KR20110027844A - Ｐｔｃ 디바이스 및 그것을 갖는 전기 장치 - Google Patents

Abstract

PTC 소자의 신뢰성의 저하를 가급적 억제한 PTC 디바이스를 제공한다. 그와 같은 PTC 디바이스는, 층 형상 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자(14), 및 절연층(16) 및 그 한쪽의 주표면에 배치된 금속층(18)을 갖고 이루어지는 유지 금속층 유지 절연층(12)으로서, 금속층 상에 PTC 소자의 한쪽의 금속 전극이 배치되고 이들이 전기적으로 접속되어 있는, 유지 금속층 유지 절연층을 갖고 이루어진다.

Description

ＰＴＣ 디바이스 및 그것을 갖는 전기 장치{PTC DEVICE AND ELECTRIC DEVICE CONTAINING SAME}

본 발명은, PTC 소자를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스, 특히 회로 보호 소자로서 사용되는 폴리머 PTC 소자를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스 및 그와 같은 디바이스를 갖고 이루어지는 전기 또는 전자 장치에 관한 것이다.

다양한 전기 또는 전자 장치에서, 전원 회로 등에 과잉으로 큰 전류가 흐른 경우에, 장치를 구성하는 중요한 요소가 고장나는 것을 미연에 방지하기 위해서 폴리머 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자가 회로 보호 소자로서 널리 사용되고 있다. 이와 같은 소자 자체는 주지이며, 통상적으로, 폴리머 내에서 도전성 필러가 분산되어 있는 폴리머 조성물로 된, 통상은 층 형상의 형태의 PTC 요소, 및 그 대향하는 주표면에 배치된 금속 전극, 예를 들면 금속박 전극을 갖고 이루어진다.

예를 들면, 전기 장치로서의 충전 가능한 전지 팩에서 PTC 소자가 사용되고 있다. 전지 팩은, 그 한쪽의 단부에 음극 단자를 갖고, 그 음극 단자에 리드를 개재하여 PTC 소자가 전기적으로 접속되어 있다. 그와 같은 전지 팩의 단부를 측방으로부터 본 모습을 모식적으로 도 7에 도시한다. 또한, 도 7에서는, PTC 소자 및 그것과 조합하는 다양한 요소의 상태를 알 수 있도록 이들을 모식적 단면도로 나타낸다.

도시한 전지 팩(100)에서, 그 단부에 배치된 밀봉체(102) 상에 위치하는, 전지 팩의 음극 단자(104)에 PTC 소자(106)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 PTC 소자(106)는, 층 형상 PTC 요소 및 그 각 측의 주표면에 설치한 금속 전극(도면에서는, 간단하게 하기 위해서, PTC 요소 및 금속 전극을 일체물로서 도시)을 갖고 이루어지고, 그 PTC 소자(106)는, 금속 전극에 전기적으로 접속되며, PTC 요소의 측방을 넘어 바깥쪽을 향하여 돌출되는 하측 리드(108) 및 상측 리드(110)를 갖는다. 상세하게는, 하측 리드(108)는, 음극 단자(104)에 전기적으로 접속되고, 상측 리드(110)는, 다른 소정의 전기 요소 또는 전기 회로, 예를 들면 도시한 바와 같이 충전 시 및/또는 방전 시에서 과잉 전류 등으로부터 전지 팩을 보호하는 제어 기능을 갖는 배선 기판(예를 들면 PCM, printed circuit module)(112)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 PTC 소자(106)가 배치되어 리드가 접속됨으로써, PTC 소자는 회로 보호 소자로서 기능한다.

전술한 바와 같이 PTC 소자(106)를 전지 팩(100)에 배치하여 접속하는 경우, 예를 들면 도시한 바와 같이, 하측 리드(108)를 음극 단자(104)에 용접에 의해 직접 접속하고, 한편, 상측 리드(110)를 배선 기판(112)에 절곡 가능 리드(114)를 개재하여 전기적으로 접속한다. 이와 같이 접속하는 경우, 예를 들면 저항 용접에 의해 실시한다. 이 저항 용접 시에는, 용접해야 할 개소를 일체로 압압하여 실시한다. 또한, 도면에서는, 용접 개소를 검은 동그라미 표시로 나타내고 있다. 예를 들면 PTC 소자(106)의 금속 전극 상에 배치한 하측 리드(108)를 음극 단자(104)에 대하여 압압하면서, 혹은 배선 기판(112)의 접속 단자(116)에 미리 접속한 절곡 가능 리드(114)를 상측 리드(110)에 대하여 압압하면서, 이들을 일체로 접속한다. 또한, 도시한 양태에서는, 절곡 가능 리드(114)에 상측 리드(110)를 접속한 후, 단면 L자 형상으로 되도록 리드(114)를 약 90° 절곡함으로써, PTC 소자(106)의 거의 측방에 위치하고 있던 배선 기판(112)을, PTC 소자(106)의 상방에 배선 기판(112)이 위치하도록 리드(114)를 절곡한 상태로 나타내고 있다.

