专利名称：正温度系数电阻器的制作方法
技术领域：
本发明涉及正温度系数(PTC)电阻器，所述PTC电阻器具有基体(base body)，所 述基体包括陶瓷材料，所述陶瓷材料至少在一定温度范围内具有欧姆电阻的正温度系数。
背景技术：
在一定温度范围内，作为温度的函数的电阻率P沿循对数曲线而升高。PTC电阻 器可被制成盘的形式，所述盘具有圆形、方形或矩形形状。这种PTC电阻器适用于多种应用 场合，特别是过流保护装置、开关等，且还可用作加热器。PTC电阻器可通过对颗粒物进行干压的方式制成。对于通过干压方式制造基体的 这种PTC电阻器而言，这种PTC电阻器所具有的多种可能形状受到很大限制，使得往往只能 形成极简单的几何结构，例如上面提到的盘。
发明内容
本发明描述了一种PTC电阻器，所述PTC电阻器具有基体，所述基体包括陶瓷材 料，所述陶瓷材料至少在一定温度范围内具有欧姆电阻的正温度系数。所述基体主要沿中间层延伸。此外，所述基体还可具有垂直于所述中间层的延伸 部。所述基体受到不同表面的限制，由此所述表面中的至少一个表面被构造以便与所 述基体进行电接触。所述至少一个表面的面积要大于沿垂直于所述中间表面的方向的所述基体的平 行伸出部的面积。在这种PTC电阻器中，陶瓷基体可获得这样的面积容积比，该面积容积比降低了 欧姆电阻(所述电阻通常是在25°C的温度下测得的)且提供了 PTC部件的特征。因此，本发明描述了一种结构化的PTC电阻器，所述电阻器的面积容积比提高了 上述PTC体电阻器的面积容积比。通过增加适于与所述PTC电阻器的基体进行电连接的表面的面积，可改善流动通 过所述基体的电流的分布并降低所述部件在25°c的温度下的电阻(R25)。由于降低了室温 下的电阻率，这对于所述PTC电阻器的多种应用场合而言都是有利的。 例如，在过流保护应用场合中，PTC电阻器与将要防止过流作用的电路进行串联连 接。因此，所述电路的正常运行所需的运行电流作为整体流动通过所述PTC电阻。由于正 常运行温度下的电阻较低，因此，可使所述PTC电阻器上的电压降最小化，且因此可降低功在加热应用中，加热电流流动通过所述PTC电阻器。根据欧姆定律，当所述PTC电 阻器的电阻被降低时，提供特定量的加热电流所需的电压也被降低了。这在许多电压有限 的应用场合中是非常有利的，例如在汽车应用场合中情况就是如此。在所述PTC电阻器的一个实施例中，所述至少一个表面包括凸部。
在另一实施例中，所述基体的所述至少一个表面包括凹部。在一个优选实施例中，所述至少一个表面包括二者，S卩，既包括凸部又包括凹部。所述至少一个表面的形状可通过保持具有预定厚度的板片的方式获得。在另一实施例中，无论是所述基体的一个表面的形状还是所述基体作为一个整体 的形状都可通过折叠板片的方式获得。因此，可通过沿垂直于所述中间层的方向折叠板片的方式接收所述基体的形状。 在一个优选实施例中，实现了多条折痕。在所述PTC电阻器的另一实施例中，所述至少一个表面具有多条折痕，由此每条 折痕具有与相邻折痕的脊线平行地进行延伸的脊线。不仅所述至少一个表面可具有多条折痕，所述基体作为一个整体也可通过将多条 折痕施加到板片的方式获得。通过对所述板片进行折叠的方式对所述基体进行成形可导致产生具有波状形状 的基体。在所述PTC电阻器的另一实施例中，室温下的欧姆电阻随着在所述基体中设置的 折痕数量的增加而降低。所述PTC电阻器可通过用特定类型的给料进行注射成型的方式制造而成。该可注射成型的给料优选包括陶瓷填料、用于与所述填料结合的基质和含量优选 小于IOppm的金属杂质。该陶瓷可例如基于钛酸钡(BaTiO3),这是一种钙钛矿型(ABO3)陶瓷。对于注射成型工艺而言，可使用这样的给料，所述给料包括陶瓷填料、用于与所述 填料结合的基质和含量小于IOppm的金属杂质。一种可能的陶瓷填料可由以下结构表示Ba1_x_yMxDyTi1-a-bNaMnb03其中的参数为:x= 0-0. 