DE69938146T2

DE69938146T2 - Ptc-chip-thermistor

Info

Publication number: DE69938146T2
Application number: DE69938146T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Hirakata-shi IWAO; Koichi Sakai-shi MORIMOTO; Kiyoshi Nishinomiya-shi IKEUCHI; Junji Hirakata-shi KOJIMA; Takashi Osaka-shi IKEDA
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: EP1130606A1; CN1192398C; DE69938146D1; EP1130606B1; JP2000188205A; EP1130606A4; CN1331832A; TW432402B; WO2000024010A1; US6593844B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Chip-Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten (hiernach PTC: positive temperature coefficient) mit leitfähigen Polymeren, die PTC-Eigenschaften besitzen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen PTC-Laminatchip-Thermistor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
PTC-Thermistoren sind als ein Überstromschutzelement verwendet worden. Wenn ein elektrischer Stromkreis überlastet wird, geben leitfähige Polymere eines PTC-Thermistors, die PTC-Eigenschaften besitzen, Wärme ab und dehnen sich thermisch aus, um einen hohen Widerstand anzunehmen, wodurch der Strom im Stromkreis auf ein sicheres, niedriges Stromniveau verringert wird.
Die folgenden Ausführungen sind eine Beschreibung eines herkömmlichen PTC-Laminatchip-Thermistors (hiernach PTC-Thermistor).
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H9-69416 wird ein Aufbau der herkömmlichen PTC-Chipthermistoren offenbart. Eine Folie aus leitfähigem Polymer und eine Innenelektrode aus Metallfolie werden abwechselnd so laminiert, dass die Anzahl der Folien aus leitfähigem Polymer grösser als zwei ist, um ein PTC-Thermistorelement zu liefern. Anschlüsse, die jeweils mit den entgegengesetzten Innenelektroden verbunden sind, werden auf einander gegenüber liegenden Seitenflächen vorgesehen, um einen fertigen PTC-Chipthermistor zu vervollständigen.
20 ist ein Querschnitt durch einen herkömmlichen PTC-Chipthermistor. Auf 20 Bezug nehmend, wird leitfähiges Polymer 1 aus Polyethylen oder einem ähnlichen hochpolymeren Folienmaterial, gemischt mit Russ oder ähnlichen leitenden Teilchen, gebildet und vernetzt. Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d, die aus einem leitenden Material bestehen, und eine leitende Polymerfolie 1 werden laminiert, um ein PTC-Thermistorelement 3 zu bilden. An den Seitenflächen des Thermistorelements 3 sind Anschlüsse 4a und 4b vorgesehen, die an die Innenelektroden 2a, 2c bzw. 2b, 2d angeschlossen sind.
Der eben beschriebene Aufbau herkömmlicher PTC-Thermistoren weist aber die folgenden Probleme auf, wenn sie kleiner gemacht oder für höhere Ströme befähigt werden sollen.
Um einen PTC-Thermistor kompakt zu machen und zu befähigen, höhere Ströme zu bewältigen, muss der Gleichstromwiderstand des PTC-Thermistors verringert werden. Zur Verringerung des spezifischen Widerstandes des leitfähigen Polymers 1 ist eine Vergrösserung der Menge der im leitfähigen Polymer enthaltenen leitenden Teilchen wirksam. Diese vermehrten leitenden Teilchen bewirken aber eine Verschlechterung der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes, was, da es eine PTC-Schlüsseleigenschaft ist, eine Abschaltung des elektrischen Stromes beim Eintreten einer Anomalie erschwert.
Der Widerstand kann auch verringert werden, indem die Dicke des zwischen die Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d gelegten leitfähigen Polymers 1 verringert wird. Diese Massnahme führt aber wie im vorangehenden Beispiel ebenfalls zu einer Verschlechterung der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes und zu einer verringerten Spannungsfestigkeit.
Weiter kann der Widerstand auch durch eine Vergrössering der einander gegenüber liegenden Flächen der Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d verringert werden. Die einander gegenüber liegenden Flächen können durch eine Vergrösserung der Anzahl der laminierten Schichten vergrössert werden. Die vermehrten Schichten ergeben aber einen dickeren laminierten Körper, was leicht zu einer verringerten Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen den Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d und den Anschlüssen 4a, 4b führt, die durch mechanische Spannungen beeinträchtigt wird, die durch die Ausdehnung des leitfähigen Polymers 1 verursacht werden. Somit besteht eine Begrenzung bei der Vergrösserung der Anzahl von Schichten.
Daher muss, um den Widerstand zu verringern, die effektive, gegenüber liegende Fläche pro Schicht vergrössert werden, indem der Abstand zwischen den Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d und den Anschlüssen 4a, 4b verkleinert wird. Jedoch wird der Anteil des leitfähigen Polymers 1, das sich in der Nähe der Anschlüsse 4a, 4b befindet, physisch durch die Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d beschränkt, was bedeutet, dass das leitfähige Polymer 1 sich nicht leicht ausdehnen kann. Daher bleibt, wenn ein Überstrom eine Ausdehnung des leitfähigen Polymers 1 verursacht, die Ausdehnung in der Nähe der Anschlüsse 4a, 4b gering, wodurch der spezifische Widerstand in diesem Bereich im Ver hältnis zu dem in anderen Bereichen klein bleibt. Dadurch ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes bei einem PTC-Thermistor beeinträchtigt, bei dem der Abstand zwischen den Innenelektroden 2a, 2b, 2c, 2d und den Anschlüssen 4a, 4b klein ist. Daher bestand bei den PTC-Thermistoren das Problem, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes niedrig werden kann, wenn die Verringerung des Widerstandes durch die Einführung eines laminierten Aufbaus und durch eine Vergrösserung der einander gegenüber liegenden, effektiven Flächen realisiert werden sollte.
Die vorliegende Erfindung visiert die obigen Nachteile an und stellt sich das Ziel, einen PTC-Chipthermistor zu schaffen, der in seiner Gestalt kompakt ist, aber in Hochstromanwendungen mit einer genügend hohen Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstands brauchbar ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein PTC-Chipthermistor der vorliegenden Erfindung umfasst:

a) ein leitfähiges Polymer, das PTC-Eigenschaften besitzt;
b) eine erste Aussenelektrode in Berührung mit dem leitfähigen Polymer;
c) eine zweite Aussenelektrode, die zusammen mit der ersten Aussenelektrode das leitfähige Polymer sandwichartig umgibt;
d) eine oder mehr als eine Innenelektrode, die zwischen der ersten und zweiten Aussenelektrode und parallel zu ihnen angeordnet und vom leitfähigen Polymer sandwichartig umgeben ist;
e) eine erste Elektrode, die elektrisch direkt mit der ersten Aussenelektrode gekoppelt ist; und
f) eine zweite Elektrode, die elektrisch unabhängig von der ersten Elektrode angeordnet ist;

Im obigen PTC-Thermistor wird der Abstand von der ungeradzahligen Innenelektrode zur ersten Elektrode oder der Abstand von der geradzahligen Innenelektrode zur zweiten Elektrode als „a" definiert,
während der Abstand zwischen einander benachbarten Innenelektroden oder der Abstand von einer der ersten Aussenelektrode oder der zweiten Aussenelektrode benachbarten Innenelektrode zur ersten Aussenelektrode bzw. zur zweiten Aussenelektrode als „t" definiert wird, und
„a" und „t" einer Beziehung von alt = 3 bis 6 genügen.