전술한 바와 같이 이용되는 PTC 소자가 구비해야 할 요건의 하나로서, 평상 시의 PTC 소자 자체의 저항이 작다고 하는 것이 있다. 그러나, PTC 소자 자체의 저항이 낮은 경우라도, 전술한 바와 같이, 전지 팩과 같은 전기 장치에 배치한 경우에, PTC 소자의 신뢰성이 불충분하게 되는 경우가 있는(예를 들면 트립 온도가 높아지는) 것을, 발명자는 알아차렸다. 이와 같은 신뢰성의 저하는, 소정 회로에 배치한 PTC 소자가 상정하고 있는 조건 하에서 트립되지 않아(예를 들면 소정 온도보다 높은 온도에서 트립되어), 소정과 같이 회로 보호 소자로서 기능하지 않는 경우가 생길 수 있게 되기 때문에, 바람직한 것은 아니다. 이와 같은 신뢰성의 저하는, PTC 소자를 회로 보호 소자로서 이용하는 경우, 전지 팩에서 사용하는 양태에 한하지 않고, 기본적으로는, 어느 다른 전기 장치에서 이용하는 경우도 마찬가지로, 바람직한 것은 아니다.

특허 문헌 1 : 일본 특개 2003-346917호 공보

전술한 바와 같이, PTC 소자를 회로 보호 소자로서 이용할 때에, PTC 소자의 신뢰성이 저하되는 것은 바람직한 것은 아니다. 따라서, 그와 같이 신뢰성이 저하되는 이유를 탐구하고, 그것에 기초하여 신뢰성의 저하를 가급적 억제한 PTC 디바이스를 제공하는 것이 요망된다. 예를 들면, 전지 팩과 같은 전기 장치에서 PTC 소자를 회로 보호 소자로서 이용하는 경우에는, PTC 소자의 저항의 증가를 억제하는 것이 특히 요망되고 있다.

전술한 과제를 감안하여, 발명자는, PTC 소자의 신뢰성이 저하되는 이유에 대하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 신뢰성의 저하를 가져오는 요인의 하나로서 가능성이 큰 것이, PTC 소자를 예를 들면 음극 단자와 같은 전기 요소에 배치하여 전기적으로 접속함으로써 전기 장치를 제조할 때에 PTC 소자에 작용하는 힘, 접속한 후에 계속해서 작용하는 힘, 및/또는 접속한 후에 새롭게 작용하는 힘이라라는 생각에 이르렀다. 단, 이 생각은, 하나의 가능성이며, 이 생각에 의해 본 발명의 범위가 구속되는 것은 아니다.

그와 같은 힘이 작용하는 방향은, PTC 소자, 특히 그것을 구성하는 PTC 요소에 대하여 다양한 방향이며, 그 결과, PTC 소자를 변형시킨다(예를 들면 비틀거나, 휘게 하거나, 압축하거나, 및/또는 연신하거나 한다). 실제로는, PTC 소자의 강성 때문에 그와 같은 변형이 생기지 않는(잠재적인 변형) 경우도 있고, 그 경우라도, 그와 같은 변형이 생기고자 하는 방향으로 힘이 작용하고 있다.

그리고, 그와 같은 변형 또는 잠재적인 변형의 결과, PTC 요소에서의 폴리머 재료와 그 안에서 분산되어 있는 도전성 필러와의 사이의 위치적 관계가 미묘하게 영향을 받아, 소정의 트립 온도에서의 PTC 소자의 저항값이 저저항값화되어, PTC 소자의 신뢰성에 영향을 주는 것이 생각된다.

전술한 생각에 기초하여 검토를 더욱 거듭한 결과, 신뢰성의 저하를 억제한 PTC 소자를 갖고 이루어지는 디바이스로서, 본 발명은,

층 형상 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자, 및

절연층 및 그 한쪽의 주표면에 배치된 금속층을 갖고 이루어지는 금속층 유지 절연층으로서, 금속층 상에 PTC 소자의 한쪽의 금속 전극이 배치되고 이들이 전기적으로 접속되어 있는, 금속층 유지 절연층

을 갖고 이루어지는 PTC 디바이스를 제공한다.

본 발명의 하나의 바람직한 양태에서는, PTC 디바이스는, 금속층 유지 절연층의 금속층 상에 배치된 리드를 더 갖고 이루어진다. 이 리드를 개재하여, PTC 소자를 소정의 전기 요소(예를 들면 전지 팩의 음극 단자), 배선 기판(예를 들면 회로 보호 기판, 특히 그 접속 단자) 등에 전기적으로 접속할 수 있다. 이 경우의 PTC 디바이스에서, 금속층 유지 절연층의 금속층 상에 배치되는 리드는, 제1 리드로서 기능하고, PTC 디바이스는, PTC 소자의 다른 쪽의 금속 전극에 전기적으로 접속된 제2 리드를 더 갖고 이루어지는 것이 바람직하다. 이 제2 리드는, PTC 소자를, 다른 소정의 전기 요소, 예를 들면(전술한 소정의 전기 요소가 음극 단자인 경우에는) 배선 기판, (전술한 소정의 전기 요소가 회로 보호 기판, 특히 그 접속 단자인 경우에는) 음극 단자 등에 전기적으로 접속하도록 기능한다.

본 발명은, 본 발명의 PTC 디바이스를 갖고 이루어지는 전기 장치도 제공한다. 특히, PTC 디바이스의 PTC 소자는 전기 장치에서 회로 보호 소자로서 기능할 수 있다.

