JP2014168105A - Ｐｔｃデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】基板が異常に高温になる可能性をより速やかに検知して、異常高温を未然に防止する、より十分な機能を有するＰＴＣデバイスを提供する。
【解決手段】伝熱媒体として機能する層状支持体１４およびその上に配置したポリマーＰＴＣ素子１２を有して成るＰＴＣデバイス１０であって、ポリマーＰＴＣ素子は層状支持体の一方の表面（１５）上に（熱的に接続された状態で）配置され、これらは、層状支持体の他方の表面（１５’）が露出するように樹脂内にモールドされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＴＣ素子、特にポリマーＰＴＣ素子を有して成るＰＴＣデバイスおよびそのようなＰＴＣデバイスを有して成る電気装置に関する。

ポリマーＰＴＣ素子は、例えば、電気装置における過剰電流による障害、電気装置の過熱等を未然に防止するために、その温度が所定の臨界的な値を越えると、抵抗値が急激に増加する特性、即ち、いわゆる正温度係数またはＰＴＣ（positive temperature coefficient）特性を有する。そのような臨界的な温度はトリップ温度とも呼ばれる。

電気装置に配置されている、ＩＣチップがマウントされた基板は、電気装置の使用によって大量に発熱するため、その熱を外部に発散するために放熱板を有する。何らかの原因のために（例えばそのような基板に過剰電流が流れることによって）、そのような基板が異常に高温となる場合、放熱板による熱の発散が追いつかず、放熱板も、従って、基板も異常に高温のままになることがある。そこで、セラミックＰＴＣ素子（例えば（株）村田製作所から市販されているポジスタ（登録商標））を放熱板に取り付けて基板の温度を検知し、基板が異常に高温になるのを間接的に防止することが行われている。

特開平０４−１６２７０１号公報

このようなセラミックＰＴＣ素子は、基板が異常に高温となるのを防止する機能を果たすが、場合によって、そのような機能は必ずしも十分ではない。例えば、温度が上昇する際の抵抗値の時間的増加が大きくなく、即ち、シャープに抵抗値が短時間で増加せず、その結果、電流を短時間で遮断することができない。そのため、セラミックＰＴＣ素子の抵抗値がある値に達すると、電流を（ＰＴＣ素子によらずに）遮断する方法（即ち、間接的な方法）が一般的に採用されている。特に、基板が異常に高温になる可能性をより速やかに検知して、異常高温を未然にかつ直接防止することが望まれている。

上述の課題に関して、鋭意検討を重ねた結果、ポリマーＰＴＣ素子を用い、更に、それを支持体に載せた状態でこれらをモールド成形することによって得られるＰＴＣデバイスによって課題を解決できることが見出された。

従って、第１の要旨において、本発明は、
伝熱媒体として機能する層状支持体およびその上に配置したポリマーＰＴＣ素子を有して成るＰＴＣデバイスであって、
ポリマーＰＴＣ素子は層状支持体の一方の表面上に（熱的に接続された状態で）配置され、これらは、層状支持体の他方の表面が露出するように樹脂内にモールドされている
ことを特徴とするＰＴＣデバイスを提供する。

本発明のＰＴＣデバイスでは、ＰＴＣ素子が樹脂内にモールドされている。その結果、モールドされるＰＴＣ素子は、ＰＴＣデバイスの周囲の環境からモールド樹脂によって離隔される。例えば、デバイスの周囲に存在する水分、酸素等によってＰＴＣ素子が悪影響を受けるのを可及的に防止できる。従って、モールドする樹脂は、水分、酸素等に対するバリア機能を有するのが特に好ましい。

層状支持体は、ＰＴＣデバイスが温度を検知すべき対象物に対して熱的接触できる。熱的接触とは、層状支持体の露出表面と対象物の表面とが接触することによって、対象物から層状支持体の露出表面に熱が速やかに伝わるようになっていることを意味する。好ましくは、そのような熱的接触の結果、層状支持体の露出表面の温度が対象物の表面温度に実質的に等しくなる。より好ましくは、そのような熱的接触の結果、層状支持体の露出表面の温度と露出していない反対側の表面の温度も実質的に等しくなる。

このような層状支持体を構成する材料は、熱伝導性材料、特に良熱伝導性材料（例えばステンレススチール、銅のような金属材料等）であるのが好ましい。尚、それほど良熱伝導性材料でない材料（例えばガラエポ（ガラス繊維＋エポキシ樹脂）等の複合材料、他のセラミック材料等）であっても、その厚さが薄い場合には、伝熱に対してそれほど抵抗とならないので、そのような材料を使用してもよい。

ポリマーＰＴＣ素子は、層状支持体に熱的に接続されており、その結果、層状支持体の露出表面から、従って、ＰＴＣデバイスを配置した対象物から層状支持体を経てＰＴＣ素子に熱が伝わる、好ましくは速やかに伝わるように構成されている。このように対象物からＰＴＣ素子に熱を伝えるという意味で、層状支持体が「伝熱媒体として機能する」との表現を用いる。尚、ポリマーＰＴＣ素子の層状支持体への接続は、直接的であっても、あるいは間接的であってもよい。