In einer Struktur, die die oben beschriebene Anforderung erfüllt, kann der Widerstand eines PTC-Thermistors klein gehalten werden, und gleichzeitig kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes genügend gross gemacht werden. Somit können die PTC-Thermistoren der vorliegenden Erfindung trotz ihrer kompakten Grösse für Hochstromanwendungen verwendet werden und bieten eine genügende Befähigung für die Verhinderung eines Überstromes. Der Ausdruck „Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes", der hier im Zusammenhang mit PTC-Thermistoren verwendet wird, ist als das Verhältnis des Widerstandes bei einem Überstrom zum Widerstand bei einem normalen Strom definiert. Die PTC-Thermistoren, die der vorliegenden Erfindung entsprechen, erhalten die oben beschriebenen Funktionen und Fähigkeiten, indem die Parameter so kontrolliert werden, dass a/t = 3 bis 6.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine perspektivische Ansicht eines PTC-Thermistors gemäss einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1(b) ist eine geschnittene Ansicht entlang der Linie A–A' in 1(a).
2(a) bis (c) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der ersten Ausführungsform zeigen.
3(a) bis (e) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
4(a) ist eine Auftragung, die ein Beispiel für die Widerstand-Temperatur-Beziehung in der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
4(b) ist ein Auftragung, die Ergebnisse einer Messung in der ersten beispielhaften Ausführungsform bei 125°C zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht eines PTC-Thermistors in der ersten beispielhaften Ausführungsform.
6(a) und (b) sind Querschnittsansichten, die weitere Muster von PTC-Thermistoren gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
7 ist eine Querschnittsansicht, die noch ein weiteres Beispiel in der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen PTC-Thermistor gemäss einer zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
9(a) bis (c) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
10(a) bis (c) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einen PTC-Thermistor gemäss der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
12(a) und (b) sind Querschnittsansichten von PTC-Thermistoren in der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel eines PTC-Thermistors gemäss der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
14 ist eine Querschnittsansicht, die einen PTC-Thermistor gemäss einer dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
15(a) bis (c) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
16(a) bis (c) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Thermistors in der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
17 ist eine Querschnittsansicht, die einen PTC-Thermistor gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
18(a) und (b) sind Querschnittsansichten von PTC-Thermistoren in der dritten Ausführungsform.
19 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel eines PTC-Thermistors gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
20 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen PTC-Thermistors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste beispielhafte Ausführungsform
Ein PTC-Thermistor gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1(a) ist eine perspektivische Ansicht eines PTC-Thermistors gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist die entlang der Linie A-A' in 1(a) gesehene Querschnittsansicht.
Auf 1(a) und (b) Bezug nehmend, ist ein leitfähiges Polymer 11 ein Gemisch aus Niederdruck-Polyethylen, das eines der kristallinen Polymere ist, und Russ, der ein leitendes Teilchen ist. Das leitfähige Polymer 11 besitzt die PTC-Eigenschaften. Eine erste Aussenelektrode 12a ist auf einer ersten Oberfläche des leitfähigen Polymers 11 angebracht, eine zweite Aussenelektrode 12b ist auf der zur ersten Oberfläche entgegengesetzten zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 11 angebracht. Die erste und zweite Aussenelektrode bestehen beide aus Metallfolie wie Kupfer, Nickel und dergleichen. Eine erste Elektrode 13a, die einen Nickelüberzug umfasst, ist dafür vorgesehen, die gesamte Oberfläche einer der Seitenflächen des leitfähigen Polymers 11 sowie Endabschnitte der ersten Aussenelektrode 12a und der zweiten Aussenelektrode 12b, die dadurch elektrisch verbunden werden, zu bedecken. Eine zweite Elektrode 13b, die einen Nickelüberzug umfasst, ist dafür vorgesehen, die gesamte Oberfläche der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers 11 sowie Endabschnitte der ersten und zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 11 zu bedecken. Eine erste und eine zweite Schutzschicht 14a und 14b bestehen aus einem epoxid-modifizierten Acrylharz und sind auf die Aussenseite der ersten und zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 11 aufgebracht. Eine Innenelektrode 15 besteht aus einer Metallfolie wie Kupfer, Nickel und dergleichen, ist im leitfähigen Polymer 11 parallel zu den Aussenelektroden 12a und 12b untergebracht und mit der Seitenelektrode 13b elektrisch verbunden.
Ein Verfahren zur Herstellung des wie oben konfigurierten PTC-Thermistors gemäss der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
2(a) bis (c) und 3(a) bis (e) sind Prozessablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung des PTC-Thermistors in der ersten Ausführungsform zeigen.
Zuerst wird eine 0,16 mm dicke Folie 21 aus leitfähigem Polymer, die in 2(a) gezeigt ist, hergestellt, indem während 20 Minuten die folgenden Materialien in einer Zweiwalzen-Heisspresse bei ungefähr 170°C vermischt werden und das Gemisch dann in Folienform aus der Zweiwalzenpresse herausgezogen wird:
42 Gewichtsprozent (Gew.%) Niederdruck-Polyethylen mit einer Kristallinität von 70 bis 90%;
57 Gew.% Furnace-Russ mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 58 nm und einer spezifischen Oberfläche von 38 m²/g, und
1 Gew.% eines Antioxidans.
Eine etwa 80 μm dicke Elektrolytkupferfolie wird in einer Metallform gepresst, um ein Muster von Elektroden 22 zu bilden, wie es in 2(b) gezeigt wird. Eine in 2(b) gezeigte Rille 28 ist vorhanden, um Lücken zwischen der Seitenelektrode und der Aussenelektrode oder der Innenelektrode zu schaffen, so dass die betreffenden Elektroden durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, nachdem sie in einer späteren Prozessstufe in unabhängige Stücke zerteilt worden sind. Eine Rille 29 ist vorhanden, um Grate an der Elektrolytkupferfolie zu verhindern, indem die Fläche der während des Zerteilungsprozesses zerschnittenen Elektrolytkupferfolie verringert wird. Die Rille 29 verhindert es auch, dass ein Anschnitt der Elektrolytkupferfolie der Atmosphäre ausgesetzt wird. Wenn ein Anschnitt frei liegt, kann er oxidiert werden oder durch Lot während der Montage eines fertigen Thermistors Kurzschlüsse bewirken.
Die gemusterten Elektroden 22 bilden die Aussenelektrode 12a, die Aussenelektrode 12b oder die Innenelektrode 15 in einem fertigen PTC-Thermistor.
