KR20050057342A - 고분자 ｐｔｃ 소자를 제조하는 방법 - Google Patents

고분자 ｐｔｃ 소자를 제조하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050057342A
KR20050057342A KR1020057004451A KR20057004451A KR20050057342A KR 20050057342 A KR20050057342 A KR 20050057342A KR 1020057004451 A KR1020057004451 A KR 1020057004451A KR 20057004451 A KR20057004451 A KR 20057004451A KR 20050057342 A KR20050057342 A KR 20050057342A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
irradiation
panel
resistance
temperature
polymer mixture
Prior art date
Application number
KR1020057004451A
Other languages
English (en)
Inventor
앤 바닉
셀리리아 에이. 왈시
Original Assignee
타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타이코 일렉트로닉스 코포레이션 filed Critical 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Publication of KR20050057342A publication Critical patent/KR20050057342A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06573—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the permanent binder
    • H01C17/06586—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the permanent binder composed of organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

본 발명은 과온 보호 소자(overtemperature protection device)로서 사용하기 위한 표면 장착가능 고분자 PTC 소자의 저항 대 온도 프로파일을 튜닝하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 금속 호일 전극들 사이에 삽입된 도전성 고분자 혼합물을 포함하는 적층물을 준비하는 단계; 그 적층물을 크로스링킹하는 단계; 복수의 표면 장착가능 소자를 형성하기 위해 상기 적층물을 패터닝함으로써 상기 크로스링킹된 적층물로부터 패널을 형성하는 단계; 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 상기 패널을 조사하는 단계; 및 상기 조사된 패널을 세분함으로써 개별 소자들을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

고분자 ＰＴＣ 소자를 제조하는 방법{METHOD OF MAKING A POLYMERIC PTC DEVICE}
본 발명은 과온(overtemperature) 보호 소자로서 사용하기 위한 고분자 PTC 소자 및 그러한 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
고분자 PTC(positive temperature coefficient) 회로 보호 소자("PPTCs")는 통상적으로 도전성 금속 호일로 이루어진 양면에 적층된 돌출 도전성 고분자 시트로부터 생성된다. 하나의 표면 상에 적어도 두개의 전기 접속을 갖는 복수의 층 표면 장착 고분자 PTC 소자를 생성하는 유용한 방법이 미국특허 제5,852,397호(Chan et al.), 제6,211,771호(Zhang et al.) 및 제6,292,088호(Zhang et al.)와 국제특허 WO 01/20619호(Tyco Electronics Corporation, 2001년 3월 22일 발행)에 기술되어 있으며, 이 공개 특허들은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 이 방법들은 인쇄 회로 기판 기술을 이용하여 적층물을 패터닝하여 패널을 형성하고, 이어서 예를 들어, 쏘잉(sawing), 스냅핑(snapping) 또는 쉬어링(shearing)함으로써 많은 단일의 소자들을 그 패널로부터 분리시키는 것을 포함한다.
회로 보호 소자에서, 바람직하게는 방사에 의해 PTC 도전성 고분자 혼합물이 크로스링킹되도록 하는 것이 바람직하다. 크로스링킹의 효과는, 고분자 및 미국특허 제4,845,838호(Jacobs et al.) 및 제4,857,880호(Au et al.)에 기재된 바와 같이, 크로스링킹 단계 동안의 상태 및 고분자에 의존하며, 이 공개 특허들은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 예를 들어, PTC 도전성 고분자가 높은 조사량, 즉 적어도 50 Mrads를 이용하여 크로스링킹될 수 있고, 결과적인 도전성 고분자의 저항 대 온도 [R(T)] 곡선은 조사되지 않은 소자보다 더 저온에서 주어진 저항 값에 도달하도록 변화된다는 것이 공지되어 있다. 또한, 고분자 PTC 혼합물 재료의 크로스링킹은 하나 이상의 조사 단계를 이용하여 그 재료를 조사하고 조사 단계들 중에 그 재료를 녹는점 이상의 온도에 노출하는 열처리를 포함함으로써 이루어질 수 있다. 높은 조사량 및 다수의 조사 단계에 의해, 고분자 PTC 소자들의 성능을 증가시키기 위해서는 높은 전압 동작, 즉 적어도 72V(volts) 하에서 특히 유용하다는 것을 발견했다. 72V 이하에서 동작하도록 설계된 소자들에 대해서는, 다운스트림 처리(예를 들어, 다수의 표면 장착 소자들로 세분화하기 위한 패널을 형성하기 위해 적층물의 패터닝 처리 또는 적층물로부터의 칩들을 펀칭하는 처리)에 앞서, 적층물이 통상적으로 보다 낮은 레벨, 예를 들어, 5 내지 15 Mrads로 조사된다. 이러한 조사는 통상적으로 어떠한 중간 열처리도 없이 하나의 단계에서 행해진다.
