JP2548202B2 - Circuit protection element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子素子に関し、より詳細には、温度上昇
に伴って比較的狭い温度領域でこの素子の電気抵抗が急
増する性質〔PTC特性（Positive temperature coeffici
ent）〕を有する層を備えた回路保護素子に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electronic device, and more specifically, to a property in which the electric resistance of the device rapidly increases in a relatively narrow temperature range as the temperature rises (PTC characteristic. (Positive temperature coeffici
ent)].
〔従来の技術〕 PTC特性を有する物質（PTC組成物）は、一定の温度に
上昇すると発熱が止まるヒータ、正特性サーミスタ（PT
C THERMISTER）、感熱センサ、電池などを含む回路が短
絡したとき過電流を所定の電流値以下に制限し他方その
短絡が取除かれたとき回路を復帰する回路保護素子など
に利用することができる。PTC組成物として現在種々の
物質が開発され、従来から、例えばBaTiO3に１価または
３価の金属酸化物を添加したもの、また、ポリエチレ
ン、エチレン−アクリル酸共重合体などの重合体にカー
ボンブラックなどの導電性粒子が均一に分散されたもの
がある。[Prior Art] A substance having PTC characteristics (PTC composition) is a heater that stops heat generation when it rises to a certain temperature, a positive temperature coefficient thermistor (PT
(C THERMISTER), thermal sensor, when the circuit including the battery is short-circuited, the overcurrent is limited to a predetermined current value or less, and when the short-circuit is removed, it can be used as a circuit protection element that restores the circuit. . Various substances have been developed as PTC compositions, and, for example, BaTiO 3 to which monovalent or trivalent metal oxides have been added, and polymers such as polyethylene and ethylene-acrylic acid copolymer have been developed. There are those in which conductive particles such as black are uniformly dispersed.
このPTC組成物の製造法は、一般的に、重合体として
用いる１種またはそれ以上の樹脂に必要量のカーボンブ
ラックなどの導電性粒子を混練して重合体中に分散する
ことからなる。更に、PTC組成物を利用する、例えば、
この物質を金属電極板で挟持する従来の回路保護素子
は、第10図に示すように、主にPTC組成物成形体２と、
これを挟持する電極板4aおよび4bと、その電極板の各々
に接続されたリード8aおよび8bとからなる。The method for producing the PTC composition generally comprises kneading one or more resins used as a polymer with a necessary amount of conductive particles such as carbon black and dispersing the kneaded particles in the polymer. Further, utilizing a PTC composition, for example,
As shown in FIG. 10, a conventional circuit protection device in which this substance is sandwiched between metal electrode plates is mainly composed of a PTC composition molded body 2,
It is composed of electrode plates 4a and 4b sandwiching this and leads 8a and 8b connected to each of the electrode plates.
この素子のPTC組成物の温度と素子抵抗との関係は、
例えば、第11図に示すように、室温での素子電気抵抗
（室温抵抗Rr）は小さいが、ある温度以上に上昇すると
抵抗が急激に増大し、ピークに到達する（ピーク抵
抗）。The relationship between the temperature of the PTC composition of this device and the device resistance is
For example, as shown in FIG. 11, the element electric resistance (room temperature resistance Rr) at room temperature is small, but when the temperature rises above a certain temperature, the resistance sharply increases and reaches a peak (peak resistance).
この従来の回路保護素子の電極の両端に過電圧Voが印
加されると，第７図の点線に示す様に、この回路保護素
子の室温抵抗Rrとすると（Vo/Rr）の過電流が流れて発
熱し、PTC特性に基づいてこの素子の抵抗が急激に増大
して過電流を一定以下の値に制限する。When an overvoltage Vo is applied across the electrodes of this conventional circuit protection element, an overcurrent of (Vo / Rr) will flow if the room temperature resistance Rr of this circuit protection element is as shown by the dotted line in FIG. Heat is generated, and the resistance of this element rapidly increases based on the PTC characteristics, limiting the overcurrent to a value below a certain value.
