KR101318602B1

KR101318602B1 - Ｐｔｃ 디바이스의 제조 방법

Info

Publication number: KR101318602B1
Application number: KR1020087016545A
Authority: KR
Inventors: 아라따 다나까; 가쯔아끼 스즈끼
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 레이켐 케이. 케이.
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2013-10-15
Also published as: JPWO2007066725A1; EP1965394A4; US20090223035A1; CN101326596B; WO2007066725A1; CN101326596A; TWI435343B; JP5274019B2; EP1965394A1; TW200739621A; US8590142B2; KR20080075223A

Abstract

보다 낮은 저항값을 갖는 폴리머 PTC 소자를 갖는 폴리머 PTC 디바이스를 제공한다. 폴리머 PTC 요소(110) 및 그 양측에 배치된 금속 전극(104)을 갖고 이루어지는 PTC 소자(102) 및 적어도 한쪽의 금속 전극에 전기적으로 접속된 리드(106)를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스의 제조 방법은, 폴리머 PTC 요소는 폴리머 재료 및 그 중에 분산되어 있는 도전성 필러를 포함하여 이루어지는 도전성 폴리머 조성물에 의해 형성되고, 리드의 금속 전극으로의 접속은 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

PTC 디바이스, 폴리머 PTC 요소, 리드, 도전성 필러, PTC 소자

Description

ＰＴＣ 디바이스의 제조 방법{PROCESS OF PRODUCING PTC DEVICE}

본 발명은 폴리머 PTC 디바이스의 제조 방법 및 그와 같은 제조 방법에 의해 제조되는 폴리머 PTC 디바이스에 관한 것이다.

폴리머 재료 및 그 중에 도전성 필러를 포함하여 이루어지는 도전성 폴리머 재료가, 예를 들어 층 형상으로 성형된 폴리머 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 폴리머 PTC 소자가 전기 또는 전자 장치에 있어서 널리 사용되고 있다.

이와 같은 폴리머 PTC 소자는 전자 기기에 있어서, 예를 들어 회로 보호 장치로서 이용되고, 기기의 정상적인 사용 시에 있어서는 실질적인 저항값을 갖지 않지만, 기기가 이상 상태로 되었을 때에, 혹은 기기의 주위 환경이 이상 상태로 되었을 때에, 폴리머 PTC 소자 자체의 온도가 고온이 되어 저항값이 급격하게 증가하여, 소위 트립하여, 기기에 흐르는 전류를 차단함으로써 기기의 파괴를 미연에 방지하도록 기능한다. 이와 같은 폴리머 PTC 소자는 기기가 정상적으로 작동하고 있는 상태에서는 그것이 마치 존재하지 않는 것과 같이, 그 저항값은 가급적 작은 것이 바람직하다.

전자 기기에 있어서 폴리머 PTC 소자를 이용하기 위해서는, 폴리머 PTC 요소 에 금속 전극이 접속되어 있는 폴리머 PTC 소자를 얻고, 그와 같은 PTC 소자의 적어도 한쪽의 금속 전극에 리드를 전기적으로 접속한 PTC 디바이스를 얻고, 이와 같은 PTC 디바이스를 소정의 배선 또는 전기 요소에 접속하여, 리드를 개재하여 전자 기기의 소정의 회로에 폴리머 PTC 소자를 삽입한다.

리드를 갖고 이루어지는 폴리머 PTC 디바이스는, 예를 들어 시트 형상으로 압출 성형한 도전성 폴리머 재료의 표리에 금속 전극으로서의 금속박을, 예를 들어 열압착에 의해 접합한 후, 소정의 치수로 재단 또는 펀칭하고, 그 후, 전자 기기의 회로에 삽입하기 위해, 다양한 금속의 리드를 금속 전극에 접속함으로써 제조된다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1에서는, 리드의 접속 시에는 땜납 접속, 저항 용접 등이 이용되고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2001-102039호 공보

이와 같은 폴리머 PTC 소자는, 기기가 정상적으로 작동하고 있는 상태에서는 그것이 마치 존재하지 않는 것과 같이, 그 저항값은 가급적 작은 것이 바람직하다. 폴리머 PTC 소자가 배치되어 있는 주위의 온도가 높아지면, 그 저항값은 트립하는 온도 직전까지 서서히 상승하고, 그 후, 급격하게 증가한다. 당연히, 트립할 때까지는, 폴리머 PTC 소자의 저항값 자체는 본래 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 보다 낮은 저항값을 갖는 폴리머 PTC 소자를 갖는 폴리머 PTC 디바이스를 제공하는 것이 기대되고 있다.