고분자 PTC 소자들은 보통 과전류 보호 소자로서 사용되며, 어떤 경우에는 과온 또는 열차단 보호 소자들로서 사용된다. 통상적으로, 고분자 PTC 소자가 과온 보호 소자로서 사용되는 경우, 보통 저저항 상태이며, 그것이 전기 접촉하고 있는 장비는 정상 동작 상태에 있다. PTC 소자가 열원에 기인하여 열상승됨에 따라, 그 저항도 증가할 것이다. 장비의 온도, 장비의 주위 환경, 또는 장비 내의 로컬 환경이 장애 상태를 증가시키면, PTC 소자의 저항은 회로의 또 다른 부분에 대해 트리거하여 전력을 감소시키는 값으로 증가한다.
고분자 PTC 소자의 스위칭 온도(Ts)가 고분자 혼합물의 고분자 성분을 변경시킴으로써, 예를 들어, 고분자 블렌드(blend)를 제조함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 미국특허 제5,451,919호(Chu et al.), 제5,582,770호(Chu et al.), 제5,801,612호(Chandler et al.), 제6,362,721호(Chen et al.) 및 제6,358,438호(Isozaki et al.)를 참조하며, 이 공개특허들은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 그러나, 일반적으로 혼합물의 고분자 성분이 변경되는 경우, 결과의 소자들의 스위칭 온도에서, 저항/온도 프로파일, 저항성 및 저항에 상당한 변화가 있을 수 있다. 또한, 고분자가 변경되거나 새로운 고분자 블렌드가 생성되는 경우에 처리 조건이 변경되거나 최적화되어야 하기 때문에, 혼합물 구성이 변경될 경우 상당한 재료 개발 노력이 요구될 수 있다. 다른 혼합물 재료로 이루어진 소자 족의 제조는 혼합(mixing), 성형(extrusion) 및 적층(lamination) 절차시 재료의 변환을 위해 요구되는 셋업 시간 및 보다 많은 스타팅 재료 및 재공품(work-in-process)을 위해 요구되는 증가된 인벤토리 때문에 전달 리드 타임(lead time) 및 비용을 증가시킬 수 있다.
완료된 패널들(단일화에 앞서) 또는 완료된 적층 표면 장착 소자(미국특허 제5,852,397호 또는 국제특허 제WO 01/20619호에 기술됨)에 적용된 추가의 높은 조사량(예를 들어, 20 Mrads보다 높음, 바람직하게는 50 내지 100 Mrads)이 개선된 과온 보호 소자를 제공하기 위해 그 R(T) 곡선을 정교하게 튜닝하는데 사용될 수 있다는 것은 이전에 공지된 바 없다. 추가의 빔량은 주어진 온도에서(예를 들어, 스위칭 온도에서) 증가된 저항을 생성함으로써 성능을 개선할 수 있거나 또는 도전성 고분자의 제형(formulation)을 변경시키지 않고 스위칭 온도 이상에서 저항을 유지 또는 증가시키면서 제어되는 형태로 스위칭 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 그 스위칭 온도는 본 명세서에 기술되어 있는 방법을 이용하여 섭씨 3 내지 4도 단으로 낮출 수 있다. 비록 적층물의 크로스링킹이 일부 어플리케이션에서는 필요치 않을지라도, 바람직하게는, 적층물은 패널을 형성하기 위해 패터닝되기 전, 그러므로 적층 표면 장착 소자들의 형성 이전에 (바람직하게는 조사를 이용하여) 크로스링킹된다. 바람직하게는, 추가의 빔량이 고분자 혼합물 재료가 녹는점 이상으로 가열되도록 하는 열처리보다 우선된다. 본 명세서에 기술된 방법은 소자들이 종종 PTC 재료 또는 구성을 변경하지 않고도 여러가지 과온 보호 어플리케이션으로 용이하게 설계될 수 있도록 필요한 R(T) 곡선 모양의 주문형 테일러링(customized tailoring)을 허용할 수 있다. 예를 들어, 완료된 적층 표면 장착 소자들의 동일한 뱃치(batch)는 몇가지 다른 장착가능 과온 보호 소자를 생성하기 위해 본 명세서에 기술된 방법에 따라 추가로 처리될 수 있다.
제1 양상에서, 본 발명은 과온 보호 소자를 사용하기 위한 표면 장착가능 고분자 PTC 소자의 저항 대 온도 프로파일을 튜닝하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은:
(a) 금속 호일 전극들 사이에 삽입된 도전성 고분자 혼합물을 포함하는 적층물을 준비하는 단계 - 상기 고분자 혼합물은 녹는점(Tm)을 가짐 -;
(b) 상기 적층물을 크로스링킹하는 단계;
(c) 상기 적층물을 패터닝함으로써 상기 크로스링킹된 적층물로부터 패널을 형성하여 복수의 표면 장착가능 소자들을 형성하는 단계;
(d) 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 상기 패널을 조사하는 단계; 및
(e) 상기 조사된 패널을 세분함으로써 개별 소자들을 제공하는 단계
를 포함한다.
