TW201101344A - Positive temperature coefficient (PTC) thermistor component and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

201101344 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種熱敏電阻元件及其製造方法，詳言 之，係關於一種正溫度係數熱敏電阻（PTC)元件及其製造 .方法。 【先前技術】 在習知技術中’正溫度係數熱敏電阻（PTC)元件為達到 歐姆接觸’ PTC元件（如PTC陶瓷）常電鍍一層約1〜5微米 (μιη)之鎳（Ni)層’且於Ni層之表面塗覆銀膠並燒結，以降 低Ni層的氧化。然而，因pTC元件在電鍍Ni層時會含有水 份，故進行燒結時會膨脹造成Ni層的龜裂，因而降低pTc 元件之良率。除此之外，當Ni層厚度大於2 μη1，Νί層與銀 膠之介面強度會大幅下降。 為解決上述習知技術之問題，除增加低溫烘烤以去除電 鍍時Ni層内含的水份外（參考美國專利第5,337,〇38號），另 -方式則是使用歐姆接觸之銀膠n PTC元件在長期 使用下易造成銀遷移，而使整體電阻增加。 為達到毆姆接觸且有效阻絕銀遷移 ’減少長期使用下因

造成本。

敏電阻元件及其製造方法， 【發明内容】 139181.doc 201101344 本發明提供一種正溫度係數熱敏電阻（pTC)元件包 括：一 PTC陶瓷、二鋁系阻絕層及二電極。該等鋁系阻絕 層係以濺鍍或蒸鍍方式形成於該PTC陶瓷之相對二側面。 該等電極分別形成於該等鋁系阻絕層之一表面。 本發明另提供一種正溫度係數熱敏電阻元件之製造方 法，包括以下步驟：（a)提供一 PTC陶瓷；（b)以濺鍍或蒸鍍 方式形成二鋁系阻絕層於該PTC陶瓷之相對二側面；及（c) 形成二電極於每一鋁系阻絕層之一表面。 Ο 本發明正溫度係數熱敏電阻（PTC)元件及其製造方法 中’係以濺鍍或蒸鍍方式形成該等鋁系阻絕層於該PTC陶 瓷之相對二侧面，該等鋁系阻絕層可阻絕銀遷移’以避免 導致該PTC元件損毀，且該等鋁系阻絕層與該PTC陶瓷及 該等電極間產生殿姆接觸’以避免電阻增加。 另外’該等鋁系阻絕層（純鋁或鋁合金（A1_Ti合金））價格 較Ni-Cr系列合金低，且該等鋁系阻絕層不僅阻絕銀遷移 Q 之效果與^^-心合金相當，並可有效節省該PTC元件之製作 成本。此外，Al-Ti合金之抗氧化性佳，可減少表面氧化 所造成的介面電阻。 ' 再者，本發明之該等鋁系阻絕層係採用濺鍍或蒸鍍方式 形成，除較電鍍環保外，過程令該PTC元件亦不含水份， 故該等鋁系阻絕層不會在該等電極（銀膠）燒附過程中產生 裂痕。 【實施方式】 圖1顯示本發明正溫度係數熱敏電阻（pTC)元件之示意 139181.doc 201101344 圖；圖2顯示本發明正溫度係數熱敏電阻元件之製造方法 流程圖。參考圖i，本發明之正溫度係數熱敏電阻（PTC)元 件1包括：一PTC陶瓷11、二鋁系阻絕層12及二電極13。 本發明該正溫度係數熱敏電阻元件1之該等鋁系阻絕層 12係以濺鍍或蒸鍍方式形成於該PTC陶瓷11之相對二側 面。該等電極13分別形成於該等鋁系阻絕層丨2之一表面。 較佳地，該等電極13係為銀電極。 Ο

