過電流保護(hù)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種過電流保護(hù)元件，尤其設(shè)及一種具低電阻率、良好的電阻再現(xiàn)性 及優(yōu)異的循環(huán)壽命測試（cyclelifetest)結(jié)果的過電流保護(hù)元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于具有正溫度系數(shù)（PositiveTemperatureCoefficient;PTC)特性的導(dǎo)電復(fù) 合材料的電阻對溫度變化具有反應(yīng)敏銳的特性，可作為電流感測元件的材料，目前已被廣 泛應(yīng)用于過電流保護(hù)元件或電路元件上。由于PTC導(dǎo)電復(fù)合材料在正常溫度下的電阻可維 持極低值，使電路或電池得W正常運(yùn)作。但是，當(dāng)電路或電池發(fā)生過電流（over-current) 或過高溫（over-temperature)的現(xiàn)象時(shí)，其電阻值會瞬間提高至一高電阻狀態(tài)（至少 1〇2QW上），而將過量的電流降低，W達(dá)到保護(hù)電池或電路元件的目的。
[0003] 一般而言，PTC導(dǎo)電復(fù)合材料由一種或一種W上具結(jié)晶性的聚合物及導(dǎo)電填料所 組成，該導(dǎo)電填料均勻分散于該聚合物之中。該聚合物一般為聚締控類聚合物，例如：聚乙 締，而導(dǎo)電填料一般為碳黑。然而，碳黑所能提供的導(dǎo)電度較低，而不符應(yīng)用上低阻值的需 求。
[0004] 我國專利公布號CN102903469A公開了利用導(dǎo)電陶瓷混合碳黑作為導(dǎo)電填料，使 得使用該等導(dǎo)電填料的過電流保護(hù)元件具有優(yōu)異的體積電阻率及電阻再現(xiàn)性，其電阻再現(xiàn) 性RlOO/化約在3至20之間，其中化為起始電阻值，RlOO為觸發(fā)100次后的電阻值。隨 著過電流保護(hù)元件的需求和發(fā)展，為避免元件于長期使用時(shí)燒毀的潛在風(fēng)險(xiǎn)，對產(chǎn)品的循 環(huán)壽命測試的要求更為嚴(yán)格。本發(fā)明即針對CN102903469A專利作進(jìn)一步改良，W期得到 更好的循環(huán)壽命等電氣特性。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明提供一種過電流保護(hù)元件，選用碳黑W及金屬或陶瓷導(dǎo)電粉末作為導(dǎo)電填 料，并W適當(dāng)比例均勻散布于結(jié)晶性高分子聚合物中，從而使得該過電流保護(hù)元件具有低 電阻率、良好的電阻再現(xiàn)性W及可通過嚴(yán)格的循環(huán)壽命測試。
[0006] 本發(fā)明一實(shí)施例的過電流保護(hù)元件包含二金屬錐片及一PTC材料層。PTC材料層 疊設(shè)于該二金屬錐片之間，且其體積電阻值在0. 07至0. 45Q-cm的范圍。PTC材料層包含 至少一結(jié)晶性高分子聚合物、第一導(dǎo)電填料和第二導(dǎo)電填料。第一導(dǎo)電填料為碳黑粉末。第 二導(dǎo)電填料選自至少一種的金屬粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末或其組合，且該第二導(dǎo)電填料的體積 電阻值小于0. 1Q-cm。第一導(dǎo)電填料和第二導(dǎo)電填料均勻分散于該結(jié)晶性高分子聚合物之 中，且第二導(dǎo)電填料除W第一導(dǎo)電填料的重量比值小于4。該過電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性 1?300/化比值在1. 5~5,其中化為起始電阻值，R300為觸發(fā)300次后的電阻值。 陽007] -實(shí)施例中，該結(jié)晶性高分子聚合物占PTC材料層的重量百分比為10 %~30%， 第一導(dǎo)電填料占PTC材料層的重量百分比為15 %~40 %，第二導(dǎo)電填料占PTC材料層的重 量百分比介于30 %~70%。
[0008] 一實(shí)施例中，該過電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性R300/Ri比值在I. 5~3。
