KR20000062369A

KR20000062369A - Ｐｔｃ서미스터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20000062369A
Application number: KR1019997005877A
Authority: KR
Inventors: 코지마준지; 모리모토코이치; 이케다타카시; 미카모토나오히로
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2000-10-25
Also published as: WO1998029879A1; KR100326778B1; EP0955643A4; EP0955643B1; US6438821B1; DE69734323T2; CN1242100A; CN1123894C; DE69734323D1; JP3594974B2; EP0955643A1; US6188308B1

Abstract

본 발명은, 포지티브의 온도계수특성을 가진 도전성폴리머를 사용한 PTC서미스터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, PTC서미스터의 동작시에 있어서, 도전성폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적응력이 발생해도, 균열에 의한 측면전극층의 단선이 발생하는 일이없고, 또한 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC서미스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이로서, 이 목적을 달성하기 위하여, 도전성폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지도록 하고, 또 그 제조방법은, 도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성폴리머시트를 배치하는 동시에 이 도전성폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하도록 한 것이다.

Description

ＰＴＣ서미스터 및 그 제조방법{PCT THERMISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

최근, PTC서미스터는, 종래 자기제어히터에 많이 용도전개되어 왔는데 대해서, 전자기기 등의 과전류보호소자로서도 많이 사용되고 있다. PTC서미스터를 과전류보호소자로서 사용하는 기능으로서는, 전기회로에 과전류가 흐르면 자기발열하여, 도전성폴리머시트가 열팽창해서 고저항치로 변화하여, 전류를 안전한 미소영역까지 감쇄시키는 것이다. 또, PTC서미스터는 대전류를 통전시키기 위해, 또는 전압강하를 작게하기 위해, 저저항화가 요구되는 동시에 소형화가 요구되고 있다.

이하, 종래의 PTC서미스터에 대해서 설명한다.

종래는, 일본국 특개소 61-10203호 공보에, 복수매의 도전성폴리머시트와 금속박을 번갈아 적층하고, 또한 대향하는 측면에 인출부가 되는 측면전극층을 구비한 PTC서미스터가 개시되어 있다.

도 10은 종래의 PTC서미스터의 단면도이다. 이 도 10에 있어서, (1)은 가교된 폴리에틸렌 등의 고분자재료에 카본블랙 등의 도전성입자가 혼재된 도전성폴리머시트이다. (2)는 도전성폴리머시트(1)의 시단부 및 종단부에 개구부(3)를 가지고 번갈아 사이에 끼워지는 동시에 도전성폴리머시트(1)의 상·하면에 배설된 금속박 등으로 이루어진 내층전극이며, 이 내층전극(2)과 도전성폴리머시트(1)를 번갈아 적층해서 적층체(4)로하고 있다. (5)는 적층체(4)의 측면에 내층전극(2)의 일단부와 전기적으로 접속되도록 형성된 인출부를 구성하는 측면전극층이다.

그러나, 상기한 종래의 저저항화를 위해 도전성 폴리머시트(1)와 내층전극(2)을 번갈아 적층한 구조의 PTC서미스터는, 과전류가 흐르는 동작시에 있어서, 도전성폴리머시트(1)의 팽창, 수축이 반복되면, 이에 의거한 스트레스가 적산되어서 측면전극층(5)이 균열 등에 의해 단선으로까지 이른다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 균열에 의한 측면전극층의 단선이 발생하는 일이 없고, 또한 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC서미스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

[발명의 개시]

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 PTC서미스터는, 도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 혀엉되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지는 것이다.

또, 본 발명의 PTC서미스터의 제조방법은, 도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성폴리머시트를 배치하는 동시에 이 도전성폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하는 것이다.

상기한 PTC서미스터의 구성에 의하면, PTC서미스터의 동작시에 있어서, 도전성폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적 응력이 발생해도, 적층체의 측면의 중앙에 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 측면전극층을 다층으로 구성하는 동시에, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어져 있기 때문에, 측면전극층에 대한 기계적 응력은 다층의 측면전극층의 계면에 있어서 완화되는 동시에, 팽창한 도전성폴리머시트가 측면전극층의 형성되지 않는 부분으로 압출됨으로써 측면전극층에 대한 기계적응력은 경감되게되고, 이에 의해, 기계적 응력의 집중에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 균열에 의한 단선이라는 일은 없어지고, 또 PTC서미스터의 제조방법에 의하면, 적층체와 도전성폴리머시트와 금속박을 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복해서 적층하도록 하고 있기 때문에, 각층에 있어서의 도전성폴리머시트의 두께를 균일하게 할 수 있어, 이에 의해, 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC서미스터를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은, 포지티브의 온도계수(Positive Temperature Coefficient, 이하 「PTC」라 기록함)특성을 가진 도전성폴리머를 사용한 PTC서미스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1(a)는, 본 발명의 제 1의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 사시도, 도 1(b)는 동요부확대단면도

