KR20050099377A - 롤구조를 갖는 ｐｔｃ 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PTC 특성을 갖는 소자에 관한 것으로서, 일정 간극을 유지하면서 둥글게 말려져 있는 한 쌍의 전극부재; 및 상기 전극부재 사이에 구비된 PTC 폴리머층;을 포함하는 PTC 소자가 개시된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 한 쌍의 전극판을 일정 간극을 두고 한꺼번에 롤링하는 단계; 상기 전극판 사이에 PTC 폴리머 용액을 충진하는 단계; 상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계; 및 롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함하는 PTC 소자 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법은, 전극판 상에 PTC 폴리머 용액을 도포하는 단계; 상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계; 경화처리된 한 쌍의 전극판을 한꺼번에 롤링하는 단계; 및 롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 PTC 소자는 제조공정이 간단할 뿐만 아니라 기판실장이 용이하고, 전극과 PTC 폴리머층 표면간의 접촉저항이 낮은 장점이 있다.

Description

롤구조를 갖는 ＰＴＣ 소자 및 그 제조방법{ROLL STRUCTURED PTC-DEVICE AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 과전류 차단용 퓨즈로 사용될 수 있는 정온도계수(Positive Temperature Coefficient; 이하 PTC) 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 대한 실장시 전극 연결공정이 편리하게 수행될 수 있으며, 전극 유효면적의 증대와 함께 저항특성이 향상되는 PTC 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

퓨즈는 전선로에 과전류가 흐르는 것을 차단하는 소자로서, 종래에는 과전류에 따른 주울열에 의해 몸체가 기계적으로 단선됨으로써 전선로를 끊어주는 합금형 퓨즈가 주로 사용되었으며, 최근에는 온도가 증가함에 따라 전기저항이 커지는 PTC 특성을 갖는 폴리머(Polymer) 퓨즈가 사용되기도 한다.

일반적으로 PTC 폴리머 퓨즈는 상온에서의 저항률은 낮지만 회로의 단락 등으로 인해 과전류가 흐를 경우에는 주울열 발생에 의해 PTC 폴리머 자체의 온도가 상승하게 되고 이와 더불어 저항이 상승하여 전류를 차단함으로써 회로를 보호하게 된다. 이러한 PTC 폴리머 퓨즈는 이후 회로의 전류가 정상화 되면 다시 소자의 온도가 하강하여 원상태의 낮은 저항을 유지하게 되므로 부품의 소모없이 지속적, 반복적으로 사용될 수 있는 장점이 있다.

PTC 폴리머 퓨즈에 적용될 수 있는 PTC 소자는 보통 PCB 기판상에 장착된 상태로 사용이 되기 때문에 그 형상에 제약을 많이 받는 것이 사실이며, 특히 회로 디자인이 점차 고집적화되는 최근의 추세에 따라 우수한 저항특성과 함께 경박 단소한 구조를 갖는 PTC 소자의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라, 최근에는 예컨대 미국특허 제5093036호나 미국특허 제5181006호에 개시된 바와 같이 후막기술을 이용하는 PTF(Polymer Thick Film) 형태로 소자를 제조하는 기술도 사용되고 있다.

PTC 소자를 기판실장형으로 구성하기 위해, 종래에는 PTC 시트에 스루홀(Through hole)을 형성한 후 도금으로 상하전극을 연결하고 그 위에 솔더 플래이팅(Solder-plating)을 하는 기술이 널리 사용되었는데, 이러한 방식의 경우 고분자 물질로 채워지는 스루홀에 전도성을 부여하기 위해 순차적으로 수행되는 무전해 동도금공정, 전기 동도금공정 및 솔더 플래이팅 공정 등이 매우 복잡한 문제가 있으며, 공정에 사용되는 도금물질로 인해 환경문제를 야기할 수 있는 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 기판실장시 전극연결이 용이한 구조를 갖되 제조공정이 간단하고, 전극의 유효면적 증대와 함께 전극과 PTC 폴리머간의 접촉저항을 줄일 수 있는 PTC 소자와 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 PTC 소자는, 일정 간극을 유지하면서 둥글게 말려져 있는 한 쌍의 전극부재; 및 상기 전극부재 사이에 구비된 PTC 폴리머층;을 포함한다.

