JP2005197660A - 過電流保護素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 過電流保護素子において、ＰＴＣ層と電極箔との間の接触抵抗を減少させ、アーク放電の可能性を著しく減少させる。
【解決手段】 少なくとも一方が微小粗面を有する二つの電極箔２１を提供する。非電着法により、電極箔２１の微小粗面上に少なくとも一つの導電層２３を成膜する。少なくとも一方が、少なくとも一つの導電層２３と物理的に接触しているＰＴＣ層２２を二つの電極箔２１の間に挟んで、過電流保護素子を形成する。導電層２３は、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングおよび粉末コーティングを含む方法の内の一つにより製造する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、過電流保護素子およびその製造方法に関し、より詳しくは、正温度係数（ＰＴＣ）の過電流保護素子およびその製造方法に関する。

正温度係数（ＰＴＣ）の導電材料の抵抗は、温度変動に敏感であり、回路が正常に動作できるように、通常の動作では温度変動に対する感度が低いために、非常に低く維持できる。しかしながら、過電流または過熱の事象が生じた場合、抵抗は即座に高い抵抗状態（例えば、１０⁴オームより高い）まで上昇する。したがって、過電流は逆に除去され、回路素子を保護する目的が達成できる。

特許文献１および２には、ＰＴＣ材料を持つ電気素子が開示されている。図１に示すように、電気素子１０は、二つの電極箔１１およびこれら二つの電極箔１１の間に挟まれたＰＴＣ層１３を有してなる。多数の小さな瘤１４が、微小粗面１２を形成するように、エッチングまたは電着により電極箔１１の表面に形成されている。したがって、ＰＴＣ層１３と電極箔１１との間の電気性能および物理的組合せを向上させることができる。
米国特許第４８００２５３号明細書 米国特許第４６８９４７５号明細書

ＰＴＣ層１３が押しつけられて電極箔１１と結合したときに、小さな瘤１４の間の凹部は、ＰＴＣ層１３が不十分にしか変形しないために、ＰＴＣ層１３により満たされず、凹部の底部に空隙１５が形成されるであろう。その結果、電気素子１０に過電流が流れたときに、空隙１５の位置にアーク放電が生じるかもしれない。小さな瘤１４の表面はさらに微小瘤を持ち、それゆえ、先端放電が生じて、局部的な短絡の問題が生じるかもしれない。さらに、空隙１５により、ＰＴＣ層１３と電極箔１１との結合がゆるみ、接触表面の抵抗が高くなり、物理的付着が不十分になる。より悪い場合には、電気素子１０の小型化により、各箔１１の近くにそれぞれ位置する空隙１５が短絡を誘発し、それゆえ、電気素子１０を備えた電子製品は、保護されるというよりむしろ、短絡の事象により損傷を受けるであろう。

本発明の目的は、ＰＴＣ層と電極箔との間の接触抵抗を減少させ、アーク放電の可能性を著しく減少させる過電流保護素子を提供することにある。

上述した目的を達成するために、過電流保護素子を開発した。その過電流保護素子は、二つの電極箔、少なくとも一つの導電層およびＰＴＣ層を有してなり、ここで、電極箔の少なくとも一つは微小粗面を有し、電極箔の微小粗面には導電層が被せられている。ＰＴＣ層は二つの電極箔の間に挟まれており、ＰＴＣ層の上面および下面うちの一方は、少なくとも一つの導電層と物理的にきつく接触している。したがって、ＰＴＣ層と電極箔との間に位置する導電層は、それらの間の接触抵抗を効果的に減少でき、アーク放電を避けることができる。

上述した過電流保護素子は、以下の工程にしたがって製造できる。最初に、少なくとも一方が少なくとも一つの微小粗面を持つ二つの電極箔およびＰＣＴ層を提供する。次に、少なくとも一つの導電層を、非電着法により、電極箔の少なくとも一つの微小粗面またはＰＴＣ層の表面に成膜させる。次いで、少なくとも一つの導電層に結合した二つの電極箔をＰＴＣ層に結合させるか、または少なくとも一つの導電層に結合したＰＴＣ層を二つの電極箔に結合させ、それによって、上述した過電流保護素子の積重構造が形成される。

導電層は、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティング、粉末コーティングなどにより製造できる。それらの工程は、より優れたステップ・カバレージ能力を提供でき、それゆえ、後に導電層がＰＴＣ層または電極箔に押しつけられたときに、空隙が生じるのを減少させることができる。さらに、より安定な電気性能を得るために、電極箔と導電層との結合を強化するように、電極箔の表面を、事前に、プラズマ、コロナ、エッチングまたは他の表面処理により処理してもよい。

上記に鑑みて、従来技術と比較して、本発明の過電流保護素子および方法には以下の利点がある：（１）電極箔とＰＴＣ層との間のアーク放電を防ぐことができる；（２）ＰＴＣ層と電極箔との間の付着および導電性を増すことができる；（３）単純な製造法のために、費用を減らすことができる；（４）電気性能が増し、歩留りも増加させることができる。

