高分子PTC溫度傳感器的製作方法

2023-06-21 00:15:41 1

本實用新型涉及一高分子PTC溫度傳感器，屬於以導電高分子聚合物複合材料為主要材料的電子元器件，尤其是涉及一種表面貼裝型高分子PTC溫度傳感器。

背景技術：

在現有公開的技術中，PTC溫度傳感器多為陶瓷基。

聚合物和分散在聚合物中的導電填料組成的導電聚合物以及由此導電性聚合物製備出的具有正溫度係數(PTC)特徵的電子元件，廣泛用於電路保護。

如：申請號201010242175.5公開了一種具有正溫度係數,高PTC強度高分子電發熱複合材料,按重量百分比計:(1)35%-75%高密度聚乙烯,低密度聚乙烯,乙烯-醋酸乙烯共聚物,乙烯-丙烯酸乙酯共聚物,丁晴橡膠，環氧樹脂,聚偏氟乙烯一種或幾種混合物;(2)15%-55%碳黑,碳納米管;(3)無機填充料3%-12%;(4)0.02%-0.1%抗氧化劑,將上述混合物採用密煉或雙螺杆加工成型,經輻射交聯,即可製得高PTC強度自控溫高分子導電發熱複合材料。該複合材料由於良好的PTC強度,漏電流非常小,良好的安全性及熱穩定性，在電熱取暖方面,自控溫加熱器,過流保護領域及溫度傳感器有著廣泛的應用。

另外，本申請人有多個涉及PTC高分子電阻結構及製造方法方面的專利，具有正溫度係數(PTC)特徵的PTC高分子器件可作為發熱元件，從理論上也可以作為溫度傳感器使用，但其受強度等因素限制，目前為目仍然是以PTC陶瓷材料為主。通常，高分子PTC器件在室溫時具有相對低的電阻值，而當溫度上升至一臨界溫度時，其電阻值可立刻跳升數千倍以上，藉此改變電流大小，已達到指示溫度的目的。當溫度下降至室溫時，高分子PTC溫度傳感器可回復至低阻狀態,電路電流恢復正常。此種可重複並在指定臨界溫度發生變化的特點，使高分子PTC溫度傳感器可廣泛應用在電子電路中。

本實用新型旨在提供一種有別於傳統陶瓷PTC溫度傳感器的高分子PTC溫度傳感器，並採用便於安裝的表面貼裝形式。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種高分子PTC溫度傳感器。通過表面貼裝形式方便安裝。

本實用新型技術問題通過下述方案解決：一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）至少具有一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材，該複合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度係數效應的高分子導電複合材料層和相對於第一、第二表面緊密貼合的第一導電電極、第二導電電極構成，所述的高分子導電複合材料層由聚合物和分散於聚合物中的導電填料組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導電端，與每個複合材料片材中的其中一個導電電極電氣連接，與對應的另一個導電電極不電氣連接；

第二導電端，與每個複合材料片材中的已經與第一導電端電氣連接的導電電極不電氣連接，與每個複合材料片材中與第一導電端不電氣連接的導電電極電氣連接；

3）第一端電極，位於整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導電端，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路一極電氣相連；

第二端電極，與第一端電極同樣位於整個元件的最外層的同一面或兩面上，連接第二導電端，並與第一端電極電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路另一極電氣相連；

4）絕緣層，貼覆於上述非同一複合材料片材上的第一導電電極和第二導電電極之間，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，並用於電氣隔離。

本實用新型至少具有一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材，當由兩層或多層具有一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材時，採用複合片材並聯，採用同樣的導通方式實現，以達到調整產品阻值的目的。

所述的聚合物基導電複合材料層由聚合物和分散於聚合物中的導電填料組成，其中，聚合物佔導電複合材料層的體積分數介於20%～75%之間，選自聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述的導電填料選自炭黑、碳納米管、石墨烯、金屬粉末、導電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

所述的金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

所述的導電陶瓷粉末選自：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬矽化物之中的一種或幾種的混合物。