しかしながら、PTC組成物からなる従来の回路保護素
子では、PTC組成物の温度に応じた抵抗を示し、過電圧
が印加された初期では自己発熱が少なくて低い抵抗（室
温）に応じた大きい電流が流れる。また、PTC組成物の
抵抗を温度により制御しようとする素子であるために素
子の環境温度に左右されて、外部からの熱によって回路
保護素子が誤動作する恐れがある。上記のように過電圧
が印加された初期では温度が低いので小さい抵抗値に応
じた過電流が流れ、この過電流を所定の電流値まで制限
するための遮断時間は、10-1〜数百秒もかかり、ICなど
の過電流に弱い電子デバイスを含む回路を保護すること
ができない。However, in the conventional circuit protection device made of the PTC composition, a resistance according to the temperature of the PTC composition is exhibited, and self-heating is small in the initial stage when the overvoltage is applied, and a large current flows according to the low resistance (room temperature). . In addition, since the resistance of the PTC composition is an element whose temperature is to be controlled, the circuit protection element may malfunction due to external heat depending on the environmental temperature of the element. Since the temperature is low at the initial stage when the overvoltage is applied as described above, an overcurrent corresponding to a small resistance value flows, and the cutoff time for limiting this overcurrent to a predetermined current value is 10 -1 to several hundred seconds. Also, it is impossible to protect circuits including electronic devices such as ICs that are susceptible to overcurrent.
この発明は上述の背景に基づいてなされたものであ
り、その目的とするところは、過電圧が印加された初期
からしきい値以下に電流を制限し、外部環境温度に影響
されず温度安定性に優れ、過電流に弱い電子デバイスを
含む回路をも確実に保護する回路保護素子を提供するこ
とである。The present invention has been made based on the above-mentioned background, and its purpose is to limit the current from the initial stage when an overvoltage is applied to a threshold value or less, and to improve the temperature stability without being affected by the external environment temperature. An object of the present invention is to provide a circuit protection element that surely protects a circuit including an electronic device that is excellent and is weak against overcurrent.
本発明によればこの課題は、しきい電流以上を流さな
い電流抑制層と、該電流抑制層と電気的熱的に接続した
PTC特性を有するPTC層と、外部と電気的に接続する少な
くとも２の電極とを含むことを特徴とする回路保護素子
によって達成される。According to the present invention, the problem is to connect a current suppressing layer that does not flow a threshold current or more and electrically and thermally connect the current suppressing layer.
It is achieved by a circuit protection element including a PTC layer having PTC characteristics and at least two electrodes electrically connected to the outside.
好ましい態様において、PTC層は重合体に導電性粒子
が分散されたものである。In a preferred embodiment, the PTC layer is a polymer in which conductive particles are dispersed.
以下、この発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
PTC組成物 この発明における回路保護素子は、少なくとも２の電
極と、電流制御層と、PTC組成物からなるPTC層とを備え
る。このPTC組成物は、例えば、BaTiO3に１価または３
価の金属酸化物を添加したもの、重合体に、導電性粒
子、および必要に応じて熱伝導性充填材が添加されたも
のなどがある。PTC Composition The circuit protection device in the present invention includes at least two electrodes, a current control layer, and a PTC layer made of a PTC composition. The PTC composition may, for example, BaTiO 3 to monovalent or 3
Examples thereof include those in which a valent metal oxide is added, those in which conductive particles and, if necessary, a heat conductive filler are added to a polymer.
この発明に於いて用いる重合体として、ポリエチレ
ン、ポリエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタジン、ポ
リエチレンアクリレート、エチレン−エチルアクリレー
ト共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタ
ム、フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポ
リエチレン、クロロスルホン化エチレン、エチレン−酢
酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ス
チレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、
ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアルキレンオ
キシド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、フッ
素樹脂、およびこれ等のうちから選ばれた少なくとも２
種のブレンドポリマー等がある。この発明において、重
合体の種類、組成比などは、所望の性能、用途などに応
じて適宜選択することができる。As the polymer used in the present invention, polyethylene, polyethylene oxide, t-4-polybutazine, polyethylene acrylate, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, polyester, polyamide, polyether, polycaprolactam, Fluorinated ethylene-propylene copolymer, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated ethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polypropylene, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, polyvinyl chloride,
At least 2 selected from polycarbonate, polyacetal, polyalkylene oxide, polyphenylene oxide, polysulfone, fluororesin, and the like.
There are various kinds of blend polymers. In the present invention, the type and composition ratio of the polymer can be appropriately selected depending on the desired performance, application and the like.
