专利名称：聚合物型正温度系数热敏电阻器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用连续形成工艺制成的片式聚合物正温度系数电阻器或热敏电阻器(PTC’S)的制造和检测设备及方法。
聚合物正温度系数(PTC)热敏电阻器(TPC’S)是在导电层之间有聚合物层的叠层形结构。通常，用镍或镍基材料构成电极或引出端。这些导电层可以是极薄材料，例如，镍箔或镀镍铜箔。导电层之间或之上可以加其它涂层，以防止引出端被腐蚀使其与连接件保持良好电接触，或有助于电极粘接到聚合物层上。
聚合物PTC热聚电阻器的结构特征和工作特性是公知的，例如Raychem Corporation的“Polyswitch”电路保护器件类产品。因此，这里只简单描述以便对其功能有基本了解，从而理解发明的基本原理。
可将PTC热敏电阻器比作开关或保险丝。聚合物层在正常工作条件和温度下使电极之间导电。当聚合物温度达到一称为断开温度的特定值时，聚合层的电阻值显著增大。有效地断开电路电极。该温度上升可能是因环境温度上升或电流流过器件而产生的自热效应造成的。这在以后的应用中我们对允许PTC热敏电阻器用作保险丝特别感兴趣。在断开的情况，器件不是严格地断开电路，而只提高了电阻值。该高电阻不允许足够的电流通过器件，以使器件保持在开状态(即高电阻状态)。然而，一旦电功率转到器件的“断开”状态，保持电流消除，使聚合物层冷却，器件再回其导通或低阻抗态，器件重新运作起来。
改变聚合物层的体积和聚合物组分可改变PTC器件的工作特性。在其它的全部因素相同下加特定的电流时，较大的聚合物层体意味着较慢的关断时间。然而，片子的厚度和表面积改变电阻值，从而，改变关断电流。
一种制造PTC热敏电阻器的方法中，形成一大片导电聚合物材料，用叠层工艺将电极加于该片上，其包括热压组合片使其达到所需厚度。然后将此大片切割成多个有预定大小的器件，然后测试这样形成的器件，检测是否达到规定特性，当测得的特性超出误差特性时可调整聚合物混合体。当混合一批新聚合物材料或要制造不同特性的PTC热敏电阻器时，通常只需调节聚合物混合体。而且，由于片子的面积大、通常片子的长和宽均会改变，从每张片子的相同位置只能得到一两个标准样品。当要求该用于PTC热敏电阻器的PTC特性紧密匹配时片子中的变化会引起大的报废率。
最近在制造聚合物PTC热敏电阻器的方法中开发了所谓连续形成工艺，在连续工艺中聚合物材料带，一定宽度的器件通过模具冲压，并直接与电极叠放，然后按最终长度或按以后分割的长带长度切开。用模具按单个预定宽度和厚度制造这些带，因此用于制造每个器件的片或横向变化相同。宽度和厚度由模具中的槽的尺寸决定。器件之间的变化是如何均匀制备聚合物混合体的指示，即，器件之间的变化与聚合物混合的变化可能有关，而与器件之间的厚度变化无关。
就真正均匀的聚合物混合物而言，按相同长度切割成的每个器件均应有一致的特性，但实际上是不可能的，即使按相同尺寸切割的多个器件之间均稍有差别。由于在冲压和用叠置辊加压中的变化会造成厚度变化。在整个片式制造工艺中这些变化有了极大的改善，这些变化在某些应用中是不能允许的。
因此，本发明企图消除或至少减小同批器件之间的这些变化，使其达到允许的程度。实现该目的的方法是，改变器件的切割长度或表面积，以补偿影响器件特性的其它变化。按最近切割器件的测量特性来确定切割长度和表面积。
因此，本发明提供了一种制造聚合物型正温度系数热敏电阻器件的方法，该方法包括下列工艺步骤取一聚合物型正温度系数电阻器材料带，从带上切割出有预定长度的器件，测试器件的电阻值，将测得的电阻值与规定的电阻值比较，根据先前预定形状、测得的电阻值和规定的电阻值确定新的预定形状，再按新的预定形状从材料带上切割出器件。
以下将参考
本发明的优选实施例。