도 7에 도시한 전지 팩에서, PTC 소자(106)를 밀봉체(102)와 배선 기판(112) 사이에 배치하는 경우, 예를 들면 전술한 바와 같이 PTC 소자의 하측 리드(108)를 음극 단자(104)에 접속한 후, 상측 리드(110)를, 절곡 가능 리드(114)를 미리 접속한 배선 기판(112)의 리드(114)에 접속하고, 그 후, 리드(114)를 절곡한다. 이와 같이 하여 PTC 소자(106)를 배치하는 경우, PTC 소자(106)는 어떠한 요소에 지지되지 않고, 독립된 상태(구체적으로는 부유한 상태) 그대로, 음극 단자(104) 및 리드(114)에 용접된다.

또한, 그와 같은 용접 후, PTC 소자(106)가 독립된 상태 그대로에서 리드(114)가 절곡된다. 이 경우, 하측 리드(108)가 음극 단자(104)에 고정된 상태에서, 상측 리드(110)를 통하여 굽힘력이 PTC 요소(106)에 작용하게 된다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, PTC 소자(106)를 음극 단자(104)에 접속한 후에, 또는 그 전에, PTC 소자(106)의 하측에서 밀봉체(102) 상에 절연층(118)이 배치되어 있는 경우가 있다. 이 수지층(118)은 PTC 소자(106)에 큰 힘이 작용한 경우에 소자의 변형 및/또는 변위를 제한하도록 작용한다. 이와 같은 절연층(118)과 PTC 소자는 이격하고, 그들 사이에는 갭이 있다.

이 갭은, PTC 소자(106)를 리드(108 및 110)를 개재하여 소정과 같이 전기적으로 접속한 후에, 필요에 따라서 이들 주위에 공급되는 밀봉 수지(120)에 의해 채워져 있다. 도 7에서는, PTC 소자(106)가 밀봉체(102)에 대하여 평행하게 배치되어 있는 것처럼 도시하고 있지만, 전술한 바와 같이 PTC 소자(106)를 배치하는 경우, 실질적으로 그와 같이 평행하게 배치되는 경우는 적고, PTC 소자(106)를 밀봉체(102)에 대하여 예비적으로 위치 결정하는 것은 전혀 의도되어 있지 않다. 도시한 양태에서는, 수지층(118)은, 그 아래에 배치된 양면 접착 테이프(122)에 의해 밀봉체(102)에 대하여 고정되어 있다.

이와 같은 용접 및 절곡의 과정에서는, 상측 리드(110) 및 하측 리드(108)에 다양한 방향에서 힘이 작용하고, 그 힘은, PTC 소자(106)에, 따라서, PTC 요소에 작용한다. 이와 같이 PTC 요소에 작용하는 힘은, PTC 소자의 신뢰성을 저하시키는 요인으로 된다.

이에 대하여, 본 발명의 PTC 디바이스에서는, 이와 같이 PTC 요소에 작용하는 힘의 영향을 가급적 억제하기 위해서, PTC 소자를 금속층 유지 절연층 상에 미리 배치하여 PTC 소자를 금속층 유지 절연층에 실질적으로 고정하여 일체로 하고, 그에 의해, 전술한 바와 같이 PTC 소자(또는 PTC 요소)에 작용할 수 있는 다양한 힘을 금속층 유지 절연층에 의해 완충할 수 있고, 그 결과, 그와 같은 힘의 영향을 가급적 억제할 수 있다.

PTC 소자를 구성하는 PTC 요소가 특히 얇은 경우, 예를 들면 약 0.5㎜ 이하의 경우, 전술한 바와 같이 다양한 방향으로 작용하는 힘이 PTC 요소에 끼치는 영향은 매우 크고, 따라서, 본 발명의 효과가 특히 유용하게 된다. 또한, 본 발명의 PTC 디바이스는, 금속층 유지 절연층을 개재하여 전기 요소 상에 직접 배치할 수 있으므로, 전술한 바와 같이 부유한 상태에서 PTC 소자가 전기 요소에 접속되어 있는 경우보다, 전기 요소의 온도가 PTC 소자에 전달되기 쉽고, 그 결과, PTC 소자의 감도가 향상된다.

도 1은 본 발명의 PTC 디바이스의 하나의 양태의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 PTC 디바이스의 다른 양태의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 PTC 디바이스의 또 다른 양태의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시하는 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 전기 장치의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 5는 도 2에 도시하는 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 전기 장치의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시하는 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 전기 장치의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.
도 7은 종래의 PTC 디바이스를 내장한 전지 팩의 측방을 모식적 단면도로 나타낸다.

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게, 또한, 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도면을 통하여, 동일한 참조 번호에 의해 나타내는 요소는, 실질적으로 동일한 기능을 갖는 요소를 의미하는 것을 의도하고 있다.

본 발명의 PTC 디바이스에서 사용하는 PTC 소자는 주지이며, 그것을 구성하는 층 형상 PTC 요소 및 금속 전극 등도 주지이다. PTC 소자라고 하는 용어는, 일반적으로 사용되고 있는 용어의 의미로 사용하고, PTC 소자는, 소위 폴리머 PTC 조성물을 층 형상으로 형성한 PTC 요소(즉, 폴리머 PTC 요소) 및 그 각 주표면에 배치된 제1 금속 전극(특히 박 형상 전극) 및 제2 금속 전극(특히 박 형상 전극)을 갖고 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 또한, 폴리머 PTC 요소는, 폴리머 재료(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드 등) 내에 도전성 필러(예를 들면 카본 필러, 금속 필러(구리, 니켈, 니켈-코발트 합금 등의 필러) 등)가 분산되어 있는, 소위 도전성 폴리머 조성물로 구성되어 있는 것이다. 통상적으로, 그와 같은 조성물을 압출 성형함으로써 PTC 요소를 얻을 수 있다.