該等銘系阻絕層12較佳之厚度為1〇〇至〗000奈米（nm)， 而該等鋁系阻絕層12可為純鋁（A1)或鋁合金。在本實施例 中，該等鋁系阻絕層12係為鋁-鈦（A丨_Ti)合金，該鋁_鈦合 金中鈦之成份較佳係不大於5重量百分比（5 wt %)。其中， 該紹系阻絕層可以有效阻絕銀遷移。 再配合參考圖1及圖2，首先參考步驟S21，提供一 pTc 陶瓷11 ^在本實施例中，在步驟S21之前另包括一第一燒 結步驟’以燒結成形該PTC陶瓷丨j。 參考步驟S22，以濺鍍或蒸鍍方式形成二鋁系阻絕層 12(純結或紹合金（A1_Ti合金）)於該PTC陶竞U之相對二側 面’其中在步驟S22中所形成該等紹系阻絕層 佳為100至l〇〇H 厚度較 參考步驟S23,形成二電極13於每一銘系阻絕層η之一 面’其中該等電極13係為銀電極。在本實施例t，步驟 S23係包括以下步驟：步 步 -紹系阻絕層〗2之表面. 纟覆導電膠（銀膠）於每 6層12之表面，及步驟S232，推仁也 驟’以製作完成本發明之正 一燒結步 正/皿度係數熱敏電阻元件】。其 13918i.doc 201101344 中’在步驟S232中該第二燒結步驟係於45〇至5〇〇。〇燒結4 至8分鐘。較佳地’該第二燒結步驟係於5〇(rc燒結6分 鐘。 兹以下列實例予以詳細說明本發明’唯並不意謂本發明 僅侷限於此實例所揭示之内容。 實例： 在本實例中，PTC陶瓷成形燒結後，利用濺鍍方式（或蒸 鍍方式）’形成二Al-Ti合金薄膜（Ti含量為1 wt.°/〇)於一 PTC 陶瓷之相對二側面。另外，形成二Ni-Cr合金薄膜於另一 PTC陶瓷之相對二側面，最後分別塗覆銀膠（作為銀電極） 於該Al-Ti合金薄膜上及該Ni-Cr合金薄膜上，並於50〇〇C燒 結6分鐘’以製作成PTC元件。其中，該等Al-Ti合金薄膜 及該Ni-Cr合金薄膜之厚度為300 nm。 比較不具阻絕層（僅具銀膠）、具有Al-Ti合金薄膜（鋁系 阻絕層）及具有Ni-Cr合金薄膜之PTC元件之電阻變化量， 其相應之電阻變化量如圖3之阻抗頻率響應圖所示。其 中，曲線L3 1表示不具阻絕層之PTC元件之電阻變化曲 線；曲線L32表示具有Al-Ti合金薄膜之PTC元件之電阻變 化曲線；曲線L33表示具有Ni-Cr合金薄膜之PTC元件之電 阻變化曲線。 比較曲線L31至L33可知，曲線L31代表的不具阻絕層之 PTC元件之電阻具有極大之變化量，即表示產生接觸電 阻；而曲線L32及L33代表的具有Al-Ti合金薄膜及具有Ni-Cr合金薄膜之PTC元件之電阻變化量極小，表示無接觸電 139181.doc 201101344 阻產生，故具有Al-Ti合金薄膜及具有Ni-Cr合金薄膜之 PTC元件性能相近，並無接觸電阻且皆具有較佳之歐姆接 觸功效。 在本實例中，完成之PTC元件除量測其阻抗頻率響應以 評估其接觸電阻外，並於電壓220V下經20秒達到高溫，電 壓關閉（switch off)後220秒内以吹風降至室溫，定義上述 該等步驟為1個循環（cycle);每隔200個循環，量測PTC元 件之電阻變化量。

