CN1555066A - 一种热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热敏电阻器及其制造方法。热敏电阻器由芯材和贴覆于上述芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成，或者通过印制线路板工艺制成表面贴装型式构成，特点是所述的芯材由高分子聚合物35～60％、导电填料35～60％、纳米填料0.1～10％、其他填料0～20％、加工助剂0～5％，所述的芯材组分中的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。本发明因采用了纳米填料以提高PTC热敏电阻的耐可焊接性能和环境老化性能。
Description
技术领域
本发明涉及以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件，尤其涉及一种热敏电阻器及其制造方法。
背景技术
一般地，在填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数效应。正温度系数(PTC，Positive TemperatureCoefficient)效应是指材料的电阻率随温度升高而增加的现象。众所周知，许多聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等在纯净态为优良的绝缘体。当加入导电填料包括碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末等之后，尤其当导电填料的浓度超过某一临界值(称为渗流阀值)以后，其电阻率显著下降，形成导电复合材料。在较低温度时，这类导体呈现较低的电阻率，而当温度升高到其高分子聚合物熔点附近，也就是所谓的“关断温度”时，电阻率急骤升高。具有PTC特性的这类导电体已制成热敏电阻器，应用于电路的过流保护装置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此热敏电阻时，其温度会突然升高到“关断温度”，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”状态，从而保护了电路中其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低电阻值状态。热敏电阻器已广泛应用于通信、计算机、汽车、工业控制、电子等众多领域。其封装型式也有插件式和表面贴装型式。而目前出现的高分子PTC热敏电阻器存在以下不足：热敏电阻经焊接后电阻变化比较大，也即其耐可焊接性能较差；热敏电阻长期环境老化性能比较差，也即长期高温电阻稳定性比较差。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有耐可焊接性能和耐环境老化性能的热敏电阻器及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下方式来实现：一种热敏电阻器，它由芯材和贴覆于上述芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成，或者通过印制线路板工艺制成表面贴装型式构成，特点是所述的芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料以及其他填料和加工助剂混合而成，其配方如下(重量百分数)：
高分子聚合物 35～60％
导电填料 35～60％
纳米填料 0.1～10％
其他填料 0～20％
加工助剂 0～5％
所述的芯材组分中的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，如酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，如三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物，如钛偶联剂TCF。
所述的芯材组分中高分子聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或一种以上聚合物的共混物。
所述的芯材组分中导电填料是碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物中的一种或一种以上材料的混合物。
所述的芯材组分中纳米填料是纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种或几种材料的混合物。
所述的芯材组分中的其它填料是陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或一种以上材料的混合物。
一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于将芯材组分高分子聚合物、导电填料、纳米填料在高速混合机内混合，然后将混合物、其他填料及其它加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～3.0mm的片材；再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，也可以先将芯材用上述方法辐照交联后再贴覆金属箔片。再将复合片割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面在包覆绝缘层，或者采用印制线路板工艺制成表面贴装型热敏电阻器。
与现有技术相比，本发明的优点是采用了纳米填料以提高PTC热敏电阻的耐可焊接性能和环境老化性能。
具体实施方式
实施例1：
表1
单位：g
| 实验号 | 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 纳米二氧化硅 | 氢氧化镁 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 1 | 385 | 343 | 8 | 32 | 16 | 8 | 8 |
| 2 | 385 | 343 | 0 | 32 | 16 | 8 | 8 |
注：高密度聚乙烯熔点为135℃。
纳米二氧化硅：舟山明日纳米材料材料公司，粒径20nm。
