CN1809902A - Ptc热敏电阻和电路保护方法 - Google Patents

Abstract

该PTC热敏电阻包括：具有PTC特性的导电性构件、分别设置在该导电性构件的2个不同部位的2个电极、和粘接剂，上述粘接剂具有导电性，同时具有在过热状态发生劣化而不可逆提高电阻的特性，并使上述导电性构件和上述2个电极中至少一个接合。

Description

PTC热敏电阻和电路保护方法

技术领域

本发明涉及使用过电流保护元件或温度保护元件来保护电路的热敏电阻和电路保护方法。

本申请主张2003年6月23日申请的特愿2003-178662号的优先权，这里采用其内容。

背景技术

PTC热敏电阻这样一种元件：利用由热膨胀来改变导电性的导电性构件的正电阻温度特性、即PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)使电流难以流动或流动。作为具体构造，一般在由导电性聚合物或陶瓷等构成的导电性构件的2个不同部位分别锡焊2个电极。

作为构成上述导电性构件的材料之一的导电性聚合物，例如，是混炼聚烯或氟系列树脂和炭黑后，通过放射线进行交联而构成的高分子树脂体。导电性聚合物的内部，由于在常温环境下炭黑粒子相连接而存在，故形成电流流动的多个导电通路，发挥良好的导电性。可是，由于流经导电通路的电流的过电流，导致导电性聚合物发生热膨胀，此时，炭黑的粒子间距离扩大，导电通路中断，电阻值急剧增大。这就是上述的正电阻温度特性(PTC)。

在上述那样的PTC热敏电阻中，当设置在导电性构件的2个不同部位的电极间产生过电流时，导电性构件因焦耳热引起的自发热导致热膨胀，内部所包含的炭黑粒子间距离扩大，导电通路中断，因此电流难以流动，在电极间不流过电流时，自发热停止，导电性构件收缩，炭黑粒子间距离缩短，形成导电通路，从而返回到能通电的状态，所以可作为对流经电极间的电流大小变化进行触发的开关而起作用。

上述那样的PTC热敏电阻，利用导电性构件的PTC特性，若周边的环境温度比规定温度(导电性构件热膨胀的温度)低，则能使小于等于规定大小的电流(称其为保持电流)流动，若环境温度不低于规定温度，则导电性构件热膨胀，电流难以流动，所以可作为对放置导电性构件的环境温度变化进行触发的开关而起作用。

特开平6-163203号公报记载着导电率随着热变化而变化的导电性膏。

其指出：在电路中设置上述那样的PTC热敏电阻时，在适当状态下进行使用时也不会产生任何问题，但在元件因过电流长时间连续动作的情况、或者长时间放置在非常高的温度环境下的情况，导电性构件被破坏而可能会使2个电极发生短路。

发明内容

本发明是鉴于上述问题研制的，其目的在于防止2个电极间的短路，确保电路的安全性。

本发明提供一种PTC热敏电阻，其包括：具有PTC特性的导电性构件；在该导电性构件的2个不同部位分别设置的2个电极；和粘接剂，该粘接剂具有导电性，同时具有在过热状态下发生劣化而不可逆地提高电阻的特性，并接合上述导电性构件和上述2个电极中的至少一个。

若使用上述PTC热敏电阻，在2个电极间流动过量的电流时，首先，导电性构件因焦耳热引起的自发热导致热膨胀，在2个电极间电流难以流动。即使电流难以流动，导电性构件由于连续自发热，因此如果长时间发热，则接合导电性构件和电极的粘接剂将发生劣化，造成导电性下降(是电阻提高的结果)。粘接剂的电阻提高时，粘接剂也负担当初导电性构件主要负担的电压。不久，粘接剂的电阻超过导电性构件的电阻时，粘接剂主要负担电压，导电性构件消耗的热量变少，解除触发状态，自发热趋向结束。因而，不会到达破坏导电性构件那样的事态，保持设置了PTC热敏电阻的电路的安全。

若使用上述PTC热敏电阻，长时间放置在非常高的温度环境下，即使到达破坏导电性构件那样的事态，在此之前粘接剂发生劣化导致自身的导电性下降，介于2个电极间的粘接剂成为电阻体，也起到减小在电极间流动的电流值的作用。因而，即使达到破坏导电性构件那样的事态，2个电极也不会发生短路，而能够保持设置了PTC热敏电阻的电路的安全。

