具有ptc電阻元件的電氣部件的製作方法

2023-10-10 21:30:44

專利名稱：具有ptc電阻元件的電氣部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電氣部件，其包括基於PTC電阻元件的用於給信號線去 幹擾的保護裝置。
技術背景例如由公開文獻DE 10243113 Al公開了所述電氣部件。 發明內容本發明的任務在於闡述一種電氣部件，其是可靠地防止形成火花以防止高 電流負荷與高瞬態電流脈衝以保護信號線的保護裝置。所述電氣部件具有一4^t閉外殼，且具有至少兩個布置於外殼中的電阻元 件。這些電阻元件均具有扁平形狀的基體，並且具有布置於其主面上的電極。 電絕緣的包垂寸殼MM相應的電阻元件。電阻元件最好具有PTC特性。PTC表示正糹鵬係數。原則上可以!OT—個電阻元件來替代多個電阻元件，或者將兩個以上的電 阻元件布置於一個封閉的外殼之中。所述包封殼特別有助於保證所述部件在限流裝置之中在出現瞬態脈衝形式 的過電壓時的功能。當電流脈衝弓胞基體加熱時，電阻元件的電阻會隨之增大。 fflil在規定的防護水平以上觸發電阻元件來限制電流。^^寸殼防止在電阻元件之間出現飛弧，並因此使得所述部件具有較高的擊 穿強度。如果出於節省位置空間的原因省去電阻元件之間的隔離裝置，則是特 別有利的。在被保護的信號線中可能出現大電流強度的交流電壓，這會引起持續負 荷，所述部^^滿足在所述持續負荷方面的規定要求。在故障情況下，可能會 使得基體由於熱而損壞。電阻元件的損壞在某些情況下可能會產生火花甚至火 焰，這可以通過外殼將其截留。由耐火材料、也就是不可燃的材料所製成的封 閉外殼防止了周圍環境起火的危險。外殼材料最好具有高的熱容。這樣尤其在發生故障情況時，阻止熱量傳遞到安裝有所述部件的電路板上。例如，所述部件可以在下列測試^^下保證其功能，尤其是在規定的防護 水平以上的限流功能a) 脈衝2500 V， 500 A，脈衝持續時間2/10b) 交流電壓600 V， 3A，持續時間1.1秒。在下歹湖賦條件下，儘管預期電阻元件將會毀壞，也保i正所述部件的耐火性能a) 脈衝5000V， 500 A，脈衝持續時間2/10nsb) 交流電壓600 V， 60A，離時間5.0秒。 脈衝,時間2/10 ms ^:上升時間為2ms，下降時間為10^s。 以下是所述部件的一，選設計方案，可以將其任意組合。PTC電阻元件原則上替fW斷器，並且具有成本優勢，因為這些電阻元 件儘管會在短時間li31防護水平時觸發，對電流進行限制，但儘管如此其功能 仍然可以保持。只有當艦最大電流 驢時，才會使電阻元件毀壞。在一種，的變型方案中，每個電話接線端子的信號線分別配有所述部件 中的電阻元件。由於電話接線端子是一種往、複線路，也就是有兩個信號線， 因此配有兩個這樣的電阻元件。這些電阻元件構成保護裝置，以防止電話線 上的幹擾引起故障，尤其是線路中斷的危險。例如雷擊會弓l起幹擾。通電源的 線路i!31接觸也會在電話線中感應出過電壓。最好將每個電阻元件布置在信號線的串聯支路中。當超過最大電流強度 時，就會因電阻元件毀壞而斷開該串聯支路。這些電阻元件最好具有在允許公差範圍內的相同電阻值。較窄的公差極限 在這方面是有利的。基體最好含有具有PTC特性的材料。基體最好含有燒結陶瓷材料，例 如基於鈦酸鋇的材料。在一種變型方案中，基體含有一定比例的鉛。通過有 利itt擇陶瓷組件的成份，可以不使用鉛。無鉛部件特別符合環保要求。通過隨溫度變化的電阻特性曲線來描述電阻元件或者其基體的特性。在 達到開關點之前，電阻與溫度基本上呈線性關係。當溫度高於開關點時，電 阻值以非線性方式隨溫度上升，更確切地說非常快地上升。開關點取決於基 體的材料。基體最好具有扁平構造型式，例如圓形碟片的構造型式。但基體也可以具有矩形或者其它基本形狀。