5,y = 0-0. 01,a = 0-0. 01 且b = 0-0. 01。在该结构中， M代表二价阳离子，如Ca、Sr或Pb，D代表三价或四价供体(施主)，如Y、La或稀土元素， 且N代表五价或六价阳离子，如Nb或Sb。因此，可使用多种陶瓷材料，其中可根据后烧结的 陶瓷的所需电特征选择所述陶瓷的成分。所述给料的所述陶瓷填料可转化成这样的PTC陶瓷，所述PTC陶瓷的电阻率较低 且电阻-温度曲线的斜率较陡。根据所述陶瓷填料的成分和所述给料烧结过程中的条件， 由这种给料制成的PTC陶瓷在25°C下的电阻率可处在3 Ω cm至30000 Ω cm的范围内。电阻 开始增加时所处的特征温度Tb处在-30°C至340°C的范围内。由于更高含量的杂质会阻碍 模制成型的PTC陶瓷的电特征，因此，所述给料中的金属杂质的含量低于lOppm。所述给料中的所述金属杂质可包括Fe、Al、Ni、Cr和W。由于在所述给料的制备过 程中采用的工具会带来磨损，因此这些金属杂质在所述给料中的含量-无论是组合起来的 含量还是每种相应杂质的含量_要小于lOppm。所述给料的制备包括使用具有这种低磨损度的工具，从而制备出这样的给料，所 述给料中包含的由于所述磨损带来的杂质的含量小于lOppm。因此，本发明使得可制成这样 的给料，该给料可模制成型，且其中包含的由于磨损带来的金属杂质的含量较低，且模制成 型的PTC陶瓷不会损失所需电特征。用于制备所述给料的工具包括硬材料的涂层。所述涂层可包括任何硬金属，如碳化钨(WC)。这种涂层降低了工具在与所述陶瓷填料和所述基质的混合物接触时的磨损度 且使得能够制备出这样的给料，所述给料中包含的由于所述磨损带来的金属杂质的含量较 低。金属杂质可以为Fe、但也可以是Al、Ni或Cr。当所述工具上涂覆有硬涂层如WC时，W 的杂质会被引入给料内。然而，这些杂质的含量小于50ppm。申请人已经发现这样的浓度 不会影响烧结而成的PTC陶瓷的所需电特征。在利用注射成型技术形成所述模型的情况下，必须关注所述模型中的所述金属杂 质以便确保所述PTC陶瓷的效率不会降低。陶瓷材料的PTC效应包括电阻率P作为温度 τ的函数而产生变化。尽管在一定温度范围内，电阻率P随温度τ的升高而产生的变化较 小，但从所谓居里温度Tc开始，电阻率P随着温度的升高而迅速增加。在该第二温度范围 内，温度系数，即电阻率在给定温度下的相对变化，可以是100% /K。如果在居里温度下并 未出现迅速升高，则说明模型的自调节性质并不令人满意。
通过以下具体实施方式
并结合附图将易于 理解PTC电阻器的其它特征。图1是具有波状形状的PTC电阻器的透视图；图2是PTC电阻器的透视图，其中两个不同的波状结构彼此交叉；和图3是图1所示PTC电阻器的剖视图。
具体实施例方式参见图1，图中示出了具有基体1的PTC电阻器。该基体包括具有欧姆电阻的正温 度系数的陶瓷材料，例如，以下材料可被用作陶瓷材料(Ba0 329C)Ca0. 0505§ *0. 0969 ^0. 1306^0. 005)(Ti0.502Mn0.0007) Ol 5045该陶瓷材料的烧结本体具有122°C的特征基准温度和-取决于烧结过程中的条件 的-处在40-200 Ω cm范围内的电阻率。该陶瓷材料的比电阻P处在20 Ω cm与200 Ω cm之间的范围内。在PTC电阻器的 优选实施例中，该基体中不存在其它影响PTC电阻器的欧姆电阻以及欧姆电阻的温度行为 的其它成分。该PTC电阻器的基体沿中间层2延伸，这意味着基体1的被标示为b和1的较大 尺寸与中间层2平行地延伸且被标示为h的较小的尺寸与中间层垂直地延伸。基体受到表面的限制，所述表面例如为被标示为3的顶表面和被标示为4的底表 面。此外，还提供了被标示为11和12的进一步限定的表面。所述表面中的至少一个表面被构造以便与所述基体进行电接触。在图1所示实例 中，顶表面3和底表面4被构造以便与所述基体进行电连接。这意味着流动通过基体的电 流被分布在顶表面3的整个表面上且被分布在底表面4的整个表面上。这导致产生了更宽 的电流分布，这有助于降低PTC电阻器的欧姆电阻。电触点的构型可通过对图3所示相应表面进行涂覆的方式获得。参见图3，导电层 31和41被分别设置在基体1的顶部和底部上。这些导电层可通过对包含金属颗粒的膏料 进行丝网印刷的方式或者通过例如溅射或真空沉积等的涂覆技术被施加。