제2 양상에서, 본 발명은 과온 보호 소자로서 사용하기 위한 고분자 PTC 소자의 저항 대 온도 프로파일을 튜닝하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은:
(a) 금속 호일 전극들 사이에 삽입된 도전성 고분자 혼합물을 포함하는 적층물을 준비하는 단계 - 상기 고분자 혼합물은 녹는점(Tm)을 가짐 -;
(b) 상기 적층물을 크로스링킹하는 단계;
(c) 상기 크로스링킹된 적층물로부터 개별 소자들을 형성하는 단계;
(d) 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 상기 개별 소자들을 조사하는 단계
를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 소자를 이용할 수 있는 전압 분배기 회로를 도시한 도면.
도 2는 고분자 성분을 변경함으로써 스위칭 온도가 변동되는 고분자 PTC 소자의 세트에 대한 저항 대 온도 곡선을 도시한 도면.
도 3은 본 명세서에 기술된 방법을 이용하여 R(T) 특성이 변동되는 고분자 PTC 소자들의 세트에 대한 저항 대 온도 곡선을 도시한 도면.
본 발명의 소자들은 PTC(positive temperature coefficient) 동작을 나타내는 PTC 도전성 고분자 혼합을 포함하는 적어도 하나의 적층 고분자 소자 또는 저항 소자를 포함하며, 즉, 이는 비교적 작은 온도 범위를 초과한 온도로서 저항성의 뚜렷한 증가를 나타낸다. 용어 "PTC"는 적어도 2.5의 R14값 및/또는 적어도 10의 R100값을 갖는 구성 또는 소자를 평균하는데 사용되며, 그 구성 또는 소자가 적어도 6의 R30값을 갖는 것이 바람직하며, R14는 처음과 끝이 14℃ 범위에서의 저항비이고, R100은 처음과 끝이 100℃ 범위에서의 저항비이며, R30은 처음과 끝이 30℃ 범위에서의 저항비이다.
회로 보호 소자들 및 PTC 도전성 고분자 혼합은, 예를 들어, 미국특허 제4,237,441호(van Konynenburg et al.), 제4,304,987호(van Konynenburg), 제4,514,620호(Cheng et al.), 제4,534,889호(van Konynenburg et al.), 제4,545,926호(Fouts et al.), 제4,724,417호(Au et al.), 제4,774,024호(Deep et al.), 제4,935,156호(van Konynenburg et al.), 제5,049,850호(Evans et al.), 제5,378,407호(Chandler et al.), 제5,451,919호(Chu et al.), 제5,582,770호(Chu et al.), 제5,747,147호(Wartenberg et al.), 제5,801,612호(Chandler et al.) 및 제6,358,438호(Isozaki et al.)에 공개되어 있는 것을 이용한다.
PTC 도전성 고분자 혼합물은 차동 주사 열량계의 엔더썸(endotherm)의 피크치에 의해 측정되는 녹는점(Tm)을 갖는다. 하나 이상의 피크치가 존재하는 경우, Tm은 최상의 온도 피크치인 온도로 정의된다.
간단한 과온 검출 구성에 대해, PTC 소자가 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 전압 분배기 회로에 사용될 수 있으며, 구성요소 1과 2는 저항이고, 4는 스위칭 트랜지스터(예를 들어, MOSFET)이고, 5는 소스(예를 들어, 배터리)이소, 3은 PTC 소자이다. 도 1에 예를 들어 도시된 바와 같이, 일련의 구성요소가 있는 대안의 회로가 있을 수도 있겠지만, PTC 소자는 일반적으로 이러한 보호 구성에 대해서는 일련의 구성요소가 아니다. 어떠한 과온 조건도 없는 저온 상태에서는, PTC 소자는 저저항 상태에 있으므로, 이를 통한 전압 강하는 거의 없다. PTC 소자가 가열된 경우, 저항은 증가하므로, PTC의 전압 강하도 증가한다(예를 들어, 도 1에 도시된 회로에 대해, PTC의 저항은 저항(1)의 저항에 근접하고, PTC 구성요소 3을 통한 전압 강하는 상당하게 된다). 몇몇 온도에서(예를 들어, 스위칭 온도에서), 전압 강하는 임계값에 도달하여 과온 조건이 존재하는 회로의 제어부에 신호하고, 이어서 제어 회로는 회로 또는 부하를 보호하고 손상을 방지하기 위해 전력을 감소 또는 차단할 수 있다. PTC 과온 소자의 성능을 위한 몇가지 키 파라미터들은 다음을 포함한다:
<스위칭 온도>
