KR100985991B1 - low resistor polymer PTC thermistor and thereof. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속에 탄소나노튜브를 물리,화학적으로 결합시킨 물질을 사용하여 금속의 산화를 방지하는 동시에 낮은 저항을 구현할 수 있는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-resistance polymer PCT thermistor device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention can prevent the oxidation of metal and realize low resistance by using a material in which the carbon nanotubes are physically and chemically bonded to the metal. The present invention relates to a low resistance polymer PCC thermistor element and a method of manufacturing the same.

본 발명인 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자는,The low resistance polymer PCC thermistor element of the present invention,

부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;An external terminal for connecting to the outside when mounting parts;

상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;Two electrodes formed to be in contact with the external terminal to allow a current to flow through the conductive polymer;

상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;A conductive polymer disposed between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal;

상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.An insulating layer is formed to surround the electrode and the conductive polymer, wherein a portion of the external terminal protrudes out of the insulating layer.

본 발명을 통해 저저항을 구현하기 위한 금속 물질의 전도성 충진재를 사용할 경우의 문제점인 금속 고유의 산화 문제를 해결하여 특성 저하를 방지하는 효과를 제공하게 된다.The present invention solves the problem of inherent oxidation, which is a problem when using a conductive filler of a metal material to realize low resistance, thereby providing an effect of preventing the deterioration of properties.

피티씨, 써미스터, 폴리머, 저저항.PTC, thermistor, polymer, low resistance.

Description

저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법{low resistor polymer PTC thermistor and thereof.}Low resistance polymer PTC thermistor and method.

본 발명은 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속에 탄소나노튜브를 물리,화학적으로 결합시킨 물질을 사용하여 금속의 산화를 방지하는 동시에 낮은 저항을 구현할 수 있는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-resistance polymer PCT thermistor device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention can prevent the oxidation of metal and realize low resistance by using a material in which the carbon nanotubes are physically and chemically bonded to the metal. The present invention relates to a low resistance polymer PCC thermistor element and a method of manufacturing the same.

일반적인 정특성 온도 계수(PTC) 전도성 물질의 저항은 온도 변화에 민감하다.Typical static temperature coefficient (PTC) resistance of conductive materials is sensitive to temperature changes.

이러한 특성을 이용하여 PTC 전도성 물질이 전류감지물질로서 활용되고 넓게는 과전류 보호 장치 및 회로에 이용되어 진다. PTC 전도성 물질은 실내 온도에서는 낮은 값으로 유지되어 과전류 보호 장치 또는 회로는 정상적으로 작동한다. Using these properties, PTC conductive materials are used as current sensing materials and are widely used in overcurrent protection devices and circuits. The PTC conductive material is kept at a low value at room temperature so that the overcurrent protection device or circuit operates normally.

그러나, 과전류 및 과온 상태가 발생하면, PTC 전도성 물질의 저항은 즉시 고저항 상태인 최소 만 배(10,000 옴 이상)로 증가한다. However, when overcurrent and overtemperature conditions occur, the resistance of the PTC conductive material immediately increases to at least ten thousand times (more than 10,000 ohms), which is a high resistance state.

일반적으로, PTC 전도성 물질은 적어도 하나의 결정성 중합체와 전도성 충전재를 포함하고 있으며, 전도성 충전재는 결정성 중합체에 균일하게 분산되어 있고, 결정성 중합체는 주로 폴리에틸렌(POLYETHYLENE) 같은 폴리올레핀(POLYOLEFIN)중합체이다. Generally, the PTC conductive material comprises at least one crystalline polymer and a conductive filler, the conductive filler is uniformly dispersed in the crystalline polymer, and the crystalline polymer is mainly a polyolefin polymer, such as polyethylene (POLYETHYLENE). .

전도성 충전재는 주로 카본 블랙(CARBON BLACK), 금속입자와 예를 들면 티타늄 카바이드(CARBIDE) 또는 텅스텐 카바이드인 비산화 세라믹 분말이다. Conductive fillers are mainly carbon black (CARBON BLACK), metal particles and non-oxidized ceramic powders, for example titanium carbide (CARBIDE) or tungsten carbide.

PTC 전도성 물질의 도전성은 전도성 충전재의 종류와 유형에 따른다. The conductivity of the PTC conductive material depends on the type and type of conductive filler.

