KR100326778B1

KR100326778B1 - Ｐｔｃ 서미스터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100326778B1
Application number: KR1019997005877A
Authority: KR
Inventors: 코지마준지; 모리모토코이치; 이케다타카시; 미카모토나오히로
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2002-03-12
Also published as: KR20000062369A; WO1998029879A1; EP0955643A4; EP0955643B1; US6438821B1; DE69734323T2; CN1242100A; CN1123894C; DE69734323D1; JP3594974B2; EP0955643A1; US6188308B1

Abstract

본 발명은, 포지티브의 온도계수특성을 가진 도전성 폴리머를 사용한 PTC 서미스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, PTC 서미스터의 동작시에 있어서, 도전성 폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적 응력이 발생해도, 균열에 의한 측면전극층의 단선은 발생하지 않고, 또한 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC 서미스터 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 이 목적을 달성하기 위하여, 도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙부에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지도록 하고, 또 그 제조 방법은, 도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성 폴리머시트를 배치함과 동시에 이 도전성 폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하도록 한 것이다.

Description

ＰＴＣ 서미스터 및 그 제조 방법{PTC THERMISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

최근, PTC 서미스터는, 종래 자기제어히터에 많이 용도전개되어 왔는데 대해서, 전자기기 등의 과전류 보호 소자로서도 많이 사용되고 있다. PTC 서미스터를 과전류 보호 소자로서 사용하는 기능으로서는, 전기 회로에 과전류가 흐르면 자기발열하여, 도전성 폴리머시트가 열팽창해서 고저항치로 변화하여, 전류를 안전한 미소영역까지 감쇄시키는 것이다. 또, PTC 서미스터는 대전류를 통전시키기 위해, 또는 전압 강하를 작게하기 위해, 저저항화가 요구됨과 동시에 소형화가 요구되고 있다.

이하, 종래의 PTC 서미스터에 대해서 설명한다.

종래는, 일본국 특개소 61-10203호 공보에, 복수매의 도전성 폴리머시트와 금속박을 번갈아 적층하고, 또한 대향하는 측면에 인출부가 되는 측면전극층을 구비한 PTC 서미스터가 개시되어 있다.

도 10은 종래의 PTC 서미스터의 단면도이다. 도 10에 있어서, (1)은 가교된 폴리에틸렌 등의 고분자 재료에 카본블랙 등의 도전성 입자가 혼재된 도전성 폴리머시트이다. (2)는 도전성 폴리머시트(1)의 시단부 및 종단부에 개구부(3)를 가지고 번갈아 사이에 끼워짐과 동시에 도전성 폴리머시트(1)의 상·하면에 형성된 금속박 등으로 이루어진 내층전극이며, 이 내층전극(2)과 도전성 폴리머시트(1)를 번갈아 적층해서 적층체(4)로 하고 있다. (5)는 적층체(4)의 측면에 내층전극(2)의 일 단부와 전기적으로 접속되도록 형성된 인출부를 구성하는 측면전극층이다.

그러나, 상기한 종래의 저저항화를 위해 도전성 폴리머시트(1)와 내층전극(2)을 번갈아 적층한 구조의 PTC 서미스터는, 과전류가 흐르는 동작시에 있어서의 도전성 폴리머시트(1)의 팽창, 수축의 반복에 의거한 스트레스가 누적되어 측면전극층(5)이 균열 등에 의해 단선으로까지 이른다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 균열에 의한 측면전극층의 단선이 발생하지 않고, 또한 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC 서미스터 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

[발명의 개시]

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 PTC 서미스터는, 도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙부에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지는 것이다.

또, 본 발명의 PTC 서미스터의 제조 방법은, 도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성 폴리머시트를 배치함과 동시에 이 도전성 폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하는 것이다.

상기한 PTC 서미스터의 구성에 의하면, PTC 서미스터의 동작시에 있어서, 도전성 폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적 응력이 발생해도, 적층체의 측면의 중앙부에 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 측면전극층을 다층으로 구성함과 동시에, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어져 있기 때문에, 측면전극층에 대한 기계적 응력은 다층의 측면전극층의 계면에 있어서 완화됨과 동시에, 팽창한 도전성 폴리머시트가 측면전극층의 형성되지 않는 부분으로 압출됨으로써 측면전극층에 대한 기계적 응력은 경감되게 되고, 이에 의해, 기계적 응력의 집중에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 균열에 의한 단선이 발생하지 않고, 또 PTC 서미스터의 제조 방법에 의하면, 적층체와 도전성 폴리머시트와 금속박을 가열가압 성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복해서 적층하도록 하고 있기 때문에, 각층에 있어서의 도전성 폴리머시트의 두께를 균일하게 할 수 있어, 이에 의해, 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC 서미스터를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은, 포지티브의 온도계수(Positive Temperature Coefficient, 이하 「PTC」라 기록함)특성을 가진 도전성 폴리머를 사용한 PTC 서미스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 1(a)는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 사시도, 도 1(b)는 동요부 확대 단면도,

