DE60028360T2

DE60028360T2 - Ptk-chipthermistor

Info

Publication number: DE60028360T2
Application number: DE60028360T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Hirakata-shi IWAO; Junji Hirakata-shi KOJIMA; Akira Kyoto-shi TANAKA; Takashi Osaka-shi IKEDA; Kiyoshi Nishinomiya-shi IKEUCHI
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: US6556123B1; TW533434B; KR100479964B1; KR20010102536A; CN1203495C; JP2000323302A; DE60028360D1; JP4419214B2; EP1168377A1; WO2000054290A1; EP1168377A4; EP1168377B1; CN1343364A

Description

Die Erfindung betrifft einen Chip-PTC-Thermistor (positive temperature coefficient PTC, positiver Temperaturkoeffizient), der leitende Polymere mit PTC-Eigenschaften enthält.
Wirkt in einer elektrischen Schaltung ein Überstrom, so erwärmen sich leitende Polymere mit PTC-Eigenschaften spontan und dehnen sich thermisch aus, wodurch sie zu Polymeren mit hohem Widerstand werden, sodass wiederum der Strom auf ein sicheres Niederstromniveau absinkt. Die PTC-Thermistoren als solche können daher als Überstromschutzelemente verwendet werden.
Die Druckschrift JP 60 173802 A offenbart ein keramisches nichtlineares Widerstandselement, bei dem eine Oberflächenelektrode mit einem weggeschnittenen Abschnitt versehen ist, der als Stromsicherung wirkt und durchbrennt, wenn ein Überstrom einwirkt.
Das US-Patent 4,318,220 offenbart ein Heizelement, das leitende Polymere enthält, die schichtartig zwischen zwei Metallbogen angeordnet und mit Öffnungen in Richtung der Dicke der Laminate versehen sind. Das laminierte Heizelement ist aufgrund des Vorhandenseins der Öffnung einfach verformbar und kann in verschiedene Formen, so beispielsweise zu einem diamantförmigen Netz und in eine runde Form, gebracht werden. Aufgrund der Tatsache, dass kein Seitenelement vorhanden ist, das die beiden Metallbogen verbindet und deren Bewegung beschränkt, dehnt sich das leitende Polymer entsprechend dem fließenden Strom und der Temperatur des Elementes ohne Weiteres aus oder schrumpft.
Eine der herkömmlichen Ausgestaltungen eines Chip-PTC-Thermistors ist in der veröffentlichten japanischen Übersetzung der PCT-Veröffentlichung H09-503097 offenbart. Dieselbe Art von herkömmlichem Chip-PTC-Thermistor ist ebenfalls in der Druckschrift WO99/03113 offenbart. 18(a) ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Chip-PTC-Thermistors, während 18(b) eine Draufsicht hiervon zeigt. Der PTC-Thermistor umfasst: ein widerstandsbehaftetes Element 1, das aus einem leitenden Polymer mit PTC-Eigenschaften besteht; Elektroden 2a und 2b sowie 2c und 2d, die aus einer Metallfolie bestehen, die an der Vorderfläche beziehungsweise der Rückfläche des widerstandsbehafteten Elementes 1 ausgebildet sind; ein Paar von Durchgangslöchern 3 mit Öffnungen 3a und 3b, die das widerstandsbehaftete Element 1 durchdringen; und leitende Elemente 4a und 4b, die durch Plattierung an den inneren Wänden der Durchgangslöcher 3 derart ausgebildet sind, dass sie die Elektroden 2a und 2d sowie 2b und 2c elektrisch miteinander verbinden.
Im Gegensatz zu dieser Art von herkömmlichem Chip-PTC-Thermistor wurde im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Chip-PTC-Thermistor erfunden, bei dem ein einfacher visueller Test gelöteter Abschnitte bei Montage auf einer Leiterplatte möglich ist, und bei dem zudem eine Schwalllötung möglich ist. Wie in der perspektivischen Ansicht von 19(a), in der Schnittansicht von 19(b) und in der perspektivischen Explosionsansicht von 19(c) gezeigt ist, umfasst der Chip-PTC-Thermistor: einen Bogen 5 aus einem leitenden Polymer mit PTC-Eigenschaften; Elektroden 6a und 6b sowie 6c und 6d, die aus einer Metallfolie bestehen, die an der Vorderfläche beziehungsweise der Rückfläche des leitenden Polymers 5 ausgebildet ist; und Seitenflächenelektroden 7a und 7b, die durch Plattieren an den Seitenflächen des leitenden Polymers 5 derart ausgebildet sind, dass sie die Elektroden 6a und 6d sowie 6b und 6c elektrisch verbinden. Das leitende Polymer 5 ist ein Gemisch aus polymerischen Materialien, so beispielsweise aus Polyethylen und Karbonschwarz (Ruß).
Das leitende Polymer 5 des PTC-Thermistors dehnt sich spontan aufgrund der Wärme (Wärmeenergie P = I² × R mit dem Strom 1 und dem thermischen PTC-Widerstand R) aus, die beim Einwirken eines Überstromes erzeugt wird, und wird hochgradig widerstandsbehaftet. Für den Fall des in 19 gezeigten Chip-PTC-Thermistors beschränken die Elektroden 6a und 6c die Ausdehnung des Bogens 5 aus leitendem Polymer in senkrechter Richtung, also in Richtung des Stromdurchtrittes. Hierdurch wird verhindert, dass die Widerstandsanstiegsrate des PTC-Thermistors auf ein Niveau entsprechend dem inhärenten Anstiegsvermögen des leitenden Polymers 5 ansteigt. Infolgedessen sinkt der Widerstandsanstiegsbereich, in dem ein Gleichgewicht des Energieverbrauchs (P = V²/R mit der anliegenden Spannung V) gegeben ist, wodurch ein Anstieg der Stehspannung verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines Chip-PTC-Thermistors, bei dem die Widerstandsanstiegsrate ansteigt, wenn Überstrom einwirkt, wodurch die Stehspannung verbessert wird.
Dies wird durch die Merkmale gemäß Beschreibung in Anspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Chip-PTC-Thermistor umfasst: ein leitendes Polymer mit PTC-Eigenschaften; eine erste Hauptelektrode, die an dem leitenden Polymer angebracht und mit diesem in Kontakt befindlich ist; eine zweite Hauptelektrode, die das leitende Polymer mit der ersten Hauptelektrode schichtartig einschließt; eine erste Elektrode, die elektrisch mit der ersten Hauptelektrode verbunden ist; eine zweite Elektrode, die elektrisch mit der zweiten Hauptelektrode verbunden ist; und eine Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung mit einem weggeschnittenen Abschnitt oder einer Öffnung in Anordnung an wenigstens der ersten Hauptelektrode oder der zweiten Hauptelektrode.
