JPS63216301A - Ｐｔｃ素子およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用骨！ｌ！ｆ） 本発明は、電気素子に関し、より詳細には、温度−１−
昇に伴って比較的狭い温度領域で電気抵抗が急増する性
質［ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ＬｅｍｐｅｒａＬ
−ｕｒｅ　ｃｏｅｒｆ：ｃｉｅｎＬ　）　）を存する電
気素子、すなわち、ＰＴＣ素子およびその製造法に関す
る。

〔従来の技術〕

ＰＴＣ組成物は、一定の温度に上昇すると発熱が止まる
ヒータ、正特性サーミスタ（ＰＴＣＴＩＩＨＲＭＩＳＴ
ＥＩ？）　、感熱センサ、電池などを含む回路が短絡し
たとき過電流を所定の電流値以下に制限し他方その短絡
が取除かれたとき回路を復帰する回路保護素子などに利
用することができる。ＰＴＣ組成物として現在種々の物
質が開発され、従来から、例えば、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯｓ
に１価または３価の金属酸化物を添加したもの、また、
ポリエチレン、エチレン−アクリル酸共重合体などのｍ
合体にカーボンブラックなどの導電性粒子が均一に分散
されたものがある。

このＰＴＣ組成物の製造法は、一般的に、重合体として
用いる１種またはそれ以上の樹脂に必要二のカーボンブ
ラックを添加して混練することからなる。更に、ＰＴＣ
組成物を利用する、例えば、この物質を金属電極板で挟
持する従来のＰＴＣ素子は、第６図（ａ）および（ｂ）
に示すように、主にＰＴＣ組成物２と、これを挟持する
電極板３ａおよび３ｂと、その電極板の夫々に接続され
たり−ド４ａおよび４ｂとからなり、このＰＴＣ組成物
は、重合体中に導電性粒子を分散してなる組成物である
。そのＰＴＣ素子の製造法において、少なくとも１種の
重合体と導電性粒子とをそのｍ合体の融点以上の温度で
混練してＰＴＣ組成物を調製し、このＰＴＣ組成物をフ
ィルム状に成形する。このＰＴＣ組成物と電極板との接
合は、ＰＴＣ組成物をその融点付近の温度で電極金属と
熱圧前して行われている。接合して得られた積層体を所
定の・」′法に切断し、この積層体の電極表面にリード
を半田付け、スポット溶接などで電気的に接続させてＰ
ＴＣ素子を製造している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

基板にリード線を通す穴を設けず、基板表面に相互配線
のための導体パターンを形成し、そのパターンに接続さ
れているハンダ付はランドと、部品の電極とを接続する
という部品搭載方法、すなわち、表面実装では、部品の
自動供給、自動組立ての自動化が可能である。しかしな
がら、従来のＰＴＣ素子の構造では、電極板にリード板
ないしリード線が溶接などで電気的機械的に接合され、
その形状では、リード端子がＰＴＣ素子本体から突出し
ている。したがって、電子機器、音響機器の小型化に伴
う実装密度の高度化が困難であり、実装速度が他のチッ
プ部品に比べて遅く、しかも、リードの脱落やリードの
曲りなどによる実装の信頼性低ドなどの問題が生じる。

この発明は」二述の背景に基づいてなされたものであり
、その目的とするところは、部品の自動供給、自動組１
７．ての自動化実装ラインで回路基板に半導体などのチ
ップと共にＰＴＣ素子を実装することができるＰＴＣ素
子を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によればこの課題は、少なくとも３の電極と、該
電極間に配設されかつ該電極と電気的に接続したＰＴＣ
組成物とからなるＰＴＣ素子であって、該ＰＴＣ素子が
全体として実質的に板状を成し、該電極のうち少なくと
も１の電極が該成形体の第１面に設けられ、該第１面と
反対側の成形体第２面に残りの電極が各々間隔を置いて
設けられ、好ましくは、第１面に設けられた電極が第１
面の外周部を除く部分面に設けられていることを特徴と
するＰＴＣ素子によって達成される。この際に第１面に
設けられた電極も複数の電極に分割することができる。