도 2는, 동 PTC 서미스터의 내층용 구리박의 표면부의 확대 단면도

도 3은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 제조 방법을 나타낸 공정도,

도 4(a), 열충격시험에 의한 측면전극층에의 균열 발생의 일 예를 나타낸 단면도, 도 4(b)는 동요부의 확대 단면도,

도 5(a)는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 사시도, 도 5(b)는 동요부의 확대 단면도,

도 6은, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 제조 방법을 나타낸 공정도,

도 7은, 도전성 폴리머의 두께의 차이에 의한 온도-저항치 측정도,

도 8은, 도전성 폴리머의 두께에 대한 내전압 특성도,

도 9는, 상면부 전체에 보호막을 형성한 칩형 PTC 서미스터를 나타낸 사시도,

도 10은, 종래의 PTC 서미스터를 나타낸 단면도.

<도면의 참조부호의 일람표>

1: 도전성 폴리머시트 2: 내층전극

3: 개구부 4: 적층체

5: 측면전극층 11a, 11b, 11c: 도전성 폴리머시트

12a, 12b: 내층전극 13a, 13b: 외층전극

14: 측면전극층 14a: 제 1 측면전극층

14b: 제 2 측면전극층 14c: 제 3 측면전극층

15a, 15b: 측면전극층의 비형성부분

16a, 16b: 제 1, 제 2 에폭시계 절연코트수지층

22: 니켈 돌기 23: 니켈 도금 코팅층

31: 구리박 32: 도전성 폴리머시트

33: 구리박 34: 적층체

35: 관통 구멍 36: 다층 도금막

37: 보호코트수지층 38: 니켈 도금막

39: 측면전극층의 비형성부분 40: 균열

41: 제 2 측면전극층 42: 제 3 측면전극층

51: 도전성 폴리머시트 52a, 52b: 내층전극

53: 외층전극 54: 틈새부

55: 측면전극층 61: 도전성 폴리머시트

62: 금속박 63: 제 1 적층체

64: 제 2 적층체

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

(실시예 1)

이하, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 PTC 서미스터에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 사시도, 도 1(b)는 도 1(a)를 A-A선으로 절단한 동요부 확대 단면도이다. 이 도 1(a), (b)에 있어서, (11a), (11b), (11c)는, 결정성 폴리머인 고밀도 폴리에틸렌과 도전성 입자인 카본블랙의 혼합물로 이루어진 도전성 폴리머시트이다. (12a), (12b)는 구리박으로 이루어진 내층전극이며, 이 내층전극(12a, 12b)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 양면에 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출(膨出)하는 형상의 니켈 돌기(22)를 가지고, 또 상기 니켈 돌기(22)를 보호하는 니켈 도금 코팅층(23)을 입힌 것이며, 그리고 상기 도전성 폴리머시트(11a, 11b, 11c)와 번갈아 적층되도록 형성되어 있다. (13a), (13b)는 구리박으로 이루어진 외층전극이며, 이 외층전극(13a, 13b)은 적층체의 최외층에 위치하고, 또한 도전성 폴리머시트(11a, 11c)에 접하는 면에 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 가지고, 또한, 상기 니켈 돌기를 보호하는 니켈 도금 코팅층을 입힌 것이다. (14a), (14b), (14c)는, 도전성 폴리머시트(11a, 11b, 11c)와 내층전극(12a, 12b) 및 외층전극(13a, 13b)을 적층해서 이루어진 적층체의 대향하는 양 단부면의 중앙부에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 측면전극층이다. 그리고 상기 내층전극(12a, 12b) 및 외층전극(13a, 13b)은, 대향하는 측면전극층(14)과 번갈아 전기적으로 접속되어 있다. (15a), (15b)는, 상기 측면전극층(14)이 형성되는 단부면의 상기 측면전극층(14)의 양쪽에 위치하는 측면전극층(14)의 비형성부분이다. 제 1 측면전극층(14a)은 제 1 니켈 도금, 제 2 측면전극층(14b)은 구리 도금, 제 3 측면전극층(14c)는 제 2 니켈 도금이며, 이 순서대로 층상의 도금층으로서 형성되어 있다. (16a), (16b)는, 상기 적층체의 최외층에 위치하는 제 1, 제 2 에폭시계 절연코트수지층이다.

이상과 같이 구성된 PTC 서미스터에 대해서, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 제조 방법에 대해, 도 3에 나타낸 공정도를 참조하면서 설명한다.

