JP3594974B2 - Ｐｔｃサーミスタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、正の温度係数（Positive Temperature Coefficient、以下「PTC」と記す）特性を有する導電性ポリマを用いたPTCサーミスタおよびその製造方法に関するものである。
背景技術
近年、PTCサーミスタは、従来自己制御ヒータに多く用途展開されてきたのに対して、電子機器等の過電流保護素子としても多く使用されている。PTCサーミスタを過電流保護素子として使用する機能としては、電気回路に過電流が流れると自己発熱し、導電性ポリマシートが熱膨張して高抵抗値に変化し、電流を安全な微少領域まで減衰させるものである。また、PTCサーミスタは大電流を通電させる、あるいは電圧降下を小さくするため、低抵抗化が要求されるとともに小型化が要求されている。
以下、従来のPTCサーミスタについて説明する。
従来は、特開昭61−10203号公報に、複数枚の導電性ポリマシートと金属箔とを交互に積層し、かつ対向する側面に引き出し部をなる側面電極層を備えたPTCサーミスタが開示されている。
第10図は従来のPTCサーミスタの断面図である。この第10図において、１は架橋されたポリエチレン等の高分子材料にカーボンブラック等の導電性粒子が混在された導電性ポリマシートである。２は導電性ポリマシート１の始端および終端に開口部３を有して交互に挟まれるとともに導電性ポリマシート１の上・下面に設けられた金属箔等からなる内層電極で、この内層電極２と導電性ポリマシートとを交互に積層して積層体４としている。５は積層体４の側面に内層電極２の一端と電気的に接続されるように設けられた引き出し部を構成する側面電極層である。
しかしながら、上記した従来の低抵抗化のために導電性ポリマシート１と内層電極２とを交互に積層した構造のPTCサーミスタは、過電流が流れる動作時において、導電性ポリマシート１の膨張、収縮が繰り返されると、これにもとづくストレスが積算された側面電極層５がクラック等により断線にまで至るという問題点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、クラックによる側面電極層の断線が発生することがなく、かつ耐電圧に優れた信頼性の高いPTCサーミスタおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明のPTCサーミスタは、導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記積層体の側面の中央に前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分と形成されない部分とからなるものである。
また、本発明のPTCサーミスタの製造方法は、導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟んで加熱加圧成形にて一体化して積層体を形成し、前記積層体の上・下面に導電性ポリマシートを配置するとともにこの導電性ポリマシートの上・下面に金属箔を挟んで加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するものである。
上記したPTCサーミスタの構成によれば、PTCサーミスタの動作時において、導電性ポリマシートの熱膨張の繰り返しの熱衝撃により側面電極層に機械的応力が発生しても、積層体の側面の中央に内層電極と外層電極を電気的に接続するように設けられた側面電極層を多層で構成するとともに、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分と形成されない部分とからなっているため、側面電極層に対する機械的応力は多層の側面電極層の界面において緩和されるとともに、膨張した導電性ポリマシートが側面電極層の形成されない部分に押し出されることにより側面電極層に対する機械的応力は軽減されることになり、これにより、機械的応力の集中によるクラックの発生を防止できるため、クラックによる断線ということはなくなり、またPTCサーミスタの製造方法によれば、積層体と導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するようにしているため、各層における導電性ポリマシートの厚みを均一にすることができ、これにより、耐電圧に優れた信頼性の高いPTCサーミスタを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第１図（ｂ）は同要部拡大断面図、第２図は同PTCサーミスタの内層用銅箔の表面部の拡大断面図、第３図は本発明の第１の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法を示す工程図、第４図（ａ）は熱衝撃試験による側面電極層へのクラック発生の一例を示す断面図、第４図（ｂ）は同要部の拡大断面図、第５図（ａ）は本発明の第２の実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第５図（ｂ）は同要部の拡大断面図、第６図は本発明の第３の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法を示す工程図、第７図は導電性ポリマの厚みの違いによる温度−抵抗値測定図、第８図は導電性ポリマの厚みに対する耐電圧特性図、第９図は上面部全体に保護膜を形成したチップ形PTCサーミスタを示す斜視図、第10図は従来のPTCサーミスタを示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
以下、本発明の一実施例におけるPTCサーミスタについて図面を参照しながら説明する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）をＡ−Ａ線で切った同要部拡大断面図である。この第１図（ａ），（ｂ）において、11a,11b,11cは、結晶性ポリマである高密度ポリエチレンと導電性粒子であるカーボンブラックの混合物からなる導電性ポリマシートである。12a,12bは銅箔からなる内層電極で、この内層電極12a,12bは、第２図に示すように両面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起22を有し、さらに前記ニッケル突起22を保護するニッケルめっきコーティング層23を施したものであり、そして前記導電性ポリマシート11a,11b,11cと交互に積層されるように設けられている。13a,13bは銅箔からなる外層電極で、この外層電極13a,13bは積層体の最外層に位置し、かつ導電性ポリマシート11a,11cに接する面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を有し、さらに前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を施したものである。14a,14b,14cは、導電性ポリマシート11a,11b,11cと内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bを積層してなる積層体の対向する両端面の中央部に設けられた第１、第２、第３の側面電極層である。そして前記内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bは、対向する側面電極層14と交互に電気的に接続している。15a,15bは、前記側面電極層14が形成される端面の前記側面電極層14の両側に位置する側面電極層14の非形成部分である。第１の側面電極層14aは第１のニッケルめっき、第２の側面電極層14bは銅めっき、第３の側面電極層14cは第２のニッケルめっきであり、この順に層状のめっき層として形成されている。16a,16bは、前記積層体の最外層に位置する第１、第２のエポキシ系絶縁コート樹脂層である。
