化树脂，例如，可以使用热固性树脂或光或热可固化树脂，例如，多种环氧树脂或硅树脂等。在其它实施方式中，将被注入的树脂可以为热塑性树脂。在这种情况中，将处于熔融状态的树脂注入模具中，随后通过冷却使它硬化。上述模制工艺本身是公知的，并且进行该模制工艺，使得层状支架的另一表面的至少一部分，优选大部分，更优选基本上全部，被暴露。模制树脂具有将正被模制的PTC元件与PTC装置的环境相隔离的功能。具体地，它尽可能地防止PTC元件受到存在于PTC装置附近的水分、氧等的不利影响。
在本发明的特别优选的实施方式中，通过采用可固化树脂预先经历树脂灌注、随后使可固化树脂硬化、由此形成灌封元件且其后使灌封元件经历模制这些步骤，包围设置在层状支架上的PTC元件。在这种情形下，术语“灌注”是指通过所谓的“树脂堆积(或树脂堆积涂覆)”采用树脂覆盖元件，随后使覆盖的或涂覆的树脂硬化的工艺。通常，可固化树脂堆积在设置在层状支架上的PTC元件上并被硬化。进行可固化树脂的堆积使得设置在层状支架上的整个PTC元件由树脂覆盖。结果，PTC元件用层状支架上的被硬化的树脂涂覆，也就是说，包围PTC元件的涂层形成为灌封元件。自然地认识到，层状支架的另一表面的至少一部分在灌注工艺期间应当保持在暴露状态。因此，灌注工艺可以称为在维持层状支架的一部分暴露的同时包封层状支架的其它部分的工艺。注意到，为了使电流流过PTC元件，要求连接至PTC元件的导线(或布线)向外延伸穿过灌封元件。以这种方式，设置在层状支架上的PTC元件由灌封元件涂覆，随后进行模制。
在用灌封元件涂覆的PTC元件经历模制的情况中，将熔融或软化的热树脂引入其中设置有上述PTC元件的模具。在这种情况中，热树脂不与PTC元件直接接触，以便减轻由热树脂带给PTC元件的热影响。
具体地，在具有例如在从180℃至240℃的范围内的熔点的聚乙烯(PE)用作用于PTC元件的树脂的情况中，例如，在约180℃的温度下将处于液态的热环氧树脂作为用于模制元件的树脂引入模具，使得灌封元件介入PTC元件和模制树脂之间。结果，灌封元件起到抵抗热的液体对PTC元件的热影响的隔热材料的作用。
除了关于上述热影响的减轻作用之外或代替关于上述热影响的减轻作用，当模制树脂，特别是处于被注入到模具中的状态的树脂，具有不利地和化学地影响PTC元件的可能性时，灌封元件可以用作抑制对PTC元件这种不利影响的缓冲材料。例如，构成PTC部件的诸如PE之类的聚合物可能会由于有机溶剂或油的影响而恶化或劣化。灌封元件在模制工艺期间尽可能地防止PTC元件与包含在正被灌注到模具中的熔融和/或软化的树脂中的化学成分(例如，固化剂)直接接触。
联系上文，形成灌封元件的可固化树脂可以为任何合适的可固化树脂。例如，热固性树脂(例如，环氧树脂、硅树脂等)是优选的。在其它实施方式中，形成灌封元件的可固化树脂可以为光或热可固化树脂。在用于模制的树脂的树脂是可固化树脂的情况中，这种可固化树脂是与形成灌封元件的可固化树脂不同的树脂。作为形成灌封元件的可固化树脂，优选采用在固化之后在PTC元件的跳闸温度下线性膨胀系数大于模制树脂的线性膨胀系数的树脂。此外，对于用于灌封元件的固化后的可固化树脂来说，优选的是，其线性膨胀系数等于或小于形成PTC元件的PTC部件中的聚合物的线性膨胀系数。
通常，优选的是，形成灌封元件的树脂在固化后在高于Tg(玻璃化温度)下具有不小于3.0×10-5/℃且不大于40.0×10-5/℃，优选不大于30.0×10-5/℃的线性膨胀系数。固化之后的该树脂的线性膨胀系数例如在从10×10-5/℃至20×10-5/℃的范围内。在形成聚合物PTC元件的聚合物为聚乙烯的情况中，特别优选的是，固化后的树脂具有在上述范围内的线性膨胀系数。例如，在形成灌封元件的树脂为环氧树脂的情况中，优选的是在PTC元件的跳闸温度附近的温度下具有不小于3.0×10-5/℃且不大于40×10-5/℃的线性膨胀系数。