所述的導電端位於元件內部，或者，位於元件側面，通過雷射鑽孔或機械鑽孔，且孔表面附著導電金屬層構成。所述導電端的形狀可以是任意規則的或不規則的形狀。

所述的導電金屬層是通過化學沉積、噴塗、濺射、電鍍或是這幾種工藝複合使用形成的導電金屬層。

所述導電金屬層，是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成。本實用新型目的所採取的技術方案為：由高分子複合材料基層和緊密貼覆於上述高分子材料基層兩面的第一導電電極和第二導電電極形成複合片材，對複合片材通過內層圖形轉移蝕刻技術使複合片材的導電電極蝕刻出絕緣槽，然後將兩絕緣層疊放於完成蝕刻的複合片材兩表面，並分別覆蓋金屬箔，進行高溫壓合，之後將壓合後的基板經過後續的外層金屬箔鍍錫、蝕刻外層圖形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、鑽孔、沉銅、鍍銅工藝等步驟，得到表面貼裝形式的高分子PTC溫度傳感器。

本實用新型提供所述高分子PTC溫度傳感器的製備方法，按如下步驟：

第一，將導電高分子複合材料基層組分高分子聚合物、導電填料在高速混合機內混合，然後將混合物在100～200℃溫度下混煉，然後用模壓或擠出的方法製成面積為100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的複合材料基層；再用熱壓的方法在熱壓機上把金屬箔片複合於上述材料基層的第一第二兩個表面，製成複合材料片材，然後再將此複合片材用γ射線（Co60）或電子束輻照交聯，劑量為5～100Mrad，得到固定熔點在65-300℃之間且具有電阻正溫度係數效應的複合材料片材；

第二，再採用印製線路板工藝製成表面貼裝型高分子PTC溫度傳感器。

本實用新型有別於傳統陶瓷PTC溫度傳感器，具有以下特點：1採用具有正溫度係數的高分子導電聚合物作為溫度傳感器芯材；採用便於安裝的表面貼裝形式，便於安裝高分子PTC溫度傳感器。產品的成本相較陶瓷類PTC溫度傳感器，更小型化、加工更方便，更適用於小型化器件的要求。

附圖說明

圖1：本實用新型實施例1整體立體視圖；

圖2：本實用新型實施例1單層片材剖面結構視圖；

圖3：本實用新型實施例2單層片材剖面結構視圖；

圖1、2中標號說明：

1、1a——上、下第一端電極；

2、2a——上、下第二端電極；

3、3a——上、下絕緣層；

4——第一導電電極；

5——高分子導電複合材料基層；

6——第二導電電極；

7——第一導電端；

8——第二導電端；

9、9a——阻焊層；

圖3中：

1』、1a』——第一端電極；

2』、2a』——第二端電極；

3』、3a』——絕緣層；

4』——第一導電電極；

5』——高分子導電複合材料基層；

6』——第二導電電極；

7』——第一導電端；

8』——第二導電端；

9』、9a』——阻焊層。

具體實施方式

實施例1

圖1本實用新型實施例1整體立體視圖和圖2本實施例單層複合片材剖面結構視圖所示：

一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）有一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材，該複合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度係數效應的高分子導電複合材料層5和相對於第一、第二表面緊密貼合的第一導電電極4、第二導電電極6構成，所述的高分子導電複合材料層由聚合物高密度聚乙烯和分散於高密度聚乙烯中的導電填料金屬硼化物組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導電端7，與附在高分子導電複合材料層5上的第一導電電極4電氣連接，與對應的第二導電電極6不電氣連接；

第二導電端8，與附在高分子導電複合材料層5上第二導電電極6電氣連接；與已經與第一導電端7電氣連接的第一導電電極4不電氣連接；

3）上、下第一端電極1、1a，位於整個元件的最外層的上、下面上，連接第一導電端7，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路一極電氣相連；

上、下第二端電極2、2a，與第一端電極同樣位於整個元件的最外層的上、下兩面上，連接第二導電端8，並與第一端電極7電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路另一極電氣相連；

4）上、下絕緣層3、3a，上絕緣層3貼覆於上述複合材料片材上的第一導電電極4上表面，和下絕緣層3a貼覆於上述複合材料片材上的第二導電電極6的下表面，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，用於電氣隔離。