PTC 소자는, 통상적으로, 층 형상의 PTC 요소의 양측의 주표면의 전체에 적층 상태의 금속 전극(통상적으로, 금속박 전극)을 갖는 전체로서도 층 형상 또는 디스크 형상의 요소이며, PTC 요소는, 예를 들면 원판 형상이어도, 얇은 사각 형상 이어도 된다.

또한, 금속층 유지 절연층도 주지이며, 구체적으로는, 절연층으로서 세라믹층(예를 들면 세라믹 기판), 즉, 절연 세라믹층을 갖는 것, 금속층 유지 세라믹층, 혹은 절연층으로서 수지층, 즉, 절연 수지층을 갖는 것, 즉, 금속층 유지 절연 수지층을 금속층 유지 절연층으로서 사용할 수 있다. 본 발명에서는, 절연 수지층을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 세라믹층을 갖는 것이라도, 정도의 차가 있다고 해도, 전술한 효과를 얻을 수 있다.

세라믹층을 갖는 것으로서는, 예를 들면, Mo/Mn(몰리브덴/망간), W(텅스텐)과 같은 금속층을, 알루미나층과 같은 세라믹층 상에 인쇄, 소성하고, 그 후 Ni(니켈), Au(금) 등을 도금함으로써 세라믹층 상에 배치한 것이 시판되고 있으며, 본 발명에서도 그와 같은 것을 사용할 수 있다.

금속층 유지 절연 수지층으로서는, 예를 들면, 동박과 같은 금속층을, 에폭시 수지 등을 글래스천에 함침한 절연 수지층에 대하여 가압함으로써, 그와 같은 절연 수지층 상에 금속층을 배치ㆍ접착한 것을 본 발명에서 사용할 수 있다. 이와 같은 금속층 유지 절연 수지층은, 금속으로 피복된 절연 수지층이라고도 불리고, 다양한 것이 시판되고 있다.

보다 상세하게는, 금속층 유지 절연 수지층은, 절연 수지층, 및 그 상에 접착된 금속층, 예를 들면 금속박, 금속 시트(박보다 두꺼움) 등의 형태의 것을 갖고 이루어지고, 다양한 것이 시판되고 있다. 절연 수지층은, 어느 적당한 절연 수지로 형성되어 있어도 되고, 예를 들면 페놀 수지, 에폭시 수지, 불소 수지와 같은 수지로 형성되어 있어도 된다. 또한, 절연 수지층은, 기재로서의 종이, 글래스천 등에 절연 수지를 함침한 것(즉, 절연 수지 함침 기재)이어도 되고, 통상적으로, 그와 같은 경우가 바람직하다.

또한, 금속층은, 어느 적당한 금속으로 형성되어 있어도 되고, 예를 들면 구리, 금, 몰리브덴/망간, 텅스텐과 같은 금속으로 형성되어 있어도 된다. 본 발명의 하나의 양태에서는, 배선 기판을 형성하기 위해서 시판되고 있는 다양한 금속층으로 피복된 수지 기판을, 본 발명의 디바이스의 금속층 유지 절연 수지층으로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 구리로 피복된 종이 기재 페놀 수지층, 구리로 피복된 종이ㆍ글래스천 기재 에폭시 수지층 등을 본 발명의 PTC 디바이스의 금속층으로 피복된 절연 수지층으로서 사용할 수 있다.

본 발명의 PTC 디바이스에서는, 금속층 유지 절연층의 금속층의 일부분의 상에 PTC 소자, 상세하게는 그 금속 전극이 배치되고, 이들이 전기적으로 접속되어 있다. 금속층의 남은 부분의 적어도 일부분 상에는 리드가 배치되고, 이들이 전기적으로 접속되어 있다.

도 1∼도 3에, 본 발명의 PTC 디바이스의 다양한 양태를 모식적 측방 단면도로 나타낸다. 또한, 전술한 바와 같이, 금속층 유지 절연 수지층을 금속층 유지 절연층으로서 이용하는 것이 바람직하므로, 이하의 보다 구체적인 설명에서는, 금속층 유지 절연 수지층을 이용하는 경우를 예로서 참조하지만, 금속층 유지 세라믹층을 이용하는 경우도 마찬가지이다.

PTC 디바이스(10)는, 금속층 유지 절연 수지층(12) 및 그 상에 배치된 PTC 소자(14)를 갖고 이루어진다. 금속층 유지 절연 수지층(12)은, 절연 수지층(16) 및 그 상에 배치된 금속층(18)을 갖고 이루어지고, 예를 들면, 금속층 유지 절연 수지층(12)을 형성할 때에, 열압착에 의해 이들이 일체로 접착되어 있다. 또한, PTC 소자는, 층 형상 PTC 요소 및 그 양측의 주표면에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지지만, 도시한 양태에서는, 이들을 구별하지 않고, 일체로 된 PTC 소자(14)로서 나타내고 있다.