当PTC元件的聚合物PTC部件随着PTC元件的温度增加而膨胀时，由由于PTC部件的膨胀引起的体积增加所产生的作用力将挤压PTC元件的***。结果，由元件的膨胀产生的作用力与由于被挤压引起的PTC元件的***的体积减小所产生的作用力相平衡。因此，在位于PTC元件附近的模制材料相对硬的情况中，也就是说，模制材料随着温度的增加稍微膨胀(即，在该材料具有小的线性膨胀系数的情况中)，可以想象得到的是，PTC部件不能充分膨胀，从而可能不利地影响PTC特性。例如，可能出现PTC元件在跳闸时不能达到足够高的电阻的情况。
在这种情况中，当相对软的材料***PTC元件和模制材料之间时，这种软质材料围绕PTC部件，使得PTC部件能够容易地膨胀。这种软质材料具有相对大的线性膨胀系数。因此，当具有较大的线性膨胀系数的材料用作灌封元件时，它防止PTC部件抑制其膨胀，因此，它有助于尽可能地保留与PTC元件相同的特性。例如，当采用包括灌封元件的PTC部件的PTC装置与采用不具有灌封部件的PTC部件的PTC装置相比较时，前一种PTC装置的R-T(电阻-温度)特性在PTC部件由于热膨胀而跳闸之后显示了两到四倍电阻值(参见下文将涉及的图5)。
因此，在本发明的PTC装置中，特别优选的是，模制材料具有小于灌封元件的线性膨胀系数的线性膨胀系数。优选的是，在至少在PTC元件的跳闸温度附近的温度处，优选在跳闸温度±20℃的范围内的温度处，更优选在跳闸温度±10℃的范围内的温度处，例如，在跳闸温度±5℃的范围内的温度处，满足线性膨胀系数的这种关系。
随后，参照附图更详细地说明本发明的PTC装置。图1示出了本发明的PTC装置的示意性剖视图。而且，在作为示意性俯视图的图2中示出了从图1的左侧看到的图1的PTC装置的侧视图，以便可以理解定位在模制树脂内的PTC元件的状态。如可以容易地理解的那样，沿着在中心水平穿过图2的线(在图2中连接箭头A-A′的线)截取的横截面对应于图1的视图。
本发明的PTC装置10包括聚合物PTC元件12和层状支架14。层状支架14具有彼此相对的两个主表面，即主表面15(称为一个表面)和主表面15′(称为另一个表面)，PTC元件12设置在一个主表面15上。在本PTC装置10中，主表面15′是将暴露的表面。主表面15′用作与其异常状态(例如，异常的高温，过载电流等)应当被检测的对象32接触的表面。作为这种检测的结果，PTC元件12根据异常状态跳闸。
主表面15′的至少一部分，优选主表面15′的大部分，更优选基本上整个主表面15′，如图2中所示的那样与对象32(其在图2中不可见)接触。通过这种接触，热量通过层状支架14从对象32快速地传导至PTC装置10。
在图示的实施方式中，电绝缘材料层(例如，陶瓷材料层、玻璃-环氧树脂材料层，可以用于上述模制的树脂层等)20存在于PTC元件12和层状支架14之间。当层状支架14由导电材料制成时，电绝缘材料层如上述的那样***是有用的。层状支架14经由焊料材料层18连接至电绝缘材料层20，银膏层22存在于电绝缘材料层20和PTC元件12之间。因此，在图示的实施方式中，PTC元件12间接连接至层状支架14，由此两层彼此间接地热接触。存在于PTC元件12和层状支架14之间的这些层中的每一层都由具有导热性，优选具有良好的导热性的材料制成。
