TWI429157B - 過電流保護裝置及其製備方法 - Google Patents
過電流保護裝置及其製備方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI429157B TWI429157B TW100101583A TW100101583A TWI429157B TW I429157 B TWI429157 B TW I429157B TW 100101583 A TW100101583 A TW 100101583A TW 100101583 A TW100101583 A TW 100101583A TW I429157 B TWI429157 B TW I429157B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- protection device
- overcurrent protection
- conductive
- crystalline
- conductive polymer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 64
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 42
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 34
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 34
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 31
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 31
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 31
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 31
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 30
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 25
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 9
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical group [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000010556 emulsion polymerization method Methods 0.000 claims 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010558 suspension polymerization method Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-tris(prop-2-enyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione Chemical compound C=CCN1C(=O)N(CC=C)C(=O)N(CC=C)C1=O KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZPCMSSQHRAJCC-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoro-1-(1,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoropent-1-enoxy)pent-1-ene Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)=C(F)OC(F)=C(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F BZPCMSSQHRAJCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01C7/13—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 current responsive
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49082—Resistor making
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49082—Resistor making
- Y10T29/49085—Thermally variable
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本發明係關於一種過電流保護裝置及其製備方法。
具有正溫度係數(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性之導電複合材料在一觸發溫度(switching temperature)上時，會從一低電阻狀態躍升至一高電阻狀態。以前述導電複合材料製作之過電流保護裝置串聯電路上之負載時，在正常操作條件下，過電流保護裝置具低電阻，而當異常高的電流流經過電流保護裝置或過電流保護裝置處在高溫下時，其電阻值會瞬間提高，將流經過電流保護裝置之電流降低，以保護電路中之電子元件。
一種常見之PTC導電複合材料係由一種或一種以上之聚烯烴類聚合物及導電填料所組成，其中該聚合物一般可為聚乙烯、聚丙烯與或聚甲基丙烯酸甲酯。導電填料一般為碳黑、金屬粒子(例如鎳、金或銀等)或無氧陶瓷粉末(例如碳化鈦或碳化鎢或其共熔材料等)。然而，由於聚烯烴類聚合物之結晶熔融溫度小於130℃，因此當外界溫度改變劇烈時，容易造成使用聚烯烴類聚合物之裝置作動異常。
美國專利第485983號與第5317061號揭示一種導電複合材料，其係由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer；FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(tetrafluoroethylene and perfluoro(propylvinyl ether)copolymer；PFA)、經過輻射照射後之聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)，以及碳黑等混合而成。由於，FEP和PFA之結晶熔融溫度高達270~340℃，因此造成前述之導電複合材料具有不易製程加工的缺點。並且，前述之導電複合材料在高溫度加工時，容易造成材料裂解，從而產生腐蝕性氣體。另外，由於FEP、PFA及PTFE熔融溫度高，因此在裝置動作時，容易產生極高的溫度，而使接線焊點處之銲錫融化，造成接點損壞或塑膠治具變形。
美國專利第5451919號揭示另一種導電複合材料，其主要係由聚偏二氟乙烯(polyvinlidene fluoride；PVDF)與乙烯四氟乙烯(ethylene/tetrafluoroethylene；ETFE)，以及碳黑混合而成。在部分實施例中，導電複合材料可另添加照光交聯劑-異三聚氰酸三烯丙酯(triallyl isocyanurate；TAIC)，以及碳酸鈣(CaCO3
)，其中TAIC在放射線的照射下，能促進高分子材料進行交聯反應，藉此提升尺寸與溫度的安定性。從實驗結果可得知，藉由添加ETFE材料可改善過電流保護裝置之穩定性。但是，由於使用ETFE材料之緣故，在製備導電複合材料時需使用260℃以上的高製程溫度。高製程溫度會讓少量的PVDF材料發生裂解，因而產生氫氟酸等具腐蝕性氣體。雖然添加碳酸鈣等弱鹼性填料可幫助進行酸鹼中和，但用於製備前述導電複合材料之加工設備，需配備特殊合金材料，也因此造成製造成本的上升。
除上述缺點外，過電流保護裝置安裝於嚴苛的環境下所發生的問題，也是值得注意。例如：安裝在汽車引擎蓋下方的過電流保護裝置不僅會受到引擎運轉時產生的高溫的影響，而且也需面臨汽車外部的冷、熱、乾、濕等氣候上劇烈的變化。由於習知之過電流保護裝置多只能在控制良好的環境下使用。因此，一種長期在高溫環境下能穩定操作，且能面臨劇烈氣候變化之過電流保護裝置亦被期待中。
本發明之一目的係提供一種過電流保護裝置，其中該過電流保護裝置所包含之導電高分子材料在過電流保護裝置觸發前、後，其電阻值差異小。
本發明之另一目的為提供一種過電流保護裝置，其中該過電流保護裝置所包含之導電高分子材料在製備時，所需之製程溫度低，故可減少在製備中造成環境之危害。
本發明之又一目的為提供一種過電流保護裝置，該過電流保護裝置具較高之動作溫度、較佳電阻值回復性，以及具良好之抗濕度與抗溫度變化能力。
根據上述目的，本發明一實施例提供一種過電流保護裝置，其包含一導電高分子材料。導電高分子材料包含一第一結晶型氟化聚合材料、複數個第二結晶型氟化聚合物之顆粒、一導電填料，以及一非導電填料。第一結晶型氟化聚合材料具結晶熔融溫度介於攝氏150至190度之間。複數個第二結晶型氟化聚合物之顆粒散佈於該導電高分子元件內，且具結晶熔融溫度介於攝氏320至390度之間。該些顆粒之粒徑可介於1至50微米間。導電填料與非導電填料散佈於導電高分子材料。