Wie in 2(c) gezeigt, werden zwei leitende Polymerfolien 21 und drei Folien gemusterter Elektroden 22 abwechselnd gestapelt, so dass die gemusterten Elektroden 22 die äussersten Schichten bilden. Das Laminat wird während einer Minute bei 175°C in einer Vakuum-Heisspresse in einem Vakuum von 20 Torr und unter einem Druck von 75 kg/cm² heissgepresst, um eine erste integrierte Folie 23 zu bilden, die in 3(a) gezeigt ist.
Die erste integrierte Folie 23 wird (während einer Stunde bei 110 bis 120°C) hitzebehandelt und dann in einer Elektronenstrahlmaschine bei etwa 40 Mrad bestrahlt, um das Niederdruck-Polyethylen zu vernetzen.
Wie in 3(b) gezeigt, werden dann lange, schmale Öffnungen 24 in einem vorbestimmten Abstand mit einem Schneidwerkzeug geschaffen, und zwar so, dass ein zwischen den Öffnungen gelassener Raum der Länge der längeren Seiten eines fertigen PTC-Thermistors entspricht.
Die mit den Öffnungen 24 versehene erste Folie 23 wird auf der Ober- und Unterseite mit einem UV-härtbaren und hitze-härtbaren, epoxid-modifizierten Acrylharz siebbedruckt, wobei ein Bereich in der Nähe der Öffnungen 24 ausgelassen wird. Dann wird die Folie in einem UV-Härteofen erst auf der einen, dann auf der anderen Seite vorgehärtet, schliesslich wird sie in einem Heisshärteofen auf beiden Seiten gleichzeitig ausgehärtet, um eine Schutzschicht 25 zu bilden. Die Schutzschicht 25 bildet in einem fertigen PTC-Thermistor einen ersten Schutzüberzug 14a und einen zweiten Schutzüberzug 14b.
Auf 3(d) Bezug nehmend, wird die erste Folie 23 dann ganz in ein Nickelsulfamatbad eingetaucht und mit einem etwa 20 μm dicken Nickelüberzug versehen, um Seitenelektroden 26 zu bilden, indem die Innenwände der Öffnungen 24 sowie Abschnitte der Folie 23 überzogen werden, die nicht mit der Schutzschicht 25 beschichtet wurden. Die Abscheidungsbedingungen sind eine Stromdichte von 4 A/dm² und eine Zeitdauer von etwa 40 Minuten. Die in 3(d) gezeigte Folie 23 wird dann in individuelle Elemente zertrennt, um einen fertigen PTC-Chipthermistor 27 der vorliegenden Erfindung, wie er in 3(e) gezeigt wird, fertigzustellen.
Im Folgenden werden nunmehr die Gründe beschrieben, warum gemäss der vorliegenden Erfindung das Verhältnis alt so eingestellt werden muss, dass es innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, damit ein PTC-Thermistor eine genügend hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes erlangt. Hier ist „a" ein Abstand zwischen der Seitenelektrode 13a und der Innenelektrode 15, „t" ist eine Dicke des zwischen der Innenelektrode 15 und der Aussenelektrode 12a oder 12b angeordneten leitfähigen Polymers 11 in 1.
Wie bereits beschrieben, verschlechtert sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes eines PTC-Thermistors, wenn der Abstand „a" zwischen der Innenelektrode 15 und der ersten Seitenelektrode 13a klein ist. Daher muss der Abstand „a" so eingestellt werden, dass er keine Verschlechterung in der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes verursacht. Inzwischen sind die PTC-Thermistoren mit einer laminierten Struktur hergestellt worden, um bei normaler Temperatur einen niedrigen Widerstand zu erhalten; daher darf der Abstand „a" nicht sehr gross sein, wenn die wirksamen, einander gegenüber liegenden Flächen der Aussenelektrode 12a oder der Aussenelektrode 12b und der Innenelektrode 15 gross genug sein sollen.
Gemäss dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Herstellungsverfahren wurden die folgenden Muster hergestellt. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 11 zwischen der Aussenelektrode 12a oder der Aussenelektrode 12b und der Innenelektrode 15 wird auf 0,15 mm festgelegt; während Elektrolytkupferfolien zu entsprechenden Muster geformt werden, in denen der Abstand „a" zwischen der Seitenelektrode 13a und der Innenelektrode 15 in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wird.
Diese Muster wurden geprüft, um Unterschiede in der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes zu bestätigen, die durch Unterschiede im Abstand „a" verursacht sein könnten.
Je fünf Muster, bei denen der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde, wurden auf eine gedruckte Leiterplatte montiert und in eine Heizkammer gelegt. Die Temperatur der Kammer wurde mit einer Geschwindigkeit von 2°C pro Minute von 25°C auf 150°C erhöht, und der Widerstand wurde bei jeder Temperatur gemessen. 4(a) zeigt ein Beispiel der Widerstand-Temperatur-Kennlinie für die Muster mit Werten von 0,15 mm und 0,9 mm für „a". 4(b) zeigt eine Beziehung zwischen dem Widerstand bei 125°C (R125) und dem Verhältnis alt, wobei „a" der Abstand und „t" die Dicke des leitfähigen Polymers ist. Aus 4(a) und (b) wurde bestätigt, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch genug wird, wenn der Wert von alt grösser als drei ist, und insbesondere, wenn er grösser als vier ist. Es wurde ferner bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich verändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser annimmt, aber wenn a/t einen Wert von sechs oder grösser hat, dann steigt der Anfangswiderstand (25°C) an.
Da die vorliegende Erfindung darauf abzielt, einen PTC-Thermistor zur Verfügung zu stellen, der sich für Hochstromanwendungen eignet, wird der hohe Anfangswiderstand nicht bevorzugt. Daher liegt der Bereich der Werte von alt, der sich für die vorliegende Erfindung eignet, nicht unterhalb von drei und nicht oberhalb von sechs; vorzugsweise nicht unterhalb von vier und nicht oberhalb von sechs.
Als Nächstes wurden Muster eines weiteren PTC-Chipthermistortyps hergestellt, indem die leitende Polymerfolie 21 auf beide Oberflächen der Folie 23 aufgebracht wurde, die gemäss dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform hergestellt worden war, wobei sich die Aussenelektroden 12a, 12b im Inneren des leitfähigen Polymers 11 befinden. Eine Folie 23, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren der vorliegenden Ausführungsform hergestellt worden war, wurde sandwichartig zwischen leitende Polymerfolien 21 gelegt und der Stapel heissgepresst. Dann wurden Muster von PTC-Chipthermistoren nach der gleichen, zuvor beschriebenen Prozedur der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des PTC-Chipthermistors. Auf 5 Bezug nehmend, wird die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 11 auf 0,15 festgelegt, während der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wird. Die Elektrolytkupferfolien werden zu entsprechenden Mustern geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 125°C zu messen, und die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandswertes wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Muster die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn der Wert von alt grösser als drei ist, und insbesondere, wenn er grösser als vier ist. Wenn der Wert von alt grösser als sechs ist, zeigt die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes keine wesentliche Änderung, aber der Anfangswiderstand (25°C) wird hoch.
Mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen den Aussenelektroden 12a, 12b und der Seitenelektrode 13a sowie die der Verbindung zwischen der Innenelektrode 15 und der Seitenelektrode 13b zu verbessern, wurden als Nächstes PTC-Chipthermistormuster hergestellt, in denen, wie in 6(a) und (b) gezeigt, eine erste Teilelektrode 16a in der gleichen Ebene wie die erste Aussenelektrode 12a angebracht wird, wobei die Elektrode 16a von der Aussenelektrode 12a unabhängig und mit der Seitenelektrode 13b verbunden ist. Eine zweite Teilelektrode 16b wird in der gleichen Ebene wie die Aussenelektrode 12b angebracht, wobei die Teilelektrode 16b von der Aussenelektrode 12b unabhängig und mit der Seitenelektrode 13b verbunden ist. Weiter wird eine innere Teilelektrode 17 in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 15 angebracht, wobei die innere Teilelektrode 17 von der Innenelektrode 15 unabhängig und mit der ersten Seiten elektrode 13a verbunden ist. Der Begriff „unabhängig" bedeutet, dass keine direkte elektrische Verbindung besteht, aber bedeutet nicht, dass eine elektrische Kopplung über das leitfähige Polymer ausgeschlossen wäre.
Die Muster wurden auf die folgende Weise hergestellt.
Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 11 wurde auf 0,15 mm festgelegt; jeder der Abstände zwischen der Teilelektrode 16a und der Aussenelektrode 12a, zwischen der Teilelektrode 16b und der Aussenelektrode 12b, zwischen der inneren Teilelektrode 17 und der Innenelektrode 15 wurde auf grösser als 0,3 mm festgelegt; während der Abstand „a" zwischen der ersten Seitenelektrode 13a und der Innenelektrode 15 in 0,15-mm-Schritten von 0,45 mm bis 1,2 mm variiert wurde. Elektrolytkupferfolien wurden zu entsprechenden Muster geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 150°C zu messen, und die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Muster die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn der Wert von alt grösser als drei ist, und insbesondere, wenn er grösser als vier ist. Wenn der Wert von alt grösser als sechs ist, dann zeigt die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes keine wesentliche Veränderung, aber der Anfangswiderstand (25°C) wird hoch.
In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wurden die Seitenelektrode 13a und die Seitenelektrode 13b als die elektrisch mit der Aussenelektrode 12a bzw. mit der Aussenelektrode 12b verbundene erste Elektrode bzw. als die elektrisch mit der Innenelektrode verbundene zweite Elektrode vorgesehen, wobei die Innenelektrode zur ersten Aussenelektrode direkt entgegengesetzt war. Die Orte für die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind aber nicht auf die Seitenflächen des leitfähigen Polymers 11 beschränkt. Stattdessen können die erste Elektrode und die zweite Elektrode in Gestalt einer ersten durchgehenden Elektrode 18a und einer zweiten durchgehenden Elektrode 18b vorgesehen werden, wie in 7 gezeigt.
In 7 sind das leitfähige Polymer 11, die Aussenelektrode 12a, die Aussenelektrode 12b, die Schutzschicht 14a, die Schutzschicht 14b und die Innenelektrode 15 in der gleichen Weise strukturiert worden wie die entsprechenden Komponenten in der oben beschriebenen, ersten bevorzugten Ausführungsform. Der Unterschied gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform (1) besteht darin, dass eine erste durchgehende Elektrode 18a, die elektrisch mit der Aussenelektrode 12a und der Aussenelektrode 12b verbunden ist, und eine zweite durchgehende Elektrode 18b, die elektrisch mit der Innenelektrode 15 verbunden ist, vorhanden sind und diese Innenelektrode zur Aussenelektrode 12a direkt entgegengesetzt ist. Der wie oben konfigurierte PTC-Chipthermistor liefert auch die gleichen Wirkungen, wie sie durch die vorliegende Erfindung geliefert werden.
In den vorstehenden Beschreibungen sind die Seitenelektrode 13a und die Seitenelektrode 13b so ausgebildet gewesen, dass sie die gesamten Seitenflächen des leitfähigen Polymers 11 sowie die Randbereiche der Aussenelektrode 12a und der Aussenelektrode 12b bedecken oder sich so erstrecken, dass sie die erste und zweite Oberfläche des leitfähigen Polymers 11 teilweise bedecken. Die Seitenelektrode 13a und die Seitenelektrode 13b können aber stattdessen auf einem Teil der Seitenflächen des leitfähigen Polymers 11 angebracht werden, um die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Die Aussenelektrode 12a, die Aussenelektrode 12b und die Innenelektrode 15 sind in der ersten Ausführungsform mit einer Metallfolie hergestellt worden. Diese Elektroden können aber stattdessen durch Sputtern, Plasmaspritzen oder Abscheidung eines leitenden Materials gebildet werden. Sie können auch gebildet werden, indem erst ein leitendes Material gesputtert oder plasmagespritzt und dann eine galvanische Schicht darauf abgeschieden wird. Sie können auch gebildet werden, indem eine leitende Folie verwendet wird. Die leitende Folie kann eine Folie sein, die ein beliebiges Material aus der Gruppe von Metallpulver, Metalloxid, leitfähigem Nitrid oder Carbid und Kohlenstoff enthält. Des Weiteren können die Elektroden aus einer leitenden Folie gebildet werden, die aus einem Metallgeflecht und einem beliebigen Material aus der Gruppe von Metallpulver, Metalloxid, leitfähigem Nitrid oder Carbid und Kohlenstoff besteht. Jedes der obigen Materialien liefert die gleichen Wirkungen.
Zweite Ausführungsform
Ein Chip-PTC-Thermistor gemäss einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 8 ist eine Querschnittsansicht des PTC-Chipthermistors.
In 8 ist ein leitfähiges Polymer 31 eine Mischung aus einem Niederdruck-Polyethylen und Russ oder dergleichen und hat PTC-Eigenschaften. Eine erste Aussenelektrode 32a ist auf der ersten Oberfläche des leitfähigen Polymers 31 angeordnet, während eine zweite Aussenelektrode 32b auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist.