直接的な接続は、ポリマーＰＴＣ素子と層状支持体との間に介在するものが存在しない態様に相当し、間接的な接続は、ポリマーＰＴＣ素子と層状支持体との間に他の材料が存在する態様に相当する。そのような他の材料には、接着材料（接着剤、ハンダ、導電性接着剤、導電性ペースト等）、絶縁材料等が含まれ、そのような材料は通常層の形態で存在する。

明らかなように、間接的な接続の場合は、層状支持体とＰＴＣ素子とは、熱伝導性材料、特に良熱伝導性材料（例えば金属材料）を介して接続されているのが好ましい。尚、それほどの良熱伝導性でない材料（例えばセラミック材料）であっても、その厚さが薄い場合には、伝熱に対してそれほど抵抗とならないので、そのような材料を使用してもよい。

第２の要旨において、本発明は、層状支持体およびそれに配置されたポリマーＰＴＣ素子を有して成るＰＴＣデバイスの製造方法であって、
層状支持体の一方の表面にポリマーＰＴＣ素子を配置する工程、ならびに
層状支持体の他方の表面が露出するように、層状支持体およびポリマーＰＴＣ素子をモールド成形する工程
を含んで成る。この製造方法によって、上述の本発明のＰＴＣデバイスを製造できる。尚、層状支持体へのポリマーＰＴＣ素子の配置は、上述のポリマーＰＴＣ素子の層状支持体への接続と同様に、直接的であっても、あるいは間接的であってもよい。

第３の要旨において、本発明は、上述のＰＴＣデバイスを有して成る電気装置を提供すする。例えば、そのような電気装置は、本発明のＰＴＣデバイスを有する回路基板、特に電源を制御する回路のＩＣ基板、回路モジュール、過熱検知装置等を有する。

本発明のＰＴＣデバイスは、セラミックＰＴＣ素子よりも感度に優れたポリマーＰＴＣ素子を層状支持体と組み合わせて、支持体の一方の表面が露出するようにモールド成形して形成されている。その結果、層状支持体の露出している表面が異常温度を検出すべき対象物に接触するようにＰＴＣデバイスを対象物に配置すると、対象物の温度上昇が速やかにポリマーＰＴＣ素子に伝わり、その結果、その温度上昇に応じてＰＴＣ素子が作動できる。即ち、温度上昇が対象物から速やかに伝わるので、ポリマーＰＴＣ素子の優れた感度を有効に利用できる。

図１は、本発明のＰＴＣデバイスを模式的断面図にて示す。 図２は、図１のＰＴＣデバイスを図１の左側から見た様子を模式的平面図にて示す。 図３は、実施例１の本発明のＰＴＣデバイスのＲ−Ｔ測定結果を示す。 図４は、実施例５の本発明のＰＴＣデバイスのＲ−Ｔ測定結果を示す。 図５は、実施例６の本発明のＰＴＣデバイスのＲ−Ｔ測定結果を示す。 図６は、実施例１の本発明のＰＴＣデバイスについて、周辺温度を上昇させた時の抵抗値および熱電対の温度の時間的変化を示す。 図７は、無機ＰＴＣ素子について、周辺温度を上昇させた時の抵抗値および熱電対の温度の時間的変化を示す。

本発明のＰＴＣデバイスを構成するポリマーＰＴＣ素子は周知であり、種々のものが市販されている。そのようなポリマーＰＴＣ素子は、一般的に使用されている用語の意味で使用している。ポリマーＰＴＣ素子は、いわゆるポリマーＰＴＣ組成物を層状に形成したポリマーＰＴＣ要素を有して成り、その両主表面に配置された第１金属電極（特に箔状電極）および第２金属電極（特に箔状電極）を有して成るのが特に好ましい。ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー材料（例えばポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）中に導電性フィラー（例えばカーボンフィラー、金属フィラー（銅、ニッケル、ニッケル−コバルト合金等のフィラー）等）が分散している、いわゆる導電性ポリマー組成物から構成されているものである。通常、そのような組成物を押出成形することによってＰＴＣ要素を得ることができる。

層状支持体は、対向する２つの主表面によって規定され、ポリマーＰＴＣ素子をその一方の主表面上にポリマーＰＴＣ素子への熱伝導性材料として、直接的又は間接的に載置できるものであればよい。具体的には、金属層、例えば金属シートまたは金属フィルムである。１つの態様では、層状支持体として、配線基板に用いられる金属（例えばステンレススチール、他の適当な金属等）のリードフレームと同じものを使用してもよい。別の態様では、セラミック材料の層状支持体であってもよい。層状支持体は、その上に載置するＰＴＣ素子の占有面積より大きいのが好ましい。即ち、層状支持体上にＰＴＣ素子を配置した様子をこれらの上方から見た場合、ＰＴＣ素子の周囲の少なくとも一部分、好ましくはＰＴＣ素子の全周の外側で層状支持体の一部分が延在するのが好ましい。