重合体に分散される導電性粒子は、電気伝導性を持つ
物質からなり、その様なものとして、カーボンブラッ
ク、銀粉、金粉、カーボン粉、グラファイト、銅粉、カ
ーボン繊維、ニッケル粉、銀めっき微粒子などの導電性
物質の粒子を用いることができる。この導電性粒子の粒
径、比面積などは、PTC組成物の用途、所望の特性に応
じて種々のものを適宜選択することが望ましい。The conductive particles dispersed in the polymer are made of a substance having electrical conductivity, such as carbon black, silver powder, gold powder, carbon powder, graphite, copper powder, carbon fiber, nickel powder, silver-plated fine particles. Particles of a conductive material such as can be used. It is desirable to appropriately select various particle diameters, specific areas, etc. of the conductive particles depending on the application of the PTC composition and desired characteristics.
この発明の好ましく態様において、重合体に分散する
ことのできる熱伝導性粒子は、熱伝導性を持つ無機また
は有機性の物質からなり、その様なものとして、例え
ば、シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、BeO、アルミ
ナから選ばれた少なくとも一種の物質、これらの混合物
などがある。この熱伝導性粒子の粒径、比面積などは、
PTC組成物の用途、所望の特性に応じて種々のものを適
宜選択することができる。In a preferred embodiment of the present invention, the thermally conductive particles that can be dispersed in the polymer are made of an inorganic or organic substance having thermal conductivity, and as such, for example, silicon, silicon nitride, silicon carbide. , BeO, at least one substance selected from alumina, and a mixture thereof. The particle size, specific area, etc. of the heat conductive particles are
Various kinds of PTC compositions can be appropriately selected depending on the application and desired characteristics.
PTC組成物の調製に際して、上記の重合体、導電性粒
子、熱伝導性粒子以外に、必要に応じて種々の添加剤を
混合することができる。そのような添加剤として、例え
ば、アンチモン化合物、リン化合物、塩素化化合物、臭
素化化合物などの難燃剤、酸化防止剤、安定剤などがあ
る。When preparing the PTC composition, various additives may be mixed, if necessary, in addition to the above-mentioned polymer, conductive particles, and heat conductive particles. Examples of such additives include flame retardants such as antimony compounds, phosphorus compounds, chlorinated compounds and brominated compounds, antioxidants and stabilizers.
この発明においてPTC組成物は、その原材料、重合
体、導電性粒子、熱伝導性粒子その他添加剤を所定の割
合いで配合・混練して調製される。この発明において、
重合体に導電性粒子次いで熱伝導性粒子、若しくは熱伝
導性粒子次いで導電性粒子、または同時に両者を配合・
混練して調製してもよい。更に、重合体と粒子との配合
割合は、目的組成物の粒子含量、重合体の種類、ミキサ
ー、ニーダーの種類などに応じて適宜選択することがで
きる。この発明において、混練前に粉砕、加熱、混合な
どの前処理をしてもよい。In the present invention, the PTC composition is prepared by mixing and kneading the raw materials, the polymer, the conductive particles, the heat conductive particles and other additives in a predetermined ratio. In this invention,
Conductive particles and then heat conductive particles, or heat conductive particles and then conductive particles, or both are simultaneously added to the polymer.
It may be prepared by kneading. Further, the blending ratio of the polymer and the particles can be appropriately selected according to the particle content of the target composition, the kind of the polymer, the kind of the mixer, the kind of the kneader and the like. In the present invention, pretreatment such as crushing, heating, and mixing may be performed before kneading.
電流抑制層 この発明の回路保護素子は、PTC層と電気的熱的に接
続した電流抑制層を有する。この発明における電流抑制
層とは、印加電圧を増すとこの層に流れる電流が増大す
るが、印加電圧がある値を超えても、流れる電流が実質
的に飽和してしきい電流Ish以上の電流を流さない電気
特性を有するものであり、例えば、第12図に示す印加電
圧Ｖ−電流Ｉ特性を持つものである。Current Suppression Layer The circuit protection element of the present invention has a current suppression layer electrically and thermally connected to the PTC layer. The current suppressing layer in the present invention, the current flowing in this layer increases when the applied voltage is increased, but even if the applied voltage exceeds a certain value, the flowing current is substantially saturated and the threshold current Ish or more. It has an electrical characteristic that does not flow, for example, it has an applied voltage V-current I characteristic shown in FIG.
