JPH09246008A - 導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子の製造方法 - Google Patents

導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子の製造方法

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JPH09246008A
JPH09246008A JP8048588A JP4858896A JPH09246008A JP H09246008 A JPH09246008 A JP H09246008A JP 8048588 A JP8048588 A JP 8048588A JP 4858896 A JP4858896 A JP 4858896A JP H09246008 A JPH09246008 A JP H09246008A
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JP
Japan
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conductive polymer
polymer
conductive
metal
crystalline polymer
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JP8048588A
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English (en)
Inventor
Koichi Morimoto
光一 森本
Hiroshi Hasegawa
洋 長谷川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電流保護素子として各種電気電子機器の回
路保護に使用する。導電性ポリマ組成物の素子におい
て、量産性が高いものを提供することを目的とする。 【解決手段】 結晶性ポリマとこの結晶性ポリマに分散
された導電性粒子からなる導電性ポリマにおいて、結晶
性ポリマは架橋処理され、かつ導電性ポリマの平面板状
の表面の面粗さは0.2μm以上で、溶射法にて表面に
金属の電極を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電気電子機器
の短絡等による過電流に対する回路保護に用いるPTC
(Positive Temperature Coe
fficient=正の温度係数をもつ)特性を有する
導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下に、従来の導電性ポリマを用いた過
電流保護素子としては、米国特許第4689475号
に、0.1〜100μmの表面粗さをもつ金属箔や表面
を粗面化した金属板を熱圧着する製造方法が開示されて
いる。この金属箔は、表面粗さが2〜5μmにあるた
め、熱でポリマを溶かし圧力をかけると導電性ポリマが
金属箔の粗面部に喰い込み、導電性ポリマとのオーミッ
クコンタクト性が良好(接触抵抗値が小さい)であり、
接着強度も粗面化されていない金属箔との接着より強い
ものが開示されている。
【0003】また、特公平1−29044号に、樹脂に
金属粉を混合したペーストを導電性ポリマの表面に塗布
し、乾燥硬化し固着させる製造方法が開示されている。
ペースト塗布は、印刷法等が適用できるため、量産性が
優れている。
【0004】また、特公平4−44401号に、導電性
ポリマの表面をエッチング処理した後、電気メッキある
いは化学メッキを施す製造方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の金属電解箔
または表面を粗面化した金属板を熱圧着する製造方法
は、融点以下までプレスしながら冷却することが必要が
あるため、生産性の低い導電性ポリマと金属箔の間に空
泡が入らないように、真空中の槽の中でプレスすること
が望ましいため、1回の金属箔を接着する処理時間が、
プレスの熱板の温度の上昇下降および真空に引く時間が
必要であるため、さらに生産性が悪くなる課題があっ
た。
【0006】また、金属粉を混合したペーストを塗布し
固着する製造方法は、金属箔を圧着した場合に比較し
て、導電性ポリマとのオーミックコンタクト性が悪くか
つ電極材料自体の比抵抗値が高いため、接触抵抗値が約
1〜10Ω・cm生じる課題があった。
【0007】また、電気メッキあるいは化学メッキを施
す製造方法は、電極となるメッキ皮膜の強度が弱いた
め、保護素子の寿命試験であるトリップサイクル試験に
おいて、メッキ皮膜にクラックが入る問題があった。
【0008】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、量産性が高い導電性ポリマとこれを用いた過電流保
