CN115331902B - 一种ptc热敏电阻元件加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTC热敏电阻元件加工工艺，包括以下步骤：S1，原料准备：分别准备59％HDPE高密度聚乙烯、10％CB碳黑材料和10％半导体导热陶瓷粉末；S2，高分子混炼：将S1中原料按体积百分比加入双螺杆混练机中进行预混、混炼，得到导电聚合物；S3，薄片成型，混炼得到导电聚合物通过热压机压成薄片，将该薄片切成约20公分×20公分的正方形；S4，基材成型，通过热压机将两镀镍铜箔贴合至S3中的薄片两面，形成基材；S5，PCT芯片成型，将基材经过照光50kgy，通过冲床冲压出PTC芯片，组装成PTC热敏电阻元件。通过上述方式，本发明导入半导体陶瓷材料于热敏电阻，以达高温时整体组件电阻稳定。
Description
技术领域
本发明涉及热敏电阻技术领域，特别是涉及一种PTC热敏电阻元件加工工 艺。
背景技术
近年来Gartner-高德纳公司根据2019～2022穿戴式裝置支出预估全球穿戴 装置销售金额判断，穿戴装置2021年成长率将达到22％，其中消费者在单价相 对偏高的智慧手表花费最高、约占44％，也就是高达273.88亿美元，穿戴式装 置市场已逐步开始形成，销售量以低价的智慧手环为主，Gartner表示越来越多 消费者舍弃智慧手环，转而加入高价的智慧手表的行列，以2021年来说，消费 者花在智能手表的钱达258.27亿美元，比去年大增18.7％，消费者对其个人健康的看重愈来愈感兴趣，这绝对会提供穿戴式产品一个重大的机遇。
因此，针对锂离子二次电池的保护装置开发是刻不容缓，其中热敏电阻为锂 离子二次电池中的关键零组件，其主要功能为提升锂离子二次电池的安全性， 为达到保护的效果，在电路的设计上，热敏电阻与锂二次电池为串联架构，在 功能上，当锂离子二次电池发生不正常充放电情形时，热敏电阻在过电流或过 温度的状态下，其电阻会大幅上升，达到阻断电流防止电池爆炸的效果然而，近年来锂离子二次电池保护装置要求更是严谨，除了要求热敏电阻在过电流的 状态下具有快速电流截断的效果，同时也要求热敏电阻可以承受多段高温的制 程，并可以维持电阻在稳定的范围内，以达保护电池防止电池爆炸之功能。
基于以上缺陷和不足，有必要对现有的技术予以改进，设计出一种PTC热敏 电阻元件加工工艺。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种PTC热敏电阻元件加工工艺，将半导 体导热陶瓷粉末导入高分子系统当中，以期开发出具有多段热制程电阻稳定、 相对较低电阻的特性与容易制程之导电材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种PTC热敏电 阻元件加工工艺，该种PTC热敏电阻元件加工工艺包括以下步骤：
S1，原料准备：分别准备59％HDPE高密度聚乙烯、10％CB碳黑材料和10％ 半导体导热陶瓷粉末；
S2，高分子混炼：将S1中原料按体积百分比加入双螺杆混练机中进行预混、 混炼，得到导电聚合物，温度为200℃，预混时间3分钟，混炼时间15分钟；
S3，薄片成型，混炼得到导电聚合物通过热压机压成薄片，将该薄片切成约 20公分×20公分的正方形；
S4，基材成型，通过热压机将两镀镍铜箔贴合至S3中的薄片两面，形成基 材；
S5，PCT芯片成型，将基材经过照光50kgy，通过冲床冲压出PTC芯片，组 装成组件，即过电流保护的PTC热敏电阻元件。
优选的是，S1中所述半导体导热陶瓷粉末采用Al2O3二氧化铝、TiO2二氧化 钛或AlN氮化铝。
优选的是，S3和S4中热压机的热压温度为210℃，热压压力为150kg/cm2。
优选的是，所述PTC热敏电阻元件厚度0.25mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用高密度聚乙烯作为元件主体材料，超高密度聚乙烯具有良好的电气特 性、制程能力且容易取得，适合做为过温与过电流保护组件之使用；
半导体导热陶瓷粉末的导入，提升系统的导电特性、热敏电阻元件耐温性与 耐电压。
具体实施方式
下面对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被 本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
一种PTC热敏电阻元件加工工艺，该种PTC热敏电阻元件加工工艺包括以下 步骤：
S1，原料准备：分别准备59％HDPE高密度聚乙烯、10％CB碳黑材料和10％ 半导体导热陶瓷粉末，所述半导体导热陶瓷粉末采用Al2O3二氧化铝、TiO2二氧 化钛或AlN氮化铝，如下表一所示；
S2，高分子混炼：将S1中原料按体积百分比加入双螺杆混练机中进行预混、 混炼，得到导电聚合物，温度为200℃，预混时间3分钟，混炼时间15分钟；