このような動作を示す層は、種々のデバイスを用いて
得ることができる。そのようなものとして、例えば、半
導体中に電流経路（チャネル）が形成されたものであっ
てこのチャネルを外部電界により変化させることのでき
るデバイスがある。この電流抑制層は、また、電界効果
トランジスタ（FET）および関連デバイスで代用するこ
ともできる。その様なFETとしてMOS−FET（絶縁ゲートF
ET）、接合ゲートFET、ショットキー障壁FETなどがあ
る。Layers exhibiting such behavior can be obtained using various devices. As such a device, for example, there is a device in which a current path (channel) is formed in a semiconductor and the channel can be changed by an external electric field. This current suppression layer can also be substituted with field effect transistors (FETs) and related devices. MOS-FET (insulated gate F
ET), junction gate FET, Schottky barrier FET, etc.
回路保護素子 この発明の回路保護素子は、上述のPTC層と、電流抑
制層と外部と電気的に接続する少なくとも２の電極とか
らなる。ここで用いることのできる電極材料の種類とし
ては、通常の電極として用いることのできる金属であ
り、その様なものとして、例えば、ニッケル、コバル
ト、アルミニウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄（ステン
レス鋼などの鉄合金を含む）、亜鉛、金、鉛、白金など
がある。電極の形状、寸法などは回路保護素子の用途な
どに応じて適宜選択することが望ましい。この発明にお
いて電極材料として、圧延金属箔の他、焼鈍処理した金
属でもよい。Circuit Protection Element The circuit protection element of the present invention comprises the PTC layer described above and at least two electrodes electrically connected to the current suppressing layer and the outside. The type of electrode material that can be used here is a metal that can be used as an ordinary electrode, and examples thereof include nickel, cobalt, aluminum, chromium, tin, copper, silver, iron (stainless steel). (Including iron alloys such as steel), zinc, gold, lead, platinum, etc. It is desirable to appropriately select the shape and size of the electrode according to the application of the circuit protection element. In the present invention, the electrode material may be an annealed metal as well as a rolled metal foil.
この発明の回路保護素子では、PTC層と電流抑制層と
が電気的熱的に接続されている。ここで「熱的接続」と
は、PTC層の温度と電流抑制層の温度との間に差異があ
るとき、すなわち温度勾配があるときに、高温側から低
温側に熱エネルギーが供給されることを意味する。In the circuit protection element of the present invention, the PTC layer and the current suppressing layer are electrically and thermally connected. Here, "thermal connection" means that heat energy is supplied from the high temperature side to the low temperature side when there is a difference between the temperature of the PTC layer and the temperature of the current suppressing layer, that is, when there is a temperature gradient. Means
この発明の各部材の組合せは、この発明の目的に反し
ない限り任意である。次ぎにその構成の態様およびその
作製法を添附図面を参照しながら説明する。The combination of the members of the present invention is arbitrary as long as it does not violate the object of the present invention. Next, an aspect of the configuration and a method of manufacturing the configuration will be described with reference to the accompanying drawings.
第１図にこの発明による回路保護素子の一態様を示
す。この態様の回路保護素子１では、PTC層２と、電流
抑制層３とが積層され、さらにその外側に電極4aおよび
4bが接続され、この電極から外部にさらに電気接続され
ている。FIG. 1 shows one mode of the circuit protection element according to the present invention. In the circuit protection device 1 of this aspect, the PTC layer 2 and the current suppressing layer 3 are laminated, and the electrodes 4a and
4b is connected, and this electrode is further electrically connected to the outside.
第２図にこの発明の別の態様を示す。この態様では、
２枚のPTC層2aおよび2bに電流抑制層３が挟まれるよう
に積層され、PTC層にさらに電極4aおよび4bが接続され
ている。この回路保護素子１は、例えば、ｐ形Si半導体
板を用意し、この板の面と垂直に貫通穴５を開け、これ
に不純物をドーピングして電流経路（ｎチャンネル）を
形成し、その半導体板の上下にPTC組成物および電極を
各々載せ熱プレスして得られる。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this aspect,
The current suppressing layer 3 is laminated so as to be sandwiched between the two PTC layers 2a and 2b, and the electrodes 4a and 4b are further connected to the PTC layer. For this circuit protection element 1, for example, a p-type Si semiconductor plate is prepared, a through hole 5 is formed perpendicularly to the surface of the plate, and an impurity is doped into this to form a current path (n channel). It is obtained by placing the PTC composition and the electrode on the upper and lower sides of the plate and hot pressing.