基體最好具有展平的或者倒圓的ii^。基,室溫下的電阻值最好為5 100 Ohm。基體的擊穿電壓，至少 為600 V。相應電極的面積最好小於0.5 cm2。相應電極的面積最好大於0.18 cm2。 電極的直^fi好至少為5 mm。最好使電極具有可焊接性。可以通過相應電極的可焊接的夕卜層來實現這 一目的。可焊接的外層最好含有銀。例如可以M3iiS當的層,電阻元件具有載流能力高、長期穩定的電極。 作為最下面的、即朝向基體的電極層，每一電極包括一鉻層。另一個電極層 可以含有鎳。最上面的電，鵬驗布置在鎳層上，且最好含有銀和/或者錫。在相應電阻元件的每一個電極的輝接點上焊接有弓l線。弓l線最好具有圓 糊黃截面，但也不排除其它引線靴。M;焊接弓踐保證電阻元件的低歐姆接觸。即使當工作條件較為不利時，焊接點實際上也不會發生腐蝕，因此其突出之處是在所述部件的使用壽命之內 具有穩定的電阻值。最好艦^^殼將傳接點以及基ffl蓋，這樣提高焊接點的抗腐蝕能力。^M殼最好具有彈性特性，且育,隨、鵬變化膨脹或收縮。這樣就可防止在,殼和電阻元件之間出現受熱所弓l起的機械應力。作為替代方案也可以 使包封殼的熱膨脹係數與基體的熱膨脹係數相匹配。在材料和需要進療凃層的表面之間施加電場，使材料在電場中沉積，從而將^^殼施加到電阻元件的表面上。例如可以通過噴塗法所塗布的漆層來形成包封殼。在漆層沉積時產生噴 霧。油漆液滴最好帶有靜電。電阻元件的表面最好也帶有電荷極性相反的靜電。 這樣就可吸弓l油漆液滴經過電阻元件的表面。採用靜電噴塗油漆的方法，可 以獲得高度均勻的薄層。厚度較薄的包封殼其好處在於，不會顯著增大電阻 元件優選保持較小的熱容。這樣就會使電阻元件的基體均勻加熱，因此只要 受限制的電流強度達到防護水平，電阻元件就會mii、可靠;t鵬蟲發。包封殼可以含有矽膠複合物。包封殼可以含有玻璃成份或者Si02。環氧樹月謝末也是合適的。包封殼的厚度最好小於200 nm。在保證充分覆蓋邊緣的情況下，原則上 也可使厚度低於100拜。這尤其適合於具有展平的或者倒圓的，的基體。 基體的主面以及ii^區域中的M殼厚度最好均勻。外殼具有一個載體板，電阻元件就布置於載體板上。電阻元件最好豎立 定向。外殼具有一個蓋子，該蓋子可以固定在載體板上。蓋子與載體板一起全 方鵬閉。在一種 的變型方案中，夕卜殼具有一個隔板，該隔板在電阻元件之間至 少設置在其焊接點的範圍內。可以ilil蓋子的內壁構成隔板。也可以M:載體板的一部分構成隔板。在載體板中最好設有用於容納隔板的一個區域的凹坑或者開口 。隔板朝向下方的區域最好在橫截面中逐漸變細。這樣方便將隔板插入載 體板的為此設置的凹坑或者開口之中。在載體阪中設有供穿過電p且元件弓l線的開口 。相應電阻元件的朝向載體板的區域沉入載體板的凹坑之中。載體板的設 置用於容納電阻元件的凹坑具有在電阻元件滾動方面具有最小勢能的穩定位 置。例如，這些凹坑的深度可在垂直於相應電阻元件厚度方向的橫截面中朝 向兩個相反的方向從內向外逐漸增大。當電阻元件滾動時，就會產生可使其重 新回到穩定位置的回位力。這樣就防止碟片狀的基，落。例如可以將凹坑的底面設計成圓柱殼表面的一部分。也適合使用兩個與 凹坑中心慨斜延伸的面，例如平面。外殼的部件、也就是蓋子和載 最好分別作為成型件製成。例如可以採 用注塑法製造它們。外殼含有至少在250°以內形狀穩定且耐火的材料。熱塑性材料特別適合作為外殼材料。也可^ffi熱固性塑料。原則上也可使用陶瓷作為外殼材料。塑料也可作為外殼材料，尤其是聚 合物塑料，例如液晶聚合物。外殼材料可以是玻璃增強的，這種材料具有特別好的耐火性能。例如玻璃成份可以在0 70%之間。每個電阻元件在其電阻值、基體材料的開關點以及幾何尺寸方面這樣設計，使其具有500 mA以下的防護水平。所謂防護水平，指的是M電阻元 件觸發限流功能的電流5驢最小值。