KR101318507B1

KR101318507B1 - Ｐｔｃ 디바이스

Info

Publication number: KR101318507B1
Application number: KR1020087013553A
Authority: KR
Inventors: 아라따 다나까; 히로유끼 고야마; 하루히사 미야기
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 레이켐 케이. 케이.
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2013-10-16
Also published as: CN101305429A; WO2007052790A1; EP1947656A4; US8164415B2; EP1947656A1; KR20080066863A; JP2015008316A; US20090224865A1; JPWO2007052790A1; TW200735135A; JP2013138235A; EP1947656B1; JP2016157981A; CN105405546A; TWI471874B

Abstract

본 발명은 가급적으로 콤팩트한 접속을 가능하게 할 수 있는 PTC 디바이스를 제공하는 것이다. 그와 같은 PTC 디바이스는, (1) (A) (a1) 도전성 필러 및 (a2) 폴리머 재료를 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 요소(112), (B) 폴리머-PTC 요소 중 적어도 1개의 표면에 배치된 금속 전극(104)을 갖고 이루어지는 PTC 소자(102) 및 (2) 적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극의 상방에 위치하는 리드(106) 및 (3) PTC 소자의 노출부를 포위하는 보호 코팅(108)을 갖고 이루어지고, 경화된 땜납 페이스트가, 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분을 전기적으로 접속하는 접속부(110)로서 존재한다.

PTC 디바이스, 도전성 필러, 폴리머 재료, 금속 전극, 리드

Description

ＰＴＣ 디바이스{PTC DEVICE}

본 발명은 PTC 소자를 갖고 이루어지는 PTC 디바이스, 그와 같은 디바이스와 다른 전기 요소가 접속되어 있는 전기 또는 전자 디바이스 및 그와 같은 전기 또는 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

도전성 필러 및 폴리머 재료를 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 요소와, 폴리머 PTC 요소 중 적어도 1개의 표면에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 폴리머 PTC 소자가 다양한 전기 디바이스에 있어서 사용되고 있다. 예를 들어, 휴대 전화의 2차 전지를 충전할 때에 이용하는 회로에서 그와 같은 PTC 소자가 회로 보호 소자로서 이용되고 있다.

이와 같은 폴리머 PTC 소자를 전기 디바이스에 내장하는 경우, PTC 디바이스로서 공급되는, 금속 전극에 리드가 접속된 PTC 소자를, 전기 디바이스의 소정의 회로의 일부분을 구성하는 전기 요소(예를 들어, 보호 회로를 구성하는 배선, 또는 전자 부품의 전극, 리드 등)에 납땜에 의해 접속함으로써, 소정의 회로에 PTC 디바이스를 내장하여 전기 디바이스에 있어서 소정의 기능을 부여하고 있다(하기 특허문헌 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2003-77705호 공보

휴대 전화와 같은, 소위 모바일 전기/전자 디바이스에서는 그 사이즈가 콤팩트한 것이 중요하고, 그와 같은 디바이스를 구성하는 부품 및 그것에 접속하는 배선과 같은 전기 요소도, 가급적으로 콤팩트한 것이 바람직하고, 또한 각 전기 요소의 접속도 가급적 콤팩트해지는 것이 바람직하다.

PTC 디바이스를 내장한 전기 디바이스를 가급적 콤팩트하게 하고자 하는 경우, PTC 디바이스에 전기 요소를 직접 접속할 수 있는, 즉 PTC 디바이스의 PTC 요소의 바로 상방에 위치하는 리드의 부분에 전기적 접속부를 통해 전기 요소를 접속할 수 있는 것이 바람직하다는 결론에 도달하여, 그와 같은 직접 접속을 가능하게 할 수 있는 검토를 개시하였다. 또한, 직접 접속하는 수단으로서는, 가열 하에서, 필요에 따라서 가압을 병용한 땜납 재료를 이용하는 접속, 예를 들어 PTC 디바이스의 리드와 전기 요소 사이에 있어서의 플럭스 재료를 이용하는 납땜 접속 또는 도전성 페이스트에 의한 접속에 대해, 또한 리드와 전기 요소의 용접 접속에 대해 검토하였다.

특히, PTC 소자의 금속 전극과 리드 사이가 납땜에 의해 형성되는 땜납 접속부에 의해 전기적으로 접속되어 있고, PTC 소자의 노출부에 보호 코팅이 산소 배리어로서 실시되어 있는 PTC 디바이스에, 전기 요소를 직접 접속하는 경우에 대해 검토를 거듭한 결과, 직접 접속을 실시하여 형성된 전기 디바이스에 있어서, PTC 디바이스의 저항값이 증가하는 경우가 있다는 것이 발견되었다.

이와 같이 PTC 디바이스의 저항값의 증가를 초래하는 이유에 대해 더욱 검토를 거듭한 결과, 상술한 바와 같이 직접 접속을 실시하는 경우, PTC 디바이스의 외부와 PTC 소자를 연락하는 패스가 보호 코팅을 통해, 및/또는 보호 코팅과 리드 사이를 따라서 형성되고, 산소 배리어로서의 보호 코팅의 기능이 손상되어 PTC 요소의 도전성 필러가 산화될 가능성이 증가하는 것이 고려되는 것을 알 수 있었다.

