KR100330919B1 - 피티씨 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PTC 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치에 관한 것으로, 1∼20㎛의 표면조도를 갖는 전해 동박의 양면에 0.01∼10㎛로 무전해 도금처리된 니켈층을 포함하는 전극과; 상기 전극 사이에 샌드위치 형태로 융착되어 있는 PTC 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치로서 상기 무전해 니켈 도금층의 두께가 균일하여 상기 PTC 전도성 폴리머와의 결합력이 우수한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전기장치는 PTC 특성이 우수할 뿐만 아니라, PTC 전도성 폴리머와의 결합력이 보다 뛰어난 특징이 있다.
Description
본 발명은 PTC 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해동박상에 무전해 니켈도금층을 형성한 전극을 PTC 전도성 폴리머와 결합시킴으로써 PTC 특성이 우수할 뿐만 아니라, PTC 전도성 폴리머와의 화학적 및 기계적 결합력이 우수한 전기장치에 관한 것이다.
전도성 폴리머를 포함하는 전기장치들은 많이 공지되어 있으며, 전도성 폴리머는 유기중합체에 전도성 충진제가 분산되어 있는 것으로 PTC 특성을 나타낸다.
PTC(Positive temperature coefficient) 특성이란 좁은 온도 영역에서 전기 저항이 급격하게 증가하는 성질을 의미하며, PTC 특성을 갖는 고분자 재료는 정온전선, 과전류 차단용 보호장치, 회로 보호소자, 가열기 등에 응용되고 있다.
이러한 전도성 폴리머는 전기장치내에서 적어도 하나의 전극과 기계적 및 화학적으로 결합되어 있는데, 전도성 폴리머와 결합되어 있는 전극으로는 통상 금속의 판재가 사용된다. 이러한 금속 판재는 전도성 폴리머를 외부전극과 연결시키는 역할을 함과 동시에 전도성 폴리머의 PTC 특성을 저해하지 않아야 한다. 그러기 위해서는 금속판재와 전도성 폴리머가 전기적, 기계적 특성을 만족할 수 있는 접착특성을 가져야 한다.
금속과 폴리머의 접착력은 크게 기계적인 접착력과 화학적인 접착력으로 나눌 수 있는데, 기계적인 접착력을 향상시키기 위해서는 금속 판재의 표면조도를 증가시켜서 금속판재와 폴리머가 분리되는 것을 억제할 수 있는 제조공정이 필요하다. 그러나, 동일한 표면조도를 갖는 금속 판재라도 폴리머에 대한 결합력은 금속의 종류에 따라서 상당한 차이를 나타내며, 이는 금속과 폴리머의 화학적 접착특성의 차이에서 비롯되는 것으로서 천연고무나 폴리프로필렌 등 많은 폴리머에 있어서 화학적 결합력은 구리, 철, 니켈, 알루미늄, 아연 등과 같은 순서로 증가하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 이유로 폴리머 접착용 금속판재는 표면산화, 황동 및 아연의 표면처리, 실란 계통의 접착체 도포 등을 실시하기도 한다.
한편, 금속 판재의 표면조도를 증가시켜서 금속판재와 폴리머가 분리되는 것억제하기 위한 대표적인 방법으로는 전기 도금이 있으며, 인쇄회로기판(printedcircuit boards : 이하, 'PCB'라 함)에 사용되는 구리 도금박과 PTC 특성을 갖는 전기장치에 사용되는 금속 판재가 현재 이러한 방법을 통하여 제조되고 있다.
PCB용 구리 도금박은 전기 도금에 의해 10∼150㎛의 두께를 갖도록 제조되는데 폴리머와 기계적인 고정효과(Anchoring effect)를 갖도록 피라미드 형상을 갖는 노듈(nodule)위에 구형의 노듈을 형성시킨다.