일반적으로 말하면,거친 표면의 카본 블랙은 폴리올레핀 중합체와 더 좋은 융착력을 가져서 더 좋은 저항 복귀성을 가지게 된다. 그러나, 카본 블랙 전도성이 금속 입자의 전도성보다 낮다. 금속 입자가 전도성 충전재로 이용되면, 더 큰 입자 크기는 불균일하게 분산되게 되고, 금속 입자는 높은 저항이 생기도록 산화되는 경향이 있다. Generally speaking, the rough surface carbon black has better adhesion with the polyolefin polymer and thus has better resistance resilience. However, carbon black conductivity is lower than that of metal particles. If metal particles are used as the conductive filler, larger particle sizes become non-uniformly dispersed and the metal particles tend to oxidize to produce high resistance.

효과적으로 과전류 보호 장치의 저항을 감소시키고 산화를 예방하기 위하여,세라믹 분말은 PTC 전도성 물질에서 전도성 충전재로 이용된다.In order to effectively reduce the resistance of the overcurrent protection device and prevent oxidation, the ceramic powder is used as the conductive filler in the PTC conductive material.

세라믹 분말은 카본 블랙과 같은 거친 표면이 부족하기 때문에, 세라믹 분말은 폴리올레핀과의 융착력이 떨어지고 결과적으로는 PTC 전도성 물질의 저항 복귀력이 잘 조절되지 않는다. Since the ceramic powder lacks a rough surface such as carbon black, the ceramic powder has poor adhesion with polyolefin and consequently, the resistance return force of the PTC conductive material is not well controlled.

최근에, 전도성 충전재로 니켈을 이용하는 저저항(약 20mΩ )PTC 전도성 물질이 시장에서 이용되고 있으나, 그것은 오직 6V전압까지 견딘다. Recently, low resistance (about 20 mΩ) PTC conductive materials using nickel as the conductive filler have been used in the market, but they withstand up to 6V voltage.

니켈이 공기와 잘 격리되지 않으면, 일정 기간 후에는 산화되고 결과적으로 저항이 증가된다. If nickel is not well isolated from air, it oxidizes after a period of time and consequently the resistance increases.

부연 설명하자면, 일반적으로 과전류 및 과열 보호소자로 사용되며 반복사용이 가능한 피티씨 써미스터(PTC(Positive temperature coefficient) thermistor)로는 폴리머 피티씨 써미스터(polymer PTC(Positive temperature coefficient) thermistor)와 세라믹 피티씨 써미스터(ceramic PTC(Positive temperature coefficient) thermisor)가 있다. In other words, it is generally used as an overcurrent and overheat protection device, and the repeatable use of a positive temperature coefficient (PTC) thermistor (PTC) is a polymer PTC (Positive temperature coefficient) thermistor (PTC) and a ceramic PTC thermistor. ceramic positive temperature coefficient (PTC) thermisor.

세라믹 피티씨 써미스터(ceramic PTC thermistor)는 높은 초기저항으로 전력소모가 높으므로 2차 전지 보호용으로 사용되기에는 부적절하다.Ceramic PTC thermistors have high initial resistance and high power consumption, making them unsuitable for secondary battery protection.

따라서 2차 전지 보호용으로는 polymer PTC thermistor가 사용되어 왔는데 최근 전자기기사용에 있어 2차 전지의 용량이 증가되고 1회 충전으로 사용시간이 길어지는 요구에 따라 2차 전지 내부저항이 낮아져야 하는 필요성이 있고 여기에 들어가는 부품들의 저항도 동시에 낮아지는 요구가 증가하게 되었다. Therefore, polymer PTC thermistor has been used for the protection of secondary batteries. Recently, the use of electronic devices has to increase the capacity of secondary batteries and reduce the internal resistance of secondary batteries in response to the demand for longer usage time with a single charge. There is an increasing demand for the resistance of these components to be lowered at the same time.

종래의 polymer PTC thermistor의 경우 대부분이 전도성 물질로서 카본 블랙(carbon black)이 사용되었는데 카본 블랙(carbon black)의 경우 구현할 수 있는 저항의 한계가 있으므로 소형화, 저저항의 요구를 충족시키기 위해서는 카본 블랙(carbon black)보다 고유저항이 낮은 금속물질을 사용하여야만 가능하다.In the case of the conventional polymer PTC thermistor, carbon black is mostly used as a conductive material. In the case of carbon black, there is a limit of resistance that can be realized. This is only possible with metal materials with lower resistivity than carbon black).

금속물질의 전도성 충진재를 사용할 경우 제품이 작아지고 저항이 낮은 부분은 구현할 수 있으나 금속 고유의 산화문제로 인하여 공정중에 산화가 발생할 경우 특성의 저하를 야기할 수 있다.When using a conductive filler of a metal material, the product can be made small and low resistance, but due to the inherent oxidation problem of the metal may cause degradation of properties when oxidation occurs in the process.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 저저항을 구현하기 위한 금속 물질의 전도성 충진재를 사용할 경우의 문제점인 금속 고유의 산화 문제를 해결하여 특성 저하를 방지하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed in view of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to solve the problem of inherent oxidation, which is a problem when using a conductive filler of a metal material to realize low resistance, thereby deteriorating characteristics. To prevent.