次いで、FETを用いた態様を第３図（Ａ）および
（Ｂ）に示す。この態様の回路保護素子１では、電流抑
制層３が接合FETを構成し、ドレイン電極Ｄがこの素子
の電極4aであり、FETのソース電極Ｓおよびゲート電極
ＧがFET裏面のPTC電極Ｐに電気的接続し、この電極Ｐと
電極4bとにPTC層２が挟持され、電極Ｐを介して電流抑
制層３とPTC層２とが熱的に接続されている。この態様
の回路構成図を第３図（Ｂ）に示す。Next, an embodiment using a FET is shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). In the circuit protection element 1 of this aspect, the current suppression layer 3 constitutes a junction FET, the drain electrode D is the electrode 4a of this element, and the source electrode S and gate electrode G of the FET are electrically connected to the PTC electrode P on the back surface of the FET. The PTC layer 2 is sandwiched between the electrode P and the electrode 4b, and the current suppressing layer 3 and the PTC layer 2 are thermally connected via the electrode P. A circuit configuration diagram of this aspect is shown in FIG.
第４図にこの発明による別の態様を示す。この電流抑
制層３は接合FETで構成され、FETとソースＳにPTC層2a
が接続され、他方、FETのドレインＤにPTC層2bが接続さ
れ、それぞれのPTC層に電極4aおよび4bが積層されてい
る。FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention. The current suppressing layer 3 is composed of a junction FET, and the FET and the source S have the PTC layer 2a.
On the other hand, the PTC layer 2b is connected to the drain D of the FET, and the electrodes 4a and 4b are laminated on the respective PTC layers.
第５図に更に別の態様を示す。この例では、電流抑制
層３としてＤ−ＥモードのMOS−FETを用い、FETとソー
スＳにPTC層2aが接続され、他方、FETのドレインＤにPT
C層2bが接続され、それぞれのPTC層に電極4aおよび4bが
積層されている。FIG. 5 shows still another aspect. In this example, a D-E mode MOS-FET is used as the current suppressing layer 3, the PTC layer 2a is connected to the FET and the source S, and the PT is connected to the drain D of the FET.
The C layer 2b is connected, and the electrodes 4a and 4b are laminated on each PTC layer.
第６図は他の回路保護素子の態様を示す。この態様で
は、２個のショットキ障壁FETを用い、この２個のFET3a
および3bの間にPTC層２を挟みシリコン樹脂で接着して
熱的接続したものであり、この素子１では、FETのソー
ス電極Ｓおよびゲート電極Ｇが共通導電層７に接続さ
れ、この共通導電層７がFETの裏面の電極Paに接続さ
れ、PTC層２とFET3b間の電極Pbが素子の外部電極4bをな
し、FETのドレイン電極Ｄが導電層８に接続して、素子
の電極4aをなす。FIG. 6 shows a mode of another circuit protection element. In this embodiment, two Schottky barrier FETs are used, and the two FETs 3a
In this device 1, the source electrode S and the gate electrode G of the FET are connected to the common conductive layer 7 and the PTC layer 2 is sandwiched between the PTC layer 2 and 3b to be thermally connected. The layer 7 is connected to the electrode Pa on the back surface of the FET, the electrode Pb between the PTC layer 2 and the FET 3b constitutes the external electrode 4b of the device, and the drain electrode D of the FET is connected to the conductive layer 8 to connect the electrode 4a of the device. Eggplant
この発明は上記の態様に限定されず種々の変形態様が
可能である。The present invention is not limited to the above-mentioned modes, and various modifications can be made.
例えば、例示はｎチャンネルであったが、上記の態様
の構成のｎ形をｐ形に全部逆転しさらに、極性を逆にし
たｐ形の態様等がある。For example, the n-channel is shown as an example, but there is a p-type mode in which the n-type of the above-mentioned configuration is completely reversed to the p-type and the polarity is reversed.