상술한 과제는,

폴리머 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자 및

적어도 한쪽의 금속 전극에 전기적으로 접속된 리드를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스의 제조 방법이며,

폴리머 PTC 요소는 폴리머 재료 및 그 중에 분산되어 있는 도전성 필러를 포함하여 이루어지는 도전성 폴리머 조성물에 의해 형성되고,

리드의 금속 전극으로의 접속은 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 PTC 디바이스의 제조 방법에 의해 해결되는 것이 발견되었다.

또한, 본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법에 있어서, PTC 소자를 구성하는 PTC 요소의 각 부재 및 금속 전극 및 리드는 통상의 PTC 디바이스에 있어서 사용되고 있는 것과 동일한 것이라도 좋고, 이들에 대해서는 이미 알려져 있으므로, 이들의 상세한 설명은 생략한다.

폴리머 PTC 요소를 구성하는 폴리머 재료는, 바람직하게는 결정성 폴리머이거나, 혹은 결정성 폴리머를 포함하는 폴리머 조성물이다. 그와 같은 결정성 폴리머로서는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌아크릴산부틸코폴리머(EBA), 에틸렌아세트산비닐코폴리머(EVA) 등의 폴리머 재료를 예시할 수 있다. 또한, 이와 같은 폴리머 재료 중에 분산되어 있는 도전성 필러로서는, 예를 들어 카본 블랙, 니켈 필러, 니켈 합금(예를 들어, 니켈 코발트 합금) 필러 등을 사용할 수 있다.

또한, PTC 소자의 금속 전극은 금속박, 특히 니켈박이다. 또한, 다른 바람직한 형태에서는, PTC 소자에 접속하는 리드는 니켈제이다.

또한, 본 명세서에 있어서, 폴리머 PTC 소자를 구성하는 폴리머의 융점이라 함은, 플라스틱의 결정 전이 온도의 측정에 준용하는 JIS K 7121(플라스틱의 전이 온도 측정 방법)을 기초로 하여 DSC에 의해 측정되는 온도(피크의 정점의 온도)를 의미한다. 또한, 주요한 측정 조건은 이하와 같다.

온도 조건 : 20 내지 180 ℃

승온 속도 : 10 ℃/분

측정 분위기 : 질소

장치 : 세이코 인스트루먼트(SEIKO INSTRUMENTS INC.) EXSTAR6000/6200

본 발명의 제조 방법에서는, 리드의 금속 전극으로의 접속은 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 한다. 이 접속은, 구체적으로는 도전성 접착제에 의한 접속, 땜납 페이스트에 의한 접속, 땜납 재료에 의한 접속(필요에 따라서 플럭스 등을 이용함, 소위 납땜) 등으로 실시할 수 있고, 이 접속 시에, PTC 소자, 특히 그 도전성 폴리머 요소가 그것을 구성하는 폴리머의 융점 이상의 온도에 노출되는 일이 없으면 좋다.

폴리머의 융점 이상의 온도에 노출되는지 여부에 대해서는 접속 시에 적용하는 온도, 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트의 경우에는, 이들에 포함되어 있는 경화성 수지를 경화시키기 위해 필요한 온도를, 납땜의 경우에는 땜납 재료를 용융하기 위해 필요한 온도(땜납 재료의 융점)를 목표로 한다. 즉, 접속 시에는 그와 같은 필요한 온도 이상으로 가열할 필요가 있으므로, 필요한 온도가 폴리머의 융점보다 낮아지도록, 바람직하게는 적어도 10 ℃, 보다 바람직하게는 적어도 20 ℃, 특히 바람직하게는 적어도 30 ℃ 낮아지도록 폴리머 및 도전성 접착제, 땜납 페이스트 또는 땜납 재료를 선택한다.