在图示的实施方式中，设置了灌封元件24，以覆盖设置在层状支架14上的PTC元件12和上述层(18，20和22)。注意到，导线28在其一端连接至PTC元件12的上侧(也就是说，PTC元件的一个金属电极)，该导线28向外延伸穿过灌封元件24。导线28的另一端连接至引线26。导线28′在其一端通过银膏层22连接至PTC元件12的下侧(也就是说，PTC元件的另一个金属电极)，该导线28′向外延伸穿过灌封元件24。导线28′的另一端连接至引线26′。为了便于理解，在图1中未图示出引线26′和导线28′。
如上文所述的那样模制位于层状支架14上的PTC元件12，以使得模制树脂16覆盖PTC元件12及其下的各层。如图所示，模制树脂16未覆盖层状支架14的另一个表面15′，从而使另一个表面15′暴露。也就是说，获得了本发明的其中将PTC元件12模制在树脂16中的PTC装置。注意到，层状支架14具有用于螺钉的开口30，以便在将PTC装置固定在对象上时可以对之进行螺纹固定。
在上文中图示的本发明的PTC装置10通过下述方法制造，即首先将PTC元件12直接或间接地放置在层状支架14上，随后将PTC元件12与引线26和26′中每一条之间的导线28和28′中的每一条分别引线结合。任选地，通过灌注来堆积树脂，随后使它硬化，从而形成灌封元件24。因此，获得包括连接至设置在层状支架14上的引线26的PTC元件12的组件。随后，对所获得组件进行模制，以便可以获得模制在树脂16中的本发明的PTC装置10。
注意到，在本PTC装置的制造中，有利的是，预先提供其中最初集成有层状支架14以及引线26和26′的引线框架，并进行引线接合以连接导线28和28’中的每一条，以及随后将引线与层状支架分隔开，如图所示。还可用的方法是将引线26和26’中的每一条分别直接连接至PTC元件的上表面和下表面，而不需要进行引线结合。
[实施例1]
如以下说明的那样制造本发明的PTC装置。PTC元件：两种PTC元件通过下述方式获得，即对包含聚乙烯(PE，46％，以重量计)和炭黑(54％，以重量计)的导电聚合物组成物进行挤压成形，以产生压出型材，第一和第二金属电极(镀镍铜箔)被热压结合至该压出型材的两个相对的主表面。这些PTC元件分别具有95℃和125℃的跳闸温度(Tr)。随后，用金电镀PTC元件的每个金属电极(电镀厚度：不大于0.03微米)。PTC元件对于具有95℃的Tr的元件具有1.6mm×0.8mm×0.3mm(厚度)的尺寸，对于具有125℃的Tr的元件具有3.2mm×2.5mm×0.3mm(厚度)的尺寸。
PTC元件设置在由铜锡合金制成的引线框架上，该引线框架具有电镀的镍底层和电镀在其上的银(这通过用镍电镀合金框架，随后通过在其上用银电镀而形成)；并且所述引线框架对应于具有1.3mm厚度的层状支架。在设置时，作为绝缘材料层的5mm×3mm的电绝缘陶瓷基板(Tn/Ni，厚度为0.6mm)焊接(M705，Senju Metal Industry公司)至引线框架，并且用银膏(DBC 130SD，由Panasonic公司制造)将上述PTC元件固定在其上，随后通过将处于150℃的温度的条件维持10分钟使银膏硬化。以这种方式，PTC元件12经由焊料材料层18、绝缘材料层20和作为粘结材料的银膏层22安装至层状支架14上，如图1所示。
随后，采用铝导线28和28’(直径：150μm)，PTC元件的顶表面被引线结合至引线26的一端，陶瓷绝缘基板上的银膏层22被引线结合至引线框架26′的一端，如图2所示，由此将PTC元件电连接至引线框架，以获得包括设置在层状支架14上的PTC元件12的组件。
接下来，环氧树脂(Epoxy)(EPIFORM K-8908，由SOMAR公司制造)24被灌注在上述组件上，以覆盖所获得的组件的PTC元件12及其下面的层，随后在80℃的温度下持续7个小时使环氧树脂硬化，由此用灌封元件24覆盖设置在层状支架上的PTC元件12及其下面的层，如图1所示，以获得PTC装置的预制体(precursor)。