Diese Elektroden bestehen aus einer Metallfolie wie Kupfer, Nickel oder dergleichen. Eine erste Seitenelektrode 33a, die einen Nickelüberzug umfasst, ist dafür vorgesehen, die gesamte Oberfläche einer der Seitenflächen des leitfähigen Polymers 31 sowie einen Endabschnitt der Aussenelektrode 32a und den Kantenabschnitt der zweiten Seite des leitfähigen Polymers 31 zu bedecken, und ist elektrisch mit der ersten Aussenelektrode 32a verbunden. Eine zweite Seitenelektrode 33b, die einen Nickelüberzug umfasst, ist dafür vorgesehen, die gesamte Oberfläche der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers 11 sowie einen Kantenabschnitt der ersten Seite des leitfähigen Polymers 31 und einen Endabschnitt der zweiten Aussenelektrode 32b zu bedecken, und ist elektrisch mit der zweiten Aussenelektrode 32b verbunden. Eine erste und eine zweite Schutzschicht 34a und 34b, die aus einem epoxid-modifizierten Acrylharz bestehen, sind auf die Aussenseiten der ersten und zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 31 aufgebracht. Eine erste und eine zweite Innenelektrode 35a, 35b sind im Inneren des leitfähigen Polymers 31 parallel zur Aussenelektrode 32a und zur Aussenelektrode 32b untergebracht. Die Innenelektrode 35a ist mit der Seitenelektrode 33b elektrisch verbunden, während die Innenelektrode 35b mit der Seitenelektrode 33a verbunden ist. Diese Innenelektroden bestehen aus einer Metallfolie wie Kupfer, Nickel oder dergleichen.
In Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors beschrieben, der gemäss der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut ist.
9(a) bis (c) und 10(a) und (b) sind Prozessablaufdiagramme, die ein Herstellungsverfahren eines PTC-Chipthermistors gemäss der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigen. In gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform wird eine leitende Polymerfolie 41 hergestellt, die in 9(a) gezeigt ist. Eine ungefähr 80 μm dicke Elektrolytkupferfolie wird mit einer Metallform zu Muster geformt, um eine Folie von Elektroden 42 zu bilden, wie in 9(b) gezeigt. Die Folien von Elektroden 42 werden auf beide Oberflächen der leitenden Polymerfolie 41 aufgebracht, wie in 9(c) gezeigt, und dann unter Hitze und Druck gepresst, um die erste integrierte Folie 43 zu erzeugen, wie in 10(a) gezeigt. Dann wird die erste Folie 43 sandwichartig zwischen zwei leitfähige Polymere 41 und weiter zwischen zwei Folien von Elektroden 42 gelegt, so dass die Folie von Elektroden 42 die äusserste Oberfläche bildet, wie in 10(b) gezeigt. Das Laminat wird unter Hitze und Druck gepresst, um eine zweite integrierte Folie 44 zu erzeugen, wie in 10(c) gezeigt. Die übrige Prozedur der Herstellung von PTC-Thermistoren der Ausführungsform 2 bleibt die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Muster wurden gemäss dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform auf die folgende Weise hergestellt. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 31 wurde auf 0,15 mm festgelegt; jeder der Abstände „a" zwischen der ersten und zweiten Innenelektrode 35a, 35b und der ersten und zweiten Seitenelektrode 33a, 33b wurde in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert. Die Elektrolytkupferfolien wurden entsprechend zu Muster geformt.
Um die Unterschiede in der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes zu bestätigen, die durch den veränderten Abstand verursacht werden, wurden die Muster wie folgt geprüft.
Je fünf Muster, bei denen der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde, wurden auf eine gedruckte Leiterplatte montiert, um in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform bezüglich der Widerstand-Temperatur-Kennlinie gemessen zu werden. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere, wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wurde ferner bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich verändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser annimmt, aber wenn a/t einen Wert von sechs oder darüber hat, wird der Anfangswiderstand (25°C) hoch. Somit ist bestätigt, dass die Ergebnisse mit denen der ersten Ausführungsform übereinstimmen.
Als Nächstes wurden Muster eines weiteren PTC-Chipthermistortyps hergestellt, indem die leitende Polymerfolie 41 auf beide Oberflächen der Folie 44 aufgebracht wurde und Hitze und Druck angewendet wurden. Somit befinden sich die Aussenelektroden 32a, 32b im Inneren des leitfähigen Polymers 31. Die übrige Prozedur für die Herstellung der Muster bleibt die gleiche wie die für die obige zweite Ausführungsform. 11 zeigt eine Querschnittsansicht der PTC-Chipthermistormuster. Auf 11 Bezug nehmend, war die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 11 auf 0,15 festgelegt, während der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde. Die Elektrolytkupferfolien wurden zu entsprechenden Muster geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 125°C zu messen, und die Anstiegs geschwindigkeit des Widerstandes wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Mustern die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere, wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wurde auch bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich ändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser annimmt, und dass der Anfangswiderstand (25°C) hoch wird.
Mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der Aussenelektrode 32a, der Innenelektrode 35b und der ersten Seitenelektrode 33a sowie die der Verbindung zwischen der Aussenelektrode 32b, der Innenelektrode 35a und der Seitenelektrode 33b zu verbessern, wurden als Nächstes die folgenden PTC-Chipthermistormuster hergestellt. Wie in 12(a) und (b) gezeigt, wird nämlich eine erste Teilelektrode 36a in der gleichen Ebene wie die Aussenelektrode 32a angebracht, wobei die Teilelektrode 36a von der Aussenelektrode 32a unabhängig und mit der Seitenelektrode 33b verbunden ist. Eine zweite Teilelektrode 36b wird in der gleichen Ebene wie die Aussenelektrode 32b angebracht, wobei die Teilelektrode 36b von der Aussenelektrode 32b unabhängig und mit der Seitenelektrode 33b verbunden ist. Weiter wird eine erste innere Teilelektrode 37a in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 35a angebracht, wobei die innere Teilelektrode 37a von der Innenelektrode 35a unabhängig und mit der Seitenelektrode 33a verbunden ist. Noch weiter wird eine zweite innere Teilelektrode 37b in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 35b angebracht, wobei die innere Teilelektrode 37b von der Innenelektrode 35b unabhängig und mit der Seitenelektrode 33b verbunden ist.
Die Muster wurden auf die folgende Weise hergestellt. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 31 wurde auf 0,15 mm festgelegt; jeder der Abstände zwischen der Teilelektrode 36a und der Aussenelektrode 32a, zwischen der Teilelektrode 36b und der Aussenelektrode 32b, zwischen der inneren Teilelektrode 37a und der Innenelektrode 35a sowie zwischen der inneren Teilelektrode 37b und der Innenelektrode 35b wurde auf grösser als 0,3 mm festgelegt; der Abstand „a" zwischen der Innenelektrode 35a, 35b und der Seitenelektrode 33a oder 33b wurde in 0,15-mm-Schritten von 0,45 mm bis 1,2 mm variiert. Elektrolytkupferfolien wurden zu entsprechenden Mustern geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 150°C zu messen, und die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Muster die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere, wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wird ebenfalls bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich ändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser annimmt, und dass der Anfangswiderstand (25°C) hoch wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wurden eine Seitenelektrode 33a und eine Seitenelektrode 33b als die erste Elektrode bzw. die zweite Elektrode vorgesehen. Die Orte für die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind aber nicht auf die Seitenflächen des leitfähigen Polymers 31 beschränkt. Stattdessen können die erste Elektrode und die zweite Elektrode in Gestalt einer ersten durchgehenden Elektrode 38a und einer zweiten durchgehenden Elektrode 38b vorgesehen werden, wie in 13 gezeigt.