본 발명의 제조 방법은 PTC 소자의 저항(즉, 트립하고 있지 않은 정상 시)이 보다 작은 PTC 디바이스를 제공한다. 따라서, 그와 같은 방법에 의해 제조되는 PTC 디바이스는 종래의 PTC 디바이스와 비교하여 보다 유용하다. 또한, 종래의 PTC 디바이스의 제조 방법에서는 폴리머 재료의 융점보다 높은 온도에서 리드를 PTC 소자에 접속하기 때문에, PTC 소자의 저항이 높아지므로, 접속 후, 예를 들어 0 ℃ 와 160 ℃ 사이에서 PTC 디바이스를 가열ㆍ냉각하는 열 사이클에 회부하여 저항 안정화 처리를 실시하고, PTC 디바이스의 PTC 소자의 저항을 내려서 안정화시킬 필요가 있었다. 그러나, 본 발명의 제조 방법에서는 리드의 접속 시에 저항값이 실질적으로 증가하지 않으므로, 그와 같은 저항 안정화 처리를 생략할 수 있다.

또한, 안정화 처리는, 통상 PTC 소자를 구성하는 폴리머의 융점을 초과하지 않는 온도까지 가열하고, 그 후, 통상 실온 부근 또는 그것보다도 낮은 온도로 냉각하여, 다시 가열ㆍ냉각한다는, 소위 열 사이클에 회부하여 PTC 디바이스(엄밀하게는, PTC 소자)의 저항값을 안정화시키는 처리이다. 이와 같은 안정화 처리에는, 후술하는 임펄스 처리(단시간의 전압의 인가에 의해 PTC 소자를 트립시키는 처리)를 포함해도 좋다.

도1은 본 발명의 폴리머 PTC 디바이스를, 그것을 구성하는 부재를 이해할 수 있도록 측방 단면도로 모식적으로 도시하는 도면이다.

도2는 제2 실시예 및 제2 비교예의 PTC 디바이스의 저항-온도 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도3은 제3 및 제4 실시예 및 제3 및 제4 비교예의 PTC 디바이스의 저항-온도 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도4는 제2 실시예 및 제2 비교예의 PTC 디바이스의 트립 사이클 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

도5는 제3 및 제4 실시예 및 제3 및 제4 비교예의 PTC 디바이스의 제조 방법을 시뮤레이션한 경우의 PTC 디바이스의 저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.

[부호의 설명]

100 : PTC 디바이스

102 : PTC 소자

104 : 금속 전극

106 : 리드

108 : 접속부

110 : 폴리머 PTC 요소

112 : 폴리머 PTC 요소의 주표면

도1에 본 발명의 폴리머 PTC 디바이스를, 그것을 구성하는 부재를 이해할 수 있도록 측방 단면도로 모식적으로 도시한다. 도시한 PTC 디바이스(100)는 PTC 소자(102) 및 그 금속 전극(104)에 접속된 리드(106)를 갖고 이루어진다. 금속 전극(104)에는 접속부(108)를 통해 리드(106)가 전기적으로 접속되어 있다. 도시한 형태에서는 금속 전극(104)과 리드(106) 사이에 이들을 전기적으로 접속하는 접속부(108)가 존재한다. 이 접속부(108)는 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 경화시킨 도전성 접착제(일반적으로는, 경화성 수지, 특히 열경화성 수지와 금속 필러의 혼합물)에 의해 구성되어 있다. 도전성 접착제 대신에, 땜납 페이스트(일반적으로는, 경화성 수지, 특히 열경화성 수지와 땜납 입자의 혼합물)를 사용할 수 있다.

또한, PTC 소자(102)는 폴리머 PTC 요소(110) 및 그 중 적어도 1개의 표면, 예를 들어 도시한 바와 같이 층 형상의 폴리머 PTC 요소(110)의 양측의 주표면(112)에 배치된 금속 전극(104)을 갖고 이루어진다. 폴리머 PTC 요소는 폴리머 재료 및 그 중에 분산되어 있는 도전성 필러로 구성되어 있다.