以上のように構成されたPTCサーミスタについて、本発明の一実施例におけるPTCサーミスタの製造方法につき、第３図に示す工程図を参照しながら説明する。
まず、35μｍの銅箔31を、ニッケルワット浴中で通常の約４倍の電流密度（約20A/dm2）にてめっき処理することにより、ニッケル突起を５〜10μｍの高さで電解析出させ、その後通常の電流密度（約4A/dm2）で約１μｍのニッケルめっきコーティング膜を形成した。このように表面にニッケル突起とニッケルめっきコーティング膜を施した銅箔31を、金型プレスによりパターン形成を行った。なお、パターン形成は写真法によるエッチングでも可能である。
次に、結晶化度70〜90％の高密度ポリエチレンを50重量％、ファーネス法で製造した平均粒径58nm、比表面積38m2/gのカーボンブラックを50重量％、酸化防止剤を１重量％用意し、これらを約150℃に加熱した２本熱ロールにて約20分間混合し、そしてこの混合物を２本熱ロールからシート状で取り出し、厚みが約0.3mmの導電性ポリマシート32を３枚作製した。
次に、第３図（ａ）に示すように、３枚の導電性ポリマシート32と、２枚の前記パターン形成を行った銅箔31と、導電性ポリマシート32と接する面のみがニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有し、最外層の上・下にパターン形成を行っていない銅箔33とを交互に、かつ、銅箔31の隙間部が互い違いになるように積み重ねた。
次に、第３図（ｂ）に示すように、積み重ねた後、温度約175℃、真空度約20Torr、面圧力約50kg/cm2で約１分間の真空熱プレスにより加熱加圧で成形し、一体化した積層体34を得た。
次に、第３図（ｃ）に示すように、積層体34にドリリングマシンで貫通孔35を形成した。この貫通孔35は、金型プレスで形成することもできる。その後、電子線照射装置内で電子線を約40Mrad照射し、高密度ポリエチレンを架橋した。
次に、第３図（ｄ）に示すように、貫通孔35を含む積層体34の全面に、ニッケルワット浴中にて約30分間通常の電流密度（約4A/dm2）で、ニッケルめっき膜を10〜20μｍの厚さに電解析出させた。その後、硫酸銅の浴中にて、約10分間で銅めっき膜を５〜10μｍの厚さに電解析出させ、多層めっき膜36を形成した。なお、硫酸ニッケル液に湿潤剤を0.5vol％加えることにより貫通孔35の内壁にも均一にめっき層を成長させることができ、かつ通常20000〜30000psi発生する残留応力のほとんどない膜を形成することができた。
次に、第３図（ｅ）に示すように、最外層の銅箔33および多層めっき膜36にパターン形成を行った。パターン形成は、エッチング用ドライフィルムを積層体34の両面に貼り付け、エッチングパターン部をUV露光した後、塩化鉄により化学エッチングを行い、その後ドライフィルムを剥離する方法で行った。エッチング用レジストは、スクリーン印刷により形成する方法でも可能である。
次に、第３図（ｆ）に示すように、積層体34の両面の貫通孔35の周辺を除いて、エポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷し、150℃で30分間熱硬化させて保護コート樹脂層37を形成した。なお、スクリーン印刷法以外に、絶縁レジストフィルムを貼り付け、写真法にてパターン形成する方法でも可能である。
次に、第３図（ｇ）に示すように、積層体34の上・下面の保護コート樹脂層37が形成されていない部分と貫通孔35の内壁とに、前記した電解ニッケルめっき法にて電流密度（約4A/dm2）、10分間の条件で、５〜10μｍのニッケルめっき膜38を析出させた。
次に、第３図（ｈ）に示すように、積層体34をダイシングにより、個片に分割した。分割は金型プレス法でも可能である。積層体34の対向する両端面に側面電極層の非形成部分15a,15bを有し、この側面電極層の非形成部分15a,15bは端面の中央部に位置し、かつこの側面電極層の非形成部分15a,15bが形成される端面の前記側面電極層の両側に位置して側面電極層の非形成部分39を設けることができた。以上により本発明のPTCサーミスタを製造した。
前記内層電極12a,12bは銅箔であるため、前記側面電極層14を形成する際に、内層電極12a,12bを構成する銅箔の端面は酸洗浄等の前処理により容易に活性化でき、第１および第３の側面電極層14a,14cであるニッケルめっきとの密着性が向上した。また、前記内層電極12a,12bは導電性ポリマシート11a,11b,11cと接する面にニッケル突起22を有し、さらに前記ニッケル突起22を保護するニッケルめっきコーティング層23を有しているため、前記加熱加圧成形の工程を経ても、ニッケル突起22の形状が保たれており、導電性ポリマシート11a,11b,11cと内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bがアンカー効果により強固に密着していた。
以上のように構成・製造された本発明の実施例１におけるPTCサーミスタについて、要部である側面電極層14の厚みの信頼性等を説明する。
本発明の実施例として、第１の側面電極層14aを構成する第１のニッケルめっきを15μｍ、第２の側面電極層14bを構成する銅めっきを５μｍおよび第３の側面電極層14cを構成する第２のニッケルめっきを５μｍ施した３層構造の側面電極層14を有するPTCサーミスタと、比較例Ａとして、要部である側面電極層としてニッケルめっきを25μｍ一回で施したPTCサーミスタと、比較例Ｂとして、要部である側面電極層として銅めっきを25μｍ一回で施したPTCサーミスタをそれぞれ作製して比較した。比較方法としては、それぞれ30個ずつをプリント基板に実装し、25Vの直流電源に直列に接続し、100Aの過電流を１分間通電し５分間通電を中止するトリップサイクル試験を実施して、それぞれ1000,10000,30000サイクル後に10個ずつ抜き取り、側面電極層の電気的接続部分のクラック40の有無の断面観察を行った。
本発明の実施例におけるPTCサーミスタは、1000,10000サイクル後にはクラックの発生はなかった。30000サイクル後に、1/10個にクラックが発生しており、これらのクラックは第４図に示すように側面電極層の２層目を構成する銅めっきからなる第２の側面電極層41まで達し、かつこの第２の側面電極層41に沿って横方向に若干進行しているだけで、この第２の側面電極層41の界面では止まっているもので、３層目を構成する第２のニッケルめっきからなる第３の側面電極層42には進行していなかった。
比較例ＡのPTCサーミスタは、1000サイクル後には2/10個にクラックが発生しており、あと５μｍ程度で断線するところまでクラックが進行していた。そして10000サイクル後では、クラックは断線に至り、10/10個すべてにクラックが発生していた。
比較例ＢのPTCサーミスタは、1000サイクル後で10/10個すべてにクラックが発生しており、そのうち４個は断線にまで至っていた。10000サイクル後では、すべてがクラックにより断線していた。
以上の比較結果から、本発明の実施例のPTCサーミスタは、過電流が通電された自己発熱により導電性ポリマシート11a,11b,11cが熱膨張する動作時において、体積膨張が単層構造に比べ、積層数に比例して大きくなる。この体積膨張により、積層体の横方向における通電性ポリマの伸びにおいては、膨張した導電性ポリマが側面電極層の非形成部分に押し出されるため、側面電極層に対する応力を軽減できるものである。