그리고, 보호 코팅에 그와 같은 패스가 형성되는 원인에 대해 상세한 검토를 진행시킨 결과, (1) 직접 접속 시에 적용되는 열에 의해, PTC 디바이스에 있어서의 리드와 PTC 소자의 금속 전극과의 사이에 존재하는 땜납 접속부가 재용융되고, 그때, 땜납 접속부에 잔존하는 플럭스 재료의 성분이 증발하여 발생하는 기체에 의해 용융된 땜납 접속부가 보호 코팅을 통해 외부로 배출되어, 그 통로가 패스로서 남을 가능성이 있는 것, 또한 (2) 직접 접속 시에 필요에 따라서 적용되는 압력에 의해 용융된 땜납 재료가 보호 코팅을 통과하여 외부로 돌출되어, 그 통로가 패스로서 남을 가능성이 있다는 결론에 이르렀다.

또한, 상술한 결론은 직접 접속의 실시 방법 및 후술하는 실험 결과를 기초로 하여 발명자가 이론적으로 연역한 것이며, 충분히 큰 확률의 가능성이라고 판단된다. 그러나, 이와 같은 결론을 기초로 하지 않는 원인에 기인하여 PTC 디바이스의 저항값이 증가하는 경우도 있을 수 있다고 판단되고, 상술한 결론은 본 발명의 기술적 범위를 전혀 구속하는 것이 아니라, 본 발명의 청구항에 규정되는 요건을 만족시켜, 결과적으로 본 발명과 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 효과를 초래하는 PTC 디바이스, 전기 디바이스 등은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

상술한 결론을 고려하면서 직접 접속을 가능하게 할 수 있는 PTC 디바이스의 검토를 거듭한 결과, 이하의 PTC 디바이스에 의해 상기 과제를 달성할 수 있는 것을 발견하였다 :

(1) (A) (a1) 도전성 필러 및

(a2) 폴리머 재료

를 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 요소,

(B) 폴리머 PTC 요소의 적어도 하나의 표면에 배치된 금속 전극

을 갖고 이루어지는 PTC 소자 및

(2) 적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극 상방에 위치하는 리드 및

(3) PTC 소자의 노출부를 포위하는 보호 코팅

을 갖고 이루어지는 PTC 디바이스이며,

경화된 땜납 페이스트가 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분을 접속하고 있는 것, 즉 경화된 땜납 페이스트가, 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분을 전기적으로 접속하는 접속부로서 존재하는 것을 특징으로 하는 PTC 디바이스.

즉, 전기 또는 전자 디바이스, 특히 콤팩트한 것의 제조 시에, 전기 요소를 이와 같은 PTC 디바이스에 직접 접속할 수 있고, 그 결과, PTC 디바이스의 저항값 증가의 문제를 적어도 완화할 수 있는 것을 발견하였다.

본 명세서에 있어서, 땜납 페이스트라 함은, 경화성 수지 및 땜납 분말을 포함하여 이루어지는 조성물을 의미하고, 경화된 땜납 페이스트라 함은, 그와 같은 조성물의 경화성 수지가, 그것을 경화시키는 조건이 부여된 결과, 경화된 상태에 있는 것을 의미한다. 통상, 땜납 페이스트는 유동성이 높다. 따라서, 경화성 수지 및 땜납 분말을 포함하여 이루어지는 조성물은 상기 접속부의 전구체를 구성한다.

경화성 수지는 열경화성 수지인 것이 특히 바람직하다. 사용할 수 있는 열경화성 수지로서는, 예를 들어 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등을 예시할 수 있다. 특히, 바람직한 열경화성 수지는 에폭시 수지이다. 또한, 열경화성 수지는 주요제 및 그것을 경화시키는 경화제(필요한 경우)를 포함하여 이루어지고, 또한 필요에 따라서 다른 성분, 예를 들어 경화 촉진제 등을 포함해도 좋다.

열경화성 수지로서 에폭시 수지를 사용하는 경우, 예를 들어 비스 페놀 A형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 다른 사용 가능한 에폭시 수지로서는 브롬화 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지 등도 사용할 수 있다.

에폭시 수지를 경화시키기 위한 경화제로서는, 폴리아민 또는 카르본산무수물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 경화 온도가 높은 방향족 아민, 예를 들어 4, 4'-디아미노디페닐술폰 등의 아민계 경화제를 사용할 수 있다. 또한, 무수프탈산, 테트라히드로무수프탈산, 무수트리멜리트산 등의 무수카르본산을 경화제로서 사용할 수 있다.

땜납 분말로서는, 입자 형상 또는 미세한 다른 형태(예를 들어, 조각 형상, 박 형상)의 땜납 재료를 이용할 수 있다. 땜납 재료로서는, 임의의 적당한 재료라도 좋고, 예를 들어 일반적인 주석-납 땜납, 소위 납 프리 땜납(예를 들어, 주석-은-구리계 땜납) 등을 예시할 수 있다.