層状支持体上にＰＴＣ素子に載置するに際して、層状支持体が電気伝導性材料である場合には、ＰＴＣ素子と層状支持体との間に絶縁材料を配置する必要がある。層状支持体が電気絶縁性である場合には、そのような絶縁材料を配置する必要はない。絶縁材料は、層状形態であるのが好ましい。

絶縁材料を介して載置する場合、層状支持体に絶縁材料の層を接着材料によって接着し、接着した絶縁材料の層にＰＴＣ素子を接着材料によって接着する。これらの接着材料は同じであっても、あるいは異なってもよく、好ましくは熱伝導性、より好ましくは良熱伝導性である。例えばハンダ、導電性材料ペースト（例えば銀ペースト）、ハンダペースト、導電性接着剤等を使用して接着してよい。

本発明のＰＴＣデバイスでは、層状支持体の他方の表面（即ち、ＰＴＣ素子が載置されていない表面）が露出するように、ＰＴＣ素子および層状支持体がモールド成形されている。モールド成形では、ＰＴＣ素子が載置された層状支持体を、層状支持体の他方の表面が露出した状態で、所定の型に配置し、その後、型に樹脂を注入して固化および／または硬化させる。

注入する樹脂、即ち、モールド樹脂は、硬化性樹脂、例えば熱硬化性樹脂、光または放射線硬化性樹脂であり、例えば種々のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使用できる。別の態様では、注入する樹脂は熱可塑性樹脂であってもよく、この場合、溶融状態の樹脂を型に注入し、その後、冷却することによって固化させる。このようなモールド成形自体は周知であり、層状支持体の他方の表面の少なくとも一部分、好ましくは大部分、より好ましくは実質的に全部が露出するように実施する。モールド樹脂は、モールドされるＰＴＣ素子をＰＴＣデバイスの周囲の環境から離隔する機能を有する。具体的には、周囲の水分、酸素等によってＰＴＣ素子が悪影響を受けるのを可及的に防止する。

本発明の特に好ましい態様では、上述のようにモールド成形する前に、層状支持体上に載置されたＰＴＣ素子を硬化性樹脂によってポッティングすることによって予め包囲し、その後、この硬化性樹脂を硬化してポッティング要素を形成し、その後、モールド成形する。ここで、ポッティングとは、いわゆる「樹脂盛り（または樹脂盛りコーティング）」して素子を樹脂で覆い、その後、コーティング樹脂を硬化させることを意味する。通常、層状支持体上に載置されたＰＴＣ素子上に硬化性樹脂を盛ってそれを硬化させる。硬化性樹脂の盛りは、層状支持体上に載置されたＰＴＣ素子が全体的に樹脂によって覆われるように実施する。その結果、層状支持体上で、ＰＴＣ素子は硬化した樹脂によって覆われる、即ち、ＰＴＣ素子を包むコーティングがポッティング要素として形成される。当然ながら、ポッティングに際しても、層状支持体の他方の面の少なくとも一部分を露出状態としておく必要がある。従って、ポッティングとは、露出部分を確保しながら、それ以外の部分を封入すること（encapsulation）とも言える。尚、ＰＴＣ素子に電流を流すために、ＰＴＣ素子に接続されたワイヤ（または配線）は、ポッティング要素を通過して外側に延在する必要がある。このように、層状支持体上に載置されたＰＣＴ素子をポッティング要素によって覆った後、モールド成形を実施する。

ポッティング要素によって覆われたＰＴＣ素子をモールド成形する場合、そのようなＰＴＣ素子を型に入れた状態で、溶融または軟化した熱い樹脂を型に注入する。その場合、熱い樹脂が直接ＰＴＣ素子に接触することが無いので、熱い樹脂がＰＴＣ素子に与える熱的影響を緩和できる。

具体的には、ＰＴＣ素子に用いられるポリエチレン（ＰＥ）の融点は例えば１８０℃〜２４０℃であり、そのような素子をモールド成形するための樹脂として例えば約１８０℃の高温の液状のエポキシ樹脂を型に注入すると、ポッティング要素は、ＰＴＣ素子とモールド樹脂との間に介在し、その結果、モールド樹脂の高温液体のＰＴＣ素子に対する熱的影響の緩衝材として機能する。

上述の熱的影響に対する緩衝機能に加えて、あるいは代えて、モールド樹脂、特にそれを型に注入する際の状態の樹脂が、ＰＴＣ素子に化学的に悪影響を与える可能性がある場合には、ポッティング要素は、ＰＴＣ素子へのそのような悪影響を抑制する緩衝材として機能できる。例えば、ＰＴＣ要素を構成するＰＥ等のポリマーは、有機溶剤や油類によって変質・劣化することがある。モールド成形に際して注入する樹脂に含まれる溶融・軟化樹脂に含まれる化学成分（例えば硬化剤）が、ＰＴＣ素子に直接接触することがポッティング要素によって可及的に防止される。