먼저, 35㎛의 구리박(31)을, 니켈와트욕(Watts nickel bath)중에서 통상의 약 4배의 전류 밀도(약 20A/dm²)에 의해서 도금 처리함으로써, 니켈 돌기를 5∼10㎛의 높이로 전해석출시켜, 그 후 통상의 전류 밀도(약 4A/dm²)에 의해 약 1㎛의 니켈 도금 코팅막을 형성했다. 이와 같이 표면에 니켈 돌기와 니켈 도금 코팅막을 형성한 구리박(31)을, 금형 프레스에 의해 패턴 형성을 행하였다. 또한, 패턴 형성은 사진법에 의한 에칭으로도 가능하다.

다음에, 결정화도 70∼90%의 고밀도 폴리에틸렌을 50중량%, 퍼니스(furnace)법에 의해 제조한 평균 입자직경 58㎚, 비표면적 38㎡/g의 카본블랙을 50중량%, 산화 방지제를 1중량% 준비하고, 이들을 약 150℃로 가열한 2개 열롤(roll mill)에 의해서 약 20분간 혼합하고, 그리고 이 혼합물을 2개 열롤로부터 시트상태로 꺼내어, 두께가 약 0.3㎜의 도전성 폴리머시트(32)를 3매 제작했다.

다음에, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 3매의 도전성 폴리머시트(32)와, 2매의 상기 패턴 형성을 행한 구리박(31)과, 도전성 폴리머시트(32)와 접하는 면만이 니켈 돌기와 상기 니켈 돌기를 보호하는 니켈 도금 코팅층을 가지고, 최외층의 상·하에 패턴 형성을 행하고 있지 않는 구리박(33)을 번갈아, 또한, 구리박(31)의 틈새부가 엇갈리도록 겹쳐 쌓았다.

다음에, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 겹쳐 쌓은 후, 온도 약 175℃, 진공도 약 20Torr, 면압력 약 50㎏/㎠에서 약 1분간의 진공 열 프레스에 의해 가열가압에 의해 성형하여, 일체화한 적층체(34)를 얻었다.

다음에 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 적층체(34)에 드릴링 머신에 의해 관통 구멍(35)을 형성했다. 이 관통 구멍(35)은, 금형 프레스에 의해 형성할 수도 있다. 그 후, 전자선 조사 장치내에서 전자선을 약 40Mrad조사하고, 고밀도 폴리에틸렌을 가교했다.

다음에, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(35)을 포함한 적층체(34)의 전체면에, 니켈와트욕중에서 약 30분간 통상의 전류 밀도(약 4A/dm²)로, 니켈 도금막을 10∼20㎛의 두께로 전해석출시켰다. 그 후, 황산구리의 욕중에서, 약 10분동안에 구리 도금막을 5∼10㎛의 두께로 전해석출시켜, 다층 도금막(36)을 형성했다. 또한, 황산니켈액에 습윤제를 0.5vol%첨가함으로써 관통 구멍(35)의 내벽에도 균일하게 도금층을 성장시킬 수 있고, 또한 통상 20000∼30000psi 발생하는 잔류 응력이 거의 없는 막을 형성할 수 있었다.

다음에, 도 3(e)에 나타낸 바와 같이, 최외층의 구리박(33) 및 다층 도금막(36)에 패턴 형성을 행하였다. 패턴 형성은, 에칭용 드라이 필름을 적층체(34)의 양면에 붙이고, 에칭패턴부를 UV노광한 후, 염화철에 의해 화학 에칭을 행하고, 그 후 드라이 필름을 박리하는 방법으로 행하였다. 에칭용 레지스트는 스크린 인쇄에 의해 형성하는 방법으로도 가능하다.

다음에, 도 3(f)에 나타낸 바와 같이, 적층체(34)의 양면의 관통 구멍(35)의 주변을 제외하고, 에폭시수지페이스트를 스크린 인쇄하고, 150℃에서 30분간 열경화시켜서 보호코트수지층(37)을 형성했다. 또한, 스크린 인쇄법이외에, 절연 레지스트필름을 붙이고, 사진법에 의해서 패턴 형성하는 방법으로도 가능하다.

다음에, 도 3(g)에 나타낸 바와 같이, 적층체(34)의 상·하면의 보호코트수지층(37)이 형성되어 있지 않는 부분과 관통 구멍(35)의 내벽에, 상기한 전해니켈 도금법에 의해서 전류 밀도(약 4A/dm²), 10분간의 조건에서, 5∼10㎛의 니켈 도금막(38)을 석출시켰다.

다음에, 도 3(h)에 나타낸 바와 같이, 적층체(34)를 다이싱에 의해, 낱조각으로 분할했다. 분할은 금형 프레스법으로도 가능하다. 적층체(34)의 대향하는 양 단부면에 측면전극층의 비형성부분(15a, 15b)을 가지고, 측면전극층은 단부면의 중앙부에 위치하고, 또한 이 측면전극층의 비형성부분(15a, 15b)이 형성되는 단부면의 상기 측면전극층의 양쪽에 위치하는 측면전극층의 비형성부분(39)을 형성할 수 있었다. 이상에 의해 본 발명의 PTC 서미스터를 제조했다.