본 발명에 있어서 사용할 수 있는 땜납 페이스트의 구체예로서는, 전기ㆍ전자 분야에서 상투적으로 사용되고 있는, 경화성 수지, 특히 열경화성 수지 및 땜납 분말을 포함하는, 소위 땜납 페이스트를 사용할 수 있다. 땜납 페이스트는, 필요에 따라서 상술한 경화성 수지 및 땜납 분말 외에, 다른 성분, 예를 들어 용제, 납땜용 플럭스 성분(로진, 무수카르본산과 같은 유기산) 등을 포함하고 있어도 좋다. 또한, 상술한 경화제로서의 무수카르본산은, 플럭스 성분으로서도 작용할 수 있다.

땜납 페이스트에 있어서의 경화성 수지와 땜납 분말의 중량비는 1 : 5 내지 1 : 15, 바람직하게는 1 : 8 내지 1 : 10의 범위를 예시할 수 있으나, 일반적으로 시판되고 있는 땜납 페이스트이면 통상 문제는 없다.

또한, 본 발명의 PTC 디바이스에 있어서, PTC 소자를 구성하는 각 부재(즉, 도전성 필러, 폴리머 재료 및 금속 전극) 및 리드는 통상적으로 PTC 디바이스에 있어서 사용되고 있는 것과 동일한 것이라도 좋고, 이들에 대해서는 공지이므로, 이들의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 보호 코팅도 마찬가지로 공지이고, 이것에는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지가 사용되어, PTC 디바이스의 외부로부터 PTC 소자로의 산소의 액세스를 방지하여, 도전성 필러의 산화를 억제한다. 이 보호 코팅은 PTC 소자의 노출부를 포위할(또는 덮음) 뿐만 아니라, 경화된 땜납 페이스트의 노출부도 포위하고(또는 덮음) 있는 것이 바람직하다. 보호 코팅이 경화된 땜납 페이스트의 노출부를 포위함으로써, 경화된 땜납 페이스트를 경유한 PTC 소자로의 산소의 액세스를 방지할 수 있다.

또한, 노출부라 함은, 보호 코팅이 존재하지 않으면, 그 부분이 PTC 디바이스의 주위 환경에 노출되게 되는 부분을 의미한다. 단, 주위 환경으로부터의 산소의 액세스가 방지되는 한, 보호 코팅과 노출부 사이에 공극이 있어도 좋다. 따라서, 보호 코팅과 노출부가 인접되어 있지 않아도 좋고, 이들 사이에 주위 환경으로부터 격리된 공극이 존재해도 좋다.

본 발명의 PTC 디바이스의 바람직한 일 실시 형태에서는, PTC 소자의 도전성 필러는 니켈 또는 니켈 합금 필러이고, 특히 바람직한 합금 필러로서는, Ni-Co 합금 필러를 예시할 수 있다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, PTC 소자의 금속 전극은 금속박, 특히 구리박, 니켈박, 니켈 도금 구리박 등이다. 또 다른 바람직한 실시 형태에서는, PTC 소자에 접속하는 리드는 니켈 리드, Ni-Fe 합금(예를 들어, 소위 42 얼로이) 리드, 구리 리드, 클래드재(예를 들어, Ni-Al 클래드재) 리드, 스테인리스스틸 리드 등이다.

본 발명은 상술 및 후술하는 본 발명의 PTC 디바이스의 제조 방법이며,

PTC 소자의 적어도 한쪽의 금속 전극 상에 땜납 페이스트를 공급하고,

땜납 페이스트 상에 리드를 배치하고,

땜납 페이스트를 경화시켜 금속 전극과 리드 사이에 이들을 전기적으로 접속하는 접속부를 형성하고,

PTC 소자의 노출부를 보호 코팅에 의해 덮는 것

을 포함하여 이루어지는 제조 방법을 제공한다. 이 방법에 있어서, 보호 코팅은 접속부의 노출부를 또한 덮는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 본 발명의 PTC 디바이스와 다른 전기 요소를 접속한 전기 디바이스를 제공하고, 또한 그와 같은 전기 디바이스의 제조 방법도 제공한다. 즉, 본 발명의 전기 디바이스의 제조 방법은 본 발명의 PTC 디바이스의 리드와 다른 전기 요소 사이에 접속 수단 전구체를 배치하여, 필요에 따라서 압력을 가하면서 이들을 가열하고, 그 후, 냉각함으로써 PTC 디바이스의 리드와 다른 전기 요소 사이에 접속 수단을 형성하는 것을 포함한다. 필요에 따라서, 접속 수단의 노출부를 보호 코팅에 의해 덮어도 좋다. 본 발명의 전기 디바이스의 제조 방법의 다른 형태에서는 본 발명의 PTC 디바이스의 리드와 다른 전기 요소를 용접에 의해 접속해도 좋다.