また、体積膨張により、積層体の縦方向における導電性ポリマの伸びにおける側面電極層のコーナー部に応力が集中してクラックが生じ始めた場合においても、PTCサーミスタの側面電極層のめっき層として、第１の側面電極層14aが引っ張り張力の強いニッケルで形成され、第２の側面電極層14bが展延性の大きい銅で形成されているため、第１の側面電極層14aと第２の側面電極層14bのめっきの界面においてクラックが止まるため側面電極層の断線は起こらない。
すなわち、側面電極層のコーナー部に集中する応力は、多層の側面電極層を構成する第１の側面電極層14aと第２の側面電極層14bのめっきの界面において緩和することができる。また第３層となる第３の側面電極層14cは第２のニッケルめっきで構成しているもので、この第３の側面電極層14cはプリント基板への実装時のはんだによる側面電極層のはんだ喰われを防止することができるものである。以上のことから、ニッケル、銅、ニッケルという３層めっきによる側面電極層の構造が、長期的な電気的接続に優れていることが確認されたものである。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例におけるPTCサーミスタの構造について図面を参照しながら説明する。第５図（ａ）はPTCサーミスタの斜視図、第５図（ｂ）は同断面図を示す。この第５図（ａ），（ｂ）において、51は結晶性ポリマである高密度ポリエチレンと導電性粒子であるカーボンブラックの混合物からなる導電性ポリマシートである。52a,52bは、導電性ポリマシート51と交互に積層された銅箔からなる内層電極である。53は銅箔からなる外層電極である。54は内層電極を52aと52bに２分割するように側面電極層の近傍に設けられた隙間部である。55は側面電極層で、前記内層電極52a,52bと外層電極53に接続されている。前記隙間部54は一方の側面電極層55の近傍部分に設けられ、そして積層毎に隙間部54が互い違いになるように設けられている。
本発明の実施例２と本発明の実施例１とが相違する部分は、内層電極52a,52bが側面電極層55の近傍で隙間部54により２分割されていることである。つまり、この内層電極は、一方の側面電極層55に長さの長い内層電極52aと他方の側面電極層55に短い内層電極52bを有するものである。
本発明の実施例１の製造方法により、第１の側面電極層14aを構成する第１のニッケルめっきを15μｍ、第２の側面電極層14bを構成する銅めっきを５μｍ、第３の側面電極層14cを構成する第２のニッケルめっきを５μｍ施した３層構造の側面電極層を有するPTCサーミスタを作製した。そしてこのPTCサーミスタを各サンプル30個プリント基板に実装した。この実装したPTCサーミスタを25Vの直流電源に直列に接続して100Aの過電流のトリップサイクル試験（１分ON、５分OFF）を行った。1000,10000,30000サイクル後に各サンプルを10個ずつ抜き取り、側面電極層の電気的接続部分の断面観察を行った結果を次に示す。本発明のPTCサーミスタは、1000,10000,30000サイクル後においても、クラックの発生はなかった。
内層電極52a,52bが前記積層体の対向する両端面の側面電極層55に接続され、かつ前記内層電極52a,52bが一方の側面電極層55の近傍に設けられた隙間部54により２分割された構造を備えているため、動作時の導電性ポリマシート51の体積膨張により、積層体の縦方向における導電性ポリマシートの伸びを、側面電極層55と接続した前記内層電極52bが妨げ、縦方向の伸びによるコーナー部への応力を軽減したと考えられる。
以上のことから、本発明の内層電極52a,52bが積層体の対向する両端面の側面電極層55に接続され、かつ内層電極52a,52bが一方の側面電極層55の近傍に設けられた隙間部54により２分割された構造は、側面電極層55付近の導電性ポリマシート51の厚みが増すことに伴う膨張量を防止することができるため、側面電極層55の電気的接続部分への機械的応力が緩和され、これにより、内層電極52a,52bと側面電極層55の電気的接続を確保することができるものである。
また、めっき槽内の陽極と陰極の電極間を約1/2に狭めて、側面電極層55の多層めっきを析出させるPTCサーミスタを作製した。積層体の外層電極と側面電極層55が接するコーナー部の側面電極層の厚みは、前述の機械的応力が集中しやすいため、特にコーナー部の側面電極層の厚みを増すことにより、側面電極層55のめっき膜の強度を向上させ、応力に対する強度も向上させることが可能である。
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法について、PTCサーミスタの断面図を示す第６図を参照しながら説明する。
第６図は、本発明の実施例３におけるPTCサーミスタの要部である導電性ポリマシートと金属箔との積層工程までの製造方法である。
第６図（ａ）に示すように、結晶化度が70〜90％の高密度ポリエチレン50重量％と、平均粒径が約58nm、比表面積約38m2/gのカーボンブラック50重量％を混合してなる導電性ポリマシート61を、両面にニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有する２枚の銅箔からなる金属箔62で挟むように重ねた。
次に、第６図（ｂ）に示すように、前工程で重ねた導電性ポリマシート61と２枚の金属箔62とを、ポリマの融点より約40℃高い約175℃の熱板温度で、真空度約20Torr、面圧約50kg/cm2の圧力で約１分間加熱加圧成形し、第１の積層体63を得た。
次に、第６図（ｃ）に示すように、第１の積層体63の上・下面から２枚の導電性ポリマシート61と、さらに上・下面からニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有する２枚の銅箔からなる金属箔62を挟むように重ねた。
次に、第６図（ｄ）に示すように、前工程で重ねた第１の積層体63と２枚の導電性ポリマシート61と２枚の金属箔62とを、ポリマの融点より約40℃高い約175℃の熱板温度で、真空度約20Torr、面圧約50kg/cm2の圧力にて約１分間加熱加圧成形し、第２の積層体64を得た。
さらに積層数を増やすには、前記第６図（ｃ），（ｄ）の工程を繰り返せばよい。
PTCサーミスタを製造する残りの工程つまり側面電極層を形成する工程は、本発明の実施例１および２の製造方法で行って、製造するものである。
本発明の実施例では、１枚の0.27mm厚みの導電性ポリマシートを用いて積層体を作製することにより、積層された導電性ポリマシートの厚みが0.25mmと均一である積層ができた。
ここで、PTCサーミスタの積層後の導電性ポリマの厚みについて、以下の信頼性試験結果に基づいて説明する。
積層前が0.27mm厚みの導電性ポリマシートを使って、本発明の製造方法にしたがって製造した積層体における各層の導電性ポリマシートの厚みは、各層ともほぼ0.25mmと均一であった。
比較例として、積層前が１枚の0.27mm厚みの３枚の導電性ポリマシートと４枚の金属箔を交互に積層し、一回で同時に、本発明の実施例と同様な温度、真空度、圧力条件で加熱加圧成形してPTCサーミスタを製造した。比較例の製造方法で得た積層体の各層の導電性ポリマシートの厚みは、下から順に0.21mm,0.27mm,0.20mmとなり、外の層が内の層より薄くなった。
これは、複数の導電性ポリマシートと金属箔を同時に加熱加圧成形して一体化する場合は、熱伝導により熱板と接触している外側の導電性ポリマシートから順に内部の導電性ポリマシートへ熱が伝わる。前記熱伝導の影響により、外側の導電性ポリマシートの粘性が内部の導電性ポリマシートに比較して低いため、同時に加熱加圧成形の場合、外側の導電性ポリマシートが内部の導電性ポリマシートに比較して薄くなるからである。