상기 내층전극(12a, 12b)은 구리박이기 때문에, 상기 측면전극층(14)을 형성할 때에, 내층전극(12a, 12b)을 구성하는 구리박의 단부면은 산 세정 등의 사전 처리에 의해 용이하게 활성화할 수 있고, 제 1 및 제 3 측면전극층(14a, 14c)인 니켈 도금과의 밀착성이 향상됐다. 또, 상기 내층전극(12a, 12b)은 도전성 폴리머시트(11a, 11b, 11c)와 접하는 면에 니켈 돌기(22)를 가지고, 또 상기 니켈 돌기(22)를 보호하는 니켈 도금 코팅층(23)을 가지고 있기 때문에, 상기 가열가압 성형의 공정을 거쳐도, 니켈 돌기(22)의 형상이 유지되고 있으며, 도전성 폴리머시트(11a, 11b, 11c)와 내층전극(12a, 12b) 및 외층전극(13a ,13b)이 앵커 효과(anchor effect)에 의해 강고하게 밀착되어 있었다.

이상과 같이 구성·제조된 본 발명의 실시예 1에 있어서의 PTC 서미스터에 대해서, 요부인 측면전극층(14)의 두께의 신뢰성 등을 설명한다.

본 발명의 실시예로서, 제 1 측면전극층(14a)을 구성하는 제 1 니켈 도금을 15㎛, 제 2 측면전극층(14b)을 구성하는 구리 도금을 5㎛ 및 제 3 측면전극층(14c)을 구성하는 제 2 니켈도금을 5㎛ 입힌 3층 구조의 측면전극층(14)을 가진 PTC 서미스터와, 비교예 A로서, 요부인 측면전극층으로서 니켈 도금을 25㎛ 1회로 입힌 PTC 서미스터와, 비교예 B로서, 요부인 측면전극층으로서 구리 도금을 25㎛ 1회로 입힌 PTC 서미스터를 각각 제작해서 비교했다. 비교 방법으로서는, 각각 30개씩을 프린트 기판에 실장하고, 25V의 직류 전원에 직렬로 접속하고, 100A의 과전류를 1분간 통전하여 5분간 통전을 중지하는 트립사이클 시험을 실시해서, 각각 1000, 10000, 30000사이클 후에 10개씩 빼내어, 측면전극층의 전기적 접속부분의 균열(40) 유무의 단면 관찰을 행하였다.

본 발명의 실시예에 있어서의 PTC 서미스터는, 1000, 10000사이클 후에 균열의 발생은 없었다. 30000사이클 후에, 1/10개에 균열이 발생해 있고, 이들 균열은 도 4에 나타낸 바와 같이 측면전극층의 2층째를 구성하는 구리 도금으로 이루어진 제 2 측면전극층(41)까지 도달하고, 또한 이 제 2 측면전극층(41)을 따라서 가로 방향으로 약간 진행되어 있을 뿐이고, 이 제 2 측면전극층(41)의 계면에서는 멈추어 있고, 3층째를 구성하는 제 2 니켈 도금으로 이루어진 제 3 측면전극층(42)에는 진행되어 있지 않았다.

비교예A의 PTC 서미스터는, 1000사이클 후에는 2/10개에 균열이 발생해 있으며, 이 후 5㎛ 정도에서 단선하는 곳까지 균열이 진행해 있었다. 그리고 10000사이클 후에 있어서는, 균열은 단선에 이르고, 10/10개 모두에 균열이 발생하고 있었다.

비교예 B의 PTC 서미스터는, 1000사이클 후에 있어서 10/10개 모두에 균열이 발생하고 있으며, 그 중 4개는 단선으로까지 이르고 있었다. 10000사이클 후에 있어서는, 모두가 균열에 의해 단선되어 있었다.

이상의 비교 결과로부터, 본 발명의 실시예의 PTC 서미스터는, 과전류가 통전된 자기발열에 의해 도전성 폴리머시트(11a, 11b, 11c)가 열팽창하는 동작시에 있어서, 체적 팽창이 단층 구조에 비해, 적층수에 비례해서 커진다. 이 체적 팽창에 의해, 적층체의 가로 방향에 있어서의 도전성 폴리머의 신장에 있어서는, 팽창한 도전성 폴리머가 측면전극층의 비형성부분으로 압출되기 때문에, 측면전극층에 대한 응력을 경감할 수 있는 것이다.