取較低的防護水平較為適宜，因為這樣可以對例如在用戶一側的電阻元件 所保護的電路設計用於較小的電流。通過熱容特別小的電阻元件就可實現較低 的防護水平。也可實現200 mA以下的特別低的防護水平。要實現特別低的防護水 平，ifc^用較大電阻值的電阻元件，例如至少30歐姆，皿至少為50歐 姆。最好使PTC材料的開關點為120°或者低於120° ，可通過適合的材 料成份達到這一目的。開關點也可以選擇為100°或者更低，但最好比部件 或者應用所規定的、溫變範圍高出至少20。。作為蓋子的替代方案，外殼也可具有澆注材料，ffiii澆注材料將固定在載 上的電阻元件進行澆注。最別OT模具對電阻元件進行擠壓包封。


以下將根據未按比例繪出的示意圖對所述部件及其優選的設計方案謝， 釋。相關附圖如下.-圖1是所述部件的局部縱剖面圖，配有兩個布置於封閉外殼中的碟片狀 電阻元件；圖2是圖1所示部件的局部橫截面；圖3是具有絕緣包封殼的電阻元件的橫截面；圖4是圖1所示部件的側視圖；圖5是圖1所示部件的底面的俯視圖；圖6是圖1所示部件的橫截面；圖7是圖1所示部件的縱剖面；圖8是圖1所示部件的外殼的偵艦亂圖9是圖8所示外殼的載體板的底面的俯視圖；圖IO是圖8所示外殼的載微的局部橫截面；圖1是圖8所示外殼的載,的橫截面；圖12是圖8所示外殼的載微從下面看的透視亂圖13是圖8所示外殼的載艦/Xh面看的透視亂圖14是圖8所示外殼的蓋子的底面的俯視圖；圖15是圖8所示外殼的蓋子的縱音靦亂 圖16是圖8所示外殼的蓋子的局部橫截面；具體實施方式
圖1中繪出了所述部件的若干構造相同的組件，為了簡明清晰起見，以 下僅對一個組件進行說明。但該說明適用於所有相應類型的組件。尤其是電 阻元件11、 12，焊接點5，弓戰41、 42，基體15，定中裝置33,凹坑27、 29、 38，凹進部分26以及開口 20、 28。圖1、 2、 6禾卩7中所示的部件配有電阻元件12、 13和外殼，外殼具有 載^ 2和蓋子3。圖3所示的是電阻元fK圖4、 5、 8和9所示的是外 殼及蓋子以及固定於其上的載體板。圖10 13所示的是載體板的不同視圖。 圖14 16所示的是蓋子的不同視圖。外殼包括一，體板2，在載^W及上布置有兩個彼此間隔開且豎立定向的 電阻元件11、 12。這些電阻元件的主面相互平行。在電阻元件11、 12之間設有外殼內壁、例如蓋子3的內壁所構成的隔 板31。該隔板至少延伸至緊挨著位於焊接點5下方的某一點，電阻元件電極 上的引線41、 42就固定在這些焊接點上。如果隔板至少延伸至載體板2的 上側面，則特別有利。如果該隔板的下部區敏申入載微2中設置的凹坑或 者開口 20之中，則是有利的，參見圖7。也可以作為替代方案通過成型於載體板中、或者固定於載體板上，並且從 載體板中向外伸出的壁面來構成隔板31。隔板的高度至少延伸至緊挨著位於 焊接點5上方的某一點，電阻元件電極上的引線41、 42就固定在這^^焊接點 上。電阻元件11、 12的構造優選相同，圖3所示就是這些電阻元件的構造。 電阻元件包括一個基體15和兩個層電極16、 17，基體15就布置在這些層電 極之間。在電阻元件的第一電極16上固定有第一引線41，在第二電極17上固 定有第二引線42。優選的固定方式是釺焊。在電極16、 17和引線41、 42的 連接部位上構成焊接點5，這^^焊接點提高了電阻元件的總厚度。焊接點5最好大致位於電阻元件或電極16、 17的主面的中間。可以有 所偏差。但如果如圖6所示要使電阻元件的下部區，入載體板2的凹坑29之中，則焊接點和電阻元件的最低點之間:ft^有確定的最小間距。在一種優選的變型方案中，通過電絕緣的包封殼6覆蓋電阻元件，除了 引線41、 42。該包封殼也覆蓋焊接點5。因此在一種變型方案中，兩個保持 相互電絕緣的電阻元件相隔極小的間距布置，之間沒有安置隔板31。包封殼6最好具有均勻的厚度，且厚度最好為200微米或更小。