以下に、絶縁破壊に関する比較について説明する。
前記積層の製造方法が異なる２つのPTCサーミスタを、50Vの直流電源に直列に接続し、100Aの過電流を１分間通電し、５分間通電を中止するトリップサイクル試験を行った。本発明の製造方法のPTCサーミスタは、10000サイクルでも異常はなかったが、比較例の製造方法のPTCサーミスタは、82サイクルで絶縁破壊した。
比較例の製造方法で作製し絶縁破壊したPTCサーミスタは、導電性ポリマの厚みがばらついていたことに起因する。ここで、同一組成物のPTCサーミスタの導電性ポリマの厚みに対する温度−抵抗値測定の結果のグラフを第７図に示す。また、前記PTCサーミスタの耐電圧の測定結果を第８図に示す。この第７図および第８図に示す結果から、導電性ポリマの厚みが薄いと抵抗値上昇桁数が小さくなり、耐電圧は低くなることが判る。前述のトリップサイクル試験の結果で、比較例の製造方法で製造したPTCサーミスタは、電圧印加の繰り返しにより、厚みが薄い導電性ポリマ部に過電流が集中し、絶縁破壊が起こったものと推定できる。
以上のことから、本発明の実施例で導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟み、かつこの導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形して一体化した積層体を形成し、この積層体の上・下面に導電性ポリマシートを配置し、さらに、この導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟み、前記積層体とこの導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形して一体化する工程を繰り返す製造方法によれば、各層の導電性ポリマの厚みを均一にできるため、耐電圧に優れたPTCサーミスタが実現できる。
以下に要部である金属箔の表面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を形成した後、このニッケル突起を覆うようにニッケルコーティング層を形成するものと形成しないものとの比較を説明する。
本発明に用いた金属箔の表面処理の製造方法については、銅箔21をニッケルワット浴中で通常の約４倍の電流密度（20A/dm2）にてめっき処理し、ニッケル突起を５〜10μｍの高さに電解析出させ、その後、通常の電流密度（4A/dm2）でニッケルめっきコーティング膜を約１μｍの厚さに形成した。
比較例として、このニッケル突起に保護膜形成処理をしない銅箔を作製した。
ニッケル突起を有する金属箔は、導電性ポリマシートをアンカー効果で金属箔に密着させる効果がある。前記根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起をニッケルめっきでコーティングを施した本発明の金属箔は、前述の加熱加圧成形時の圧力によるニッケル突起の変形はなかった。しかし、比較例の金属箔は、根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起が、前述の加熱加圧成形時の圧力により突起が変形し崩れた。根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起は、めっきの異常析出で形成するため、強度は弱いが、ニッケルめっきコーティング膜を形成することにより、ポリマの圧力でも変形しないものである。
さらに、本発明の実施例のPTCサーミスタにおいて、保護層を第９図に示すように上面部全体を覆うように形成することは、保護層となる樹脂のスクリーン印刷パターンを変更することによって可能である。第９図のPTCサーミスタの上面部91のように、端面電極である活電部がない場合、この部品の直近上にシールド板があっても接触してショートする恐れがないという効果を有するものである。
産業上の利用可能性
以上のように本発明のPTCサーミスタは、導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記積層体の側面の中央に前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分を形成されない部分とからなるものであり、また、本発明のPTCサーミスタの製造方法は、導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟んで加熱加圧成形にて一体化して積層体を形成し、前記積層体の上・下面に導電性ポリマシートと配置するとともにこの導電性ポリマシートの上・下面に金属箔を挟んで加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するものであり、上記したPTCサーミスタの構成によれば、PTCサーミスタの動作時において、導電性ポリマシートの熱膨張の繰り返しの熱衝撃により側面電極層に機械的応力が発生しても、積層体の側面の中央に内層電極と外層電極を電気的に接続するように設けられた側面電極層を多層で構成するとともに、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分を形成されない部分とからなっているため、側面電極層に対する機械的応力は多層の側面電極層の界面において緩和されるとともに、膨張した導電性ポリマシートが側面電極層の形成されない部分に押し出されることにより側面電極層に対する機械的応力は軽減されることになり、これにより、機械的応力の集中によるクラックの発生を防止できるため、クラックによる断線ということはなくなり、またPTCサーミスタの製造方法によれば、積層体と導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するようにしているため、各層における導電性ポリマシートの厚みを均一にすることができ、これにより、耐電圧に優れたPTCサーミスタを得ることができるものである。
本発明は、正の温度係数（Positive Temperature Coefficient、以下「PTC」と記す）特性を有する導電性ポリマを用いたPTCサーミスタおよびその製造方法に関するものである。
背景技術
近年、PTCサーミスタは、従来自己制御ヒータに多く用途展開されてきたのに対して、電子機器等の過電流保護素子としても多く使用されている。PTCサーミスタを過電流保護素子として使用する機能としては、電気回路に過電流が流れると自己発熱し、導電性ポリマシートが熱膨張して高抵抗値に変化し、電流を安全な微少領域まで減衰させるものである。また、PTCサーミスタは大電流を通電させる、あるいは電圧降下を小さくするため、低抵抗化が要求されるとともに小型化が要求されている。
以下、従来のPTCサーミスタについて説明する。
従来は、特開昭61−10203号公報に、複数枚の導電性ポリマシートと金属箔とを交互に積層し、かつ対向する側面に引き出し部をなる側面電極層を備えたPTCサーミスタが開示されている。
第10図は従来のPTCサーミスタの断面図である。この第10図において、１は架橋されたポリエチレン等の高分子材料にカーボンブラック等の導電性粒子が混在された導電性ポリマシートである。２は導電性ポリマシート１の始端および終端に開口部３を有して交互に挟まれるとともに導電性ポリマシート１の上・下面に設けられた金属箔等からなる内層電極で、この内層電極２と導電性ポリマシートとを交互に積層して積層体４としている。５は積層体４の側面に内層電極２の一端と電気的に接続されるように設けられた引き出し部を構成する側面電極層である。
