TW303471B - - Google Patents

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經濟部中央標準扃員工消费合作社印東 A7 ___B7 五、發明説明（1 ) 本發明爲關於一種具有正溫度係數（PTC)電阻率之兩端 子電阻器，。 此種元件爲一材料體.，其電阻率隨溫度之函數而增加〆 此種特性對於通過該材料趙之電流產生一自然的上限，，因 爲歐姆式加熱與電流之流動一起造成材料體電阻之增加，， 以及電導的降低’.結果P T C電阻器適用於比方説過載保 護元件及（自我重設的）電性溶絲：此外並可使用作爲小型 電熱元件、。 (PTC電阻器一種重要的應用爲彩色陰極射線管之去磁 電路I此種管子通常裝有一大線圈（去磁線圈）：其中可通 過一交流電流、，因而產生一交流磁場用以將管子的蔭罩 (shadow mask)去磁。，此種去磁化接著降低管子畫面的 色彩缺陷ΐ通常，，P T C電阻器與去磁線圈_聯連接，使供 至線圈的電流大小迅速從一起始最大値（所謂衝入電流）衰 減至一相當低的殘餘値（通常爲零）一般而言♦，當電流振 幅以一種大約線性形式衰減時，所得的去磁效果最好。 此技術中廣泛使用的PTC材料包括某些半導體陶瓷成 分（如搀雜的BaTi〇3)與聚合物（如高密度聚乙烯、乙烯共 聚物與炭黑之混合物：見美國專利第4,3 1 5 2 3 7號），。— 種典型的PTC電阻器中，，此種材料的一碟形體於其兩主要 表面上各設置一電極層：随後焊接一金屬端子.；請見比方 =美國專利第3,824,3 28號與第5，142,267號。•此種碟形 電阻器在各所予之溫度展現—種特性電阻R ,，其値對在該 皿度下所能獲得之流經電阻器之電流形成一上限：因而限 , I 1 - -.1 - - - I - n^— HI ^ ...... tli. --1 I ^^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

3()3471 五、發明説明（2 ) 制了電阻器對某些應用的適m別是，•電阻器的室潘 電阻（所謂冷電阻R25)限制了衝入電流之値‘。 電視工業中最近的-些趨勢需要發展具較高衝入電流及 較低電流衰減之PTC電阻器，.這些趨勢包括，： -16 : 9之屏幕長寬比的曰漸普及性.； -由PAL與NTSC標準發展成d2mac，，比方説； -HDTV之？丨人，，具有較高的时密度與掃描速率。 降低R(特別是R25)的基本方法是使PTC碟片更薄，因 而在垂直於其主要表面的方向上增加碟片的電導，結果在 既疋電壓v下增加流經碟片的電流丨。但是，此種方式也 增加了媒片之歐姆加熱的程度，，其以vi之乘積*定。此 外，.因爲碟片的體積減少.，其熱容量C亦將減少,最後這 兩種現象的組合效應在電阻器的加熱速率上增加不少，因 此造成不利的切換期間之減短，，此加熱速率之增加又造成 碟片之損傷、。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 另一種万式爲在一既定厚度下増加碟片的直徑，，但此造 成碟片整個橫向尺寸之大量増加.，此就漸趨小型化的觀點 而5疋不党歡迎的，。此外.，因爲熱容量增加，，碟片整體變 待較不靈敏•，因爲—既定之内部歐姆熱量現將產生一較小 的/πα度増加，、因此產生一較小的電阻改變广 再一種方式爲降低碟片中p τ C材料的電阻率不過這 十刀困難，*因爲目前所用的實際PTC材料數目極爲有限.， 且此種材料所能容許的摻雜度也受到限制.（以最終PT C材 料I其他所需性質觀之：例如其切換溫度）。 B7 五、發明説明（3 ) 本發明之目的在提供一種兩端子之pTc電阻器，•冷 電阻r25比大約同-尺寸之傳統PTC電阻器顯然爲低 外，本發明之目的爲此新式PTC電阻器的熱容量應量應爲 大略同一尺寸之傳統PTC電阻器的同—數量級。本發明另 -目的爲此新式PTC電阻器之設計應使其對各種應用 別確切需求能高度裁適j。 這些與其他的目的在一f有正溫度係數電阻率之兩端子 電阻器中達成，’其特徵爲電阻器含有許多碟形電阻性元 件’'安排維持在一起成一堆疊，其中·· -各電阻性元件有兩個互相對立的主要表面，各大致上 均全部金屬化，： ’ -一金屬臂置於各對相鄰的電阻性元件之間，且焊接於 該對元件之各主要表面上； ’ ''