Aufgrund der Tatsache, dass dieser Aufbau die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung bereits umfasst, kann die Ausdehnung des leitenden Polymers in senkrechter Richtung erleichtert werden, wenn ein Überstrom auf den Chip-PTC-Thermistor einwirkt. Der Widerstand beziehungsweise die Resistivität des leitenden Polymers als solches steigt an, wodurch auch die Widerstandsanstiegsrate nach oben gebracht wird. Daher verbessert sich das Leistungsvermögen des Chip-PTC-Thermistors bei Anstieg des Widerstandes, wodurch die Stehspannung verbessert wird.
Je nach Bedarf können innere Elektroden in ungerader oder auch gerader Anzahl zwischen der ersten und der zweiten Hauptelektrode angeordnet sein.
Für den Fall eines Chip-PTC-Thermistors ist wünschenswert, die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung in der Umgebung der Verbindungen zwischen den Hauptelektroden und den ersten und zweiten Elektroden derart anzuordnen, dass jede der angrenzenden Einrichtungen symmetrisch zur Mitte des Raumes zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist. Dieser Aufbau ermöglicht, dass sich das leitende Polymer besser ausdehnt, wodurch Anstiege bei Widerstand und Stehspannung zusätzlich begünstigt werden.
Die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung, die an der Hauptelektrode ausgebildet ist, sollte vorzugsweise drehsymmetrisch an einer Fläche parallel zur Hauptelektrode angeordnet sein. Durch diesen Aufbau ergibt sich ein Aus gleich bezüglich Verwindungen des PTC-Thermistors, die durch die Ausdehnung des leitenden Polymers bewirkt werden, was die Zuverlässigkeit weiter erhöht.
Die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung sollte vorzugsweise mit einer Öffnung oder einem weggeschnittenen Abschnitt ausgebildet sein. Die Öffnung oder der weggeschnittene Abschnitt fördern die Ausdehnung des leitenden Polymers, was die Zunahme des Widerstandes zusätzlich unterstützt.
Es wird bevorzugt, eine erste Nebenelektrode in derselben Ebene wie die erste Hauptelektrode derart anzuordnen, dass die erste Nebenelektrode von der ersten Hauptelektrode elektrisch getrennt und mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist.
Vorzugsweise ist die erste Elektrode eine erste Seitenelektrode, die an einer der Seitenflächen des leitenden Polymers angeordnet ist, wohingegen die zweite Elektrode eine zweite Seitenelektrode darstellt, die an der anderen Seitenfläche des leitenden Polymers angeordnet ist.
Die ersten und zweiten Elektroden können jeweils erste und zweite innere Durchgangselektroden darstellen, die das leitende Polymer durchdringen.
Die erste Elektrode enthält gegebenenfalls zudem die erste Seitenelektrode, die an einer der Seitenflächen des leitenden Polymers angeordnet ist, sowie die erste innere Durchgangselektrode, die das leitende Polymer durchdringt, während die zweite Elektrode die zweite Seitenelektrode enthält, die an der anderen Seitenfläche des leitenden Polymers angeordnet ist, sowie die zweite innere Durchgangselektrode, die ebenfalls das leitende Polymer durchdringt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Chip-PTC-Thermistors entsprechend einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 1(a).
2(a) bis 2(c) sind Fertigungsschaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
3(a) bis 3(d) sind Fertigungsschaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
4 ist ein Graph, der Unterschiede des Zusammenhangs zwischen dem Widerstand und der Temperatur bei einer Messung, wenn die ersten und zweiten Elektroden mit einem weggeschnittenen Abschnitt versehen sind, und bei einer Messung, bei der der weggeschnittene Abschnitt nicht vorhanden ist, wiedergibt.
5(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Line A-A' von 5(a).
6(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors.
6(b) ist eine ebene Ansicht des Chip-PTC-Thermistors.
7(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Chip-PTC-Thermistors entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 7(a).
8(a) und 8(b) sind Fertigungsschaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung eines Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
9(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 9(a).
10(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 10(a).
11(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 11(a).
12(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Chip-PTC-Thermistors entsprechend einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 11(a).
13(a) und 13(b) sind Fertigungsschaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
14(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 14(a).
15(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 15(a).
16(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 16(a).
17(a) ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17(b) ist eine perspektivische Explosionsansicht des Chip-PTC-Thermistors entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17(c) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 17(a).
18(a) und 18(b) sind eine Schnittansicht beziehungsweise eine Draufsicht eines herkömmlichen Chip-PTC-Thermistors.
19(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Chip-PTC-Thermistors aus dem Stand der Technik.
19(b) ist eine Schnittansicht mit einem Schnitt an der Linie A-A' von 19(a).
19(c) ist eine perspektivische Explosionsansicht desselben Chip-PTC-Thermistors.
Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Der Chip-PTC-Thermistor des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Wie in 1(a), 1(b) und 1(c) gezeigt ist, umfasst ein rechteckiges parallelepipedförmiges leitendes Polymer 11 mit PTC-Eigenschaften ein Gemisch aus einem hochdichten Polyethylen, das ein kristallines Polymer darstellt, und Karbonschwarz (Ruß), einer leitenden Teilchensubstanz. An einer ersten Fläche des leitenden Polymers 11 ist eine erste Hauptelektrode 12a befindlich. In derselben Ebene ist zudem eine erste Nebenelektrode 12b befindlich, die getrennt von der ersten Hauptelektrode 12a angeordnet ist. „Dieselbe Ebene" bedeutet hierbei, dass die erste Nebenelektrode 12b in einer erweiterten Ebene der ersten Hauptelektrode 12a angeordnet ist, und „getrennt" bedeutet, dass sie nicht direkt mit der ersten Hauptelektrode 12a elektrisch verbunden ist. Gleichwohl schließen diese Vorgaben nicht die Möglichkeit aus, dass die Hauptelektrode 12a und die Nebenelektrode 12b über das leitende Polymer 11 elektrisch gekoppelt sind. Eine zweite Hauptelektrode 12c ist an einer zweiten Fläche gegenüberliegend der ersten Fläche des leitenden Polymers 11 angeordnet, wobei eine zweite Nebenelektrode 12d getrennt von der zweiten Hauptelektrode 12c und in derselben Ebene wie jene angeordnet ist. Alle Haupt- und Nebenelektroden 12a, 12b, 12c und 12d umfassen eine Metallfolie beispielsweise aus Nickel und Kupfer.
Eine erste Seitenelektrode 13a, die mit einer Nickelplattierungsschicht versehen ist, liegt an der gesamten Oberfläche von einer der Seitenflächen des leitenden Polymers 11 und den Kanten der ersten Hauptelektrode 12a und der zweiten Nebenelektrode 12d derart an, dass sie die erste Hauptelektrode 12a und die zweite Nebenelektrode 12d elektrisch miteinander verbindet. Eine zweite Nebenelektrode 13b, die aus einer Nickelplattierungsschicht besteht, liegt an der gesamten Oberfläche der anderen Seitenfläche, ge genüberliegend der ersten Seitenflächenelektrode 13a, des leitenden Polymers 11 und den Kanten der zweiten Hauptelektrode 12c und der ersten Nebenelektrode 12b derart an, dass sie die zweite Hauptelektrode 12c und die erste Nebenelektrode 12b elektrisch miteinander verbindet. Die ersten und zweiten Seitenelektroden 13a und 13b werden als erste und zweite Elektroden für externe Anschlüsse verwendet.