스위칭 온도는 다른 어플리케이션을 통한 광범위한 적용가능성에 대해 변동할 수 있어야 한다. 이는 소자가 임의의 저항 또는 저항 범위에 도달하는 온도로서 정의될 수 있다. 또한, 발열 성분에 대한 부분의 배치는 설계자가 다른 스위칭 온도를 갖는 소자들을 선택하고 싶도록 할 수 있다. 예를 들어, PTC 소자를 발열 부품에 접촉하여 배치하고자 한다면, 설계자는 110℃의 스위칭 온도를 선택하기를 원할 것이지만, 발열기에 접촉하지 않고 단지 가까이에 장착하고자 한다면, 설계자는 동일한 장애에 대해 동일한 회로를 보호하기 위해 보다 낮은 100℃의 스위칭 온도를 선택하기를 원할 것이다. 설계자는 일반적으로 다른 파라미터들에 독립하여 스위칭 온도를 변경하고 싶어할 것이다(이하 참조). 개발된 세라믹 PTC 소자는 스위칭 온도의 범위를 갖는 소자 족(family)을 도시하며, R(T) 곡선은 스위칭 온도에 관해서 서로에 대해 이동되지만, 그렇지 않다면 곡선 모양이 상당히 변하는 것은 아니다. 이는 PPTC 소자들이 통상적으로 그들의 스위칭 온도가 고분자 혼합물 또는 도전성 필러(filler) 또는 도 2에 도시된 바와 같은 부하를 변경시킴으로써 변화되는 경우를 설명하는 것과는 대조적이다. 도 2의 모든 소자들은 5mm×12mm 축 리디드 소자로서 만들어져 있다. 곡선 1은 0.25mm(0.010 인치) 두께이고, 약 38%의 용량이 카본 블랙(Columbian Chemical에 의해 제공된 RavenTM 430), 62%(용량이)가 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)(Equistar에 의해 제공된 PetrotheneTM LB832)을 함유하여 형성된 소자의 곡선이고; 곡선 2는 0.25mm(0.010 인치) 두께이고, 약 38%의 용량이 RavenTM 430, 62%의 용량이 PetrotheneTM LB832와 에틸렌 부틸 아크릴 공고분자(EBA)(Equistar에 의해 제공된 EnatheneTM 70509)를 45%/55%씩 혼합한 블랜드를 함유하여 형성된 소자의 곡선이고, 곡선 3은 0.25mm(0.010 인치) 두께이고, 약 40%의 용량이 RavenTM 430, 60%의 용량이 PetrotheneTM LB832를 함유하여 형성된 소자의 곡선이고, 곡선 4는 0.125mm(0.005 인치) 두께이고, 약 38%의 용량이 RavenTM 430, 62%의 용량이 HDPE/EBA를 10/90씩 혼합한 블랜드를 함유하여 형성된 소자의 곡선이다. 도 2에 도시된 R(T) 특성을 갖는 모든 소자들이 10 Mrad 조사를 이용하여 크로스링킹되었다.
도전성 혼합물의 고분자 성분이 변경된 경우, 또는 고분자 블랜드가 사용되는 경우, 결과의 소자의 열적 반응의 많은 다른 양상들이 변경할 수 있다(즉, 고강도 상태의 저항은 낮아질 수 있고, ΔR/ΔT 또는 저항/온도 프로파일의 전체 모양은 변경될 수 있고, 저온에서의 저항은 변경될 수 있고, 또는 소자 크기는 혼합물 구성의 변화로부터 기인한 저항의 차를 설명하기 위해 변경되어야 할 수도 있다). 이들 중 어떤 것은 그 소자의 스위칭 온도를 변화시키는 단 하나의 목적 때문에 설계자가 회로를 재설계해야만 하도록 할 수도 있으며, 이는 결코 바람직하지 못하다. 고분자 소자의 R(T) 속성을 정교하게 튜닝하는데 빔량을 이용함으로써, 다른 파라미터들에서의 원치않는 변화들을 야기하지 않고도 스위칭 온도의 변경을 고분자 소자 족에 제공할 수 있다. 예를 들어, 온도가 125℃를 초과하는 경우, 많은 실리콘 소자들이 적절하게 동작하지 않을 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 만들어진 PPTC는 125℃ 이상의, 종종 130℃에 가까운 스위칭 온도를 가지므로, 이들은 125℃ 또는 그 이하에서는 열 보호 어플리케이션에 대해 최적화되지 않는다. 본 명세서에 기술된 처리들을 이용함으로써, 스위칭 온도에서 저항을 유지하거나 증가시키면서 HDPE로부터 만들어진 소자들의 스위칭 온도를 낮추는 것이 가능하게 된다.
<주어진 소자에 대한 스위칭 온도 범위>
일반적으로, 회로 설계자들은 성가신 장애들을 피하면서 신뢰성 있는 열 보호를 제공하기 위해 스위칭 온도 범위가 어플리케이션에 대해 가능한한 좁게 되기를 원한다. 즉, 설계자들은 과온 보호 소자가 보통의 동작 조건 하에서는 고저항 상태에 결코 도달할 수 없지만, 장애 조건 하에서는 항상 고저항 상태에 도달하기를 원한다. 때때로, 보통의 동작 조건 온도는 장애 조건 온도(예를 들어, 10도 이내)에 매우 근접할 수 있다. 이는 R(T) 특성의 높은 소자-대-소자 재생도를 갖거나 관심의 범위에서 매우 가파른 R(T) 곡선을 가짐으로써 달성될 수 있다.