本發明一實施例提供一種過電流保護裝置之製備方法，包含下列步驟：於一溫度下，混合第一結晶型氟化聚合材料之粉末、第二結晶型氟化聚合物之粉末、一導電填料和一非導電填料，以獲得一導電複合材料，其中該第一結晶型氟化聚合材料之粉末具結晶熔融溫度介於攝氏150至190度之間，該第二結晶型氟化聚合物之粉末具結晶熔融溫度介於攝氏320至390度之間，而該溫度介於該第一結晶型氟化聚合材料之粉末之該結晶熔融溫度與該第二結晶型氟化聚合物之粉末之該結晶熔融溫度之間；以及於該溫度，壓合該導電複合材料，以獲得一導電高分子材料。
如圖1所示，本發明一實施例之導電高分子材料11可具有正溫度係數特性，其包含一第一結晶型氟化聚合材料111、一第二結晶型氟化聚合物112、一導電填料113及一非導電填料114。由於第一結晶型氟化聚合材料111具有低之結晶熔融溫度，且第二結晶型氟化聚合物112以顆粒之型態混合於導電高分子材料11，如此使導電高分子材料11可利用較低之製程溫度製作，從而避免導電高分子材料11在製備時，產生腐蝕性氣體，危害環境。
第一結晶型氟化聚合材料111之結晶熔融溫度為小於攝氏200度，而第二結晶型氟化聚合物112之結晶熔融溫度則大於攝氏300度。第一結晶型氟化聚合材料111之粉末、第二結晶型氟化聚合物112之粉末、導電填料113及非導電填料114在一製程溫度下混合，以形成一導電複合材料，其中該製程溫度介於第一結晶型氟化聚合材料111之結晶熔融溫度與第二結晶型氟化聚合物112之結晶熔融溫度之間。該第一結晶型氟化聚合材料111與該導電高分子材料11之體積比可介於30%至65%，而該第二結晶型氟化聚合物112與該導電高分子材料11之體積比可介於1%至15%。由於第一結晶型氟化聚合材料111之結晶熔融溫度低於該製程溫度，以及第二結晶型氟化聚合物112之結晶熔融溫度高於該製程溫度，使得第二結晶型氟化聚合物112以顆粒型態嵌置在第一結晶型氟化聚合材料111/導電高分子材料11內。
第一結晶型氟化聚合材料111可具有兩種不同熔融指數之氟化聚合物。改變兩種不同熔融指數之氟化聚合物間之混合比例，可調整過電流保護裝置之應答時間。
在一實施例中，第一結晶型氟化聚合材料111可為聚偏二氟乙烯(polyvinlidene fluoride；PVDF)，其結晶熔融溫度可介於攝氏150至190度之間，較佳地可介於攝氏170至175度之間。使用聚偏二氟乙烯，可有效地提升導電高分子材料11之動作溫度。聚偏二氟乙烯與導電高分子材料11體積比可介於30%至65%之間，較佳地可介於45%至63%之間。第一結晶型氟化聚合材料111更可包含兩種聚偏二氟乙烯，其中該兩種聚偏二氟乙烯各具有不同熔融指數。在一實施例中，兩種聚偏二氟乙烯之一者之熔融指數(Melt Flow Rate；MFR)介於0.6至18g/10min，而另一者之熔融指數介於7至35g/10min。
在一實施例中，第二結晶型氟化聚合物112可包含複數個聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)顆粒，其結晶熔融溫度可介於攝氏320至390度之間，較佳地可介於攝氏321至335度之間。聚四氟乙烯顆粒之粒徑可介於1至50微米間，較佳地可介於3至25微米間。聚四氟乙烯顆粒與導電高分子材料11之體積比可介於1%至15%。聚四氟乙烯顆粒可由研磨或粉碎聚四氟乙烯材料而製作，或由乳化聚合法或懸浮聚合法來製作。聚四氟乙烯顆粒可運用在低溫製程中，且在混合時容易分散於材料系統中。
再者，在導電高分子材料11中加入聚四氟乙烯顆粒，可協助其他氟系高分子材料結晶，並防止導電高分子材料11收縮形變。此外，由於具結晶度的聚四氟乙烯熔融溫度極高(大於攝氏300度)，故當導電複合材料在較低的製程溫度(例如：攝氏250度以下)下製備時，聚四氟乙烯不會熔融。在此情況下，聚四氟乙烯在導電高分子材料11中，可以視為有機分子填充物。而且在導電高分子材料11製作時，聚四氟乙烯不易與其他高分子(例如：PVDF)熔融混合，而是以顆粒型態均勻地分散。又，由於聚四氟乙烯與聚偏二氟乙烯之分子結構相近，因此在裝置動作後，聚四氟乙烯可成為聚偏二氟乙烯熔融後再結晶時之結晶起始點，使堆疊的聚偏二氟乙烯分子鏈能夠很快地進行高分子鬆弛行為，而回復到原有之高分子形態與體積。是故，聚四氟乙烯粉末能有效減少保護裝置在多次動作後的體積或尺寸的變化，同時大幅度降低保護裝置於觸發前、後之電阻值差距。此外，導電高分子材料11可經過2.5至40Mrad之輻射線照射，以降低聚四氟乙烯的分子量。
導電填料113亦散佈於導電高分子材料11內，其可為碳黑、鎳粉、碳化鈦、碳化鎢或前述材料之混合物。導電高分子材料11可包含體積比介於20%至50%之導電填料113。
非導電填料114同樣地散佈於導電高分子材料11。非導電填料114可為陶瓷材料，例如：氫氧化鎂或是氫氧化鋁，其與導電高分子材料11之體積比可介於2%至15%。
以下以數個實施範例說明本發明之導電高分子材料11。
數個實施範例之導電高分子材料11之成份如表一所示。
表一顯示實施例一至實施例六，以及比較例一與二之材料配方及實驗結果。兩種聚偏二氟乙烯被使用，其分別以代號PVDF-1與PVDF-2表示。聚偏二氟乙烯PVDF-1所具之密度為1.78g/cm3