PTC 소자(14)와 금속층 유지 절연 수지층(12)과의 접속은 어느 적당한 방법으로 실시해도 되고, 예를 들면, 납땜에 의해, 예를 들면 땜납 페이스트, 땜납 볼, 땜납 리본 등을 이들 사이에 배치하여 리플로우로 내에서 가열함으로써, 실시해도 된다. 따라서, 도시한 양태에서는, PTC 소자(14)의 하측의 금속 전극이, 금속층 유지 절연 수지층의 금속층(18)에 전기적으로 접속되어 있다.

본 발명의 PTC 디바이스(10)는, 도시한 바와 같이, 금속층 유지 절연 수지층의 금속층(18) 상에(상세하게는, 상기 「금속층의 남은 부분의 적어도 일부분」에 상당하는 부분의 상에) 배치된 리드(20)를 제1 리드로서 더 갖고 이루어지는 것이 바람직하다. 리드(20)는, 금속층(18)을 개재하여 PTC 소자(14), 특히 그 한쪽의 금속 전극(구체적으로는 하측 전극)을 소정의 전기 요소(예를 들면 배선 기판(112) 또는 그 접속 단자(116), 밀봉체(102) 또는 그 음극 단자(104), 다른 리드(114) 등)에 전기적으로 접속하도록 작용한다. 제1 리드는 어느 적당한 형태이어도 되고, 예를 들면, 도시한 바와 같이 스트립, 시트, 와이어 등의 형태이어도 된다. 또한, 제1 리드는 어느 적당한 재료로 되어 있어도 된다. 제1 리드(20)와 금속층(18) 사이의 접속은, 전술한 PTC 소자(14)와 금속층 유지 절연 수지층(12) 사이의 접속과 마찬가지로, 어느 적당한 방법으로 실시해도 된다.

도시한 양태에서는, PTC 소자(14)의 다른 쪽의 금속 전극(구체적으로는 상측 전극)을 다른 소정의 전기 요소에 전기적으로 접속하도록 작용하는 다른 리드(22)를 갖고 이루어진다. 본 명세서에서는, 이 다른 리드(22)를 제2 리드라고도 부르고, 전술한 제1 리드와 구별하고 있다. 이 제2 리드는, 전술한 제1 리드와 마찬가지로, 어느 적당한 형태이어도 되고, 예를 들면, 도시한 바와 같이 스트립, 시트, 와이어 등의 형태이어도 된다. 제2 리드도 어느 적당한 재료로 되어 있어도 된다. 제2 리드(22)와 PTC 소자의 금속 전극과의 사이의 접속은, 전술한 PTC 소자(14)와 금속층 유지 절연 수지층(12)과의 사이의 접속과 마찬가지로, 어느 적당한 방법으로 실시해도 된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 PTC 디바이스에서는, 제2 리드(22)와 PTC 소자(14)의 금속 전극과의 사이에 금속층(30)과 같은 다른 요소가 개재되어도 되고, 이 금속층(30)은, 금속층 유지 절연층(12)의 금속층(18)과는 전기적으로 접속되어 있지 않은 금속층(28)에 부착한 절곡 가능 리드(114)와의 사이에서 와이어 본딩되어 있다.

또한, 도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 PTC 디바이스에서, 금속층 유지 절연 수지층(12) 하측에는 양면 접착 테이프(24)가 접착되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 7의 전지 팩에 본 발명의 PTC 디바이스를 이용하는 경우, 양면 접착 테이프의 한쪽의 면은 밀봉체(102)의 외측 표면에 접착되고, 다른 쪽의 면은 금속층 유지 절연 수지층에 접착된다. 이 양태에서는, 본 발명의 PTC 디바이스를 양면 접착 테이프(24)에 의해 적당한 기재(예를 들면, 밀봉체와 같은 PTC 디바이스를 위치시키는 전기 요소)에 부착할 수 있다.

적당한 기재로서의 예를 들면 밀봉체에 부착하는 경우, 양면 접착 테이프(24)의 하측부터 제2 리드(22)(도 1의 경우) 또는 제1 리드(20)(도 2 또는 도 3의 경우)의 하측까지의 거리(「t」로 도시함)를, 밀봉체의 표면으로부터 음극 단자가 돌출되어 있는 높이(도 4에서 「t'」로 나타냄)와 실질적으로 동일하게 하고, 밀봉체 상에 도 1 또는 도 2 혹은 도 3의 PTC 디바이스를 배치하면, 제2 리드 또는 제1 리드의 하면이 정확히 음극 단자 상에 위치하는 상태(즉, 제2 리드 또는 제1 리드의 하면의 레벨과, 음극 단자의 꼭대기부의 레벨이 실질적으로 일치하는 상태)로 되고, 그와 같은 상태에서 리드와 음극 단자를 예를 들면 용접하여 전기적으로 접속하면, 이 접속에 의해 PTC 소자에 작용하는 불필요한 힘이 최소한으로 된다.

