CN1481560A - 电元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电元件，它有一个基体(1)、至少两个与基体(1)连接的接线元件(4，5)、一层设置在基体(1)的表面上的中间层(6)和一层设置在中间层(6)上的保护层(7)，其中，中间层(6)和保护层(7)分别用同一种含有溶剂的原材料制成，且中间层(6)的溶剂含量比保护层(7)的溶剂含量少。此外，本发明涉及该元件的一种制造方法。中间层(6)特别适宜通过喷射涂覆到元件的被加热的基体(1)上，从而提高正温度系数热敏电阻的存放电压稳定性。

Description

电元件及其制造方法
本发明涉及一种电元件，它有一个基体和至少两个与该基体连接的接线元件以及一层保护层。此外，本发明涉及这种元件的制造方法。
文首所述类电元件是众所周知的，其基体用一种具有欧姆电阻正温度系数的陶瓷材料制成。此外，这类公知的电元件的基体用一层含有有机成分的保护层进行包封。这类元件通常作为正温度系数热敏(PTC)电阻使用。其中，作为陶瓷材料例如可用施主掺杂和施受掺杂的钛酸钡。保护层一般是通过浸漆法涂覆到基体上的烘干的漆。这种漆含有有机溶剂，例如混合二甲苯或丙酮酯和有机胶粘剂。
从文献DE 2500789 A1已知具有一层可压缩的中间层的电元件，在该中间层上涂覆一层保护层。该中间层的作用是吸收由于电基体和保护层的不同的热膨胀系数作用在该基体上的应力。该中间层可用一种含溶剂的材料制成，其溶剂成分在该材料涂覆到基体上后通过加热被蒸发掉。
从专利文献DE 51 956 C2中已知一种冷导体，该冷导体被一个外壳包封，该外壳的材料不是亲核体。这样就可防止外壳材料与冷导体的基体产生化学反应。该外壳用浇注材料进行包封。
此外，正温度系数热敏电阻的质量是通过它的存放电压稳定性来评定的。这种存放电压稳定性表达出在一个较长的时间间隔例如24小时内，正温度系数热敏电阻所能经受的电压，而不损害它的各种特性。根据所加的电压，电流流过正温度系数热敏电阻，并加热该电阻。所以正温度系数热敏电阻的存放电压稳定性是与它的温度稳定性密切相关的。由于在评定正温度系数热敏电阻的稳定性时，具有大的时间常数的一些化学过程起着重要的作用，所以单是短时间间隔所加的电压对评定稳定性是没有说服力的。
这类公知的元件具有这样的缺点，作为保护层涂覆的漆由于浸漆法而形成10至500微米之间的相对大的层厚。所以，在漆干燥时，在表面上形成结壳的面，而在漆的内部则仍存在一部分有机成分，在进一步的干燥过程中，这些有机成分由于结壳的表面而被完全阻止从漆中离开。
所以，这些公知元件的保护层含有残余的有机成分。这些有机成分可到达基体，并在该处由于所加高压使元件温度超过220℃时而导致化学反应，该化学反应使陶瓷的晶界去极化。从而破坏陶瓷的正温度系数效应，因而元件在进一步加电压时产生过热并由此造成破坏。所以这类公知元件具有差的存放电压稳定性。
本发明的目的是提出一种具有高的存放电压稳定性的元件。此外，本发明的目的是提出一种这种元件的制造方法。
根据本发明，这个目的是通过权利要求1所述的一种元件以及通过权利要求8所述的一种方法来实现的。本发明的一些有利的方案可从其他各项权利要求中得知。
本发明提出的电元件具有一个基体和至少两个与该基体连接的接线元件。在该基体的表面上设置了一层中间层，在该中间层的表面上设置了一层保护层。该中间层和保护层分别用同一种含有溶剂的材料制成。此外，该中间层的溶剂含量低于该保护层的溶剂含量。
本发明的电元件具有这样的优点：设置在该基体表面上的各层都用同一种材料制成，从而避免使用不同材料以达到节省费用的效果。此外，本发明的电元件还具有这样的优点，即直接贴合在基体表面上的中间层的溶剂含量比保护层的溶剂含量少。这样，例如用陶瓷材料制成的元件基体便只与很少的溶剂接触，从而可减少溶剂的上述不利影响。