製法是：

將高密度聚乙烯、金屬硼化物按一定比例在高速混合器中混合10min。然後將混合物組分在180℃溫度下於密煉機中混煉均勻，經冷卻，粉碎後將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓製成面積200cm2，厚0.2mm高分子複合材料基層5。將表面粗化後的銅箔經平整後，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到高分子複合材料基層的雙面，即得到高分子導電複合材料層5與第一導電電極4和第二導電電極6覆合成的一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材，在真空烘箱中80℃熱處理48小時後，用γ射線（Co60）輻照，劑量為15Mrad。之後將一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材通過圖形轉移蝕刻技術使第一導電電極4和第二導電電極6分別蝕刻出絕緣槽，然後將一絕緣層上絕緣層3疊加於第一導電電極4和一金屬箔之間，同時將下絕緣層3a疊加於第二導電電極6和另一金屬箔之間，然後進行高溫壓合，壓合後的基板通過端電極鍍錫、外層圖形蝕刻，印刷阻焊油墨等步驟，形成上下第一端電極1、1a和上下第二端電極2、2a。

然後經過後續的鑽孔、沉銅、鍍銅，形成兩個導電端，分別為第一導電端7和第二導電端8。從而製備出具有兩個焊接面的高分子PTC溫度傳感器。

本實用新型也可由兩層或多層複合片材並聯，採用如下的導通方式：

第一導電端，與每個複合材料片材中的其中一個導電電極電氣連接，與對應的另一個導電電極不電氣連接；

第二導電端，與每個複合材料片材中的已經與第一導電端電氣連接的導電電極不電氣連接，與每個複合材料片材中與第一導電端不電氣連接的導電電極電氣連接；

第一端電極，位於整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導電端，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路一極電氣相連；

第二端電極，與第一端電極同樣位於整個元件的最外層的同一面或兩面上，連接第二導電端，並與第一端電極電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路另一極電氣相連。

以達到調整產品阻值的目的。

所述的聚合物除聚乙烯外佔所述導電複合材料基層的體積分數介於20%～75%之間，選自除聚乙烯外，還可以是：氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述的導電填料選自炭黑、碳納米管、石墨烯、金屬粉末、導電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

所述的金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

所述的導電陶瓷粉末選自除金屬硼化物外，還可以是：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬矽化物之中的一種或幾種的混合物。

所述的導電端由雷射鑽孔、機械鑽孔等工藝形成，且孔表面附著導電金屬層構成，所述導電端的形狀可以是任意規則的或不規則的形狀。

所述的導電金屬層，是通過化學沉積、噴塗、濺射、電鍍或是這幾種工藝複合使用形成的。

所述導電金屬層，是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成。

實施例2

本實施例其他與實施例1相同，只是導電端位於元件內部。如圖3所示，

一種高分子PTC溫度傳感器，包括：

1）有一個電阻正溫度係數效應的複合材料片材，該複合材料片材由具有第一、第二表面的電阻正溫度係數效應的高分子導電複合材料層5』和相對於第一、第二表面緊密貼合的第一導電電極4』、第二導電電極6』構成，所述的高分子導電複合材料層由聚合物高密度聚乙烯和分散於高密度聚乙烯中的導電填料金屬硼化物組成，其固定熔點在65-300℃之間；

2）第一導電端7』，位於元件內部，與附在高分子導電複合材料層5』上的第一導電電極4』電氣連接，與對應的第二導電電極6』不電氣連接；

第二導電端8』，位於元件內部的另一側，與附在高分子導電複合材料層5』上第二導電電極6』電氣連接；與已經與第一導電端7』電氣連接的第一導電電極4』不電氣連接；

3）上、下第一端電極1』、1a』，位於整個元件的最外層的上、下面上，連接第一導電端7』，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路一極電氣相連；

上、下第二端電極2』、2a』，與第一端電極同樣位於整個元件的最外層的上、下兩面的另一側上，連接第二導電端8』，並與第一端電極7』電氣隔斷，作為焊盤使用，焊接至電路中後使元件與外電路另一極電氣相連；

4）上、下絕緣層3』、3a』，上絕緣層3』貼覆於上述複合材料片材上的第一導電電極4』上表面，和下絕緣層3a』貼覆於上述複合材料片材上的第二導電電極6』的下表面，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，用於電氣隔離。

本實用新型技術內容及技術特點已揭示如上,然而本領域技術人員仍可能基於本實用新型的教示及揭示而作種種不背離本實用新型精神的替換及修飾。因此,本實用新型的保護範圍應不限於實施例所揭示,而應包括各種不背離本實用新型的替換及修飾,並為以上的權利要求所涵蓋。