进一步将外部端子施加到导电层31和41上可能是便利的，所述外部端子例如是 导线，所述导线可以是接触线。接触线可通过钎焊或焊接的方式被附接到导电层上。图1示出了两个不同表面，所述表面的面积大于基体的平行伸出部的面积。所谓 平行伸出部指的是垂直于中间表面的伸出部。图3中用基体1顶部上的平行线表示这种伸 出部，所述平行线由沿垂直于中间层2的方向下落的箭头表示。伸出部导致在与中间层2 平行地延伸的伸出层6上产生了阴影(shade)。阴影(shadow) 61的轮廓所限制出的面积小 于顶表面3和底表面4的面积。根据PTC电阻器的一个实施例，至少一个表面包括一个或多个凸部。在图1所示 实例中，凸部71、72、73被设置在基体1的顶表面3上。在另一实施例中，PTC电阻器具有包括凹部的至少一个表面。在图1所示实例中， 凹部81和82被设置在顶表面3上。进一步的凹部712、722、732被设置在底表面4上。顶表面3和底表面4的形状可通过对具有预定厚度的板片进行折叠的方式获得。 通过以所述方式形成顶表面和底表面，使得获得了这样的基体1，所述基体具有可通过对板 片进行折叠实现的形状。在图1所示实例中，板片5已被折叠从而使得折痕91和92沿垂直于中间层2的 方向延伸，在这一过程中，仅有形状，而不是制造工艺，才可被看作是这一过程的产出。均勻 地折叠该板片导致产生了彼此分开恒定距离的多条折痕。进一步地，通过适当的折叠工艺， 可获得具有脊线711、721、731的折痕，所述脊线表示每个折痕的顶部且平行于彼此进行延 伸。尽管图1所示基体的形状可通过对具有预定厚度的层进行折叠的方式实现，但图 1所示PTC电阻器的制造不能通过对PTC陶瓷进行注射成型的方法实现。进一步地，图1所示PTC电阻器呈现出波状形状，特别地，图3明确示出了所述波 状形状，该图示出了图1所示基体的剖面。折痕91、92的制备导致产生了基体1的形状，其中对于位于顶表面3上的每个突 部71、72、73而言，在相对侧上，即在基体的底表面4上，设置了相应的凹部712、722、732。为了有利于基体1的电接触，导电层31和41被分别设置在顶表面3和底表面4 上，如图3所示。现在转向图1所示的基体的几何尺寸，基体的长度被标示为1，基体的宽度被标示 为b，被折叠的层的厚度被标示为d且基体1的高度被标示为h。通常情况下，可根据PTC电阻器的具体应用场合为l、b、d、h选择多种不同的值。基体的高度是层的厚度d的两倍加0. 5mm。下表示出了对层进行折叠以便降低PTC电阻器的欧姆电阻这一做法所带来的典 型效应第一列给出了不同类型的部件。所有类型的部件都是根据图1所示实例成形的。这里，S表示部段的数量，由此每个部段从处于一个表面上的第一伸出部的顶部延 伸至处于相对表面上的相邻伸出部的顶部。图3示出了表1所使用的一种典型部段，该部 段由附图标记100表示。在表1中，h表示基体1的高度且单位为毫米。该表还给出了尺寸D，其中D表示基体的长度1(第一项)与基体的宽度b (第二 项)的乘积。
