CN105390219A - 过压过流保护作用的组件及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过压过流保护作用的组件及其制作工艺，组件包括压敏电阻及PPTC电极浆料、两个引脚、环氧树脂包封层，所述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上具有过流保护作用的PPTC电极浆料，并通过按压将引脚分别粘接于两侧电极浆料表面，采用中低温热固化或紫外光照固化后，使用环氧树脂包封料封装，通过热耦合作用起到过压过流保护作用。本发明提供的电路保护元件将PPTC电极浆料与压敏电阻相结合，同时起到过流过压保护作用，有效避免压敏电阻过流起火问题及PPTC低温下动作迟缓问题。

Description

过压过流保护作用的组件及其制作工艺

技术领域

本发明涉及保护性电子元器件领域，特别涉及一种压敏电阻及PPTC电极浆料结合的电路保护元件，尤其是一种过压过流保护作用的组件及其制作工艺。

背景技术

压敏电阻器作为过压保护器件，具有响应速度快、无续流、残压比小、通流量大、漏电流小及产品选用电压范围宽等优点。特别是氧化锌材料制作的压敏电阻器，其优点更显突出。但是，氧化锌压敏电阻器由于具有负温度系数(NTC)特性，如果经常遭遇暂态过电压或元件老化等原因引起漏电流增大，瓷片温度升高，引起电阻值减小，又使漏电流进一步增大，由此恶性循环，最后导致元件热击穿造成电阻体穿孔短路或高热起火。采用带熔断丝压敏电阻器组件可以防止这类事故发生，但这种组件一旦熔断丝熔断就不可恢复，即使压敏电阻器并未失效也必须整体更换。另外，传统的压敏电阻在制作过程中，通常在其压敏电阻主体上下两面印刷银电极，并在电极面上通过锡焊工艺连上引线。此过程极易造成银电极层缺陷，导致元器件在使用过程中发生炸裂等危险。

PPTC热敏电阻是指以高分子树脂为基底具有正温度系数的热敏电阻，其主要成分包含高分子树脂基底与导电填料。当材料温度较低时，导电粒子在材料中形成导电网络；当各种连接器端口遭受短路或过电流冲击时，随着材料温度升高，高分子树脂受热膨胀，导电网络遭到破坏，从而使其电阻阻值提升，线路呈现高阻(断开)状态，回路电流幅度减小，保护了后端设备；当过电流消除后，材料温度降低，导电网络重新恢复，PPTC热敏电阻自动恢复正常，可重复使用。PPTC热敏电阻器可用于电子线路中作过流保护元件，但是它对由于瞬态浪涌电压引起的瞬态过电流却无能为力，并且其在低温环境中因保护过慢引起事故的概率较大。

为了解决上述问题，本发明采用压敏电阻及PPTC电极浆料相结合，制备出具有过压过流保护作用的组件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供过压过流保护作用的组件及其制作工艺，组件包括压敏电阻及PPTC电极浆料，有效避免压敏电阻过流起火问题及电极破坏问题；同时，通过压敏电阻与PPTC电极层的热耦合作用，使PPTC的过流保护作用更加迅速。

本发明实现目的的技术方案是：

一种过压过流保护作用的组件，组件包括压敏电阻及PPTC电极浆料，所述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上具有过流保护作用的PPTC电极浆料，并通过按压将两个引脚分别粘接于两侧电极浆料表面。

而且，所述PPTC电极浆料的成分及含量为：

而且，所述热固化型高分子聚合物包括：液态双酚A环氧树脂、丁晴橡胶改性环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚氨酯弹性改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯酸酯改性聚氨酯、聚酰亚胺树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种混合物。

而且，所述导电填料包括：金属粉末，导电陶瓷粉末、碳黑，石墨，碳纤维，石墨烯，氧化石墨烯，碳纳米管等中的一种或者多种混合物；所述金属粉末包括：铜，镍，金，铂，钨，锡，银中的一种或者多种混合物；所述导电陶瓷粉末包含金属氧化物，金属碳化物，金属硅化物，金属氮化物，金属硼化物之中的一种或几种混合物。

而且，所述导电填料粒径为0.05-150μm，优选1-80μm，采用硅烷或者钛酸酯类偶联剂进行处理更有利于其在聚合物基底中的分散。

而且，所述固化剂包括：胺类固化剂如双氰胺、乙二酸二酰肼等、酸酐固化剂如甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐等，聚酰胺固化剂、羧酸固化剂等中的一种或组合物。

而且，所述固化促进剂包括：叔胺类如三亚乙基二胺、2,4,6-二甲基氨基甲酚等，咪唑类如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑等，季铵盐类，磷化合物类等中的一种或组合物。优选咪唑类和季铵盐类固化促进剂。