본 발명의 다른 목적은 특별한 산소차단재를 사용하지 않고 공정이나 사용상에 있어서의 산화되어 특성 저하를 일으키지 않는 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a manufacturing method which does not cause a deterioration of properties due to oxidation in a process or use without using a special oxygen barrier material.

본 발명의 또 다른 목적은 절연층을 제공하여 부품 실장시 인접부품과의 쇼트를 방지할 수 있도록 하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an insulating layer so as to prevent shorting with adjacent parts when mounting parts.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 물질에 탄소나노튜브를 결합시킨 물질을 사용하여 금속이 산화되는 것을 방지함과 동시에 낮은 저항을 구현할 수 있도록 하는데 있다.Still another object of the present invention is to prevent the metal from being oxidized by using a material in which carbon nanotubes are bonded to a metal material, and to realize a low resistance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the problem to be solved by the present invention,

본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자는,In accordance with an embodiment of the present invention, a low resistance polymer PCC thermistor element is provided.

부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;An external terminal for connecting to the outside when mounting parts;

상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;Two electrodes formed to be in contact with the external terminal to allow a current to flow through the conductive polymer;

상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;A conductive polymer disposed between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal;

상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.An insulating layer is formed to surround the electrode and the conductive polymer, wherein a portion of the external terminal protrudes out of the insulating layer.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법은, 저저항을 구현하기 위한 금속 물질의 전도성 충진재를 사용할 경우의 문제점인 금속 고유의 산화 문제를 해결하여 특성 저하를 방지하는 효과를 제공하게 된다.The low-resistance polymer PCT thermistor element and the method of manufacturing the same according to the present invention having the above-described configuration and action have a characteristic deterioration by solving the problem of oxidation inherent in the metal, which is a problem when using a conductive filler of a metal material to realize low resistance. It will provide the effect of preventing.

또한, 특별한 산소차단재를 사용하지 않고 공정이나 사용상에 있어서의 산화되어 특성 저하를 일으키지 않는 제조방법을 제공하게 된다.In addition, the present invention provides a manufacturing method that does not cause a deterioration in characteristics due to oxidation in a process or use without using a special oxygen barrier material.

또한, 절연층을 제공하여 부품 실장시 인접부품과의 쇼트를 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.In addition, by providing an insulating layer to provide an effect that can prevent a short with the adjacent parts when mounting the component.

또한, 금속 물질에 탄소나노튜브를 결합시킨 물질을 사용하여 금속이 산화되는 것을 방지함과 동시에 낮은 저항을 구현할 수 있는 효과를 제공하게 된다.In addition, by using a material in which carbon nanotubes are bonded to a metal material, the metal is prevented from being oxidized and at the same time, a low resistance is provided.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티 씨 써미스터 소자는,According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a low resistance polymer PTC sea thermistor device,

부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;An external terminal for connecting to the outside when mounting parts;

상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;Two electrodes formed to be in contact with the external terminal to allow a current to flow through the conductive polymer;

상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;A conductive polymer disposed between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal;

상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.An insulating layer is formed to surround the electrode and the conductive polymer, wherein a portion of the external terminal protrudes out of the insulating layer.

이때, 상기 전도성 충진재는,At this time, the conductive filler,

도전성을 부여하며 동시에 낮은 저항을 갖는 구리(Cu)에 구리(Cu)의 산화를 방지하기 위해 탄소처리가 되어 있으며 상기 탄소는 탄소나노튜브(CNT)의 형상을 갖는 나노 입자의 Cu-CNT인 것을 특징으로 한다.Carbon is treated to prevent oxidation of copper (Cu) to impart conductivity and at the same time have low resistance, and the carbon is Cu-CNT of nanoparticles having the shape of carbon nanotubes (CNT). It features.

이때, 상기 결정성 고분자는,At this time, the crystalline polymer,

폴리올레핀계 결정성 고분자인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the polyolefin-based crystalline polymer.

이때, 상기 절연층은,At this time, the insulating layer,

23℃ 50A에서 측정하였을 경우에 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질인 것을 특징으로 한다.When measured at 23 ℃ 50A is characterized by a liquid epoxy insulating material having a volume resistance of 10 12 ~ 10 17 특성 insulation properties.

이때, 상기 전도성 충진재는 400phr이상 사용될 경우에, 전도성중합체의 비 저항은 0.01Ω㎝이하인 것을 특징으로 한다.At this time, when the conductive filler is used more than 400phr, the specific resistance of the conductive polymer is characterized in that less than 0.01Ωcm.