，熔點為170℃。聚偏二氟乙烯PVDF-1具高熔融流動指數(Melt Flow Rate,MFR)，其MFR介於7~35g/10min間。聚偏二氟乙烯PVDF-2所具之密度為1.78g/cm3
，熔點為175℃。聚偏二氟乙烯PVDF-2具低熔融流動指數，其MFR是介於0.6~18g/10min間。聚四氟乙烯(PTFE)粉末所具之密度為0.961g/cm3
，而熔點為325℃。聚四氟乙烯粉末之平均粒徑是介於1~50微米之間。氫氧化鎂(Mg(OH)2
)所具之純度約為96.9wt%。
製作過程：
將批式混錬機(Haake-600)進料溫度設定在攝氏200度，進料時間設定為2分鐘。按表一所示之比例調配預混合之定量高分子材料，之後預攪拌數秒鐘。然後，再加入碳黑(Carbon black；CB)及氫氧化鎂，並轉速40rpm進行混合。經3分鐘過後，將批式混錬機轉速提高至70rpm，繼續混錬7分鐘後下料，而形成一具有PTC特性之導電複合材料。
將上述導電複合材料以上下對稱方式置入外層為鋼板，中間厚度為1.2mm之模具中，其中模具上下各置一層鐵氟龍脫模布。模具先以操作壓力50kg/cm2
，溫度為200℃預壓3分鐘。接著，在排氣之後進行壓合，其中壓合時間為3分鐘，壓合壓力控制在100kg/cm2
，溫度為200℃。最後，再以壓力150kg/cm2
，溫度180℃，壓合時間為3分鐘壓合，以形成一導電高分子材料11，如圖1所示。一實施例中，該導電高分子材料11之厚度為1.0mm。
如圖1所示，由於聚偏二氟乙烯PVDF-1及/或聚偏二氟乙烯PVDF-2之結晶熔融溫度低於200℃，因此其在混合時被熔融，以形成載體。聚四氟乙烯顆粒112具高於200℃結晶熔融溫度，所以其與碳黑113，以及氫氧化鎂顆粒114均以顆粒狀分佈。
將該導電高分子材料11裁切成20×20cm2
之形狀，再利用壓合將二金屬箔片12直接物理性接觸於該導電高分子材料11之上下表面，其係於該導電高分子材料11表面以上下對稱方式依序覆蓋金屬箔片12，其中該金屬箔片12含瘤狀(nodule)突出之粗糙表面並與導電高分子材料11直接物理性接觸。接著，以壓合專用緩衝材、鐡氟龍脫模布及鋼板進行壓合，壓合時間為3分鐘，操作壓力為70kg/cm2
，溫度為200℃。之後，以模具衝切形成8mm×10mm或10mm×12mm之過電流保護晶片1，將晶片另用Co60照射2.5~40Mrad。然後，藉著迴焊方式可將二金屬電極片22以錫膏(solder paste)分別固定於二金屬箔片12上，以製成軸狀式或模組化之過電流保護裝置2，如圖2所示。
除此之外，該過電流保護晶片1亦可藉由印刷電路板製程(詳細的製程步驟請參閱美國專利第6377467號)，搭配電路設計與壓合、鑽孔、蝕刻與表面處理等製程，製作成為表面黏著式過電流保護裝置；或者，搭配電極接腳與表面封裝製程，製作成插件式過電流保護裝置。
實施例一至實施例六之導電高分子材料11所製作之過電流保護裝置均可被觸發，其中隨著聚四氟乙烯粉末之導入，而使裝置觸發後的阻值變化的穩定性能有效提升，改善材料之再結晶性的特性。比較實施例一與比較例一，從48小時觸發耐久性(Trip Endurance)的實驗結果可發現，導入1vol%之聚四氟乙烯粉末之導電高分子材料11(實施例一)之觸發後電阻為初始電阻值之1.68倍，而未導入聚四氟乙烯粉末之導電高分子材料11(比較例一)之觸發後電阻為初始電阻值之3.11倍。又，比較實施例一與比較例一之100次循環之循環壽命(Cycle Life)可發現，經循環測試後實施例一的電阻值為初始電阻值之0.89倍，而比較例一之電阻值為其初始值之0.74倍。由此可知，聚四氟乙烯粉末的添加，有助於消除材料內應力，使導電高分子材料11可降低觸發前、後間電阻值之差異，且不會因為多次動作，而改變內部高分子之排列型態。另外，從實驗中亦觀察到比較例一在多次動作後，其結晶度有微幅的上升，且其電阻值也隨之下降。並且，因為高分子材料之收縮，使裝置外觀產生皺褶，嚴重者甚至發生導電高分子材料11與電極片脫離的情形。
再以實施例二與比較例二加以說明，從48小時觸發耐久性(Trip Endurance)的實驗結果可發現，導入1vol%之聚四氟乙烯粉末之導電高分子材料11(實施例二)之觸發後電阻值為其初始電阻值之1.58倍，而比較例二之觸發後之電阻值則增加為4倍，顯見，添加聚四氟乙烯粉末之導電高分子材料11表現出較好的電阻回復(resistance recovery)能力。此外，若比較實施例二與比較例二在循環壽命測試的表現，實施例二經測試後之電阻值較初始電阻值增加為0.89倍，而比較例二經測試後之電阻值較其初始電阻值增加0.72。故同樣也可以證實，聚四氟乙烯粉末的添加，對於過電流保護裝置之電阻值的回復性有極大的幫助。