图1是聚合物型PCT热敏电阻器的透视图；图2是按本发明的制造PCT热敏电阻器的工艺简化示意图；和图3是说明PTC热敏电阻器的电阻值测试方法的示意图。
如图1所示，聚合物型PTC热敏电阻器10有与外电极或引出端叠放的导电聚合物为基底的中心层11，外电极或引出端12是根据本发明的有涂层或无涂层的镍箔那样的导电材料层。聚合物型热敏电阻器的结构是公知的，因此，不再详细说明它的特征，功能和工作情况，只是指出聚合物为基的中心层通常包括其中分散有碳黑或其它导电颗粒的结晶聚烯烃或氟聚合物基质。聚合物的电阻率由所用导电颗粒的类型以及导电颗粒与聚合物的体积比决定。器件的尺寸，层厚和表面积(长×宽)也影响电阻率。PTC热敏电阻器性能中电阻值是唯一最重要的指标，它影响保持电流，关断电流和达到关断的时间。典型的导电态中的电阻值是10毫欧数量级。
就给定的产品而言，PTC热敏电阻器的尺寸，即长度、宽度和厚度通常在制造误差范围内预定，单批产品的碳黑添加量是预定的，这表示一批制造的PTC热敏电阻器由于聚合物混合体中的碳黑添加量稍微改变而可能全部报废。
如上所述，可以校正连续构成工艺中的聚合物混合体，该工艺聚合物层带通过冲模冲出。在将镍箔层压接并粘到聚合物层的叠层工艺中能稍微改变厚度。然而，厚度的变化应一致，而且在制造模具时应将该变化计算在内。通常，要预定每个PTC电阻器的尺寸，也就是说，就一批产品而言，从材料带上切出的许多器件的长度是一定的，使尺寸不会产生变化。选也从材料带上切下的一段，通常是第1器件并测试，以确定制造下一批产品的聚合物混合体的组分要做甚么调整。测试包括测试电阻值，并将该测试的电阻值与该尺寸器件的希望电阻值比较。
连续挤压方法中，对于导电聚合物材料的混合物，可用料斗将组分连续送入普通大小的混合室内，把混合料直接送入或形成部分的挤压室。然而，由制成器件反馈而改变送入组分所用的延迟时间是很重要的。
使组保持不变作为主要固定的量(尽管按要求或从必须或慎重的角度来考虑时也可作改变)，通过改变每个器件的切割长度，可作出任一偏离理想值的变化，做法是使用上一个器件的测得电阻值和已知切割长度以确定下一个待生产的器件切割长度。反馈是即时的，它能修改聚合物为基的混合物质量的轻微变化和/或修改叠置工艺中产生的厚度变化。
因而，当以连续形成的PTC材料带上切出每个器件时，测试其电阻值。然后将该电阻值与理想值比较，在从材料带上切出下一个器件之前，改变要求的切割长度以保持电阻值在限定范围内，并假定混合物组分基本上在连续制造的器件之间是一致的。
测试切割的每个器件，可即时报废电阻值超出合格值的器件以确保每批产品的一致性。工艺开始时，应按预定的标准长度从新材料带切出第1个器件。
图2所示的优选设备包括由20指示的连续成型挤压和叠置设备。它是常规设计，有原材料供料斗21，原材料从料斗21通过料槽22和控制阀23送入挤压机30的混合室31，在混合室31中混合材料，形成导电聚合物材料。挤压室32位于混合室的底部，并有挤压螺杆33，它通过挤压模具35中的孔36给混合后的聚合物材料加力。规定孔36的尺寸，制成聚合物材料带110。
然后材料带110通过与镍箔叠置的叠置部分。由两个镍箔120切成合格宽度，镍箔从聚合物材料带的上下表面通过两个挤压和叠置辊40之间，使镍箔有效地粘在中心层上，由此形成PTC材料带100。
然后，PTC带100进入切割部分42、在此切割成多个分离的PTC电阻器或器件10。精确控制每次切割长度，而且以上一次切割到下一次切割的长度可以改变。切割每个器件10时，在电阻值测试台45测量其电阻值。将测得的电阻值与合格值比较，并用报废仪将器件送入报废槽51或合格槽中，并通过打印机55打上合适的标记，例如型号和/或电阻值。
另外，已报废的器件可通过打印机，在分送报废槽51之前加上适当的标记，有助于以后重新分类或容易识别废器件。从打印机送出来的分离器件10可连续流入未表示出的其它部分以进一步进行处理和/或进行运输和储存所需的包封。