PCB는 기본 기판상에 구리 포일을 라미네이트시킨 다음 열 및 압력을 가하여 제조되는데, 이때, 구리 포일은 기본 기판의 수지에 부착된 후 산 저항과 같은 화학적 저항, 에칭 후 기판의 변색에 대한 저항을 가져야 하며, 에칭 후 녹슬지 않을 것이 요구된다. 이를 위해 PCB용 구리 포일의 표면은 아연, 인듐, 황동으로 구성된 층으로 코팅되거나(일본특허공보 제51-35711호), 두 개의 층을 포함한 전착(el-ectrodeposition)된 구리층을 이용하거나(일본특허공보 제53-39376호), 구리 이온, 아연 이온, 타르타르산 및 알카리를 포함하는 구리-아연의 전해조에서 음극으로 구리 포일의 한쪽면을 전기분해시키고, 상기 구리 호일에 크롬산염을 처리하여 구리-아연 처리층을 형성하기도 한다(미국특허 제5,304,428호).
그 밖에 PTC 특성을 갖는 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치에 관한 관련 기술은 미국특허 제4,426,633호, 제4,689,475호, 제4,800,253호, 제5,874,885호, 제5,234,573호 등이 있다.
그러나, 종래의 전해도금 또는 전착에 의해 제조된 전극은 그 두께가 균일하지 못하여 PTC 폴리머와의 접착력이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 PCB용 전해동박에 무전해 도금을 실시하여 균일한 두께의 도금층을 갖는 전극을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 PTC 폴리머의 전기적 특성을 만족시키는 전해동박상에 균일한 두께의 무전해 니켈도금층을 형성한 금속전극을 PTC 전도성 폴리머와 결합시킴으로써 PTC 특성이 우수할 뿐만 아니라, PTC 전도성 폴리머와의 결합력이 보다 뛰어난 전기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에서 사용된 전해 동박의 표면사진을 나타낸 것이다.
도 2는 전해동박에 1㎛의 두께로 무전해 니켈 도금한 시편의 표면사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기장치를 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : PTC 전도성 폴리머 2 : 무전해 도금처리된 금속전극
본 발명은 PTC 특성을 갖는 전도성 폴리머와 무전해 도금 처리된 금속전극을 포함하는 전기장치로서, 상기 PTC 전도성 폴리머는 상기 금속전극 사이에 샌드위치 형태로 융착되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 PTC 특성을 갖는 전도성 폴리머는 유기 중합체에 전도성 충진제, 가교제, 산화방지제 등을 혼합하여 얻는다.
이 때, 유기중합체로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체 등이 사용될 수 있으며, 특히, 폴리에틸렌이 바람직하다.
상기 전도성 충진제로는 니켈분말, 금분말, 구리분말, 은 도금된 구리분말, 금속합금분말, 카본 블랙, 탄소분말 또는 흑연이 사용될 수 있으며, 특히, 카본 블랙이 바람직하다.
상기 금속전극은 기계적 결합력이 뛰어나도록 제조된 전해 동박위에 상기PTC 전도성 폴리머와 화학적 결합력이 뛰어난 금속을 무전해 도금한 것이다. 전해 동박의 표면조도(RZ)는 이미 전해 도금을 통하여 1∼20㎛가 되도록 제조된 것이다. 본 발명에서는 전해동박으로 LG 산전의 제품을 사용하였으며, 표면사진은 도 1에 나타내었다.
상기 전해 동박에 무전해 니켈 도금을 실행한다. 무전해 니켈 도금과정은 탈지, 산세, 활성화 및 민감화 처리, 무전해 니켈 도금, 수세의 공정을 통해 이루어진다. 1㎛의 두께로 무전해 니켈 도금된 시편의 표면사진을 도 2에 나타내었다. 도 2에 의하면, 표면 조도와 형상에는 큰 변화가 없음을 알 수 있다.
상기와 같이 구리위에 니켈을 무전해 도금처리한 금속전극을 상기의 PTC 전도성 폴리머의 양면에 융착시켜 전기장치를 제조하였으며, 이를 도 3에 나타내었다.
본 발명을 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 일실시예일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에틸렌과 카본블랙을 혼합하여 PTC 전도성 폴리머를 제조하였다. 전해도금을 통해 표면조도가 5∼10㎛인 전해 동박을 준비한 다음, 탈지, 산세, 활성화 및 민감화 처리, 무전해 니켈 도금, 수세 공정을 통하여 상기 전해 동박상에 1㎛의 두께로 무전해 니켈 도금층을 형성하여 전극을 제조하였다. 상기 PTC 전도성 폴리머의 양면에 샌드위치 형태로 상기 전극을 융착시켜 도 3과 같은 형태의 PTC 전기장치를 제조하였다.