本发明涉及电路的保护方法，该电路包含因过剩的电流流动而发热的部件，具体地，在上述电路设置PTC热敏电阻的同时，使用具有导电性、同时在过热状态下发生劣化并不可逆地提高电阻的粘接剂，可通电地将构成上述电路的布线与上述部件进行粘接。

若使用上述电路的保护方法，在电路施加过剩电压时，因过剩电流流过上述部件而发热。同时，过量的电流在PTC热敏电阻的两极间流动，构成PTC热敏电阻的导电性构件因焦耳热引起的自发热而发生热膨胀，导致电流在两极间难以流动。

上述部件长时间发热时，粘接部件和布线的粘接剂将发生劣化而导致导电性下降。粘接剂的电阻提高时，粘接剂也负担当初导电性构件所主要负担的电压。不久，粘接剂的电阻超过导电性构件的电阻时，粘接剂主要负担电压，导电性构件所消耗的热量减少，解除触发状态，自发热趋向结束。因而，不会到达破坏导电性构件那样的事态，确保电路的安全。

附图说明

图1是表示本发明第1实施形态的图，是从斜上方斜视聚合物PTC热敏电阻的图。

图2是同样表示本发明第1实施形态的图，是从侧方剖面观察PTC热敏电阻并放大主要部分的图。

图3是表示本发明第2实施形态的图，是平面观察搭载了保护电路的锂电池的图。

图4是表示本发明第3实施形态的图，是平面观察搭载了保护电路的锂电池的图，在该保护电路中，对搭载了PTC热敏电阻的印刷电路板进行了剖面观察。

具体实施方式

在图1和图2的各图表示并说明本发明的第1第实施形态。

图1和图2表示作为过电流保护元件的聚合物PTC热敏电阻。该聚合物PTC热敏电阻具有2个电极1、2和介于该2个电极1、2之间的导电性构件3。电极1、2和导电性构件3通过具有导电性的粘接剂4、5进行接合，两者没有直接接触的部分。

电极1被配设在导电性构件3的一个侧面，电极2被配设在导电性构件3的另一个侧面。电极1平面观察时以长方形形成厚度均匀的板状，并成为在镍板1a上覆盖了金的薄膜1b的二层构造。电极2也形成和电极1相同的形状，并形成为在镍板2a上覆盖了金的薄膜2b的二层构造。

导电性构件3平面观察时是正方形的厚度均匀的板状，在PTC元件3a的两面分别形成金的薄膜3b、3c。PTC元件3a在混炼例如聚烯或氟系列树脂和炭黑后，在通过放射线进行交联而构成的导电性聚合物3d的两面压接镍箔(或在铜箔上镀镍)3e。导电性聚合物3d的内部，由于在常温环境下炭黑粒子相连接存在，故形成电流流动的多个导电通路，发挥良好的导电性。然而，由于流过导电通路的过电流使导电性聚合物3d热膨胀时，炭黑粒子间距离扩大，导电通路断开，电阻值急剧增大。(正电阻温度特性：PTC)。

电极1和导电性构件3彼此相对着金的薄膜1b、3b而配置，用充填在两者间的粘接剂4接合。同样，电极2和导电性构件3彼此相对着金的薄膜2b、3c配置，用充填在两者间的粘接剂5接合。粘接剂4、5如上述那样具有导电性，而且，具有在过热状态下发生劣化并不可逆地提高电阻的特性。导电性聚合物3d在没有热膨胀的温度区域难以劣化，导电性聚合物3d具有在进行热膨胀的温度区域易于劣化的特性。

粘接剂4、5设合成树脂和导电性粉末为必须成分，根据需要添加粘度调整用等的添加剂并混炼。合成树脂可使用乙酸乙烯树脂、聚乙烯醇树脂、丙烯酸树脂、乙烯基聚氨酯树脂等热塑性树脂。也可使用尿素树脂、蜜胺树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、环氧树脂、有机硅树脂、α-烯烃马来酸酐树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂等热硬化性树脂。也可以混炼以上的二种以上进行使用。导电性粉末，例如可以使用金粉末、银粉末、镍粉末、碳粉末和表面具有导电性的粉末。

在电极1、2或PTC元件3a的表面形成的金薄膜能防止各构件表面的氧化，同时用于一面确保良好的导电性一面进一步加强粘接剂4、5的粘接。除了金以外也能使用钯或银等适当的导电性材料。