ここで、ポッティング要素を形成する硬化性樹脂は、いずれの適当な硬化性樹脂であってもよい。例えば熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等）であるのが好ましい。別の態様では、ポッティング要素を形成する硬化性樹脂は、光または放射線硬化性樹脂であってよい。尚、モールド成形に用いる樹脂が硬化性樹脂である場合、その硬化性樹脂は、ポッティング要素を形成する硬化性樹脂とは異なる樹脂である。このようなポッティング要素を形成する硬化性樹脂は、ＰＴＣ素子のトリップ温度において、硬化後の線膨張係数がモールド樹脂の線膨張係数より大きいのが好ましく、加えて、ＰＴＣ素子を構成するＰＴＣ要素のポリマーの線膨張係数と同じか、あるいはそれより小さいものがより好ましい。

一般的には、ポッティング要素を形成する樹脂の線膨張係数は、硬化後では、Ｔｇ（ガラス転移温度）より高い温度において、３．０×１０^−５／℃以上であるのが好ましく、また、４０．０×１０^−５／℃以下、特に３０．０×１０^−５／℃以下であるのが好ましい。硬化後の樹脂の線膨張係数は、例えば１０×１０^−５／℃〜２０×１０^−５／℃である。ポリマーＰＴＣ素子を構成するポリマーがポリエチレンである場合、硬化後の樹脂がこの範囲内の線膨張係数を有するのが特に好ましい。例えば、ポッティング要素を構成する樹脂がエポキシ樹脂である場合、その樹脂の線膨張係数は、硬化後では、ＰＴＣ素子のトリップ温度付近の温度において、３．０×１０^−５／℃以上であるのが好ましく、４０．０×１０^−５／℃以下であるのが好ましい。

ＰＴＣ素子の温度が上昇してＰＴＣ素子のポリマーＰＴＣ要素が熱膨張する際、ＰＴＣ要素の膨張によってその体積が大きくなろうとすることによって生じる力は、ＰＴＣ素子の周辺部を押すことになる。その結果、素子が膨張することによって生じる力は、ＰＴＣ素子の周辺部が圧縮されることによって生じる力とバランスする。従って、ＰＴＣ素子の周囲に位置するモールド材が比較的硬い場合、即ち、温度上昇してもそれほど膨張しない場合（即ち、線膨張率が小さい場合）、ＰＴＣ要素は十分に膨張できず、その結果、ＰＴＣ特性に悪影響を与えることが考えられる。例えば、トリップ時に十分に高抵抗とならないことが有り得る。

この場合、ＰＴＣ素子とモールド材との間に、比較的柔らかい材料を介在させると、ＰＴＣ要素の周囲に柔らかい材料が存在することになるので、ＰＴＣ要素は容易に膨張することができる。そのような柔らかい材料は、比較的大きい線膨張率を有する。従って、線膨張率が大きい材料をポッティング要素として用いると、ＰＴＣ要素の膨張を妨げることが抑制され、その結果、ＰＴＣ素子としての特性が可及的に保持される。例えば、そのようなポッティング要素を介在させることによって、ポッティング要素が存在しない場合と比べると、ＰＴＣデバイスのＲ-Ｔ特性は、熱によるＰＴＣ要素が膨張したトリップ後の抵抗値は、２倍〜４倍となった（後述の図５参照）。

従って、本発明のＰＴＣデバイスにおいて、モールド材の線膨張率は、ポッティング要素の線膨張率より小さいのが特に好ましい。この線膨張率の関係は、ＰＴＣ素子の少なくともトリップ温度付近（好ましくはトリップ温度±２０℃、より好ましくはトリップ温度±１０℃、例えばトリップ温度±５℃）において満足されるのが好ましい。

次に図面を参照して、本発明のＰＴＣデバイスをより詳細に説明する。図１は、本発明のＰＴＣデバイスを模式的断面図にて示す。また、図１のＰＴＣデバイスを図１の左側から見た様子を、同様にモールド樹脂の内部に位置するＰＴＣ素子の様子が分かるように、図２に模式的平面図にて示す。容易に理解できるように、図２の中央を通過する垂直方向の直線（図２の矢印ＡおよびＡ’を結ぶ線）に沿って切断した場合の切り口が図１に相当する。

本発明のＰＴＣデバイス１０は、ポリマーＰＴＣ素子１２および層状支持体１４を有して成る。層状支持体１４は対向する２つの主表面１５（一方の表面とも呼ぶ）および主表面１５’（他方の表面とも呼ぶ）を有し、一方の主表面１５にＰＴＣ素子１２が載置されている。本発明のＰＴＣデバイス１０において、主表面１５’が露出すべき表面である。主表面１５’は、異常状態（例えば過剰高温、過剰電流等）を検知すべき対象物３２に接触する面であり、検知した結果、その異常状態に応じてＰＴＣ素子１２がトリップする。