한편, 본 발명인 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법은,On the other hand, the low-resistance polymer PCC thermistor element manufacturing method of this invention is

폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합체를 분쇄하는 혼련분쇄단계와;A kneading milling step of grinding a conductive polymer obtained by kneading a polyolefin-based crystalline polymer, a conductive filler, and an additive;

상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 소자형성단계와;An element forming step of extruding the pulverized conductive polymer to form a sheet with a desired thickness and thermocompressing the electrode;

상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계와;A punching step of punching the crimped sheet to a size exhibiting PTC characteristics;

상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계와;A PTC characteristic forming step of crosslinking the punched device using an electron beam to form a device exhibiting PTC characteristics;

외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And an insulating layer coating step of attaching the external electrode by soldering and coating the insulating layer to form a final finished product.

이때, 상기 혼련분쇄단계에서,At this time, in the kneading grinding step,

전도성 충진재는 400phr이상 사용되며 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.01Ω㎝이하를 갖는 것을 특징으로 한다.The conductive filler is used more than 400phr and the specific resistance of the conductive polymer (ρ = R * S / t, R = resistance, S = area, t = thickness) is characterized in that it has a 0.01Ωcm or less.

이때, 상기 소자형성단계에서,At this time, in the device forming step,

형성하는 시트의 두께는 0.6mm 이하인 것을 특징으로 한다.The thickness of the sheet to be formed is characterized by being 0.6 mm or less.

이때, 상기 PTC특성형성단계에서,At this time, in the PTC characteristic forming step,

가교 선량은 150Mrad이상인 것을 특징으로 한다.Crosslinking dose is characterized in that more than 150Mrad.

이때, 상기 절연층코팅단계에서,At this time, in the insulating layer coating step,

절연층의 코팅 두께는 최대 300㎛인 것을 특징으로 한다.The coating thickness of the insulating layer is characterized in that up to 300㎛.

이하, 본 발명에 의한 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the low-resistance polymer PCT thermistor element and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a low resistance polymer PCC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자(100)는,As shown in FIG. 1, the low resistance polymer PCT thermistor element 100 of the present invention is

부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자(110)와;An external terminal 110 for connecting to the outside when mounting components;

상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극(130)과;Two electrodes (130) formed in contact with the external terminals to allow a current to flow through the conductive polymer;

상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체(120)와;A conductive polymer 120 positioned between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal;

상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층(140);이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.The insulating layer 140 is formed so as to surround the electrode and the conductive polymer, wherein a part of the external terminal protrudes out of the insulating layer.

상기 2개의 전극(130)에 부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자(110)를 각각 접촉되게 형성되어 있으며, 상기 2 개의 전극 사이에 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체(120)를 형성하게 된다.Conductive polymer 120 formed of a crystalline polymer material and a conductive filler is formed between the two electrodes 130 to be in contact with the external terminal 110 for connecting to the outside when mounting components, respectively. ).

그리고, 상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층(140);이 형성되되, 상기 2 개의 외부단자의 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성하여 외부와 연결시켜주게 된다.In addition, an insulating layer 140 is formed to surround the electrode and the conductive polymer, and a part of the two external terminals protrudes to the outside of the insulating layer to be connected to the outside.

이때, 상기 전도성 충진재는,At this time, the conductive filler,

바람직하게는 도전성을 부여하기 위함과 동시에 낮은 저항을 갖는 구리(Cu)에 구리(Cu)의 산화를 방지하기 위해 탄소처리가 되어 있으며 이때 탄소는 탄소나노튜브 (CNT)의 형상을 갖는 나노 입자의 Cu-CNT이다.Preferably, carbon treatment is performed to prevent oxidation of copper (Cu) to copper (Cu) having low resistance at the same time to impart conductivity, wherein carbon is formed of nanoparticles having the shape of carbon nanotubes (CNT). Cu-CNT.

상기 전도성중합체는 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성하여 PTC 특성을 갖는 물질층을 형성하게 되는 것이다.The conductive polymer is composed of a crystalline polymer material and a conductive filler to form a material layer having PTC properties.

또한, 상기 전극은 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성시키는 전극재로서 바람직하게는 최대 35㎛의 전해 동박에 최대 8㎛의 니켈이 도금되어 구성하게 된다.In addition, the electrode is an electrode material for forming a current through the conductive polymer to be preferably configured to be plated with nickel of up to 8㎛ on an electrolytic copper foil of up to 35㎛.

