電器件及其組件的製作方法
2023-05-21 20:03:16 1
專利名稱：電器件及其組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及電器件，並涉及由許多電器件組成的柔軟帶狀組件，其可以被輸送到加工位置，在該位置上可以將元件進行分離和安裝。本發明特別適用於PTC電路保護元件。
許多公知的電器件包括片狀電氣元件，其可以夾在兩個片狀金屬部件之間。該器件包括，如，電阻，壓敏電阻，加熱器和電容。該類型特別適用的器件是PTC電路保護器件。PTC(正溫度係數)材料是眾所周知的，其包含導電聚合物(其通常包括結晶有機聚合物，其中分散或分布有導電填充物，最好是碳黑)，和導電陶瓷。
公知有許多可用於安裝電器件。在一些方法中，可以將器件或用以製造器件的元件以軟帶組件的形式提供給加工位置，其組件包括許多器件或固定於帶狀載體上的元件；在工作位置上，可以將器件或元件進行分離和安裝，並且可將帶狀載體除去。例如，美國專利號US 5,148,596，4,889,277和4,832,622，可以在此結合作為參考，其公開的內容可以實現所有的目的。
我們已經發現，根據本發明，改進的帶狀組件包括許多電器件，每個器件包括夾於兩層金屬部件之間的片狀電氣元件。在這些改進組件中，電氣元件是分離的元件，但它們通過片狀金屬部件相接並相互連接在一起，在將組件分成分離元件以後，其可提供引線，用以連接並遠離電氣元件延伸。組件最好是無任何軸向的連續載體帶，其在器件已經相互分離以後必須去除(或其沒有合適的用途)。最好是，其組件具有足夠的柔軟度，以便可將其繞在線軸上，並且在加工位置上展開。
按第一優選方面，本發明提供一種伸長的帶狀組件，其可以橫向分成許多電器件，每個器件包括(1)片狀電氣元件，其具有第一面和第二面；(2)第一片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第一面，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；和(3)第二片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第一面，和
(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；所述組件包括(A)許多片狀金屬引線形成部件，其沿組件的長度相互間隔，所述每個引線形成部件包括(i)第一引線部分，其對應於一個元件的第一引線，和(ii)第二引線部分，其對應於相鄰元件的第二引線；和(B)許多片狀電氣元件，其沿組件的長度相互間隔，並且其中每個組件均固定於一引線形成部件的第一引線部分和相鄰引線形成部件的第二引線部分之間。
片狀金屬引線形成部件最好是通過將單個金屬帶切割成型而獲得。
按第二優選方面，本發明提供一種伸長的帶狀組件，其可以橫向分成許多電器件，每個器件包括(1)片狀電氣元件，其具有第一面和第二面；(2)第一片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第一面，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；和(3)第二片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第一面，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；所述組件包括(A)第一片狀金屬引線形成部件，其(i)沿組件的長度連續伸展，和(ii)包括許多第一引線部分，其對應於元件的第一引線；和或(a)第二片狀金屬引線形成部分，其(i)沿組件的長度連續伸展，和(ii)包括許多第二引線部分，其對應於元件的第二引線；或(b)許多第二片狀金屬引線形成部分，其沿組件的長度相互間隔，並且其每個包括第二引線部分，其對應於元件之一的第二引線，和(B)許多片狀電氣元件，其沿組件的長度相互間隔，並且其中每個元件均固定於第一引線部分和第二引線部分之間；第一和第二引線形成部件已經通過將單個金屬帶切割成型而獲得。
按第三優選方面，本發明提供一種如本發明第一優選方面所限定組件的製造方法，其方法包括(1)切割形成連續的金屬帶，用以提供
(a)許多引線形成部件，每個所述引線形成部件包括(i)第一引線部分，和(ii)第二引線部分，一引線形成部件的第一引線部分縱向疊置在相鄰引線形成部件的第二引線部分上，由此移位以形成電氣元件的保持架，和(b)多個連接部件，其每個將一引線形成部件連接於相鄰引線形成部件的中間部分；(2)將片狀電氣元件放置在每個保持架上。