尚、主表面１５’は、その少なくとも一部分、好ましくは大部分、より好ましくは図示するように実質的に全部が対象物３２に接触する（対象物３２は図２においては図示せず）。このような接触によって、対象物３２から層状支持体１４を介して熱が速やかにＰＴＣデバイス１０に伝わる。

図示した態様では、ＰＴＣ素子１２と層状支持体１４との間に、絶縁材料層（例えばセラミック材料層、ガラエポ材料層、あるいは上述のモールドに使用できる樹脂の層等）２０が存在する。層状支持体１４が導電性材料である場合にはこのように絶縁材料層が介在するのが有効である。層状支持体１４と絶縁材料層２０とは、ハンダ材料層１８によって接続され、絶縁材料層２０とＰＴＣ素子１２との間には銀ペースト層２２が存在する。従って、図示した態様では、ＰＴＣ素子１２と層状支持体１４とは間接的に接続され、従って、間接的に熱的に接触している。ＰＴＣ素子１２と層状支持体１４との間に存在するこれらの層は、いずれも熱伝導性、好ましくは良熱伝導性材料でできている。

図示した態様では、層状支持体１４の上に配置されたＰＴＣ素子１２および上述の層（１８，２０および２２）を覆うようにポッティング要素２４が存在する。尚、ＰＴＣ素子の上側（即ち、ＰＴＣ素子の一方の金属電極）にはワイヤ２８の一端が接続されており、これはポッティング要素２４を通過して外に延在している。ワイヤ２８の他方の端部は、リード２６に接続されている。また、ＰＴＣ素子の下側（即ち、ＰＴＣ素子の他方の金属電極）には銀ペースト層２２を介してワイヤ２８’の一端が接続されており、これはポッティング要素２４を通過して外に延在している。ワイヤ２８の他方の端部は、リード２６’に接続されている。尚、理解を容易にするため、リード２６’およびワイヤ２８’は、図１では図示していない。

このように層状支持体１４上に配置されたＰＴＣ素子１２がモールド成形され、図示するようにモールド樹脂１６がＰＴＣ素子１２およびその下方に位置する種々の層を覆っている。図示するように、モールド樹脂１６は、層状支持体１４の他方の面１５’を覆っておらず、露出させている。即ち、樹脂１６内にＰＴＣ素子１２がモールドされた本発明のＰＴＣデバイスが得られる。尚、層状支持体１４は、ＰＴＣデバイスを対象物に取り付ける際にネジ留めできるように、ネジ用の開口部３０を有する。

このような本発明のＰＴＣデバイス１０は、最初に、層状支持体１４上にＰＴＣ素子１２を直接的または間接的に載置し、その後、ＰＴＣ素子１２とリード２６およびリード２６’との間をワイヤボンディングによって接続してワイヤ２８およびワイヤ２８’を形成する。この状態で、必要に応じて、ポッティングによって樹脂盛りして、これを硬化させてポッティング要素２４を形成し、リード２６に接続されたＰＴＣ素子１２が層状支持体１４上に載置されたアッセンブリを得る。その後、得たアッセンブリをモールド成形することによって、樹脂１６内にモールドされた本発明のＰＴＣデバイス１０を得ることができる。

尚、ＰＴＣデバイスの製造に際して、層状支持体１４とリード２６および２６’とが元々一体であるリードフレームを用意し、ワイヤボンディングを実施してワイヤ２８および２８’を接続した後に、図示するように、層状支持体とリードとに分離するのが好都合である。なお、ワイヤボンディングを行わず、ＰＴＣ素子の表および裏側にリード２６および２６’をそれぞれ直接接続する方法も有効な方法である。

以下に説明するように、本発明のＰＴＣデバイスを製造した。
ＰＴＣ素子：ポリエチレン（ＰＥ、４６重量％）およびカーボンブラック（５４重量％）を含む導電性ポリマー組成物を押し出して押出物を得、この両主表面に第１および第２金属電極：Ｎｉメッキ銅箔を熱圧着して、２種類のＰＴＣ素子を得た。これらのＰＴＣ素子のトリップ温度(Ｔｒ)は、それぞれ９５℃および１２５℃であった。その後、ＰＴＣ素子の金属電極を金メッキした（メッキ厚さ：０．０３μｍ以下）。ＰＴＣ素子のサイズは、Ｔｒ＝９５℃の素子については１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．３ｍｍ（厚さ）であり、Ｔｒ＝１２５℃の素子については３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×０．３ｍｍ（厚さ）であった。

このＰＴＣ素子をニッケル下地銀メッキ付の銅・錫合金製（合金製のフレームにニッケルメッキを施し、その上に更に銀メッキを施したもの）のリードフレーム（層状支持体に相当、厚さ：１．３ｍｍ）上に載置した。載置に際しては、リードフレーム上に、５ｍｍ×３ｍｍのセラミック絶縁基板（Ｔｎ／Ｎｉ、厚さ０．６ｍｍ）を絶縁材料層としてハンダ付け（千住金属Ｍ７０５）し、その上に上記のＰＴＣ素子を銀ペースト（パナソニック製ＤＢＣ１３０ＳＤ）で固定し、１５０℃で１０分保持することによってペーストを硬化させた。このようにして、図１に示すように、層状支持体１４上にハンダ材料層１８、絶縁材料層２０および接着材料としての銀ペースト層２２を介してＰＴＣ素子１２を載置した。