護素子の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、結晶性ポリマは架橋処理され、かつ導電性
ポリマの平面板状の表面の面粗さは0.2μm以上で、
溶射法にて表面に金属または導電性非金属のいずれかの
電極を形成するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分散された導
電性粒子を混入してなる導電性ポリマにおいて、前記結
晶性ポリマは架橋処理され、かつ前記導電性ポリマの平
面板状の表面の面粗さは0.2μm以上で、溶射法にて
前記表面に金属または導電性非金属のいずれかの電極を
形成するものである。
【0011】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
記載の発明の導電性ポリマの表面を、サンドブラスト
法、プラズマエッチング法、化学的エッチング法で荒ら
したものである。
【0012】また、請求項3に記載の発明は請求項1記
載の発明の電極面上に、金属のメッキを施してなるもの
である。
【0013】また、請求項4に記載の発明は、結晶性ポ
リマと前記結晶性ポリマに分散された導電性粒子からな
る導電性ポリマの表面に、金属または導電性非金属材料
を溶射して電極を形成してなるものである。
【0014】また、請求項5に記載の発明は、請求項4
記載の発明の電極面上に金属のメッキを施してなるもの
である。
【0015】本発明の実施の形態は、結晶性ポリマと前
記結晶性ポリマに分散された導電性粒子からなる導電性
ポリマにおいて、前記結晶性ポリマが架橋処理された前
記導電性ポリマの表面の面粗さを0.2μm以上荒らし
た後に、溶射法にて金属あるいは導電性非金属材料の電
極を形成する導電性ポリマとこれを用いた過電流保護素
子の製造方法である。
【0016】(実施例1)以下、本発明の実施例1につ
いて説明する。
【0017】まず、結晶化度70〜90%の高密度ポリ
エチレンを49重量%とファーネス法で製造した平均粒
径58μm、比表面積38m2/gのカーボンブラック
を50重量%、酸化防止材を1重量%を、ヒータで15
0℃に加熱した2本ロールにて20分間混合して混合物
を得る。
【0018】次に、この混合物を2本ロールからシート
状で取り出し、厚みを1mmに均一にするため金属板で
押さえながら冷却して導電性ポリマを得る。
【0019】次に、導電性ポリマのシートを電子線照射
装置内で一方から10Mrad照射し、ついで、他方か
ら10Mrad照射し、高密度ポリエチレンに放射線架
橋を施した後、150×150mm角に切断する。
【0020】次に、切断された導電性ポリマを片面ず
つ、Al23の研磨材を用いて2kg/cm2のエアー
圧力でサンドブラスト処理を実施し、静電除去をした直
後に、2kg/cm2のエアー圧力で残留している研磨
材を除去する。ここで得られた導電性ポリマの表面粗度
を表面粗さ計で測定すると、表面粗さは2.6〜4.4
μmであった。
【0021】次に、前工程で得られた導電性ポリマの四
隅を押さえ固定する治具に取り付け、酸素とアセチレン
ガスによるガス燃焼炎中に、φ5mmのニッケルの棒を
アーク溶融し、約5kg/cm2のエアー圧力で導電性
ポリマに溶融したニッケル粒子を衝突させ皮膜を形成す
るアーク溶射法で、導電性ポリマに片面ずつニッケル粒
子を吹き付け、導電性ポリマに電極を形成する。
【0022】最後に、溶射されたニッケル金属膜が形成
された導電性ポリマを5×5mmの試料に切り出し、こ
の導電性ポリマのニッケル電極膜にリード端子をはんだ
接合し、過電流保護素子を作製するものである。この過
電流保護素子の常温(25℃)での比抵抗値、抵抗温度
特性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後の常温での比
抵抗値を(表1)に示す。
【0023】
【表1】
【0024】(実施例2)以下、本発明の実施例2につ
いて説明する。
【0025】まず、実施例1と同様の組成の導電性ポリ
マを、実施例1と同様に混練法でシート状に作成する。
【0026】次に、前工程で得られた導電性ポリマのシ
ートを実施例1と同様に、高密度ポリエチレンに放射線
架橋を施し、150×150mm角に切断する。
【0027】次に、前工程で得られた導電性ポリマを、
0.5Torr減圧しかつ酸素20cc/分を流したチ
ャンバー内で2kVのプラズマ照射によるエッチング処
理を1分間片面ずつ実施する。ここで得られたポリマP
TCの表面粗度を表面粗さ計で測定すると、表面粗さは
0.2〜0.8μmであった。
【0028】次に、実施例1と同様な治具を使用し、実
施例1と同じアーク溶射法でニッケル粒子を溶射し、導
電性ポリマに電極を形成する。
【0029】最後に、実施例1と同一の形状に切り出し