S3，薄片成型，混炼得到导电聚合物通过热压机压成薄片，温度210℃，压 力150kg/cm2，将该薄片切成约20公分×20公分的正方形；
S4，基材成型，通过热压机将两镀镍铜箔贴合至S3中的薄片两面，形成基 材，热压温度210℃，压力150kg/cm2，基材厚度0.25mm；
S5，PCT芯片成型，将基材经过照光50kgy，通过冲床冲压出PTC芯片，组 装成组件，即过电流保护的PTC热敏电阻元件。
表一PTC热敏电阻元件高分子原料配比
特性评估：将PTC热敏电阻元件通过多段热制程条件与电气特性测试，验证 热敏电阻元件电阻稳定性、电阻上升率与耐电压能力等，验证热敏电阻元件是 否能符合需求；
多段热制程条件为：芯片电阻R→回焊电阻元件R1→二次回焊电阻元件 R2→放置175℃烘箱4小时，取出冷却30分钟后记录电阻→放置175℃烘箱4+6 小时，取出冷却30分钟后记录电阻，如下表二所示：
表二多段热制程条件下技术规格
| 技术规格 | 规格电阻值 |
| 芯片电阻R 2mmX2mm | <1Ω |
| 回焊电阻元件R1 | <3Ω |
| 二次回焊电阻元件R2 | <3Ω |
| R_175℃/4h | <8Ω |
| R_175℃/(4+6h) | <10Ω |
| 耐电压 | >18V DC |
为改善传统热敏电阻元件经过多段热制程的电阻不稳定性，在配方当中导入 了半导体导热陶瓷粉材料，借以提升材料的热稳定性，减少材料经过高温之后产生的脆化与老化现象，PTC热敏电阻元件实际测试状况如下表三所示：
表三多段热制程条件下电阻元件的电阻值
由表三所示：对照阻元件经过多段热处理之后电阻R_175℃(4+6h)最高为 12.44Ω，而实验组最佳为7.1Ω，可见配方中导入了半导体导热陶瓷粉末对于整 体元件耐温性大幅度提升，且电阻上升率R_175℃/(4+6h)/R1方面，实验组 分别介于4.85～6.02倍，对照组则是7.97倍接近8倍。
耐电压测试：利用Cycle Life测试机台简称CL，在短时间内电阻元件瞬间 通过超出产品规格的电流，通电时间为10秒钟休息时间60秒钟，测试电阻元 件在不断反复动作的状况下，其结构性是否会被破坏，造成电阻元件烧毁，并 且可模拟客户的产品在电流异常的情况下，电阻组件保护产品的能力，为电阻 元件信赖度测试，实验组与对照组之组件可承受CL(22V/1A)500次无烧毁， 而实验组的电阻变化率<20％，对照组的电阻变化率则是>20％，如下表四所示：
表四多段热制程条件下电阻元件循环电性测试
综观以上，(1)本发明将导入了导体导热陶瓷粉末如氧化铝、二氧化钛与 氮化铝等，对于电阻组件在经过多段热制程之后电阻稳定性明显改善；
(2)实验组中经过高温多段制程后电阻上升率介于4.85～6.02倍远低于对照 组之7.97倍；
(3)实验组元件经过高温多段成后电阻介于7.1～7.76Ω之间，远低于对照 组的12.44Ω；
(4)取多段热制程后的电阻组件进行循环电性测试CL(22V/1A)500次之 后，实验组件的电阻变化率<20％，低于对照组之25％电阻变化率。
本发明一种PTC热敏电阻元件加工工艺，导入半导体陶瓷材料于热敏电阻，
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其 他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种PTC热敏电阻元件加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1，原料准备：分别准备59％HDPE高密度聚乙烯、10％CB碳黑材料和10％半导体导热陶瓷粉末，半导体导热陶瓷粉末采用Al2O3二氧化铝、TiO2二氧化钛或AlN氮化铝；
S2，高分子混炼：将S1中原料按体积百分比加入双螺杆混练机中进行预混、混炼，得到导电聚合物，温度为200℃，预混时间3分钟，混炼时间15分钟；
S3，薄片成型，混炼得到导电聚合物通过热压机压成薄片，将该薄片切成约20公分×20公分的正方形；
S4，基材成型，通过热压机将两镀镍铜箔贴合至S3中的薄片两面，形成基材；
S5，PCT芯片成型，将基材经过照光50kgy，通过冲床冲压出PTC芯片，组装成组件，即过电流保护的PTC热敏电阻元件。
2.根据权利要求1所述的一种PTC热敏电阻元件加工工艺，其特征在于：S3和S4中热压机的热压温度为210℃，热压压力为150kg/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种PTC热敏电阻元件加工工艺，其特征在于：所述PTC热敏电阻元件厚度0.25mm。
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