또, 체적 팽창에 의해, 적층체의 세로 방향에 있어서의 도전성 폴리머의 신장에 있어서의 측면전극층의 코너부에 응력이 집중해서 균열이 발생하기 시작했을 경우에 있어서도, PTC 서미스터의 측면전극층의 도금층으로서, 제 1 측면전극층(14a)이 인장 강도가 큰 니켈에 의해 형성되고, 제 2 측면전극층(14b)이 전연성이 큰 구리에 의해 형성되어 있기 때문에, 제 1 측면전극층(14a)과 제 2 측면전극층(14b)의 도금의 계면에 있어서 균열이 멈추므로 측면전극층의 단선은 일어나지 않는다.

즉, 측면전극층의 코너부에 집중하는 응력은, 다층의 측면전극층을 구성하는 제 1 측면전극층(14a)과 제 2 측면전극층(14b)의 도금의 계면에 있어서 완하할 수 있다. 또 제 3 층이 되는 제 3 측면전극층(14c)은 제 2 니켈 도금에 의해 구성되어 있는 것으로서, 이 제 3 측면전극층(14c)은 프린트 기판에의 실장시의 땜납에 의한 측면전극층의 땜납 침해를 방지할 수 있는 것이다. 이상으로부터, 니켈, 구리, 니켈과 같은 3층 도금에 의한 측면전극층의 구조가, 장기적인 전기적 접속에 뛰어나 있는 것이 확인된 것이다.

(실시예 2)

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 구조에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 5(a)는 PTC 서미스터의 사시도, 도 5(b)는 동단면도를 나타낸다. 이 도 5(a), (b)에 있어서, (51)은 결정성 폴리머인 고밀도 폴리에틸렌과 도전성 입자인 카본블랙의 혼합물로 이루어진 도전성 폴리머시트이다. (52a), (52b)는, 도전성 폴리머시트(51)와 번갈아 적층된 구리박으로 이루어진 내층전극이다. (53)은 구리박으로 이루어진 외층전극이다. (54)는 내층전극을 (52a)와 (52b)로 2분할하도록 측면전극층의 근처에 형성된 틈새부이다. (55)는 측면전극층으로서, 상기 내층전극(52a, 52b)과 외층전극(53)에 접속되어 있다. 상기 틈새부(54)는 한쪽의 측면전극층(55)의 근처부분에 형성되며, 그리고 적층마다 틈새부(54)가 엇갈리게 형성되어 있다.

본 발명의 실시예 2와 본 발명의 실시예 1의 상위한 부분은, 내층전극(52a, 52b)이 측면전극층(55)의 근처에서 틈새부(54)에 의해 2분할되어 있는 것이다. 결국, 이 내층전극은, 한쪽의 측면전극층(55)에 길이가 긴 내층전극(52a)과 다른쪽의 측면전극층(55)에 짧은 내층전극(52b)을 가진 것이다.

본 발명의 실시예 1의 제조 방법에 의해, 제 1 측면전극층(14a)을 구성하는 제 1 니켈 도금을 15㎛, 제 2 측면전극층(14b)을 구성하는 구리 도금을 5㎛, 제 3 측면전극층(14c)을 구성하는 제 2 니켈 도금을 5㎛ 입힌 3층 구조의 측면전극층을 가진 PTC 서미스터를 제작했다. 그리고 이 PTC 서미스터를 프린트 기판에 각 샘플 30개 실장했다. 이 실장한 PTC 서미스터를 25V의 직류 전원에 직렬로 접속하고, 100A의 과전류의 트립사이클 시험(1분 ON, 5분 OFF)을 행하였다. 1000, 10000, 30000사이클 후에 각 샘플을 10개씩 빼내어, 측면전극층의 전기적 접속부분의 단면 관찰을 행한 결과를 다음에 나타낸다. 본 발명의 PTC 서미스터는, 1000, 10000, 30000사이클 후에 있어서도, 균열의 발생은 없었다.

내층전극(52a, 52b)이 상기 적층체의 대향하는 양 단부면의 측면전극층(55)에 접속되고, 또한 상기 내층전극(52a, 52b)이 한쪽의 측면전극층(55)의 근처에 형성된 틈새부(54)에 의해 2분할된 구조를 구비하고 있기 때문에, 동작시의 도전성 폴리머시트(51)의 체적 팽창에 의해, 적층체의 세로 방향에 있어서의 도전성 폴리머시트의 신장을, 측면전극층(55)과 접속한 상기 내층전극(52b)이 방해하여, 세로 방향의 신장에 의한 코너부으로의 응력을 경감시켰다고 생각된다.

이상의 사항으로부터, 본 발명의 내층전극(52a, 52b)이 적층체의 대향하는 양 단부면의 측면전극층(55)에 접속되고, 또한 내층전극(52a, 52b)이 한쪽의 측면전극층(55)의 근처에 형성된 틈새부(54)에 의해 2분할된 구조는, 측면전극층(55) 부근의 도전성 폴리머시트(51)의 두께가 증가함에 따른 팽창량을 방지할 수 있기 때문에, 측면전극층(55)의 전기적 접속부분에의 기계적 응력이 완화되고, 이에 의해, 내층전극(52a, 52b)과 측면전극층(55)의 전기적 접속을 확보할 수 있는 것이다.