상기 결정성 고분자는 결정화도가 높은 고분자 물질로서 상변화시 부피 팽창률로 인하여 PTC 특성을 부여하도록 바람직하게는 폴리올레핀계 결정성 고분자인 것을 특징으로 한다.The crystalline polymer is a polymer material having a high degree of crystallinity, and is preferably a polyolefin-based crystalline polymer to impart PTC characteristics due to the volume expansion ratio during phase change.

상기 외부단자는 바람직하게는 0.1mm~0.15mm의 압연니켈로 구성되도록 한다.The external terminal is preferably made of a rolled nickel of 0.1mm ~ 0.15mm.

상기 절연층은 부품 실장시 인접부품(특히 2차 전지캔과 PCM(Protection Circuit Module))과 쇼트를 방지하기 위한 것으로서 23℃ 습도 50%에서 측정하였을 때 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질을 사용하게 된다.The insulating layer part adjacent components when mounted (particularly secondary battery can and PCM (Protection Circuit Module)) and short-circuit the isolation of the volume resistivity is 10 12 ~ 10 17 Ω when measured at 23 ℃ humidity of 50% as to prevent A liquid epoxy insulating material having properties is used.

이때, 상기 전도성 충진재는 400phr이상 사용될 경우에, 전도성중합체의 비저항은 0.01Ω㎝이하인 것을 특징으로 한다.At this time, when the conductive filler is used more than 400phr, the specific resistance of the conductive polymer is characterized in that less than 0.01Ωcm.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제 조 방법을 나타낸 공정도이다.2 is a process chart showing a method for manufacturing a low resistance polymer PTC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합체를 분쇄하는 혼련분쇄단계(S110)와;As shown in Figure 2, the kneading milling step (S110) for grinding the conductive polymer kneaded polyolefin-based crystalline polymer, conductive filler and additives;

상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 소자형성단계(S120)와;An element forming step (S120) of extruding the pulverized conductive polymer to form a sheet having a desired thickness and thermocompressing an electrode;

상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계(S130)와;A punching step (S130) of punching the crimped sheet to a size indicating PTC characteristics;

상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계(S140)와;A PTC characteristic forming step (S140) of crosslinking the punched device using an electron beam to form a device exhibiting PTC characteristics;

외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계(S150);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a; insulating layer coating step (S150) of attaching the external electrode by soldering and coating the insulating layer to form a final product.

상기 첨가제는 실시예에 있는 난연제[Mg(OH)2]와 가교조제[TAIC], 가공조제[스테아린산]이며 함량은 각각 최대(max) 함량으로 20phr, 5phr, 10phr이다.The additives are flame retardants [Mg (OH) 2 ] and crosslinking aids [TAIC] and processing aids [stearic acid] in Examples, and the contents are 20 phr, 5 phr, and 10 phr as the maximum content.

즉, 상기 혼련분쇄단계는 고분자 물질을 녹여서 전도성 물질과 섞는 단계로서 전도성 충진재는 400phr이상 사용되며 이 경우에는 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.01Ω㎝이하를 갖도록 하여야 한다.That is, the kneading grinding step is a step of melting the polymer material and mixing with the conductive material, the conductive filler is used more than 400phr, in this case the specific resistance of the conductive polymer (ρ = R * S / t, R = resistance, S = area, t = Thickness) should be less than 0.01Ωcm.

또한, 혼련은 니더(kneader)를 사용하며 온도는 200℃에서 결정성고분자인 고밀도폴리에틸렌(HDPE(High Density Polyethylene) : 밀도 0.958g/cm3, Tm=131℃)와 난연제[Mg(OH)2]를 먼저 융해(melting)시킨 후 전도성 충진제(Cu-CNT파우더)와 스테아린산을 4번에 나누어 투입하여 혼련을 한다. In addition, kneading is used for kneading and the temperature is 200 DEG C, which is a crystalline polymer (HDPE (High Density Polyethylene): density 0.958 g / cm3, Tm = 131 ° C) and flame retardant [Mg (OH) 2 ] Melting first, and then kneading by dividing the conductive filler (Cu-CNT powder) and stearic acid in four times.

이때 총 혼련 시간은 30분 이내로 한다. 전도성 충진제가 충분이 혼련이 된 후 가교조제인 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC(Tri Allyl Iso Cyanurate))를 첨가하여 5분 이내로 추가로 혼련한 후 꺼낸다. In this case, the total kneading time is within 30 minutes. After the conductive filler is sufficiently kneaded, triallyl isocyanurate (TAIC) is added and kneaded within 5 minutes and then taken out.

이때 꺼낸 원료를 분쇄기에 넣어 1차 조분쇄(입도 10mm이하)를 한 후 2차 미분쇄를 하여 입도를 3mm이하로 분쇄한다.분쇄한 원료를 시트로 성형하기 위해 압출기로 투입된다.At this time, the raw material taken out is put into a grinder, and the first coarsely pulverized (grain size of 10 mm or less) is subjected to the second fine grinding to grind the grain size to 3 mm or less.