Auf 13 Bezug nehmend, sind nämlich das leitfähige Polymer 31, die Aussenelektrode 32a, die Aussenelektrode 32b, die Schutzschicht 34a, die Schutzschicht 34b, die Innenelektrode 35a und die Innenelektrode 35b in der gleichen Weise strukturiert worden wie in den früheren Beispielen. Der Unterschied besteht darin, dass eine erste durchgehende Elektrode 38a, die elektrisch mit der Aussenelektrode 32a verbunden ist, und eine zweite durchgehende Elektrode 38b, die elektrisch mit der Aussenelektrode 32b verbunden ist, vorhanden sind. Die wie oben konfigurierten PTC-Chipthermistoren liefern auch die gleichen Wirkungen wie die durch die vorliegende Erfindung gelieferten.
Die Aussenelektroden, die Seitenelektroden, die Innenelektroden können in der gleichen Gestalt und dem gleichen Material wie in der ersten Ausführungsform vorgesehen werden.
Dritte Ausführungsform
Ein PTC-Chipthermistor gemäss einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 14 ist eine Querschnittsansicht des PTC-Chipthermistors.
In 14 besteht ein leitfähiges Polymer 51 aus einem Gemisch aus Niederdruck-Polyethylen und Russ oder dergleichen und hat eine PTC-Eigenschaft. Eine erste Aussenelektrode 52a ist auf einer ersten Oberfläche des leitfähigen Polymers 51 angeordnet, während eine zweite Aussenelektrode 52b auf einer zweiten Oberfläche angeordnet ist. Diese Elektroden bestehen aus einer Metallfolie wie Kupfer, Nickel oder dergleichen. Eine erste Seitenelektrode 53a mit einem Nickelüberzug ist so angebracht, dass sie die gesamte Oberfläche einer der Seitenflächen des leitfähigen Polymers 51 sowie einen Endabschnitt der Aussenelektrode 52a und der Aussenelektrode 52b bedeckt, und ist mit der Aussenelektrode 52a und der Aussenelektrode 52b elektrisch verbunden. Eine zweite Seitenelektrode 53b mit einem Nickelüberzug ist so angebracht, dass sie die gesamte Oberfläche der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers 51 sowie einen Endabschnitt der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 51 bedeckt. Eine aus epoxid-modifiziertem Acrylharz bestehende erste und zweite Schutzschicht 54a und 54b ist auf den Aussenseiten der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des leitfähigen Polymers 51 aufgebracht. Eine erste, eine zweite und eine dritte Innenelektrode 55a, 55b, 55c sind im Inneren des leitfähigen Polymers 51 parallel zu den Aussenelektroden 52a, 52b untergebracht. Die Innenelektroden 55a, 55c sind mit der Seitenelektrode 53b elektrisch verbunden, während die Innenelektrode 55b mit der Seitenelektrode 53a elektrisch verbunden ist. Diese Innenelektroden bestehen aus einer Metallfolie wie Kupfer, Nickel oder dergleichen.
In Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Verfahren zur Herstellung der PTC-Chipthermistoren beschrieben, die die obige Konfiguration besitzen.
15(a) bis (c) und 16(a) und (b) sind Prozessablaufdiagramme, die ein Herstellungsverfahren der PTC-Chipthermistoren gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform wird eine leitende Polymerfolie 61 hergestellt, die in 15(a) gezeigt ist. Eine ungefähr 80 μm dicke Elektrolytkupferfolie wird mit einer Metallform zu Mustern geformt, um eine Folie von Elektroden 62 zu bilden, wie in 15(b) gezeigt. Das leitfähige Polymer 61 bildet das leitfähige Polymer 51, wenn ein fertiger PTC-Thermistor vollendet ist; in ähnlicher Weise bilden die Elektroden 62 die erste Aussenelektrode 52a, die zweite Aussenelektrode 52b und die erste bis dritte innere Elektrode 55a bis 55c. Dann werden, wie in 15(c) gezeigt, zwei leitende Polymerfolien 61 und drei Folien der Elektroden 62 so aufeinander laminiert, dass die Elektroden 62 am weitesten aussen liegen. Das Laminat wird unter Hitze und Druck gepresst, um eine integrierte Folie 63 herzustellen, wie in 16(a) gezeigt. Die Folie 63 wird sandwichartig zwischen zwei leitende Polymerfolien 61 und zwischen zwei Folien von Elektroden 62 gelegt, so dass die Elektroden 62 am weitesten aussen liegen. Das Laminat wird unter Hitze und Druck gepresst, um eine integrierte Folie 64 herzustellen, wie in 16(c) gezeigt. Dann unterliegt es der gleichen Herstellungsprozedur wie in der ersten Ausführungsform, und PTC-Chipthermistormuster der dritten Ausführungsform werden hergestellt.
Im Folgenden werden nunmehr die Gründe beschrieben, warum das Verhältnis alt so eingestellt werden muss, dass es innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, damit ein PTC-Thermistor in der vorliegenden Ausführungsform eine genügend hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes erlangt. Hier stellt „a" einen Abstand zwischen der ersten, zweiten, dritten Innenelektrode 55a, 55b, 55c und der Seitenelektrode 53a oder 53b dar, „t" stellt eine Dicke des leitfähigen Polymers 51 dar.
Muster wurden gemäss dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform auf die folgende Weise hergestellt. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers wurde auf 0,15 mm festgelegt; während der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde. Die Elektrolytkupferfolien wurden entsprechend zu Muster geformt.
Um die Unterschiede in der Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes zu bestätigen, die durch den veränderten Abstand „a" verursacht werden, wurden die Muster wie folgt geprüft.
Je fünf Muster, bei denen der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde, wurden auf eine gedruckte Leiterplatte montiert, um in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform bezüglich der Widerstand-Temperatur-Kennlinie gemessen zu werden. Es wurde bestätigt, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch ist, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wurde ferner bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich verändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser annimmt, und dass der Anfangswiderstand (25°C) hoch wird.
Als Nächstes wurden Muster eines weiteren PTC-Chipthermistortyps hergestellt, indem die leitende Polymerfolie 61 auf beide Oberflächen der Folie 64 aufgebracht wurde und das Laminat erhitzt und gepresst wurde, so dass sich die Aussenelektroden 52a, 52b im Inneren des leitfähigen Polymers 51 finden. Dann wurde es der gleichen. 17 zeigt eine Querschnittsansicht des PTC-Chipthermistors. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 51 war auf 0,15 mm festgelegt, während der Abstand „a" in 0,15-mm-Schritten von 0,15 mm bis 1,2 mm variiert wurde. Die Elektrolytkupferfolien wurden zu entsprechenden Muster geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 125°C zu messen, und die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstands wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Muster die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere, wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wurde auch bestätigt, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes nicht wesentlich ändert, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser hat, und dass der Anfangswiderstand (25°C) hoch wird.
Mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der ersten Aussenelektrode 52a, der zweiten Aussenelektrode 52b, der zweiten Innenelektrode 55b und der ersten Seitenelektrode 53a sowie die der Verbindung zwischen der ersten und dritten Innenelektrode 55a, 55c und der zweiten Seitenelektrode 53b zu verbessern, wurden als Nächstes die folgenden PTC-Chipthermistormuster hergestellt. Wie in 18(a) und (b) gezeigt, wird nämlich eine erste Teilelektrode 56a in der gleichen Ebene wie die Aussenelektrode 52a angebracht, wobei die Teilelektrode 56a von der Aussenelektrode 52a unabhängig und mit der Seitenelektrode 53b verbunden ist. Eine zweite Teilelektrode 56b wird in der gleichen Ebene wie die Aussenelektrode 52b angebracht, wobei die Teilelektrode 56b von der Aussenelektrode 52b unabhängig und mit der zweiten Seitenelektrode 53b verbunden ist. Weiter wird eine erste innere Teilelektrode 57a in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 55a angebracht, wobei die innere Teilelektrode 57a von der Innenelektrode 55a unabhängig und mit der Seitenelektrode 53a verbunden ist. Noch weiter wird eine zweite innere Teilelektrode 57b in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 55b angebracht, wobei die innere Teilelektrode 57b von der Innenelektrode 55b unabhängig und mit der Seitenelektrode 53b verbunden ist. Noch weiter wird eine dritte innere Teilelektrode 57c in der gleichen Ebene wie die Innenelektrode 55c angebracht, wobei die innere Teilelektrode 57c von der Innenelektrode 55c unabhängig und mit der Seitenelektrode 53c verbunden ist.
Die Muster wurden auf die folgende Weise hergestellt. Die Dicke „t" des leitfähigen Polymers 51 wurde auf 0,15 mm festgelegt; jeder der Abstände zwischen der Teilelektrode 56a und der Aussenelektrode 52a, zwischen der Teilelektrode 56b und der Aussenelektrode 52b, zwischen der inneren Teilelektrode 57a und der Innenelektrode 55a, zwischen der inneren Teilelektrode 57b und der Innenelektrode 55b sowie zwischen der inneren Teilelektrode 57c und der Innenelektrode 55c wurde auf grösser als 0,3 mm festgelegt; und der Abstand „a" zwischen der ersten, zweiten, dritten Innenelektrode 55a, 55b, 55c und der Seitenelektrode 53a oder 53b wurde in 0,15-mm-Schritten von 0,45 mm bis 1,2 mm variiert. Die Elektrolytkupferfolien wurden zu entsprechenden Mustern geformt. Je fünf Muster wurden in der gleichen Weise geprüft, um den Widerstand bei 25°C und bei 150°C zu messen, und die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes wurde berechnet. Die Ergebnisse bestätigen, dass wie in den früheren Muster die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes hoch wird, wenn alt einen Wert von drei oder grösser annimmt, und insbesondere, wenn der Wert vier oder grösser ist. Es wird ebenfalls bestätigt, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes keine wesentliche Änderung zeigt, wenn alt einen Wert von sechs oder grösser hat, und dass der Anfangswiderstand (25°C) hoch wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wurden die Seitenelektrode 53a und die Seitenelektrode 53b als eine erste Elektrode bzw. eine zweite Elektrode vorgesehen. Die Orte für die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind aber nicht auf die Seitenflächen des leitfähigen Polymers 51 beschränkt. Stattdessen können die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine erste durchgehende Elektrode 58a und eine zweite durchgehende Elektrode 58b sein, wie in 19 gezeigt.
Auf 19 Bezug nehmend, sind nämlich das leitfähige Polymer 51, die Aussenelektrode 52a, die Aussenelektrode 52b, die Schutzschichten 54a und 54b, die Innenelektrode 55a, die Innenelektrode 55b und die Innenelektrode 55c in der gleichen Weise strukturiert worden wie in der vorliegenden Ausführungsform. Der Unterschied zur obigen dritten Ausführungsform (14) besteht darin, dass eine erste durchgehende Elektrode 58a, die elektrisch mit den Aussenelektroden 52a, 52b verbunden ist, und eine zweite durchgehende Elektrode 58b, die elektrisch mit den Innenelektroden verbunden ist, die zu den Aussenelektroden direkt entgegengesetzt sind, vorhanden sind. Die wie oben konfigurierten PTC-Chipthermistoren liefern auch die gleichen Wirkungen wie die der obigen dritten Ausführungsform.
Die Formen, Materialien und dergleichen für die Aussenelektrode, Seitenelektrode, Innenelektrode können die gleichen wie in der ersten Ausführungsform sein.
In den vorstehend gegebenen Beschreibungen ist ein Niederdruck-Polyethylen als das kristalline Polymermaterial verwendet worden. Das Material in der vorliegenden Erfindung ist aber nicht auf Niederdruck-Polyethylen beschränkt, wie leicht aus dem Funktionsmechanismus zu verstehen ist. Die vorliegende Erfindung kann in allen PTC-Thermistoren angewendet werden, die Polyvinylidenfluorid, PBT-Harz, PET-Harz, Polyamidharz, PPS-Harz oder ähnliche kristalline Polymere umfassen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die PTC-Thermistoren der vorliegenden Erfindung verwenden ein leitfähiges Polymer, das die PTC-Eigenschaft besitzt, und das Verhältnis alt ist auf einen Bereich zwischen 3 und 6 eingestellt; wobei „a" einen Abstand zwischen einer ersten Elektrode oder einer zweiten Elektrode und der benachbarten Innenelektrode darstellt, während „t" einen Abstand zwischen jeder der Innenelektroden oder zwischen der ersten oder zweiten Aussenelektrode und der benachbarten Innenelektrode darstellt. Mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäss der vorliegenden Erfindung kann der Widerstand eines PTC-Thermistors auf ein niedriges Niveau herabgedrückt werden, so dass er für Hochstromanwendungen brauchbar ist. Ausserdem liefert er eine genügende Geschwindigkeit des Widerstandsanstiegs. Somit können die PTC-Thermistoren gemäss der vorliegenden Erfindung wirksam arbeiten, um einen Überstrom in Hochstromkreisen zu verhindern.