본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법에서는 폴리머 PTC 소자(102)로의 리드(106)의 전기적 접속을 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 실시한다. 보다 구체적으로는, 접속을 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트를 이용하여 실시하는 경우, 그 중에 포함되는 경화성 수지의 경화 온도가 폴리머 재료의 융점보다 낮은 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트를 선택한다. 그와 같은 경화성 수지로서는, 열경화성 수지, 습기 경화성 수지, 방사선(예를 들어, 자외선) 경화성 수지 등을 예시할 수 있다.

경화성 수지가 열경화성 수지인 경우, 선택한 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트를 PTC 소자의 전극 상에 공급하고, 그 위에 리드를 적재하여 그대로 가열한다. 이 가열에는 오븐과 같은 가열로를 사용할 수 있다. 이와 같은 공급은, 예를 들어 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트를 도포함으로써, 혹은 도전성 접착제 또는 땜납 페이스트의 덩어리를 디스펜서로 배치함으로써 실시할 수 있다.

국소적으로 리드만을 가열하는 형태도 가능하지만, PTC 소자 및 그 위에 적재한 리드를 전체적으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 경화성 수지가 열 이외의 작용에 의해 경화되는 경우, 통상, 상온 또는 약간의 가열 온도 조건으로 경화되므로, 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 전기적 접속을 실시할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 PTC 디바이스의 PTC 소자의 저항값은 종래의 제조 방법에 의해 제조되는 PTC 디바이스의 PTC 소자의 저항값보다 작고, 그 결과, 상술한 바와 같이 저항 안정화 처리 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명은 새로운 PTC 디바이스의 제조 방법을 제공하여, 상술한 발명의 방법에 의해 리드를 PTC 소자의 금속 전극에 접속하여 PTC 디바이스를 제조한 후에, 저항 안정화 처리 공정을 실시하는 것을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상술한 PTC 디바이스의 제조 방법에 의해 리드를 접속한 후에, 제품으로서의 PTC 디바이스가 생기게 된다.

(제1 실시예)

PTC 디바이스(1)의 제조

이하의 PTC 소자, 리드, 도전성 접착제를 이용하여 도전성 접착제에 의해 PTC 소자에 리드를 전기적으로 접속함으로써 PTC 디바이스를 제조하였다.

ㆍ PTC 소자 :

LR4-260용 PTC 칩[타이코 일렉트로닉스 레이켐사제, 사이즈 : 5 × 12 ㎜ ; 폴리머 재료 : 고밀도 폴리에틸렌(융점 : 약 137 ℃) ; 도전성 필러 : 카본 블랙 ; 금속 전극 : 니켈박, 노출면을 금 도금]

단, 이 칩은 후술하는 임펄스 처리 및 저항 안정화 처리를 실시하고 있지 않다.

ㆍ 리드 :

금 도금된 니켈 리드

ㆍ 도전성 접착제[후지쿠라 카세이 주식회사제 ; 상품명 : 두타이트(DOTIT)XA-910] :

도전성 필러/은 입자 ; 바인더/1액형 에폭시 수지 ; 경화 조건 : 100 ℃, 60분

PTC 소자의 한쪽 금속 전극 상에 도전성 접착제를 디스펜서로 공급하고, 그 위에 리드를 배치하여, 이들을 100 ℃로 온도 설정한 항온조 내에서 60분간 유지하고, 그 후, 항온조로부터 취출하여 냉각하여, PTC 소자에 리드를 전기적으로 접속한 PTC 디바이스(1)를 제조하였다. 비교를 위해, 도전성 접착제 대신에 땜납 페이스트를 이용하여, 리플로우로(爐)(250 내지 260 ℃)에 의한 납땜에 의해 리드를 PTC 소자에 접착한 비교 PTC 디바이스(1)를 제1 비교예로서 제조하였다.