设置在基体表面上的中间层可这样涂覆在该基体上，即在该中间层涂覆的过程中，该基体已被加热。这样做的优点是，原材料内所含溶剂的至少一部分可在中间层涂覆的过程中蒸发和表面上的中间层可快速干燥。从而有效的减少了中间层相对于保护层的溶剂含量。
基体的加热通过电流来实现是特别有利的。为此，冷导体陶瓷作为该基体材料是特别适用的，因为这类陶瓷是为大电流负荷设计的。
此外，可用含有有机溶剂的漆作为中间层或保护层的原材料。这类漆一般用作由冷导体陶瓷制成的正温度系数热敏电阻的保护层。此外，有机成分可以是芳香族的溶剂，例如混合二甲苯、丙酮酯、乙烯苯或丁醇；或有机胶粘剂，例如硅酸盐橡胶。用这类材料制成的保护层可保护电元件不受环境影响，并具有足够的绝缘性能，所以在接线元件之间不会由于这些层引起短路。作为各层的材料可考虑用含有上述有机成分的漆以及无机填料，例如二氧化硅。
保护层最好通过将基体浸入一种液体中来制成，因为通过这一过程可按简单的方式制成具有适合于电元件厚度的外保护层。
保护层的保护功能所需的合适的厚度为10和500微米之间。中间层的合适的厚度为5和100微米之间的范围。
此外，本发明提出了一种电元件的制造方法，该电元件包括一个基体，该基体与至少两个接线元件连接，并在其表面上具有一层用含有溶剂的原材料制成的中间层，该基体在中间层的涂覆过程中用通过它的电流进行加热。
在中间层的涂覆过程中加热基体具有这样的优点：原材料中含有的溶剂容易挥发，从而可减少中间层的溶剂含量并由此减少溶剂对基体表面的不利影响。
本发明的这种方法特别适用于制造本发明电元件的中间层。
在基体表面上制造中间层用的原材料通过喷射进行涂覆是特别有利的。在此，全部可行的喷射方法都可使用，例如也可用喷枪。原材料的喷射可实现中间层的连续的薄的涂覆，特别是也可实现具有均匀层厚的层的涂覆。在喷射涂覆的过程中，中间层生长很慢，所以溶剂含量在中间层的喷涂过程中容易被蒸发。
此外，通过用喷射涂覆中间层容易使元件的基体全面被中间层封闭，从而有效减少设置在该中间层上的一层保护层的潮气或溶剂进入基体。
如果在中间层的喷涂过程中，基体被加热到能使原材料的溶剂成分的至少90％被蒸发的温度，则用喷射法涂覆中间层是特别有利的。这样就能保证中间层只含有很少的溶剂成分。
在中间层的喷涂过程中，如果使基体的实际温度稳定到与合适的额定温度相差不到10％，则可达到中间层涂覆的均匀性。这样就能保证在中间层喷涂的任一时间点，一方面基体的温度高到能蒸发足够多的溶剂，另一方面该温度低到不致使中间层或基体过热而损坏。
用这种方法时，最好采用这样的基体，它的电压-电流特性曲线具有至少一个最大值。即在这种情况下，可通过将位于电压-电流特性曲线的负的斜率区域内的电压加到接线元件上而引起电流通过基体。根据该特性曲线的负的斜率，电压的上升引起元件内流动的电流下降，这对转换的电功率P和由此对元件或基体的温度具有稳定的效果。
作为其电压-电流特性曲线具有至少一个最大值的基体例如可考虑用冷导体陶瓷制成的基体。位于电压-电流特性曲线的负的斜率区域内的电压选择为在冷导体时“翻转”的概念是公知的。
作为具有正温度系数的陶瓷的合适的材料例如可用施主掺杂的钛酸钡或(V，Cr)2O3陶瓷。
在使用冷导体陶瓷制成的基体时，基体通过1和2安之间的电流可被加热到140和150℃之间的温度。这样的温度例如适合于喷涂一层硅酸盐漆。
在中间层上可用同一种原材料用别的方法例如浸渍法涂覆一层保护层。这层保护层可以比中间层厚，因而适合作为抵抗外界影响的保护层。
通过将原材料喷射到基体上，中间层特别可全面封闭地涂覆到基体上，并由此有效地保护基体不受其他含有溶剂的外层的影响。
下面结合一些实施例及其相应的附图来详细说明本发明。
图1表示本发明元件的示意横截面；
图2表示图1元件的电压-电流特性曲线；
图3表示用本发明方法进行一层的喷涂过程中的一个元件的示意横截面。
