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

一种PTC热敏电阻元件加工工艺
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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