[0009] 一實(shí)施例中，該過電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性RlOO/化比值在1~3,RlOO為觸發(fā) 100次后的電阻值。
[0010] 一實(shí)施例中，該過電流保護(hù)元件可通過16V/50A的300次循環(huán)壽命測試而無燒毀。 該循環(huán)壽命測試重復(fù)300次施加電壓16V和電流50A，每次持續(xù)電壓電流10秒后停止60 秒。
[0011] 一實(shí)施例中，該結(jié)晶性高分子聚合物選自：聚締控類聚合物、締控類單體與壓克力 類單體的共聚合物、締控類單體與乙締醇類單體的共聚合物及其組合。
[0012] 一實(shí)施例中，該結(jié)晶性高分子聚合物選自：高密度聚乙締、中密度聚乙締、低密度 聚乙締、聚乙締蠟、乙締聚合物、聚丙締、聚氯乙締、聚氣乙締、乙締-壓克力酸共聚合物、乙 締-壓克力脂共聚合物、乙締-乙締醇共聚合物及其組合。
[0013] 一實(shí)施例中，該金屬粉末選自儀、鉆、銅、鐵、錫、鉛、銀、金、銷及其合金。
[0014] 一實(shí)施例中，該導(dǎo)電陶瓷粉末選自：碳化鶴、碳化饑、碳化鐵、碳化棚、碳化娃、碳化 錯、碳化粗、碳化錯、碳化銘、碳化鋼、棚化鐵、棚化饑、棚化錯、棚化妮、棚化鋼、棚化給、氮化 錯及其組合，例如混合物、固溶體（solidsolution)或核殼體（core-shell)。
[0015] 一實(shí)施例中，第二導(dǎo)電填料包含碳化鐵，且該過電流保護(hù)元件可通過30V/50A的 循環(huán)壽命測試而無燒毀。
[0016] 一實(shí)施例中，金屬或?qū)щ娞沾煞勰┑牧酱笮≈饕橛?.01ym至IOOym之間， 較佳粒徑大小介于0. 1ym至50Jim之間。導(dǎo)電碳黑粉末的粒徑大小主要介于15皿至75皿 之間。
[0017] 一實(shí)施例中，該P(yáng)TC材料層的厚度大于0. 1mm，或較佳大于0. 2mm。
[0018] 一實(shí)施例中，金屬錐片含瘤狀（ncxlule)突出的粗糖表面，并與該P(yáng)TC材料層直接 物理性接觸。
[0019] 本發(fā)明的過電流保護(hù)元件，其中該二金屬錐片可與另二金屬電極片借著錫 膏（solder)經(jīng)回焊或借著點(diǎn)焊方式接合成一組裝體（assembly),通常是成一軸型 (axia]_-leaded)、插件型（radia；L-leaded)、端子型（terminal)或表面粘著型（surface mount)的元件。本發(fā)明的過電流保護(hù)元件，其中該上下金屬錐片可連于電源而形成一導(dǎo)電 回路（circuit)，PTC材料層在過電流的狀況下動作，而達(dá)到保護(hù)回路的作用。
【附圖說明】
[0020] 圖1本發(fā)明一實(shí)施例的過電流保護(hù)元件的示意圖。 陽OW 附圖標(biāo)記說明：
[0022] 10 過電流保護(hù)元件
[0023] 11 PTC材料層
[0024] 12 金屬錐片
【具體實(shí)施方式】
[0025] 導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電度由導(dǎo)電填料的種類及含量而定。近年來，消費(fèi)型電子產(chǎn) 品對于可重復(fù)使用電池（例如裡電池）或單次用電池（例如碳鋒電池），在延長使用壽 命上比例逐年增加。由于碳黑所能提供的導(dǎo)電度較金屬或陶瓷填料低，因此本發(fā)明加入 導(dǎo)電碳化陶瓷填料，W增加導(dǎo)電度。然而，由于導(dǎo)電碳化陶瓷填料W堆疊的方式形成導(dǎo) 電通路，當(dāng)該復(fù)合材料中的結(jié)晶性高分子受熱產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象，使得材料中陶瓷填料的 導(dǎo)電通路減少，造成該導(dǎo)電復(fù)合材料在反復(fù)發(fā)生過電流（over-current)或反復(fù)過高溫 (over-temperature)事件時(shí)，其電阻再現(xiàn)性比值（tripjump)過高，因而縮短電池使用的 壽命。