次に、ＰＴＣ素子の上面とリード２６の片端とを、そして、セラミック絶縁基板上の銀ペースト層２２とリードフレーム２６’の片端とを、図２に示すようにφ１５０μｍのワイヤボンディング（アルミニウムワイヤ２８および２８’を使用）を施して、ＰＴＣ素子とリードフレームとを電気的に接続して、層状支持体１４上にＰＴＣ素子１２が載置されたアッセンブリを得た。

次に、得られたアッセンブリのＰＴＣ素子１２およびその下の層が覆われるように、エポキシ樹脂（Epoxy）（ソマール株式会社製、ＥＰＩＦＯＲＭ Ｋ−８９０８）２４をポッティングした後、エポキシ樹脂を８０℃、７時間で硬化させて、層状支持体上に載置したＰＴＣ素子およびその下の層を図１に示すようにポッティング要素２４によって覆うことによって、ＰＴＣデバイスの前駆体を得た。

その後、ＰＴＣ要素を載置していないリードフレームの表面１５’が露出するように、前駆体を射出型へ取付け、溶融させたモールド材（エポキシ樹脂、住友ベークライト製、スミコンＥＭＥ６２００）を注入した後、１８０℃で３分間仮硬化させた。仮硬化の後、アッセンブリを型から外し、バリ取りを施した後、アッセンブリを１７５℃で８時間維持して、モールド材１６を本硬化させて本発明の図１に示すＰＴＣデバイス１０（トリップ温度(Ｔｒ)が９５℃のＰＴＣ素子を使用したデバイスと、トリップ温度が１２５℃のＰＴＣ素子を使用したデバイスの２種類）を得た。

別のエポキシ樹脂（ソマール株式会社製、ＥＰＩＦＯＲＭ Ｒ−２１０１）を使用してポッティング要素を形成し、その後、モールド成形しなかった以外は、実施例１を繰り返して、ポッティング要素を有する本発明のＰＴＣデバイスの前駆体を得た。但し、Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子を使用した。

別のエポキシ樹脂（ソマール株式会社製、ＳＯＭＡＫＯＴＥ ＫＺ−１０６）を使用してポッティング要素を形成した以外は、実施例２を繰り返して本発明のＰＴＣデバイスの前駆体を得た。但し、Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子を使用した。

別のエポキシ樹脂（ソマール株式会社製、ＳＯＭＡＫＯＴＥ ＫＺ−１０７）を使用してポッティング要素を形成した以外は、実施例２を繰り返して本発明のＰＴＣデバイスの前駆体を得た。但し、Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子を使用した。

シリコーン樹脂（Silicone）（信越ポリマー製、ＫＥ−１８６７）を使用した以外は、実施例１を繰り返して本発明のＰＴＣデバイスを得た。但し、Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子を使用した。

実施例１を繰り返して本発明のＰＴＣデバイスを得た。但し、本実施例では、上述のポッティング要素を形成しないで本発明のＰＴＣデバイスを得た。使用したＰＴＣ素子は、Ｔｒが１２５℃のものであった。

（１）ＰＴＣ特性の確認
上述のようにして得られた種々のＰＴＣデバイスまたはその前駆体について、その周囲の温度を５℃ずつ上昇させ、その温度雰囲気で１０分間保持した後、ＰＴＣデバイスの抵抗を測定することを繰り返して、ＰＴＣデバイスまたはその前駆体の抵抗（Ｒ）−温度（Ｔ）特性を評価した。測定温度範囲は２０℃〜１６０℃とした。
尚、抵抗は、２つのリード間の抵抗値を測定することによって求めた。これらのＰＣＴデバイスおよびその前駆体に加えて、ＰＴＣ素子自体（ポッティング要素を有さず、また、モールド成形もしていないもの）および比較例としての無機ＰＴＣ素子（村田製作所製、商品名：ポジスタ、１２５℃を検知する素子）についても、同様に抵抗を測定した。

測定結果を下記の表１および表２に示す。尚、表において、硬化後の樹脂（ＰＥは以外）のガラス転移温度（Ｔｇ）、Ｔｇより高い温度（Ｔ＞Ｔｇ）における線膨張係数およびＴｇより低い温度(Ｔ＜Ｔｇ)における線膨張係数をも示す。また、実施例１（Ｔｒが１２５℃のＰＴＣ素子を使用したＰＴＣデバイス）、実施例５のデバイスおよび実施例６のデバイスの測定に関しては、測定結果を図３〜図５に示す。