リード端子を接合し、過電流保護素子を作製するもので
ある。この保護素子の常温(25℃)での比抵抗値、抵
抗温度特性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後の常温
での比抵抗値を(表1)に示す。
【0030】(実施例3)以下、本発明の実施例3につ
いて説明する。
【0031】まず、実施例1と同様な組成の混合物を、
実施例1と同様な混練法でシート状に作成する。
【0032】次に、前工程で得られた導電性ポリマのシ
ートを実施例1と同様に、高密度ポリエチレンに放射線
架橋を施し、この導電性ポリマを150×150mm角
に切断する。
【0033】次に、前工程で得られた導電性ポリマを実
施例1と同様にサンドブラスト処理をする。
【0034】次に、実施例1と同じ治具に取り付け、酸
素とアセチレンガスによるガス燃焼炎中にニッケル粉末
約30〜65μmをガンに送り込み、ガン出口より燃焼
炎の流れにのせて加熱しつつ溶射するサーモスプレイ法
で、導電性ポリマに片面ずつニッケル粒子を吹き付け、
導電性ポリマに電極を形成する。
【0035】最後に、実施例1と同一の形状に切り出し
リード端子を接合し、過電流保護素子を作製するもので
ある。この保護素子の常温(25℃)での比抵抗値、抵
抗温度特性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後の常温
での比抵抗値を(表1)に示す。
【0036】(実施例4)以下、本発明の実施例4につ
いて説明する。
【0037】まず、実施例1と同様な組成の混合物を、
実施例1と同様な混練法でシート状に作成する。
【0038】次に、前工程で得られた導電性ポリマのシ
ートを実施例1と同様に、高密度ポリエチレンに放射線
架橋を施し、この導電性ポリマを150×150mm角
に切断する。
【0039】次に、前工程で得られた導電性ポリマを実
施例1と同様にサンドブラスト処理をする。
【0040】次に、実施例1と同様な治具を使用し、窒
素ガスを電離させて生じる高温・高速のプラズマジェッ
トに、非金属の導電性材料であるけい化チタン(TiS
2)の粉末を送り込み、ジェット中で溶融・加速して
導電性ポリマの表面に減圧下の雰囲気のもとで衝突さ
せ、非金属の導電性の皮膜を形成するプラズマ・パウダ
ー・スプレイ法で、導電性ポリマに電極を形成する。
【0041】最後に、実施例1と同一の形状に切り出し
リード端子を接合し、過電流保護素子を作製するもので
ある。この過電流保護素子の常温(25℃)での比抵抗
値、抵抗温度特性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後
の常温での比抵抗値を(表1)に示す。
【0042】(実施例5)以下、本発明の実施例5につ
いて説明する。
【0043】まず、実施例1と同様な組成の混合物を、
実施例1と同様な混練法でシート状に作成する。
【0044】次に、前工程で得られた導電性ポリマのシ
ートを実施例1と同様、高密度ポリエチレンに放射線架
橋を施し、このポリマPTCを150×150mm角に
切断する。
【0045】次に、前工程で得られた導電性ポリマを実
施例1と同様にサンドブラスト処理をする。
【0046】次に、実施例1と同様な治具を使用し、実
施例4と同じ非金属の導電性材料であるけい化チタン
(TiSi2)をプラズマ・パウダー・スプレイ法で、
導電性ポリマに減圧下の雰囲気のもとで非金属の導電性
の皮膜を形成する。
【0047】次に、非金属の導電性の皮膜上にニッケル
めっきを施し、導電性ポリマに電極を形成する。
【0048】最後に、実施例1と同一の形状に切り出し
リード端子を接合し、過電流保護素子を作製するもので
ある。この保護素子の常温(25℃)での比抵抗値、抵
抗温度特性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後の常温
での比抵抗値を(表1)に示す。この過電流保護素子
は、実施例4の非金属の電極表面をめっきしたため、リ
ード端子とのはんだ接合において、金属間化合物を生成
するため信頼性が向上した。
【0049】PTC特性の抵抗上昇桁数は、本実施例で
作成したすべてのサンプルが5桁以上であるため、過電
流保護素子として使用した場合、過電流(10,20,
40A)を印加した後直ちに自己発熱して熱平衡状態に
なるまで抵抗値が上昇し、電流値を減衰することができ
た。
【0050】さらに、PTC特性発生後の常温での比抵
抗値と初期抵抗値の比較において、2倍以内であったた
め、保護素子の信頼性試験であるトリップサイクル特性
(40Aの過電流を1分間ON、5分間OFFで、間欠
印加した後の抵抗値変化率)においても、抵抗値変化率
が20%以内であった。
【0051】(比較例1)以下、比較例1について説明
する。
【0052】まず、実施例1と同じ組成の混合物を、実