在如上述那样构成的聚合物PTC热敏电阻中，过量的电流在电极1、2间流动时，首先，构成PTC元件3a的导电性聚合物3d因焦耳热引起的自发热而热膨胀，在电极1、2间电流难以流动。导电性聚合物3d由于保持电流难以流动的状态而连续自发热，当长时间发热时，粘接电极1、2和导电性构件3的粘接剂4、5劣化，造成自身的导电性下降(提高电阻)。

粘接剂4、5的电阻提高时，粘接剂4、5也能负担当初导电性聚合物3d所主要负担的电压。不久，粘接剂4、5的电阻超过导电性聚合物3d的电阻时，粘接剂4、5主要负担电压，导电性聚合物3d所消耗的热量减少，解除触发状态，自发热趋向于结束。因而，没有到达破坏导电性聚合物3d那样的事态，保持放置了聚合物PTC的电路和内藏该电路的设备的安全。

在上述的聚合物PTC热敏电阻中，长时间放置在非常高的温度环境下，即使到达破坏导电性构件3d那样的事态，在此之前粘接剂4、5发生劣化导致自身的导电性下降，介于2个电极1、2间的粘接剂4、5成为电阻体，也起到减小在电极1、2间流动的电流值的作用。因而，即使到达破坏导电性构件3d那样的事态，2个电极也不会发生短路，保持设置了PTC热敏电阻的电路和内藏该电路的设备的安全。

可是，在本实施形态中，对使用了导电性聚合物作为导电性构件的聚合物PTC热敏电阻进行了说明，但本发明的PTC热敏电阻，除了聚合物以外也可以使用例如陶瓷等具有PTC特性的导电性材料作为导电性构件。

在本实施形态中，为了提高粘接剂4、5的粘接强度，在电极1、2或者导电性聚合物3的表面形成金或其他的金属的薄膜，但没有必要根据所使用的粘接剂组成等的不同来设置这样的金或其他薄膜。

而且，在本实施形态中，使用粘接剂将2个电极1、2与导电性构件3粘接起来，但本发明的PTC热敏电阻，即使将1个电极用粘接剂、另外1个电极用焊接或者锡焊等其他粘接方法与导电性构件粘接，也具有同样的效果。

本发明的PTC热敏电阻不限定于本实施形态所说明的形态，例如，也能适用于表面安装型等所有型式的热敏电阻。

接着，图3表示本发明的第2实施形态，对此进行说明。

图3表示锂电池保护电路。该保护电路具有锂电池(部件)10和PTC热敏电阻11。PTC热敏电阻11不是上述第1实施形态说明的构造，而采用了已有的构造。PTC热敏电阻11的1个导线与连接锂电池10的阳极的布线11a相连接，布线11a采用和上述第1实施形态所说明的粘接剂相同的粘接剂12可通电地与锂电池10的阳极相连接。PTC热敏电阻11的另1个导线与连接在锂电池10的阴极的布线11b连接，布线11b用焊接或锡焊等接合方法可通电地与锂电池10的阴极相连接。

在上述那样构成的保护电路中，在对锂电池10充电时施加过剩电压时，因过剩电流在锂电池10流动而发热。同时，过量的电流在PTC热敏电阻11的两极间流动，构成PTC热敏电阻11的导电性聚合物11c由于焦耳热引起的自发热而发生热膨胀，导致电流难以在两极间流动。

锂电池10长时间发热时，粘接锂电池10和布线11a的粘接剂12因劣化而造成导电性下降。粘接剂12的电阻提高时，粘接剂12也能负担当初导电性聚合物11c所主要负担的电压。不久，粘接剂12的电阻超过导电性聚合物11c的电压时，粘接剂12主要负担电压，导电性聚合物11c所消耗的热量变少，解除触发状态，自发热趋向结束。因而，不会到达破坏导电性聚合物11c那样的事态，保持电路的安全。

接着，在图4表示并说明本发明的第3实施形态。在上述实施形态已说明的构成要素附加同一符号，并说明省略。

图4表示在印刷电路板上构成的电路。该电路上设置了电容器(部件)20和将2个电极中的一个连接到电容器20的一个极上的PTC热敏电阻11。PTC热敏电阻11的一个电极上锡焊着布线21的一端，另一个电极上锡焊着布线22的一端(焊锡符号23)。布线21的另一端与电路中未图示的输入侧相连接。布线22的另一端采用和上述第1、第2实施形态中所说明过的粘接剂相同的粘接剂25可通电地连接在电容器20的一个极上。电容器20的另一个极采用粘接剂25可通电地连接着布线24的一端。布线24的另一端与电路中未图示的输出侧连接。