例如 以噴塗法塗覆的絕緣漆就是特別適合作為包封殼的材料。如果基體沒有尖銳 的邊緣，貝)J最好將邊緣充分覆蓋。例如可以將*#邊緣鑲邊，由此使其展平。 倒圓的邊緣也是有利的。敷設引線41、 42,使其具有一刊頃斜延伸的區域。該區域沿著電阻元件 的主面延伸。第二引線42最好與第一引線41形成一個角度。該角度例如可 以在60°和120°之間。弓踐41、 42的其餘部分應適當彎折或彎曲，使 其下部區^^*垂直。將引線41、 42穿過載體板2的幵口 28。開口 28的直徑最好大於引 線41、 42的直徑。開口 28最好在下部區域中與弓踐的直徑非常精確地匹配， 這樣就可以將電阻元件固定在載,上。弓踐41、 42的從載體板中向夕卜突出的、用於電接觸電阻元件的末端最好 適當彎曲，使其平行於載體板的基面。弓l線的外露端具有接觸區域43，該接 觸區TO成電阻元件和所述部件的外接觸點。載體板2具有基腳區域21,該基腳區域相對於載體板的上部區域下沉， 參見圖6。由此就可以通過測試儀的測量尖端來接近設置在引線41、 42末端 的用於接觸的接觸區域43。載體板2具有布置於底面上的凹坑27。凹坑的主要作用是節約製造載 體板所需的材料。這些凹坑具有不平整的底面，因此儘管有這些凹坑29存 在，也保證載,2的最小3販。每個凹坑29用來容納電阻元件11、 12的下部區域。將碟片狀電阻元#^入載 之後，原理上電阻元件可能會由於相對於初 始位置的滾動而產生惻向移位。這樣就有可能改變弓踐伸出端的長度，這種 情況有害無益。尤其是一個外接觸點可肖旨會變得比另一個長，從而可能會影 響到部件的機械特性。為了防止碟片狀電阻元件滾離，凹坑29的底面被設計成不平整的構造，即向外側抬高，使得電阻元件側向移位時所產生的回位力會&夠使電阻元件重新回到其初始位置中。凹坑29的底部橫截面最好跟隨半徑大於電阻元件半徑 的圓弧。載體板2具有圖13中所示的凹進部分26，相應電阻元件11、 12的朝 向外側的引線的一部分就置於該凹進部分之中。此外，載體板2還具有凹進 部分25，相應電阻元件11、 12的朝向內側的引線的一部分就置於該凹進部 分之中。藉助這些凹進部分可以縮短外殼的長度。載體板2具有兩個相對置的側壁23。原則上還可以設置其它側壁，例 如載體板可以設計成盆子形狀。外殼具有一個蓋子3，蓋子具有兩個敞開的 側面以及兩個相對置的側壁35，偵i歷最好基本垂直於部件的縱向。也可以通 過蓋子3的側壁構成外殼的所有側壁。這樣蓋子設計成最好具有矩形底面的 蓋罩亂也可以設想，通過蓋子的偵幢以及載體板的與其形狀匹配的側,構成外 殼的至少一個壁面。利用卡鎖裝置32將蓋子3固定在載體板2的端面上。卡鎖裝置例如 設計成卡扣。原則上可以使用其它緊固件來替代卡鎖裝置。例如可以通過鉚 接、螺紋連接或者粘接將蓋子和載體板彼此固定連接在一起。蓋子3具有沿部件縱向延伸的凹坑38。該凹坑具有扁平且相對較寬的 溝槽形狀。電阻元件11、 12的上部區域就伸入該凹坑之中。該凹坑用作定 位元件，其類似於載體板2的防止電阻元件滾離的凹坑29起作用。凹坑38的 底面略微展平，以保證蓋子3在該凹坑範圍內具有規定的最小強度。載體板2的凹坑29和蓋子3的凹坑38有助於減小部件的總高度。蓋子3具有定中裝置33，這些定中裝置布置於電阻元件11、 12之間， 用於防止電阻元件從垂直方向傾斜。定中裝置可以設計成疙瘩形，或者如圖 14、 15所示的扁平元件。在定中裝置33和電阻元件之間最好有一個較窄的 間隙，以 顧到製造基體15時的厚度公差。所述部件的設計方案，尤其是載體板和蓋子的組件的皿，並不僅限於圖 中所示的方案。凹坑和凹進部分可以釆用任意皿。除此之外，還可以設置 其它凹坑或開口 。電阻元件的個數可以多於兩個。隔板31可以設計成適當的寬度，使其延伸至外殼的側壁23、 35。由此為每一個電阻元件11、 12構成3te封閉的小室。附圖標記列表11， 12電阻元件15 電阻元件的基體16 電阻元件的第一電極17 電阻元件的第二電極2 載微20 用於容納隔板31的開口21 基腳區域23 載,2的側壁25 凹進部分26 凹進部分，其中布置有朝向外側的引線27 載,底面上的凹坑28 用於穿過引線41、 42的開口29 用於容納電阻元件的凹坑3 蓋子31 隔板32 卡鎖裝置33 定中裝置 35 蓋子的側壁 38 蓋子的凹坑41 第一引線42 第二引線43 引線的接觸區域5 焊接點6 絕緣爐殼