I - 金屬臂焊接於該堆疊各端部之末端主要表面上； -各金屬臂之一部分向外突出超過堆疊邊限； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -偶數序號金屬臂之突出部分固定連接於第一端子.，奇 數序號金屬臂之突出部分固定連接於第二端子.。 β本：所用「碟形」一詞不可解釋爲專指圓筒形物（，而 疋意指包含任—立體幾何形狀具有兩對立之主要表面者，， 『、論其周邊形狀爲何3此種形狀例如長方形塊狀•、多角形 薄.片''乎行六面體等？各主要表面應「大致上均全部」金 屬化之規定在本文中應該解釋爲各主要表面的金屬化部位 應構成至少9G%，‘最好超過95%，.理想上爲⑽％(或接 近此値）的相關主要表面之表面面積。、此規定之理由將於 6- 本紙張尺度適用格㈤.乂297公竣)_ 五、發明説明（ 4 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 稍後討論，。 此新式P T C電阻器中個別碟形電阻性元件以一平行構 造電性相連、。若假設此構造含有許多η個相同的圓形電阻 性元件，，各具一半徑Γ及一厚度t/n，，則此堆蠱的最後電阻 爲R / η2 其中r爲同一材料之單個碟形物體的電阻’其半 徑爲r，，厚度爲t 因此根據本發明之pTc電阻器展現—種 比一大略爲同一總體尺寸之單片PTC電阻器猛然降低之電 阻 '另一方面4此新式電阻器之PTC材料體積爲η X (πΓζ x ί/η) = πΓ2ί 與該單片PTC電阻器之體積相同，結果， 此新式P T C電阻器之熱容量約與該單片電阻器相同。但是 因爲此新式PTC電阻器分成許多相當薄的碟片，，其消散歐 姆熱量比一單片電阻器更有效率>。 特別是，.因爲此新式PTC電阻器包含好幾個明顯的 阻性元件’，其物理特性可藉適當選擇堆疊中各個電阻性元 件（厚度與材料組成（如摻雜度與摻雜型態）而精確裁適於 一既定應用之特別需求比方説：將此等電阻性元件實現 成具有順次増高的切換溫度（居里溫度）及電阻率/則此新 式PTC中之電流衰減變成更爲延長•，其原因爲當第一個電 阻性7L件變成高電阻時，仍有一個低電阻分路在其旁邊， 此分路本身在—較後階段（較高的溫度）變成高電阻，若此 個以上之電阻性元件 '則經由整個堆眷之電流衰 減可變成相當地拖長^ 有鑑於此〉根據本發明之—特別簡單且引人的 狀特徵爲··[其僅含兩個電阻性元件·’其中—個具有較高 電 元 tn - - - ! n m m 11 1 in·'J^I- - I n n^i 1^1 一 .¾ (請先聞1*背面之注意事項再填寫本頁} -d> ^^尺度適用中' 3〇〇47i a7 ______B7 五、發明説明（5 ) 的電阻率與較高的切換溫度•。此種實例不可與所謂之「二 重PTC」（“duo-PTC”）混淆：二重PTC爲一對串聯的三 端子P T C電阻性元件，、如美國專利第4，3 5 7，5 9 0所述，。 在一根據本發明之特別的電阻器實例中，，電阻性元件主 要包含（Ba:Sr:Pb)Ti〇3 ·，至少加上一施子摻雜劑及至少 一受子掺雜劑？與已知的PTC聚合物相比，此種陶竞材料 較易金屬化，，且其在PTC電阻器的相當高的工作溫度特性 下（通常爲150-200。(：）較不易受熱變形，。適當的施子掺雜 劑包括比方説Sb、Nb、Y以及許多鑭系元素·；另一方 面’ Μη爲一模範受子摻雜劑〜由發明人所製備的一種特 別令人滿意的實例中.，氧化銻（施子）與氧化錳（受子）以 3 : 1之比値採用，且累聚的量少於】莫耳百分比。 