도 2는, 동 PTC서미스터의 내층용 구리박의 표면부의 확대단면도

도 3은, 본 발명의 제 1의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 제조방법을 표시한 공정도

도 4(a), 열충격시험에 의한 측면전극층에의 균열방생의 일예를 표시한 단면도, 도 4(b)는 동요부의 확대단면도

도 5(a)는, 본 발명의 제 2의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 사시도, 도 5(b)는 동요부의 확대단면도

도 6은, 본 발명의 제 3의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 제조방법을 표시한 공정도

도 7은, 도전성폴리머의 두께의 차이에 의한 온도-저항치측정도

도 8은, 도전성폴리머의 두께에 대한 내전압특성도

도 9는, 상면부전체에 보호막을 형성한 칩형PTC서미스터를 표시한 사시도

도 10은, 종래의 PTC서미스터를 표시한 단면도

〈도면의 참조부호의 일람표〉

1: 도전성폴리머시트 2: 내층전극

3: 개구부 4: 적층체

5: 측면전극층 11a, 11b, 11c: 도전성폴리머시트

12a, 12b: 내층전극 13a, 13b: 외층전극

14: 측면전극층 14a: 제 1의 측면전극층

14b: 제 2의 측면전극층 14c: 제 3의 측면전극층

15a, 15b: 측면전극층의 비형성부분

16a, 16b: 제 1, 제 2의 에폭시계절연코트수지층

22: 니켈돌기 23: 니켈도금코팅층

31: 구리박 32: 도전성폴리머시트

33: 구리박 34: 적층체

35: 관통구멍 36: 다층도금막

37: 보호코트수지층 38: 니켈도금막

39: 측면전극층의 비형성부분 40: 균열

41: 제 2의 측면전극층 42: 제 3의 측면전극층

51: 도전성폴리머시트 52a, 52b: 내층전극

53: 외층전극 54: 틈새부

55: 측면전극층 61: 도전성폴리머시트

62: 금속박 63: 제 1의 적층체

64: 제 2의 적층체

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

(실시예 1)

이하, 본 발명의 일실시예에 있어서의 PTC서미스터에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 일실시예에 있어서의 PTC서미스터의 사시도, 도 1(b)는 도 1(a)를 A-A선에서 절단한 동요부확대단면도이다. 이 도 1(a),(b)에 있어서, (11a),(11b),(11c)는, 결정성폴리머인 고밀도폴리에틸렌과 도전성입자인 카본블랙의 혼합물로 이루어진 도전성폴리머시트이다. (12a),(12b)는 구리박으로 이루어진 내층전극이며, 이 내층전극(12a),(12b)은, 도 2에 표시한 바와 같이 양면에 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기(22)를 가지고, 또 상기 니켈돌기(22)를 보호하는 니켈도금코팅층(23)을 실시한 것이며, 그리고 상기 도전성폴리머시트(11a),(11b),(11c)와 번갈아 적층되도록 형성되어 있다. (13a),(13b)는 구리박으로 이루어진 외층전극이며, 이 외층전극(13a),(13b)는 적층체의 최외층에 위치하고, 또한 도전성폴리머시트(11a),(11c)에 접하는 면에 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 가지고, 또 상기 니켈돌기를 보호하는 니켈도금코팅층을 실시한 것이다. (14a),(14b),(14c)는, 도전성폴리머시트(11a),(11b),(11c)와 내층전극(12a),(12b) 및 외층전극(13a),(13b)를 적층해서 이루어진 적층체의 대향하는 양단부면의 중앙부에 형성된 제 1, 제 2, 제 3의 측면전극층이다. 그리고 상기 내층전극(12a),(12b) 및 외층전극(13a),(13b)는, 대향하는 측면전극층(14)과 번갈아 전기적으로 접속해있다. (15a),(15b)는, 상기 측면전극층(14)이 형성되는 단부면의 상기 측면전극층(14)의 양쪽에 위치하는 측면전극층(14)의 비형성부분이다. 제 1의 측면전극층(14a)은 제 1의 니켈도금, 제 2의 측면전극층(14b)는 구리도금, 제 3의 측면전극층(14c)는 제 2의 니켈도금이며, 이 순서대로 층형상의 도금층으로서 형성되어 있다. (16a),(16b)는, 상기 적층체의 최외층에 위치하는 제 1, 제 2의 에폭시계절연코트수지층이다.