상기 소자형성단계에서 형성하는 시트의 두께는 0.6mm 이하로 형성하게 되며, 상기 PTC특성형성단계에서 가교 선량은 150Mrad이상이여야 한다.The thickness of the sheet formed in the device forming step is formed to be 0.6mm or less, the crosslinking dose in the PTC characteristic forming step should be 150Mrad or more.

또한, 상기 절연층코팅단계에서 절연층의 코팅 두께는 최대 300㎛인 것이 바람직하다.In addition, the coating thickness of the insulating layer in the insulating layer coating step is preferably at most 300㎛.

본 발명의 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자에 관한 3개의 실시예를 통해 나타난 전기적 특성과 테스트 결과를 아래와 같이 나타내었다.The electrical characteristics and test results shown through the three examples of the low resistance polymer PCC thermistor device of the present invention are shown as follows.

(1) 조성 (단위 :g)(1) Composition (Unit: g)

NoNo 종류Kinds 내용Contents 고분자
HDPEPolymer
HDPE 전도성 첨가제
Conductive additive
난연제
Mg(OH)2 Flame retardant
Mg (OH) 2 가교조제
TAICCrosslinking aid
TAIC 가공조제
스테아린산Processing aid
Stearic acid 1One 실시예1Example 1 니켈nickel 1010 7070 22 0.50.5 1One 22 실시예2Example 2 니켈/절연코팅Nickel / Insulation Coating 1010 7070 22 0.50.5 1One 33 실시예3Example 3 Cu-CNT/절연코팅Cu-CNT / Insulation Coating 1010 7070 22 0.50.5 1One

(2) 전기적 특성(2) electrical characteristics

NoNo 종류Kinds 내용Contents 소자직경
(mm)Element diameter
(mm) 두께
(mm)thickness
(mm) Ri
(mΩ)Ri
(mΩ) ρ
(Ωcm)ρ
(Ωcm) 1One 실시예1Example 1 니켈nickel 3.03.0 0.60.6 14.914.9 0.01750.0175 22 실시예2Example 2 니켈/절연코팅Nickel / Insulation Coating 3.03.0 0.60.6 14.414.4 0.01700.0170 33 실시예3Example 3 Cu-CNT/절연코팅Cu-CNT / Insulation Coating 3.03.0 0.60.6 5.15.1 0.00610.0061

(3) 트립 싸이클 테스트(트립 반복 시험(Trip Cycle Test))(3) Trip Cycle Test (Trip Cycle Test)

NoNo 종류Kinds 내용Contents DC6V, 50A 트립 싸이클 테스트(Trip cycle test) (단위:mΩ)DC6V, 50A Trip cycle test (mΩ) initial initial 1
cycleOne
cycle 10
cycle10
cycle 50
cycle50
cycle 100
cycle100
cycle 500
cycle500
cycle 1000
cycle1000
cycle 3000
cycle3000
cycle 6000
cycle6000
cycle 1One 실시예1Example 1 니켈nickel 14.914.9 16.616.6 20.620.6 32.032.0 57.857.8 259.1259.1 364.7364.7 57615761 771.0771.0 22 실시예2Example 2 니켈/절연코팅Nickel / Insulation Coating 14.414.4 29.629.6 36.136.1 66.566.5 84.984.9 111.9111.9 122.2122.2 457.1457.1 603.8603.8 33 실시예3Example 3 Cu-CNT/절연코팅Cu-CNT / Insulation Coating 5.15.1 7.37.3 8.38.3 11.611.6 14.014.0 21.021.0 25.425.4 34.034.0 49.049.0

(4) 트립 엔듀런스 테스트(트립 유지 시험(Trip Endurance Test))(4) Trip Endurance Test (Trip Endurance Test)

NoNo 종류Kinds 내용Contents DC6V, 50A 트립 엔듀런스 테스트(Trip endurance test)
(단위:mΩ)DC6V, 50A Trip Endurance Test
(Unit: mΩ) initial initial 100hr100hr 250hr250hr 500hr500hr 750hr750 hr 1000hr1000hr 1One 실시예1Example 1 니켈nickel 14.514.5 245.5245.5 769.0769.0 5745.05745.0 6685.06685.0 31625.031625.0 22 실시예2Example 2 니켈/절연코팅Nickel / Insulation Coating 14.714.7 156.0156.0 491.2491.2 3084.03084.0 11503.011503.0 11405.011405.0 33 실시예3Example 3 Cu-CNT/절연코팅Cu-CNT / Insulation Coating 5.75.7 5.05.0 4.94.9 7.17.1 7.97.9 21.621.6