按第四優選方面，本發明提供一種製作許多製品的方法，其中每個製品均包括電器件，該器件包括一片狀電氣元件夾在兩個片狀金屬部件中間，該方法包括(A)按在本發明第一和第二優選方面中所限定的，將伸長的帶狀組件提供給加工位置；(B)將帶狀組件的一端放置在加工位置的所需位置上；(C)將組件切割，使得帶狀組件端部上的末端電器件與組件的剩餘部分分離；和(D)在步驟(C)之前或之後，將末端電器件固定到製品的另一元件上；並且重複所述步驟(A)至(D)以製備多個製品。
當按本發明第一優選方面所限定的將組件分開時，所得分離器件是新的產品，此時，最好是引線形成部件已經通過切割成型單個金屬帶而獲得。同樣地，噹噹按本發明第二優選方面所限定的將組件分開時，所得分離器件也是新的產品。這些新的元件形成本發明的部分。因此，本發明第五優選方面是提供一種電器件，其包括(1)片狀電氣元件，其具有第一面和第二面；(2)第一片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第二面的一部分，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件相接；和(3)第二片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第二面的一部分，和
(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件相接；第一和第二金屬引線已經通過切割成型單一金屬帶而獲得。
片狀電氣元件用於本發明的片狀電氣元件可以是任何類型。該元件通常包括兩層相對導電材料的外層，其最好是金屬，其實際上提供了等電位表面，並且功能非金屬電氣元件夾於兩金屬外層中間。功能電氣元件通常為具有一定厚度和均勻組分的單一平面層。但其還可以為，例如，單層，其厚度和組分由面到面和/或側到側(包括由兩個或多個並排元件組成的層)規則地或不規則地變化，或兩層或多層，其具有相同或不同的組分並具有相同或不同的厚度(其可以是恆定的或變化的)。
例如，功能電氣元件可以由電氣絕緣材料(其中器件為電容)，常用電阻材料(器件可以是電阻)，與電壓有關的電阻材料(器件可以是壓敏電阻)或正溫度係數(PTC)電阻材料(器件可以是電路保護元件或自動調節加熱器)。通常在每個器件中均具有單一電氣元件，並且所有元件將是相同的。然而，每個器件可以以串聯或並聯或(當具有三個或以上元件時)串聯/並聯組合方式包含兩個或以上電氣元件。
本發明特別適用於PTC保護器件，尤其是那些由PTC導電聚合物組成的PTC元件，其中PTC導電聚合物包括(a)聚合成分，其由結晶有機聚合物組成，和(b)分散或分布於聚合成分中的至少一種顆粒狀導電填充物，最好是碳黑。含有PTC導電聚合物的片狀電氣元件通常包括(a)片狀電阻元件，其中(i)它是由具有PTC特性的導電聚合物組成，和(ii)其具有第一表面和第二表面；(b)第一片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接於電阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其連接於第一金屬引線；和(c)第二片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接於電阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其連接於第二金屬引線。
該元件的電阻通常小於1歐姆，並且可以小於0.1歐姆。在該元件中的金屬電極最好為金屬箔，特別是，該箔具有粗糙的、最好是電鍍的表面，其可連接導電聚合物。例如，金屬箔可以由銅或鎳組成，或在至少與導電聚合物相接的表面上鍍有鎳或其它材料的銅組成，其中鎳或其它材料至少部分地防止銅與導電聚合物接觸。適用於本發明中的金屬箔包括在美國專利號4,689,475和4,800,253，以及待審的美國申請系列號08/255,584(待審號MP1505)中所公開的，其公開的內容在這裡可作為參考，並且應參考其詳細的內容。
在美國專利號4,237,441，4,238,812，4,315,237，4,317,027，4,545,926，4,724,417，4,774,024，4,780,598，4,845,838，4,859,836，4,907,340，4,924,074，4,935,156，4,967,176，5,049,850，5,089,801和5,378,407，和加拿大專利號1,280,241中詳細地描述了適用於本發明中的PTC導電聚合物，由PTC導電聚合物組成的片狀PTC元件，和由該PTC元件組成的片狀電氣元件，其公開的內容在這裡可作為參考，並且應參考其詳細的內容。
例如，片狀電氣元件可具有平均厚度為0.05-6.4mm(0.002-0.25英寸)，最好為0.1-2.54mm(0.004-0.1英寸)，如，0.15-1.27mm(0.006-0.050英寸)，並且其可具有任何適當的形狀，如，圓形，正方形或矩形，其面積(與元件的平面成直角所示)為19-322mm2(0.03-0.5英寸2)，如，32-161mm2(0.05-0.25英寸2)。