이상과 같이 구성된 PTC서미스터에 대해서, 본 발명의 일실시예에 있어서의 PTC서미스터의 제조방법에 대해, 도 3에 표시한 공정도를 참조하면서 설명한다.

먼저, 35㎛의 구리박(31)을, 니켈와트욕속에서 통상의 약 4배의 전류밀도(약 20A/dm²)에 의해서 도금처리함으로써, 니켈돌기를 5∼10㎛의 높이로 전해석출시켜, 그후 통상의 전류밀도(약 4A/dm²)에 의해 약 1㎛의 니켈도금코팅막을 형성했다. 이와 같이 표면에 니켈돌기와 니켈도금코팅막을 형성한 구리박(31)을, 금형프레스에 의해 패턴형성을 행하였다. 또한, 패턴형성은 사진법에 의한 에칭으로도 가능하다.

다음에, 결정화도 70∼90%의 고밀도폴리에틸렌을 50중량%, 퍼니스(furnace)법에 의해 제조한 평균입자직경 58㎚, 비표면적 38㎡/g의 카본블랙을 50중량%, 산화방지제를 1중량%준비하고, 이들을 약 150℃로 가열한 2개열롤에 의해서 양 20분간 혼합하고, 그리고 이 혼합물을 2개열롤로부터 시트상태로 꺼내어, 두께가 약 0.3㎜의 도전성폴리머시트(32)를 3매 제작했다.

다음에, 도 3(a)에 표시한 바와 같이, 3매의 도전성폴리머시트(32)와, 2매의 상기 패턴형성을 행한 구리박(31)과, 도전성폴리머시트(32)와 접하는 면만이 니켈돌기와 상기 니켈돌기를 보호하는 니켈도금코팅층을 가지고, 최외층의 상·하에 패턴형성을 행하고 있지 않는 구리박(33)을 번갈아, 또한, 구리박(31)의 틈새부가 엇갈림이 되도록 겹쳐쌓다.

다음에, 도 3(b)에 표시한 바와 같이, 겹쳐싼후, 온도약 175℃, 진공도 약 20Torr, 면압력약 50㎏/㎠에서 약 1분간의 진공열프레스에 의해 가열가압에 의해 성형하여, 일체화한 적층체(34)를 얻었다.

다음에 도 3(c)에 표시한 바와 같이, 적층체(34)에 드릴링머신에 의해 관통구멍(35)를 형성했다. 이 관통구멍(35)는, 금형프레스에 의해 형성할 수도 있다. 그후, 전자선조사장치내에서 전자선을 약 40Mrad조사하여, 고밀도폴리에틸렌을 가교했다.

다음에, 도 3(d)에 표시한 바와 같이, 관통구멍(35)를 포함한 적층체(34)의 전체면에, 니켈와트욕속에서 약 30분간 통상의 전류밀도(약 4A/dm²)에 의해, 니켈도금막을 10∼20㎛의 두께로 전해석출시켰다. 그후, 황산구리의 욕속에서, 약 10분간에 구리도금막을 5∼10㎛의 두께로 전해석출시켜, 다층도금막(36)을 형성했다. 또한, 황산니켈액에 습윤제를 0.5vol%첨가함으로써 관통구멍(35)의 내벽에도 균일하게 도금층을 성장시킬 수 있고, 또한 통상 20000∼30000psi발생하는 잔류응력이 거의 없는 막을 형성할 수 있었다.

다음에, 도 3(e)에 표시한 바와 같이, 최외층의 구리박(33) 및 다층도금막(36)에 패턴형성을 행하였다. 패턴형성은, 에칭용 드라이필름을 적층체(34)의 양면에 붙이고, 에칭패턴부를 UV노광한 후, 염화철에 의해 화학에칭을 행하고, 그후 드라이필름을 박리하는 방법에 의해 행하였다. 에칭용 레지스트는 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법으로도 가능하다.

다음에, 도 3(f)에 표시한 바와 같이, 적층체(34)의 양면의 관통구멍(35)의 주변을 제외하고, 에폭시수지페이스트를 스크린인쇄하고, 150℃에서 30분간 열경화시켜서 보호코트수지층(37)을 형성했다. 또한, 스크린인쇄법이외에, 절연레지스트필름을 붙이고, 사진법에 의해서 패턴형성하는 방법으로도 가능하다.