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 실시예에 따른 실험 결과값을 나타낸 도표이다.3 is a table showing experimental results according to an embodiment of a low resistance polymer PCC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

실험을 위하여 소자두께는 0.6mm, 소자크기는 직경이 3mm인 원형으로 하여 준비하였고 가교조건은 전자선 가속기를 사용하였으며 전압0.95MeV, 전류 23mA, 이송 속도 2.5m/min으로 최대 24회 조사로 하였다.For the experiment, the device thickness was 0.6mm and the device size was 3mm in diameter. The crosslinking conditions were electron beam accelerators, and the maximum irradiation was performed 24 times with a voltage of 0.95MeV, a current of 23mA, and a feed rate of 2.5m / min.

이때, 측정은 트립 싸이클 테스트(트립 반복 시험(Trip Cycle Test))와 트립 엔듀런스 테스트(트립 유지 시험(Trip Endurance Test))를 하였으며, 트립 싸이클 테스트(트립 반복 시험(Trip Cycle Test))는 DC6V, 50A에서 6초 on, 54초 off하여 6,000cycle 반복 테스트하였으며 이때 저항을 측정하였다.At this time, the measurement was carried out for the trip cycle test (Trip Cycle Test) and the trip endurance test (Trip Endurance Test), the trip cycle test (Trip Cycle Test) is DC6V , 6 seconds on, 54 seconds off at 50A 6,000 cycles were repeated and the resistance was measured.

또한, 트립 엔듀런스 테스트(트립 유지 시험(Trip Endurance Test))는 DC 6V, 50A를 1,000시간 인가하였으며 이때 저항을 측정하였다.In addition, the trip endurance test (Trip Endurance Test) applied DC 6V, 50A for 1,000 hours and the resistance was measured at this time.

상기한 조건으로 측정한 결과가 상기한 저항값을 가지게 되었으며, 트립 싸이클 테스트(트립 반복 시험(Trip Cycle Test))는 제품에 과전류를 반복적으로 인가하는 테스트(test)이며 트립 엔듀런스 테스트(트립 유지 시험(Trip Endurance Test))는 제품에 과전류가 인가되어 trip이 된 상태로 장시간 유지시키는 테스트(test)이다.The result measured under the above condition has the above resistance value, and the trip cycle test (trip cycle test) is a test for repeatedly applying an overcurrent to the product and a trip endurance test (trip maintenance). Trip Endurance Test is a test that keeps tripped for a long time due to overcurrent applied to the product.

이때 저항 변화율이 적어 초기저항값에 가까울 수록 제품의 기능이 저하되지 않고 그대로 유지한다는 것을 의미한다.At this time, the resistance change rate is small, so the closer to the initial resistance value means that the product's function is maintained without being degraded.

따라서 트립 싸이클 테스트(트립 반복 시험(Trip Cycle Test))의 경우 실시예1은 초기저항 14.9mΩ, 테스트(test)후 저항이 771mΩ으로 51.7배 증가하였으며 실시예2는 초기저항 14.4mΩ, 테스트(test)후 저항이 603.8mΩ으로 41.9배 증가하였고 실시예3는 초기저항 5.1mΩ, 테스트(test)후 저항이 49mΩ으로 9.6배 증가하였으므로 저항증가율가 현격히 줄었음을 알 수 있으며 이로서 제품의 성능이 비교적 초기 상태를 유지함을 알 수 있다. Therefore, in the case of the trip cycle test (Trip Cycle Test), Example 1 increased the initial resistance by 14.9 mΩ, and the resistance increased by 51.7 times to 771 mΩ after the test. After the test, the resistance increased by 41.9 times to 603.8 mΩ and the resistance increased by 5.1.9 Ω and the resistance increased by 9.6 times to 49 mΩ after the test. It can be seen that keeps.

트립 엔듀런스 테스트(트립 유지 시험(Trip Endurance Test)) 역시 저항증가율을 비교하면 실시예1은 2181배, 실시예2는 775.8배, 실시예3은 3.8배임을 알 수 있다.When the trip endurance test (Trip Endurance Test) also compares the resistance increase rate, it can be seen that Example 1 is 2181 times, Example 2 is 775.8 times, and Example 3 is 3.8 times.

상기한 결과값들은 도 3에 도시한 바와 같은 반복 테스트에 따른 저항의 변화를 알 수 있었다.The above result was found to change the resistance according to the repeat test as shown in FIG.