しかしながら、上記した従来の低抵抗化のために導電性ポリマシート１と内層電極２とを交互に積層した構造のPTCサーミスタは、過電流が流れる動作時において、導電性ポリマシート１の膨張、収縮が繰り返されると、これにもとづくストレスが積算された側面電極層５がクラック等により断線にまで至るという問題点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、クラックによる側面電極層の断線が発生することがなく、かつ耐電圧に優れた信頼性の高いPTCサーミスタおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明のPTCサーミスタは、導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記積層体の側面の中央に前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分と形成されない部分とからなるものである。
また、本発明のPTCサーミスタの製造方法は、導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟んで加熱加圧成形にて一体化して積層体を形成し、前記積層体の上・下面に導電性ポリマシートを配置するとともにこの導電性ポリマシートの上・下面に金属箔を挟んで加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するものである。
上記したPTCサーミスタの構成によれば、PTCサーミスタの動作時において、導電性ポリマシートの熱膨張の繰り返しの熱衝撃により側面電極層に機械的応力が発生しても、積層体の側面の中央に内層電極と外層電極を電気的に接続するように設けられた側面電極層を多層で構成するとともに、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分と形成されない部分とからなっているため、側面電極層に対する機械的応力は多層の側面電極層の界面において緩和されるとともに、膨張した導電性ポリマシートが側面電極層の形成されない部分に押し出されることにより側面電極層に対する機械的応力は軽減されることになり、これにより、機械的応力の集中によるクラックの発生を防止できるため、クラックによる断線ということはなくなり、またPTCサーミスタの製造方法によれば、積層体と導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するようにしているため、各層における導電性ポリマシートの厚みを均一にすることができ、これにより、耐電圧に優れた信頼性の高いPTCサーミスタを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第１図（ｂ）は同要部拡大断面図、第２図は同PTCサーミスタの内層用銅箔の表面部の拡大断面図、第３図は本発明の第１の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法を示す工程図、第４図（ａ）は熱衝撃試験による側面電極層へのクラック発生の一例を示す断面図、第４図（ｂ）は同要部の拡大断面図、第５図（ａ）は本発明の第２の実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第５図（ｂ）は同要部の拡大断面図、第６図は本発明の第３の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法を示す工程図、第７図は導電性ポリマの厚みの違いによる温度−抵抗値測定図、第８図は導電性ポリマの厚みに対する耐電圧特性図、第９図は上面部全体に保護膜を形成したチップ形PTCサーミスタを示す斜視図、第10図は従来のPTCサーミスタを示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
以下、本発明の一実施例におけるPTCサーミスタについて図面を参照しながら説明する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例におけるPTCサーミスタの斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）をＡ−Ａ線で切った同要部拡大断面図である。この第１図（ａ），（ｂ）において、11a,11b,11cは、結晶性ポリマである高密度ポリエチレンと導電性粒子であるカーボンブラックの混合物からなる導電性ポリマシートである。12a,12bは銅箔からなる内層電極で、この内層電極12a,12bは、第２図に示すように両面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起22を有し、さらに前記ニッケル突起22を保護するニッケルめっきコーティング層23を施したものであり、そして前記導電性ポリマシート11a,11b,11cと交互に積層されるように設けられている。13a,13bは銅箔からなる外層電極で、この外層電極13a,13bは積層体の最外層に位置し、かつ導電性ポリマシート11a,11cに接する面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を有し、さらに前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を施したものである。14a,14b,14cは、導電性ポリマシート11a,11b,11cと内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bを積層してなる積層体の対向する両端面の中央部に設けられた第１、第２、第３の側面電極層である。そして前記内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bは、対向する側面電極層14と交互に電気的に接続している。15a,15bは、前記側面電極層14が形成される端面の前記側面電極層14の両側に位置する側面電極層14の非形成部分である。第１の側面電極層14aは第１のニッケルめっき、第２の側面電極層14bは銅めっき、第３の側面電極層14cは第２のニッケルめっきであり、この順に層状のめっき層として形成されている。16a,16bは、前記積層体の最外層に位置する第１、第２のエポキシ系絶縁コート樹脂層である。
以上のように構成されたPTCサーミスタについて、本発明の一実施例におけるPTCサーミスタの製造方法につき、第３図に示す工程図を参照しながら説明する。
まず、35μｍの銅箔31を、ニッケルワット浴中で通常の約４倍の電流密度（約20A/dm2）にてめっき処理することにより、ニッケル突起を５〜10μｍの高さで電解析出させ、その後通常の電流密度（約4A/dm2）で約１μｍのニッケルめっきコーティング膜を形成した。このように表面にニッケル突起とニッケルめっきコーティング膜を施した銅箔31を、金型プレスによりパターン形成を行った。なお、パターン形成は写真法によるエッチングでも可能である。
次に、結晶化度70〜90％の高密度ポリエチレンを50重量％、ファーネス法で製造した平均粒径58nm、比表面積38m2/gのカーボンブラックを50重量％、酸化防止剤を１重量％用意し、これらを約150℃に加熱した２本熱ロールにて約20分間混合し、そしてこの混合物を２本熱ロールからシート状で取り出し、厚みが約0.3mmの導電性ポリマシート32を３枚作製した。
次に、第３図（ａ）に示すように、３枚の導電性ポリマシート32と、２枚の前記パターン形成を行った銅箔31と、導電性ポリマシート32と接する面のみがニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有し、最外層の上・下にパターン形成を行っていない銅箔33とを交互に、かつ、銅箔31の隙間部が互い違いになるように積み重ねた。