随后，将所述预制体连接至注射塑模，使得引线框架的其上未设置PTC元件的表面15′暴露，熔融模制树脂(环氧树脂，Sumikon EME6200，由Sumitomo Bakelite公司制造)被灌注到其中，随后在180℃的温度下持续4分钟以临时硬化。在这种临时硬化之后，从模具上移除该组件并使它经历修边处理。随后，将该组件在175℃的温度下维持8小时，以使模制树脂16永久硬化，从而获得如图1所示的本发明的PTC装置10(一个采用具有95℃的跳闸温度(Tr)的PTC元件的PTC装置和另一个采用具有125℃的跳闸温度(Tr)的PTC元件的PTC装置)。
实施例2
除了采用另外的环氧树脂(EPIFORM R-2101，由SOMAR公司制造)形成灌封元件且随后不进行模制之外，重复实施例1的工艺，以便获得具有灌封元件的本发明的PTC装置的预制体。在该实施例中，采用具有95℃的Tr的PTC元件。
实施例3
除了采用另外的环氧树脂(SOMAKOTE KZ-106，由SOMAR公司制造)形成灌封元件之外，重复实施例2的工艺，以便获得具有灌封元件的本发明的PTC装置的预制体。在该实施例中，采用具有95℃的Tr的PTC元件。
实施例4
除了采用另外的环氧树脂(SOMAKOTE KZ-107，由SOMAR公司制造)形成灌封元件之外，重复实施例2的工艺，以便获得具有灌封元件的本发明的PTC装置的预制体。在该实施例中，采用具有95℃的Tr的PTC元件。
实施例5
除了采用硅树脂(Silicone)(KE-1867，由Shin-Etsu Polymer公司制造)之外，重复实施例1的工艺。在该实施例中，采用具有95℃的Tr的PTC元件。
实施例6
重复实施例1的工艺，以获得本发明的PTC装置。在该实施例中，在未形成上述灌封元件的情况下获得本发明的PTC装置。所使用的PTC元件具有125℃的Tr。
(1)PTC特性的确认
如下测量如上所述获得的多种PTC装置及其预制体中的每一种的电阻：
PTC装置或预制体附近的温度每次升高5℃，随后将该温度保持10分钟，其后测量该装置或预制体的电阻；重复这种温度升高和保持；从而评估PTC装置或预制体的电阻(R)-温度(T)特性。将测量温度设置在从20℃至160℃的范围内。
注意到，通过测量两条引线之间的电阻值获得电阻。除了这些PTC装置及其预制体之外，同样的电阻测量还在PTC元件本身(其不具有灌封元件且其不经历模制)和作为比较示例的无机PTC元件(POSISTOR(注册商标)，由日本的Murata Manufacturing公司制造，该元件检测125℃的温度)上进行。
测量结果在下表1和2中示出。注意到，在所述表中，还示出了硬化后的树脂(除PE之外)的玻璃化温度(Tg)、在高于Tg的温度T(T＞Tg)下的线性膨胀系数和在低于Tg的温度(T＜Tg)下的线性膨胀系数中的每一个值。关于实施例1(其采用具有125℃的Tr的PTC元件)、实施例5和6的装置的测量，结果在图3-5中示出。
[表1] R-T特性(包括形成灌封元件和模制材料的树脂的特性)
Figure BPA00001358692400131
[表2]R-T特性
Figure BPA00001358692400141
如从表1中示出的结果明显看出的那样，具有95℃的检测温度的PTC装置中的每一个在室温(25℃)条件下显现出非常低的电阻值，在小于跳闸温度(60℃)的稍高的温度下显现出不是太高的电阻值，但在跳闸温度附近显现出非常高的电阻，这与PTC元件的情况一样。这意味着本发明的PTC装置具有像PTC元件那样合适的特性。