この発明の好ましい態様では、ＰＴＣ組成物は、少なく
とも１の重合体と、重合体中に分散された導電性粒子お
よび熱伝導性充填材とを含む。

この発明のＰＴＣ素子の製造法は、ＰＴＣ組成物からな
る板状成形体の両面の各々に、電極用金属層を電気的機
械的に接合して積層体を形成し、この積層体の少なくと
も１の金属而をエツチングにより部分的に除去して少な
くとも２以上の電極に分割し、好ましくは、更に積層体
の少なくとも１の金属而の外周部をエツチングにより除
去することを禽むものである。

以下、この発明をより詳細に説明する。

ＰＴＣ組成物 この発明におけるＰＴＣ素子は、少なくとも３の電極と
、その電極と電気的に接続されたＰＴＣ組成物とを備え
る。このＰＴＣ組成物は、例えば、ＢａＴｉＯ３に１価
または３価の金属酸化物を添加したもの、重合体に、導
電性粒子、および必要に応じて熱伝導性充填材が添加さ
れたものなどがある。

この発明に於いて用いる重合体として、ポリエチレン、
ポリエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタジェン、ポリ
エチレンアクリレート、エチレン−エチルアクリレート
共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタム、
フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポリエ
チレン、クロロスルホン化エチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレ
ン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ
カーボネート、ポリアセタール、ポリアルキレンオキシ
ド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、フッ素樹
脂、およびこれ等のうちから選ばれた少なくとも２種の
ブレンドポリマー等がある。この発明において、重合体
の種類、組成比などは、所望の性能、用途などに応じて
適宜選択することができる。

重合体に分散される導電性粒子は、電気伝導性をＦ、１
つ物質からなり、その様なものとして、カーボンブラッ
ク、銀粉、金粉、カーボン粉、グラファイト、銅粉、カ
ーボン繊維、ニッケル粉、銀めっき微粒子などの導電性
物質の粒子を用いることができる。この導電性粒子の粒
径、比表面積などは、ＰＴＣ組成物の用途、所望の特性
に応じて種々のものを適宜選択することが望ましい。

この発明の好ましい態様において、重合体に分散するこ
とのできる熱伝導性粒子は、熱伝導性を持つ無機または
有機性の物質からなり、その様なものとして、例えば、
シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、Ｂ　ｅ　Ｏ％アル
ミナから選ばれた少なくとも一種の物質、これらの混合
物などがある。この熱伝導性粒子の粒径、比表面積など
は、ＰＴＣ組成物の用途、所望の特性に応じて種々のも
のを適宜選択することができる。

ＰＴＣ組成物の調製に際して、」−２の重合体、導電性
粒子、熱伝導性粒子以外に、必要に応じて種々の添加剤
を混合することができる。そのような添加剤として、例
えば、アンチモン化合物、リン化合物、塩素化化合物、
臭素化化合物などの難燃剤、酸化防止剤、安定剤などが
ある。

この発明においてＰＴＣ組成物は、その原材料、重合体
、４電性拉子、熱伝導性粒子その他添加剤を所定の割合
いで配合・混練して調製される。この発明において、重
合体に導電性粒子次いで熱伝導１１口、シ子、行しくは
熱伝導性粒子次いで導電性粒子、または同時に両者を配
合・混練して調製してもよい。四に、２種以上の重合体
を用いる場合、重合体と導電性粒子および熱伝導性粒子
との混練を、各重合体毎に、その重合体と導電性粒子お
よび熱伝導性粒子と）備混練し、次いで各予備混練物を
所定の割合いで本混練することもてきる。この混練は、
その重合体と導電性粒子および熱伝導性粒子とを混練し
て行われる。重合体と粒子との配合割合は、目的組成物
の粒子な瓜、重合体の種類、ミキサー、ニーダ−の種類
などに応じて適宜選択することができる。この発明にお
いて、混練前に粉砕、加熱、混合などの前処理をしても
よい。

混練に際する温度は、混練する重合体の融点からその融
点より６０℃、好ましくは、５０℃高い温度の７３度範
囲である。これは、その範囲で、混練する正合体がゲル
化して導電性粒子を均一に分散させることかできるから
である。