次に、第３図（ｂ）に示すように、積み重ねた後、温度約175℃、真空度約20Torr、面圧力約50kg/cm2で約１分間の真空熱プレスにより加熱加圧で成形し、一体化した積層体34を得た。
次に、第３図（ｃ）に示すように、積層体34にドリリングマシンで貫通孔35を形成した。この貫通孔35は、金型プレスで形成することもできる。その後、電子線照射装置内で電子線を約40Mrad照射し、高密度ポリエチレンを架橋した。
次に、第３図（ｄ）に示すように、貫通孔35を含む積層体34の全面に、ニッケルワット浴中にて約30分間通常の電流密度（約4A/dm2）で、ニッケルめっき膜を10〜20μｍの厚さに電解析出させた。その後、硫酸銅の浴中にて、約10分間で銅めっき膜を５〜10μｍの厚さに電解析出させ、多層めっき膜36を形成した。なお、硫酸ニッケル液に湿潤剤を0.5vol％加えることにより貫通孔35の内壁にも均一にめっき層を成長させることができ、かつ通常20000〜30000psi発生する残留応力のほとんどない膜を形成することができた。
次に、第３図（ｅ）に示すように、最外層の銅箔33および多層めっき膜36にパターン形成を行った。パターン形成は、エッチング用ドライフィルムを積層体34の両面に貼り付け、エッチングパターン部をUV露光した後、塩化鉄により化学エッチングを行い、その後ドライフィルムを剥離する方法で行った。エッチング用レジストは、スクリーン印刷により形成する方法でも可能である。
次に、第３図（ｆ）に示すように、積層体34の両面の貫通孔35の周辺を除いて、エポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷し、150℃で30分間熱硬化させて保護コート樹脂層37を形成した。なお、スクリーン印刷法以外に、絶縁レジストフィルムを貼り付け、写真法にてパターン形成する方法でも可能である。
次に、第３図（ｇ）に示すように、積層体34の上・下面の保護コート樹脂層37が形成されていない部分と貫通孔35の内壁とに、前記した電解ニッケルめっき法にて電流密度（約4A/dm2）、10分間の条件で、５〜10μｍのニッケルめっき膜38を析出させた。
次に、第３図（ｈ）に示すように、積層体34をダイシングにより、個片に分割した。分割は金型プレス法でも可能である。積層体34の対向する両端面に側面電極層の非形成部分15a,15bを有し、この側面電極層の非形成部分15a,15bは端面の中央部に位置し、かつこの側面電極層の非形成部分15a,15bが形成される端面の前記側面電極層の両側に位置して側面電極層の非形成部分39を設けることができた。以上により本発明のPTCサーミスタを製造した。
前記内層電極12a,12bは銅箔であるため、前記側面電極層14を形成する際に、内層電極12a,12bを構成する銅箔の端面は酸洗浄等の前処理により容易に活性化でき、第１および第３の側面電極層14a,14cであるニッケルめっきとの密着性が向上した。また、前記内層電極12a,12bは導電性ポリマシート11a,11b,11cと接する面にニッケル突起22を有し、さらに前記ニッケル突起22を保護するニッケルめっきコーティング層23を有しているため、前記加熱加圧成形の工程を経ても、ニッケル突起22の形状が保たれており、導電性ポリマシート11a,11b,11cと内層電極12a,12bおよび外層電極13a,13bがアンカー効果により強固に密着していた。
以上のように構成・製造された本発明の実施例１におけるPTCサーミスタについて、要部である側面電極層14の厚みの信頼性等を説明する。
本発明の実施例として、第１の側面電極層14aを構成する第１のニッケルめっきを15μｍ、第２の側面電極層14bを構成する銅めっきを５μｍおよび第３の側面電極層14cを構成する第２のニッケルめっきを５μｍ施した３層構造の側面電極層14を有するPTCサーミスタと、比較例Ａとして、要部である側面電極層としてニッケルめっきを25μｍ一回で施したPTCサーミスタと、比較例Ｂとして、要部である側面電極層として銅めっきを25μｍ一回で施したPTCサーミスタをそれぞれ作製して比較した。比較方法としては、それぞれ30個ずつをプリント基板に実装し、25Vの直流電源に直列に接続し、100Aの過電流を１分間通電し５分間通電を中止するトリップサイクル試験を実施して、それぞれ1000,10000,30000サイクル後に10個ずつ抜き取り、側面電極層の電気的接続部分のクラック40の有無の断面観察を行った。
本発明の実施例におけるPTCサーミスタは、1000,10000サイクル後にはクラックの発生はなかった。30000サイクル後に、1/10個にクラックが発生しており、これらのクラックは第４図に示すように側面電極層の２層目を構成する銅めっきからなる第２の側面電極層41まで達し、かつこの第２の側面電極層41に沿って横方向に若干進行しているだけで、この第２の側面電極層41の界面では止まっているもので、３層目を構成する第２のニッケルめっきからなる第３の側面電極層42には進行していなかった。
比較例ＡのPTCサーミスタは、1000サイクル後には2/10個にクラックが発生しており、あと５μｍ程度で断線するところまでクラックが進行していた。そして10000サイクル後では、クラックは断線に至り、10/10個すべてにクラックが発生していた。
比較例ＢのPTCサーミスタは、1000サイクル後で10/10個すべてにクラックが発生しており、そのうち４個は断線にまで至っていた。10000サイクル後では、すべてがクラックにより断線していた。
以上の比較結果から、本発明の実施例のPTCサーミスタは、過電流が通電された自己発熱により導電性ポリマシート11a,11b,11cが熱膨張する動作時において、体積膨張が単層構造に比べ、積層数に比例して大きくなる。この体積膨張により、積層体の横方向における通電性ポリマの伸びにおいては、膨張した導電性ポリマが側面電極層の非形成部分に押し出されるため、側面電極層に対する応力を軽減できるものである。
また、体積膨張により、積層体の縦方向における導電性ポリマの伸びにおける側面電極層のコーナー部に応力が集中してクラックが生じ始めた場合においても、PTCサーミスタの側面電極層のめっき層として、第１の側面電極層14aが引っ張り張力の強いニッケルで形成され、第２の側面電極層14bが展延性の大きい銅で形成されているため、第１の側面電極層14aと第２の側面電極層14bのめっきの界面においてクラックが止まるため側面電極層の断線は起こらない。
すなわち、側面電極層のコーナー部に集中する応力は、多層の側面電極層を構成する第１の側面電極層14aと第２の側面電極層14bのめっきの界面において緩和することができる。また第３層となる第３の側面電極層14cは第２のニッケルめっきで構成しているもので、この第３の側面電極層14cはプリント基板への実装時のはんだによる側面電極層のはんだ喰われを防止することができるものである。以上のことから、ニッケル、銅、ニッケルという３層めっきによる側面電極層の構造が、長期的な電気的接続に優れていることが確認されたものである。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例におけるPTCサーミスタの構造について図面を参照しながら説明する。第５図（ａ）はPTCサーミスタの斜視図、第５図（ｂ）は同断面図を示す。この第５図（ａ），（ｂ）において、51は結晶性ポリマである高密度ポリエチレンと導電性粒子であるカーボンブラックの混合物からなる導電性ポリマシートである。52a,52bは、導電性ポリマシート51と交互に積層された銅箔からなる内層電極である。53は銅箔からなる外層電極である。54は内層電極を52aと52bに２分割するように側面電極層の近傍に設けられた隙間部である。55は側面電極層で、前記内層電極52a,52bと外層電極53に接続されている。前記隙間部54は一方の側面電極層55の近傍部分に設けられ、そして積層毎に隙間部54が互い違いになるように設けられている。