片狀金屬引線片狀金屬引線可以是任何適當的金屬並具有適當的厚度，例如，具有0.5-2.54mm(0.02-0.100英寸)厚度的鎳箔。當然，引線應具有足夠的載流量能力用於器件預計目的，至少在PTC器件的情況下，它們能從PTC元件上除去熱的量也是非常重要的。引線的連接部分應當與片狀電氣元件足夠大部分相接，以便提供適當的物理和電氣連接，如其面積的至少10％，最好為至少25％。當(最好是)引線是通過切割單一金屬帶而製成時，那麼第一和第二引線的連接部分將通常不會在組件(或器件)以平面表示時相互搭接，並且每個部分最好與電氣元件的面積的10-70％相接，如，40-60％。
第一和第二引線的伸長部分將通常會以相反方向由片狀電氣元件向外延伸。它們可以為直的，並且具有簡單的矩形。在器件已經與組件分開之前或以後，它們還可以具有較複雜的形狀和/或是彎曲的，以便提供引線，該引線可以很容易地進行安裝，並且其具有安裝之後的某些所需特性。例如，一根或多根引線可具有變窄部分，其可起著可熔熔絲的作用，或可具有通道或通孔，以幫助在組裝過程中使器件定位，或可成型，以便保證使引線不會將不需要的力傳遞給電氣元件，如，壓力，其將會阻止PTC元件的膨脹(適用於該目的的方法公開在如美國專利號4,685,025中，其公開內容在這裡可結合作參考)。
片狀金屬引線形成部件在分離器件上的金屬引線對應於組件上全部或部分引線形成部件。按本發明第一優選方面，每個引線形成部件包括(i)第一引線部分，其對應於(即在組件已經分開之後)一器件的第一引線，和(ii)第二引線部分，其對應於相鄰器件的第二引線。由此，引線會在組件上縱向延伸。通常一引線形成部件的第一引線部分將與相鄰引線形成部分的第二引線部分在縱向上相互搭接，並且相互位移，以便形成保持夾，使得可以將電氣元件固定於其內，最好是藉助於焊接。在準備用於安裝工藝中的組件上，引線形成部件最好是只通過片狀電氣元件相互連接，使得器件可以僅通過引線形成部件的中部切割而從組件的端部上取下。在通過單片金屬製備這種組件的過程中，通常將會有中間組件，其中會有與引線形成部件形成一體的金屬連接部件，並且其每個部件將一引線形成部件的端部連接於相鄰[wangl]引線形成部件的中間組件上。這些金屬連接部件必須在器件使用之前除去。最好是，在將組件卷在軸上之前將金屬連接部件切掉，以備在需要時使用。還可以將它們在安裝時切掉。
按本發明第二優選方面，至少引線形成部件之一連續地沿組件的長度延伸(由此提供了具有縱向整體性的組件)，並且其包括許多第一引線部分，其對應於器件的第一引線並橫跨組件延伸。第二引線是通過另一個也是沿組件的長度連續延伸的引線形成部件提供的，或是通過許多分離引線形成部件提供的，其每個部件對應於第二引線之一。
製備組件的方法用於本發明中的組件可以採用任何適用的方式來製備，但最好是通過將單條金屬帶切割成型來製備，使得其可提供所需結構的引線形成部件，如，該結構可包括將電氣元件插入的保持夾。例如，第一引線部分可以是具有兩臂的叉形，並且相鄰引線形成部件的第二引線部分可以是指形，其位於叉形臂中間但相互錯開。指和叉的臂可以相向彈性偏壓，由此形成夾子，其可將電氣元件可取下地固定在適當位置上，至少到引線部分永久地固定到電氣元件上為止，如可通過焊接。
在將電氣元件插入保持夾，並且將連接部件除去以後，可將組件整個地或部分地覆蓋上絕緣材料。在儲存和使用過程中，絕緣材料還可以增加組件結構的穩定性，並且還可在其安裝以後增加器件的結構穩定性。例如，絕緣材料可以藉助於繞帶、模鑄或粉末塗層來提供。
現參照附圖，
圖1是按照本發明第一方面用以製造組件的可插入片狀電氣元件的金屬帶的透視圖。可將金屬帶切割成型，使得其可提供許多同樣的縱向間隔的片狀金屬引線形成部件。圖1表示全部引線形成部件中的一個並只表示出相鄰引線形成部件的一部分。整體示出的引線形成部件包括第一引線部分2B和第二引線部分3B。第一引線部分2B包括叉形連接部分21B和伸長部分22B。第二引線部分3B包括指形連接部分31B和伸長部分32B。叉形連接部分21B的端部通過連接部件4連接於相鄰引線形成部件的指形連接部分31A和伸長部分32A的接點上。在帶上還形成有定位孔5。
圖2是按照本發明第一方面組件的透視圖，其是通過圖1所示金屬帶製成的，它是將片狀電氣元件插入由連接部分21B和31A所形成的保持夾中；將連接部分焊接(或其它固定方式)在片狀電氣元件上；並且除去連接部件4。可將圖2所示組件在伸長部分22B和32B等之間分開，以提供圖3所示電器件。圖3的電器件可以通過進行兩次橫向切割以切掉定位孔5而製備，但還可以通過孔5進行一次橫向切割而製備。
圖4類似於圖3，但其還示出了伸長部分，其具有定位凹槽221和321，用以輔助安裝。