다음에, 도 3(g)에 표시한 바와 같이, 적층체(34)의 상·하면의 보호코트수지층(37)이 형성되어 있지 않는 부분과 관통구멍(35)의 내벽에, 상기한 전해니켈도금법에 의해서 전류밀도(약 4A/dm²), 10분간의 조건에서, 5∼10㎛의 니켈도금막(38)을 석출시켰다.

다음에, 도 3(h)에 표시한 바와 같이, 적층체(34)를 다이싱에 의해, 낱조각으로 분할했다. 분할을 금형프레스법으로도 가능하다. 적층체(34)의 대향하는 양단부면에 측면전극층의 비형성부분(15a),(15b)를 가지고, 이 측면전극층의 비형성부분(15a),(15b)는 단부면의 중앙부에 위치하고, 또한 이 측면전극층의 비형성부분(15a),(15b)가 형성되는 단부면의 상기 측면전극층의 양쪽에 위치해서 측면전극층의 비형성부분(39)를 형성할 수 있었다. 이상에 의해 본 발명의 PTC서미스터를 제조했다.

상기 내층전극(12a),(12b)는 구리박이기 때문에, 상기 측면전극층(14)를 형성할때에, 내층전극(12a),(12b)를 구성하는 구리박의 단부면은 산세정 등의 전처리에 의해 용이하게 활성화할 수 있고, 제 1및 제 3의 측면전극층(14a),(14c)인 니켈도금과의 밀착성이 향상됐다. 또, 상기 내층전극(12a),(12b)는 도전성폴리머시투(11a),(11b),(11c)와 접하는 면에 니켈돌기(22)를 가지고, 또 상기 니켈돌기(22)를 보호하는 니켈도금코팅층(23)을 가지고 있기 때문에, 상기 가열가압성형의 고정을 거쳐도, 니켈돌기(22)의 형상이 유지되고 있으며, 도전성폴리머시트(11a),(11b),(11c)와 내층전극(12a),(12b) 및 외층전극(13a),(13b)가 앵커효과에 의해 강고하게 밀착되어 있었다.

이상과 같이 구성·제조된 본 발명의 실시예 1에 있어서의 PTC서미스터에 대해서, 요부인 측면전극층(14)의 두께의 신뢰성 등을 설명한다.

본 발명의 실시예로서, 제 1의 측면전극층(14a)를 구성하는 제 1의 니켈도금을 15㎛, 제 2의 측면전극층(14b)를 구성하는 구리도금을 5㎛ 및 제 3의 측면전극층(14c)를 구성하는 제 2의 니켈독므을 5㎛실시한 3층구조의 측면전극층(14)를 가진 PTC서미스터와, 비교예 A로서, 요부인 측면전극층으로서 니켈도금을 25㎛ 1회를 실시한 PTC서미스터와, 비교예 B로서, 요부인 측면전극층으로서 구리도금을 25㎛ 1회를 실시한 PTC서미스터를 각각 제작해서 비교했따. 비교방법으로서는, 각각 30개씩을 프린트기판에 실장하고, 25V의 직류전원에 직렬로 접속하고, 100A의 과전류를 1분간 통전하여 5분간 통전을 중지하는 트립사이클시험을 실시해서, 각각 1000, 10000, 30000사이클 후에 10개씩 빼내어, 측면전극층의 전기적 접속부분의 균열(40)유무의 단면관찰을 행하였다.

본 발명의 실시예에 있어서의 PTC서미스터는, 1000, 10000사이클후에 균열의 발생은 없었다. 30000사이클후에, 1/10개에 균열이 발생해있고, 이들 균형은 도 4에 표시한 바와 같이 측면전극층의 2층째를 구성하는 구리도금으로 이루어진 제 2의 측면전극층(41)까지 도달하고, 또한 이 제 2의 측면전극층(41)을 따라서 가로방향으로 약간 진행되어 있을 뿐이고, 이 제 2의 측면전극층(41)의 계면에서는 그치고 있는 것으로서, 3층째를 구성하는 제 2의 니켈도금으로 이루어진 제 3의 측면전극층(42)에는 진행되고 있지 않았다.

비교예A의 PTC서미스터는, 1000사이클후에는 2/10개에 균열이 발생해있으며, 이후 5㎛정도에서 단선하는 곳까지 균열이 진행하고 있었따. 그리고 10000사이클 후에 있어서는, 균열은 단선에 이르고, 10/10개 모두에 균열이 발생하고 있었다.

비교예 B의 PTC서미스터는, 1000사이클후에 있어서 10/10개 모두에 균열이 발생하고 있으며, 그중 4개는 단선으로까지 이르고 있었다. 10000사이클후에 있어서는, 모두가 균열에 의해 단선되어 있었다.