Die ersten und zweiten Hauptelektroden 12a und 12c weisen weggeschnittene Abschnitte 14 auf. Erste und zweite Schutzbeschichtungen 15a und 15b, die Epoxidakrylharze enthalten, sind an der am weitesten außen liegenden Schicht der ersten und zweiten Flächen des leitenden Polymers 11 ausgebildet.
Das Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors mit vorstehend erläutertem Aufbau wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2(a) bis 2(c) sowie 3(a) bis 3(d) beschrieben.
Zunächst werden 42 Gew.-% eines hochdichten Polyethylens mit einer Kristallinität von 70 bis 90%, 57 Gew.% Karbonschwarz, das mittels eines Ofenverfahrens hergestellt ist und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 58 nm und eine Oberflächenkennzahl (specific surface area) von 38 m²/g aufweist, sowie 1 Gew.-% eines Antioxidiermittels in einer erwärmten Zweiwalzenmühle etwa 20 Minuten bei 170°C geknetet. Das geknetete Gemisch wird in Form eines Bogens der Walzenmühle entnommen, woraus sich ein Bogen 21 aus leitendem Polymer mit einer Dicke von ungefähr 0,16 mm, siehe 2(a), ergibt. Das leitende Polymer 21 von 2 entspricht nach Fertigstellung dem leitenden Polymer 11.
Anschließend wird eine Strukturierung auf einer annähernd 80 μm dicken elektrolytischen Kupferfolie mittels einer Metallgusspresse ausgebildet, um die in 2(b) gezeigte Elektrode 22 herzustellen. Die Elektrode 22 entspricht nach Fertigstellung der ersten Hauptelektrode 12a, der ersten Nebenelektrode 12b, der zweiten Hauptelektrode 12c und der zweiten Nebenelektrode 12d. Das Bezugszeichen 23 von 2(b) bezeichnet die weggeschnittenen Abschnitte 14, die auf einer oder auf beiden ersten und zweiten Hauptelektroden 12a und 12c in der Umgebung der Verbindungen mit den ersten beziehungsweise zweiten Seitenelektroden 13a und 13d ausgebildet sind. Nuten 24 sind ausgebildet, um einen Freiraum zwischen den Haupt- und Nebenelektroden derart bereitzustellen, dass diese voneinander getrennt sind, wenn beim nachfolgenden Vorgang ein Chip-PTC-Therrnistor in unabhängige Einheiten zerschnitten wird. Die Nuten 25 sind ausgebildet, um das Auftreten von Durchsackungen und Graten während des Zerschneidens durch eine Verringerung der Schnittlängen der elektrolytischen Kupferfolie zu verhindern.
Anschließend wird der Bogen 21 aus leitendem Polymer schichtartig, wie in 2(c) gezeigt ist, zwischen den Elektroden 22 angeordnet. Das Laminat wird bei einem Vakuum von 20 Torr eine Minute lang bei 175 °C und einem Druck von 75 kg/cm² heißpressgeformt und anschließend, wie in 3(a) gezeigt ist, zu einem ersten Bogen 26 geformt. Der erste Bogen 26 wird bei 110 bis 120 °C eine Stunde lang wärmebehandelt und anschließend einer Elektronenstrahlbestrahlung bei ungefähr 40 Mrad in einem Elektronenstrahlbestrahler ausgesetzt, um eine Vernetzung des hochdichten Polyethylens zu bewirken.
Anschließend werden, wie in 3(b) gezeigt ist, schmale Durchgangsnuten 27 in vorbestimmten regelmäßigen Intervallen durch Zerschneiden und Belassen eines Freiraumes zwischen den Längsseiten der gewünschten Chip-PTC-Thermistoren und beiden Enden der Durchgangsnuten 24 gebildet.
Anschließend werden, wie in 3(c) gezeigt ist, UV- und wärmeaushärtende Epoxidakrylharze an den Ober- und Unterseiten des ersten Bogens 26 mit Ausnahme der Umgebung der darauf ausgebildeten Durchgangsnuten 27 mittels Siebdruck aufgebracht. In einem UV-Aushärtofen werden die Harze – eine Fläche nach der anderen – vorübergehend ausgehärtet, woraufhin die Harze auf beiden Seiten gleichzeitig in einem Thermosetting-Ofen ausgehärtet werden, sodass sie Schutzbeschichtungen 28 bilden. Die Seitenelektroden 29, die eine Nickelplattierungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 10 μm aufweisen, werden an denjenigen Abschnitten des Bogens 23 gebildet, an denen die Schutzbeschichtungen nicht vorgesehen sind, sowie Innenwände der Durchgangsnuten 24 in einem Nickelsulfamatbad bei einer Stromdichte von 4 A/dm² für etwa 20 Minuten.
Der erste Bogen 26 mit den Seitenelektroden 29 wird anschließend in unabhängige Einheiten zerschnitten, wodurch die in 3(d) gezeigten Chip-PTC-Thermistoren 30 gebildet werden.
Es folgt eine Beschreibung, die darlegt, aus welchem Grund die weggeschnittenen Abschnitte an einer oder beiden von den ersten und zweiten Hauptelektroden in der Umgebung der Verbindung beziehungsweise der Verbindungen mit den ersten und/oder zwei ten Seitenelektroden ausgebildet werden, um eine gewünschte Widerstandsanstiegsrate des Chip-PTC-Thermistors zu erhalten. Die Beschreibung erfolgt anhand des Beispieles des PTC-Thermistors 30.
Wird der PTC-Thermistor 30 als oberflächenmontiertes Bauelement auf eine Leiterplatte montiert, und wirkt ein Überstrom ein, so erwärmt sich das leitende Polymer 11 spontan und dehnt sich aus, wodurch seine Resistivität ansteigt, was wiederum den Überstrom auf einen unmerklichen Wert absenkt. Für den Fall des erfindungsgemäßen Chip-PTC-Thermistors tritt bei der Ausdehnung des leitenden Polymers 5 in Richtung der Dicke aufgrund der Tatsache, dass das leitende Polymer 5 schichtartig zwischen den Elektroden 6a und 6c, wie in 19 gezeigt ist, angeordnet ist, ein gewisses Problem auf. Zur Lösung dieses Problems sind die ersten und zweiten Hauptelektroden 12a und 12c mit den weggeschnittenen Abschnitten 14 jeweils in der Umgebung der Verbindung mit der ersten Seitenelektrode 13a und der zweiten Seitenelektrode 13b, wie in 1(b) gezeigt ist, versehen. Diese weggeschnittenen Abschnitte 14 ermöglichen, dass sich die von ihnen schichtartig eingeschlossenen Abschnitte ohne Weiteres verformen, was dazu beiträgt, dass sich das leitende Polymer 11 ohne Weiteres in Richtung der Dicke ausdehnen kann. Als Ergebnis kann dem Ausdehnungsverlangen des leitenden Polymers angemessen Raum gegeben werden, wodurch sich die Widerstandsanstiegsrate verbessert. Aus diesem Grund erhält man einen Chip-PTC-Thermistor, der in der Lage ist, einen konstanten Energieverbrauch beizubehalten und einen Überstrom zu steuern, ohne dass er dabei Schaden nähme, und dies auch bei einer hohen Spannung und bei einer hohen Stehspannung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die weggeschnittenen Abschnitte 14 sowohl an der Hauptelektrode 12a wie auch an der Hauptelektrode 12c angeordnet. Sie können jedoch auch an lediglich einer der Hauptelektroden 12a und 12c angeordnet werden.
