JP2007088042A - Ｐｔｃ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 素体から延出するリード端子を他の端子に接合する際の接合強度を向上させることが可能なＰＴＣ素子を提供すること。
【解決手段】 このＰＴＣ素子１は、結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体１０と、素体１０を挟んで熱圧着される一対の端子電極１２，１４とを備え、一対の端子電極１２，１４はそれぞれ、素体１０と重なる重複領域１２１，１４１と、素体１０と重ならない非重複領域１２２，１４２とを有し、一対の端子電極１２，１４それぞれの重複領域１２１，１４１には、大径部１６１と当該大径部１６１よりも根元側には小径部１６２とを有するアンカー突起１６，２０が形成されており、一対の端子電極１２，１４それぞれの非重複領域１２２，１４２においては、アンカー突起１６が押しつぶされて平坦化されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子及びその製造方法に関する。

過電流から回路素子を保護するための素子として、ＰＴＣ素子が知られている。ＰＴＣ素子は、ある特定の温度領域に達すると抵抗値の正温度係数が急激に増大する素子である。そのようなＰＴＣ素子の一つとして、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
特公平５−９９２１号公報

上記特許文献１に記載のＰＴＣ素子は、重合体とその重合体に分散された導電性粉末とからなる正の抵抗温度特性を有する素子の表面に、その素子の表面と接する面を粗面化した金属板を接合し、その金属板を端子電極としている。このように素子の表面と接する面を粗面化するのは、素子と金属板との接合強度を向上させるためである。

しかしながら、上記特許文献１に記載のＰＴＣ素子のように素子の表面と接する面全体を粗面化した場合、端子電極となった金属板を外部端子等の接続端子と溶接やはんだで接合すると接合強度が十分に確保できない場合があった。

そこで本発明では、素体から延出するリード端子を他の端子に接合する際の接合強度を向上させることが可能なＰＴＣ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るＰＴＣ素子の製造方法は、素体を挟んで熱圧着される一対のリード端子を備えるＰＴＣ素子の製造方法であって、結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体を準備する素体準備工程と、素体を挟む一対のリード端子であって、素体を挟む面に複数のアンカー突起が互いに離隔して形成されているリード端子を準備する端子準備工程と、一対のリード端子それぞれにおける素体と重ならない非重複領域に形成されているアンカー突起を平坦化する平坦化工程と、一対のリード端子それぞれにおける素体と重なる重複領域で素体を挟み込み、熱圧着によって一対のリード端子と素体とを固定する熱圧着工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、非重複領域に形成されているアンカー突起を平坦化した後のリード端子によって素体を挟み込み、熱圧着によってリード端子と素体とを固定しているので、例えば素体が非重複領域に流出した場合も容易にその流出部分を除去することができる。従って、非重複領域には素体が実質的に残留せず平坦化されているので、リード端子を他の端子に良好に接合させることができる。

また本発明に係るＰＴＣ素子の製造方法では、平坦化工程においては、非重複領域に形成されているアンカー突起を押しつぶして平坦化することも好ましい。アンカー突起を押しつぶして平坦化するので、不要な残材を発生させずに非重複領域を平坦化することができる。

本発明に係るＰＴＣ素子は、結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体と、当該素体を挟んで熱圧着される一対のリード端子とを備えるＰＴＣ素子であって、一対のリード端子はそれぞれ、素体と重なる重複領域と、素体と重ならない非重複領域とを有し、一対のリード端子それぞれの重複領域には、大径部と当該大径部よりも根元側には小径部とを有するアンカー突起が形成されており、一対のリード端子それぞれの非重複領域においては、アンカー突起が押しつぶされて平坦化されていることを特徴とする。

本発明によれば、リード端子の素体と重ならない非重複部分を容易に平坦化することができるので、非重複部分に素体が残留していないＰＴＣ素子を提供できる。従って、非重複部分と他の端子とを接合する際の接合強度を向上させることができる。

また本発明では、重複領域の厚みが６０〜１４０μｍ、非重複領域の厚みが５０〜１２０μｍ、及びアンカー突起の平均高さが５〜４０μｍであることも好ましい。重複領域の厚みが１４０μｍよりも厚くなると、リード端子が厚くなり過ぎてしまい、素体とリード端子との熱圧着が不十分となり、素体とリード端子との接続強度が弱くなる。従って、非重複領域の厚みは、平坦化を考慮して１２０μｍ以下とすることが好ましい。また、非重複領域の厚みが５０μｍよりも薄くなるとリード端子自体の強度が低下する。従って、重複領域の厚みは、非重複領域の平坦化を考慮して６０μｍ以上とすることが好ましい。また、アンカー突起の平均高さが５μｍよりも低いと、素体とリード端子との間におけるアンカー効果を十分に発揮できず、素体とリード端子との接続強度が弱くなる。また、アンカー突起の平均高さが４０μｍよりも高いと、アンカー突起自体の強度が低下し、素体との熱圧着時にアンカー突起がリード端子から脱落する。