또한, 도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 PTC 디바이스에서, PTC 소자(14)를 수지(26)에 의해 밀봉하는 것이 바람직하다. 이 수지는, PTC 요소에 포함되는 도전성 필러가 산화되는 것을 방지하는 기능을 갖고, 예를 들면 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 따라서, PTC 소자(14)를 구성하는 PTC 요소의 적어도 노출부, 바람직하게는 PTC 소자의 노출부 전체를 덮도록 공급되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 수지에 의해 밀봉함으로써, PTC 요소에 포함되는 도전성 필러가 산화되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과, PTC 소자의 저항의 증가를 가급적 억제할 수 있다.

도 1에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 전기 장치로서의 전지 팩(100)을 도 4에, 도 1과 마찬가지로 모식적 측방 단면도로 나타낸다. 도 4에서, 본 발명의 PTC 디바이스(10)는, 그 제2 리드(22)가 전지 팩(100)의 음극 단자(104)에 용접되어 있다. 금속층 유지 절연 수지층(12)의 금속층(18) 상에는 제1 리드(20)가 배치되고, 제1 리드(20)는, 그것에 접속된 다른 리드로서의 리드(114)를 개재하여 배선 기판(112)에 접속되어 있다. 도시한 양태에서는, 제1 리드(20)와 다른 리드(114)가 용접되고, 또한, 다른 리드(114)와 배선 기판(112)(상세하게는 그 접속 단자(116))이 용접되어 있다. 또한, 용접 개소를 검은 동그라미 표시로 나타내고 있다. 다른 리드(114)는, 절곡 가능한 리드이며, 배선 기판(112)의 접속 단자(116)와 접속한 후, 도시한 바와 같이 절곡하여, 그 결과, 배선 기판(112)이 PTC 소자(14)의 상방에 위치하도록 할 수 있다.

도 4에 도시한 양태에서는, 본 발명의 PTC 디바이스는, 제2 리드(22)가 밀봉체(102)로부터 상방으로 돌출되는 음극 단자(104) 상에 정확히 위치하는 상태에서, 양면 접착 테이프(24)에 의해 밀봉체(102)(즉, 전지 팩의 상단부)에 고정되어 있다. 이 경우, PTC 소자(14)에 실질적으로 불필요한 힘이 작용하지 않아, PTC 디바이스(10)를 밀봉체(102) 상에 위치 결정할 수 있다. 또한, 이와 같이 확고하게 위치 결정된 PTC 디바이스의 제1 리드(20)에 다른 리드(114)를 접속하는 경우, 그 접속 시에도 PTC 소자(14)에 불필요한 힘이 작용하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 양면 접착 테이프를 이용하는 것 대신에, 그 두께에 상당하는 두께를 여분으로 갖는 절연 수지층(16)을 갖는 PTC 디바이스를 이용할 수도 있다. 이 경우, PTC 디바이스(10)를 밀봉체(102)에 고정할 수는 없지만, 금속층 유지 절연 수지층(12)과 PTC 소자(14)의 두께의 합이 음극 단자(104)의 돌출 높이와 실질적으로 동일하기 때문에, 밀봉체(102) 상에서 PTC 디바이스가 실질적으로 음극 단자의 돌출 방향에 대하여 위치 결정된다. 이 경우도, PTC 소자에 작용할 수 있는 불필요한 힘을 가급적 줄일 수 있다.

도 2에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스(10)를 내장한 전기 장치로서의 전지 팩(100)을 도 5에, 도 1과 마찬가지로 모식적 측방 단면도로 나타낸다. 도 5에서, 본 발명의 PTC 디바이스(10)는, 그 제1 리드(20)가 전지 팩의 음극 단자(104)에 용접되어 있다. 금속층 유지 절연 수지층(12)의 금속층(18) 상에는 제1 리드(20)가 배치되고, 제2 리드(22)는, 와이어(예를 들면 Al 와이어)의 형태이며, 일단은, PTC 소자의 전극 상에 필요에 따라서 형성한 금속층(30) 상에 와이어 본딩되고, 타단은, 금속층 유지 절연 수지층의 다른 금속층(28)(즉, 금속층(18)과는 전기적으로 접속되어 있지 않은 금속층) 상에 설치한 절곡 가능 리드(114)(도 5에서는 절곡한 상태)에 접속되고, 이 리드(114)가 배선 기판(112)의 접속 단자(116)에 예를 들면 용접에 의해 접속되어 있다. 또한, 도 4와 마찬가지로 용접 개소를 검은 동그라미 표시로 나타내고 있다.

도시한 양태에서는, 도 4에 도시한 양태와 마찬가지로, 금속층 유지 절연 수지층(12)과 양면 접착 테이프(24)의 두께의 합이 음극 단자(104)의 돌출 높이와 동일하게 되도록 구성되어 있고, 도 4의 경우와 마찬가지로, 이 양태에서도 PTC 소자가 실질적으로 위치 결정된다.

도 3에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 전기 장치로서의 전지 팩을 도 6에, 도 1과 마찬가지로 모식적 측방 단면도로 나타낸다. 도 6의 양태에서는, 도 5의 양태와 마찬가지로, 본 발명의 PTC 디바이스(10)는, 그 제1 리드(20)가 전지 팩의 음극 단자(104)에 용접되어 있다. PTC 소자의 상측에는 제2 리드(22)가 설치되고, 이것에 절곡 가능 리드(114)(도 6에서는 절곡한 상태)가 예를 들면 용접에 의해 접속되고, 이 리드(114)가 배선 기판(112)의 접속 단자(116)에 접속되어 있다. 또한, 도 4와 마찬가지로 용접 개소를 검은 동그라미 표시로 나타내고 있다.