이상의 비교결과로부터, 본 발명의 실시예의 PTC서미스터는, 과전류가 통전된 자기발열에 의해 도전성폴리머시트(11a),(11b),(11c)가 열팽창하는 동작시에 있어서, 체적팽창이 단층구조에 비해, 적층수에 비례해서 커진다. 이 체적팽창에 의해, 적층체의 가로방향에 있어서의 도전성폴리머의 신장에 있어서는, 팽창한 도전성폴리머가 측면전극층의 비형성부분에 압출되기 때문에, 측면전극층에 대한 응력을 경감할 수 있는 것이다.

또, 체적팽창에 의해, 적층체의 세로방향에 있어서의 도전성폴리머의 신장에 있어서의 측면전극층의 코너부에 응력이 집중해서 균열이 발생하기 시작했을 경우에 있어서도, PTC서미스터의 측면전극층의 도금층으로서, 제 1의 측면전극층(14a)이 잡아당김장력이 강한 니켈에 의해 형성되고, 제 2의 측면전극층(14b)가 연전성이 큰 구리에 의해 형성되어 있기 때문에, 제 1의 측면전극층(14a)와 제 2의 측면전극층(14b)의 도금의 계면에 있어서 균열이 멈추기때문에 측면전극층의 단선은 일어나지 않는다.

즉, 측면전극층의 코너부에 집중하는 응력은, 다층의 측면전극층을 구성하는 제 1의 측면전극층(14a)와 제 2의 측면전극층(14b)의 도금의 계면에 있어서 완하할 수 있다. 또 제 3층이 되는 제 3의 측면전극층(14c)는 제 2의 니켈도금에 의해 구성되어 있는 것으로서, 이 제 3의 측면전극층(14c)는 프린트기판에의 실장시의 땜납에 의한 측면전극층의 땜납침해를 방지할 수 있는 것이다. 이상의 일로부터, 니켈, 구리, 니켈과 같은 3층도금에 의한 측면전극층의 구조가, 장기적인 전기적접속에 뛰어나 있는 것이 확인된 것이다.

(실시예 2)

이하, 본 발명의 제 2의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 구조에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 5(a)는 PTC서미스터의 사시도, 도 5(b)는 동단면도를 표시한다. 이 도 5(a),(b)에 있어서, (51)은 결정성폴리머인 고밀도폴리에틸렌과 도전성입자인 카본블랙의 혼합물로 이루어진 도전성 폴리머시트이다. (52a),(52b)는, 도전성폴리머시트(51)와 번갈아 적층된 구리박으로 이루어진 내층전극이다. (53)은 구리박으로 이루어진 외층전극이다. (54)는 내층전극을 (52a)와 (52b)로 2분할하도록 측면전극층의 근처에 형성된 틈새부이다. (55)는 측면전극층으로서, 상기 내층전극(52a),(52b)와 외층전극(53)에 접속되어 있다. 상기 틈새부(54)는 한쪽의 측면전극층(55)의 근처부분에 형성되며, 그리고 적층마다 틈새부(54)가 엇갈림으로 되게 형성되어 있다.

본 발명의 실시예 2와 본 발명의 실시예 1의 서로 틀리는 부분은, 내층전극(52a),(52b)가 측면전극층(55)의 근처에서 틈새부(54)에 의해 2분할되어 있는 일이다. 즉, 이 내층전극은, 한쪽의 측면전극층(55)에 길이가 긴 내층전극(52a)과 다른쪽의 측면전극층(55)에 짧은 내층전극(52b)를 가진 것이다.

본 발명의 실시예 1의 제조방법에 의해, 제 1의 측면전극층(14a)를 구성하는 제 1의 니켈도금을 15㎛, 제 2의 측면전극층(14b)를 구성하는 구리도금을 5㎛, 제 3의 측면전극층(14c)을 구성하는 제 2의 니켈도금을 5㎛실시한 3층구조의 측면전극층을 가진 PTC서미스터를 제작했다. 그리고 이 PTC서미스터를 각 샘플 30개 프린트기판에 실장했다. 이 실장한 PTC서미스터를 25V의 직류전원에 직렬로 접속해서 100A의 과전류의 트립사이클시험(1분 ON, 5분 OFF)를 행하였다. 1000, 10000, 30000사이클후에 각 샘플을 10개씩 빼내어, 측면전극층의 전기적 접속부분의 단면관찰을 행한 결과를 다음에 표시한다. 본 발명의 TPC서미스터는, 1000, 10000, 30000사이클후에 있어서도, 균열의 발생은 없었다.