또, 도금조내의 양극과 음극의 전극 사이를 약 1/2로 좁혀서, 측면전극층(55)의 다층 도금을 석출시키는 PTC 서미스터를 제작했다. 적층체의 외층전극층(55)이 접하는 코너부의 측면전극층의 두께는, 상기한 기계적 응력이 집중되기 쉽기 때문에, 특히 코너부의 측면전극층의 두께를 증가함으로써, 측면전극층(55)의 도금막의 강도를 향상시켜, 응력에 대한 강도도 향상시키는 일이 가능하다.

(실시예 3)

이하, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 PTC 서미스터의 제조 방법에 대해서, PTC 서미스터의 단면도를 나타낸 도 6을 참조하면서 설명한다.

도 6은, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 PTC 서미스터의 요부인 도전성 폴리머시트와 금속박과의 적층 공정까지의 제조 방법이다.

도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 결정화도가 70∼90%의 고밀도 폴리에틸렌 50중량%와, 평균 입자직경이 약 58㎚, 비표면적 약 38㎡/g의 카본블랙 50중량%를 혼합해서 이루어진 도전성 폴리머시트(61)를, 양면에 니켈 돌기와 상기 니켈 돌기를 보호하는 니켈 도금 코팅층을 가진 2매의 구리박으로 이루어진 금속박(62)으로 사이에 끼우도록 포갰다.

다음에, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 앞 공정에서 포갠 도전성 폴리머시트(61)와 2매의 금속박(62)을, 폴리머의 융점보다 약 40℃ 높은 약 175℃의 열판 온도에서, 진공도 약 20Torr, 면압 약 50㎏/㎠의 압력으로 약 1분간 가열가압 성형하여, 제 1 적층체(63)를 얻었다.

다음에, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 제 1 적층체(63)의 상·하면으로부터 2매의 도전성 폴리머시트(61)와, 또 상·하면으로부터 니켈 돌기와 상기 니켈 돌기를 보호하는 니켈 도금 코팅층을 가진 2매의 구리박으로 이루어진 금속박(62)을 사이에 끼우도록 포갰다.

다음에, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 앞 공정에서 포갠 제 1 적층체(63)와 2매의 도전성 폴리머시트(61)와 2매의 금속박(62)을, 폴리머의 융점보다 약 40℃ 높은 약 175℃의 열판온도에 의해, 진공도 약 20Torr, 면압 약 50㎏/㎠의 압력에 의해서 약 1분간 가열가압 성형하여, 제 2 적층체(64)를 얻었다.

또한, 상기 도 6(c), (d)의 공정을 반복하면 된다.

PTC 서미스터를 제조하는 나머지의 공정 즉 측면전극층을 형성하는 공정은, 본 발명의 실시예 1 및 2의 제조 방법에 의해 행하여, 제조하는 것이다.

본 발명의 실시예에서는, 1매의 0.27㎜ 두께의 도전성 폴리머시트를 사용해서 적층체를 제작함으로써, 적층된 도전성 폴리머시트의 두께가 0.25㎜로 균일한 적층이 이루어졌다.

여기서, PTC 서미스터의 적층 후의 도전성 폴리머의 두께에 대해서, 이하의 신뢰성 시험 결과에 의거해서 설명한다.

적층전이 0.27㎜ 두께의 도전성 폴리머시트를 사용해서, 본 발명의 제조 방법에 따라서 제조한 적층체에 있어서의 각층의 도전성 폴리머시트의 두께는, 각층 다같이 거의 0.25㎜로 균일하였다.

비교예로서, 적층전이 1매의 0.27㎜두께의 3매의 도전성 폴리머시트와 4매의 금속박을 번갈아 적층하고, 1회로 동시에, 본 발명의 실시예와 마찬가지의 온도, 진공도, 압력조건으로 가열가압 성형해서 PTC 서미스터를 제조했다. 비교예의 제조 방법으로 얻은 적층체의 각층의 도전성 폴리머시트의 두께는, 아래로부터 차례로 0.21㎜, 0.27㎜, 0.20㎜가 되고, 바깥층이 안층보다 얇게 되었다.

이것은, 복수의 도전성 폴리머시트와 금속박을 동시에 가열가압 성형해서 일체화할 경우는, 열전도에 의해 열판과 접촉하고 있는 바깥쪽의 도전성 폴리머시트로부터 차례로 내부의 도전성 폴리머시트에 열이 전달된다. 상기 열전도의 영향에 의해, 바깥쪽의 도전성 폴리머시트의 점성이 내부의 도전성 폴리머시트에 비교해서 낮기 때문에, 동시에 가열가압 성형의 경우, 바깥쪽의 도전성 폴리머시트가 내부의 도전성 폴리머시트에 비교해서 얇아지기 때문이다.