본 발명의 PTC 디바이스에서는 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분과의 사이를 경화한 땜납 페이스트에 의해 형성된 접속부에 의해 접속되어 있다. 이 경화된 땜납 페이스트에 의한 접속부에서는 땜납 재료가, 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분과의 사이의 전기적인 접속을 유지한 상태로 경화된 수지 중에서 확산되어 있다고 생각되고, 그 결과, PTC 디바이스를 다른 전기 요소에 접속할 때에 가해지는 열에 의해 용융 상태로 된 땜납 재료는, 잔존하고 있는 플럭스 재료가 증발되어도, 혹은/또한 압력이 가해져도, 경화된 수지가 증발한 플럭스 재료 및/또는 용융된 땜납 재료의 이동을 제한하므로, 앞서 설명한 것과 같은 패스가 형성되기 어려워, PTC 디바이스의 저항이 상승한다는 문제를 적어도 완화, 바람직하게는 실질적으로 해소할 수 있다고 생각된다.

도1은 본 발명의 PTC 디바이스를, 그 구조를 알 수 있도록 모식적 측방 단면 도로 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명의 PTC 디바이스를 이용하여 제조되는 본 발명의 전기 디바이스를, 그 구조를 알 수 있도록 모식적 측방 단면도로 도시하는 도면이다.

[부호의 설명]

100 : PTC 디바이스

102 : PTC 소자

104 : 금속 전극

106, 106' : 리드

108 : 코팅

110 : 접속부

112 : PTC 요소

114 : PTC 요소의 주표면

120 : 별도의 리드(그 밖의 전기 요소)

122 : 땜납 재료

124 : 저항 용접기 전극

도1에 본 발명의 PTC 디바이스를, 그것을 구성하는 부재를 이해할 수 있도록 측방 단면도로 모식적으로 도시한다. 도시한 PTC 디바이스(100)는 PTC 소자(102) 및 그 금속 전극(104)에 접속된 리드(106)를 갖고 이루어지고, PTC 소자(102)의 노출부가 보호 코팅(108)에 의해 덮여 있다. 도시한 실시 형태로부터 용이하게 이해 할 수 있는 바와 같이 금속 전극(104)과 리드(106) 사이에 이들을 전기적으로 접속하는 접속부(110)가 존재한다. 이 접속부(110)는 경화된 땜납 페이스트에 의해 구성되어 있다.

또한, 도시한 실시 형태에서는, 리드(106)의 실질적으로 전부와 금속 전극(104)의 실질적으로 전부가 접속부(110)에 의해 접속되어 있다. 본 발명의 PTC 디바이스의 가장 넓은 개념에서는, 금속 전극(104)과 리드(106) 사이에 규정되는 공간 중의 적어도 일부분에, 경화된 땜납 페이스트에 의한 접속부(110)가 존재하면 된다. 이 경우, 접속부(110)는 금속 전극(104)의 상측면의 실질적으로 전부의 위에, 혹은 금속 전극(104)의 상측면의 일부분 상에 위치하고, 리드(106)는 금속 전극(104)의 실질적으로 전부를 덮는 사이즈[경우에 따라서는, 금속 전극(104)의 주연부 중 적어도 일부분으로부터 외측으로 비어져 나와도 좋음]라도 좋고, 금속 전극(104)의 일부분을 덮는 사이즈[경우에 따라서는, 금속 전극(104)의 주연부의 일부분으로부터 외측으로 비어져 나와도 좋음]라도 좋다.

따라서, 일 실시 형태에서는 리드(106)의 일부분이 금속 전극(104)의 전부와 접속되어 있어도 좋다. 예를 들어, 리드(106)가 금속 전극(104)보다 매우 넓은(따라서, 금속 전극의 전체가 리드의 일부분에 의해 덮여 있음) 경우, 혹은 접속부(110)가 도시한 실시 형태보다 좁은(즉, 접속부가 나타낸 상태보다 작고, 리드의 일부분의 하방에는 접속부가 존재하지 않음) 경우이다. 다른 실시 형태에서는 금속 전극(104)의 일부분이, 리드(106)의 전부 또는 일부분과 접속되어 있어도 좋다. 예를 들어, 리드(106)가 금속 전극(104)보다 좁은(즉, 리드가 금속 전극의 일부분 을 덮음) 경우, 혹은 접속부(110)가 도시한 실시 형태보다 좁은 경우이다.

PTC 소자(102)는 폴리머 PTC 요소(112) 및 그 적어도 하나의 표면, 예를 들어 도시한 바와 같이 층 형상의 폴리머 PTC 요소(112)의 양측의 주표면(114)에 배치된 금속 전극(104)을 갖고 이루어진다. 또한, 보호 코팅(108)은, 도시한 바와 같이 PTC 소자(102)의 노출부[즉, PTC 요소(112) 및 금속 전극(104)의 측면 부분]를 포위하고, 바람직하게는 이에 더하여 접속부(110)의 노출부[즉, 접속부(110)의 경사진 측면 부분]의 주위도 포위하고 있다. 또한, 접속부(110)가, 도시한 바와 같이 리드(106)와 금속 전극(104) 사이에서 규정되는 공간부의 실질적으로 전부를 차지하는 것이 아니라, 일부분을 차지하는 경우[즉, 접속부(110)가 충분히 크지 않은 경우], 접속부(110)와 보호 코팅(108) 사이에 공극이 존재해도 좋다.

