JP4279848B2 - Ｐｔｃ素子 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子に関する。

過電流から回路素子を保護するための素子として、ＰＴＣ素子が知られている。ＰＴＣ素子は、ある特定の温度領域に達すると抵抗値の正温度係数が急激に増大する素子である。そのようなＰＴＣ素子の一つとして、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
特公平５−９９２１号公報

上記特許文献１に記載のＰＴＣ素子は、重合体とその重合体に分散された導電性粉末とからなる正の抵抗温度特性を有する素子の表面に、その素子の表面と接する面を粗面化した金属板を接合し、その金属板を端子電極としている。このように素子の表面と接する面を粗面化するのは、素子と金属板との接合強度を向上させるためである。

しかしながら、上記特許文献１に記載のＰＴＣ素子のように素子の表面と接する面全体を粗面化した場合、端子電極となった金属板を外部端子等の接続端子と溶接やはんだで接合すると接合強度が十分に確保できない場合があった。

そこで本発明では、素体から延出するリード端子を他の端子に接合する際の接合強度を向上させることが可能なＰＴＣ素子を提供することを目的とする。

本発明者らは上述した課題を解決可能なＰＴＣ素子を検討する過程で、次のような新たな課題も見出した。ＰＴＣ素子を製造してから所定の時間が経過すると、素体に周囲から酸素が入ってくる場合がある。そこで素体を覆うように保護膜を設けることが考えられる。しかしながら、この保護膜が剥がれる場合があり、何らかの対策が必要であることを本発明者らは見出した。本発明はこの視点からなされたものである。

本発明に係るＰＴＣ素子は、結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体と、当該素体を挟んで圧着される一対のリード端子とを備えるＰＴＣ素子であって、素体の一対のリード端子に圧着されていない部分を覆う保護膜を更に備え、一対のリード端子はそれぞれ、素体と重なる重複領域と、素体と重ならない非重複領域とを有し、一対のリード端子それぞれの重複領域には素体に食い込むアンカー突起が形成されており、素体に隣接する非重複領域には保護膜の剥離を抑制するための剥離抑制領域が形成されていると共に、少なくとも剥離抑制領域を除いた非重複領域においてはアンカー突起が押しつぶされて平坦化されている。

本発明によれば、リード端子の剥離抑制領域を除いた非重複領域が平坦化されているので、他の端子と接合する際の接合強度を向上させることができる。また、剥離抑制領域が素体に隣接する非重複領域に形成されているので、素体を覆う保護膜の剥離を抑制できる。

また本発明では、剥離抑制領域は一対のリード端子が互いに重なりあう領域に形成されていることも好ましい。剥離抑制領域がリード端子が互いに重なりあう領域に形成されているので、保護膜をリード端子が挟み込み、保護膜の剥離をより抑制できる。

また本発明では、剥離抑制領域においては保護膜に食い込むアンカー突起が形成されていることも好ましい。剥離抑制領域にアンカー突起が形成されているので、保護膜の剥離をより効果的に抑制できる。

本発明によれば、素体から延出するリード端子を他の端子に接合する際の接合強度を向上させることが可能となると共に、素体を覆う保護膜の剥離を抑制できる。従って、素体に酸素が接触し、素体が酸化することを抑制できる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態であるＰＴＣ素子について図１を参照しながら説明する。図１の（ａ）は、ＰＴＣ素子１の平面図であり、図１の（ｂ）は、ＰＴＣ素子１の中央近傍（図１の（ａ）のＩ−Ｉ）における断面図である。ＰＴＣ素子１は、ポリマーＰＴＣ素子であり、一対の端子電極１２，１４（リード端子）と、素体１０と、保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとを備えている。

一対の端子電極１２，１４は、厚みが０．１ｍｍ程度のＮｉ又はＮｉ合金である。一対の端子電極１２，１４は、それぞれの一部が対向するように配置されている。その対向している部分の間には素体１０が配置されているので、一対の端子電極１２，１４はそれぞれの向き合う面で素体１０を挟んでいる。従って、一対の端子電極１２，１４にはそれぞれ、素体１０と重なる重複領域１２１，１４１と、素体１０と重ならない非重複領域１２２，１４２とが形成されている。