又，在抗溫度變化的要求中，藉由改變聚偏二氟乙烯PVDF-1和聚偏二氟乙烯PVDF-2的含量，可調整高分子過電流保護裝置的動作時間。比較實施例一與實施例二，由於實施例的一聚偏二氟乙烯PVDF-1含量較少且聚偏二氟乙烯PVDF-2含量較多，使得其動作時間也隨之增加。例如：在低溫-40℃，其作動時間為12.5秒，高於實施例二之10.25秒；於室溫23℃，其作動時間為3.73秒，高於實施例二之3.65秒；而在溫度80℃時，其作動時間為1.39秒，高於實施例二之1.28秒。是故，藉由改變聚偏二氟乙烯PVDF-1和聚偏二氟乙烯PVDF-2的含量，及調整導電高分子材料11之MFR值可提高其動作溫度，使裝置可具有良好之抗濕度與抗溫度變化能力。
導電高分子材料11可另包含一光交聯化合物，該光交聯化合物係用於促進高分子材料進行交聯反應，藉此提升尺寸與溫度的安定性。在一實施例中，光交聯化合物可包含異三聚氰酸三烯丙酯(triallyl isocyanurate；TAIC)。
綜上，在過電流保護裝置中之導電高分子材料內，加入具特定MFR值之聚偏二氟乙烯、具特定粒徑分佈之聚四氟乙烯粉末、導電填料及非導電填料可讓過電流保護裝置具有優異之過電流與過溫保護功能，同時兼具有良好耐電壓特性、電阻回復性，以及可靠性。而且，藉由調整導電高分子材料之MFR數值，可使元件在所欲作動時間範圍內作動。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
1．．．過電流保護晶片
2．．．過電流保護裝置
11．．．導電高分子材料
12．．．金屬箔片
22．．．金屬電極片
111．．．第一結晶型氟化聚合材料
112．．．第二結晶型氟化聚合物
113．．．導電填料
114．．．非導電填料
圖1係本發明一實施例之導電高分子材料之示意圖；以及
圖2係本發明一實施例之過電流保護裝置之示意圖。
1．．．過電流保護晶片
11．．．導電高分子材料
12．．．金屬箔片
111．．．第一結晶型氟化聚合材料
112．．．第二結晶型氟化聚合物
113．．．導電填料
114．．．非導電填料
Claims (21)
- 一種過電流保護裝置，包含：一導電高分子材料，包含：一第一結晶型氟化聚合材料，具結晶熔融溫度介於攝氏150至190度之間；複數個第二結晶型氟化聚合物之顆粒，散佈於該導電高分子元件內，該些顆粒具結晶熔融溫度介於攝氏320至390度之間，且該些顆粒之粒徑介於1至50微米間；導電填料，散佈於該導電高分子材料；以及非導電填料，散佈於該導電高分子材料。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該第一結晶型氟化聚合材料為聚偏二氟乙烯，而該第二結晶型氟化聚合物為聚四氟乙烯。
- 根據請求項2所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料包含體積比介於30%至65%之聚偏二氟乙烯。
- 根據請求項3所述之過電流保護裝置，其中該些顆粒是研磨或粉碎聚四氟乙烯材料而製作，或由乳化聚合法或懸浮聚合法所製作。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該第一結晶型氟化聚合材料包含兩種聚偏二氟乙烯，其中該兩種聚偏二氟乙烯各具有不同熔融指數。
- 根據請求項4所述之過電流保護裝置，其中一該聚偏二氟乙烯之熔融指數介於0.6至18g/10min，而另一該聚偏二氟乙烯之熔融指數介於7至35g/10min。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料包含體積比介於1%至15%之該些顆粒。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該些顆粒之粒徑介於3至25微米間。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該些顆粒之該結晶熔融溫度介於攝氏321至335度之間。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電填料為碳黑、鎳粉、碳化鈦、碳化鎢或其混合物。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料包含體積比介於20%至50%之該導電填料。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該非導電填料為氫氧化鎂或氫氧化鋁。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料包含體積比介於2%至15%之該非導電填料。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料包含一光交聯化合物。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其中該導電高分子材料經過2.5至40Mrad之輻射線照射。
- 根據請求項1所述之過電流保護裝置，其更包含二金屬箔片，其中該導電高分子材料位於該兩金屬箔片之間。