(제2 실시예)

PTC 디바이스(2)의 제조

ㆍ PTC 소자 :

TD1120-B14-0용 PTC 칩[타이코 일렉트로닉스 레이켐사제, 사이즈 : 11 ㎜ × 20 ㎜ ; 폴리머 재료 : 고밀도 폴리에틸렌(융점 : 약 137 ℃) ; 도전성 필러 : 카본 블랙 ; 금속 전극 : 니켈박, 노출면을 동 도금]

ㆍ 리드 :

황동 리드

ㆍ 도전성 접착제[후지쿠라 카세이 주식회사제, 상품명 : 두타이트(DOTITE)XA-910] :

PTC 소자의 한쪽 금속 전극 상에 도전성 접착제를 디스펜서로 공급하고, 그 위에 리드를 배치하여, 이들을 100 ℃로 온도 설정한 항온조 내에서 60분간 유지하고, 그 후, 항온조로부터 취출하여 냉각하여, PTC 소자에 리드를 전기적으로 접속한 PTC 디바이스(2)를 제조하였다. 비교를 위해, 도전성 접착제 대신에 땜납 페이스트를 이용하여, 리플로우로(250 내지 260 ℃)에 의한 납땜에 의해 리드를 PTC 소 자에 접착한 비교 PTC 디바이스(2)를 제2 비교예로서 제조하였다.

(제3 실시예)

PTC 디바이스(3)의 제조

ㆍ PTC 소자 :

TD1115-B34XA-0PTC 칩[타이코 일렉트로닉스 레이켐사제, 사이즈 : 11 ㎜ × 15 ㎜ ; 폴리머 재료 : 폴리비닐리덴플루오라이드(융점 : 약 177 ℃) ; 도전성 필러 : 카본 블랙, 금속 전극 : 니켈 도금 동박, 노출면을 동 도금]

ㆍ 리드 :

황동 리드

ㆍ 도전성 접착제(후지쿠라 카세이 주식회사제, 상품명 : XA-874) :

도전성 필러/은 입자, 바인더/1액형 에폭시 수지, 경화 조건 : 150 ℃, 30분

PTC 소자의 한쪽 금속 전극 상에 도전성 접착제를 디스펜서로 공급하고, 그 위에 리드를 배치하여, 이들을 150 ℃로 온도 설정한 항온조 내에서 30분간 유지하고, 그 후, 항온조로부터 취출하여 냉각하여, PTC 소자에 리드를 전기적으로 접속한 PTC 디바이스(3)를 제조하였다. 비교를 위해, 도전성 접착제 대신에 땜납 페이스트를 이용하여, 리플로우로(250 내지 260 ℃)에 의한 납땜에 의해 리드를 PTC 소 자에 접착한 비교 PTC 디바이스(3)를 제3 비교예로서 제조하였다. 또한, 비교예의 PTC 디바이스에 대해서는 리드를 접착한 후, 임펄스 처리(DC 16 V, 10 A인 전류를 6초간 인가함)에 회부하고, 또한 저항 안정화 처리[80 ℃(1 시간 유지)와 ―40 ℃(1시간 유지) 사이의 온도 사이클에 회부함, 온도 변화 비율 2℃/분]에 회부하였다.

(제4 실시예)

PTC 디바이스(4)의 제조

TD1115-B34XA-0PTC 칩(타이코 일렉트로닉스 레이켐사제, 사이즈 : 11 ㎜ × 10 ㎜)을 이용한 것 이외는 제3 실시예를 반복하였다. 마찬가지로 하여, 제4 비교예로서 비교 PTC 디바이스(4)를 제조하였다.

(제5 실시예)

상술한 PTC 디바이스(1 내지 4) 및 비교 PTC 디바이스(1 내지 4)를 평가하였다. 이렇게 하여 얻어진 PTC 디바이스의 저항값(리드가 접속되어 있지 않은 금속 전극과 리드 사이의 저항값 ; 리드 및 금속 전극의 저항값은 PTC 소자의 저항값보다 훨씬 작기 때문에, PTC 디바이스의 저항값은, 실질적으로는 PTC 소자의 저항값과 동등함)을 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.