素体１０は、端子電極１２と端子電極１４とが互いに重なりあう部分よりも小さくなるように形成されている。従って、素体１０の周囲には、端子電極１２と端子電極１４とが互いに重なりあうが、素体１０とは重ならない非重複領域１２２，１４２が形成されている。

素体１０は、結晶性高分子樹脂に導電性フィラーを分散させて形成されている。導電性フィラーとしてはＮｉ粉が、結晶性高分子樹脂としては熱可塑性樹脂であるポリエチレン樹脂がそれぞれ好適に用いられる。素体１０は一対の端子電極１２，１４に加圧・加熱して圧着されている。

保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、それぞれ素体１０が端子電極１２，１４に圧着されていない部分を覆うように配置されている。素体１０が端子電極１２，１４に圧着されていない面は４面あり、保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはそれぞれその４面に沿って配置されている。

保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、エポキシ樹脂とチオール系硬化剤とが反応して形成された硬化物層中に、その硬化物層よりも酸素透過性の低い材料からなるフィラーが分散されて形成されている。フィラーは無機フィラーであることが好ましい。また、フィラーの少なくとも一部は板状であることが好ましい。また、保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、それら保護膜全体の質量を基準としてフィラーを５〜５０質量％含んでいることも好ましい。

保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、例えば、エポキシ樹脂、チオール系硬化剤及びフィラーを含有するエポキシ樹脂組成物を過熱してエポキシ樹脂とチオール系硬化剤との反応を進行させることにより形成される。

フィラーとしては、マイカ、シリカ、タルク、粘土（天然若しくは合成スメクタイト又はそれらの混合物等）、ガラス、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びセラミック等の無機フィラーや、銀粉、金粉、銅粉及びニッケル粉等の金属フィラー、カーボン及びポリイミド等の有機フィラーが好適に用いられる。

端子電極１２，１４それぞれが素体１０を挟む面には、アンカー突起ＡＣ及び平坦化突起ＦＣがそれぞれ複数形成されている。

アンカー突起ＡＣは、重複領域１２１，１４１と、非重複領域１２２，１４２であって重複領域１２１，１４１に隣接する領域（剥離抑制領域）とにそれぞれ形成されている。別の観点からは、アンカー突起ＡＣは、重複領域１２１，１４１と、非重複領域１２２，１４２であって端子電極１２，１４が互いに重なりあっている領域とにそれぞれ形成されている。

平坦化突起ＦＣは非重複領域１２２，１４２であって、剥離抑制領域を除いた領域に形成されている。別の観点からは、平坦化突起ＦＣは非重複領域１２２，１４２であって、端子電極１２，１４が互いに重なりあっていない領域に形成されている。

尚、図１においては、説明のためにアンカー突起ＡＣ及び平坦化突起ＦＣを相対的に大きく描いている。実際のアンカー突起ＡＣ及び平坦化突起ＦＣは微小突起であって視認することは困難な大きさとなっている。以下の説明に用いる図面においても同様である。

アンカー突起ＡＣは、それぞれ大径部及び小径部を有している。大径部は、アンカー突起ＡＣが端子電極１２，１４から延びる方向において先端側に設けられ、その方向における外周が小径部の外周よりも大きくなるように形成されている。小径部は、大径部よりもアンカー突起ＡＣの根元側に設けられている。各アンカー突起ＡＣにおける大径部及び小径部の形状は不揃いであってもよい。また、大径部及び小径部の外周形状が円形又は楕円形といった整った形状でなく、いびつな形状であってもよい。

隣接するアンカー突起ＡＣは、互いに離隔するように配置されている。従って、各アンカー突起ＡＣ間に形成される凹部に素体１０が入り込み（素体１０にアンカー突起ＡＣが食い込み）、端子電極１２，１４と素体１０とが固定されている。また、各アンカー突起ＡＣ間に形成される凹部に保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに入り込み（保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにアンカー突起ＡＣが食い込み）、端子電極１２，１４と保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとが固定されている。

平坦化突起ＦＣは、それぞれ大径部及び小径部を有している。大径部は、平坦化突起ＦＣが端子電極１２，１４から延びる方向において先端側に設けられ、その方向における外周が小径部の外周よりも大きくなるように形成されている。大径部の先端には平坦面が形成されている。小径部は、大径部よりも平坦化突起ＦＣの根元側に設けられている。各平坦化突起ＦＣにおける大径部及び小径部の形状は不揃いであってもよい。また、大径部及び小径部の外周形状が円形又は楕円形といった整った形状でなく、いびつな形状であってもよい。