表１の結果から明らかなように、９５℃検知のいずれのＰＴＣデバイスについても、ＰＴＣ素子と同様に、室温（２５℃）条件における抵抗値は非常に小さく、トリップ温度以下のやや高い温度（６０℃）における抵抗値もそれほど大きくはないが、トリップ温度付近では、非常に大きい抵抗値を示し、これは、本発明のＰＴＣデバイスがＰＴＣ素子としての適切な性質を有することを意味する。

表２の結果から明らかなように、トリップ温度が１２５℃のＰＴＣ素子を用いる場合、ポッティング要素を有する場合（実施例１）とポッティング要素を有さない場合（実施例６）のそれぞれに関し、モールドしたいずれのＰＴＣデバイスについても、ＰＴＣ素子と同様に、室温（２５℃）条件における抵抗値は非常に小さく、トリップ温度以下のやや高い温度（１００℃）における抵抗値もそれほど大きくはないが、トリップ温度付近では、非常に大きい抵抗値を示し、これは、本発明のＰＴＣデバイスがＰＴＣ素子としての適切な性質を有することを意味する。また、この結果より、ポッティング加工していない（即ち、ポッティング要素を有さない）実施例６のトリップ時の抵抗は、ポッティング加工した実施例１のトリップ時の抵抗の約半分程度と低く、ポッティング加工がＰＴＣ素子の膨張に若干の影響を与え得ることが推測される。

図３に実施例１の本発明のＰＴＣデバイス（Ｔｒが１２５℃のＰＴＣ素子を使用）のＲ−Ｔ測定結果を示す。尚、図３には、Ｔｒが１２５℃のＰＴＣ素子自体のＲ−Ｔ測定結果、および比較例としてのセラミックＰＴＣ素子の測定結果を一緒にプロットしている。

図３から、実施例１の本発明のデバイスおよび比較例（125℃検知）の無機ＰＴＣ素子については約１２０℃〜１３０℃の範囲に閾温度（ＰＴＣ素子の温度が室温から上昇してトリップ温度（trip temperature）とも呼ばれる温度付近でＰＴＣ素子の抵抗が急激に増加する温度）を有し、いずれについても、そのような範囲の後の抵抗値は、前の抵抗値の少なくとも約１０^６倍以上となっており、従って、ＰＴＣデバイスおよび無機ＰＴＣ素子は、いずれもＰＴＣ素子としてのスイッチング機能を有することが明らかである。尚、一般的には抵抗値が少なくとも約１０³倍以上大きくなると、ＰＴＣ素子としての機能を有すると考えてよい。

また、モールド加工を施した本発明のＰＴＣデバイスと無機ＰＴＣデバイスを比較すると、トリップ前後の抵抗値の増加の割合および抵抗のシャープな増加については、本発明のＰＴＣデバイスが無機ＰＴＣ素子より遥かに優れていることが分かる。即ち、本発明のＰＴＣデバイスは、ポリマーＰＴＣ素子と大差の無いＲ−Ｔ特性を示し、その特性は、無機ＰＴＣ素子の特性より明らかに優れている。

図４に実施例５のＰＴＣデバイス（Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子を使用）のＲ−Ｔ測定結果を示す。尚、図４には、Ｔｒが９５℃のＰＴＣ素子自体のＲ−Ｔ測定結果の測定結果を一緒にプロットしている。

図４から、本発明（実施例５）のＰＴＣデバイス及び何も施していないＰＴＣ素子共に、９５℃前後でトリップする閾温度を有し、またいずれも約１０⁴倍以上の抵抗値の上昇が見られ、十分なトリップ特性を示していることが分かる。即ち、本発明のデバイスにおいて、シリコーン樹脂のような他のポッティング材を用いる場合であっても、本発明のＰＴＣデバイスは、ＰＴＣ素子と大差の無いＲ−Ｔ特性を示し、その特性は、ＰＴＣ素子として使用するのに十分な特性である。

図５に実施例６のＰＴＣデバイス（Ｔｒが１２５℃のＰＴＣ素子を使用）のＲ−Ｔ測定結果を示す。尚、図５には、図３と同様に、Ｔｒが１２５℃のＰＴＣ素子自体のＲ−Ｔ測定結果、およびそれを用いて得られた本発明のＰＴＣデバイスの測定結果を一緒にプロットしている。

図５から、本発明（実施例６）のポッティング要素を有さないＰＴＣデバイスは、ポッティング要素を有する実施例１と同様に、１２５℃前後でトリップする閾温度を有していることがわかる。また、実施例６はポッティング要素を有さないことにより若干ＰＴＣ要素の膨張が妨げられることが考えられ、実施例１に比べて２〜４分の1程度にトリップ時の抵抗値が低くなっているが、いずれにしても約１０⁴倍以上の抵抗値の上昇が見られ、十分なトリップ特性を示していることが分かる。即ち、ポッティング要素を省略した場合であっても、本発明のＰＴＣデバイスは、ＰＴＣ素子と大差の無いＲ−Ｔ特性を示し、その特性は、ＰＴＣ素子として使用するのに十分な特性である。