도시한 양태에서도, 도 5의 양태와 마찬가지로, 금속층 유지 절연 수지층(12)과 양면 접착 테이프(24)의 두께의 합이 음극 단자(114)의 돌출 높이와 동일하게 되도록 구성되어 있고, 도 5의 경우와 마찬가지로, 이 양태에서도 PTC 소자가 실질적으로 위치 결정된다.

도 4∼도 6의 양태에서, PTC 소자(14)가 실질적으로 안정된 상태에서 금속층 유지 절연 수지층(12)에 위치 결정되어 있으므로, PTC 소자(14)에 작용할 수 있는 불필요한 힘을 가급적 줄일 수 있고, 그 결과, PTC 소자의 저항의 증가를 가급적 억제할 수 있다. 또한, 도 4∼도 7에서, 음극 단자(104)의 주위에 공급된 절연 수지(124)도 도시하고 있다.

또한, 도 4∼도 6에 도시한 양태를 비교하면 명백해지는 바와 같이, 도 5에 도시한 양태와 같이 금속층 유지 절연 수지층(12)의 금속 전극(18)을, 리드(20)를 개재하여 음극 단자(104)에 접속하는 양태에서는, 도 4 및 도 6의 양태와 같이 금속층 유지 절연 수지층(12)에 접속되어 있지 않은 PTC 소자의 금속 전극을 리드(22 또는 20)를 개재하여 음극 단자(104)에 접속하는 양태보다, 배선 기판(112)의 위치가 상대적으로 낮다. 실제로, 배선 기판(112)은, PTC 소자의 두께분만큼 낮게 위치할 수 있다. 이것은, 도 4 및 도 6의 양태를 채용하면, 배선 기판을 포함한 전지 팩의 크기가 상대적으로 콤팩트하게 되는 것을 의미한다.

본 발명의 PTC 디바이스(예를 들면 도 1에 도시한 디바이스)를 이용하면, 다음의 공정 (1)∼(3)을 포함하는 제조 방법에 의해, PTC 디바이스를 개재하여 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))에 접속한 본 발명의 전기 또는 전자 장치(예를 들면 도 4에 도시한 바와 같은 전지 팩(100))를 제조할 수 있다:

(1) 처음에, PTC 소자(14) 및 금속층 유지 절연층(12)을 갖는 전술한 본 발명의 PTC 디바이스(10)를 준비한다; 다음으로,

(2) 금속층 유지 절연층의 금속층(18)과 리드(20)를 접속하고, 또한, 금속 유지 절연층이 접속되어 있지 않은 측에 위치하는, PTC 소자의 금속 전극과 리드(22)를 접속한다; 그 후,

(3) 리드(20)와 그 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 접속하고, 리드(22)와 그 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))를 접속한다.

용이하게 이해할 수 있도록, 상기 전기 장치의 제조 방법에서의 공정 (1) 및 (2)는, 도 1에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법에 상당한다.

본 발명의 PTC 디바이스(예를 들면 도 2에 도시한 디바이스)를 이용하면, 다른 양태에서는, 다음의 공정 (A)∼(C)를 포함하는 제조 방법에 의해, PTC 디바이스를 개재하여 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))에 접속한 본 발명의 전기 또는 전자 장치(예를 들면 도 5에 도시한 바와 같은 전지 팩(100))를 제조할 수 있다:

(A) 처음에, PTC 소자(14) 및 금속층 유지 절연층(12)을 갖는 전술한 본 발명의 PTC 디바이스(10)를 준비한다; 다음으로,

(B) 금속층 유지 절연층의 금속층(18)과 리드(20)를 접속하고, 또한, 금속층이 접속되어 있지 않은 측에 위치하는, PTC 소자의 금속 전극과 금속 유지 절연층의 금속층으로부터 독립된, 절연층 상의 다른 금속층(28)에 설치한 리드(114)를 리드(22)에 의해 접속한다; 그 후,

(C) 리드(114)와 그 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 접속하고, 리드(20)와 그 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))를 접속한다.

용이하게 이해할 수 있도록, 상기 전기 장치의 제조 방법에서의 공정 (A) 및 (B)는, 도 2에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법에 상당한다.

본 발명의 PTC 디바이스(예를 들면 도 3에 도시한 디바이스)를 이용하면, 또 다른 양태에서는, 다음의 공정 (a)∼(c)를 포함하는 제조 방법에 의해, PTC 디바이스를 개재하여 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))에 접속한 본 발명의 전기 또는 전자 장치(예를 들면 도 6에 도시한 바와 같은 전지 팩(100))를 제조할 수 있다:

(a) 처음에, PTC 소자(14) 및 금속층 유지 절연층(12)을 갖는 전술한 본 발명의 PTC 디바이스(10)를 준비한다; 다음으로,

(b) 금속층 유지 절연층의 금속층(18)과 리드(20)를 접속하고, 또한, 금속층이 접속되어 있지 않은 측에 위치하는, PTC 소자의 금속 전극과 리드(22)를 접속한다; 그 후,

(c) 리드(22)와 그 한쪽의 전기 요소(예를 들면 보호 회로를 갖는 기판(112))를 접속하고, 리드(20)와 그 다른 쪽의 전기 요소(예를 들면 밀봉체(102), 상세하게는 그 음극 단자(104))를 접속한다.