11, 31, 51: leitfähiges Polymer
12a, 32a, 52a: erste Aussenelektrode
12b, 32b, 52b: zweite Aussenelektrode
13a, 33a, 53a: erste Seitenelektrode
13b, 33b, 53b: zweite Seitenelektrode
15: Innenelektrode
35a, 55a: erste Innenelektrode
35b, 55b: zweite Innenelektrode
55c: dritte Innenelektrode

Claims

PTC-Polymerchipthermistor mit einem leitfähigen Polymer (11), das PTC-Eigenschaften besitzt; einer ersten Aussenelektrode (12a) in Berührung mit dem leitfähigen Polymer; einer zweiten Aussenelektrode (12b), die zusammen mit der ersten Aussenelektrode das leitfähige Polymer sandwichartig umgibt; einer oder mehr als einer Innenelektrode (15), die zwischen der ersten und zweiten Aussenelektrode und parallel zu ihnen angeordnet und vom leitfähigen Polymer sandwichartig umgeben ist; einer ersten Elektrode (13a), die elektrisch direkt mit der ersten Aussenelektrode gekoppelt ist; und einer zweiten Elektrode (13b), die elektrisch unabhängig von der ersten Elektrode angeordnet ist; worin, wenn eine der ersten Aussenelektrode am nächsten angeordnete Innenelektrode als „eins" und die von der Innenelektrode „eins" aus gezählte n-te Innenelektrode als „n"te Innenelektrode definiert werden, ungeradzahlige Innenelektroden direkt mit der zweiten Elektrode, geradzahlige Innenelektroden direkt mit der ersten Elektrode gekoppelt sind, und wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden ungerade ist, die zweite Aussenelektrode elektrisch direkt mit der ersten Elektrode gekoppelt ist, aber wenn sie gerade ist, diese mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Abstand von der ungeradzahligen Innenelektrode bis zur ersten Elektrode oder von der geradzahligen Innenelektrode bis zur zweiten Elektrode als „a" und der Abstand zwischen einander benachbarten Innenelektroden, der Abstand zwischen der der ersten Aussenelektrode oder der zweiten Aussenelektrode benachbarten Innenelektrode und der ersten Aussenelektrode bzw. der zweiten Aussenelektrode als „t" definiert werden, das Verhältnis alt in einem Bereich von 3 bis 6 liegt.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste Seitenelektrode ist, die an der einen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, während die zweite Elektrode eine zweite Seitenelektrode ist, die an der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste durchgehende Elektrode ist, die an dem einen Ende in das leitfähige Polymer eindringend vorgesehen wird, während die zweite Elektrode eine zweite durchgehende Elektrode ist, die am anderen Ende in das leitfähige Polymer eindringend vorgesehen wird.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste Seitenelektrode ist, die an der einen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, wobei die erste Seitenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Aussenelektrode und der geradzahligen Innenelektrode kommt, während die zweite Elektrode eine zweite Seitenelektrode ist, die an der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, wobei die zweite Seitenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ungeradzahligen Innenelektrode kommt; und die zweite Aussenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Seitenelektrode kommt, wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden ungerade ist, während die zweite Aussenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der zweiten Seitenelektrode kommt, wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden gerade ist.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis alt in einem Bereich von 4 bis 6 liegt.
PTC-Polymerchipthermistor mit einem leitfähigen Polymer (11), das PTC-Eigenschaften besitzt; einer ersten Aussenelektrode (12a) in Berührung mit dem leitfähigen Polymer; einer zweiten Aussenelektrode (12b), die zusammen mit der ersten Aussenelektrode das leitfähige Polymer sandwichartig umgibt; einer oder mehr als einer Innenelektrode (15), die zwischen der ersten und zweiten Aussenelektrode und parallel zu ihnen angeordnet und vom leitfähigen Polymer sandwichartig umgeben ist; einer ersten äusseren Teilelektrode (16a), die in der gleichen Ebene wie die erste Aussenelektrode angeordnet ist, wobei die erste äussere Teilelektrode von der ersten Aussenelektrode durch einen bestimmten, spezifischen Abstand getrennt ist, während sie mit dem leitfähigen Polymer in Berührung steht; einer zweiten äusseren Teilelektrode (16b), die in der gleichen Ebene wie die zweite Aussenelektrode angeordnet ist, wobei die zweite äussere Teilelektrode von der zweiten Aussenelektrode durch einen bestimmten, spezifischen Abstand getrennt ist, während sie mit dem leitfähigen Polymer in Berührung steht; inneren Teilelektroden (17), die für eine gleiche Anzahl der Innenelektroden vorgesehen werden, wobei jede dieser Teilelektroden in gleichen Ebenen mit den betreffenden Innenelektroden angeordnet und von der Innenelektrode durch einen bestimmten, spezifischen Abstand getrennt sind, während sie mit dem leitfähigen Polymer in Berührung stehen; einer ersten Elektrode (13a), die elektrisch direkt mit der ersten Aussenelektrode gekoppelt ist; einer zweiten Elektrode (13b), die elektrisch unabhängig von der ersten Elektrode angeordnet ist und in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten äusseren Teilelektrode kommt; worin, wenn eine der ersten Aussenelektrode am nächsten angeordnete Innenelektrode als „eins" und die von der Innenelektrode „eins" aus gezählte n-te Innenelektrode als „n"te Innenelektrode definiert werden, ungeradzahlige Innenelektroden und geradzahlige innere Teilelektroden direkt mit der zweiten Elektrode, geradzahlige Innenelektroden und ungeradzahlige innere Teilelektroden direkt mit der ersten Elektrode gekoppelt sind, und wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden ungerade ist, die zweite Aussenelektrode elektrisch direkt mit der ersten Elektrode und die zweite äussere Teilelektrode elektrisch direkt mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist, aber wenn sie gerade ist, die zweite Aussenelektrode elektrisch direkt mit der zweiten Elektrode und die zweite äussere Teilelektrode elektrisch direkt mit der ersten Elektrode gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Abstand von der ungeradzahligen Innenelektrode bis zur ersten Elektrode oder von der geradzahligen Innenelektrode bis zur zweiten Elektrode als „a" und der Abstand zwischen einander benachbarten Innenelektroden, der Abstand zwischen der der ersten Aussenelektrode oder der zweiten Aussenelektrode benachbarten Innenelektrode und der ersten Aussenelektrode bzw. der zweiten Aussenelektrode als „t" definiert werden, das Verhältnis alt in einem Bereich von 3 bis 6 liegt.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste Seitenelektrode ist, die an der einen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, während die zweite Elektrode eine zweite Seitenelektrode ist, die an der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste durchgehende Elektrode ist, die an dem einen Ende in das leitfähige Polymer eindringend vorgesehen wird, während die zweite Elektrode eine zweite durchgehende Elektrode ist, die am anderen Ende in das leitfähige Polymer eindringend vorgesehen wird.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine erste Seitenelektrode ist, die an der einen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, wobei die erste Seitenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Aussenelektrode, der geradzahligen Innenelektrode und der ungeradzahligen inneren Teilelektrode kommt, während die zweite Elektrode eine zweite Seitenelektrode ist, die an der anderen Seitenfläche des leitfähigen Polymers vorgesehen wird, wobei die zweite Seitenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten äusseren Teilelektrode, der ungeradzahligen Innenelektrode und der geradzahligen inneren Teilelektrode kommt; worin die zweite Aussenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Seitenelektrode und die zweite äussere Teilelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der zweiten Seitenelektrode kommt, wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden ungerade ist, während die zweite Aussenelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der zweiten Seitenelektrode und die zweite äussere Teilelektrode in direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Seitenelektrode kommt, wenn die Gesamtzahl der Innenelektroden gerade ist.
PTC-Polymerchipthermistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis alt in einem Bereich von 4 bis 6 liegt.