Entsprechend dem Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels werden zwei Arten von Proben hergestellt, nämlich eine Art, bei der die ersten und zweiten Hauptelektroden 12a und 12c mit den weggeschnittenen Abschnitten 14 in der Umgebung der Verbindungen mit den ersten Seitenelektroden 13a und 13b vorgesehen sind, und eine zweite Art ohne die weggeschnittenen Abschnitte 14. Um die Unterschiede bezüglich der Widerstandsanstiegsrate, die durch die weggeschnittenen Abschnitte 14 bewirkt werden, nachzuweisen, wird der nachfolgende Test ausgeführt.
Fünf Proben von jeder der Arten mit und ohne weggeschnittene Abschnitte 14 werden auf Leiterplatten montiert und in einem Konstanttemperaturofen gehalten. Die Temperatur des Ofens wird bei einer Rate von 2°C/min von 25 °C auf 150 °C gesteigert, wobei der Widerstand der Proben bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird.
4 zeigt ein Beispiel der Widerstandstemperaturkennkurve der Proben mit und ohne den weggeschnittenen Abschnitt 14. Wie 4 deutlich macht, weisen die Proben mit dem weggeschnittenen Abschnitt 14 einen höheren Widerstand als die Proben ohne den weggeschnittenen Abschnitt 14 auf, wenn die Temperatur 125 °C erreicht.
Beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Hauptelektroden 12a und 12c mit den weggeschnittenen Abschnitten 14 versehen. Werden jedoch, wie in 5(a) bis 5(c) gezeigt ist, die weggeschnittenen Abschnitte 14 durch Öffnungen 16 ersetzt, so erhält man die gleichen Vorteile. Der weggeschnittene Abschnitt 14 oder die Öffnung 16 kann entweder an der ersten Hauptelektrode 12a oder an der zweiten Hauptelektrode 12c vorgesehen werden. Es ist darüber hinaus möglich, den weggeschnittenen Abschnitt 14 an einer der Hauptelektroden 12a und 12c in der Umgebung der Verbindung mit den ersten und zweiten Seitenelektroden 13a und 13b sowie wenigstens eine Öffnung 16 an der anderen Hauptelektrode anzuordnen.
Die ersten und zweiten Nebenelektroden 12b und 12d sind keine notwendigen Bauelemente, was bedeutet, dass der Chip-PTC-Thermistor ohne sie hergestellt werden kann. Die Ausdehnung des leitenden Polymers 11 in Richtung der Dicke bei Überstrom wird ohne die Nebenelektroden nicht verhindert. Gleichwohl verbessert sich die Zuverlässigkeit des Chip-PTC-Thermistors.
Bei den vorgenannten Beispielen sind entweder der weggeschnittene Abschnitt 14 oder die Öffnung 16 an der ersten Hauptelektrode 12a als Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung vorgesehen. Zur Erreichung des gleichen Zwecks können Teile der ersten Hauptelektrode 12a schwächer als der Rest hiervon ausgebildet werden. Dasselbe gilt für die Hauptelektrode 12c.
Die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung kann an einem beliebigen Ort an der ersten Hauptelektrode 12a vorgesehen werden. Ist sie jedoch über einem Bereich von einem zu einem vorderen Ende der zweiten Hauptelektrode 12b weisenden Abschnitt zu der Verbindung mit der ersten Seitenelektrode 13a ausgebildet, so wird eine bessere Wirkung erzielt. Dies kann auch auf diejenige Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung angewandt werden, die an der zweiten Hauptelektrode 12c vorgesehen ist.
Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Der Chip-PTC-Thermistor des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Wie in 7(a), 7(b) und 7(c) gezeigt ist, umfasst ein rechteckiges parallelepipedförmiges leitendes Polymer 31 mit PTC-Eigenschaften ein Gemisch aus einem hochdichten Polyethylen, das ein kristallines Polymer darstellt, und Karbonschwarz, das eine leitende Teilchensubstanz darstellt. An einer ersten Fläche des leitenden Polymers 31 ist eine erste Hauptelektrode 32a angebracht. Zudem ist in derselben Ebene eine erste Nebenelektrode 32b befindlich, die getrennt von der ersten Hauptelektrode 32a angeordnet ist. Eine zweite Hauptelektrode 32c ist an einer zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche des leitenden Polymers 31 angeordnet, während eine zweite Nebenelektrode 32b getrennt von der zweiten Hauptelektrode 32c, jedoch in derselben Ebene wie diese angeordnet ist. Alle Haupt- und Nebenelektroden 32a, 32b, 32c und 32d bestehen aus einer Metallfolie beispielsweise aus Nickel und Kupfer.
Eine erste Seitenelektrode 33a, die aus einer Nickelplattierungsschicht besteht, liegt an der gesamten Oberfläche von einer der Seitenflächen des leitenden Polymers 31 und den Kanten der ersten und zweiten Hauptelektroden 32a und 32c derart an, dass sie die ersten Hauptelektroden 32a und 32c elektrisch verbindet. Eine zweite Seitenelektrode 33b, die aus einer Nickelplattierungsschicht besteht, liegt an der gesamten Oberfläche der anderen Seite, die gegenüberliegend der ersten Seitenelektrode 33a des leitenden Polymers 31 angeordnet ist, und den Kanten der ersten und zweiten Nebenelektroden 32b und 32d derart an, dass sie die ersten und zweiten Nebenelektroden 32b und 32d miteinander verbindet. Eine innere Hauptelektrode 34a ist innerhalb des leitenden Polymers 31 parallel zu den ersten und zweiten Hauptelektroden 32a und 32c angeordnet und mit der zweiten Seitenelektrode 33b elektrisch verbunden. Eine innere Nebenelektrode 34b ist unabhängig in derselben Ebene wie die innere Hauptelektrode 34a angeordnet und elektrisch mit der ersten Seitenelektrode 33a verbunden. Diese inneren Elektroden 34a und 34b bestehen aus einer Metallfolie beispielsweise aus Kupfer und Nickel.
Die ersten und zweiten Hauptelektroden 32a und 32c weisen weggeschnittene Abschnitte 35 auf. Erste und zweite Schutzbeschichtungen 36a und 36b, die Epoxidakrylharze enthalten, sind in der am weitesten außen liegenden Schicht der ersten und zweiten Flächen des leitenden Polymers 31 ausgebildet.
Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors unter Bezugnahme auf 8(a) und 8(b).
Zunächst werden Bogen 41 aus leitendem Polymer und Elektroden 42 auf dieselbe Weise wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel hergestellt. Anschließend werden die Bogen 41 aus leitendem Polymer und die Elektroden 42 abwechselnd aufeinander, wie in 8(a) gezeigt ist, aufgebracht. Das Laminat wird anschließend durch Erwärmen und Pressen zum Zwecke der Bildung eines ersten Bogens 46, wie in 8(b) gezeigt, integriert beziehungsweise vereint. Die nachfolgenden Schritte zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors dieses Ausführungsbeispiels entsprechen denjenigen beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Um sicherzustellen, dass der Chip-PTC-Thermistor eine ausreichende Widerstandsanstiegsrate aufweist, wird ein weggeschnittener Abschnitt in der Umgebung der Verbindung mit der ersten Seitenelektrode zu wenigstens der ersten oder der zweiten Hauptelektrode vorgesehen, die an jeder der Flächen des leitenden Polymers angeordnet sind. Die Notwendigkeit des Vorhandenseins des weggeschnittenen Abschnittes wird nachstehend unter Bezugnahme auf den vorbeschriebenen PTC-Thermistor als Beispiel vorgenommen.
Entsprechend dem Herstellungsverfahren des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels werden zwei Arten von Proben hergestellt, nämlich eine Art, bei der die ersten und zweiten Hauptelektroden 32a und 32c mit dem weggeschnittenen Abschnitt 35 in der Umgebung der Verbindung mit der ersten Seitenelektrode 33a versehen sind, und eine andere Art von Proben ohne die genannten weggeschnittenen Abschnitte 35.
Um nachzuweisen, dass die weggeschnittenen Abschnitte 35, die in vorbestimmten Positionen vorgesehen sind, tatsächlich zu Unterschieden mit Blick auf die Widerstandsanstiegsrate führen, wird gemäß nachstehender Beschreibung derselbe Test wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Fünf Proben von jeder der vorgenannten Arten werden auf dieselbe Weise wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel auf eine Leiterplatte montiert und in einem Konstanttemperaturofen gehalten. Die Temperatur des Ofens wurde bei einer Rate von 2 °C/min von 25 °C auf 150 °C gesteigert, wobei der Widerstand der Proben bei verschiedenen Temperaturen gemessen wurde. Die Ergebnisse des Tests bestätigen, dass die Proben mit den weggeschnittenen Abschnitten 35 einen höheren Widerstand aufweisen, als dies bei den Proben ohne den weggeschnittenen Abschnitt 35 der Fall war, wenn die Temperatur 125 °C erreicht.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die weggeschnittenen Abschnitte 35 an den Verbindungen zwischen den ersten und zweiten Hauptelektroden 32a und 32c und der ersten Seitenelektrode 33a vorgesehen. Sind, wie in 9(a) bis 9(c) gezeigt ist, die weggeschnittenen Abschnitte 35 jedoch auch in der Umgebung der Verbindung zwischen der inneren Hauptelektrode 34a und der zweiten Seitenelektrode 33b ausgebildet, so erhält man sogar eine noch höhere Widerstandsanstiegsrate, was noch ausgeprägtere Effekte mit sich bringt.
Wie in 10(a) bis 10(c) gezeigt ist, können die weggeschnittenen Abschnitte 35 durch Öffnungen 37 zur Erzielung derselben Effekte ersetzt werden. Wie in 11(a) bis 11(c) gezeigt ist, wird bevorzugt, Öffnungen 37a zusätzlich zu den Öffnungen 37 an der inneren Hauptelektrode 34a vorzusehen.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Chip-PTC-Thermistor beschrieben, bei dem die weggeschnittenen Abschnitte 35 oder die Öffnungen 37 sowohl an der ersten Hauptelektrode 32a wie auch an der zweiten Hauptelektrode 32c vorgesehen sind. Es ist gleichwohl auch möglich, die weggeschnittenen Abschnitte 35 entweder an der ersten Hauptelektrode 32a oder an der zweiten Hauptelektrode 32c sowie darüber hinaus mehr als eine Öffnung 37 an der anderen Hauptelektrode vorzusehen.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Chip-PTC-Thermistor beschrieben, der eine innere Hauptelektrode 34a und eine innere Nebenelektrode 34b aufweist, die innerhalb des leitenden Polymers 31 angeordnet sind. Diese Ausgestaltung kann auch bei Chip-PTC-Thermistoren Anwendung finden, die drei, fünf oder eine andere ungerade Anzahl innerer Hauptelektroden und eine ungerade Anzahl innerer Nebenelektroden aufweisen, die innerhalb des leitenden Polymers angeordnet sind. Für den Fall eines derartigen Chip-PTC-Thermistors können je nach Bedarf entweder die weggeschnittenen Abschnitte oder die Öffnungen oder beide an den ungeradzahligen (bei mehr als drei) inneren Hauptelektroden vorgesehen werden.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Chip-PTC-Thermistor mit einer inneren Nebenelektrode 34b versehen, die jedoch kein notwendiges Bauelement darstellt.
Darüber hinaus muss die erste Elektrode nicht zwangsweise eine Elektrode aufweisen, die über der gesamten Fläche des leitenden Polymers 31 ausgebildet ist, wie dies bei der ersten Seitenelektrode 33a der Fall ist. Sie kann vielmehr auch eine Elektrode aufweisen, die die Seitenfläche oder eine innere Durchgangselektrode oder eine Kombination aus Seitenelektrode und innerer Durchgangselektrode teilweise bedeckt.
Die Einrichtung zur Aufhebung der Beschränkungen gegen eine Verformung muss nicht zwangsweise ein weggeschnittener Abschnitt oder eine Öffnung sein. Die erste Hauptelektrode 12a kann auch mit einem im Vergleich zum Rest teilweise schwächer ausgebildeten Abschnitt versehen sein.
Auf dieselbe Weise wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine größere Wirkung erzielt werden, wenn die Einrichtung zur Aufhebung der Beschränkungen gegen eine Verformung, die in der ersten Hauptelektrode 32a angeordnet ist, auch über dem Bereich von der Spitze der ersten inneren Hauptelektrode 34a bis zum Verbindungsabschnitt der ersten Hauptelektrode und der ersten Seitenelektrode 33a angeordnet ist. Diese Ausgestaltung kann auch bei der zweiten Seitenelektrode 33b und der inneren Hauptelektrode 34a Verwendung finden.
Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Der Chip-PTC-Thermistor des dritten bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Wie in 12(a), 12(b) und 12(c) beschrieben ist, umfasst ein rechteckiges parallelepipedförmiges leitendes Polymer 51 mit PTC-Eigenschaften ein Gemisch aus einem hochdichten Polyethylen, das ein kristallines Polymer darstellt, und Karbonschwarz (Ruß), das eine leitende Teilchensubstanz darstellt. An einer ersten Fläche des leitenden Polymers 51 ist eine erste Hauptelektrode 52a ausgebildet. An derselben Fläche ist zudem eine erste Nebenelektrode 52b ausgebildet, die getrennt von der ersten Hauptelektrode 52a angeordnet ist. Eine zweite Hauptelektrode 52c ist an einer zweiten Fläche gegenüberliegend der ersten Fläche des leitenden Polymers 51 angeordnet, und es ist eine zweite Nebenelektrode 52d getrennt in derselben Fläche wie die zweite Hauptelektrode 52c angeordnet. Alle Haupt- und Nebenelektroden 52a, 52b, 52c und 52d bestehen aus einer Metallfolie beispielsweise aus Nickel und Kupfer.
Eine erste Seitenelektrode 53a, die aus einer Nickelplattierungsschicht besteht, liegt an der gesamten Oberfläche von einer der Seitenflächen des leitenden Polymers 51 und den Kanten der ersten Hauptelektrode 52a und der zweiten Nebenelektrode 52b derart an, dass sie die erste Hauptelektrode 52a und die zweite Nebenelektrode 52d elektrisch verbindet. Eine zweite Seitenelektrode 53b, die aus einer Nickelplattierungsschicht besteht, liegt an der gesamten Oberfläche der anderen Seitenfläche, die der ersten Seitenelektrode 53a des leitenden Polymers 51 gegenüberliegt, und der Kante der zweiten Hauptelektrode 52c und der ersten Nebenelektrode 52d derart an, dass sie die zweite Hauptelektrode 52c und die erste Nebenelektrode 52b elektrisch verbindet.
Eine erste innere Hauptelektrode 54a ist innerhalb des leitenden Polymers 51 parallel zu den ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c vorgesehen und elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode 53b verbunden. Eine erste innere Nebenelektrode 54b ist getrennt in derselben Ebene wie die innere Hauptelektrode 54a angeordnet und elektrisch mit der ersten Seitenelektrode 53a verbunden. Eine zweite innere Hauptelektrode 54c ist innerhalb des leitenden Polymers 51 parallel zu den ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c angeordnet und elektrisch mit der ersten Seitenelektrode 53a verbunden. Eine zweite innere Nebenelektrode 54d ist getrennt in derselben Ebene wie die innere Hauptelektrode 54a angeordnet und mit der zweiten Seitenelektrode 53b elektrisch verbunden. Die inneren Elektroden 54a, 54b, 54c und 54d bestehen aus einer Metallfolie beispielsweise aus Kupfer und Nickel.
Die ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c weisen weggeschnittene Abschnitte 55 auf. Erste und zweite Schutzbeschichtungen 56a und 56b, die Epoxidakrylharze enthalten, sind in den am weitesten außen liegenden Schichten der ersten und zweiten Flächen des leitenden Polymers 51 vorgesehen.
Das Verfahren zur Herstellung des Chip-PTC-Thermistors mit einem Aufbau gemäß vorhergehender Beschreibung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 13(a) und 13(b) beschrieben.
Zunächst werden Bogen 61 aus leitendem Polymer und Elektroden 62 hergestellt. Der Bogen 61 aus leitendem Polymer wird schichtartig zwischen den Elektroden 62 angeordnet und in einem Vakuum heißgepresst, sodass sich ein integrierter Bogen 66 wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt. Anschließend werden, wie in 13(a) gezeigt ist, die Bogen 61 aus leitendem Polymer und die Elektroden 62 abwechselnd an der Oberseite und der Unterseite des ersten Bogens 66 derart gestapelt, dass die Elektroden 62 am weitesten außen liegende Schichten bilden. Das Laminat wird anschließend heißgepresst, um einen zweiten Bogen 67, wie in 13(b) gezeigt ist, zu bilden. Anschließend wird unter Befolgung derselben Herstellungsschritte wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Chip-PTC-Thermistor hergestellt.
Um sicherzustellen, dass der Chip-PTC-Thermistor eine angemessene Widerstandsanstiegsrate aufweist, muss ein weggeschnittener Abschnitt in einer oder in beiden der ersten und zweiten Hauptelektroden in der Umgebung der Verbindungen mit entweder einer Seitenelektrode oder beiden Seitenelektroden der ersten und zweiten Seitenelektroden ausgebildet werden. Der Grund dafür, warum der weggeschnittene Abschnitt notwendig ist, wird nachstehend unter Rückgriff auf zu Vergleichszwecken hergestellte Proben beschrieben.
Entsprechend dem Herstellungsverfahren des dritten bevorzugten Ausführungsbeispieles werden zwei Arten von Proben hergestellt, nämlich eine Art von Probe, bei der die ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c mit dem weggeschnittenen Abschnitt 55 in der Umgebung der Verbindungen mit den ersten und zweiten Seitenelektroden 53a und 53b versehen sind, und eine weitere Art von Proben ohne die genannten weggeschnittenen Abschnitte 55. Um nachzuweisen, dass die weggeschnittenen Abschnitte 55 zu Unterschieden bei der Widerstandsanstiegsrate führen, wird derselbe Test wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß nachstehender Beschreibung ausgeführt. Fünf Proben jeder der vorbeschriebenen Arten werden hergestellt, auf Leiterplatten montiert und in einem Konstanttemperaturofen gehalten. Die Temperatur des Ofens wird mit einer Rate von 2 °C/min von 25 °C auf 150 °C gesteigert, wobei die Widerstände der Proben bei verschiedenen Temperaturen gemessen werden. Die Ergebnisse des Tests bestätigen, dass die Proben mit den weggeschnittenen Abschnitten 55 höhere Widerstände als die Proben ohne weggeschnittene Abschnitte 55 aufweisen, wenn die Temperatur 125 °C erreicht.
Bei der Beschreibung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die weggeschnittenen Abschnitte 55 an den ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c in der Umgebung der Verbindungen mit den ersten und zweiten Seitenelektroden 53a und 53b vorgesehen. Gleichwohl wird, wie in 14(a) bis 14(c) gezeigt ist, bevorzugt, die weggeschnittenen Abschnitte 55a und 55b an den ersten und zweiten inneren Hauptelektroden 54a und 54c in der Umgebung der Verbindungen zwischen ihnen und den zweiten Seiten- und den ersten Seitenelektroden 53b und 53a vorzusehen. Wie in 15(a) bis 15(c) gezeigt ist, können die weggeschnittenen Abschnitte 55 durch Öffnungen 57 ersetzt werden, um dieselben Effekte zu erzielen. Wie in 16(a) bis 16(c) gezeigt ist, wird bevorzugt, die Öffnungen 57 an den ersten und zweiten inneren Hauptelektroden 54a und 54c in der Umgebung der Verbindungen zwischen ihnen und den ersten und zweiten Seitenelektroden 53a und 53b vorzusehen.