隣接する平坦化突起ＦＣは、互いに接するように配置されている。各平坦化突起ＦＣの平坦面（平坦化突起ＦＣの先端面）が連続し、実質的な平坦面を形成している。従って、各平坦化突起間に形成される凹部に素体１０や保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが入り込むことは実質的にない。もっとも、全面に渡って完全に各平坦化突起ＦＣが接しているわけではなく、端子電極１２，１４が他の端子と接合する際の接合強度に実質的な影響を与えない範囲で、平坦化突起ＦＣ同士が離隔している場合もある。

本実施形態においては平坦化突起ＦＣを互いに接するように形成することによって実質的な平坦面を形成したけれども、実質的な平坦面を形成することが可能であれば、実施形態は上述したものに限られない。例えば、切削又は研削するなどして平坦化しても構わない。

本実施形態の変形例を図２に示す。図２は、変形例であるＰＴＣ素子２の断面図である。ＰＴＣ素子２は、一対の端子電極２２，２４（リード端子）と、素体１０ａと、保護膜２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄとを備えている。

一対の端子電極２２，２４は、厚みが０．１ｍｍ程度のＮｉ又はＮｉ合金である。一対の端子電極２２，２４は、それぞれの一部が対向するように配置されている。その対向している部分の間には素体１０ａが配置されているので、一対の端子電極２２，２４はそれぞれの向き合う面で素体１０ａを挟んでいる。従って、一対の端子電極２２，２４にはそれぞれ、素体１０ａと重なる重複領域２２１，２４１と、素体１０ａと重ならない非重複領域２２２，２４２とが形成されている。

素体１０ａは、端子電極２２と端子電極２４とが互いに重なりあう部分とほぼ同じ形状に形成されている。素体１０ａは、素体１０と同様の組成であるので、その説明を省略する。素体１０ａは一対の端子電極２２，２４に加圧・加熱して圧着されている。

保護膜２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、それぞれ素体１０ａが端子電極２２，２４に圧着されていない部分を覆うように配置されている。素体１０ａが端子電極２２，２４に圧着されていない面は４面あり、保護膜２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄはそれぞれその４面に沿って配置されている。

保護膜２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの組成等は、既に説明した保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと同様であるのでその説明を省略する。

端子電極２２，２４それぞれが素体１０ａを挟む面には、アンカー突起ＡＣ及び平坦化突起ＦＣがそれぞれ複数形成されている。

アンカー突起ＡＣは、重複領域２２１，２４１と、非重複領域２２２，２４２であって重複領域２２１，２４１に隣接する領域（剥離抑制領域）とにそれぞれ形成されている。平坦化突起ＦＣは非重複領域２２２，２４２であって、剥離抑制領域を除いた領域に形成されている。

引き続いて、本実施形態のＰＴＣ素子１及びＰＴＣ素子２における保護膜１６ａ〜１６ｄ及び保護膜２６ａ〜２６ｄの剥離防止効果について説明する。比較の対象としては、図３に示すＰＴＣ素子４を用いる。

ＰＴＣ素子４は、一対の端子電極４２，４４と、素体１０ａと、保護膜４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄとを備えている。

一対の端子電極４２，４４は、厚みが０．１ｍｍ程度のＮｉ又はＮｉ合金である。一対の端子電極４２，４４は、それぞれの一部が対向するように配置されている。その対向している部分の間には素体１０ａが配置されているので、一対の端子電極４２，４４はそれぞれの向き合う面で素体１０ａを挟んでいる。従って、一対の端子電極４２，４４にはそれぞれ、素体１０ａと重なる重複領域４２１，４４１と、素体１０ａと重ならない非重複領域４２２，４４２とが形成されている。

素体１０ａは、端子電極４２と端子電極４４とが互いに重なりあう部分とほぼ同じ形状に形成されている。保護膜４６ａ，４６ｃは、それぞれ素体１０ａが端子電極２２，２４に圧着されていない部分を覆うように配置されている。尚、図２に示す保護膜２６ｂ，２６ｄに相当する保護膜も形成されているが、図３には明示しない。保護膜４６ａ，４６ｃの組成等は、既に説明した保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと同様であるのでその説明を省略する。