[표1]

(단위 : mΩ)

	제1 실시예	제2 실시예	제3 실시예	제4 실시예	제1 비교예	제2 비교예	제3 비교예	제4 비교예
평균값	22.82	8.04	21.24	31.0	33.92	15.82	32.86	48.96
최소값	21.9	7.6	21.0	30.4	32.6	15.0	32.1	48.1
최대값	23.6	8.5	21.7	31.5	37.6	16.6	34.2	50.2
표준 편차	0.506	0.178	0.250	0.415	1.52	0.399	0.712	0.728

이 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 PTC 디바이스에서는 PTC 소자의 저항값이 감소되어 있다. 또한, 저항값의 편차도 작게 되어 있다.

(제6 실시예)

(저항-온도 특성의 측정)

제2 내지 제4 실시예의 PTC 디바이스와 제2 내지 제4 비교예의 PTC 디바이스의 온도-저항 특성을 측정하였다. 시험 온도 범위는 20 ℃ 내지 150 ℃까지로 하고, PTC 디바이스의 주위 습도는 60 ％ 이하였다. PTC 디바이스의 주위 온도를 10 ℃씩 상승시켜, 그 온도 분위기에서 10분간 유지한 후, PTC 디바이스의 저항값을 측정하였다. 비교예의 PTC 디바이스에 대해서도 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 도2 및 도3에 나타낸다. 어떠한 PTC 디바이스에 대해서도 본질적으로 필요로 하게 되는 PTC 기능, 즉 임계 온도에 있어서의 저항값의 급격한 증가를 나타내는 것을 알 수 있다.

도2 및 도3으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조한 PTC 디바이스의 쪽이, 주위 온도가 상승한 경우의 저항값의 상승의 형태가 가파르다. 이는, 본 발명의 PTC 디바이스에 있어서 PTC 소자가, 트립하기 이전의 저항값이 상 대적으로 낮게 유지되어, 트립 시에 저항값이 급격하게 증가하는 성질을 갖는 것을 의미하고, 이와 같은 성질은 PTC 디바이스에는 바람직한 성질이다. 또한, 도시하지 않지만, 제1 실시예의 PTC 디바이스 및 제1 비교예의 PTC 디바이스에 대해서도 동일한 결과를 얻었다.

(제7 실시예)

(트립 사이클 시험)

제2 실시예의 PTC 디바이스와 제2 비교예의 PTC 디바이스에 대해 트립 사이클 시험을 실시하였다. 즉, 실온에서 PTC 디바이스에 DC 16 V/50 A를 인가하여(6초간) 트립시키고, 그 후, 54초간 전류를 차단하여 복귀시키고, 다시 동일한 조건으로 6초간 전류를 온으로 하여 트립(즉, 디바이스를 동작시킴)시키고, 그 후, 54초간 전류를 오프로 하여 복귀시켰다. 이 전류의 온/오프의 사이클의 회전 수에 의해 PTC 디바이스의 저항값이 변화되는 모습을 관찰하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

[표2]

(단위 : mΩ)

사이클 수	0^*)	1	10	100	500	1000
제2 실시예	8.10	9.65	9.85	9.70	9.65	3.85
제2 비교예	16.2	21.3	20.3	18.7	17.8	17.9

^*) 기준 저항값 : 트립시키기 전의 PTC 디바이스의 저항값

또한, 0 사이클 시의 저항값에 대한 비율, 즉 기준 저항값을 1로 한 경우의 각 사이클 수 종료 후의 저항값의 비율, 즉 저항 변화율을 사이클 수(따라서, 동작 회수)에 대해 도4에 도시한다. 이 결과로부터, 본 발명의 방법에 의해 제조한 PTC 디바이스의 쪽이 트립을 반복해도 저항값의 변화의 비율이 작아, 안정된 저항값을 갖는 것을 알 수 있다.