如从表2中示出的结果明显看出的那样，在使用具有125℃的跳闸温度的PTC元件的任何情况中，包括使用装备有灌封元件的PTC元件的情况(实施例1)以及使用未装备灌封元件的PTC元件的情况(实施例6)，经历模制的PTC装置在室温(25℃)下显现出非常低的电阻值，在小于跳闸温度(100℃)的稍高的温度下显现出不是太高的电阻值，但在跳闸温度附近显现出非常高的电阻，这与PTC元件的情况一样。这意味着本发明的PTC装置具有像PTC元件那样合适的特性。根据这些结果，其中PTC元件未经历灌注过程(也就是说，不具有灌封部件)的实施例6的电阻值在跳闸时低至其中PTC元件经历灌注过程的实施例1的电阻值的一半，由此推断灌注过程可以在某种程度上影响PTC元件的膨胀。
图3示出了实施例1(采用具有125℃的Tr的PTC元件)的本发明的PTC装置的电阻-温度测量结果。注意到，在图3中，还绘制了具有125℃的Tr的PTC元件本身和作为比较示例的陶瓷PTC元件的电阻-温度测量结果。
根据图3，实施例1中的本发明的PTC装置和比较示例(其检测125℃的温度)的无机PTC元件中的每一个具有在从约120℃至130℃的范围内的阈值温度(该温度可以称为跳闸温度，当PTC元件的温度从室温增加时，在该温度附近，PTC元件的电阻成指数倍地增加)，并且对于每个PTC元件，跳闸后测量的电阻值比跳闸前的电阻值至少大大约106倍或更多倍。因此，PTC装置和无机PTC元件中的每一个都具有作为PTC元件的切换功能。注意到，通常，可以理解，当元件在跳闸后的电阻值比跳闸前的电阻值大至少约103倍或更多倍时，它具有作为PTC元件的(切换)功能。
当经历模制工艺的本发明的PTC装置与无机PTC元件相比较时，可以得出，关于跳闸后的测量电阻值与跳闸前的电阻值之比的增加以及电阻的急剧增加，本发明的PTC装置明显胜过无机PTC元件。也就是说，本发明的PTC装置显现了明显不同于聚合物PTC元件的R-T特性的R-T特性，该R-T特性显然优于无机PTC元件的R-T特性。
图4示出了实施例5(采用具有95℃的Tr的PTC元件)中的PTC装置的R-T测量结果。注意到，在图4中，还绘制了具有95℃的Tr的PTC元件本身的R-T测量结果。
根据图4，可得出本发明的PTC装置(实施例5)和未对其进行特定工艺的PTC元件中的每一个都具有PTC装置跳闸所处的约95℃的阈值温度，并且基于它显现出电阻值的增加比率超过104倍或更多倍的事实，它具有足够的跳闸特性。也就是说，即使在诸如硅树脂之类的其它灌注材料用在本发明的装置中的情况中，本发明的PTC装置也显现出明显不同于PTC元件的R-T特性的R-T特性，并且这种特性足以用作PTC元件。
图5示出了实施例6(采用具有125℃的Tr的PTC元件)中的PTC装置的R-T测量结果。注意到，在图5中，还绘制了具有125℃的Tr的PTC元件本身的R-T测量结果和通过采用上述PTC元件获得的本发明的PTC装置的测量结果。
根据图5，可以得出不具有灌封元件的本发明的PTC装置(实施例6)具有125℃的阈值温度，PTC装置在该温度附近跳闸，这与具有灌封元件的实施例1的情况一样。此外，可以想象得到的是，PTC部件的膨胀由于实施例6不具有灌封元件的事实而被扰乱。虽然实施例6中的跳闸后的电阻值低至实施例1中的跳闸后的电阻值的一半或四分之一，但电阻值的增加比率仍然超过104倍或更多倍，从而证明它具有足够的跳闸特性。因此，即使在省略灌封元件的情况中，本发明的PTC装置仍然显现出明显不同于PTC元件的R-T特性的R-T特性，并且这种特性足以用作PTC元件。
(2)PTC装置的热响应特性的确认
通过在PTC装置的环境温度以预定的周期性的速率增加的条件下测量PTC装置的温度和电阻值，进行关于实施例1(其采用具有125℃的Tr的PTC元件)的本发明的PTC装置的PTC装置的热响应特性的测试。