本発明の実施例２と本発明の実施例１とが相違する部分は、内層電極52a,52bが側面電極層55の近傍で隙間部54により２分割されていることである。つまり、この内層電極は、一方の側面電極層55に長さの長い内層電極52aと他方の側面電極層55に短い内層電極52bを有するものである。
本発明の実施例１の製造方法により、第１の側面電極層14aを構成する第１のニッケルめっきを15μｍ、第２の側面電極層14bを構成する銅めっきを５μｍ、第３の側面電極層14cを構成する第２のニッケルめっきを５μｍ施した３層構造の側面電極層を有するPTCサーミスタを作製した。そしてこのPTCサーミスタを各サンプル30個プリント基板に実装した。この実装したPTCサーミスタを25Vの直流電源に直列に接続して100Aの過電流のトリップサイクル試験（１分ON、５分OFF）を行った。1000,10000,30000サイクル後に各サンプルを10個ずつ抜き取り、側面電極層の電気的接続部分の断面観察を行った結果を次に示す。本発明のPTCサーミスタは、1000,10000,30000サイクル後においても、クラックの発生はなかった。
内層電極52a,52bが前記積層体の対向する両端面の側面電極層55に接続され、かつ前記内層電極52a,52bが一方の側面電極層55の近傍に設けられた隙間部54により２分割された構造を備えているため、動作時の導電性ポリマシート51の体積膨張により、積層体の縦方向における導電性ポリマシートの伸びを、側面電極層55と接続した前記内層電極52bが妨げ、縦方向の伸びによるコーナー部への応力を軽減したと考えられる。
以上のことから、本発明の内層電極52a,52bが積層体の対向する両端面の側面電極層55に接続され、かつ内層電極52a,52bが一方の側面電極層55の近傍に設けられた隙間部54により２分割された構造は、側面電極層55付近の導電性ポリマシート51の厚みが増すことに伴う膨張量を防止することができるため、側面電極層55の電気的接続部分への機械的応力が緩和され、これにより、内層電極52a,52bと側面電極層55の電気的接続を確保することができるものである。
また、めっき槽内の陽極と陰極の電極間を約1/2に狭めて、側面電極層55の多層めっきを析出させるPTCサーミスタを作製した。積層体の外層電極と側面電極層55が接するコーナー部の側面電極層の厚みは、前述の機械的応力が集中しやすいため、特にコーナー部の側面電極層の厚みを増すことにより、側面電極層55のめっき膜の強度を向上させ、応力に対する強度も向上させることが可能である。
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例におけるPTCサーミスタの製造方法について、PTCサーミスタの断面図を示す第６図を参照しながら説明する。
第６図は、本発明の実施例３におけるPTCサーミスタの要部である導電性ポリマシートと金属箔との積層工程までの製造方法である。
第６図（ａ）に示すように、結晶化度が70〜90％の高密度ポリエチレン50重量％と、平均粒径が約58nm、比表面積約38m2/gのカーボンブラック50重量％を混合してなる導電性ポリマシート61を、両面にニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有する２枚の銅箔からなる金属箔62で挟むように重ねた。
次に、第６図（ｂ）に示すように、前工程で重ねた導電性ポリマシート61と２枚の金属箔62とを、ポリマの融点より約40℃高い約175℃の熱板温度で、真空度約20Torr、面圧約50kg/cm2の圧力で約１分間加熱加圧成形し、第１の積層体63を得た。
次に、第６図（ｃ）に示すように、第１の積層体63の上・下面から２枚の導電性ポリマシート61と、さらに上・下面からニッケル突起と前記ニッケル突起を保護するニッケルめっきコーティング層を有する２枚の銅箔からなる金属箔62を挟むように重ねた。
次に、第６図（ｄ）に示すように、前工程で重ねた第１の積層体63と２枚の導電性ポリマシート61と２枚の金属箔62とを、ポリマの融点より約40℃高い約175℃の熱板温度で、真空度約20Torr、面圧約50kg/cm2の圧力にて約１分間加熱加圧成形し、第２の積層体64を得た。
さらに積層数を増やすには、前記第６図（ｃ），（ｄ）の工程を繰り返せばよい。
PTCサーミスタを製造する残りの工程つまり側面電極層を形成する工程は、本発明の実施例１および２の製造方法で行って、製造するものである。
本発明の実施例では、１枚の0.27mm厚みの導電性ポリマシートを用いて積層体を作製することにより、積層された導電性ポリマシートの厚みが0.25mmと均一である積層ができた。
ここで、PTCサーミスタの積層後の導電性ポリマの厚みについて、以下の信頼性試験結果に基づいて説明する。
積層前が0.27mm厚みの導電性ポリマシートを使って、本発明の製造方法にしたがって製造した積層体における各層の導電性ポリマシートの厚みは、各層ともほぼ0.25mmと均一であった。
比較例として、積層前が１枚の0.27mm厚みの３枚の導電性ポリマシートと４枚の金属箔を交互に積層し、一回で同時に、本発明の実施例と同様な温度、真空度、圧力条件で加熱加圧成形してPTCサーミスタを製造した。比較例の製造方法で得た積層体の各層の導電性ポリマシートの厚みは、下から順に0.21mm,0.27mm,0.20mmとなり、外の層が内の層より薄くなった。
これは、複数の導電性ポリマシートと金属箔を同時に加熱加圧成形して一体化する場合は、熱伝導により熱板と接触している外側の導電性ポリマシートから順に内部の導電性ポリマシートへ熱が伝わる。前記熱伝導の影響により、外側の導電性ポリマシートの粘性が内部の導電性ポリマシートに比較して低いため、同時に加熱加圧成形の場合、外側の導電性ポリマシートが内部の導電性ポリマシートに比較して薄くなるからである。
以下に、絶縁破壊に関する比較について説明する。
前記積層の製造方法が異なる２つのPTCサーミスタを、50Vの直流電源に直列に接続し、100Aの過電流を１分間通電し、５分間通電を中止するトリップサイクル試験を行った。本発明の製造方法のPTCサーミスタは、10000サイクルでも異常はなかったが、比較例の製造方法のPTCサーミスタは、82サイクルで絶縁破壊した。
比較例の製造方法で作製し絶縁破壊したPTCサーミスタは、導電性ポリマの厚みがばらついていたことに起因する。ここで、同一組成物のPTCサーミスタの導電性ポリマの厚みに対する温度−抵抗値測定の結果のグラフを第７図に示す。また、前記PTCサーミスタの耐電圧の測定結果を第８図に示す。この第７図および第８図に示す結果から、導電性ポリマの厚みが薄いと抵抗値上昇桁数が小さくなり、耐電圧は低くなることが判る。前述のトリップサイクル試験の結果で、比較例の製造方法で製造したPTCサーミスタは、電圧印加の繰り返しにより、厚みが薄い導電性ポリマ部に過電流が集中し、絶縁破壊が起こったものと推定できる。
以上のことから、本発明の実施例で導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟み、かつこの導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形して一体化した積層体を形成し、この積層体の上・下面に導電性ポリマシートを配置し、さらに、この導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟み、前記積層体とこの導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形して一体化する工程を繰り返す製造方法によれば、各層の導電性ポリマの厚みを均一にできるため、耐電圧に優れたPTCサーミスタが実現できる。