<고온에서의 저항>
회로 설계자는 보통 소자가 스위칭 온도에 도달해야 하는 최소의 저항을 지정할 것이다. 전압 분배기 회로를 사용하는 많은 어플리케이션에 대해, 누설 전류를 최소(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 저항 1이 50kohm일 수 있고, 또는 누설 전류를 최소화하기 위해 1Mohm보다 큰)로 유지하기 위해, 저항이 매우 높은(예를 들어, 50kohm보다 크거나, 또는 어떤 경우에는 1Mohm보다 큰) 것이 소망될 것이다. 이는 배터리 구동 어플리케이션에 특히 중요하다. 본 명세서에 기술된 처리를 이용함으로써, 고온에서의 저항은 증가될 수 있다.
<일반 동작 조건 하에서의 저항>
PTC 소자가 일련의 구성요소로서 사용될 필요가 없으면, 500 내지 1000옴의 일반 동작 상태에서의 저항이 몇몇 어플리케이션에 대해 충분히 낮을 수 있다. 그러나, 일반 조건과 장애 조건 간의 저항의 차를 최대화하는 것이 바람직하므로, 일반적으로는 일반 동작 상태에서는 저항을 가능한한 낮게 유지하고, 장애 조건에서는 저항을 가능한한 높게 유지하는 것이 바람직하다. PTC 소자가 일련의 구성요소로서 사용되어야 한다면, 저저항이 적절한 전류 레벨을 계속해서 전달함이 바람직하다는 것은 명백하다. 추가의 높은 빔량의 사용이 일반적으로 (예를 들어, 대략적으로 인자 2만큼) 저온에서의 저항을 증가시킬지라도, 고온에서의 저항은 훨씬 빠르게 (예를 들어, 고온에서의 저항은 저온에서의 저항이 인자 2만큼 증가하는 동안의 크기 정도보다 더 증가할 수 있다) 증가될 수 있어, 저온 상태와 고온 상태 간에서 소자의 저항 차이가 더 커진다.
<히스테리시스(가열과 냉각 간의 RT 특성 차)>
장애 후의 몇가지 어플리케이션에서, 가열시 스위칭 온도와 크게 다르지는 않은 온도에서 저저항 상태로 소자를 냉각시키는 것이 소망된다. 이는 일반 동작 조건과 장애 동작 조건 간의 온도차가 작은 어플리케이션들에 가장 중요할 것이다. 히스테리시스에서의 감소가 200 Mrad 양으로 도시되었다(예 14 참조). 다른 어플리케이션에서, 가열시 스위칭 온도보다 저온에서 저저항 상태로 소자를 냉각시키는 것이 소망된다. 이는 회로가 사이클링에 민감한 어플리케이션들에 가장 중요할 것이다.
<비용>
비용은 가능한한 낮게 유지되어야 한다. 빔량의 기술은 수천개의 소자들이 한번에 처리되도록 하며, 여러개의 소자들이 동일한 스타팅 재료로부터 준비될 수 있어, 인벤토리에 구축되어 유지되어야 하는 플라크(plaque) 종류의 수를 감소시킬 수 있다. 이미 패터닝되었거나 드릴링된 후 패널을 처리하는 것은 매우 높은 빔량이 빔 단계의 부산물인 가스가 쉽게 샐 수 있기 때문에, 진공 단계없이 사용되도록 허용한다.
본 발명은 다음 예들로 설명되며, 예 1, 예 5, 예 6, 예 11이 비교예들이다.
<비교예 1과 예 2 내지 예 4>
도전성 고분자 혼합물이 용량이 약 60%인 고밀도 폴리에틸렌(PetrotheneTM LB832, Equistar 제공)과 용량이 40%인 카본 블랙(RavenTM 430, Columbian Chemicals 제공)을 블렌딩하고, 이어서 시트를 성형하여 연속 처리로서 니켈 호일과 적층함으로써 준비된다. 그 적층된 시트는 0.3×0.41m(12×16인치)의 개별 적층물로 잘려진다. 그 적층물들은 처리에 앞서 10 Mrad로 조사된다. 각각의 소자에 대해 하나의 구멍을 제공하기 위해 규칙적인 패턴으로 개별 적층물들의 두께를 관통시켜 구멍을 뚫는다. 뚫린 구멍은 감광되고, 이어서 구리층이 그 감광된 표면 상에 무전해 도금되며, 납층이 구리 표면 상에 도금된다. 표준 포토레지스트 처리를 이용하면, 패턴이 개별 적층물의 양측에 에칭된다. 패터닝된 적층물은 우선 가위 또는 톱을 이용하여 스트립들로 분리되고, 이어서 그 스트립들은 기계적 스냅핑에 의해 개별 소자들로 세분화된다. 생성된 소자들은 3×2.5×0.5mm(0.12×0.10×0.020인치)의 대략적인 크기를 갖는다. 비교예 1에 대해, 어떠한 후처리 조사(즉, "후 빔조사")도 수행되지 않는다. 예 2 내지 예 4에 대해서는, 후 빔조사가 수행되어, 녹는점 이상의 온도에 그 소자를 노출시키는 열처리를 진행한다 (150℃와 160℃ 사이에서 60분, 160℃와 170℃ 사이에서 40분, 다음으로 30분 간격으로 녹는점 이하로 냉각시킴). 결과가 표 1에 도시된다. 스위칭 온도는 소자가 1Mohm에 도달하는 온도로 주어진다. 히스테리시스는 소자가 1Mohm에 도달하는 가열 사이클과 냉각 사이클 간의 온도 차로서 결정된다. 또한 오토썸(autotherm) 높이("ATH")로서 언급되기도 하는, PTC 이상은 140℃와 20℃에서 이루어지는 저항 측정을 이용하여 log[R(140℃)/R(20℃)]로서 계산된다.