Ba:Sr:Pb原子比率的可調整性使個別電阻性元件的電阻 率與切換溫度裁適成特定需求：因而使堆番中不同的電阻 性元件具有互相不同的物理性質，。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 7装------訂 (靖先聞：P背面之ii意事孕再填寫本頁} 此新式PTC電阻器的一種較佳實例之特徵爲《各主要 表面以Ag、Zn、Ni、cr等金屬及其等合金加以金屬化，。 逞些金屬展現良好的黏附性質，，特別是當加到前文中所討 論的材料類別中時、’但當加到其他陶瓷成分與聚合物p 丁 C 材料時亦然。.此外，，它們展現相當低的薄片電阻 蝕.性及良好的焊接性.。 ^ 如未預先公佈的歐洲專利申請案第9 5 2 〇 1 1 44 3號 (PHN 1 5.2 9 2 )中所討論的，.電阻性元件主要表面的不充 分之金屬化會造成元件内的差分加熱效應：這些效應接 -8 - 本紙張财Si家料（CNS )遞格（ A7 B7

經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 產生機械應力，.可以導致元件的龜裂或完全破裂。主要表 面的金屬化可以比方説濺鍍：蒸鍍或雷射燒鍍之助而進 行’、但最好使用一種濾網印刷程序以達此目的，因爲這通 常產生主要表面更爲完全的覆蓋率（〜100%);不會附隨 著電阻性元件側面之金屬化（以及相關的短路風險）。 製造金屬臂所用之適當金屬包括磷青銅.、錫：不錄鋼、 黃銅及銅鋁合金’·這些金屬具有相當低的電阻率，•當成— 薄片形式時易於彆折，‘並展現良好的焊接性：並不需要所 有這些金屬臂均爲同一材料組成，•或其具有相同的幾何形 式或尺寸 '此外，、若有需要，、在任一對既定之相鄰電阻性 元件之間可採用一個以上的金屬臂，.或在堆疊末端之最後 主要表面上也可如此 根據本發明之一優良的電阻器實例其特徵爲使用Pb· Sn-Ag合金將金屬臂迴流焊接於主要表面上，，一種適當的 合金比方該爲Pb^Sn^.Mg3 5 ·。此種合金的優點爲具有 相當高的熔點（對所舉之組成而言約爲2〇〇_2i〇r)，.於是 其對PTC電阻器的相當高的工作溫度特性（如〗5 〇_丨8 ) 具有相當大的彈性。•迴流焊接特別適合於本發明：因爲其 使(部分)金屬臂在組裝電阻性元件堆叠之前先塗以焊錫合 金；·-旦堆疊組合好了 ：電阻性元件接著只不過是藉加飫 整個堆#而可焊接於定位，•比方説在T爐中完I此無需 以一焊鐵個別接觸每一個緊密間隔的碟片.。 右有*要、可使用一導電黏著劑將電阻性元件貼附於金 屬臂但此通常比焊接貴•，且必需黏著劑有一相當高的溶 I紙張尺度適用中 '^装 訂 ;------------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 五、發明説明（7 點、 此新式PTC電阻器之另一優良實例中.，各端子爲—伸 長的金屬帶.，在一邊緣上已經分成許多互相平行的縱向條 片’，各條片彎出於金屬帶之平面而在一不同的縱向位置， 於是形成一金屬臂、。此種實例無需將各個金屬臂焊接於一 支律的柱狀端子：且用最少的材料產生電阻性元件所需的 互連 '附圖中繪出此實例的兩種特別的型態（圖3與圖 4 ) 本發明及其附隨之優點將藉助於模範實例與附隨之略圖 進一步閣明，·附圖並非均爲統一尺度，.其中： 圖1示出一碟形PTC電阻性元件之透視圖，.具有金屬化 的主要表面 圖2爲根據本發明之兩端子PTC電阻器之正視圖：爲圖 1中繪示之電阻性元件型態之堆疊.； 圖3爲一具有突出金屬臂之金屬端子的透視圖：適用於 此新式PTC電阻器，； 圖4爲另一具有突出金屬臂之金屬端子的透視圖，.亦適 用於本發明之PTC電阻器、； 圖5示出此新式PTC電阻器一特別實例之透視圖.； 圖6爲圖5主體與一習知ρ τ C電阻器相比之電流對時間 之.圖。. 應Μ注意的是’·不同圖中的對應特徵以相同的參考符號 表示3 , 實例1 -10 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（：?丨0 X 297公釐） (請先5?讀背面之注意事項再填寫本瓦) 衮· 、1Τ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 ----------Β7 五、發明説明（8 ) 圖1與圖2爲本發明之兩端子pTC電阻器之特別實例。 I圖1示出一碟形電阻性元件1，含有一種展現正溫度係 數電阻率（PTC)之材料。.所示之特別元件1爲圓柱形，具 有兩個對立的（圓形）主要表面3及_(圓柱形）側表面5,表 面3的直徑爲丨2咖，，元件i的厚度爲工咖 兩主要表面3均全部金屬化，.即完全以一層實質上均勻 厚度之金屬覆蓋（若爲蒸鍍層，·—般爲2·3μηι，若爲遽網 印刷層，.則爲1 〇 μ m 另_方面，側表面5實質上不金屬 化，.或是在任何情況下.，沒有任何金屬、，以免造成兩表面 3之短路.。 在一特別實例中，元件1爲^〇85以〇1丨5；?15〇〇35丁1〇3 :加上 約0 _ 2 4莫耳％之s b 2 〇 3與〇 . 〇 8莫耳〇/。之M n c 〇 3 (燒結之 前），，其室溫（25°C)之電阻率約爲1Ωιπ 此外，，主要表面 3以含約重量6%之ζη的銀合金加以金屬化，藉由濾網印 刷程序產生（比方説見上所引述的未預先公佈的歐洲專利 申請案第95201144.3號）。 圖2示出本發明一兩端子PTc電阻器2。，電阻器2爲5個 圖1所示之電阻性元件丨之堆疊，，一金屬臂7置於各對相鄰 電阻性元件1之間，（並焊接於各元件1之相鄰主要表面3 上。，此外’，一金屬臂7，焊接於堆疊各端部上的末端主要表 面3'上，，即焊接於圖2中之最上面與.最下面之主要表面 上。 各金屬臂7,7'向外突出超過堆疊邊限；即超過相鄰元件 1的周邊Ϊ金屬臂7，,7'的突出部分具偶數序號n = 2,4,6者 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ΙΟΧ 297公釐） ί装------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印装 五、發明説明（9 ) 固定連接於第一端子9a，金屬臂7 由& .屬寻7,7的突出部分具奇數 序唬η=1，3,5者則固定連接於第二端子扑。 、 7^接=以製成比方説金屬棒或金屬板：金屬臂 /，7貝】4接其上。或去菩可职閣 戈者疋了用圖3與圖4所示之支律構 造，、其中金屬臂爲由—片金屬向外變 01, Λ . 蜀J卜穹曲而成，而該片金屬 貝J作爲一端子使用。 \ 爲了便於在印刷電路板（PCB)上作表面安裝，各端子 9a，、9b之末端分別向内彎曲形成一足部9a、9b,·。但也可 以將電阻器2裝在PCB之洞中；如將各端子％以之末端 縮小成一細針狀之型態、。 在一特別實例中 金屬臂7,7,與端子9a，扑之薄片厚 度約0.2匪：且以磷青銅製成（比方説組成約爲原子百分比 94%的，5.9%的311，〇 1%的p) ?金屬臂7 7,在約 250 C r使用pbsoSmsAg3.5合金迴流焊接於金屬化的 主要表面3,3,上。.爲達此目的.，金屬臂7,7,預先塗覆（比 万說用一刷子或橡膠滾筒）一層該焊接合金：助焊溶液與 觸媒之熔融混合物，、根據本行習知慣例而爲之。 假設R代表直徑12麵、、厚度5mm之圓柱形單片PTC電阻 器的電阻，.其陶瓷組成如上所述，，則所述之特別新式電阻 器2的電阻値爲r/(5)2 = r/ 25 .。而此單片電阻器之尺寸仍 實.質上與該新式電阻器相同。 實例2 圖3與圖4示出支撑構造4之不同的特別實例：適用於根 據本發明之PTC電阻器〗各構造4根據一特別圖型將金屬 12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2 10X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈. ,^ A7 、發明説明（ B7 經濟部中央標隼局負工消費合作社印装 自薄金屬片9的平面向外弩出而製成 製造囷3構造4之起初產品爲—長金咖. r η 屬帶9·，此例中爲3 mm足長万形 '薄片厚度 騣，在弟—個製造步 雷、乂3 上 J &方説以 2化ϋ H雷射光束或水注収‘，從帶9的長邊 11切出細的L形路線。這些L形路線形成矩形條片7 :躺在帶9的平面内，，且沿一短邊6與帶9附接。如所嗜示 者，各條片7爲矩形'，約爲2〇xlmffl2。 下—製造步驟中，各該矩形條片7彎出於帶9之平面，， 在其邊緣6上相連著，。一旦完成此弩折步驟後，各條片7 作爲一金屬臂使用，，帶9則作爲—端子使用（根據本發明之 PTC電阻器内容無庸贅言，，臂7的相互距離與長度可 裁適於此新式PTC電阻器2中所欲使用之電阻性元件1<1Λ 直杻與厚度。同樣地；臂7的數目亦可裁適成電阻器2 電阻性元件1的計劃數目。 若需要時，端子9可沿線8a，8b切割而修減成一更小 尺寸，，移除過多的薄片材料。此外，端子9可沿線i 〇 曲’於是產生一足部9，，，便於在pcB上作端子9的表面 裝 -圖4示出一支律構造4,，與圖3所示之構造不同，。以相 的長金屬帶9開始，’條片7現在自帶之短邊切入.，深度啡 次增加.=> 各條片7接著彎出於帶9的平面，，在其邊緣6與帶 9相連。 请

Hi % 背 面 意事 項 存 旁 訂 中 巧 弯安 同 順 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規,^7Ί^χ 297公釐 五、發明説明（n) 一旦完成了此寶折步驟後，各侔 , 俅片7作爲一金屬臂使 1 策-- (請先閱读背而之注意事項存填寫本萸) 用，而帶9則作爲一端子使用（根據 、佩尽發明々PTC電阻器 内容）,。各金屬臂7長度互相不同.，但若需要可縮成同一長 度。.此外，.端子9可沿線10弯曲，’於是產生—足部9,，以 便在PCB上作端子9之表面安裝·。 實例3 圖5爲根據本發明之PTC電阻器2的透視圖；包含兩個 電阻性元件1，包夹在一金屬支撑構造7，,7,，9&913中。其 中一元件 1 之組成約爲（Ba〇.74Sr0.172Pb0.042Ca〇 046)Ti03，.產生一居 里溫度Tc爲70 °C 另一元件！之組成約爲 (BaowSr。」2Pb〇.094Ca〇.〇46)Ti〇3，T c = 9 5 °C :這些元件 1 的 冷電阻R25分別爲20Ω與32Ω。， 圖6示出一交流電流i通過圖5之電阻器2 ,，成爲時間（t) 之函數（實線），，並與一習知的P T C電阻器（虛線）比較.。習 知的PTC電阻器爲Philips式樣2322 662 96016，

Tc = 75°C，. R25 = 24Q。， 由圖中立可見證此新式PTC電阻器比習知PTC電阻器 具一較大的衝入電流及一較低的電流衰減？ 經濟部中央橾隼局負工消费合作社印製 14- 本紙張又度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ύ〇347χ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

   A8 Βδ C8 DR 六、申請專利範圍

   爲各端子爲-長金屬帶，，於其—邊分成許多互相 的縱向條片，，各條片在不同的縱向位置彎出於金 平面而形成一金屬臂=> “ 7.根據申請專利範圍第i或第2項之兩端子 & · i槐本a加+ „ 电丨且益，，其特徵 為·具僅含兩個電阻性元件，其中—侗士 w P、“ Γ 70仵.兵T個〈電阻率與切換 to度南於另一個。. ---------/裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印簟 -16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)厶4規格（210x297公釐）