端子電極４２，４４それぞれが素体１０ａを挟む面には、アンカー突起ＡＣ及び平坦化突起ＦＣがそれぞれ複数形成されている。

アンカー突起ＡＣは、重複領域４２１，４４１のみに形成されている。平坦化突起ＦＣは非重複領域４２２，４４２に形成されている。

上述したＰＴＣ素子１、ＰＴＣ素子２、ＰＴＣ素子３について、端子電極の剥離試験を行った結果を図４に示す。図４は、ＰＴＣ素子１、ＰＴＣ素子２、及びＰＴＣ素子４それぞれの端子電極を素体から垂直に引き離した場合の保護膜の剥離強度を示している。

図４に示すように、本実施形態に係るＰＴＣ素子１及びＰＴＣ素子２は、ＰＴＣ素子４に比較して剥離強度が高くなっている。特にＰＴＣ素子１は剥離強度が極めて高い。具体的には、ＰＴＣ素子４の剥離強度はサンプル数５で、２．６６Ｎ〜３．３３Ｎ、平均値が２．７５Ｎである。ＰＴＣ素子２の剥離強度はサンプル数５で、４．６１Ｎ〜７．１６Ｎ、平均値が５．９８Ｎである。ＰＴＣ素子１の剥離強度はサンプル数５で、１７．４６Ｎ〜２３．３７Ｎ、平均値が２１．２６Ｎである。

これは、保護膜１６ａ〜１６ｄ，２６ａ〜２６ｄにアンカー突起ＡＣが食い込んでいると、剥離強度が上昇するためである。また、保護膜１６ａ〜１６ｄは、端子電極１２と端子電極１４とに挟まれているので、更に剥離強度が上昇するためである。

引き続いて、上述したＰＴＣ素子１，２の製造方法について説明する。ＰＴＣ素子１，２の製造方法は、素体準備工程と、端子準備工程と、平坦化工程と、熱圧着工程と、保護膜形成工程と、を備えている。

素体準備工程では、素体１０，１０ａとなる素体素材を作製して準備する。まず、導電性フィラーとなるＮｉ粉と、母材樹脂となるポリエチレンとを混錬してブロックを形成する。このブロックを円盤状にプレスし、カットして素体素材を得る。

続く端子準備工程では、端子電極１２，１４，２２，２４となる金属板を作成して準備する。端子電極１２，１４，２２，２４が素体１０，１０ａを挟む面には、アンカー突起ＡＣが形成されている。アンカー突起ＡＣは、上述した節瘤状の突起が連続して形成されたものである。

平坦化工程では、上述したように必要な領域においてアンカー突起ＡＣを押しつぶして平坦化し、平坦化突起ＦＣとする。この場合のプレス移動量は、１０〜３５μｍであり、より好ましくは１０〜１５μｍである。

各平坦化突起ＦＣは、上述したように互いに接触して実質的に平坦化されている。端子電極の厚みからみると、アンカー突起ＡＣが形成されている領域の平均厚みよりも、平坦化突起ＦＣが形成されている領域の平均厚みは薄くなっている。尚、平均厚みは、所定面積を打ち抜いた試料を作り、その質量及び比重から求めることができる。

例えば本実施形態の場合、平坦化後の厚みは、重複領域１２１，１４１と剥離抑制領域（アンカー突起ＡＣが形成されている領域）を含む非重複領域１２２，１４２が６０〜１４０μｍ、剥離抑制領域（アンカー突起ＡＣが形成されている領域）を除く非重複領域１２２，１４２が５０〜１２０μｍであることが好ましい。この場合、アンカー突起ＡＣの平均高さは５〜４０μｍである。また、平坦化後の厚みは、重複領域１２１，１４１と剥離抑制領域を含む非重複領域１２２，１４２が９５〜１００μｍ、剥離抑制領域を除く非重複領域１２２，１４２が８０〜９０μｍであることがより好ましい。この場合、アンカー突起ＡＣの平均高さは５〜２０μｍである。