Al-Ti合金 Ni-Cr 無阻.絕層 200 2.82% 2.62% 108.59% 400 5.94% 4.39% 226.51% 600 5.15% 4.30% 342.86% 800 5.61% 4.96% 407.95% 1000 5.21% 4.48% 587.01% 1200 4.69% 4.74% 1400 5.84% 5.63% 1600 6.10% 5.45% - 1800 4.89% 4.88% 表一顯示不具阻絕層（僅具銀膠）、具有Al-Ti合金薄膜 (鋁系阻絕層）及具有Ni-Cr合金薄膜之PTC元件之電阻老化 測試結果（即PTC元件之電阻變化量）。可得知Al-Ti合金薄 膜與PTC陶瓷及電極間之介面，以及Ni-Cr合金薄膜與PTC 陶瓷及電極間之介面，其電阻變化量極小，並且，Al-Ti 合金薄膜與Ni-Cr合金薄膜之差異極小，因此Al-Ti合金薄 139181.doc 201101344 膜可取代價格較高昂之Ni-Cr合金。 本發明正溫度係數熱敏電阻（PTC)元件1及其製造方法 中’係以濺鍍或蒸鍍方式形成該等鋁系阻絕層丨2於該PTC 陶曼11之相對二側面，該等鋁系阻絕層丨2可阻絕銀遷移， 以避免導致該PTC元件1損毀，且該等鋁系阻絕層12與該 PTC陶瓷1及該等電極13間產生毆姆接觸，以避免電阻增 加。 〇 另外’該等鋁系阻絕層12(純鋁或鋁合金（Al-Ti合金））價 格較Ni-Cr系列合金低，且該鋁系阻絕層不僅阻絕銀遷移 之效果與Ni-Cr合金相當’並可有效節省該PTc元件1之製 作成本。此外’ Al-Ti合金之抗氧化性佳，可減少表面氧 化所造成的介面電阻。 〇 再者’本發明之該等鋁系阻絕層12係採用濺鍍或蒸鍍方 式形成’除較電鍍環保外，過程中該PTC元件1亦不含水 份’故該等鋁系阻絕層12不會在該等電極13(銀膠）燒附過 程中產生裂痕。 上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制 本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及 變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之 申請專利範圍所列。 【圖式簡單說明】 圖1顯示本發明正溫度係數熱敏電阻元件之示意 圖， 圖2顯示本發明正溫度係數熱敏電阻元件之製造方法流 139181.doc 201101344 程圖；及 圖3顯示不具阻絕層（僅具銀膠）、具有Al-Ti合金薄膜及 具有Ni-Cr合金薄膜之PTC元件之阻抗頻率響應圖。 【主要元件符號說明】 1 本發明之正溫度係數熱敏電阻元件 11 PTC陶瓷 12 鋁系阻絕層 13 〇 電極 〇 139181.doc

Claims (1)

1. 201101344 七、申請專利範圍： 1. 一種正溫度係數熱敏電阻（PTC)元件，包括： 一 PTC陶瓷； 二紹系阻絕層，以濺鍍或蒸鍍方式形成於該PTC陶瓷 之相對二側面；及 二電極，分別形成於該等鋁系阻絕層之一表面。 2. 如請求項1之正溫度係數熱敏電阻元件，其中該鋁系阻 絕層係為純鋁。 ^ 3,如請求項1之正溫度係數熱敏電阻元件，其中該鋁系阻 絕層係為鋁合金。 4.如請求項3之正溫度係數熱敏電阻元件，其t該鋁合金 係為銘-欽合金。 5. 如請求項4之正溫度係數熱敏電阻元件，其中該等鋁系 阻絕層之厚度為100至1000奈米（nm)。 6. 如請求項4之正溫度係數熱敏電阻元件，其中該鋁-鈦合 金中鈦之成份係不大於5重量百分比（5 wt.°/〇) 〇 7. 如請求項1之正溫度係數熱敏電阻元件’其令該等電極 係為銀電極。 8. 種正溫度係數熱敏電阻元件之製造方法，包括以下步 驟： (a) 提供一PTC陶瓷； (b) 以殘鍍或蒸鍍方式形成二鋁系阻絕層於該PTC陶兗之 孝目對二側面；及 ()开>成—電極於每一結系阻絕層之一表面。 139181.doc 201101344 9·如嘴求項8之製造方法 -燒結步驟，以燒^ 步驟⑷之前另包括1 10如社七 成形該PTC陶竟。 累 H).如明求項8之製造方法， 聰100。奈米之該等紹= 步驟(b)中係形成厚度為 侧面。 系阻絕層於該PTC陶究之相對二 11. 0 如請求項8之製造方法，其中步驟⑷包括以下步概 (cl)塗覆導電膠於每—鋁系阻絕層之表面；及 (c2)進行一第二燒結步驟。 12.如請求項η之製造方法 係選用銀膠。 其中在步驟（cl)令之該導電膠 13. 如請求項丨〗之製造方法，其中在步驟（c2)中該第二燒結 步驟係於450至600°C燒結4至8分鐘。 ° 14. 如請求項13之製造方法，其中在步驟（c2)中該第二燒結 步驟係於500°C燒結6分鐘。

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