내층전극(52a),(52b)가 상기 적층체의 대향하는 양단부면의 측면전극층(55)에 접속되고, 또한 상기 내층전극(52a), (52b)가 한쪽의 측면전극층(55)의 근처에 형성된 틈새부(54)에 의해 2분할된 구조를 구비하고 있기 때문에, 동작시의 도전성폴리머시트(51)의 체적팽창에 의해, 적층체의 세로방향에 있어서의 도전성폴리머시트의 신장을, 측면전극층(55)과 접속한 상기 내층전극(52b)가 방해하여, 세로방향의 신장에 의한 코너부에의 응력을 경감시켰다고 생각된다.

이상의 일로부터, 본 발명의 내층전극(52a),(52b)가 적층체의 대향하는 양단부면의 측면전극층(55)에 접속되고, 또한 내층전극(52a),(52b)가 한쪽의 측면전극층(55)의 근처에 형성된 틈새부(54)에 의해 2분할된 구조는, 측면전극층(55)부근의 도전성폴리머시트(51)의 두께가 증가함에 따른 팽창량을 방지할 수 있기 때문에, 측면전극층(55)의 전기적접속부분에의 기계적응력이 완화되고, 이에 의해, 내층전극(52a),(52b)와 측면전극층(55)의 전기적 접속을 확보할 수 있는 것이다.

또, 도금조내의 양극과 음극의 전극사이를 약 1/2로 좁혀서, 측면전극층(55)의 다층도금을 석출시키는 PTC서미스터를 제작했다. 적층체의 외층전극층(55)가 접하는 코너부의 측면전극층의 두께는, 상기한 기계적 응력이 집중되기 쉽기 때문에, 특히 코너부의 측면전극층의 두께를 증가함으로써, 측면전극층(55)의 도금막의 강도를 향상시켜, 응력에 대한 강도도 향상시키는 일이 가능하다.

(실시예 3)

이하, 본 발명의 제 3의 실시예에 있어서의 PTC서미스터의 제조방법에 대해서, PTC서미스터의 단면도를 표시한 도 6을 참조하면서 설명한다.

도 6은, 본 발명의 실시에 3에 있어서의 PTC서미스터의 요부인 도전성폴리머시트와 금속박과의 적층공정까지의 제조방법이다.

도 6(a)에 표시한 바와 같이, 결정화도가 70∼90%의 고밀도폴리에틸렌 50중량%와, 평균입자직경이 약 58㎚, 비표면적 약 38㎡/g의 카본블랙 50중량%를 혼합해서 이루어진 도전성폴리머시트(61)을, 양면에 니켈돌기와 상기 니켈돌기를 보호하는 니켈도금코팅층을 가진 2매의 구리박으로 이루어진 금속박(62)에 의해 사이에 끼우도록 포갰다.

다음에, 도 6(b)에 표시한 바와 같이, 앞공정에서 포갠도전성폴리머시트(61)와 2매의 금속박(62)을, 폴리머의 융점보다 약 40℃높은 약 175℃의 열판온도에서, 진공도약 20Torr, 면압약 50㎏/㎠의 압력으로 약 1분간 가열가압성형하여, 제 1의 적층체(63)를 얻었다.

다음에, 도 6(c)에 표시한 바와 같이, 제 1의 적층체(63)의 상·하면으로부터 2매의 도전성폴리머시트(61)와, 또 상·하면으로부터 니켈돌기와 상기 니켈돌기를 보호하는 니켈도금코팅층을 가진 2매의 구리박으로 이루어진 금속박(62)를 사이에 끼우도록 포갰다.

다음에, 도 6(d)에 표시한 바와 같이, 앞공정에서 포갠 제 1의 적층체(63)과 2매의 도전성폴리머시트(61)과 2매의 금속박(62)를, 폴리머의 융점보다 약 40℃높은 약 175℃의 열판온도에 의해, 진공도 약 20Torr, 면압약 50㎏/㎠의 압력에 의해서 약 1분간 가열가압성형하여, 제 2의 적층체(64)를 얻었다.

더욱더 적층수를 증가하려면, 상기 도 6(c),(d)의 공정을 반복하면 된다.

PTC서미스터를 제조하는 나머지의 공정 즉 측면전극층을 형성하는 공정은, 본 발명의 실시예 1 및 2의 제조방법에 의해 행하여, 제조하는 것이다.