而且，所述其他助剂包括：活性单体稀释剂，偶联剂，抗氧剂，增塑剂，稳定剂，阻燃剂等所需的其他助剂。

一种过压过流保护作用的组件的制作工艺，制作工艺步骤如下：

⑴将通用型氧化锌压敏电阻片用乙醇超声清洗，干燥备用；

⑵将高分子聚合物基底、填料及其他助剂通过高剪切搅拌混合均匀，制得PPTC电极浆料；

⑶在上述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上3mm厚的上述PPTC电极浆料，粘覆面积与压敏电阻表面银电极一致；

⑷通过按压将两个引脚分别粘接于两侧电极浆料表面，并进行加热固化，固化温度为150-180度，时间为2-5小时；

⑸最后在外面包覆一层环氧树脂绝缘包封料，即可制得过压过流保护元件。

本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的电路保护元件将PPTC电极浆料与压敏电阻相结合，同时起到过流过压保护作用，有效避免压敏电阻过流起火问题及PPTC低温下动作迟缓问题。

本发明以高分子导电浆料连接电子元件与电极引线，防止电子元器件表面银电极在高温焊接过程中遭到破坏。

本发明所述发明电极浆料通过紫外光固化或中低温固化的方式聚合，无需高温焊接，适合于对温度敏感的元器件，节约能源消耗的同时降低成本。

附图说明

图1实施例1中PPTC电极浆料与压敏电阻相结合的电路保护元件之正面示意图；

图2实施例1的PPTC电极浆料与压敏电阻相结合的电路保护元件之剖面示意图；

其中，1-环氧树脂包封层，2-氧化锌压敏电阻，3-PPTC电极浆料固化层，4-第一电极引脚，5-第二电极引脚。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种过压过流保护作用的组件及其制作工艺，包括压敏电阻及PPTC电极浆料，成分及步骤如下：

本实施例中浆料成分为：

液态环氧树脂E-51，质量份数为100份；

导电填料炭纤维，20份；

片状银粉，5份；

低分子聚酰胺，含量50份；

固化促进剂2乙基-4甲基咪唑(2E4MZ)，2份；

稀释剂聚丙二醇二缩水甘油醚，10份，

偶联剂KH550，3份，

阻燃剂氢氧化铝，4份，

抗氧剂DOPO，1份

利用上述PPTC电极浆料与压敏电阻相结合制作电路保护元件的工艺包括如下步骤：

⑴将通用型氧化锌压敏电阻片(型号：直径厚度Φ14/1.8mm，压敏电压V1mA为650±10％)用乙醇超声清洗10分钟，干燥备用。

⑵将高分子聚合物基底、填料及其他助剂通过高剪切搅拌混合均匀，制得PPTC电极浆料。

⑶在上述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上3mm厚的上述PPTC电极浆料，粘覆面积与压敏电阻表面银电极一致。

⑷通过按压将引脚1和引脚2分别粘接于两侧电极浆料表面，并进行加热固化，固化温度为150度，时间为2小时。

⑸最后在外面包覆一层环氧树脂绝缘包封料，即可制得过压过流保护元件。对制得的过压过流保护元件进行性能测试。

实施例2：

一种过压过流保护作用的组件及其制作工艺，包括压敏电阻及PPTC电极浆料，成分及步骤如下：

本实施例中浆料成分主要为

聚氨酯丙烯酸酯低聚物(PUA)50份

甲基丙烯酸甲酯的混合物50份

导电粒子炭纤维，含量为20份；

片状银粉，5份；

光引发剂安息香丁醚，3份；

稀释剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，10份，

偶联剂KH550，3份；

阻燃剂氢氧化铝，4份，

抗氧剂DOPO，1份

利用上述PPTC电极浆料与压敏电阻相结合制作电路保护元件的工艺包括如下步骤：

⑴将通用型氧化锌压敏电阻片(型号：直径厚度Φ14/1.8mm，压敏电压V1mA为650±10％)用乙醇超声清洗10分钟，干燥备用。

⑵将高分子聚合物基底、填料及其他助剂通过高剪切搅拌混合均匀，制得PPTC电极浆料。

⑶在上述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上3mm厚的上述PPTC电极浆料，粘覆面积与压敏电阻表面银电极一致。

⑷通过按压将引脚1和引脚2分别粘接于两侧电极浆料表面，并进行紫外光照射固化，时间为5分钟。

⑸最后在外面包覆一层环氧树脂绝缘包封料，即可制得过压过流保护元件。对制得的过压过流保护元件进行性能测试。

比较例：

为了进一步说明本发明的过压过流保护作用，选取现有通用型压敏电阻(型号：直径厚度Φ14/1.8mm，压敏电压V1mA为650±10％)作为对比例1进行相应测试。对比例2、3与实施例1的基本特征大致相同，不同之处在于压敏电阻两侧电极表面涂覆的PPTC电极浆料厚度分别为0.5mm和6mm。