樹脂被覆 この発明において回路保護素子の表面に必要に応じて
樹脂膜を形成することができる。その様な樹脂の種類と
して、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル
樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアルキレノキシド、飽
和ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリス
ルホン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリイミド、ポリアミド
イミド、ポリエステルイミド、ポリベンゾイミダソル、
ポリフェニレンスルフィド、ケイ素樹脂、尿素樹脂、メ
ラミン樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹
脂、これらのブレンドポリマー、化学試薬との反応、放
射線架橋、共重合などによる改質された上記樹脂などが
ある。これらの樹脂のなかで好ましい樹脂はエポキシ樹
脂、フェノール樹脂である。これら樹脂には、種々の添
加剤を、例えば、可塑剤、硬化剤、架橋剤、酸化防止
剤、充填剤、帯電防止剤、難燃剤、などを添加してもよ
い。この発明において用いる樹脂は少なくとも絶縁性を
有しており、回路保護素子表面に対して密着性を有して
いる。樹脂の被覆法は、特に限定されず、例えば、噴
霧、塗付け、浸漬などで行うことができる。さらに、樹
脂塗布後の硬化は、化学処理、加熱、放射線照射など樹
脂の種類に応じて行うことができる。Resin coating In the present invention, a resin film can be formed on the surface of the circuit protection element as needed. Examples of such resin types include epoxy resin, phenol resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, acrylic resin, fluororesin, polyamide resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, polyalkoxy resin. Lenoxide, saturated polyester resin, polyphenylene oxide, polysulfone, poly-p-xylene, polyimide, polyamide imide, polyester imide, polybenzimidazole,
Modification by polyphenylene sulfide, silicon resin, urea resin, melamine resin, furan resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, polyurethane resin, their blend polymers, reaction with chemical reagents, radiation crosslinking, copolymerization, etc. There are the above-mentioned resins. Among these resins, preferred resins are epoxy resins and phenol resins. Various additives such as a plasticizer, a curing agent, a crosslinking agent, an antioxidant, a filler, an antistatic agent, and a flame retardant may be added to these resins. The resin used in the present invention has at least insulating properties and has adhesiveness to the surface of the circuit protection element. The method for coating the resin is not particularly limited, and for example, spraying, coating, dipping or the like can be performed. Furthermore, the curing after the resin application can be performed depending on the type of the resin such as chemical treatment, heating, and radiation irradiation.
上記の構成を有するこの発明の素子の動作を説明す
る。The operation of the element of the present invention having the above structure will be described.
第３図の態様を例として説明する。 The mode of FIG. 3 will be described as an example.
この構成では、ｎチャンネルとそれを取巻くｐ形半導
体との界面でのpn接合では空乏層が形成されｎチャンネ
ルが多少細くなっている。通常電圧が印加されていると
き、このｎチャンネルを電流が流れる。In this structure, a depletion layer is formed at the pn junction at the interface between the n-channel and the p-type semiconductor surrounding it, and the n-channel is somewhat thin. When a normal voltage is applied, a current flows through this n channel.
事故などから回路に過電圧がかかると、この電流抑制
層のＳ−Ｄ間にも過電圧が印加されるとゲートのｐ領域
からせり出してきた空乏層と基板のｐ領域からせり出し
てきた空乏層とが接してピンチオフ状態になる。Ｓ−Ｄ
間の電圧が増しても、この空乏層の接触点とソース間の
電位差が変わらないため空乏層を流れる電流が一定とな
り、飽和する。すなわち、この電流抑制層はしきい電流
以上の電流を流さない。この飽和電流と過電圧との積に
相当するエネルギーがこの電流抑制層から発熱し、これ
と熱的に接続したPTC層の温度を上げ、このPTC特性によ
り所定温度以上で急激に電気抵抗を増す。この高い抵抗
がこの回路保護素子を流れる電流を所定値に制限して回
路を過電圧およびその過電流から保護する。When an overvoltage is applied to the circuit due to an accident or the like, when an overvoltage is applied also between SD of the current suppressing layer, a depletion layer protruding from the p region of the gate and a depletion layer protruding from the p region of the substrate are formed. It comes into contact with them and is in a pinch-off state. SD
Even if the voltage across the depletion layer increases, the potential difference between the contact point of the depletion layer and the source does not change, and the current flowing through the depletion layer becomes constant and saturated. That is, the current suppressing layer does not flow a current higher than the threshold current. Energy corresponding to the product of the saturation current and the overvoltage heats up from the current suppressing layer and raises the temperature of the PTC layer thermally connected to the current suppressing layer. Due to this PTC characteristic, the electrical resistance sharply increases above a predetermined temperature. This high resistance limits the current flowing through the circuit protection element to a predetermined value and protects the circuit from overvoltage and its overcurrent.