本発明によれば、一対のリード端子それぞれにおける非重複領域には、素体を残留させずに平坦化することができるので、リード端子を他の端子に良好に接合させることができる。従って、素体から延出するリード端子を他の端子に接合する際の接合強度を向上させることが可能となる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態であるＰＴＣ素子について図１を参照しながら説明する。図１は、ＰＴＣ素子１の斜視図である。ＰＴＣ素子１は、ポリマーＰＴＣ素子であり、一対の端子電極１２，１４（リード端子）と、素体１０とを備えている。

一対の端子電極１２，１４は、厚みが０．１ｍｍ程度のＮｉ又はＮｉ合金である。一対の端子電極１２，１４は、それぞれの一部が対向するように配置されている。その対向している部分の間には素体１０が配置されているので、一対の端子電極１２，１４はそれぞれの面１２ｓ，１４ｓで素体１０を挟んでいる。従って、一対の端子電極１２，１４にはそれぞれ、素体１０と重なる重複領域１２１，１４１と、素体１０と重ならない非重複領域１２２，１４２とが形成されている。

素体１０は、結晶性高分子樹脂に導電性フィラーを分散させて形成されている。導電性フィラーとしてはＮｉ粉が、結晶性高分子樹脂としては熱可塑性樹脂であるポリエチレン樹脂がそれぞれ好適に用いられる。素体１０は一対の端子電極１２，１４に加圧・加熱して圧着されている。

図２は、図１に示したＰＴＣ素子１の側面図である。図２に示すように、端子電極１２，１４それぞれが素体１０を挟む面１２ｓ，１４ｓには、アンカー突起１６，２０及び平坦化突起１８，２２がそれぞれ複数形成されている。アンカー突起１６，２０は重複領域１２１，１４１に、平坦化突起１８，２２は非重複領域１２２，１４２にそれぞれ形成されている。尚、図２においては、説明のためにアンカー突起１６，２０及び平坦化突起１８，２２を相対的に大きく描いている。実際のアンカー突起１６，２０及び平坦化突起１８，２２は微小突起であって視認することは困難な大きさとなっている。以下の説明に用いる図面においても同様である。

図２に示した端子電極１２の拡大側面図を図３に示す。図３に示すように、重複領域１２１に形成されている複数のアンカー突起１６は、それぞれ大径部１６１及び小径部１６２を有している。大径部１６１は、アンカー突起１６が端子電極１２から延びる方向において先端側に設けられ、その方向における外周が小径部１６２の外周よりも大きくなるように形成されている。小径部１６２は、大径部１６１よりもアンカー突起１６の根元側に設けられている。各アンカー突起１６における大径部１６１及び小径部１６２の形状は不揃いであってもよい。また、大径部１６１及び小径部１６２の外周形状が円形又は楕円形といった整った形状でなく、いびつな形状であってもよい。

隣接するアンカー突起１６は、互いに離隔するように配置されている。従って、各アンカー突起１６間に形成される凹部１７に素体１０が入り込み、端子電極１２と素体１０とが固定されている。このアンカー突起１６を形成せずに端子電極１２と素体１０とを固定した場合には、素体１０に対する端子電極１２の固定が不十分になり、素子１０と端子電極１２との接続強度が極端に弱くなる。

図３に示すように、非重複領域１２２に形成されている複数の平坦化突起１８は、それぞれ大径部１８１及び小径部１８２を有している。大径部１８１は、平坦化突起１８が端子電極１２から延びる方向において先端側に設けられ、その方向における外周が小径部１８２の外周よりも大きくなるように形成されている。大径部１８１の先端には平坦面１８１ａが形成されている。小径部１８２は、大径部１８１よりも平坦化突起１８の根元側に設けられている。各平坦化突起１８における大径部１８１及び小径部１８２の形状は不揃いであってもよい。また、大径部１８１及び小径部１８２の外周形状が円形又は楕円形といった整った形状でなく、いびつな形状であってもよい。