- 一種過電流保護裝置之製備方法，包含下列步驟：於一溫度下，混合第一結晶型氟化聚合材料之粉末、第二結晶型氟化聚合物之粉末、導電填料和非導電填料，以獲得一導電複合材料，其中該第一結晶型氟化聚合材料之粉末具結晶熔融溫度介於攝氏150至190度之 間，該第二結晶型氟化聚合物之粉末具結晶熔融溫度介於攝氏320至390度之間，而該溫度介於該第一結晶型氟化聚合材料粉末之結晶熔融溫度與該第二結晶型氟化聚合物粉末之結晶熔融溫度之間；以及於該溫度壓合該導電複合材料，以獲得一導電高分子材料。
- 根據請求項17所述之過電流保護裝置之製備方法，更包含下列步驟：分別壓合兩金屬箔片於導電高分子材料之相對兩表面；以及以2.5至40Mrad之輻射線照射該導電高分子材料。
- 根據請求項17所述之過電流保護裝置之製備方法，其中該溫度為攝氏200度。
- 根據請求項17所述之過電流保護裝置之製備方法，其中該第一結晶型氟化聚合材料為聚偏二氟乙烯，而該第二結晶型氟化聚合物為聚四氟乙烯。
- 根據請求項17所述之過電流保護裝置之製備方法，其中該第一結晶型氟化聚合材料之粉末包含兩種之聚偏二氟乙烯粉末，其中一該聚偏二氟乙烯粉末之熔融指數介於0.6至18g/10min，而另一該聚偏二氟乙烯粉末之熔融指數介於7至35g/10min。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100101583A TWI429157B (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 過電流保護裝置及其製備方法 |
| US13/351,700 US8421584B2 (en) | 2011-01-17 | 2012-01-17 | Over-current protection device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100101583A TWI429157B (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 過電流保護裝置及其製備方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201232980A TW201232980A (en) | 2012-08-01 |
| TWI429157B true TWI429157B (zh) | 2014-03-01 |
Family
ID=46490337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW100101583A TWI429157B (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 過電流保護裝置及其製備方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8421584B2 (zh) |
| TW (1) | TWI429157B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI552172B (zh) * | 2011-07-29 | 2016-10-01 | 太谷電子日本合同公司 | Ｐｔｃ裝置 |
| US9646746B2 (en) * | 2014-07-11 | 2017-05-09 | Ittelfuse, Inc. | Electrical device |
| US20170004946A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Tyco Electronics Corporation | Conductive Composite and Circuit Protection Device Including a Conductive Composite |
| US9997906B1 (en) * | 2017-09-21 | 2018-06-12 | Polytronics Technology Corp. | Over-current protection device |
| TWI705464B (zh) * | 2019-12-20 | 2020-09-21 | 聚鼎科技股份有限公司 | 過電流保護元件 |
| TWI793611B (zh) * | 2021-05-21 | 2023-02-21 | 聚鼎科技股份有限公司 | 過電流保護元件 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4859836A (en) | 1983-10-07 | 1989-08-22 | Raychem Corporation | Melt-shapeable fluoropolymer compositions |
| US5317061A (en) | 1993-02-24 | 1994-05-31 | Raychem Corporation | Fluoropolymer compositions |