添加剤をＰＴＣ組成物に混入させる場合、この添加剤を
予備混合の前後、混練の前後のいずれかに、または、予
備混合若しくは混練と同時に添加してもよい。

ＰＴＣ素子 この発明のＰＴＣ素子は、上述のＰＴＣ組成物からなる
板状成形体と、それと接触する３以上の電極とからなる
。ここで用いることのできる電極子」料の種類としては
、通常の電極として用いることのできる金属であり、そ
の様なものとして、例えば、ニッケル、コバルｌ−、ア
ルミニウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄（ステンレス鋼
などの鉄合金を含む）、亜鉛、金、鉛、白金などがある
。電極の形状、寸法などはＰＴＣ素子の用途などに応じ
て適宜選択することが望ましい。この発明において電極
材料として、圧延金属箔の他、焼鈍処理した金属でもよ
い。この焼鈍によって応力、歪みなどが除去される。さ
らに、電極は、機械的、電気化学的にその表面が粗面化
されているものであってもよく、特に、表面に粒状突起
を有するニッケルなどの金属箔が好ましい。

この発明によるＰＴＣ索、子の電極構造は、ＰＴＣ組成
物の板状成形体の第１面に少なくとも１の電極が設けら
れ、その第１面と反対側の第２面に残りの電極が各々間
隔を置いて設けられているものである。この発明のＰＴ
Ｃ素子において、第１面に設けられた電極を、第１面に
外周部を除く部分面に設けられたものとすることもでき
る。

この発明のＰＴＣ素子の態様を、添附図面を参照して説
明する。

第１図（ａ）および（ｂ）にこの発明によるＰＴＣ素子
の一態様を示す。この態様のＰＴＣ素子１では、全体が
角形板状を成し、同一面で分割された電極３ａおよび３
ｂと、他面に設けられた電極３Ｃと、ＰＴＣ組成物から
なる板状成形体２とからなる。

第２図にこの発明によるＰＴＣ素子の別の態様を示す。

この態様のＰＴＣ素子１では、全体が角形板状を成し、
同一面で分割された電極３ａ、３ａ−１３ｂおよび３ｂ
−と、他面に設けられた電極３ｃと、ＰＴＣ組成物から
なる板状成形体２とからなる。

第３図にこの発明によるＰＴＣ素子の好ましい態様を示
す。この態様のＰＴＣ素子１では、全体か角形板状を成
し、同−而で分割された電極３ａおよび３ｂと、他面に
設けられた電極３Ｃと、ＰＴＣ組成物からなる板状成形
体２とからなり、電極３Ｃは成形体２の外周部をすべて
除く部分面に設けられている。

第４図にこの発明によるＰＴＣ素子の好ましい態様を示
す。この態様のＰＴＣ素子１では、全体が角形板状を成
し、同一面で分割された電極３ａおよび３ｂと、他面に
設けられた電極３ｃと、ＰＴＣ組成物からなる板状成形
体２とからなり、電極３Ｃは成形体２の外周部の一部を
除く部分面に設けられている。

第５図にこの発明によるＰＴＣ素子の好ましい態様を示
す。この態様のＰＴＣ素子１では、全体が角形板状を成
し、同一面で分割された電極３ａおよび３ｂと、他面に
設けられた電極３Ｃと、ＰＴＣ組成物からなる板状成形
体２とからなり、電極３ｃは成形体２の外周部の一部を
除く部分面に設けられている。

この発明は上記の態様に限定されず種々の変形態様が可
能である。

樹脂彼覆 この発明においてＰＴＣ素子の表面に必要に応じて樹脂
膜を形成することができる。その様な樹脂の種類として
、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂
、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂
、ポリアセタール樹脂、ポリアルキレノキシド、飽和ポ
リエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリイミド、ポリ　　　　　
′アミドイミド、ポリエステルイミド、ポリベンゾイミ
ダシル、ポリフェニレンスルフィド、ケイ素樹脂、尿素
樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウ
レタン樹脂、これらのブレンドポリマー、化学試薬との
反応、放射線架橋、共重合などによる改質された上記樹
脂などがある。

これらの樹脂のなかで好ましい樹脂はエポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂である。これら樹脂には、種々の添加剤を
、例えば、可塑剤、硬化剤、架橋剤、酸化防１１．剤、
充填剤、帯電防止剤、難燃剤、などを添加してもよい。