<비교예 5, 6과 예 7 내지 예 10>
소자들은 Mg(OH)2(Kisuma 5A, Kisuma 제공)를 함유한 혼합물을 제외하고는 예 1 내지 예 4에서 준비되어 있으며, 생성된 소자들은 4.6×3×0.25mm(0.18×0.12×0.010인치)의 대략적인 크기를 갖는다. 적층물들은 처리에 앞서 조사되지 않은 예 10의 경우를 제외하고는 처리에 앞서 7 Mrad로 조사된다. 비교예 5, 예 6에 대해서, 어떠한 후 빔조사도 수행되지 않는다. 예 7 내지 예 10에 대해서는, 후 빔조사가 예 2 내지 예 4에 기재된 바와 같이 수행된다. 결과는 표 2에 도시된다. 스위칭 온도는 소자가 10kohm에 도달한 온도로 주어진다. 비교예 5와 예 6 및 예 7 내지 예 10에 대한 R(T) 곡선은 도 3에 도시되며, 그 곡선 번호는 각 예의 번호에 대응한다.
<비교예 11 및 예 12>
소자들은 사용되는 고분자가 PetrotheneTM LB832와 에틸렌 부틸 아크릴 공고분자(EBA)(EnatheneTM 70509, Equistar 제공)의 45%/55% 블렌드인 것을 제외하고는 예 1 내지 예 4에서 준비되어 있으며, 생성된 소자들은 2.0×1.3×0.25mm(0.08×0.05×0.010인치)의 대략적인 크기를 가지고, 쏘잉(sawing)에 의해 단일화된다. 결과는 표 3에 도시된다. 스위칭 온도는 소자가 10kohm에 도달하는 온도로 주어진다.
<예 13 및 예 14>
소자들은 적층물이 처리 이전에 10 Mrad로 조사되는 것을 제외하고는 예 2 내지 예 4에서 준비되어 있으며, 생성된 소자들은 2.0×1.3×0.5mm(0.08×0.05×0.020인치)의 대략적인 크기를 가지고, 쏘잉에 의해 단일화된다. 결과는 표 4에 도시된다. 스위칭 온도는 그 소자가 1Mohm에 도달하는 온도로 주어진다. 히스테리시스는 그 소자가 1Mohm에 도달하는 가열 사이클과 냉각 사이클 사이의 온도차로 결정된다.