權利要求
1.電氣部件，-具有外殼(2，3)以及至少兩個布置於外殼(2，3)中的PTC電阻元件(11，12)，-其中所述電阻元件(11，12)分別具有扁平結構形狀的基體(15)，以及布置於其主面上的電極(16，17)，-其中每個電阻元件(11，12)具有電絕緣的包封殼(6)，-其中所述外殼(2，3)是封閉的。
2. 根據權利要求1所述的部件，-其中所述外殼具有載體板(2),在載體板上布置有電阻元件(11， 12)。
3. 根據權禾腰求1或者2所述的部件，-其中所述電阻元件(11, 12)是豎立定向的。
4. 根據權利要求1 3中任一項所述的部件，-其中在相應電阻元件(11， 12， 13， 14)的每一個電極(16， 17)的焊 接點(5)上焊接有引線(41， 42)。
5. 根據權利要求4所述的部件，-其中所述^M殼(6)覆蓋焊接點(5)。
6. 根據權利要求1 5中任一項所述的部件，-其中所述包封殼(6)的厚度不超過200 Mm。
7. 根據權利要求1 6中任一權利要求所述的部件，-其中所述^it殼(6)在主面上以及基體(15)邊緣範圍內的厚度在很大 程度上是均勻的。
8. 根據權利要求1 7中任一項所述的部件， -其中所述基體(15)具有展平的，。
9. 根據權利要求2所述的部件，-其中所述外殼具有固定在載體板(2)上的蓋子(3)。
10. 根據權利要求4 9中任一項所述的部件，-其中所述外殼具有隔板(31)，該隔板在電阻元件(11， 12)之間至少 設置在焊接點(5)的範圍內。
11. 根據權利要求10戶皿的部件，-其中il31蓋子的內壁構^^f述隔板(31)，-其中所述隔板(31)的一個區:^置於載體板(2)的開口 (20)中。
12. 根據權禾腰求4 11中任一項所述的部件，-其中在所述載體板(2)中設有用於穿過引線(41， 42)的開口 (28)。
13. 根據權利要求2 12中任一項所述的部件，-其中所述電阻元件(11, 12)的一個區段沉入到載體板(2)的凹坑(29) 之中。
14. 根據權利要求1 13中任一項所述的部件， _其中所述外M有熱塑性塑料，
15. 根據權利要求1 14中任一項所述的部件， _其中所述外殼含有玻璃纖維增強的材料，
16. 根據權利要求1 15中任一項所述的部件， -其中所述外殼含有基於聚合物的材料，
17. 根據權利要求1 16中任一項所述的部件， 其中所述外殼至少在250°以下是皿穩定的。
18. 根據權利要求1 17中任一項所述的部件，-其中每個電阻元件(11， 12)在其電阻值、基體材料的開關點以及幾何 尺寸方面這樣設計，使其具有500 mA以下的防護7jC平。
全文摘要
說明了一種具有PTC電阻元件的電氣部件，其具有一個封閉的外殼(2，3)，且具有至少兩個布置於外殼(2，3)中的PTC電阻元件(11，12)。電阻元件(11，12)分別具有扁平形狀的基體(15)，以及布置於其主面上的電極(16，17)，電絕緣的包封殼(6)覆蓋相應的電阻元件。基體(15)最好具有展平的邊緣。
文檔編號H01C13/02GK101335127SQ200710159618
公開日2008年12月31日 申請日期2007年11月9日 優先權日2006年11月10日
發明者W·卡爾 申請人:埃普科斯股份有限公司