본 발명의 실시ㅖ에서는, 1매의 0.27㎜두께의 도전성폴리머시트를 사용해서 적층체를 제작함으로써, 적층된 도전성폴리머시트의 두께가 0.25㎜로 균일한 적층이 이루어졌다.

여기서, PTC서미스터의 적층후의 도전성폴리머의 두께에 대해서, 이하의 신뢰성시험결과에 의거해서 설명한다.

적층전이 0.27㎜두께의 도전성을 폴리머시트를 사용해서, 본 발명의 제조방법에 따라서 제조한 적층체에 있어서의 각층의 도전성폴리머시트의 두께는, 각층다같이 거의 0.25㎜로 균일하였다.

비교예로서, 적층전전이 1매의 0.27㎜두께의 3매의 도전성폴리머시트와 4매의 금속박을 번갈아 적층하고, 1회로 동시에, 본 발명의 실시예와 마찬가지의 온도, 진공도, 압력조건에 의해 가열가압성형해서 PTC서미스터를 제조했다. 비교예의 제조방법에 의해 얻은 적층체의 각층의 도전성폴리머시트의 두께는, 아래로부터 차례로 0.21㎜, 0.27㎜, 0.20㎜가 되고, 바깥층이 안층보다 얇게 되었다.

이것은, 복수의 도전성폴리머시트와 금속박을 동시에 가열가압성형해서 일체화할 경우는, 열전도에 의해 열판과 접촉하고 있는 바깥쪽의 도전성폴리머시트로부터 차례로 내부의 도전성폴리머시트에 열이 전달된다. 상기 열전도의 영향에 의해, 바깥쪽의 도전성폴리머시트의 점성이 내부의 도전성폴리머시트에 비교해서 낮기 때문에, 동시에 가열가압성형의 경우, 바깥쪽의 도전성폴리머시트가 내부의 도전성폴리머시트에 비교해서 얇아지기 때문이다.

이하에, 절연파괴에 관한 비교에 대해서 설명한다.

상기 적층의 제조방법이 다른 2개의 PTC서미스터를, 50V의 직류전원에 직렬로 접속하여, 100A의 과전류를 1분간 통전하고, 5분간통전을 중지하는 트립사이클시험을 행하였다. 본 발명의 제조방법의 PTC서미스터는, 10000사이클에서도 이상은 없었으나, 비교예의 제조방법의 PTC서미스터는, 82사이클에서 절연파괴되었다.

비교예의 제조방법에 의해 제작하여 절연파괴된 PTC(서미스터는, 도전성폴리머의 두께가 불균일하게 되어 있는것에 기인된다. 여기서, 동일조성물의 PTC서미스터의 도전성폴리머의 두께에 대한 온도-저항치측정결과의 그래프를 도 7에 표시한다. 또, 상기 PTC서미스터의 내전압의 측정결과를 도 8에 표시한다. 이 도 7 및 도 8에 표시한 결과로부터, 도전성폴리머의 두께가 얇으면 저항치 상승자릿수가 작아지고, 내전압은 낮아지는 것을 알 수 있다. 상기한 트립사이클시험의 결과에서, 비교예의 제조방법에 의해 제조한 PTC서미스터는, 전압인가의 반복에 의해, 두께가 얇은 도전성폴리머부에 과전류가 집중하여, 절연파괴가 일어난것으로 추정할 수 있다.

이상의 일로부터, 본 발명의 실시예에서 도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼우고, 또한 이 도전성폴리머시트와 금속박을 가열가압성형해서 일체화한 적층체를 형성하고, 이 적층체의 상·하면에 도전성폴리머시트를 배치하고, 또, 이 도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박에 의해 사이에 끼우고, 상기 적층체와 이도전성폴리머시트와 금속박을 가열가압성형해서 일체화하는 공정을 반복하는 제조방법에 의하면, 각 층의 도전성폴리머의 두께를 균일하게 할 수 있기 때문에, 내전압에 뛰어난 PTC서미스터를 실현할 수 있다.

이하에 요부인 금속박의 표면에 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 형성한 후, 이 니켈돌기를 덮도록 니켈코팅층을 형성하는 것과 형성하지 않는 것과의 비교를 설명한다.

본 발명에 사용한 금속박의 표면처리의 제조방법에 대해서는, 구리박(21)을 니켈와트욕속에서 통상의 약 4배의 전류밀도(20A/dm²)에 의해서 도금처리하여, 니켈돌기를 5∼10㎛의 높이로 전해석출시켜, 그후, 통상의 전류밀도(4A/dm²)에 의해 니켈도금코팅막을 약 1㎛의 두께로 형성했다.