표 1. 비교예 1과 예 2 내지 예 4
예 1(비교) 2 3 4
HDPE(vol%) 60 60 60 60
카본 블랙(vol%) 40 40 40 40
적층물 조사(Mrad) 10 10 10 10
R(20℃)(ohm) 21 80 100 250
R(140℃)(ohm) 6×106 3.3×107 4×107 2×108
PTC 이상 5.45 5.6 5.6 5.9
스위칭 온도(℃) 128 122 122 115
후처리(Mrad) 0 HT/50 HT/100 HT/50/HT/50
가열과 냉각 간의 히스테리시스(℃) 7 7 8 7
표 2. 비교예 5, 6과 예 7 내지 예 10
예 5(비교) 6(비교) 7 8 9 10
HDPE(vol%) 59 56.5 59 59 59 59
카본 블랙(vol%) 36 28.5 36 36 36 36
Mg(OH)2(vol%) 5 15 5 5 5 5
적층물 조사(Mrad) 7 7 7 7 7 0
R(20℃)(ohm) 0.59 2.19 1.03 1.22 1.53 1.4
R(140℃)(ohm) 8.9×104 6.4×106 9.4×104 4.2×105 1.9×106 1.2×105
PTC 이상 5.2 6.5 5 5.5 6.1 4.9
스위칭 온도(℃) 128.5 127 124.2 123.5 119.5 122
후처리(Mrad) 0 0 50 HT/50 HT/50/HT/50 HT/50/HT/50
표 3. 비교예 11과 예 12
예 11(비교) 12
HDPE/EBA의 45/55 블렌드(vol%) 62 62
카본 블랙(vol%) 38 38
적층물 조사(Mrad) 10 10
R(20℃)(ohm) 4.5 9
R(140℃)(ohm) 4×104 2×107
PTC 이상 3.95 6.35
스위칭 온도(℃) 129.7 104.5
후처리(Mrad) 0 HT/50/HT/50
표 4. 예 13 및 예 14
예 13 14
HDPE(vol%) 60 60
카본 블랙(vol%) 40 40
적층물 조사(Mrad) 10 10
R(20℃)(ohm) 80 80
R(140℃)(ohm) 1×108 1.7×108
PTC 이상 6.1 6.3
스위칭 온도(℃) 119 118.4
후처리(Mrad) HT/50/HT/50 HT/100/HT/100
가열과 냉각 간의 히스테리시스(℃) 8 4.8
장치의 상술된 배치 및 그로부터의 방법은 원리들, 즉 본 발명의 응용을 단순히 설명하는 것이며, 청구범위에 한정되어 있는 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 많은 다른 실시예들 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 과온 보호 소자로서 사용하기 위한 표면 장착가능 고분자 PTC 소자의 저항 대 온도 프로파일을 튜닝하기 위한 방법이며,
    (a) 금속 호일 전극들 사이에 삽입된 도전성 고분자 혼합물을 포함하는 적층물을 준비하는 단계 - 상기 고분자 혼합물은 녹는점(Tm)을 가짐 -;
    (b) 상기 적층물을 크로스링킹하는 단계;
    (c) 상기 적층물을 패터닝함으로써 상기 크로스링킹된 적층물로부터 패널을 형성하여 복수의 표면 장착가능 소자들을 형성하는 단계;
    (d) 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 상기 패널을 조사하는 단계; 및
    (e) 상기 조사된 패널을 세분함으로써 개별 소자들을 제공하는 단계
    를 포함하는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층물의 크로스링킹은 조사를 이용하여 달성되는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패널은 적어도 50 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 조사되는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패널은 상기 패널의 조사에 앞서 도전성 고분자 혼합물의 녹는점을 초과하는 온도를 포함하는 열처리를 받는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 패널은 상기 패널의 조사에 앞서 도전성 고분자 혼합물의 녹는점을 초과하는 온도를 포함하는 열처리를 받는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패널의 조사는 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이루기 위해 하나 이상의 조사 단계를 이용하여 달성되고, 상기 패널은 각 조사 단계 이전에 상기 혼합물의 녹는점을 초과하는 온도를 포함하는 열처리를 받는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  7. 과온 보호 소자로서 사용하기 위한 고분자 PTC 소자의 저항 대 온도 프로파일을 튜닝하기 위한 방법이며,
    (a) 금속 호일 전극들 사이에 삽입된 도전성 고분자 혼합물을 포함하는 적층물을 준비하는 단계 - 상기 고분자 혼합물은 녹는점(Tm)을 가짐 -;
    (b) 상기 적층물을 크로스링킹하는 단계;
    (c) 상기 크로스링킹된 적층물로부터 개별 소자들을 형성하는 단계; 및
    (d) 적어도 20 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 상기 개별 소자들을 조사하는 단계
    를 포함하는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 개별 소자들은 표면 장착가능한 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적층물의 크로스링킹은 조사를 이용하여 달성되는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 개별 소자들은 적어도 50 Mrad의 전자빔 조사를 이용하여 조사되는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 개별 소자들은 조사에 앞서 상기 고분자 혼합물의 녹는점을 초과하는 온도를 포함하는 열처리를 받는 저항 대 온도 프로파일 튜닝 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 조사는 하나 이상의 조사 단계를 이용하여 달성되고, 각각의 조사 단계에 앞서 상기 고분자 혼합물의 녹는점을 초과하는 온도를 포함하는 열처리가 수행되는 저항 대 프로파일 튜닝 방법.