（２）ＰＴＣデバイスの熱反応特性の確認
実施例１の本発明のＰＴＣデバイス（Ｔｒ＝１２５℃のＰＴＣ素子を使用）について、デバイスの周辺環境の温度を所定時間的割合で上昇させた場合のＰＴＣデバイスの温度および抵抗値を測定することによって、ＰＴＣデバイスの熱反応特性試験を実施した。

具体的には、ホットプレート（アズワン製、ＥＣ−１２００ＮＰ）上に、ＰＴＣデバイスの層状支持体の露出面がホットプレートに接するように、デバイスを耐熱テープで固定し、熱電対（TC-K-H-0.1-1WP）をホットプレート表面及びデバイスの層状支持体の露出面に取付け、ホットプレート温度を２０℃〜１６０℃まで上昇させた。

このように上昇させる間、所定時間毎に本発明のＰＴＣデバイスの抵抗値および熱電対の温度を測定した。これらは、データロガー（ＫＥＹＥＮＣＥ製、ＧＲ−３０００）で測定し、それらの測定結果を時間に対してプロットしたものを図６に示す。また、比較のため、無機ＰＴＣ素子（モールド型セラミックＰＴＣ素子、村田製作所製、PTFM04BB222Q2N34B0）を同様にホットプレート上で加熱させたときのデータを図７に示す。

図６の結果から、本発明のＰＴＣデバイスでは、ホットプレートの温度が１００℃から１３０℃に達する約２５秒の間、本発明のＰＴＣデバイスは２０秒〜２５秒でトリップ状態に達していることがわかる。

また、図７の結果から、セラミックＰＴＣ素子についても同様に、ホットプレートの温度が１００℃から１３０℃へ到達する約２５秒の間、ＰＴＣ素子の温度は殆ど変化せず、３０秒を経過した後、緩やかに温度上昇を開始し、その後、トリップしていることがわかる。

これらの結果から、本発明のＰＴＣデバイスは、無機ＰＴＣ素子と比較して、検知対象とするホットプレートの温度変化に非常に速い時間で反応し、急峻な抵抗上昇を示す。即ち、本発明のＰＴＣデバイスは、温度を検知すべき対象の温度をより速やかに、そしてより精度良く検知できることがわかる。

１０…ＰＴＣデバイス、１２…ＰＴＣ素子、１４…層状支持体、
１５，１５’…主表面、１６…モールド樹脂、１８…ハンダ材料層、
２０…絶縁材料層、２２…銀ペースト層、２４…ポッティング要素、
２６，２６’…リード、２８，２８’…ワイヤ、３０…開口部、３２…対象物。

Claims (11)

1. 伝熱媒体として機能する層状支持体およびその上に配置したポリマーＰＴＣ素子を有して成るＰＴＣデバイスであって、
   ポリマーＰＴＣ素子は層状支持体の一方の表面上に配置され、これらは、層状支持体の他方の表面が露出するように樹脂内にモールドされている
   ことを特徴とするＰＴＣデバイス。
2. ポリマーＰＴＣ素子は層状支持体の一方の表面上に熱的に接続された状態で配置されている請求項１に記載のＰＴＣデバイス。
3. ＰＴＣ素子とモールドしている樹脂との間に、硬化性樹脂により形成したポッティング要素を更に有して成る請求項１または２に記載のＰＴＣデバイス。
4. ポッティング要素の線膨張係数は、モールド樹脂の線膨張係数より大きい請求項３に記載のＰＴＣデバイス。
5. ポッティング要素の線膨張係数は、３．０×１０^−５／℃以上であり、また、４０．０×１０^−５／℃以下である請求項３または４に記載のＰＴＣデバイス。
6. ポッティング要素の線膨張係数は、３０．０×１０^−５／℃以下である請求項３〜５のいずれかに記載のＰＴＣデバイス。
7. 層状支持体およびそれに配置されたポリマーＰＴＣ素子を有して成るＰＴＣデバイスの製造方法であって、
   層状支持体の一方の表面にポリマーＰＴＣ素子を配置する工程、ならびに
   層状支持体の他方の表面が露出するように、層状支持体およびポリマーＰＴＣ素子をモールド成形する工程
   を含んで成るＰＴＣデバイスの製造方法。
8. 層状支持体へのポリマーＰＴＣ素子の配置は、直接的または間接的である請求項７に記載の製造方法。
9. モールド成形する前に、層状支持体上に載置されたＰＴＣ素子を硬化性樹脂によってポッティングすることによって包囲し、
   その後、この硬化性樹脂を硬化してポッティング要素を形成し、
   その後、モールド成形する請求項７または８に記載の製造方法。
10. ポッティングする硬化性樹脂は、硬化後の線膨張係数が３．０×１０^−５／℃以上、４０．０×１０^−５／℃以下となる樹脂である請求項９に記載の製造方法。
11. 請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣデバイスを有して成る電気装置。

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