测试以上电路保护元件的过压过流保护作用。

工频过电压测试：将电压为680VAC的交流电源加在引脚1和引脚2两端，导电10分钟后断开，静置30分钟，再通电10分钟，反复测试10次，测试结束后，样品外观无变化，两导线之间的压敏电压变化率小于10％，则样品测试合格，具有过压保护作用。

脉冲电流测试：在样品引脚1与引脚2两端施加电流脉冲信号，脉冲源为8/20us，且电流波峰值为2KA。每只样品测试10次，间隙60秒。测试结束后，样品外观无变化，两导线之间的压敏电压变化率小于10％，则样品测试合格，具有过流保护作用。

表1

	工频过电压测试	脉冲电流测试	综合评价
				实施例1	合格	合格	合格
实施例2	合格	合格	合格
				比较例1	压敏电阻片击穿	合格	不合格
比较例2	PPTC电极层击穿	PPTC电极层击穿	不合格
				比较例3	压敏电阻片击穿	合格	不合格

测试结果见表1所示：在实施例1和2中的PPTC电极浆料与压敏电阻相结合的电路保护元件同时均有过电压过电流保护能力，而比较例1中的压敏电阻，在过压导通后因为没有PPTC电极层的抑流作用，随着漏电流的增大而被击穿；比较例2和比较例3中的PPTC电极层厚度与压敏电阻不匹配，不能很好的发挥综合保护作用。

本发明的工作原理如下：当电路发生短路故障导致通过保护元件的电流达到其动作电流时，PPTC高分子基膨胀使其进入高阻态起到切断电流的作用；当元件两端电压超过其压敏电压时，压敏电阻迅速导通并发热，处于两边的PPTC除了自身通电发热外，还会吸收压敏电压传递的热量，导致PPTC阻值跃升，电流急剧减少，同时其上电压降增大很多，压敏电阻器两端电压减少，只有很小的漏电流通过，从而避免压敏电阻因漏电流增大而引发危险。

上述实施例为本发明的实施方式之一，本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种过压过流保护作用的组件，其特征在于：组件包括压敏电阻及PPTC电极浆料，所述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上具有过流保护作用的PPTC电极浆料，并通过按压将两个引脚分别粘接于两侧电极浆料表面。

2.根据权利要求1所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述PPTC电极浆料的成分及含量为：

3.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述热固化型高分子聚合物包括：液态双酚A环氧树脂、丁晴橡胶改性环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚氨酯弹性改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯酸酯改性聚氨酯、聚酰亚胺树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种混合物。

4.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述导电填料包括：金属粉末，导电陶瓷粉末、碳黑，石墨，碳纤维，石墨烯，氧化石墨烯，碳纳米管等中的一种或者多种混合物；所述金属粉末包括：铜，镍，金，铂，钨，锡，银中的一种或者多种混合物；所述导电陶瓷粉末包含金属氧化物，金属碳化物，金属硅化物，金属氮化物，金属硼化物之中的一种或几种混合物。

5.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述导电填料粒径为0.05-150μm，优选1-80μm，采用硅烷或者钛酸酯类偶联剂进行处理更有利于其在聚合物基底中的分散。

6.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述固化剂包括：胺类固化剂如双氰胺、乙二酸二酰肼等、酸酐固化剂如甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐等，聚酰胺固化剂、羧酸固化剂等中的一种或组合物。

7.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述固化促进剂包括：叔胺类如三亚乙基二胺、2,4,6-二甲基氨基甲酚等，咪唑类如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑等，季铵盐类，磷化合物类等中的一种或组合物。优选咪唑类和季铵盐类固化促进剂。

8.根据权利要求2所述的过压过流保护作用的组件，其特征在于：所述其他助剂包括：活性单体稀释剂，偶联剂，抗氧剂，增塑剂，稳定剂，阻燃剂等所需的其他助剂。

9.一种过压过流保护作用的组件的制作工艺，其特征在于：制作工艺步骤如下：

⑴将通用型氧化锌压敏电阻片用乙醇超声清洗，干燥备用；

⑵将高分子聚合物基底、填料及其他助剂通过高剪切搅拌混合均匀，制得PPTC电极浆料；

⑶在上述压敏电阻的两侧电极表面涂覆上3mm厚的上述PPTC电极浆料，粘覆面积与压敏电阻表面银电极一致；

⑷通过按压将两个引脚分别粘接于两侧电极浆料表面，并进行加热固化，固化温度为150-180度，时间为2-5小时；

⑸最后在外面包覆一层环氧树脂绝缘包封料，即可制得过压过流保护元件。