将表1中高密度聚乙烯、碳黑、纳米二氧化硅在高速混合器中混合5min。然后将混合物与表中其余的各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材。将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理24小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，再将复合片割成10*10的尺寸后焊接上引线，然后包封上环氧树脂包封料，即可制得插件式聚合物热敏电阻器。对制得的热敏电阻器进行波峰焊接和环境老化实验得到表2结果：
表2
| 实验号 | 电阻值(mΩ) | 波峰焊 | 高温实验 | ||
| 焊后电阻(mΩ) | δ | 实验后电阻(mΩ) | δ | ||
| 1 | 13 | 20 | 0.54 | 31 | 1.38 |
| 2 | 15 | 38 | 1.53 | 80 | 4.33 |
注：δ＝(R1-R0)/R0，R0为实验前电阻，R1为实验后电阻。
波峰焊条件：焊接温度250℃±2℃，时间3~5S。
高温实验条件：85℃，1000h。
实施例2：
表3
单位：g
| 实验号 | 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 纳米碳酸钙 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 3 | 405 | 323 | 40 | 16 | 8 | 8 |
| 4 | 405 | 323 | 0 | 16 | 8 | 8 |
注：高密度聚乙烯熔点为135℃。
纳米碳酸钙：上海雪美精细化工厂，粒径60～90nm。
将表3中高密度聚乙烯、碳黑、纳米碳酸钙在高速混合器中混合10min。然后将混合物与表中其余的各组分在180℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材。将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理48小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为15Mrad，再将复合片经过印制线路板工艺即可制得表面贴装型式聚合物热敏电阻器。对制得的热敏电阻器进行回流焊接和环境老化实验得到表4结果：
表4
| 实验号 | 电阻值(mΩ) | 回流焊 | 高温实验 | ||
| 焊后电阻(mΩ) | δ | 实验后电阻(mΩ) | δ | ||
| 3 | 83 | 152 | 0.83 | 187 | 1.25 |
| 4 | 85 | 200 | 1.35 | 645 | 6.59 |
注：δ＝(R1-R0)/R0，R0为实验前电阻，R1为实验后电阻。
回流焊条件：焊接温度250℃±2℃，时间10～20S。
高温实验条件：85℃，1000h。
Claims (8)
1，一种热敏电阻器，它由芯材和贴覆于上述芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成，或者通过印制线路板工艺制成表面贴装型式构成，特点是所述的芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料以及其他填料和加工助剂混合而成，各组份重量百分含量为：
高分子聚合物 35～60％
导电填料 35～60％
纳米填料 0.1～10％
其他填料 0～20％
加工助剂 0～5％
所述的芯材组分中的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。
2，一种热敏电阻器，它由芯材和贴覆于上述芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状引出电极通过印制线路板工艺制成表面贴装型结构，其特征在于：所述的芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料以及其他填料和加工助剂混合而成，各组份重量百分含量为：
高分子聚合物 35～60％
导电填料 35～60％
纳米填料 0.1～10％
其他填料 0～20％
加工助剂 0～5％
所述的芯材组分中的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，如酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，如三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物，如钛偶联剂TCF。
3，根据权利要求1或2所述的热敏电阻器，其特征在于：所述的芯材组分中高分子聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或一种以上聚合物的共混物。
4，根据权利要求1或2所述的热敏电阻器，其特征在于：所述的芯材组分中导电填料是碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物中的一种或一种以上材料的混合物。
5，根据权利要求1或2所述的热敏电阻器，其特征在于：所述的芯材组分中纳米填料是纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种或几种材料的混合物。
6，所述的芯材组分中的其它填料是陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或一种以上材料的混合物。
7，根据权利要求1或2所述的热敏电阻器，其特征在于：所述抗氧剂可以是酚类抗氧剂ANOX70，所述交联促进剂可以是三烯丙基异氰尿酸酯TAIC，所述偶联剂可以是钛偶联剂TCF。
8，根据权利要求1或2所述的热敏电阻器的制造方法，其特征在于：将芯材组分高分子聚合物、导电填料、纳米填料在高速混合机内混合，然后将混合物、其他填料及其它加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～3.0mm的片材；再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，也可以先将芯材用上述方法辐照交联后再贴覆金属箔片。再将复合片割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面在包覆绝缘层，或者采用印制线路板工艺制成表面贴装型热敏电阻器。
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