이하에, 절연파괴에 관한 비교에 대해서 설명한다.

상기 적층의 제조 방법이 다른 2개의 PTC 서미스터를, 50V의 직류전원에 직렬로 접속하여, 100A의 과전류를 1분간 통전하고, 5분간 통전을 중지하는 트립사이클 시험을 행하였다. 본 발명의 제조 방법의 PTC 서미스터는, 10000사이클에서도 이상은 없었으나, 비교예의 제조 방법의 PTC 서미스터는, 82사이클에서 절연파괴되었다.

비교예의 제조 방법에 의해 제작하여 절연파괴된 PTC 서미스터는, 도전성 폴리머의 두께가 불균일하게 되어 있는 것에 기인된다. 여기서, 동일 조성물의 PTC 서미스터의 도전성 폴리머의 두께에 대한 온도-저항치 측정 결과의 그래프를 도 7에 나타낸다. 또, 상기 PTC 서미스터의 내전압의 측정 결과를 도 8에 나타낸다. 이 도 7 및 도 8에 나타낸 결과로부터, 도전성 폴리머의 두께가 얇으면 저항치 상승 자릿수가 작아지고, 내전압은 낮아지는 것을 알 수 있다. 상기한 트립사이클 시험의 결과에서, 비교예의 제조 방법으로 제조한 PTC 서미스터는, 전압 인가의 반복에 의해, 두께가 얇은 도전성 폴리머부에 과전류가 집중하여, 절연파괴가 일어난 것으로 추정할 수 있다.

이상의 사항으로부터, 본 발명의 실시예에서 도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼우고, 또한 이 도전성 폴리머시트와 금속박을 가열가압 성형해서 일체화한 적층체를 형성하고, 이 적층체의 상·하면에 도전성 폴리머시트를 배치하고, 또, 이 도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박에 의해 사이에 끼우고, 상기 적층체와 이 도전성 폴리머시트와 금속박을 가열가압 성형해서 일체화하는 공정을 반복하는 제조 방법에 의하면, 각 층의 도전성 폴리머의 두께를 균일하게 할 수 있기 때문에, 내전압에 뛰어난 PTC 서미스터를 실현할 수 있다.

이하에 요부인 금속박의 표면에 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 형성한 후, 이 니켈 돌기를 덮도록 니켈코팅층을 형성하는 것과 형성하지 않는 것과의 비교를 설명한다.

본 발명에 사용한 금속박의 표면처리의 제조 방법에 대해서는, 구리박(21)을 니켈와트욕중에서 통상의 약 4배의 전류 밀도(20A/dm²)에 의해서 도금 처리하여, 니켈 돌기를 5∼10㎛의 높이로 전해석출시켜, 그후, 통상의 전류 밀도(4A/dm²)에 의해 니켈 도금 코팅막을 약 1㎛의 두께로 형성했다.

비교예로서, 이 니켈 돌기에 보호막 형성 처리를 하지 않는 구리박을 제작했다.

니켈 돌기를 가진 금속박은, 도전성 폴리머시트를 앵커 효과에 의해 금속박에 밀착시키는 효과가 있다. 상기 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 니켈 도금으로 코팅을 실시한 본 발명의 금속박은, 상기의 가열가압 성형시의 압력에 의한 니켈 돌기의 변형은 없었다. 그러나, 비교예의 금속박은, 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기가, 상기의 가열가압 성형시의 압력에 의해 돌기가 변형하여 붕괴됐다. 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기는, 도금의 이상 석출에 의해 형성되기 때문에, 강도는 약하나, 니켈 도금 코팅막을 형성함으로써, 폴리머의 압력으로도 변형하지 않는 것이다.

또, 본 발명의 실시예의 PTC 서미스터에 있어서, 보호층을 도 9에 나타낸 바와 같이 상면부 전체를 덮도록 형성하는 것은, 보호층이 되는 수지의 스크린 인쇄 패턴을 변경함으로써 가능하다. 도 9의 PTC 서미스터의 상면부(91)와 같이, 단면전극인 활전부(活電剖)가 없는 경우, 이 부품의 가까운 바로 위에 실드판이 있어도 접촉해서 단락하는 염려가 없다고 하는 효과를 가진 것이다.