또한, PTC 디바이스에 관하여, 일반적으로는 최초의 트립에 의해 저항값이 가장 크게 증가하는 것이 알려져 있다. 1회의 트립 후에, 제2 실시예의 디바이스에서는 저항값이 약 1.19배(9.65/8.10)로 된 것에 비해, 제2 비교예의 디바이스에서는 저항값이 약 1.32배로 되어, 이 점에서도 제2 실시예의 PTC 디바이스가 바람직하다.

(제8 실시예)

(PTC 디바이스의 제조의 시뮬레이션)

일반적으로는, PTC 디바이스의 제조 과정에서는 리드를 설치한 후에 후술하는 임펄스 처리 및 저항 안정화 처리(후술하는 2종의 열 사이클 처리)를 실시하고 있으므로, 이 제조 과정을 시뮬레이션하여 PTC 소자에 차례로 소정의 처치를 실시하여 PTC 디바이스를 제조하고, 또한 그 후, PTC 디바이스를 트립시켰다. 그동안에, 다음의 저항값을 차례로 측정하였다 :

ㆍ 제3 및 제4 실시예에 있어서 이용하는 PTC 소자의 저항값(「chip」이라고 그래프에 표시),

ㆍ 이 PTC 소자에 리드를 설치하여 제조되는 제3 실시예 및 제4 실시예에서 제조되는 PTC 디바이스의 저항값(「Assy」라고 그래프에 표시),

ㆍ 이 PTC 디바이스를 DC 25 V/40 A에서 6초간 인가한 후의 저항값(즉, 임펄 스 처리 후의 저항값)(「임펄스」라고 그래프에 표시),

ㆍ 160 ℃(1 시간 유지)와 0 ℃(1시간 유지) 사이의 열 사이클 처리(온도 변화 비율 2 ℃/분) 후의 저항값(「160 ←→ 0 ℃」라고 그래프에 표시),

ㆍ 80 ℃(1 시간 유지)와 ―40 ℃(1 시간 유지) 사이의 열 사이클 처리(온도 변화 비율 2 ℃/분) 후의 저항값(「80 ←→ ―40 ℃」라고 그래프에 표시)

ㆍ PTC 디바이스를 트립시킨 후의 저항값(「Trip」이라고 그래프에 표시)

또한, 비교를 위해 제3 비교예 및 제4 비교예와 마찬가지로 납땜에 의해(리플로우로 온도 : 250 내지 260 ℃) 리드를 접속하는 경우(즉, 종래의 PTC 디바이스의 제조 방법)에 대해서도 상기 저항값을 측정하였다. 이들 결과를 도5의 그래프에 나타낸다.

도4로부터 명백한 바와 같이, 본 발명을 기초로 하여 리드를 도전성 접착제에 의해 설치하는 경우, PTC 소자로부터 PTC 디바이스를 제조하는 과정에 있어서, PTC 디바이스의 저항값은 원래의 PTC 소자의 저항값으로부터 그다지 크게 변화되지 않는다. 이에 비하여, 납땜에 의해 리드를 설치하는 경우에는 리드를 설치하면 크게 저항값이 증가하고, 그 후의 임펄스 처리 및 저항 안정화 처리에 의해 PTC 디바이스의 저항값이 저하되어 안정되는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법에 의해 PTC 디바이스를 제조하는 경우, 리드를 설치해도 저항값이 증가하지 않으므로, 종래의 PTC 디바이스의 제조 방법에 있어서 필요했던, 임펄스 처리 및 저항 안정화 처리의 적어도 한쪽, 바람직하게는 양쪽을 생략할 수 있다.

또한, 제1, 제2 및 제4 실시예의 PTC 디바이스에 대해, 만약을 위해 리드와 금속 전극 사이의 접착성을, 박리 강도를 측정함으로써 확인하였다. 박리 강도는 PTC 디바이스를 고정하고, PTC 디바이스의 리드의 엣지 부분을 클램프로 끼워서 인상하여 리드를 박리할 때에 요구된 인장력을 측정함으로써 실시하였다. 그 결과를 표3에 나타낸다.

[표3]

PTC 디바이스	제1 실시예	제2 실시예	제4 실시예
인장력(kgf)	1.17	3.58	3.31

이들 결과는 어떠한 PTC 디바이스에 대해서도, 리드의 접착성은 PTC 디바이스의 사용상 문제가 없는 것을 의미한다.