隣接する平坦化突起１８は、互いに接するように配置されている。各平坦化突起１８の平坦面１８１ａが連続し、実質的な平坦面を形成している。従って、各平坦化突起１８間に形成される凹部１９に素体１０が入り込むことは実質的にない。もっとも、非重複領域１２２，１４２の全面に渡って、完全に各平坦化突起１８が接しているわけではなく、端子電極１２，１４が他の端子と接合する際の接合強度に実質的な影響を与えない範囲で、平坦化突起１８同士が離隔している場合もある。

本実施形態においては非重複領域１２２，１４２に平坦化突起１８を互いに接するように形成することによって実質的な平坦面を形成したけれども、実質的な平坦面を形成することが可能であれば、実施形態は上述したものに限られない。例えば、非重複領域１２２，１４４を切削又は研削するなどして平坦化しても構わない。

引き続いて、上述したＰＴＣ素子１の製造方法について図４を主に参照し、図１〜３及び図５〜８を必要に応じて参照しながら説明する。図４は本実施形態におけるＰＴＣ素子１の製造方法の手順を示す図である。図５〜８は、製造方法の各工程における、端子電極１２及び素体１０の様子を拡大して示す図である。図４に示すように、ＰＴＣ素子１の製造方法は、素体準備工程（ステップＳ０１）と、端子準備工程（ステップＳ０２）と、平坦化工程（ステップＳ０３）と、熱圧着工程（ステップＳ０４）とを備えている。

素体準備工程（ステップＳ０１）では、素体１０（図１〜３参照）となる素体素材を作製して準備する。まず、導電性フィラーとなるＮｉ粉と、母材樹脂となるポリエチレンとを混錬してブロックを形成する。このブロックを円盤状にプレスし、カットして素体素材を得る。

続く端子準備工程（ステップＳ０２）では、端子電極１２，１４（図１〜３参照）となる金属板を作成して準備する。端子電極１２，１４（図１〜３参照）が素体１０（図１〜３参照）を挟む面１２ｓ，１４ｓ（図１〜３参照）には、アンカー突起１６，２０（図１〜３参照）が形成されている。アンカー突起１６，２０は、上述した節瘤状の突起が連続して形成されたものである。端子電極１２を例にとると、図５に示すように、アンカー突起１６は端子電極１２の重複領域１２１及び非重複領域１２２の双方に形成されている。図示しないが、端子電極１４についても同様である。

図４に戻り、平坦化工程（ステップＳ０３）では、非重複領域１２２，１４２（図１〜３参照）に形成されているアンカー突起１６，２０（図１〜３参照）を押しつぶして平坦化する。端子電極１２を例にとると図６に示すように、非重複領域１２２に形成されていたアンカー突起１６がプレスによって押しつぶされて、平坦化突起１８となっている。この場合のプレス移動量は、１０〜３５μｍであり、より好ましくは１０〜１５μｍである。

各平坦化突起１８は、上述したように互いに接触して実質的に平坦化されている。端子電極の厚みからみると、アンカー突起１６が形成されている重複領域１２１の平均厚みよりも、平坦化突起１８が形成されている非重複領域１２２の平均厚みは薄くなっている。尚、平均厚みは、所定面積を打ち抜いた試料を作り、その質量及び比重から求めることができる。

例えば本実施形態の場合、平坦化後の厚みは、重複領域１２１，１４１が６０〜１４０μｍ、非重複領域１２２，１４２が５０〜１２０μｍであることが好ましい。この場合、アンカー突起１６，２０の平均高さは５〜４０μｍである。また、平坦化後の厚みは、重複領域１２１，１４１が９５〜１００μｍ、非重複領域１２２，１４２が８０〜９０μｍであることがより好ましい。この場合、アンカー突起１６，２０の平均高さは５〜２０μｍである。

重複領域１２１，１４１の厚みが１４０μｍよりも厚くなると、端子電極１２，１４が厚くなり過ぎてしまい、素体１０と端子電極１２，１４との熱圧着が不十分となり、素体１０と端子電極１２，１４との接続強度が弱くなる。従って、非重複領域１２２，１４２の厚みは、平坦化を考慮して１２０μｍ以下とすることが好ましい。

また、非重複領域１２２，１４２の厚みが５０μｍよりも薄くなると端子電極１２，１４自体の強度が低下し、非重複領域１２２，１４２において折れ曲がってしまうなど製造工程時及び製品後の取り扱いが困難になる。従って、重複領域１２１，１４１の厚みは、非重複領域１２２，１４２の平坦化を考慮して６０μｍ以上とすることが好ましい。