또한, 본 발명의 PTC 디바이스는 다른 전기 요소와의 직접 접속에 사용할 수 있으므로, 리드(106)의 사이즈는, 도시한 바와 같이 PTC 소자의 금속 전극(104)보다 반드시 클 필요는 없고, 금속 전극(104)의 일부분의 상방에 리드(106)의 전체가 존재해도 좋다. 물론, 리드(106)의 일부분이 금속 전극(104)의 상방에 위치하고, 남은 부분이 비어져 나오는 실시 형태라도 좋다.

또한, 도시한 실시 형태에서는 금속 전극(104)의 한쪽 주표면의 전체와, 이것에 대향하는 리드(106)의 한쪽 주표면의 전체가 접속부(110)에 의해 접속되어 있으나, 다른 실시 형태에서는 금속 전극(104) 및 리드(106)의 주표면의 전체가 반드시 접속되어 있을 필요는 없고, 한쪽 주표면의 일부분과 다른 쪽 주표면의 일부 또는 전체가 접속되어 있어도 좋다.

도1에 도시한 본 발명의 PTC 디바이스를 다른 전기 요소에 접속하여 전기 디바이스를 제조하는 모습을, 도1과 동일한 도2에 모식적으로 도시한다. 도2에서는 PTC 디바이스(100)의 상측의 리드(106')에 접속 수단 전구체로서의 땜납 재료를 배치하고, 다른 전기 요소로서 별도의 리드(120)를 납땜함으로써 접속 수단을 형성하는 모습을 도시하고 있다. 이 납땜 시에는, 리드(106') 상에 땜납 재료(122) 및 플럭스 재료(필요한 경우)를 공급하고 그 위에 별도의 리드(120)를 배치한다. 또한, 접속 수단 전구체로서 땜납 페이스트 또는 도전성 페이스트를 사용해도 좋다.

이와 같이 위에 리드(120)를 배치한 PTC 디바이스(100)를, 예를 들어 리플로우로에 넣어 땜납 재료를 용융시키고, 그 후, 냉각함으로써 리드(120)를 리드(106')에 접속 수단(122)에 의해 전기적으로 접속함으로써 본 발명의 전기 디바이스를 얻을 수 있다. 필요에 따라서, 땜납 재료가 용융되어 있을 때에, 별도의 리드(120)의 상방으로부터 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 압력을 가해도 좋다.

상술한 바와 같은 납땜 대신에, 별도의 리드(120)를 리드(106')에 용접함으로써 전기 디바이스를 제조할 수 있다. 도2에 있어서, 땜납 재료(122)를 공급하는 일 없이, 리드(106') 상에 직접 별도의 리드(120)를 적재하여 저항 용접용 전극(124)을 별도의 리드(120) 상에 배치하고, 이에 의해 리드(106' 및 120)를 가열하여 이들을 일체로 용접한다. 이 경우에 있어서, 필요에 따라서 저항 용접용 전극(124)에 의해, 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 압력을 가할 수 있다. 또한, 용접에 의한 직접적인 접속을 실시하는 경우, 상술한 바와 같은 저항 용접 대신에, 레이저 용접을 이용할 수도 있다.

다른 전기 요소(120)로서는, PTC 디바이스를 전기적으로 접속해야 할 임의의 적당한 요소라도 좋고, 예를 들어 다양한 형태의 배선(와이어, 리드 등) 및 그 일부분, 패드, 랜드, 전자 부품(반도체 소자, 저항 소자, 콘덴서 등의 칩)의 전극 등을 다른 전기 요소로서 예시할 수 있다.

본 발명의 PTC 디바이스는 PTC 소자(102) 및 리드(106)를 미리 준비하여 PTC 소자의 금속 전극(104)과 리드(106) 사이에 땜납 페이스트를 공급한다. 이 공급은 사용하는 땜납 페이스트의 성상에 따라서 임의의 적당한 방법으로 실시해도 좋다. 통상, 금속 전극 상에 땜납 페이스트를 배치하고, 그 위에 리드를 배치한다. 예를 들어, 디스펜서에 의해 공급하는 방법, 브러시 도포, 스프레이법 등의 방법을 땜납 페이스트의 공급에 사용할 수 있다.

구체적으로는, 일 실시 형태에서는, 예를 들어 땜납 페이스트가 액체에 가까운 상태인 경우에는 PTC 소자의 금속 전극을 페이스트 내에 딥핑해도 좋고, 다른 실시 형태에서는, PTC 소자의 금속 전극 상에 적하해도 좋고, 혹은 적당한 방법에 의해 땜납 페이스트를 도포해도 좋다. 다른 실시 형태에 있어서, 땜납 페이스트가 고체에 가까운 상태인 경우에는 PTC 소자의 금속 전극 상에 소정량의 페이스트의 덩어리 또는 분말 형상물을 배치해도 좋다.

상술한 바와 같이 금속 전극(104)과 리드(106) 사이에 땜납 페이스트(110)를 공급한 후, 땜납 페이스트의 경화성 수지를 경화시킨다. 경화성 수지가 열경화성인 경우에는 리드(106)를 배치한 PTC 디바이스를 가열하여, 경화성 수지를 경화시키는 동시에, 땜납을 용융시킨다. 필요에 따라서, 리드(106) 상부로부터 압력을 가해도 좋다. 그 후, 냉각함으로써 접속부(110)를 형성한다.