용이하게 이해할 수 있도록, 상기 전기 장치의 제조 방법에서의 공정 (a) 및 (b)는, 도 3에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법에 상당한다.

또한, 전술한 공정 (2), (3), (B), (C), (b) 및 (c)에서의 접속은 전기적으로 접속할 수 있는 것이면, 어느 적당한 방법으로 실시해도 된다. 구체적으로는, 접속해야 할 대상물을 직접적으로 접속해도 되고(예를 들면 용접을 이용하는 경우), 혹은 간접적으로 실시해도 된다(예를 들면 접속해야 할 대상물의 사이에 도전성 요소(절곡 가능 리드(114)와 같은 다른 리드, 땜납 재료와 같은 도전성 재료 등)를 개재하여 접속하는 경우).

바람직한 양태에서는, 공정 (2) 및 (b)는, 땜납 재료를 이용한 리플로우에 의한 간접적 접속에 의해 실시하고, 공정 (3), (C) 및 (c)는, 용접에 의한 직접적인 접속, 또는 필요에 따라서 다양한 형태의 리드(114)를 개재시켜 용접하는 간접적인 접속에 의해 실시한다.

또한, 공정 (B)에 대해서는, 금속층 유지 절연층의 금속층(18)과 리드(20)를, 예를 들면 땜납 재료를 이용하여 리플로우에 의해, 간접적으로 접속하고, 또한, 금속층(18)이 접속되어 있지 않은 측에 위치하는, PTC 소자의 금속 전극과, 금속 유지 절연층의 금속층으로부터 독립된, 절연층 상의 다른 금속층(28)에 설치한 리드(114)를, PTC 소자(14)의 금속 전극 상에 배치한 금속층(30)에 일단을 접속한 리드(22)에 의해, 예를 들면 와이어 본딩에 의해, 간접적으로 접속한다.

본 발명의 PTC 디바이스에서는, 금속층 유지 절연 수지층 상에 PTC 소자가 배치되어 있으므로, PTC 소자에 작용하는 불필요한 힘을 가급적 줄일 수 있어, PTC 소자의 저항의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 본 출원은, 일본 특허 출원 제2008-180156호(출원일 : 2008년 7월 10일, 발명의 명칭 : PTC 디바이스 및 그것을 갖는 전기 장치)에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 일본 출원에 기재되어 있는 사항은, 여기서 참조함으로써, 본원 명세서에 포함되어, 그 일부분을 구성한다.

10 : PTC 디바이스
12 : 금속층 유지 절연 수지층
14 : PTC 소자
16 : 절연 수지층
18 : 금속층
20 : 제1 리드
22 : 제2 리드
24 : 양면 접착 테이프
26 : 밀봉 수지
30 : 금속층
100 : 전지 팩
102 : 밀봉체
104 : 음극 단자
106 : PTC 소자
108 : 하측 리드
110 : 상측 리드
112 : 배선 기판
114 : 리드
116 : 접속 단자
118 : 절연 수지층
120 : 밀봉 수지
122 : 양면 접착 테이프
124 : 절연 수지

Claims (11)

1. 층 형상 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자, 및
   절연층 및 그 한쪽의 주표면에 배치된 금속층을 갖고 이루어지는 금속층 유지 절연층으로서, 금속층 상에 PTC 소자의 한쪽의 금속 전극이 배치되고 이들이 전기적으로 접속되어 있는 금속층 유지 절연층을 갖고 이루어지는 PTC 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   PTC 소자의 다른 쪽의 금속 전극 또는 금속층 유지 절연층의 금속층 상에 배치된 리드를 더 갖고 이루어지는 PTC 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   리드는, 금속층 유지 절연층의 금속층 상에 배치되는 제1 리드로서 기능하고,
   PTC 소자의 다른 쪽의 금속 전극은 소정의 기판에 전기적으로 접속된 제2 리드를 더 갖고 이루어지는 PTC 디바이스.
4. 제2항에 있어서,
   리드는, PTC 소자의 다른 쪽의 금속 전극 상에 배치되는 제1 리드로서 기능하고,
   금속층 유지 절연층의 금속층에 전기적으로 접속된 제2 리드를 더 갖고 이루어지는 PTC 디바이스.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   제1 리드는 소정의 전기 요소에 전기적으로 접속되도록 형성되어 있는 PTC 디바이스.
6. 제5항에 있어서,
   소정의 전기 요소는, 전지 팩의 음극 단자인 PTC 디바이스.
7. 제6항에 있어서,
   제2 리드는 다른 전기 요소에 전기적으로 접속되도록 형성되어 있는 PTC 디바이스.
8. 제7항에 있어서,
   다른 전기 요소는, 소정의 전기 요소에 대하여 회로 보호 디바이스로서 PTC 디바이스를 기능시키는 배선 기판인 PTC 디바이스.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   금속층 유지 절연층은, 절연층으로서 절연 수지층을 갖고 이루어지는 금속층으로 피복된 절연 수지층인 PTC 디바이스.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 PTC 디바이스를 갖고 이루어지는 전기 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 전기 장치는 전지 팩인 전기 장치.

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