또한, JIS C0044(IEC68-22)를 기초로 자연 낙하 시험을 실시하여 리드의 박리의 유무를 확인하였다. 실시예의 PTC 디바이스는 모두 리드가 박리되는 일은 없었다. 또한, JIS C0051의 단자 강도 시험에 기초하여, 리드의 엣지 부분에 인장력 40 N±10 ％의 힘을 10초±1초 가하였을 때의 리드의 어긋남에 대해 외관의 이상의 유무를 관찰하였다. 어떠한 실시예의 PTC 디바이스에 대해서도 외관의 이상이 없어, (전술한 JIS 규격을 기초로 한 단자 강도 시험에) 합격하였다.

본 발명은 저항값이 작은 PTC 디바이스를 제조할 수 있고, 또한 그 제조 시에, 종래 필요로 되어 있던 저항 안정화 처리를 생략할 수 있다. 즉, PTC 소자에 리드를 설치하면, 그 후에 특별한 처리를 실시하지 않고, PTC 디바이스로서 사용할 수 있다.

Claims

폴리머 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자 및

적어도 한쪽의 금속 전극에 전기적으로 접속된 리드를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스의 제조 방법이며,

폴리머 PTC 요소는 폴리머 재료 및 그 중에 분산되어 있는 도전성 필러를 포함하여 이루어지는 도전성 폴리머 조성물에 의해 형성되고,

리드의 금속 전극으로의 접속은 폴리머 재료의 융점보다 낮은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제1항에 있어서, 리드의 금속 전극으로의 접속은 리드와 금속 전극 사이에 배치한 도전성 접착제에 의해 실시하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제2항에 있어서, 도전성 접착제는 자외선 경화성 수지를 포함하여 이루어지고, 리드와 금속 전극 사이에 배치된 도전성 접착제에 자외선을 조사하여 자외선 경화성 수지를 경화시킴으로써 리드를 금속 전극에 접속하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제2항에 있어서, 도전성 접착제는 습기 경화성 수지를 포함하여 이루어지고, 리드와 금속 전극 사이에 배치된 도전성 접착제 주위의 습기에 의해 습기 경화성 수지를 경화시킴으로써 리드를 금속 전극에 접속하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제2항에 있어서, 도전성 접착제는 경화 온도가 폴리머 재료의 융점보다 낮은 열경화성 수지를 포함하여 이루어지고, 리드와 금속 전극 사이에 배치된 도전성 접착제를 가열하여 열경화성 수지를 경화시킴으로써 리드를 금속 전극에 접속하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제5항에 있어서, 열경화성 수지의 경화 온도는 폴리머 재료의 융점보다 적어도 20 ℃ 낮은 PTC 디바이스의 제조 방법.
제5항에 있어서, 열경화성 수지의 경화 온도는 폴리머 재료의 융점보다 적어도 30 ℃ 낮은 PTC 디바이스의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 재료는 고밀도 폴리에틸렌이고, 도전성 접착제는 에폭시 수지를 포함하여 이루어지는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드이고, 도전성 접착제는 에폭시 수지를 포함하여 이루어지는 PTC 디바이스 의 제조 방법.
제1항에 있어서, 리드의 금속 전극으로의 접속은 리드와 금속 전극 사이에 배치한, 폴리머 재료보다 낮은 융점을 갖는 땜납 재료를 가열하여 땜납 재료를 용융시킴으로써 실시하는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 리드의 금속 전극으로의 접속을 완료함으로써 제품으로서의 PTC 디바이스를 얻을 수 있는 PTC 디바이스의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 또는 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 폴리머 PTC 디바이스.
폴리머 재료는 고밀도 폴리에틸렌이고 도전성 접착제는 에폭시 수지를 포함하는 제5항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 폴리머 PTC 디바이스.
폴리머 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드이고 도전성 접착제는 에폭시 수지를 포함하는 제5항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 폴리머 PTC 디바이스.