즉, 위에 설명한 내용과 동일하며 테스트(Test)후 저항증가율이 높다는 것은 제품의 성능이 저하되었다고 볼 수 있으며 이는 전도성 물질의 산화에 기인한다고 볼 수 있는 것이다.In other words, the same as described above, and the high resistance increase rate after the test can be regarded as a decrease in the performance of the product, which is due to the oxidation of the conductive material.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above may understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되 는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. Should be.

본 발명인 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법은, 저저항을 구현하기 위한 금속 물질의 전도성 충진재를 사용할 경우의 문제점인 금속 고유의 산화 문제를 해결하여 특성 저하를 방지하는 효과를 제공하게 되어 과전류 보호 분야에 널리 유용하게 활용될 것이다.The present invention provides a low-resistance polymer PTC thermistor element and its manufacturing method to solve the problem of inherent oxidation, which is a problem when using a conductive filler of a metal material to realize low resistance, thereby providing an effect of preventing the degradation of properties. It will be widely used for overcurrent protection.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a low resistance polymer PCC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법을 나타낸 공정도이다.2 is a process chart showing a method for manufacturing a low resistance polymer PCC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 실시예에 따른 실험 결과값을 나타낸 도표이다.3 is a table showing experimental results according to an embodiment of a low resistance polymer PCC thermistor device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 본 발명의 소자100: device of the present invention

110 : 외부소자110: external device

120 : 전도성 중합체120: conductive polymer

130 : 전극130 electrode

140 : 절연층140: insulation layer

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;An external terminal for connecting to the outside when mounting parts; 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;Two electrodes formed to be in contact with the external terminal to allow a current to flow through the conductive polymer; 상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;A conductive polymer disposed between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal; 상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하며,An insulating layer is formed so as to surround the electrode and the conductive polymer, wherein the outer terminal portion is configured to protrude to the outside of the insulating layer, 상기 절연층은,The insulating layer, 23℃ 50A에서 측정하였을 경우에 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질인 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자.A low-resistance polymer PCC thermistor element characterized by a liquid epoxy insulating material having a bulk resistance of 10 12 to 10 17 kPa when measured at 23 ° C. 50A. 부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;An external terminal for connecting to the outside when mounting parts; 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;Two electrodes formed to be in contact with the external terminal to allow a current to flow through the conductive polymer; 상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 금속에 탄소나노튜브를 결합시켜 도전성을 부여시키기 위한 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;A conductive polymer disposed between the two electrodes and composed of a conductive filler for imparting conductivity by bonding carbon nanotubes to a crystalline polymer material and a metal; 상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하며,An insulating layer is formed so as to surround the electrode and the conductive polymer, wherein the outer terminal portion is configured to protrude to the outside of the insulating layer, 상기 전도성 충진재는 400phr이상 사용될 경우에, 전도성중합체의 비저항은 0.01Ω㎝이하인 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자.When the conductive filler is used more than 400phr, the resistivity of the conductive polymer is low resistance polymer PTC thermistor device, characterized in that less than 0.01Ωcm. 폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합 체를 분쇄하는 혼련분쇄단계와;A kneading milling step of grinding a conductive polymer obtained by kneading a polyolefin-based crystalline polymer, a conductive filler and an additive; 상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 소자형성단계와;An element forming step of extruding the pulverized conductive polymer to form a sheet with a desired thickness and thermocompressing the electrode; 상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계와;A punching step of punching the crimped sheet to a size exhibiting PTC characteristics; 상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계와;A PTC characteristic forming step of crosslinking the punched device using an electron beam to form a device exhibiting PTC characteristics; 외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.And attaching an external electrode by soldering and coating an insulating layer to form a final finished product. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 혼련분쇄단계에서,In the kneading grinding step, 전도성 충진재는 400phr이상 사용되며 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.01Ω㎝이하를 갖는 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.The conductive filler is used over 400 phr and the resistivity of the conductive polymer (ρ = R * S / t, R = resistance, S = area, t = thickness) is less than 0.01Ω㎝ low resistance polymer PTC thermistor element Manufacturing method. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 소자형성단계에서,In the device forming step, 형성하는 시트의 두께는 0.6mm 이하인 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.The thickness of the sheet | seat to form is 0.6 mm or less, The low resistance polymer PTC thermistor element manufacturing method characterized by the above-mentioned. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 PTC특성형성단계에서,In the PTC characteristic forming step, 가교 선량은 150Mrad이상인 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.The crosslinking dose is 150 Mrad or more, low-resistance polymer PTC thermistor device manufacturing method. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 절연층코팅단계에서,In the insulation layer coating step, 절연층의 코팅 두께는 최대 300㎛인 것을 특징으로 하는 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.The coating thickness of the insulating layer is 300㎛ maximum low resistance polymer PTC thermistor device manufacturing method.
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