具体地，采用耐热胶带将该装置固定在加热板(EC-1200NP，由As One公司制造)上，以便PTC装置的层状支架的暴露表面与加热板接触，并且热电偶(TC-K-H-0.1-1WP)连接至加热板的表面和该装置的层状支架的暴露表面，随后将加热板的温度从20℃增加至160℃。
在增加温度期间以预定的时间间隔测量PTC装置的电阻值和热电偶的温度。这些测量采用Data Logger GR-3000(从KEYENCE公司可买到)进行，并且在图6中绘制了测量值和时间的曲线。为了比较，当以类似的方式在电炉上加热无机PTC元件(模制型陶瓷PTC元件，PTFM04BB222Q2N34B0，由Murata Manufacturing公司制造)时，在图7中示出了关于该无机PTC元件的数据。
根据图6的结果，证明本发明的PTC装置在约25秒的时间期间在20-25秒内达到跳闸状态，在该时间期间，加热板的温度从100℃增加至130℃。
根据图7的结果，证明了关于陶瓷PTC装置，PTC元件的温度在约25秒的时间期间几乎不变，在该时间期间，加热板的温度类似地从100℃增加至130℃，并且该PTC元件的温度在过去30秒之后开始缓慢增加，随后该PTC元件跳闸。
根据这些结果，与无机PTC元件相比，本发明的PTC装置非常快速地响应于作为检测对象的加热板的温度变化，并且显示了积聚的电阻增加。因此，证明本发明的PTC装置可以更快、更精确地检测将被检测的对象的温度。

Claims (11)

1.一种PTC装置，包括用作传热介质的层状支架和设置在层状支架上的聚合物PTC元件，其中：
聚合物PTC元件设置在层状支架的一个表面上，并且
聚合物PTC元件和层状支架被模制在树脂中，使得层状支架的另一个表面暴露。
2.根据权利要求1所述的PTC装置，其中聚合物PTC元件以热连接状态设置在层状支架的一个表面上。
3.根据权利要求1或2所述的PTC装置，还包括位于PTC元件和模制树脂之间的由可固化树脂形成的灌封元件。
4.根据权利要求3所述的PTC装置，其中灌封元件的线性膨胀系数大于模制树脂的线性膨胀系数。
5.根据权利要求3或4所述的PTC装置，其中灌封元件的线性膨胀系数不小于3.0×10-5/℃且不大于40.0×10-5/℃。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的PTC装置，其中灌封元件的线性膨胀系数不大于30.0×10-5/℃。
7.一种制造PTC装置的方法，该PTC装置包括层状支架和设置在层状支架上的聚合物PTC元件，该方法包括下述步骤：
将聚合物PTC元件设置在层状支架的一个表面上；以及
使层状支架和聚合物PTC元件经历模制，使得层状支架的另一个表面暴露。
8.根据权利要求7所述的方法，其中聚合物PTC元件直接或间接地设置在层状支架上。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中通过在模制之前灌注可固化树脂，之后使可固化树脂硬化以形成灌封元件，且随后使PTC元件和层状支架经历模制，以使设置在层状支架上的PTC元件由可固化树脂包围。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将用于灌注的可固化树脂具有不小于3.0×10-5/℃且不大于40.0×10-5/℃的线性膨胀系数。
11.一种电子装置，包括根据权利要求1-6中任一项的PTC装置。
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