다음에, PTC 소자(102) 및 접속부(110)의 주위에 보호 코팅(108)을 실시한다. 이 보호 코팅은 PTC 요소의 노출부 및 필요한 경우에는 접속부(110)의 노출부를 포위하고, PTC 요소에 포함되는 도전성 필러의 산화를 방지한다. PTC 소자(102) 및 접속부(110)의 양쪽 노출부에 보호 코팅을 실시하는 것이 가장 바람직하나, 경우에 따라서 접속부(110)의 노출부로의 보호 코팅의 공급을 생략해도 좋다. 보호 코팅은, 수지, 바람직하게는 경화성 수지, 특히 열경화성 수지인 것이 바람직하나, 방사선 경화성 수지라도 좋고, 예를 들어 자외선, γ선 등의 방사선을 조사함으로써 경화되는 수지라도 좋다. 바람직한 수지로서는, 상술한 땜납 페이스트를 구성하는 경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지 등을 예시할 수 있다.

또한, PTC 디바이스의 보호 코팅에 대해서는 열경화성 수지를 스프레이함으로써 실시할 수 있다. 또한, 스프레이하지 말아야 할 부분은, 예를 들어 마스킹해 둔다. 다른 형태에서는, 브러시 도포에 의해 코팅을 실시해야 할 개소에 열경화성 수지를 적용해도 좋다. 보호 코팅은, 예를 들어 미국 특허 제4,315,237호에 산소 배리어로서 개시되어 있고, 이것을 인용함으로써 이 특허에 개시되어 있는 산소 배리어의 기술적 내용은 보호 코팅의 기술적 내용으로서 본 명세서에 포함하는 것으로 한다.

(제1 실시예)

본 발명의 PTC 디바이스의 제조

폴리머 PTC 소자(타이코일렉트로닉스레이켐 주식회사제, 직경 : 2.8 ㎜, 두 께 : 0.6 ㎜)의 한쪽의 금속 전극 상에 땜납 페이스트(센쥬 금속 주식회사 제품, 제품명 : 언더 필 페이스트 #2000)를 디스펜서에 의해 공급하고, 그 위에 Ni-리드(직경 : 3.1 ㎜, 두께 : 0.3 ㎜)를 적재하였다.

리드를 적재한 PTC 소자를 리플로우로(220 ℃ 이상에서 30 내지 60초, 설정 피크 온도 260 ℃)에 넣어 가열하여, 땜납 페이스트 중의 열경화성 수지를 경화시키는 동시에 땜납 분말을 용융시켜 금속 전극과 리드 사이에 접속부를 형성하였다. 그 후, 금속 전극에 끼워진, PTC 소자의 노출부 및 접속부의 노출부를 에폭시 수지(PPG사제, 상품명: 베어로케이드)에 의해 포위하여 열경화시켜 보호 코팅을 형성하여, 본 발명의 PTC 디바이스를 제조하였다.

사용한 PTC 소자의 상세는 다음과 같다 :

ㆍ 도전성 필러(니켈 필러, 평균 입경 : 2 내지 3 ㎛) : 약 83 중량％

ㆍ 폴리머(고밀도 폴리에틸렌) : 약 17 중량％

ㆍ 금속 전극 : 니켈박(직경 2.8 ㎜, 두께 : 25 ㎛)

사용한 땜납 페이스트의 조성의 상세는 다음과 같다 :

ㆍ 땜납 분말(주석-은-구리, 융점 : 약 219 ℃) : 약 79 중량％

ㆍ 열경화성 수지(비스페놀 A형 에폭시 수지, 경화 조건 : 약 220 ℃ 이상에서 35초) : 약 9 중량％

ㆍ 용제(폴리옥시알킬렌에테르) : 약 5 중량％

ㆍ 납땜 플럭스(유기산) : 약 7 중량％

본 발명의 전기 디바이스 제조

상술한 바와 같이 하여 제조한 PTC 디바이스의 리드 상에 그 밖의 전기 요소로서의 별도의 리드(니켈제, 사이즈 : 2.5 ㎜ × 15.5 ㎜, 두께 0.1 ㎜)를 적재하여, 저항 용접기(일본 아비오닉스제, 설정 출력 : 15 W)로 압박하면서 각 리드를 용접하여 전기적으로 접속하여 본 발명의 전기 디바이스를 얻었다.

전기 디바이스의 저항값 변화의 평가

이렇게 하여 얻게 된 전기 디바이스를 40 기압(공기)의 용기 내에서 보존하여 산화 가속 시험을 하였다. 시험 전, 시험 개시로부터 168 시간이 경과한 후의 저항값[도2의 별도의 리드(120)와, 별도의 리드를 설치하고 있지 않은 측의 PTC 소자의 리드(106)(하방의 리드)와의 사이의 저항값]을, 각각 시험 전 저항값 및 시험 후 저항값으로서 측정하였다. 또한 시험 후, PTC 소자를 트립(조건 : 6 V/50 A/5분)시켜, 그 후의 저항값도 트립 후 저항값으로서 측정하였다. 또한, PTC 디바이스를 제조하기 전의 PTC 소자 자체의 초기 저항값도 미리 측정해 두었다. 저항값의 측정 결과를 표1에 나타낸다.