이상과 같이 본 발명의 PTC 서미스터는, 도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와, 상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과, 상기 적층체의 측면의 중앙부에 상기 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하고, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어지는 것이며, 또, 본 발명의 PTC 서미스터의 제조 방법은, 도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체의 상·하면에 도전성 폴리머시트를 배치함과 동시에 이 도전성 폴리머시트의 상·하면에 금속박을 사이에 끼워서 가열가압 성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복하여 적층하는 것이며, 상기한 PTC 서미스터의 구성에 의하면, PTC 서미스터의 동작시에 있어서, 도전성 폴리머시트의 열팽창의 반복의 열충격에 의해 측면전극층에 기계적 응력이 발생해도, 적층체의 측면의 중앙부에 내층전극과 외층전극을 전기적으로 접속하도록 형성된 측면전극층을 다층으로 구성함과 동시에, 상기 적층체의 측면은 상기 측면전극층이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분으로 이루어져 있기 때문에, 측면전극층에 대한 기계적 응력은 다층의 측면전극층의 계면에 있어서 완화됨과 동시에, 팽창한 도전성 폴리머시트가 측면전극층의 형성되지 않는 부분으로 압출됨으로써 측면전극층에 대한 기계적 응력은 경감되게 되고, 이에 의해, 기계적 응력의 집중에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 균열에 의한 단선은 발생하지 않고, 또 PTC 서미스터의 제조 방법에 의하면, 적층체와 도전성 폴리머시트와 금속박을 가열가압 성형에 의해서 일체화하는 공정을 반복해서 적층하도록 하고 있기 때문에, 각층에 있어서의 도전성 폴리머시트의 두께를 균일하게 할 수 있어, 이에 의해, 내전압에 뛰어난 신뢰성이 높은 PTC 서미스터를 얻을 수 있는 것이다.

Claims

도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와,

상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과,

상기 적층체의 대향하는 측면의 중앙부분에 상기 내층전극과 상기 상·하면의 외층전극을 연속적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층

을 구비한 PTC 서미스터.
제 1 항에 있어서,

측면전극층은, 제 1 니켈측면전극층, 구리측면전극층, 제 2 니켈측면전극층의 순서를 가지고 이루어진 PTC 서미스터.
제 1 항에 있어서,

내층전극의 구리박의 상·하면 및 외층전극의 구리박의 도전성 폴리머시트와 접하는 면에 근원으로부터 위쪽부가 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 형성함과 동시에, 상기 니켈 돌기를 덮도록 니켈코팅층을 구비하여 이루어진 PTC 서미스터.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

내층전극은, 측면전극층의 근처에서 틈새부에 의해 2분할해서 이루어지는 PTC 서미스터.
제 4 항에 있어서,

외층전극과 접하는 적층체의 코너부에 위치하는 측면전극층의 두께를, 상기 적층체의 상·하면의 상기 코너부 사이에 위치하는 상기 측면전극층의 두께보다 두껍게해서 이루어진 PTC 서미스터.
도전성 폴리머시트의 상·하면을 금속박으로 사이에 끼워서 가열가압 성형해서 제 1 적층체를 형성하는 공정과,

상기 제 1 적층체의 상·하면에 도전성 폴리머시트를 배치하는 공정과,

상기 상·하면에 도전성 폴리머시트가 배치된 제 1 적층체의 상·하면을 금속박을 사이에 끼워서 가열가압 성형하여 제 2 적층체를 형성하는 공정과,

상기 제 2 적층체의 상·하면을 관통하는 부분을 형성하는 공정과,

상기 상·하면을 관통하는 부분을 포함하여 상기 제 2 적층체 표면에 다층 도금막을 형성하는 공정과,

상기 다층 도금막이 형성된 제 2 적층체를 분할하는 공정

을 포함하는 PTC 서미스터의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

금속박의 도전성 폴리머시트와 접하는 면에, 조면화 니켈처리에 의해서 근원으로부터 위쪽부분이 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 형성한 후에, 상기 니켈 돌기를 덮도록 니켈코팅층을 형성하는 PTC 서미스터의 제조 방법.
도전성 폴리머시트와 내층전극을 번갈아 적층해서 이루어진 적층체와,

상기 적층체의 상·하면에 형성된 외층전극과,

상기 내층전극과 외층전극을 연속적으로 접속하도록 형성된 다층의 측면전극층을 구비하되,

상기 내층전극은 측면전극층의 근처에서 틈새부에 의해 2분할해서 이루어진 PTC 서미스터.
제 8 항에 있어서, 측면전극층은, 제 1 니켈측면전극층, 구리측면전극층, 제 2 니켈측면전극층의 순서를 가지고 이루어진 PTC 서미스터.
제 8 항에 있어서,

내층전극의 구리박의 상·하면 및 외층전극의 구리박의 도전성 폴리머시트와 접하는 면에 근원으로부터 위쪽부가 바깥쪽으로 팽출하는 형상의 니켈 돌기를 형성함과 동시에, 상기 니켈 돌기를 덮도록 니켈코팅층을 구비해서 이루어진 PTC 서미스터.