重複領域１２１，１４１と剥離抑制領域を含む非重複領域１２２，１４２の厚みが１４０μｍよりも厚くなると、端子電極１２，１４が厚くなり過ぎてしまい、素体１０と端子電極１２，１４との熱圧着が不十分となり、素体１０と端子電極１２，１４との接続強度が弱くなる。従って、剥離抑制領域を除く非重複領域１２２，１４２の厚みは、平坦化を考慮して１２０μｍ以下とすることが好ましい。

また、剥離抑制領域を除く非重複領域１２２，１４２の厚みが５０μｍよりも薄くなると端子電極１２，１４自体の強度が低下し、剥離抑制領域を除く非重複領域１２２，１４２において折れ曲がってしまうなど製造工程時及び製品後の取り扱いが困難になる。従って、重複領域１２１，１４１の厚みは、非重複領域１２２，１４２の平坦化を考慮して６０μｍ以上とすることが好ましい。

また、アンカー突起ＡＣの平均高さが５μｍよりも低いと、素体１０と端子電極１２，１４との間におけるアンカー効果を十分に発揮できず、素体１０と端子電極１２，１４との接続強度が弱くなる。また、アンカー突起ＡＣの平均高さが４０μｍよりも高いと、アンカー突起ＡＣ自体の強度が低下し、素体１０との熱圧着時にアンカー突起ＡＣが端子電極１２，１４から脱落する。

熱圧着工程では、一対の端子電極１２，１４それぞれにおける重複領域１２１，１４１で素体素材（素体）を挟み込み、熱圧着によって一対の端子電極１２，１４と素体１０とを固定する。

保護膜形成工程では、保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成する。保護膜１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、エポキシ樹脂とチオール系硬化剤とが反応して形成された硬化物層中に、その硬化物層よりも酸素透過性の低い材料からなるフィラーを分散して形成する。

本実施形態によれば、端子電極１２，１４の剥離抑制領域を除いた非重複領域１２２，１４２が平坦化されているので、他の端子と接合する際の接合強度を向上させることができる。また、剥離抑制領域が素体に隣接する非重複領域１２２，１４２に形成されているので、素体１０を覆う保護膜１６ａ〜１６ｄの剥離を抑制できる。

本実施形態におけるＰＴＣ素子を示す平面図及び断面図である。 本実施形態におけるＰＴＣ素子の変形例を示す図である。 本実施形態の比較例のＰＴＣ素子を示す図である。 本実施形態のＰＴＣ素子と比較例のＰＴＣ素子とを比較した結果を示す図である。

符号の説明

１…ＰＴＣ素子、１２，１４…端子電極、１０…素体、１２１，１４１…重複領域、１２２，１４２…非重複領域。

Claims (3)

1. 結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体と、当該素体を挟んで圧着される一対のリード端子とを備えるＰＴＣ素子であって、
   前記素体の前記一対のリード端子に圧着されていない部分を覆う保護膜を更に備え、
   前記一対のリード端子はそれぞれ、前記素体と重なる重複領域と、前記素体と重ならない非重複領域とを有し、
   前記一対のリード端子それぞれの非重複領域は、前記一対のリード端子が互いに重なりあう領域と、前記一対のリード端子が互いに重なりあわない領域と、を含み、
   前記一対のリード端子それぞれの重複領域には前記素体に食い込むアンカー突起が形成されており、
   前記素体に隣接する前記非重複領域には前記保護膜の剥離を抑制するための剥離抑制領域が形成されていると共に、少なくとも前記剥離抑制領域を除いた前記非重複領域においては前記アンカー突起が押しつぶされて平坦化され、
   前記剥離抑制領域は前記一対のリード端子が互いに重なりあう前記領域に形成されており、前記剥離抑制領域においては前記保護膜に食い込むアンカー突起が形成されている、ＰＴＣ素子。
2. 前記アンカー突起は、大径部及び小径部を有しており、
   前記大径部は、前記アンカー突起が前記リード端子から延びる方向において先端側に設けられ、
   前記小径部は、前記大径部よりも前記アンカー突起の根元側に設けられている、請求項１に記載のＰＴＣ素子。
3. 前記剥離抑制領域は、前記各リード端子において、前記非重複領域における前記アンカー突起が押しつぶされて平坦化された領域と前記重複領域との間に少なくとも位置している、請求項１又は２に記載のＰＴＣ素子。

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