以下に要部である金属箔の表面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を形成した後、このニッケル突起を覆うようにニッケルコーティング層を形成するものと形成しないものとの比較を説明する。
本発明に用いた金属箔の表面処理の製造方法については、銅箔21をニッケルワット浴中で通常の約４倍の電流密度（20A/dm2）にてめっき処理し、ニッケル突起を５〜10μｍの高さに電解析出させ、その後、通常の電流密度（4A/dm2）でニッケルめっきコーティング膜を約１μｍの厚さに形成した。
比較例として、このニッケル突起に保護膜形成処理をしない銅箔を作製した。
ニッケル突起を有する金属箔は、導電性ポリマシートをアンカー効果で金属箔に密着させる効果がある。前記根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起をニッケルめっきでコーティングを施した本発明の金属箔は、前述の加熱加圧成形時の圧力によるニッケル突起の変形はなかった。しかし、比較例の金属箔は、根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起が、前述の加熱加圧成形時の圧力により突起が変形し崩れた。根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起は、めっきの異常析出で形成するため、強度は弱いが、ニッケルめっきコーティング膜を形成することにより、ポリマの圧力でも変形しないものである。
さらに、本発明の実施例のPTCサーミスタにおいて、保護層を第９図に示すように上面部全体を覆うように形成することは、保護層となる樹脂のスクリーン印刷パターンを変更することによって可能である。第９図のPTCサーミスタの上面部91のように、端面電極である活電部がない場合、この部品の直近上にシールド板があっても接触してショートする恐れがないという効果を有するものである。
産業上の利用可能性
以上のように本発明のPTCサーミスタは、導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記積層体の側面の中央に前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分を形成されない部分とからなるものであり、また、本発明のPTCサーミスタの製造方法は、導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟んで加熱加圧成形にて一体化して積層体を形成し、前記積層体の上・下面に導電性ポリマシートと配置するとともにこの導電性ポリマシートの上・下面に金属箔を挟んで加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するものであり、上記したPTCサーミスタの構成によれば、PTCサーミスタの動作時において、導電性ポリマシートの熱膨張の繰り返しの熱衝撃により側面電極層に機械的応力が発生しても、積層体の側面の中央に内層電極と外層電極を電気的に接続するように設けられた側面電極層を多層で構成するとともに、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分を形成されない部分とからなっているため、側面電極層に対する機械的応力は多層の側面電極層の界面において緩和されるとともに、膨張した導電性ポリマシートが側面電極層の形成されない部分に押し出されることにより側面電極層に対する機械的応力は軽減されることになり、これにより、機械的応力の集中によるクラックの発生を防止できるため、クラックによる断線ということはなくなり、またPTCサーミスタの製造方法によれば、積層体と導電性ポリマシートと金属箔を加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するようにしているため、各層における導電性ポリマシートの厚みを均一にすることができ、これにより、耐電圧に優れたPTCサーミスタを得ることができるものである。
Claims (10)
- 導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記積層体の側面の中央に前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記積層体の側面は前記側面電極層が形成される部分と形成されない部分とからなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第１項において、側面電極層は、第１のニッケル側面電極層、銅側面電極層、第２のニッケル側面電極層の順に有してなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第１項において、内層電極の銅箔の上・下面および外層電極の銅箔の導電性ポリマシートと接する面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を設けるとともに、前記ニッケル突起を覆うようにニッケルコーティング層を備えてなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第１項または第３項において、内層電極は、側面電極層の近傍で隙間部により２分割してなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第４項において、外層電極と接する積層体のコーナー部に位置する側面電極層の厚みを、前記積層体の上・下面の前記コーナー部間に位置する前記側面電極層の厚みより厚くしてなるPTCサーミスタ。
- 導電性ポリマシートの上・下面を金属箔で挟んで加熱加圧成形して一体化して積層体を形成し、前記積層体の上・下面に導電性ポリマシートを配置するとともにこの導電性ポリマシートの上・下面に金属箔を挟んで加熱加圧成形にて一体化する工程を繰り返して積層するPTCサーミスタの製造方法。
- 請求の範囲第６項において、金属箔の導電性ポリマシートと接する面に、粗面化ニッケル処理にて根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を形成した後に、前記ニッケル突起を覆うようにニッケルコーティング層を形成するPTCサーミスタの製造方法。
- 導電性ポリマシートと内層電極とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の上・下面に設けられた外層電極と、前記内層電極と外層電極とを電気的に接続するように設けられた多層の側面電極層を備え、前記内層電極は側面電極層の近傍で隙間部により２分割してなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第８項において、側面電極層は、第１のニッケル側面電極層、銅側面電極層、第２のニッケル側面電極層の順に有してなるPTCサーミスタ。
- 請求の範囲第８項において、内層電極の銅箔の上・下面および外層電極の銅箔の導電性ポリマシートと接する面に根元より上方部が外方に膨出する形状のニッケル突起を設けるとともに、前記ニッケル突起を覆うようにニッケルコーティング層を備えてなるPTCサーミスタ。
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