第７図の実線にこの発明の回路保護素子に過電圧が印
加されたときの電流Ｉ−時間ｔ特性を示す。この図のよ
うに初期は電流抑制層によりしきい電流Ishに制限さ
れ、次いでPTC層による更に電流を所定値まで制限す
る。The solid line in FIG. 7 shows the current I-time t characteristic when an overvoltage is applied to the circuit protection element of the present invention. As shown in this figure, the current suppressing layer initially limits the threshold current Ish, and then the PTC layer further limits the current to a predetermined value.
上記のように構成され、動作するこの発明による回路
保護素子は次の効果を奏する。The circuit protection element according to the present invention, which is configured and operates as described above, has the following effects.
過電圧が回路に印加された初期から素子に流れる電流
を、しきい値以下の電流に制限して、より回路保護をよ
り確実に行う。従来のPTC層のみの回路保護素子では、P
TC層の発熱後にトリップして遮断時間が長かったが、過
電圧が回路に印加された初期からしきい電流以下に制限
するので過電流に弱いICなどを有効に保護することがで
きる。特に本発明によれば、PTC層による熱による電流
の制御に加えて、PTC層の機能が発現する前の段階（0.1
秒〜数百秒の間）でも電流抑制層による電流制御機能が
働き、回路のデバイスを保護することができて有効であ
る。The current flowing through the element from the initial stage when the overvoltage is applied to the circuit is limited to a current equal to or less than the threshold value, so that the circuit is protected more reliably. In the conventional circuit protection device with only PTC layer, P
Although the trip time was long after the TC layer generated heat, the overvoltage was limited to the threshold current or lower from the initial stage when the voltage was applied to the circuit, so it is possible to effectively protect ICs that are susceptible to overcurrent. Particularly, according to the present invention, in addition to the control of the electric current due to the heat by the PTC layer, the step (0.1
(Between seconds and several hundreds of seconds), the current control function by the current suppressing layer works, and the device in the circuit can be protected, which is effective.
２個のｎチャンネルショッキ障壁ゲート形FET（三菱
電機製2SK279（MGF−1801））を用意し、別に下記成分
をニーダで60分間混練してPTC組成物を調製した。Two n-channel Schottky barrier gate type FETs (2SK279 (MGF-1801) manufactured by Mitsubishi Electric) were prepared, and the following components were kneaded with a kneader for 60 minutes to prepare a PTC composition.
高密度ポリエチレン 62Wt％ （三井石油化学製ミラソン27） カーボンブラック 38Wt％ これらを用いて第６図に示すように構成して回路保護
素子を得た。なお、ソースＳが接続した導電層と、ドレ
インＤが接続した導電層との間に保護用の抵抗850KΩが
接続されている。FETのドレインＤとソースＳとの間の
抵抗が2.0ΩPTC層間のPa−Pb間の抵抗が2.8Ωであっ
た。この例の素子の静特性を第８図に示す。ここで、Ｉ
DSSは素子に流れる電流を、ＶSEはPTC層の両端の電圧
を、ＶDSはFETの両端の電圧を表す。ＶDE（＝ＶSE＋ＶD
S）が1Vを超えた頃で、ＩDSSが約170mAに飽和し、それ
以上の電圧ではむしろ電流が低下する。従って、この例
の回路保護素子のトリップ電流は約170mAに設定されて
いる。High-density polyethylene 62 Wt% (Mitsui Petrochemical's Mirason 27) Carbon black 38 Wt% Using these, a circuit protection device was obtained with the construction shown in FIG. A protective resistor 850 KΩ is connected between the conductive layer connected to the source S and the conductive layer connected to the drain D. The resistance between the drain D and the source S of the FET was 2.0Ω, and the resistance between Pa and Pb between the PTC layers was 2.8Ω. The static characteristics of the device of this example are shown in FIG. Where I
DSS represents the current flowing through the device, VSE represents the voltage across the PTC layer, and VDS represents the voltage across the FET. VDE (= VSE + VD
When S) exceeds 1 V, IDSS is saturated to about 170 mA, and the current is rather lowered at higher voltages. Therefore, the trip current of the circuit protection element in this example is set to about 170 mA.