図２に示したように、過電流保護素子２０は、二つの電極箔２１、二つの導電層２３およびＰＴＣ層２２を備え、各電極箔２１は、０．１から１００マイクロメートル（μｍ）の凸部が設けられた微小粗面２４を有し、これらの凸部はこの実施の形態においては多数の小さな瘤２５である。導電層２３は、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングまたは粉末コーティングなどの非電着法により微小粗面２４上に形成することができ、導電層２３の材料は、ニッケル、クロム、亜鉛、銅、それらの合金、銀接着剤(silver glue)またはグラファイトを使用できる。導電層２３の厚さは、０．１から１０００μｍ、好ましくは、０．１から３００μｍ、最も好ましくは、０．１から１００μｍである。ＰＴＣ層２２は二つの導電層２３の間に挟まれており、その上面と下面は、導電層２３と物理的に接触している。導電層２３は、導電性を増すために、ＰＴＣ層２２と電極箔２１との間の接触電気抵抗を下げることができる以外に、小さな瘤２５に存在する可能性のある微小瘤は、先端放電を著しく低減できるように滑らかにすることができる。

理論的に、導電層２３は、公知の電着法、例えば、電気メッキにより製造できる。しかしながら、電着のより悪いステップ・カバレージ能力は、空隙が生成されるような小さな瘤２５の間の凹部を満たすのに効果的ではなく、それゆえ、アーク放電の可能性が増すであろう。それゆえ、上述した問題を避けるために、本発明による導電層２３を形成するためには、電着法は用いられない。

本発明において提案された過電流保護素子２０の製造方法が図３に示されている。最初に、二つの電極箔２１上に微小粗面２４を形成する。次に、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングまたは粉末コーティングなどの非電着法により、電極箔２１の対応する微小粗面２４上に二つの導電層２３をそれぞれ被せる。次いで、過電流保護素子２０を形成するように、例えば、ホットプレスにより、二つの導電層２３の間にＰＴＣ層２２を積重し、結合させる。

図４に示したように、実際には、導電層２３は、最初に電極箔２１の微小粗面２４上に成膜することに制限されない。導電層２３は、電極箔２１によりプレスされる前に、ＰＴＣ層２２の表面に成膜しても差し支えない。さらに、より安定な電気性能を達成するために、ＰＴＣ層２２の表面を事前にプラズマ、コロナ、エッチングまたは他の表面処理により処理して、ＰＴＣ層２２と導電層２３との結合を強化しても差し支えない。通常は、電気メッキを行うために、事前に、電着、例えば、電気メッキにより導電膜を形成すべきである。それにもかかわらず、導電膜のない状態で非電着を直接行っても差し支えなく、それゆえ、製造法を単純にすることができる。

さらに、導電層２３は、様々な要件に応じて、ＰＴＣ層２２の片側のみに形成してもよい。

本発明の上述した実施の形態は、例証のみを目的としたものである。特許請求の範囲から逸脱せずに、多数の代わりの実施の形態が当業者により考えられるであろう。

公知の過電流保護素子を示す断面図 本発明による過電流保護素子を示す断面図 本発明による過電流保護素子の製造方法を示す断面図 本発明による過電流保護素子の別の製造方法を示す断面図

符号の説明

１０、２０ 過電流保護素子
１１、２１ 電極箔
１２、２４ 微小粗面
１３、２２ ＰＴＣ層
１４、２５ 小さな瘤
１５ 空隙
２３ 導電層

Claims (11)

1. 過電流保護素子であって、
   少なくとも一方が微小粗面を有する二つの電極箔、
   非電着法により製造され、前記微小粗面としっかりと接触している少なくとも一つの導電層、および
   前記二つの電極箔の間に挟まれた、少なくとも一方が前記少なくとも一つの導電層としっかりと接触している正温度係数層、
   を有してなり、それによって、前記正温度係数層と前記二つの電極箔との間の接触抵抗を効果的に減少することができ、アーク放電が避けられることを特徴とする過電流保護素子。
2. 前記導電層が、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングおよび粉末コーティングを含む方法の内の一つにより製造されたことを特徴とする請求項１記載の過電流保護素子。
3. 前記導電層の材料が、グラファイト、銀接着剤、ニッケル、クロム、亜鉛、銅およびそれらの合金からなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の過電流保護素子。
4. 前記導電層の厚さが０．１から１００マイクロメートルであることを特徴とする請求項１記載の過電流保護素子。
5. 前記微小粗面が０．１から１００マイクロメートルの凸部を有することを特徴とする請求項１記載の過電流保護素子。
6. 過電流保護素子を製造する方法であって、
   少なくとも一方が微小粗面を有する二つの電極箔を提供し、
   非電着法により、前記電極箔の微小粗面上に少なくとも一つの導電層を成膜し、
   少なくとも一方が、前記少なくとも一つの導電層と物理的に接触している正温度係数層を前記二つの電極箔の間に挟む、
   各工程を有してなることを特徴とする方法。
7. 前記導電層を、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングおよび粉末コーティングを含む方法の内の一つにより製造することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記正温度係数層をホットプレスにより前記導電層と結合させることを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 過電流保護素子を製造する方法であって、
   正温度係数層を提供し、
   非電着法により正温度係数層の表面に少なくとも一つの導電層を成膜し、
   少なくとも一方が微小粗面を有する二つの電極箔を提供し、
   前記正温度係数層上に成膜された導電層および前記電極箔の微小粗面を結合させて、積重構造を形成する、
   各工程を有してなることを特徴とする方法。
10. 前記導電層を、スパッタリング、スピンコーティング、溶液コーティングおよび粉末コーティングを含む方法の内の一つにより製造することを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記電極箔をホットプレスにより前記導電層と結合させることを特徴とする請求項９記載の方法。

Images