실시예 2
폴리에틸렌과 카본블랙을 혼합하여 PTC 전도성 폴리머를 제조하였다. 전해도금을 통해 표면조도가 5∼10㎛인 전해 동박을 준비한 다음, 탈지, 산세, 활성화 및 민감화 처리, 무전해 니켈 도금, 수세 공정을 통하여 상기 전해 동박상에 10㎛의 두께로 무전해 니켈 도금층을 형성하여 전극을 제조하였다. 상기 PTC 전도성 폴리머의 양면에 샌드위치 형태로 상기 전극을 융착시켜 도 3과 같은 형태의 PTC 전기장치를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 전기장치를 제조하되, 무전해 도금 공정에서 활성화 및 민감화 처리를 생략하고, 산세처리에 이어서 무전해 니켈 도금을 하였다. 그 다음, 크롬욕에서 치환도금을 통하여 상기 니켈 무전해 도금층위에 크롬을 입혔다.
비교예
실시예 1 내지 3에서와 같이 구리위에 니켈을 무전해 도금한 판재 대신에, 종래에 일반적으로 사용되는 동박자체를 이용한 전극을 PTC 전도성 폴리머에 융착시켜 도 3과 같은 형태의 장치를 제조하였다.
<시험예 1> 저항-온도 특성
상기 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 전기장치의 온도에 따른 저항변화를 도4에 나타내었다. 상기 도 4에 의하면 본 발명에 의한 전기장치는 저항-온도 특성에 있어서 종래 전해 동박을 사용한 전기장치와 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있다.
이는 본 발명에 의한 전기장치는 PTC 전도성 폴리머와의 결합을 강화시키면서도 종래 전해동박을 사용한 전기장치와 같은 저항-온도 특성을 보유함을 의미하는 것이다.
<시험예 2> 습도시험
상기 실시예 1에 따라 제조된 전기장치와 비교예에 따라 제조된 전기장치에 대해서 습도시험 전후의 저항을 측정하였다. 그 결과는 하기의 표 1과 같다.
| 습도시험전 | 습도시험후 | |
| 실시예 1(니켈) | 200mΩ | 190mΩ |
| 비교예(구리) | 200mΩ | 수Ω |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 구리전극을 사용한 비교예의 경우에는 습도시험 전후에 저항값에 큰 변화가 있음을 알 수 있으며, 실시예 1에서와 같이 니켈을 무전해 도금한 경우에는 습도시험 전후에 저항값이 10mΩ밖에 감소되지 않음을 알 수 있다.
상기 시험예 1, 2의 결과에 의할 때, 본 발명에 의한 전기장치는 종래의 전해 도금 또는 전착에 의해 제조된 전기장치에 비하여 PTC 특성이 우수할 뿐만 아니라, PTC 전도성 폴리머와의 결합력이 보다 뛰어남을 알 수 있다.
본 발명에 의한 무전해 도금은 전해 도금 또는 전착에 비해서 형상이 복잡한 물체에 대해서도 균일하게 도금할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 의한 전기장치는 전해동박위에 니켈을 무전해 도금한 전극을 사용함으로써 PTC 전도성 폴리머와의 기계적 및 화학적 결합력이 뛰어날 뿐만 아니라, PTC 특성이 우수한 잇점이 있다.
Claims (3)
- PTC 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치에 있어서,전해 동박의 양면에 무전해 도금처리된 니켈층을 포함하는 전극과;상기 전극 사이에 샌드위치 형태로 융착되어 있는 PTC 전도성 폴리머를 포함하는 전기장치로서 상기 무전해 니켈 도금층의 두께가 균일하여 상기 PTC 전도성 폴리머와의 결합력이 우수한 것을 특징으로 하는 전기장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전해 동박은 1∼20㎛의 표면조도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 무전해 도금처리된 니켈층은 두께가 0.01∼10㎛인 것을 특징으로 하는 전기장치.
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