바람직하게 상기 전극부재는 니켈 도금박, 니켈 압연박 또는 구리 도금박에 전해 혹은 무전해 동도금을 한 박막으로 이루어질 수 있다.

상기 PTC 폴리머층은 폴리에틸렌, 카본블랙 및 과산화물 가교제가 혼합된 전도성 복합체를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 카본블랙의 함량은 30 ~ 60wt%, 과산화물 가교제의 함량은 0.1 ~ 0.5wt%로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 한 쌍의 전극판을 일정 간극을 두고 한꺼번에 롤링하는 단계; 상기 전극판 사이에 PTC 폴리머 용액을 충진하는 단계; 상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계; 및 롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함하는 PTC 소자 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법은, 전극판 상에 PTC 폴리머 용액을 도포하는 단계; 상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계; 경화처리된 한 쌍의 전극판을 한꺼번에 롤링하는 단계; 및 롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 구성을 도시하는 횡단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 둥글게 말린 한 쌍의 전극부재(10,20)와, 상기 전극부재(10,20) 사이에 구비된 PTC 폴리머층(15)을 포함한다.

한 쌍의 전극부재(10,20)는 일정 간극을 두고 둥글게 말린 구조를 갖는다. 이러한 구조에 의하면 각 전극부재(10,20)의 일단이 소자 바깥으로 노출되므로 기판실장시 용이하게 회로와의 접속이 이루어질 수 있다. 바람직하게 상기 전극부재(10,20)는 니켈 도금박, 니켈 압연박 또는 구리 도금박에 전해 동도금이나 무전해 동도금을 한 박막으로 형성될 수 있다.

PTC 폴리머층(15)은 저밀도폴리에틸렌 (LDPE) 혹은 고밀도폴리에틸렌(HDPE)에 카본블랙 및 과산화물 가교제를 혼합한 전도성 복합체를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 PTC 폴리머층(15)은 말린 구조의 전극부재(10,20) 표면과의 최적 접촉력, 저항률 등을 감안하여 카본블랙의 함량은 30 ~ 60wt%, 과산화물 가교제의 함량은 0.1 ~ 0.5wt%로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, PTC 폴리머의 구성이 이러한 실시예에 한정되지 않고 다양한 공지의 PTC 폴리머가 사용될 수 있음은 물론이다.

한편, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법이 수행되는 과정이 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 먼저 한 쌍의 전극판을 겹친 상태에서 한꺼번에 둥글게 롤링하여 말린 구조의 전극부재(10,20)를 형성하는 공정이 수행되고(단계 S100), 이어서 전극부재(10,20) 사이에 PTC 폴리머 용액을 주입하여 충진하는 공정이 수행된다(단계 S110).

상기 전극판으로는 니켈 도금박, 니켈 압연박 또는 구리 도금박에 전해 동도금이나 무전해 동도금을 한 판상체가 사용될 수 있다. 아울러, 상기 PTC 폴리머 용액에는 저밀도폴리에틸렌 (LDPE) 혹은 고밀도폴리에틸렌(HDPE)에 카본블랙 및 과산화물 가교제를 혼합한 전도성 복합체가 포함되는데, 주입공정의 작업성이나 전극부재(10,20) 표면과의 최적 접촉력, 저항률 등을 감안하여 저밀도폴리에틸렌(LDPE)이나 고밀도폴리에틸렌(HDPE)의 용융지수는 1 ~ 10이 되도록 하는 것이 바람직하며, 카본블랙의 함량은 30 ~ 60wt%, 과산화물 가교제의 함량은 0.1 ~ 0.5wt%로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 전도성 복합체를 용해시키는 용매로는 디메틸포름아미드, 디메틸 아세트아미드, 사이클로섹사논 등이 사용될 수 있다.