Bei der Beschreibung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispieles sind entweder die weggeschnittenen Abschnitte 55 oder die Öffnungen 57 sowohl an der ersten Hauptelektrode 52a wie auch an der zweiten Hauptelektrode 52c, siehe Beschreibung, vorgesehen. Es ist gleichwohl auch möglich, die weggeschnittenen Abschnitte 55 entweder an der ersten Hauptelektrode 52a oder an der zweiten Hauptelektrode 52c und darüber hinaus mehr als eine Öffnung 57 an der anderen Hauptelektrode vorzusehen.
Beim dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Chip-PTC-Thermistor zwei innere Hauptelektroden 54a und 54c sowie zwei innere Nebenelektroden 54b und 54d, siehe Beschreibung, auf. Gleichwohl können innere Haupt- und Nebenelektroden in gerader Anzahl (so beispielsweise vier und sechs) innerhalb des leitenden Polymers angeordnet werden. Für den Fall eines Chip-PTC-Thermistors mit geradzahligen (zwei oder mehr) inneren Haupt- und Nebenelektroden kann entweder einer der weggeschnittenen Abschnitte 55 und Öffnungen 57 oder können beide je nach Bedarf an den inneren Hauptelektroden vorgesehen sein.
Beim dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Chip-PTC-Thermistor mit den ersten und zweiten inneren Nebenelektroden 54b und 54d vorgesehen. Die vorliegende Erfindung kann gleichwohl auch bei einem Chip-PTC-Thermistor Anwendung finden, der die ersten und zweiten inneren Nebenelektroden 54b und 54d nicht aufweist.
Die Form der Einrichtung zur Aufhebung der Beschränkung gegen eine Verformung ist nicht auf die Formen der weggeschnittenen Abschnitte 55 und der Öffnungen 57 be schränkt. Die Form der weggeschnittenen Abschnitte 58a, 58b, 58c und 58d, siehe 17, die von einer der Seiten parallel zur Längsrichtung der Elektroden ausgebildet sind, kann ebenfalls zum Einsatz kommen. Die weggeschnittenen Abschnitte 58a, 58b, 58c und 58d sind Einrichtungen zur Aufhebung der Beschränkungen gegen einen Verformung, die jeweils an den ersten und zweiten Hauptelektroden 52a und 52c und den ersten und zweiten inneren Hauptelektroden 54a und 54c vorgesehen sind. Während die weggeschnittenen Abschnitte 55, wie in 12 gezeigt ist, an beiden Längsseiten der Schicht vorgesehen sind, sind die weggeschnittenen Abschnitte 58a bis 58d von 17 an lediglich einer der Längsseiten jeder Schicht vorgesehen. Mit anderen Worten, siehe 12, die erste Hauptelektrode 52a weist nur einen schmalen Teil auf, der in der Mitte verbleibt, wo die weggeschnittenen Abschnitte 55 von beiden Längsseiten vorgesehen sind. Umgekehrt weist für den Fall des weggeschnittenen Abschnittes 58a die erste Hauptelektrode 52a von 17 eine intakt bleibende Seite auf. Daher ist die Form der ersten Hauptelektrode 52 von 17 verformungsanfälliger und damit in geringerem Ausmaß in der Lage, der Ausdehnung des leitenden Polymers 51 entgegenzuwirken. Bedingt hierdurch nimmt der Widerstand stärker zu, wenn ein Überstrom einwirkt. Diese Form der Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung kann nicht nur bei der ersten Hauptelektrode 52a Verwendung finden, sondern auch bei der zweiten Hauptelektrode 52c sowie den ersten und zweiten inneren Hauptelektroden 54a und 54c, um noch größere Effekte zu bewirken. Diese Art von Form kann auch bei Chip-PTC-Thermistoren entsprechend den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispielen angewandt werden, wobei ähnliche Effekte wie beim dritten Ausführungsbeispiel erreicht werden können.
Wie in 17 gezeigt ist, sind die weggeschnittenen Abschnitte 58a bis 58d, die als Einrichtungen zur Aufhebung der Beschränkungen gegen eine Verformung dienen, auf folgende Weise drehsymmetrisch zueinander angeordnet: der an der ersten Hauptelektrode 52a angeordnete weggeschnittene Abschnitt 58a ist drehsymmetrisch zu dem weggeschnittenen Abschnitt 58c gemäß Anordnung an der ersten inneren Elektrode 54a im Anschluss an die erste Hauptelektrode 52a; der weggeschnittene Abschnitt 58c (ist drehsymmetrisch) zu dem weggeschnittenen Abschnitt 58b gemäß Anordnung an der zweiten inneren Hauptelektrode 54c im Anschluss an die erste innere Elektrode 54a; und der weggeschnittene Abschnitt 58d (ist drehsymmetrisch) zu dem weggeschnittenen Abschnitt 58b. Die Drehachse, das heißt der Bezugspunkt für die Drehsymmetrie, liegt in der Richtung, in der die erste Hauptelektrode 52a, das leitende Polymer 51 und die erste innere Hauptelektrode 54a und dergleichen laminiert sind. Mit anderen Worten, die Drehachse der Drehsymmetrie ist in diesem Falle die Richtung senkrecht zur Ebene der ersten Hauptelektrode 52a.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird bevorzugt, die Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung drehsymmetrisch anzuordnen. Die Ursache dafür wird nachstehend beschrieben.
Eine Verschiebung der Elektrode, die durch die Ausdehnung des leitenden Polymers 51 und die Anordnungsstelle der Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung bewirkt wird, stehen zueinander in nachfolgender Beziehung: im Bereich der ersten Hauptelektrode 52a, die sich von dem Teil, wo der weggeschnittene Abschnitt 58a vorgesehen ist, zu dem vorderen Ende angrenzend an die erste Nebenelektrode 52b erstreckt, erfährt ein angrenzender Abschnitt 59a angrenzend an den weggeschnittenen Abschnitt 58a die Verformung, die durch die Ausdehnung des leitenden Polymers 51 bewirkt wird, am wenigsten, und umgekehrt; der Abschnitt 59b des vorderen Endes, der an dem am weitesten entfernt liegenden Rand von dem Abschnitt 59a angeordnet ist, erfährt die Verformung am meisten.
Dieselbe Beziehung gilt für den Fall der ersten und zweiten inneren Hauptelektroden 54a und 54c sowie der zweiten Hauptelektrode 52c, das heißt, die stärkste Verformung wird in den angrenzenden Abschnitten 59c, 59e und 59g und die schwächste Verformung in den Abschnitten 59d, 59f und 59h des vorderen Endes beobachtet.