[표1]

(제2 실시예)

직사각형 칩 형태의 PTC 소자(타이코일렉트로닉스레이켐 주식회사제, 사이즈 : 2.6 ㎜ × 4.3 ㎜, 두께 : 0.6 ㎜)를 이용하여, PTC 소자의 금속 전극에 접속하는 Ni-리드로서 사이즈 3 ㎜ × 4.7 ㎜, 두께 0.2 ㎜인 것을 이용한 것 이외는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 PTC 디바이스를 제조하고, 그것을 이용하여 전기 디바이스를 제조하였다. 그리고, 앞에서와 마찬가지로 하여 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

[표2]

(제1 비교예)

제1 실시예와 동일한 PTC 소자의 금속 전극에 Ni-리드(직경 : 3.1 ㎜, 두께 : 0.3 ㎜)를 납땜하여 PTC 디바이스를 얻었다. 납땜에는 제1 실시예의 땜납 페이스트의 땜납 분말과 실질적으로 동일한 납 프리 땜납 재료와 로진의 혼합물을 이용하여 리플로우로에서 금속 전극과 리드 사이의 접속부를 형성하여 PTC 디바이스를 얻었다. 리플로우로의 온도 조건은 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 하였다.

다음에, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 얻게 된 PTC 디바이스의 리드에 별도의 리드를 납땜하였다. 또한, 저항 용접기의 설정 출력은 7 W였다. 앞에서와 마찬가지로 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표3에 나타낸다.

[표3]

(제2 비교예)

전기 디바이스를 제조할 때에, 저항 용접기의 설정 출력을 10 W로 한 것 이외는 제1 비교예를 반복하였다. 앞에서와 마찬가지로 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표4에 나타낸다.

[표4]

(제3 비교예)

제2 실시예와 동일한 PTC 소자의 금속 전극에 Ni-리드(두께 : 0.2 ㎜)를 납땜하여 PTC 디바이스를 얻었다. 납땜은 제1 비교예와 마찬가지로 실시하였다. 다음에, 제2 실시예와 마찬가지로 하여, 얻게 된 PTC 디바이스의 리드에 별도의 리드를 납땜하였다. 또한, 저항 용접기의 설정 출력은 7 W였다. 앞에서와 마찬가지로 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표5에 나타낸다. 또한, 시험 후 저항값 및 트립 후 저항값만을 측정하였다.

[표5]

(제4 비교예)

전기 디바이스를 제조할 때에, 저항 용접기의 설정 출력을 10 W로 한 것 이외는, 제3 비교예를 반복하였다. 앞에서와 마찬가지로 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표6에 나타낸다.

[표6]

상술한 실시예 및 비교예의 측정 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예 의 PTC 디바이스에서는, 시험 후의 저항값 및 트립 후의 저항값의 최대값은 동일한 두께(0.3 ㎜)의 리드를 사용한 제1 및 제2 비교예의 그것보다도 상당히 작다. 즉, 본 발명의 PTC 디바이스를 이용하는 경우, 앞에서 설명한 바와 같이 보호 코팅에 패스가 형성될 확률은 크게 감소되어 있는 것이라고 추정된다.

게다가, 제1 실시예에 있어서 전기 디바이스를 제조할 때에 이용한 저항 용접기의 설정 출력은 15 W이고, 이 설정 출력은 제1 및 제2 비교예의 설정 출력(각각 7 W 및 10 W)보다 상당히 크다. 즉, 제1 실시예에 있어서의 용접은, 제1 및 제2 비교예에 있어서의 용접에 비해 PTC 디바이스의 금속 전극과 리드 사이의 접속부에 부여하는 열적인 영향이 상당히 커서, 이 점에서는, 제1 실시예의 PTC 디바이스에서는 보호 코팅에 패스가 형성되기 쉽다고 판단된다. 그럼에도, 제1 실시예의 저항값의 측정 결과가 낮다는 것은, 본 발명을 기초로 하면, PTC 디바이스의 보호 코팅에 패스가 형성되기 어렵다는 것을 예증하고 있다.

제2 실시예와 제3 및 제4 비교예의 측정 결과에 대해서도, 상술한 제1 실시예와 제1 및 제2 비교예의 결과와 동일한 경향이 인정된다.

본 발명의 PTC 디바이스는 직접 접속에 의해 전기 디바이스에 내장할 수 있고, 그 결과, 전기 디바이스를 콤팩트할 수 있는 한편, PTC 소자의 저항값이 증가할 가능성이 대폭으로 감소되므로, PTC 소자가 내장된 회로의 신뢰성이 향상된다.

또한, PTC 디바이스를 제조하는데 있어서, 땜납 페이스트를 이용한다는 상술한 본 발명은, 도전성 필러로서 카본 블랙을 사용하고, 보호 코팅을 갖지 않는 PTC 소자에 대해서도 유용하다. 즉, 땜납 페이스트를 이용하면 상술한 바와 같은 효과가 있고, PTC 소자의 금속 전극과 리드가 땜납 재료의 접속부에서 접속되어 있는 PTC 디바이스에 별도의 리드를 가열하여 접속할 때에, 특히 압력을 가하면서 접속할 때에 PTC 소자의 금속 전극과 리드 사이의 땜납 재료가 접속부로부터 돌출될 가능성이 있다는 문제점(그 결과, 접속부의 도전성이 불충분해질 가능성이 있다는 문제점)을 해결할 수 있다.