施例1と同様な混練法でシート状に作成する。
【0053】次に、前工程で得られた導電性ポリマのシ
ートを実施例1と同様に、高密度ポリエチレンに放射線
架橋を施し、この導電性ポリマを150×150mm角
に切断する。
【0054】次に、前工程で得られた導電性ポリマを実
施例1と同様なサンドブラスト処理をする。この際、導
電性ポリマの表面は、実施例1で施したポリマーシート
の表面のエッチング処理はしなかった。この時、導電性
ポリマの表面粗度を表面粗さ計で測定すると、表面粗さ
は0.03〜0.1μmであった。
【0055】次に、実施例1と同様な治具を使用し、実
施例1と同じアーク溶射法でニッケル粒子を溶射し、ポ
リマーシートの表面に金属皮膜を形成する。
【0056】最後に、実施例1と同一の形状に切り出し
リード端子を接合し、過電流保護素子を得る。この過電
流保護素子の常温(25℃)での比抵抗値、抵抗温度特
性の抵抗値上昇桁数、PTC特性発生後の常温での比抵
抗値を(表1)に示す。
【0057】常温での比抵抗値は、実施例のサンプルと
比較して、約2倍大きかった。これは、導電性ポリマの
表面は、ごく薄いポリマで覆われているため、この表面
を比較例1のはエッチング処理されていないため、電極
膜とのオーミックコンタクト性が悪いものである。
【0058】(比較例2)以下、比較例2について説明
する。
【0059】まず、実施例1と同様な組成の混合物を、
実施例1と同様な混練法でシート状に作成する。この導
電性ポリマのシートは、実施例1で施した架橋はせず、
導電性ポリマを150×150mm角に切断する。
【0060】次に、前工程で得られた導電性ポリマを実
施例1と同様にサンドブラスト処理をする。
【0061】次に、実施例1と同様な治具を使用し、実
施例1と同じアーク溶射法でニッケル粒子を溶射し、ポ
リマシートの表面に金属皮膜を形成し、後工程は比較例
1と同様なので説明は省略する。
【0062】なお、実施例では結晶性ポリマの架橋は放
射線架橋法を施したが、過酸化物を添加し加熱して架橋
する化学架橋法、あるいはシランカップリング材を添加
し温水または水中で架橋する水架橋法でも良い。
【0063】また、導電性ポリマの表面を粗面化する方
法としては、実施例以外にも化学的エッチング処理でも
良い。
【0064】また、実施例では溶射した金属はニッケル
で、非金属の導電性材料はけい化チタンであったが、金
属では銅、アルミニウム、亜鉛またはそれらの合金等、
また非金属であれば、窒化物、炭化物のように、電気電
導性に優れ、工業的に粉末あるいは棒状が供給され、溶
射が可能な昇華せず溶ける材料であれば、他の材料でも
良い。
【0065】
【発明の効果】以上より本発明は、量産性が高く、低抵
抗な各種材料の電極が形成できる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分
    散された導電性粒子を混入してなる導電性ポリマにおい
    て、前記結晶性ポリマは架橋処理され、かつ前記導電性
    ポリマの平面板状の表面の面粗さは0.2μm以上で、
    溶射法にて前記表面に金属または導電性非金属のいずれ
    かの電極を形成する導電性ポリマ。
  2. 【請求項2】 導電性ポリマの表面を、サンドブラスト
    法、プラズマエッチング法、化学的エッチング法で荒ら
    した請求項1記載の導電性ポリマ。
  3. 【請求項3】 電極面上に、金属のメッキを施してなる
    請求項1記載の導電性ポリマ。
  4. 【請求項4】 結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分
    散された導電性粒子からなる導電性ポリマの表面に、金
    属または導電性非金属材料を溶射して電極を形成してな
    る過電流保護素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 電極面上に金属のメッキを施してなる請
    求項4記載の過電流保護素子の製造方法。
JP8048588A 1996-03-06 1996-03-06 導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子の製造方法 Pending JPH09246008A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100699428B1 (ko) * 2005-09-28 2007-03-26 전자부품연구원 도전성 입자의 제조방법
JP2012028273A (ja) * 2010-07-27 2012-02-09 Nhk Spring Co Ltd アース電極の接点及びその製造方法

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