계속해서, 상기 롤링 및 충진공정을 거친 구조체를 다양한 소자형태로 변형시킨 후 용매를 휘발시켜 경화하는 공정이 수행된다(단계 S120).

경화처리가 완료된 후 도 4에 도시된 바와 같이 상기 구조체를 그 횡방향, 즉 길이방향과 수직하는 방향으로 일정 소자크기로 절단하게 되면 회로와의 접속지점이 되는 각 전극부재(10,20)의 일단이 소자 몸체 외부로 노출된 PTC 소자가 얻어진다(단계 S130).

도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법이 수행되는 과정이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 먼저 전극판에 PTC 폴리머 용액을 인쇄(Screen-printing) 등의 방법으로 도포한 후(단계 S200), 한 쌍의 전극판을 겹친 상태에서 한꺼번에 둥글게 롤링하여 말린 구조의 전극부재(10,20)를 형성하되 실질적으로 전극부재(10,20) 사이의 간극에 PTC 폴리머층(15)이 구비된 구조체를 형성하는 공정이 수행된다(단계 S210). 여기서, 상기 전극판과 PTC 폴리머 용액은 전술한 실시예와 동일한 것이 사용될 수 있다.

롤링공정을 수행한 후 도 4에 도시된 바와 같이 상기 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단(점선 화살표 참조)하게 되면 각 전극부재(10,20)의 일단이 소자 몸체 외부로 노출된 PTC 소자가 얻어진다(단계 S220).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 PTC 소자는 둥글게 말린 구조로 몸체가 형성되고 각각의 전극부재(10,20)의 일단이 자연스럽게 소자몸체 외부로 노출되므로 이 부분을 회로에 직접 혹은 소정 리드를 매개로 연결하게 되면 간편하게 기판실장 작업이 이루어질 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면 전극연결공정이 편리하게 수행될 수 있으며, 전극의 유효단면적을 제한된 부피내에서 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 PTC 폴리머가 강한 접착력으로 전극에 결합되므로 접촉저항을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 양측 전극이 소자 몸체 외부로 노출되므로 PTC 폴리머층의 두께 조절이 용이하고 다양한 형태로 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 소자 제조방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도.

도 4는 도 3의 절단공정을 개략적으로 도시하는 사시도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10,20...전극부재 15...PTC 폴리머층

Claims (8)

1. 일정 간극을 유지하면서 둥글게 말려져 있는 한 쌍의 전극부재; 및

   상기 전극부재 사이에 구비된 PTC 폴리머층;을 포함하는 PTC 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극부재가,

   니켈 도금박, 니켈 압연박 또는 구리 도금박에 전해 혹은 무전해 동도금을 한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 PTC 폴리머층이,

   폴리에틸렌, 카본블랙 및 과산화물 가교제가 혼합된 전도성 복합체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 카본블랙의 함량이 30 ~ 60wt%이고, 과산화물 가교제의 함량이 0.1 ~ 0.5wt%인 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
5. 한 쌍의 전극판을 일정 간극을 유지하면서 한꺼번에 롤링하는 단계;

   상기 전극판 사이에 PTC 폴리머 용액을 충진하는 단계;

   상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계; 및

   롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함하는 PTC 소자 제조방법.
6. 전극판 상에 PTC 폴리머 용액을 도포하는 단계;

   상기 PTC 폴리머 용액을 경화시키는 단계;

   경화처리된 한 쌍의 전극판을 한꺼번에 롤링하는 단계; 및

   롤링된 구조체를 그 횡방향으로 일정 소자크기로 절단하는 단계;를 포함하는 PTC 소자 제조방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 PTC 폴리머 용액에는,

   폴리에틸렌, 카본블랙 및 과산화물 가교제가 혼합된 전도성 복합체가 포함된 것을 특징으로 하는 PTC 소자 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 카본블랙의 함량이 30 ~ 60wt%이고, 과산화물 가교제의 함량이 0.1 ~ 0.5wt%인 것을 특징으로 하는 PTC 소자 제조방법.