次いで、この素子の動特性を測定するために、この素
子に過電圧を一気に印加し、その時に流れる電流を測定
した。その結果を第９図の実線に示す。この例の素子に
3Vを印加した。素子の抵抗が約５Ωであるから600mAの
電流が流れるはずであるが、電流抑制層の動作により約
400mAに制限された。Next, in order to measure the dynamic characteristics of this device, an overvoltage was applied to this device all at once, and the current flowing at that time was measured. The result is shown by the solid line in FIG. In the element of this example
3V was applied. Since the resistance of the element is about 5 Ω, a current of 600 mA should flow, but due to the operation of the current suppression layer,
Limited to 400mA.
比較のためにこの素子のPTC層間のみ、すなわち、SE
間に1.8Vの電圧を印加した。その結果を第９図の点線に
示す。この図に示されるように、初期電流が約600mA流
れ、オームの法則が成立つとしたときのSE間電圧（1.8
V）/SE間抵抗（2.8オーム）＝約0.64Aの計算値とほぼ一
致し、そのことから電流は印加電圧に依存するといえ
る。For comparison, only the PTC layer of this device, that is, SE
A voltage of 1.8 V was applied between them. The result is shown by the dotted line in FIG. As shown in this figure, when the initial current flows about 600mA and Ohm's law holds, the voltage between SE (1.8
The resistance between V) and SE (2.8 ohms) is almost the same as the calculated value of about 0.64A, which means that the current depends on the applied voltage.
第１図はこの発明による一態様を示す素子の断面図、第
２図はこの発明の他の態様を示す断面図、第３図Ａはこ
の発明による一態様を示す素子の断面図、第３図Ｂは第
３図Ａに示す素子の回路構成図、第４〜５図はこの発明
の他の態様を示す断面図、第６図Ａはこの発明の他の態
様を示す断面図、第６図Ｂは第６図Ａに示す素子の回路
構成図、第７図はこの発明の素子および従来の素子の電
流−経過時間の関係を示すグラフ、第８図は実施例の素
子の静特性を示すグラフ、第９図は実施例の素子の動特
性を示すグラフ、第10図は従来の回路保護素子を示す断
面図、第11図はPTC特性を示す温度−抵抗関連グラフ、
第12図は電流抑制層の印加電圧−電流特性を示すグラフ
である。 １……回路保護素子、２……PTC層、３……電流抑制
層、４……電極、５……貫通孔、７……共通導電層、８
……導電層FIG. 1 is a sectional view of an element showing one embodiment according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a sectional view of an element showing one embodiment according to the present invention. FIG. B is a circuit configuration diagram of the element shown in FIG. 3A, FIGS. 4 to 5 are sectional views showing other aspects of the present invention, and FIG. 6A is a sectional view showing other aspects of the present invention. FIG. B is a circuit configuration diagram of the element shown in FIG. 6A, FIG. 7 is a graph showing a current-elapsed time relationship of the element of the present invention and the conventional element, and FIG. 8 is a static characteristic of the element of the embodiment. The graph which shows, FIG. 9 is a graph which shows the dynamic characteristic of the element of an Example, FIG. 10 is sectional drawing which shows the conventional circuit protection element, FIG. 11 is a temperature-resistance related graph which shows PTC characteristic,
FIG. 12 is a graph showing applied voltage-current characteristics of the current suppressing layer. 1 ... Circuit protection element, 2 ... PTC layer, 3 ... Current suppression layer, 4 ... Electrode, 5 ... Through hole, 7 ... Common conductive layer, 8
...... Conductive layer
Claims (2)
該電流抑制層と電気的熱的に接続したPTC特性を有するP
TC層と、外部と電気的に接続する少なくとも２の電極と
を含むことを特徴とする回路保護素子。1. A current suppressing layer which does not flow a threshold current or more,
P having PTC characteristics electrically and thermally connected to the current suppressing layer
A circuit protection element comprising a TC layer and at least two electrodes electrically connected to the outside.
ものである、特許請求の範囲第１項記載の回路保護素
子。2. The circuit protection device according to claim 1, wherein the PTC layer is a polymer in which conductive particles are dispersed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62158656A JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62158656A JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS642303A JPS642303A (en) | 1989-01-06 |
| JPH012303A JPH012303A (en) | 1989-01-06 |
| JP2548202B2 true JP2548202B2 (en) | 1996-10-30 |
Family
ID=15676476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62158656A Expired - Fee Related JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548202B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020246147A1 (en) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6240453Y2 (en) * | 1979-11-09 | 1987-10-16 |
-
1987
- 1987-06-25 JP JP62158656A patent/JP2548202B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS642303A (en) | 1989-01-06 |
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