그와 같은 PTC 디바이스는 상술한 본 발명의 PTC 디바이스에 있어서, 도전성 필러가 카본 블랙에 의해 구성되고, 보호 코팅이 생략되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 PTC 디바이스를 이용하여 상술한 전기 디바이스의 제조 방법으로 전기 디바이스를 마찬가지로 제조할 수 있다. 단, 보호 코팅을 실시할 필요는 없다.

Claims

도전성 필러 및 폴리머 재료를 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 요소와, 폴리머 PTC 요소의 적어도 하나의 표면에 배치된 금속 전극을 갖고 이루어지는 PTC 소자와,

적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극의 상방에 위치하는 리드와,

PTC 소자의 노출부를 포위하는 보호 코팅을 갖고 이루어지는 PTC 디바이스이며,

경화된 땜납 페이스트가, 금속 전극과 리드의 상기 적어도 일부분을 전기적으로 접속하는 접속부로서 존재하는 PTC 디바이스.
제1항에 있어서, 리드는 그 전체가 금속 전극의 상방에 배치되어 있는 PTC 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 땜납 페이스트는 열경화성 수지 및 땜납 입자를 포함하여 이루어지는 PTC 디바이스.
제3항에 있어서, 열경화성 수지는 에폭시 수지인 PTC 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 도전성 필러는 Ni-필러 또는 Ni 합금-필러인 PTC 디바이스.
제5항에 있어서, Ni 합금은 Ni-Co 합금인 PTC 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 리드는 Ni-리드인 PTC 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 보호 코팅은 경화된 열경화성 수지로 이루어져 있는 PTC 디바이스.
제1항에 기재된 PTC 디바이스와 다른 전기 요소가 전기적으로 접속되어 있는 전기 디바이스.
제9항에 있어서, PTC 디바이스의 리드와 그 상방에 위치하는 다른 전기 요소 사이에 위치하는 접속 수단에 의해 전기적으로 접속되어 있는 전기 디바이스.
제10항에 있어서, 리드와 다른 전기 요소 사이에 위치하는 접속 수단은 접속 수단 전구체를 가열함으로써 형성되어 있는 전기 디바이스.
제11항에 있어서, 접속 수단 전구체는 리드와 다른 전기 요소 사이에 배치되는 땜납 재료, 땜납 페이스트 또는 도전성 페이스트인 전기 디바이스.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 리드와 다른 전기 요소의 전기적인 접속은 다른 전기 요소를 리드에 대해 압박하면서 실시되어 있는 전기 디바이스.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 전기 요소는 다양한 형태의 배선, 패드, 랜드 혹은 이들 중 어느 하나의 일부분, 또는 전자 부품의 전극인 전기 디바이스.
제9항에 있어서, PTC 디바이스의 리드와 그 상방에 위치하는 다른 전기 요소는 용접에 의해 직접적으로 전기적으로 접속되어 있는 전기 디바이스.
제15항에 있어서, 리드와 다른 전기 요소의 전기적인 접속은 다른 전기 요소를 리드에 대해 압박하면서 실시되어 있는 전기 디바이스.
제15항 또는 제16항에 있어서, 다른 전기 요소는 다양한 형태의 배선, 패드, 랜드 혹은 이들 중 어느 하나의 일부분, 또는 전자 부품의 전극인 전기 디바이스.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 전기 디바이스의 제조 방법이며,

제1항에 기재된 PTC 디바이스의 리드와 다른 전기 요소 사이에 열경화성 수지 및 땜남 분말을 포함하는 접속 수단 전구체를 배치하고,

압력을 가하면서 이들을 가열하고, 그 후 냉각함으로써 PTC 디바이스의 리드와 다른 전기 요소 사이에 접속 수단을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 제조 방법.
제15항 또는 제16항에 기재된 전기 디바이스의 제조 방법이며,

제1항에 기재된 PTC 디바이스의 리드에 다른 전기 요소를 압력을 가하면서 용접하는 것을 포함하여 이루어지는 제조 방법.
제1항에 있어서, 도전성 필러가 카본 블랙에 의해 구성되는 PTC 디바이스.
제1항 또는 제2항에 기재된 PTC 디바이스의 제조 방법이며,

PTC 소자 중 적어도 한쪽의 금속 전극 상에 땜납 페이스트를 공급하고,

땜납 페이스트 상에 리드를 배치하고,

땜납 페이스트를 경화시켜 금속 전극과 리드 사이에 이들을 전기적으로 접속하는 접속부를 형성하고,

PTC 소자의 노출부를 보호 코팅에 의해 덮는 것을 포함하여 이루어지는 제조 방법.
제21항에 있어서, 보호 코팅은 PTC 소자의 노출부 외에, 접속부의 노출부도 덮는 제조 방법.