| US5451919A (en) | 1993-06-29 | 1995-09-19 | Raychem Corporation | Electrical device comprising a conductive polymer composition |
| TW415624U (en) | 1999-04-26 | 2000-12-11 | Polytronics Technology Corp | Surface mounted electric apparatus |
| US6593843B1 (en) * | 2000-06-28 | 2003-07-15 | Tyco Electronics Corporation | Electrical devices containing conductive polymers |
| TWI282696B (en) * | 2005-12-27 | 2007-06-11 | Polytronics Technology Corp | Surface-mounted over-current protection device |
-
2011
- 2011-01-17 TW TW100101583A patent/TWI429157B/zh active
-
2012
- 2012-01-17 US US13/351,700 patent/US8421584B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120182118A1 (en) | 2012-07-19 |
| US8421584B2 (en) | 2013-04-16 |
| TW201232980A (en) | 2012-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI429157B (zh) | 過電流保護裝置及其製備方法 | |
| JP6598231B2 (ja) | 高分子系導電性複合材料及びｐｔｃ素子 | |
| JP3930904B2 (ja) | 電気デバイス | |
| JP3785415B2 (ja) | 導電性ポリマー組成物 | |
| TWI298598B (en) | Over-current protection device | |
| EP2592628B1 (en) | Conductive composite material with positive temperature coefficient of resistance and over-current protection component | |
| KR102044107B1 (ko) | 전도성 폴리머 조성물, 전도성 폴리머 시트, 전기 부품 및 이들의 제조 방법 | |
| CN102522173B (zh) | 电阻正温度效应导电复合材料及过电流保护元件 | |
| TWI440616B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI842778B (zh) | Pptc組成物及具有低熱降額及低製程跳躍的裝置 | |
| CN117912780A (zh) | 过电流保护元件 | |
| CN109016731B (zh) | 一种高温ptc电路保护元件 | |
| JP2009194168A (ja) | サーミスタ及びその製造方法 | |
| JP2007005547A (ja) | 有機高分子抵抗体、サーミスタ素体、サーミスタ素子及びそれらの製造方法 | |
| CN102617955B (zh) | 过电流保护装置及其制备方法 | |
| TWI839748B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI822426B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI803338B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI766722B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI847699B (zh) | 過電流保護元件 | |
| TWI824852B (zh) | 過電流保護元件 | |
| JP4087768B2 (ja) | Ｐ−ｐｔｃサーミスタ組成物の製造方法、ｐ−ｐｔｃサーミスタ組成物、ｐ−ｐｔｃサーミスタ素体及びｐ−ｐｔｃサーミスタ | |
| CN117285767A (zh) | 高分子基导电复合材料及过流保护元件 | |
| TW202418308A (zh) | 過電流保護元件 | |
| JP2006186080A (ja) | ポリマーｐｔｃ素体及びポリマーｐｔｃ素子 |