图1表示一个具有圆片状基体1的正温热敏电阻，该基体用合适的陶瓷材料制成，在基体1的下表面设置有例如用银烧渗膏制成的第一接触区2。在第一接触区2上固定第一接线元件4，该接线元件例如是一种导线。该导线最好通过焊接固定在第一接触区2上。第二接触区3设置在基体1的表面上，并也可用银烧渗膏制成。按与第一接触区2的相同方式，也可在第二接触区3上固定一个焊接导线形式的第二接线元件5。
基体1被一层保护层6包封，该保护层具有10至500微米的厚度并由一种含有溶剂的漆制成。此外，基体1被一层设置在保护层6以内的中间层7包封，该中间层具有5和20微米的厚度并只含有很少的溶剂。接线元件4，5具有端段8，9，它们没有被两个层6，7包封，所以这两个端段可用来实现元件的电连接。
在本发明的第一实施例中，按下述步骤制造20个图1所示的元件：首先正温度系数元件通过1至2安的电流被加热到140和150℃之间的温度，在温度稳定后，用喷枪喷涂一层硅酸盐漆的中间层6，然后将已冷却的正温度系数元件浸入硅酸盐漆中形成一层保护层7，随即进行干燥。
此外，作为比较试样制造了20个图1所示的元件，但没有中间层。
本发明的实施例以及比较试样都用Reichold公司的硅酸盐漆制造保护层，根据经验，这种漆明显降低存放电压稳定性。
元件在加20伏交流电压下存放24小时进行测试。本发明的元件在进行各种电压存放试验后没有观察到故障，而没有中间层的元件则观察到7次故障。这清楚地表明了本发明中间层的有利作用。
图2的电压-电流特性曲线在翻转电压Uk时具有一个最大值。在电压U＞Uk时，冷导体“翻转”，这就是说，在电压U不断上升时，流经该冷导体的电流I下降，所以在该元件中转换的电功率稳定。
图3表示本发明方法的实施，其中用冷导体陶瓷制成的基体1带有接线元件4和5并流通电流I。电流I把基体1加热到超过室温的温度。这时便可用一个喷嘴11把硅酸盐漆喷涂到基体1的表面上，从而形成一个层10，此层由于蒸发只含很少的溶剂。

Claims (10)

1.冷导体，其具有：
-一个基体(1)；
-至少两个与基体(1)连接的接线元件(4，5)；
-一层设置在基体(1)的表面上的中间层(6)；
-一层设置在中间层(6)上的保护层(7)，
-其中中间层(6)和保护层(7)分别用同一种含有溶剂的漆制成，该溶剂对元件的电性能产生不利影响；和
-其中中间层(6)的溶剂含量比保护层(7)的溶剂含量少。
2.按权利要求1的元件，其中中间层(6)的厚度为5和100微米之间。
3.按权利要求1的元件，其中保护层(7)的厚度为10和500微米之间。
4.具有一个当至少两个接线元件(4，5)连接的基体(1)的冷导体的制造方法，其包括下列工艺步骤：
A)在基体(1)上产生一层用一种含有溶剂的漆制成的中间层(6)，该基体在该中间层的涂覆过程中借助流经它的电流(I)被加热，所以在中间层(6)的涂覆过程中，所述漆的溶剂的至少90％被蒸发掉。
B)在中间层(6)上产生一层用一种含有溶剂的漆制成的保护层(7)。
5.按权利要求4的方法，其中该中间层通过喷射涂覆到基体(1)上。
6.按权利要求4或5的方法，其中所用的基体(1)的电压-电流特性曲线具有至少一个最大值，且通过施加一个位于该电压-电流特性曲线的负的斜率区域内的电压(U)而引起电流(I)流经基体(1)，所以在中间层(6)的涂覆过程中，基体(1)的实际温度被稳定到与额定温度相差不到10％的程度。
7.按权利要求4至6的方法，其中基体(1)被加热到140和150℃之间的温度。
8.按权利要求4至7的方法，在工艺步骤(B)中，保护层(7)用与中间层(6)相同的原材料进行涂覆。
9.按权利要求8的方法，其中保护层(7)通过浸入一种液体中实现涂覆。
10.按权利要求4至9的方法，其中该中间层这样喷涂，使之全面包封基体(1)。
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