この発明において用いる樹脂は少なくとも絶縁性を有し
ており、ＰＴＣ素子表面に対して密着性を何している。

樹脂の彼覆法は、特に限定されず、例えば、噴霧、塗付
け、浸漬などで行うことができる。さらに、樹脂ゆ右後
の硬化は、化学処理、加熱、放射線照射など樹脂の種類
に応じて行うことができる。

ＰＴＣ素子の製造法 この発明によるＰＴＣ素子の製造法は、先ず、ＰＴＣ組
成物からなる板状成形体の両面の各々に、電極用金属層
を電気的機械的に接合して積層体を形成する。この接合
する方法の例として、板状成形体のＰＴＣ組成物をその
融点近傍まで加熱し、電極用金属をこの成形体の上下に
熱圧着して積層体を形成する方法、その融点近傍まで金
属を加熱して成形体の上下に熱圧着する方法、導電性接
青剤を用いて板状成形体と電極用金属層とを接合するｈ
゛法、更に、板状成形体の表面にメッキもしくは蒸着法
によって電極用金属層を形成して接合する方法などがあ
る。

次いで、積層体の少なくとも１の電極用金属面が、エツ
チングにより部分的に除去され、その結果、少なくとも
２の電極に分割される。このエツチング工程は通常の方
法によっておこなわれるが、エツチング箇所から電気的
に短絡しないように金属か除去される。

この発明において、電極分割のためのエツチングと同時
に、もしくはその前後に、積層体の少なくとも１の電極
用金属面の外周部が、エツチングによって除去する工程
を加えることもできる。

この発明の電極構造が形成された積層体は、必要に応し
て、所定の寸法に切断してＰＴＣ素子に仕上げられる。

得られたこの発明のＰＴＣ素子は、チップ部品として、
基板に部品のリード線を通す穴を設けずに、基板の表面
のみを利用して、部品を実装する工法、いわゆる、表面
実装に用いることができる。

〔作用および発明の効果〕

この発明か１−記のように構成されているので、下記の
作用効果を有する。

この発明のＰＴＣ素子は、全体として板状を成し、電極
が板状ＰＴＣ素子の端部を形成し、リード板もしくは線
がないので、チップ部品であるＰＴＣ素子の自動供給、
自動組立てが容易となり、したがって、実装速度および
信頼性が著しく向上する。さらに、リードの厚みが不要
であり、その減少分によりＰＴＣ素子の寸法設＝１に余
裕ができ、例えば、リードレス部品規格にあわせたもの
とすることができ、また、より優れたＰＴＣ特性を有す
る素子を製造することができる。

この発明のＰＴＣ素子では、成形体の第一面に少なくと
も１の電極が設けられ、反対側の第２面に少なくとも２
の電極か各々間隔を置いて設けられているので、第２面
の第１の電極から第１面の電極を経て第２面の第２の電
極へつながる電路が形成されるので、第１面と第２面と
の間に介在するＰＴＣ組成物中を電流が流れるために、
本素子を実装した回路の過電流保護素子として確実に動
作する。他の形態としては、第２面の第１の電極から第
２の電極への電路も合せて考えることもでき、多節多様
な設計を行なうことができる利点がある。

この発明の好ましい態様である電極金属の外周部での除
去により、ハンダ実装時のＰＴＣ素子下部電極から上部
電極へのハンダ材料の追上がりを防ぎ、短絡のない信頼
性の高いＰＴＣ素子を提供することができる。

〔実施例〕

この発明を、例によって具体的に説明する。

実施例１ 下記組成のＰＴＣ組成物を調製した。

重量％ 重合体・・・高密度ポリエチレン　　　　・・・・・・
４８（東洋凸達製、ニポロンハード５１００）導電粒子
・・・カーボンブラック　　　　・・・・・・５０（キ
ャボット社製、スターリングＶ） フェノール系酸化防止剤　　　　　　・・・・・・　２
（チバガイギー製、イルガノックス１０１０）これらの
原料を二本ロールで混練してＰＴＣ特性を有する物質を
調製し、史に、押出し成形機またはロール成形機で厚さ
５００μｍのフィルムを成形した。このフィルムを３０
Ｘ３０＋ｎａ＋に切断し、ｉ１１而化したニッケル箔（
厚さ６５　ｕ　ｍ、５０ｆｆｌＩＩ＋×５０ｍｍ）をフ
ィルムの両端に１７０°Ｃで熱圧着して積層体（１’、
’さ４００μｔｎ）を装造した。この積屠体にメッキマ
スクテープを貼付しエツチング部分のみ露出させた。下
記組成のエツチング液でｃ５０℃で１０分のエツチング
処理を行った。