また、アンカー突起１６，２０の平均高さが５μｍよりも低いと、素体１０と端子電極１２，１４との間におけるアンカー効果を十分に発揮できず、素体１０と端子電極１２，１４との接続強度が弱くなる。また、アンカー突起１６，２０の平均高さが４０μｍよりも高いと、アンカー突起１６，２０自体の強度が低下し、素体１０との熱圧着時にアンカー突起１６，２０が端子電極１２，１４から脱落する。

図４に戻り、熱圧着工程（ステップＳ０４）では、一対の端子電極１２，１４（図１〜３参照）それぞれにおける重複領域１２１，１４１（図１〜３参照）で素体素材（素体）を挟み込み、熱圧着によって一対の端子電極１２，１４（図１〜３参照）と素体１０（図１〜３参照）とを固定する。

より具体的には、図７に示すように、ステップＳ０３で平坦化処理を施した端子電極１２と端子電極１４（図７においては図示せず）とで、ステップＳ０１で準備した素体素材Ｍを挟む。その際、素体素材Ｍは、端子電極１２の重複領域１２１と、端子電極１４の重複領域（図７においては図示せず）とで挟むように配置する。続いて、加熱しながら、端子電極１２と端子電極１４とで素体素材Ｍを圧縮すると図８に示すような状態となる。図８に示すように素体素材Ｍは、重複領域１２１から非重複領域１２２に流出するので、その流出部分１１を除去する。尚、加熱しながら加圧してもよく、加熱後に加圧してもよい。

上述した製造方法によって、本実施形態におけるＰＴＣ素子１を得ることができる。尚、平坦化工程においては、アンカー突起１６，２０を押しつぶして平坦化したけれども、アンカー突起１６，２０を切削又は研削することで平坦化してもよい。

本実施形態によれば、非重複領域１２２，１４２に形成されているアンカー突起１６，２０を平坦化した後の端子電極によって素体素材Ｍ（素体１０）を挟み込み、熱圧着によって端子電極１２，１４と素体１０とを固定しているので、例えば素体素材Ｍ（素体１０）が非重複領域１２２，１４２に流出した場合も容易にその流出部分を除去することができる。従って、非重複領域１２２，１４２には素体素材Ｍ（素体１０）が残留せず平坦化されているので、端子電極１２，１４をはんだ付けや溶接（特にスポット溶接）によって他の端子に良好に接合させることができる。

本実施形態におけるＰＴＣ素子を示す斜視図である。 本実施形態におけるＰＴＣ素子の平面図である。 図２の部分拡大図である。 本実施形態におけるＰＴＣ素子の製造方法の手順を示す図である。 図４に手順を示した製造方法の説明を補足するための図である。 図４に手順を示した製造方法の説明を補足するための図である。 図４に手順を示した製造方法の説明を補足するための図である。 図４に手順を示した製造方法の説明を補足するための図である。

符号の説明

１…ＰＴＣ素子、１２，１４…端子電極、１０…素体、１２１，１４１…重複領域、１２２，１４２…非重複領域。

Claims (4)

1. 素体を挟んで熱圧着される一対のリード端子を備えるＰＴＣ素子の製造方法であって、
   結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体を準備する素体準備工程と、
   前記素体を挟む一対のリード端子であって、前記素体を挟む面に複数のアンカー突起が互いに離隔して形成されているリード端子を準備する端子準備工程と、
   前記一対のリード端子それぞれにおける前記素体と重ならない非重複領域に形成されている前記アンカー突起を平坦化する平坦化工程と、
   前記一対のリード端子それぞれにおける前記素体と重なる重複領域で前記素体を挟み込み、熱圧着によって前記一対のリード端子と前記素体とを固定する熱圧着工程と、
   を備えることを特徴とするＰＴＣ素子の製造方法。
2. 前記平坦化工程においては、前記非重複領域に形成されている前記アンカー突起を押しつぶして平坦化することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 結晶性高分子に導電性フィラーを分散させてなる素体と、当該素体を挟んで熱圧着される一対のリード端子とを備えるＰＴＣ素子であって、
   前記一対のリード端子はそれぞれ、前記素体と重なる重複領域と、前記素体と重ならない非重複領域とを有し、
   前記一対のリード端子それぞれの重複領域には、大径部と当該大径部よりも根元側には小径部とを有するアンカー突起が形成されており、
   前記一対のリード端子それぞれの非重複領域においては、前記アンカー突起が押しつぶされて平坦化されていることを特徴とするＰＴＣ素子。
4. 前記重複領域の厚みが６０〜１４０μｍ、前記非重複領域の厚みが５０〜１２０μｍ、及び前記アンカー突起の平均高さが５〜４０μｍであることを特徴とする、請求項３に記載のＰＴＣ素子。

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