P表示阴影区域的伸出部的相应尺寸，单位为mm2。表中还给出了在25°C的温度下 测得的欧姆电阻R，单位为Ω。在该表的下一列中，给出了两个面积之比。第一面积Al是 表中所述类型的阴影区域的尺寸。第二面积Al是盘形电阻器的面积，所述盘形电阻器具有 与波状电阻器相同的质量且同时具有根据相应的h值的厚度，计算出的比率为A2/A1。在最后一列中，还给出了在使用电阻器作为开关的情况下，最大切换电流的最小 值，其单位为A。第二面积是具有相同质量的陶瓷材料但具有平的形状且具有表的第三列给出的 厚度的PTC电阻器的面积。从表1中可以看到，不同实施例的阴影面积总是小于盘形PTC电阻器的面积。 对于第一列中列出的所有不同类型的电阻器而言，可施加的最大电压为265V，且 击穿电压大于或等于420V。现在转向图2所示实例，凸部和凹部的数量相对于图1所示实例有所增加。图2 所示基体1具有两个波的形状，每个波包括多条折痕。第一波包括折痕91和92。折痕沿相 同方向延伸且呈现出相应的平行的脊线711、721。基体1中形成的另一波的形状限定了折痕93和94的轮廓。这些折痕同样沿相同 方向延伸。第一组折痕91、92沿垂直于第二组折痕93、94的方向延伸。因此，图2示出了 用于PTC部件的一种交叉波状结构。折痕91、92、93、94导致在基体1的顶表面3上产生了相应的凸部，这些凸部被分 别表示为71、72、73、74。在凸部71、72、73、74之间形成了凹部81、82、83、84、85。由于该表面的复杂性相对于图1所示实施例增加了，因此，在图2所示实施例中， 该表面与阴影面积之比也增加了。由表1可见，无论PTC陶瓷具有怎样的比电阻，都可通过增加所使用部段数量的方 式降低PTC部件的欧姆电阻，例如参见第6列与第2列的对比。
权利要求
一种正温度系数电阻器，所述正温度系数电阻器具有基体，所述基体包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有欧姆电阻的正温度系数，所述基体沿中间层延伸，所述基体受到表面的限制，由此至少一个表面被构造以便与所述基体进行电接触，由此所述至少一个表面的表面面积要大于沿垂直于所述中间表面的方向的所述基体的平行伸出部的面积。
2.根据权利要求1所述的正温度系数电阻器，其中所述至少一个表面包括凸部。
3.根据权利要求1所述的正温度系数电阻器，其中至少所述至少一个表面包括凹部。
4.根据权利要求1所述的正温度系数电阻器，其中所述至少一个表面的形状可通过对 具有预定厚度的板片进行折叠的方式获得。
5.根据权利要求1所述的正温度系数电阻器，其中所述基体的形状可通过对具有预定 厚度的板片进行折叠的方式获得。
6.根据权利要求4所述的正温度系数电阻器，其中所述至少一个表面具有多条折痕， 由此每条折痕具有与相邻折痕的脊线平行地进行延伸的脊线。
7.根据权利要求5所述的正温度系数电阻器，其中所述基体具有多条折痕，由此每条 折痕具有与相邻折痕的脊线平行地进行延伸的脊线。
8.根据权利要求7所述的正温度系数电阻器，其中所述基体呈现出波状形状。
9.根据权利要求5所述的正温度系数电阻器，其中对于处在所述至少一个表面上的每 个凸部而言，在所述基体的相对表面上都设置了相应的凹部。
10.根据权利要求1所述的正温度系数电阻器，其中所述至少一个表面涂覆有导电层。
11.根据权利要求10所述的正温度系数电阻器，其中所述基体的与所述至少一个表面 相对的表面涂覆有导电层。
全文摘要
一种PTC电阻器具有基体(1)，所述基体包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有欧姆电阻的正温度系数，所述基体沿中间层(2)延伸，所述基体受到表面(3、4)的限制，由此至少一个表面被构造以便与所述基体进行电接触，由此所述至少一个表面的表面面积要大于沿垂直于所述中间表面的方向的所述基体的平行伸出部的面积。
文档编号H01C7/02GK101889317SQ200880119361
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年12月5日
发明者J·伊尔, M·拉思, W·卡尔 申请人:埃普科斯股份有限公司