在如上述那样构成的电路中，在电路施加过剩的电压时，过剩的电流在电容器20两极间流动而导致发热。同时，过量的电流在PTC热敏电阻11的两极间流动，构成PTC热敏电阻11的导电性聚合物(图示略)由于焦耳热引起自发热而发生热膨胀，导致电流在两极间难以流动。

电容器20长时间发热时，粘接电容器20和布线22、24的粘接剂25发生劣化，导致导电性下降。粘接剂25的电阻提高时，粘接剂25也能负担当初导电性聚合物所主要负担的电压。不久，粘接剂25的电阻超过导电性聚合物的电阻时，粘接剂25主要负担电压，导电性聚合物所消耗的热量变少，解除触发状态，自发热趋向结束。因而，不会到达破坏导电性聚合物11c那样的事态，保持电路的安全。

可是，在本实施形态中，都采用粘接剂25将布线22、24粘接在电容器20上，但粘接剂25仅粘接其中一个布线，另一个布线采用焊接或锡焊等粘接方法进行连接，也能得到相应的效果。

在上述第2、第3实施形态中，作为部件列举了锂电池和电容器的例子，但并不限于这些，若是由于过剩电流流动而发热，则也可以是任意的部件。

以上说明了本发明较理想的实施例，但本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的范围内，构成的附加、省略、置换和其他变更是可能的。本发明并不根据上述的说明进行限定，而仅根据附加的权利要求范围进行限定。

本发明涉及PTC热敏电阻，该PTC热敏电阻包括：具有PTC特性的导电性构件、分别在导电性构件的2个不同部位设置的2个电极、和粘接剂，该粘接剂具有导电性，同时具有在过热状态下发生劣化而不可逆地提高电阻的特性，并使上述导电性构件和上述2个电极中至少1个接合。

若使用本发明的PTC热敏电阻，导电性构件的自发热达到长时间时，接合导电性构件和电极的粘接剂发生劣化，粘接剂也负担当初导电性构件所主要负担的电压。不久，粘接剂的电阻超过导电性构件的电阻时，粘接剂主要负担电压，导电性构件所消耗的热量变少，解除触发状态，自发热趋向结束。不会到达破坏导电性构件那样的事态。

本发明的PTC热敏电阻长时间放置在非常高的温度环境下，即使到达破坏导电性构件那样的事态，在此之前粘接剂发生劣化而导致自身的导电性下降，介于2个电极间的粘接剂成为电阻体，也起到减小在电极间流动的电流值的作用，因此，即使到达破坏导电性构件那样的事态，2个电极也不会发生短路。因而，能够提高PTC热敏电阻的可靠性，确保电路的安全。

本发明涉及电路的保护方法，该电路包含因过剩的电流流动而发热的部件，具体地，在上述电路设置PTC热敏电阻的同时，使用具有导电性的同时，在过热状态下发生劣化而不可逆地提高电阻的粘接剂将构成上述电路的布线可通电地粘接在上述部件上。

若使用本发明的电路保护方法，部件的发热到达长时间时，粘接部件和布线的粘接剂发生劣化，粘接剂也能负担当初PTC热敏电阻所主要负担的电压。不久，粘接剂的电阻超过PTC热敏电阻的电阻时，粘接剂主要负担电压，PTC热敏电阻所消耗的热量变少，解除触发状态，自发热趋向结束，不会到达破坏导电性构件那样的事态，因而，能保护PTC热敏电阻，确保电路的安全。

Claims (2)

1.一种PTC热敏电阻，其特征在于，包括：具有PTC特性的导电性构件、分别设置在该导电性构件的2个不同部位的2个电极、以及粘接剂，所述粘接剂具有导电性，同时具有在过热状态下发生劣化而不可逆地提高电阻的特性，并使所述导电性构件和所述2个电极中至少一个进行接合。

2.一种电路的保护方法，所述电路包含因过剩的电流流动而发热的部件，其特征在于，在所述电路设置PTC热敏电阻，同时使用具有导电性的同时，在过热状态下发生劣化而不可逆地提高电阻的粘接剂，可通电地将构成所述电路的布线与所述部件连接起来。

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