圖5(其使用了與圖1相同的參考標號表示相同的部分)表示在將電氣元件放置在由連接部分21和31所形成的保持夾上時的金屬承載帶，其是按本發明第二優選方面所限定的組件。
圖6表示通過橫向切割圖5的組件所獲得的器件。
圖7表示本發明的另一器件，其包括電氣元件11和12，其使用中是相互平行進行電氣連接的。在伸長部分32A和22之間的區域已縱向分成兩部分，每部分均具有指形連接部分(311，312)和叉形連接部分(211，212)，以便為電氣元件提供分離保持夾。
圖8和9表示本發明另一器件的頂視圖和底視圖，其也包括電氣元件11和12，其在使用中也將是相互平行地進行電氣連接。在伸長部分32A和22之間的區域已經切掉，以便形成中央的指形連接部分315(由點劃線表示)和兩個叉形連接部分316，317，其彎曲使得它們用部分315形成用於元件11和12的保持夾。
實施例使用順序衝壓工具，將大約0.125mm(0.005英寸)厚並約5mm(0.2英寸)寬的鎳帶200衝壓成圖1所示的帶。孔5之間的距離大約為21.6mm(0.85英寸)。指形部分31大約為10.2mm(0.4英寸)長並大約3mm(0.12英寸)寬，並且略成向下的角，以便產生一彈性夾以插入後面的片狀電氣元件。將帶傳遞到另一機器上，其將片狀電氣元件插入到由部分21和31所形成的保持夾中。每個電氣元件(i)為矩形，其側面大約為12mm(0.47英寸)和大約5.1mm(0.2英寸)，(ii)具有大約0.51mm(0.02英寸)的厚度，(iii)其是由兩個電沉積鎳或鍍鎳銅箔電極組成，在箔層之間夾有PTC導電聚合物元件，在每層箔的外側上還具有焊接層，和(iv)在21℃下具有大約70毫歐的電阻。部分21和31以及每層箔的外側均可熔化，並且組件可加熱到220℃以便焊接PTC元件到部分21和31上。可使用大約0.9×0.9mm(0.035×0.035英寸)的衝頭衝壓出連接部件，並且將組件用絕緣聚酯帶繞包。通過橫向切割組件可製備出各個器件，以便得到圖3所示器件。
製備同樣的組件，使其在孔5之間的距離為大約28mm(1.1英寸)，指形部分為約7.6mm((0.3英寸)長約3mm(0.12英寸)寬，片狀導電聚合物元件為約11.9×5×0.25mm(0.47×0.2×0.01英寸)並在21℃下具有約40毫歐的電阻，和連接部件約為1.14×1.5mm(0.045×0.06英寸)。
權利要求
1.一種伸長的帶狀組件，其可以橫向分成許多電器件，每個器件包括(1)片狀電氣元件，其具有第一表面和第二表面；(2)第一片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第一表面，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件相接；和(3)第二片狀金屬引線，其包括(i)連接部分，其可連接片狀電氣元件的第二表面，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件相接；所述組件包括(A)許多片狀金屬引線形成部件，其沿組件的長度相互間隔，每個所述引線形成部件包括(i)第一引線部分，其對應於一器件的第一引線，和(ii)第二引線部分，其對應於相鄰器件的第二引線；和(B)許多片狀金屬引線形成部件，其沿組件的長度相互間隔，其每個固定在一引線形成部件的第一引線部分和相鄰引線形成部件的第二引線部分之間。
2.根據權利要求1的組件，其中引線形成部件是通過切割成型單條金屬帶獲得的，並且一引線形成部件的第一引線部分縱向搭接在相鄰引線形成部件的第二引線部分上。
3.按權利要求1或2所述的組件，其中引線形成部件實質上相互是相同的，每個第一引線部分為叉形，其具有兩個縱向延伸的臂，並且每個第二引線部分為縱向延伸的指形，其在組件以平面示出時位於叉形臂之間，並且在從側面看組件時其與叉形臂錯開。
4.按上述權利要求中的任何一個所述的組件，其包括許多金屬連接部件，其每個(a)將引線形成部件的端部連接到相鄰引線形成部件的中間部分上，和(b)必須加以除去，以便將組件變成許多器件，引線形成部件和金屬連接部件一起構成只縱向連續的組件部分。
5.按上述權利要求中的任何一個所述的組件，其中相鄰引線形成部件只通過片狀電氣元件而相互連接，並且其不含任何縱向連續元件。
6.按上述權利要求中的任何一個所述的組件，其中每個片狀電氣元件和括(a)片狀電阻元件，其(i)是由顯示PTC特性的導電聚合物組成，和(ii)具有第一表面和第二表面；(b)第一片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接電阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其連接第一金屬引線；和(c)第二片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接電阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其連接第二金屬引線。
7.一種製造按權利要求1-6所限定的電氣組件的方法，其包括(1)切割形成連續的金屬帶，用以提供(a)許多片狀引線形成部件，每個所述引線形成部件包括(i)第一引線部分，和(ii)第二引線部分，一引線形成部件的第一引線部分縱向搭接在相鄰引線形成部件的第二引線部分上，並且相互錯開以形成用於電氣元件的保持夾，和(b)許多連接部件，其每個部件將一引線形成部件的端部連接到相鄰引線形成部件的中間部分上；和(2)將片狀電氣元件放置在每個保持夾上。
8.按權利要求7所述的方法，其中片狀電氣元件為權利要求6所限定的，並且該方法包括，在步驟(2)以後，(3)在第一電極與第一引線部件之間和第二電極與第二引線部件之間形成焊接連接。
9.按權利要求7或8所述的方法，其中包括除去連接部件，使得相鄰引線形成部件只通過片狀電氣元件相互連接。
10.一種製造許多製品的方法，每個所述製品包括電器件，其包括(1)片狀電氣元件，其具有第一表面和第二表面；(2)第一片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第一表面的一部分，和(ii)伸長部分，其由片狀電氣元件向外伸出；和(3)第二片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第二表面的一部分，和(ii)伸長部分，其由片狀電氣元件向外伸出；其方法包括(A)將按權利要求1-6中任何一個所限定的伸長帶狀組件提供給加工位置；(B)將帶狀組件的一端放置在加工位置的所需部位上；(C)切割組件，使得在帶狀組件端部上的末端電器件與組件的剩餘部分分離；和(D)在步驟(C)之前或以後，將末端電器件固定到另一製品的部件上；和重複所述步驟(A)-(D)，以製備多個製品。
11.一種電器件，其包括(1)片狀電氣元件，其具有第一表面和第二表面；(2)第一片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第一表面的一部分，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；和(3)第二片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件第二表面的一部分，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件連接；第一和第二金屬引線可通過切割成型單根金屬帶而獲得。
12.按權利要求11所述的器件，其中片狀電氣元件包括(a)片狀電阻元件，其具有第一表面和第二表面；(b)第一片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接電阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其焊接到第一引線的連接部分上；和(c)第二片狀金屬電極，其具有(i)內表面，其連接電阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其焊接到第二引線的連接部分上。
13.按權利要求12所述的器件，其中電阻元件是由具有PTC特性的導電聚合物組成的。
14.按權利要求11-13中任何一個所述的器件，其包括n個具有第一表面和第二表面的片狀電氣元件，其中n為2或以上；第一片狀金屬引線，其具有(i)連接部分，其只連接每個片狀電氣元件第二表面的一部分，和(ii)伸長部分，其不與片狀電氣元件的任何部分連接；和n個第二片狀金屬引線，其每個具有(i)連接部分，其只連接片狀電氣元件之一的第二表面的一部分，和(ii)伸長部分，其不與任何電氣元件連接。
15.按權利要求11-14中的任何一個所述的器件，其中片狀金屬引線中的至少一個包括一保險絲部分，它的載流能力小於引線剩餘部分的載流能力。
全文摘要
一種改進的帶狀組件,其用以將電器件輸送到加工位置,以便於安裝該器件。每個器件包括片狀電氣元件,其夾在兩個片狀金屬部件(21,31)之間,並且其最好是PTC電路保護器件。在組件中,電氣元件是分離元件,但它們通過片狀金屬部件(32)而相互連接在一起,在將組件分成分離器件以後,其提供有引線,它可連接電氣元件並由該元件向外伸出。最好是,金屬部件通過切割成型單根金屬帶而製備。最好是,組件無任何縱向連續的載帶,其必須在器件已經相互分離之後去掉。最好是,組件具有足夠的柔軟性,以便可繞在軸上,並且在加工位置上不纏繞。
文檔編號H01C7/02GK1187901SQ96194692
公開日1998年7月15日 申請日期1996年4月19日 優先權日1995年4月21日
發明者J·P·根珀爾, R·A·赫爾姆斯, B·尼曼, I·察恩 申請人:雷伊化學公司