エツチングｉｔｋ組成 塩化第二鉄　　　　　　　３８％ 塩化第一鉄　　　　　　０．３５％ 遊離塩酸　　　　　　　０．４０９６ ’　Ｂｅ　−（１５／４°Ｃ）　　　４２’次いで、所
望の寸法に切断し、第９図（ａ）に示すＰＴＣ素子を得
た。そのＰＴＣ素子についてのＶ−１特性およびトリッ
プ特性を第７図（１）および（ｎ）のカーブ（ａ）に示
す。このＰＴＣ素子は自動化実装に用いることのできる
ものであった。

なお、ＰＴＣ特性ををする物質の成形体表面に樹脂膜を
形成しておくこともできる。

実施例２ ・」°法を変えたこと以外、実施例１と同様に第９図（
ｂ）に示す寸法のＰＴＣ素子を製造した。そのＰＴＣ素
子のＶ−Ｉ特性およびトリップ特性を第７図（１）およ
び（ＩＩ）のカーブ（ｂ）に示す。

実施例３ 第゛３図に示す構造にしたこと以外、実施例１と同様に
ＰＴＣ素子を第１０図（ａ）に示す寸法で製造した。そ
のＰＴＣ素子のＶ−１特性およびトリップ特性を第８図
（１）および（ＩＩ）のカーブ（ａ）に示す。

得られたＰＴＣ素子はハンダ実装時の短絡不良が発生し
なかった。

実施例４ 第４図に示す構造にしたこと以外、実施例１と同様にＰ
ＴＣ素子を第１０図（ｂ）に示す寸法で製造した。その
ＰＴＣ素子のＶ−１特性およびトリップ特性を第８図（
Ｉ）および（ＩＩ）カーブ（ｂ）に示す。

得られたＰＴＣ素子はハンダ実装時の短絡不良が発生し
なかった。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明によるＰＴＣ素子例の斜視図、第６
図は従来のＰＴＣ素子例の外観図、第７〜８図は実施例
１〜４によるＰＴＣ素子のＶ−１特性およびトリップ特
性を示す線図、第９〜１０図は実施例１〜４のＰＴＣ素
子の寸法を示す図である。 １・・・ＰＴＣ素子、２・・・ＰＴＣ特性をｑする物質
、３・・・電極、４・・・リード。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第４図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） 第６図 （Ｉ）　　　　　　　　　　（Ｉｆ） 第７図 〔ＳｅＣ〕 電圧ｖ　　（ｖ）　　　　　　　　　　　　　　電流、
〔Δ〕（■）　　　　　　　　　（ＩＩ） 第８図 （ａ　）　　　　　　　（ｂ　） ＜ａ）　　　　　　　（ｂ） 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも３の電極と、該電極間に配設されかつ該
   電極と電気的に接続したＰＴＣ組成物からなる板状成形
   体とを有するＰＴＣ素子であつて、該ＰＴＣ素子が全体
   として実質的に板状を成し、該電極のうち少なくとも１
   の電極が該成形体の第１面に設けられ、該第１面と反対
   側の成形体第２面に残りの電極が各々間隔を置いて設け
   られていることを特徴とするＰＴＣ素子。 ２、該成形体の第１面に設けられた電極が、該第１面の
   外周部を除く部分面に設けられる特許請求の範囲第１項
   記載のＰＴＣ素子。 ３、該ＰＴＣ組成物が、少なくとも１の重合体と、該重
   合体中に分散された導電性粒子と、該重合体中に分散さ
   れた熱伝導性充填材とを含む、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載のＰＴＣ素子。 ４、ＰＴＣ組成物からなる板状成形体の両面の各々に、
   電極用金属層を電気的機械的に接合して積層体を形成し
   、該積層体の少なくとも１の該金属面をエッチングによ
   り部分的に除去して少なくとも２以上の電極に分割する
   ことを特徴とするＰＴＣ素子の製造法。 ５、積層体の少なくとも１の金属面の外周部をエッチン
   グにより除去する、特許請求の範囲第４項記載のＰＴＣ
   素子の製造法。