KR1020057004451A 2002-09-17 2003-09-05 고분자 ｐｔｃ 소자를 제조하는 방법 KR20050057342A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41148102P 2002-09-17 2002-09-17
US60/411,481 2002-09-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050057342A true KR20050057342A (ko) 2005-06-16

Family

ID=32030684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057004451A KR20050057342A (ko) 2002-09-17 2003-09-05 고분자 ｐｔｃ 소자를 제조하는 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20040051622A1 (ko)
EP (1) EP1540672A1 (ko)
JP (1) JP2005539394A (ko)
KR (1) KR20050057342A (ko)
CN (1) CN1695210A (ko)
TW (1) TW200414235A (ko)
WO (1) WO2004027790A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100985978B1 (ko) * 2008-03-28 2010-10-06 이기철 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM243837U (en) * 2003-02-24 2004-09-11 Sunonwealth Electr Mach Ind Co Over-heat protection circuit for a brushless DC motor
DE102011001509B4 (de) * 2011-03-23 2016-04-07 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsschutzgerät

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US109576A (en) * 1870-11-29 Improvement in chemical fire-extinguishers
FR2368127A1 (fr) * 1976-10-15 1978-05-12 Raychem Corp Compositions a coefficient de temperature positif et dispositifs en comprenant
US4534889A (en) * 1976-10-15 1985-08-13 Raychem Corporation PTC Compositions and devices comprising them
US4304987A (en) * 1978-09-18 1981-12-08 Raychem Corporation Electrical devices comprising conductive polymer compositions
US4237441A (en) * 1978-12-01 1980-12-02 Raychem Corporation Low resistivity PTC compositions
US4545926A (en) * 1980-04-21 1985-10-08 Raychem Corporation Conductive polymer compositions and devices
US5049850A (en) * 1980-04-21 1991-09-17 Raychem Corporation Electrically conductive device having improved properties under electrical stress
US4845838A (en) * 1981-04-02 1989-07-11 Raychem Corporation Method of making a PTC conductive polymer electrical device
US4935156A (en) * 1981-09-09 1990-06-19 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
US4514620A (en) * 1983-09-22 1985-04-30 Raychem Corporation Conductive polymers exhibiting PTC characteristics
US5089688A (en) * 1984-07-10 1992-02-18 Raychem Corporation Composite circuit protection devices
US4724417A (en) * 1985-03-14 1988-02-09 Raychem Corporation Electrical devices comprising cross-linked conductive polymers
US4857880A (en) * 1985-03-14 1989-08-15 Raychem Corporation Electrical devices comprising cross-linked conductive polymers
US4774024A (en) * 1985-03-14 1988-09-27 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
US5166658A (en) * 1987-09-30 1992-11-24 Raychem Corporation Electrical device comprising conductive polymers
US4924074A (en) * 1987-09-30 1990-05-08 Raychem Corporation Electrical device comprising conductive polymers
US5378407A (en) * 1992-06-05 1995-01-03 Raychem Corporation Conductive polymer composition
US5852397A (en) * 1992-07-09 1998-12-22 Raychem Corporation Electrical devices
US5451919A (en) * 1993-06-29 1995-09-19 Raychem Corporation Electrical device comprising a conductive polymer composition
DE69504333T2 (de) * 1994-05-16 1999-05-12 Raychem Corp Elektrisches bauteil mit einem ptc-widerstandselement
US5582770A (en) * 1994-06-08 1996-12-10 Raychem Corporation Conductive polymer composition
CA2192369A1 (en) * 1994-06-09 1995-12-14 Michael Zhang Electrical devices
EP0815569B1 (en) * 1995-03-22 2004-10-27 Tyco Electronics Corporation Conductive polymer composition and device
US5691689A (en) * 1995-08-11 1997-11-25 Eaton Corporation Electrical circuit protection devices comprising PTC conductive liquid crystal polymer compositions
US5801612A (en) * 1995-08-24 1998-09-01 Raychem Corporation Electrical device
US6104587A (en) * 1997-07-25 2000-08-15 Banich; Ann Electrical device comprising a conductive polymer
US6358438B1 (en) * 1999-07-30 2002-03-19 Tyco Electronics Corporation Electrically conductive polymer composition
US6362721B1 (en) * 1999-08-31 2002-03-26 Tyco Electronics Corporation Electrical device and assembly
US6640420B1 (en) * 1999-09-14 2003-11-04 Tyco Electronics Corporation Process for manufacturing a composite polymeric circuit protection device
TW484146B (en) * 2000-12-30 2002-04-21 Polytronics Technology Corp Excess current protection device and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100985978B1 (ko) * 2008-03-28 2010-10-06 이기철 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20040051622A1 (en) 2004-03-18
CN1695210A (zh) 2005-11-09
EP1540672A1 (en) 2005-06-15
TW200414235A (en) 2004-08-01
JP2005539394A (ja) 2005-12-22
WO2004027790A1 (en) 2004-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2265199C (en) High temperature ptc device and conductive polymer composition
KR100392572B1 (ko) 전기소자
US5837164A (en) High temperature PTC device comprising a conductive polymer composition
JP3930905B2 (ja) 導電性ポリマー組成物およびデバイス
EP0643869B1 (en) Conductive polymer composition
US5166658A (en) Electrical device comprising conductive polymers
US4907340A (en) Electrical device comprising conductive polymers
US6074576A (en) Conductive polymer materials for high voltage PTC devices
EP0390807B1 (en) Electrical device comprising conductive polymers
KR20050057342A (ko) 고분자 ｐｔｃ 소자를 제조하는 방법
WO1998005503A1 (en) Method of making a laminate comprising a conductive polymer composition
KR200196291Y1 (ko) 블로워모터 전류제어용 저항소자
AU620579B2 (en) Electrical device comprising conductive polymers

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid