TW480496B - Electrical device having PTC conductive polymer - Google Patents
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Description
480496 7426pif.doc/008 A7 480496 7426pif.doc/008 A7 經齊邹智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（ί ) 本發明是有關於一種具有正溫度係數（Positive Temperature Coefficient，PTC)導電聚合物之電子元件，且 特別是有關於一種具有正溫度係數導電聚合物之電子元 件，結合具有正溫度係數導電聚合物與以無電鎳電鍍於電 解銅箔上形成的電極，以確保改善正溫度係數性質，及改 良電極與具有正溫度係數導電聚合物間之化學機械黏著 力。 習知中有許多具有正溫度係數（PTC)導電聚合物之電 子元件，該導電聚合物，其爲利用導電塡塞物散佈於有機 聚合物，而具有正溫度係數（PTC)性質。所謂正溫度係數 (PTC)性質乃爲在一相當狹窄之溫度範圍，會因溫度升高 而急速增加電阻之特性。具正溫度係數（PTC)性質之高分 子物質常用於常溫導線、阻擋過電流保護裝置、電路保護 裝置及加熱器等。 在電子元件中，此種導電聚合物會化學性、機械性地 與至少一電極相結合；一般，會使用一金屬板當作電極， 與該導電聚合物相結合。該金屬板連接該導電聚合物至一 外電極，但不會損及導電聚合物之正溫度係數(PTC)性質。 也因此，該導電聚合物最好要有良好黏著力，以確保其會 化學性、機械性地與該金屬板相結合。 介於該金屬板與該導電聚合物之黏著力可分爲兩方 面·化學丨生#占者力以及機械性黏著力。爲改善機械性黏著 力’該金屬板會處理增加表面粗糙度，以防止該金屬板與 該導電聚合物分離。但是，就算金屬板之粗糙度相同，與 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . ¼. 480496 7426pif.doc/008 480496 7426pif.doc/008 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（Μ 不同種之導電聚合物也有不同之黏著力，肇因於導電聚合 物與金屬板間之化學性黏著力。對大多數之聚合物，如橡 膠與聚丙烯，其對金屬板之化學性黏著力，以對銅最弱， 依序遞增爲銅、鐵、鎳、鋁及鋅等。因此，該金屬板可以 利用適當比例、以銅或鋅表面處理，或利用矽烷基之黏合 處理。 同時，電鍍也是一種可行之方法，來增加該金屬板表 面粗糙度，以防止該金屬板與該導電聚合物分離。例如： 使用銅電鍍箔於印刷電路版（PCB)以及一金屬板於一具 PTC性質之電子元件。 該使用於印刷電路版(PCB)之銅電鍍箔有1〇至150微 米之厚度，其中形成有一圓形團塊於一金字塔型團塊上， 以便機械性固定該導電聚合物。 製造PCB之方法爲，覆蓋一銅箔於基材並加熱加壓。 該銅箔應有化學抵抗力，如抗酸，及抵抗版在黏著於基材 經蝕刻後脫色，以及蝕刻後抗腐鈾。因此，該使用於印刷 電路版(PCB)之銅箔多會覆以一層鋅、銦或銅等（見日本 專利第51-35711號），或使用雙層電極沈積銅層結構（見 曰本專利第53-39376號）。甚或，電解銅箔之一面，配 合陰極浸於含有銅離子、鋅離子、酒石酸(Tartar)及鹼金屬 之銅-鋅電解液，在施以鉻酸鹽，以形成銅-鋅層（見美國 專利第53〇4428號）。 其他關於製造具有PTC性質導電聚合物之電子元件的 方法揭露於美國專利第4426633號、美國專利第4689475 5 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) --------訂----II--- % 本紙依人又瓔用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 A7 B7 480496 7426pif.doc/008 五、發明說明（h ) 號、美國專利第4800253號、美國專利第5874885號以及 美國專利第5234573號等。 但是傳統用電解電鍍或用電極沈積法形成之電極，厚 度不均，而容易導致PTC聚合物之剝離。因此，本發明爲 解決上述之問題，而發展出利用無電解電鑛（Electroless-Plating)於用於PCB上的該銅箔，而形成厚度均勻之電極。 因此本發明的目的之一就是在提供一種電子元件結合 PTC導電聚合物以及使用無電解電鍍鎳於電解銅箔上之電 極，而使PTC導電聚合物與電極之間，有較好機械性、化 學性黏著力，並改善PTC特性。 根據本發明之上述目的，提出一種具有正溫度係數 (Positive Temperature Coefficient，PTC)導電聚合物之電子 元件，至少包括：複數個電極，其中該電極具有一電解銅 箔，而其兩面均有無電解電鍍之鎳層；以及PTC導電聚合 物銲於電極之間，其中該無電解電鍍之鎳層有均勻之厚 度，以確保對PTC導電聚合物有足夠黏著力。 其中，該電解銅箔最好有一表面粗糙度介於1微米至 20微米間。而該無電解電鍍之鎳層有一厚度介於0.01微 米至10微米間。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： , 第1圖是一種依照本發明較佳實施例的電解銅箔之表 6 本紙張尺度^中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
緩濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 爾96 7426pif .doc/008 A7 B7 五、發明說明（ 面照片圖； 第2圖是依照本發明較佳實施例的電解銅箔，經無電 解鎳電鍍（厚度爲一微米）之表面照片圖； 第3圖是一種依照本發明較佳實施例的電子元件； 第4圖是依照本發明第一至第三較佳實施例的電子元 件，電阻對溫度之關係圖。 圖式標記說明： 1 PTC導電聚合物 2 金屬電極 實施例 接著將配合圖示，詳細描述本發明之較佳實施例。 本發明提供一^種具有正溫度係數(Positive Temperature Coefficient，PTC)導電聚合物之電子元件，且具有無電解 電鍍之金屬電極；具有正溫度係數導電聚合物以三明治型 結構，銲於電極之間。 該具有正溫度係數性質之導電聚合物，可利用混和有 機聚合物與導電塡塞物、聚合劑及抗氧化劑等而獲得。 該有機聚合物材質可以爲聚乙烯(Polyethylene)、乙烯 -丙烯酸聚合物、乙烯-丙烯酸乙酯(Ethyl Acrylate)聚合物、 乙烯-醋酸乙烯酯(Vinyl Acetate)聚合物或乙烯-丙烯酸丁酯 (Butyl Acrylate)聚合物。其中，有機聚合物最好選用聚乙 烯材質。 7 ----,1-------— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟郎智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480496 7426pif.doc/008 A7 B7 五、發明說明（i ) 至於導電塡充物，鎳粉、金屑、銅粉、銀銅粉（Silvered Powder Copper)、合金粉、炭黑粉（Carbon Black)、碳粉或 石墨炭（Carbon Graphite)皆可使用。最好選用炭黑粉。 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 而金屬電極乃利用無電解電鍍一種金屬於具良好機械 性黏著力之電解銅箔，其中該種金屬對於具PTC導電聚合 物具有良好化學性黏著力。電解銅箔具有一表面粗糙度 RZ，設定在1-20微米。該電解銅箔可向LG工業公司（LG Industry Co·)購買。 電解銅箔以無電解電鍍鍍鎳，其中無電解電鍍製程包 括一緩解製程（Decreasing Process)、一浸稀酸液製程 (Pickling Process)、一 活化敏化製程（Actuating and Sensitizing Process)、一無電解電鍍鎳製程以及一淸洗製 程。第2圖是依照本發明較佳實施例的電解銅箔樣品，經 無電解鎳電鍍（鎳厚度一微米）之表面照片圖，由第2圖， 可知該樣品之表面粗糙度與形狀並無顯著差異。 如上所述，利用鎳無電解電鍍於銅上之金屬電極2銲 於PTC導電聚合物1之兩邊，而形成此電子元件，見第3 圖。 經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 第一較佳實施例 混合炭黑粉與聚乙烯形成PTC導電聚合物。備製一表 面粗糙度爲5至10微米之電解銅箔，再經由一緩解製程、 一浸稀酸液製程、一活化敏化製程、一無電解電鍍鎳製程 以及一淸洗製程，形成一層厚約1微米之無電解電鍍鎳層 於銅箔上，而形成電極。電極以三明治型銲於PTC導電聚 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 B7 480496 7426pif.doc/008 五、發明說明（G ) 合物之兩邊，而形成PTC電子元件，如第3圖。 第二較佳實施例 混合炭黑粉與聚乙烯形成PTC導電聚合物。備製一表 面粗糙度爲5至10微米之電解銅箔，再經由一緩解製程、 一浸稀酸液製程、一活化敏化製程、一無電解電鍍鎳製程 以及一淸洗製程，形成一層厚約1〇微米之無電解電鍍鎳 層於銅箔上，而形成電極。電極以三明治型銲於PTC導電 聚合物之兩邊，而形成PTC電子元件，如第3圖。 第三較佳實施例丨 如上述第一較佳實施例之方法製備電子元件，除了無 電解電鍍製程中並不包括使用活化敏化製程，而該無電解 電鍍鎳製程乃在浸稀酸液製程之後進行。而且，會利用鉻 電解液進行取代電鍍，以形成一層鉻於無電解電鍍鎳層之 上。 比較例 使用只利用銅箔銲至導電聚合物而成之傳統電極製作 曾如第3圖形狀之電子元件，不同於前述之第一至第三實 施例中有無電解鍍鎳於銅上。 測試一 電阻-溫度特性 前述之第一至第三實施例中，電阻視電子元件溫度而 改變之情形，示於第4圖。由第4圖中可見，與使用傳統 電極之電子元件相比，本發明之電子元件的電阻-溫度特 性相差不大。這代表本發明之電子元件不僅強化PTC導電 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I I I-------^^1 · I I (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480496 7426pif.d〇c/〇〇8 B7 毛極間之黏著力，而且並未影響電阻-溫度特性， 而與使用傳統電極之電子元件相差不大。 測試二 丰艮據實施例與比較例之電子元件的電阻分別在濕度測 試之前與之後量測，結果顯示於下列表一。 表一 濕度測試之前 濕度測試之後 眚施例一（鎳） 200mQ 190m Ω U\JZX \/ -4 ---------— 比較例二 200ηιΩ 小於ΙΟηιΩ 經濟郎%'慧財產局員工消費合作社印製 如表一所示，比較例ΙΦί專/統ί吏元;ί牛在 濕度測試之前與之後量測的電阻値有很大差異。而根據第 一實施例中使用鍍鎳電極之電子元件在濕度測試之前與之 後量測的電阻値，差異不到10微歐姆。 由測試一與二之結果觀之’與使用傳統電極之電子元 件相比，本發明之電子元件不僅強化PTC導電聚合物與電 極間之黏著力，也改良PTC特性。 比起電解電鍍或電極沈積’本發明所使用之無電解電 鍍之好處爲可以較均勻地鍍凹凸不平之表面。 因此，本發明之電子元件使用之電極，爲無電解電鍍 鎳於電解銅箔上，而對PTC導電聚合物有較好機械性、化 學性黏著力，並改善PTC特性。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 - - - - - - -- - ----- I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格do x 297公釐） 480496 7426pif.doc/008 A7 B7 五、發明說明θ )護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
Claims (1)
- 480496 7426pif.doc/〇〇8 六、申請專利範圍 1· 一種具有正溫度係數（Positive Temperature Coefficient，PTC)導電聚合物之電子元件，至少包括： 複數個電極，其中該電極具有一電解銅箔，而其兩面 均有無電解電鍍之鎳層；以及 PTC導電聚合物銲於電極之間，其中該無電解電鍍之 鎳層有均勻之厚度，以確保對PTC導電聚合物有足夠黏著 力。 、 2. 如申請專利範圍第1項所述之具有正溫度係數導電 聚合物之電子元件，其中該電解銅箔有一表面粗糙度介於 1微米至20微米間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之具有正溫度係數導 電聚合物之電子元件，其中該無電解電鍍之鎳層有一厚度 介於0.01微米至10微米間。 ---I!----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐）
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