[00%] 由于碳黑表面呈凹凸?fàn)?，與聚締控類聚合物的附著性較佳，所W具有較佳的電阻 再現(xiàn)性。為有效降低過電流保護(hù)元件經(jīng)過反復(fù)觸發(fā)（trip)后的電阻值，并且維持低的導(dǎo)電 復(fù)合材料的體積電阻值，本發(fā)明于結(jié)晶性高分子聚合物材料中同時(shí)添加碳黑粉末及金屬或 導(dǎo)電陶瓷粉末，使得過電流保護(hù)元件兼具碳黑填料較佳的電阻再現(xiàn)性，W及導(dǎo)電碳化陶瓷 粉末的高導(dǎo)電特性，并使用適當(dāng)?shù)闹亓勘壤?，使過電流保護(hù)元件可通過嚴(yán)格的循環(huán)壽命測 試而不致燒毀。
[0027] W下說明本發(fā)明過電流保護(hù)元件的組成成份，包括實(shí)施例和比較例，W及其相關(guān) 制作過程。
[0028] 本發(fā)明過電流保護(hù)元件所使用的PTC材料層的成份及重量百分比如表一所示。 其中結(jié)晶性高分子聚合物選用聚乙締（polyethylene;P巧或特別是高密度結(jié)晶性聚乙 締，例如使用臺灣塑膠TAISOX皿陽/9001高密度結(jié)晶性聚乙締（密度：0. 951g/cm3,烙點(diǎn)： 130°C)。導(dǎo)電填料包含碳黑（carbonblack;CB)粉末，其他則可選用金屬及/或?qū)щ娞沾?粉末。金屬粉末可使用儀粉，如AEE(AtlanticEquipment!Engineers)NI-102, 3Jim大小的 片狀儀粉（nickelflake)，其體積電阻值介于6至15yQ-cm。導(dǎo)電陶瓷粉末則使用碳化鶴 (WC)或碳化鐵（TiC) ,WC如A邸(AtlanticEquipmentE；ngineers)WP-301 導(dǎo)電填料，其體積 電阻值約 80JiQ-cm，粒徑約 1-5ym。TiC則可使用AEE(AtlanticEquipment!Engineers) TI-301導(dǎo)電填料，其體積電阻值介于180至250yQ-cm,粒徑約1-5ym。
[0029] 本發(fā)明的實(shí)施例中，導(dǎo)電填料除碳黑粉末外，另外混合碳化鐵（TiC)、碳化鶴（WC) 或儀（W)粉末，比較例1僅單純使用碳黑作為導(dǎo)電填料，比較例2-4使用CB搭配TiC、WC 或Ni粉，但相較于實(shí)施例使用較高重量比例的TiC、WC或Ni粉，其中CB粉末與TiC、WC或 Ni粉末的重量比例約1 :5。結(jié)晶性高分子聚合物于PTC材料層中的重量百分比約10%~ 30%。導(dǎo)電碳黑粉末于PTC材料層中的重量百分比介于15%至40%之間，或可為20%、 25%、30%、35%或45%。金屬或?qū)щ娞沾煞勰┱糚TC材料層的重量百分比介于30%~ 70%，或可為35%、40%、45%、50%、55%、60%或65%。本發(fā)明實(shí)施例中，〔8粉末與11(：、 WC或Ni粉末的重量比例都小于1 :4,也就是說金屬或陶瓷導(dǎo)電粉末除W碳黑粉末的重量比 值小于4。其中實(shí)施例1~3的仰:TiC、CB:WC、CB:W)比例約1 :3. 9(重量比值約3. 9)， 實(shí)施例4~6的CB:TiC、CB:WC、CB:Ni比例約1 :1 (重量比值約1)。比較例1的導(dǎo)電填料 僅包含碳黑粉末，比較例2~4的CB:TiC、CB:WC、CB:Ni的重量比約1:5 (重量比值約5)。 |；0030]表一

[0032] 本發(fā)明的過電流保護(hù)元件的制作過程如下：將批式混煉機(jī)化aake- 600)進(jìn)料溫 度定在160°C，進(jìn)料時(shí)間為2分鐘，進(jìn)料順序?yàn)榘幢硪凰镜闹亓?，加入定量的結(jié)晶性高分 子聚合物，攬拌數(shù)秒鐘，再加入導(dǎo)電粉末（碳黑、碳化鐵、碳化鶴或儀粉）。碳化鐵、碳化鶴或 儀粉的粒徑大小介于0. 1ym至50Jim之間，碳黑粉末的粒徑大小介于15皿至75皿之間。 混煉機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為40巧m。3分鐘之后，將其轉(zhuǎn)速提高至70巧m，繼續(xù)混煉7分鐘后下料， 而形成一具有PTC特性的導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0033] 將上述導(dǎo)電復(fù)合材料W上下對稱方式置入外層為鋼板，中間厚度為0.33m