Entsprechend dem Aufbau von 17 werden die benachbarten Abschnitte 59a, 59c, 59e und 59g sowie die Abschnitte 59b, 59d, 59f und 59h des vorderen Endes abwechselnd derart angeordnet, dass sie über das leitende Polymer 51 zueinander weisen. Dieser Aufbau ermöglicht die Verformung des Chip-PTC-Thermistors als Ganzes auf gleichmäßige Art, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Sind die weggeschnittenen Abschnitte 58c und 58b an der Vorderseite der Figur ausgebildet, mit anderen Worten, sind die erste innere Hauptelektrode 54a und die zweite Hauptelektrode 52c entlang der Linie A-A, die die Symmetrielinie darstellt, umgedreht, so dehnt sich das leitende Polymer 51 an der Vorderseite einfacher aus als das leitende Polymer 51 an der Rückseite. Bedingt hierdurch wird das Ausmaß der Verformung des Chip-PTC-Thermistors an der Vorderseite größer und an der Rückseite kleiner, wodurch die Verteilung ungleichmäßig wird. Infolgedessen wirken eine abwärts gerichtete Kraft auf die erste Seitenelektrode 53a an der Vorderseite und an der Rückseite eine aufwärts wirkende Kraft. Im Er gebnis sinkt die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der ersten Seitenelektrode 53a und der zweiten Hauptelektrode 52a.
Die drehsymmetrische Ausgestaltung der Einrichtung zur Aufhebung von Beschränkungen gegen eine Verformung gemäß der Beschreibung beim dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch beim ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen, wobei dieselben Effekte erzielt werden.
Beim ersten, zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die erste Hauptelektrode 52a, die erste Nebenelektrode 52b, die zweite Hauptelektrode 52c, die zweite Nebenelektrode 52d, die erste innere Hauptelektrode 54a, die erste innere Nebenelektrode 54b, die zweite innere Hauptelektrode 54c und die zweite innere Nebenelektrode 54d aus leitenden Materialien mit einer Metallfolie. Die vorliegende Erfindung kann auch bei leitenden Materialien zum Einsatz kommen, die mittels Sputterns, thermischen Sprühens und Plattierens hergestellt sind, bei leitenden Materialien, die durch Plattieren nach Sputtern oder thermischem Sprühen hergestellt sind, und bei leitenden Bogen. Bevorzugte leitende Bogen sind unter anderem Bogen, die ein oder mehrere Metallpulver, Metalloxide, leitende Nitride oder Karbide und Kohlenstoff aufweisen, sowie Bogen, die ein Metallgitter, ein Metallpulver, Metalloxide, leitende Nitride oder Karbide und Kohlenstoff aufweisen.
Der Chip-PTC-Thermistor der vorliegenden Erfindung ist mit Blick auf die Widerstandsanstiegsrate und die Stehspannung bei Einwirken eines Überstromes überlegen und damit hervorragend gewerblich anwendbar.

11, 31, 51: leitendes Polymer
12a, 32a, 52a: erste Hauptelektrode
12b, 32b, 52b: erste Nebenelektrode
12c, 32c, 52c: zweite Hauptelektrode
12d, 32d, 52d: zweite Nebenelektrode
13a, 33a, 53a: erste Seitenelektrode
13b, 33b, 53b: zweite Seitenelektrode
14, 35, 35a, 55, 55a, 55b: weggeschnittener Abschnitt
16, 37, 37a, 57, 57a: Öffnung
17a: erste innere Durchgangselektrode
17b: zweite innere Durchgangselektrode
34a, 54a: erste innere Hauptelektrode
34b, 54b: erste innere Nebenelektrode
54c: zweite innere Hauptelektrode
54d: zweite innere Nebenelektrode

Claims

Chip-Polymer-PTC-Thermistor, der umfasst: ein leitendes Polymer (11, 31, 51) mit PTC-Eigenschaften; eine erste Hauptelektrode (12a, 32a, 52a), die auf einer ersten Fläche des leitenden Polymers angeordnet ist; eine zweite Hauptelektrode (12c, 32c, 52c), die auf einer zweiten Fläche des leitenden Polymers angeordnet ist, wobei die zweite Fläche der ersten Fläche gegenüberliegt; eine erste Seitenelektrode (13a, 33a, 53a), die elektrisch mit der ersten Hauptelektrode verbunden ist, wobei die erste Seitenelektrode die gesamte erste Seitenfläche des leitenden Polymers bedeckt; und eine zweite Seitenelektrode (13b, 33b, 53b), die elektrisch mit der zweiten Hauptelektrode verbunden ist, wobei die zweite Seitenelektrode die gesamte zweite Seitenfläche des leitenden Polymers bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste Hauptelektrode oder die zweite Hauptelektrode mit einer Öffnung (16, 37, 37a, 57, 57a) oder einem weggeschnittenen Abschnitt (14, 35, 35a, 55, 55a, 55b) als Einrichtung zum Aufheben von Einschränkung gegen Verformung des Polymers versehen ist, wobei die Einrichtung in wenigstens einem der folgenden Bereiche angeordnet ist: einem Bereich der ersten Hauptelektrode zwischen einem Abschnitt, der einem vorderen Ende der zweiten Hauptelektrode gegenüberliegt, und einer Verbindung mit der ersten Seitenelektrode; und einem Bereich der zweiten Hauptelektrode zwischen einem Abschnitt, der einem vorderen Ende der ersten Hauptelektrode gegenüberliegt, und einer Verbindung mit der zweiten Seitenelektrode.
Chip-PTC-Thermistor nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: eine erste Nebenelektrode (12b, 32b, 52b), die an der ersten Fläche des leitenden Polymers angeordnet ist, wobei die erste Nebenelektrode von der ersten Hauptelektrode getrennt und elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode verbunden ist; und eine zweite Nebenelektrode (12d, 32d, 52d), die an der zweiten Fläche des leitenden Polymers angeordnet ist, wobei die zweite Nebenelektrode von der zweiten Hauptelektrode getrennt und elektrisch mit der ersten Seitenelektrode verbunden ist.
Chip-PTC-Thermistor nach Anspruch 1 oder 2, der des Weiteren eine innere Hauptelektrode (34a, 54a, 54c) umfasst, die im Inneren des leitenden Polymers (31, 51) angeordnet ist, wobei die innere Hauptelektrode elektrisch mit der ersten Seitenelektrode (33a, 53a) oder der zweiten Seitenelektrode (33b, 53b) verbunden und mit einer Öffnung (37, 37a, 57, 57a) oder einem weggeschnittenen Abschnitt (35, 35a, 55, 55a, 55b) versehen ist, der in einem Bereich der inneren Hauptelektrode zwischen einem Abschnitt, der einem vorderen Ende einer nächstgelegenen Hauptelektrode gegenüberliegt, und einer Verbindung mit der ersten Seitenelektrode oder der zweiten Seitenelektrode angeordnet ist.
Chip-PTC-Thermistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Öffnungen oder die weggeschnittenen Abschnitte symmetrisch zueinander in Bezug auf die Poly mer-PTC-Schicht angeordnet sind, die zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode angeordnet ist.
Chip-PTC-Thermistor nach Anspruch 1, der des Weiteren eine erste Nebenelektrode (12b) umfasst, die an einer erweiterten Ebene der ersten Hauptelektrode (12a) angeordnet ist, wobei die erste Nebenelektrode (12b) von der ersten Hauptelektrode (12a) getrennt und elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode (13b) verbunden ist.