비교예로서, 이 니켈돌기에 보호막형성처리를 하지 않는 구리박을 제작했다.

니켈돌기를 가진 금속박은, 도전성폴리머시트를 앵커효과에 의해 금속박에 밀착시키는 효과가 있따. 상기 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 니켈도금에 의해 코팅을 실시한 본 발명의 금속박은, 상기의 가열가압성형시의 압력에 의한 니켈돌기의 변형은 없었다. 그러나, 비교예의 금속박은, 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기가, 상기의 가열가압성형시의 압력에 의해 돌기가 변형하여 붕괴됐다. 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기는, 도금의 이상석출에 의해 형성되기 때문에, 강도는 약하나, 니켈도금코팅막을 형성함으로써, 폴리머의 압력으로도 변형하지 않는 것이다.

또, 본 발명의 실시예의 PTC서미스터에 있어서, 보호층을 도 9에 표시한 바와 같이 상면부전체를 덮도록 형성하는 것은, 보호층이되는 수지의 스크린인쇄패턴을 변경함으로써 가능하다. 도 9의 PTC서미스터의 상면부(91)과 같이, 단부면전극인 활전부가 없는 경우, 이 부품의 가까운 바로위에 실드판이있어도 접촉해서 단락하는 염려가 없다고 하는 효과를 가진 것이다.

이상과 같이 본 발명의 PTC서미스터는, 도전성폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지는 것이며, 또, 본 발명의 PTC서미스터의 제조방법은, 도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성폴리머시트를 배치하는 동시에 이 도전성폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하는 것이며, 상기한 PTC서미스터의 구성에 의하면, PTC서미스터의 동작시에 있어서, 도전성폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적 응력이 발생해도, 적층체의 측면의 중앙에 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 측면전극층을 다층으로 구성하는 동시에, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어져 있기 때문에, 측면전극층에 대한 기계적 응력은 다층의 측면전극층의 계면에 있어서 완화되는 동시에, 팽창한 도전성폴리머시트가 측면전극층의 형성되지 않는 부분으로 압출됨으로써 측면전극층에 대한 기계적응력은 경감되게되고, 이에 의해, 기계적응력의 집중에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 균열에 의한 단선이라는 일은 없어지고, 또 PTC서미스터의 제조방법에 의하면, 적층체와 도전성폴리머시트와 금속박을 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복해서 적층하도록 하고 있기 때문에, 각층에 있어서의 도전성폴리머시트의 두께를 균일하게 할 수 있어, 이에 의해, 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC서미스터를 얻을 수 있는 것이다.

Claims

도전성폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어진 PTC서미스터.
제 1항에 있어서, 측면전극층은, 제 1의 니켈측면전극층, 구리측면전극층, 제 2의 니켈측면전극층의 순서를 가지고 이루어진 PTC서미스터.
제 1항에 있어서, 내층전극의 구리박의 상·하면 및 외층전극의 구리박의 도전성폴리머시트와 접하는 면에 뿌리로부터 위쪽부가 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 형성하는 동시에, 상기 니켈돌기를 덮도록 니켈코팅층을 구비하여 이루어진 PTC서미스터.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 내층전극은, 측면전극층의 근처에서 틈새부에 의해 2분할해서 이루어지는 PTC서미스터.
제 4항에 있어서, 외층전극과 접하는 적층체의 코너부에 위치하는 측면전극층의 두께를, 상기 적층체의 상·하면의 상기 코너부사이에 위치하는 상기 측면전극층의 두께보다 두껍게해서 이루어진 PTC서미스터.
도전성폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압성형해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성폴리머시트를 배치하는 동시에 이 도전성폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하는 PTC서미스터의 제조방법.
제 6항에 있어서, 금속박의 도전성폴리머시트와 접하는 면에, 조면화니켈처리에 의해서 뿌리로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 형성한 후에, 상기 니켈돌기를 덮도록 니켈코팅층을 형성하는 PTC서미스터의 제조방법.
도전성폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 내층전극은 측면전극층의 근처에서 틈새부에 의해 2분할해서 이루어진 PTC서미스터.
제 8항에 있어서, 측면전극층은, 제 1의 니켈측면전극층, 구리측면전극층, 제 2의 니켈측면전극층의 순서를 가지고 이루어진 PTC서미스터.
제 8항에 있어서, 내층전극의 구리박의 상·하면 및 외층전극의 구리박의 도전성폴리머시트와 접하는 면에 뿌리로부터 위쪽부가 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈돌기를 형성하는 동시에, 상기 니켈돌기를 덮도록 니켈코팅층을 구비해서 이루어진 PTC서미스터.