打印机最好是喷墨型打印系统，它可以提供简单的色码标记，打印出能阅读或能机械阅读的信息。
可用管理设备运行状况的中心控制器60控制设备的各个部分或各个位置。控制器控制送料槽21的控制阀23，以确保导电聚合物混合体有精确组分。控制器60接收电阻测试台45的信息。用它计算或用其它方式(例如，用查询表)确定切割台42进行下次切割的长度。若器件要报废，它驱动报废器，并驱动打印机55。给器件10打印上商标信息。在适当位置调控供料槽21的控制用23控制导电聚合物材料的组分。
从连续带100上切割每个器件10时测试其电阻值。当每个电器10的电阻值在几个毫欧时，必须要注意测试，图3示出了该测试优选方式。使电阻值测试装置46的探针与器件10的各引出端接端。每个探针47有三个抓手，它包括含有金的或镀金簧片的尖头48，尖头48与PTC器件10的表面点接触。装有簧片的尖头以保证每个器件加有稳定的探针压力，探压力可能影响电阻值的读出。按此方式探针压力不会成为引起同一机器制成的器件之间的电阻值读出变化的因素。而且每个探针有三个抓手来确何与引出端面的良好接触而且不易受单个接触点的由于表面污染造成的影响。
作为实施例说明的打印机最好是喷墨型，当器件经过电阻值测试后，在器件上打印标记这纯碎是一种任意选择的特性。然而，该优选特性的优点是，每个器件上均贴有标签，表明其工作特性和其他有关的标记，如序列号或制造码，使其容易进行一致的后续制造和质量检查。
显然，如何快速切割每个器件，并能测试每个新器件的电阻值并对切割器件的切割长度进行必要的调整，限制了生产速度。然而要注意，每次切割之间如果有变化，也只需要一点点变化。器件的切割长度的精度和器件切割长度的允许误差也可能影响生产速度。
优选实施例改变从带上切割的分离器件的长度，制成有矩形平面突起(或阴影)的分离器件，为了改变分离器件的电阻值，可将切割部分设置成有其它突起形状的分离器件，以改变分离器件的表面积和体积。若从比成品器件宽的片或带上或割分离器件，这种安排特别有用。而且在带宽与分离器件的宽度相等时，若切割长度比宽短，可使带宽等于器件的长度，因此切割长度变成了分离器件的宽度。
权利要求
1.一种制造聚合物型正温度系数电阻器器件的方法，包括以下工艺步骤取一段聚合物型正温度系数(PTC)电阻器材料；从材料段上切割出有预定尺寸的器件；测试器件的电阻值；测得的电阻值与预定的电阻值比较；根据在先预定尺寸，测得的电阻值和规定的电阻值，确定新的预定尺寸；和再从材料段上切下尺寸等于新预定尺寸的器件。
2.按权利要求1的方法，其特征是，用上次切割的器件决定要从材料段上切割的下一器件的预定尺寸。
3.按权利要求1或3的方法，其特征是，根据规定的电阻值和PTC材料的组分预定要从材料段上切割的第1器件的长度。
4.按权利要求1的方法，其特征是，PTC材料段是已知宽度和厚度的细长带，按预定尺寸从带上切割一段，构成器件。
5.按权利要求1的方法，还包括测试了器件的电阻值后在每个器件上打印标记的步骤。
6.按权利要求5的方法，其特征是，每个器件上的打印标记与在那个器件的测得的电阻值的有关。
7.按权利要求1的方法，还包括将测得的电阻值不在预定电阻值内的器件报废的步骤。
8.按权利要求1的方法，其特征是，器件的电阻值测试步骤包括，把器件的引出端面与各探针接触，并测度探针之间的电阻值，各探针有多个装有弹簧的抓手。
9.按权利要求8的方法，其特征是，每个探针有多个装有弹簧的抓手使其接点与器件接触，探针与器件如此接触，由抓手的弹簧对探针产生的接触压力加于器件上。
10.从聚合物型正温度系数电阻器材料段上切割聚合物型正温度系数电阻器器件的设备，其包括一个切割器，用于从材料段切割有精确的预定尺寸的器件，一个电阻值测试装置，用于测试从材料段刚切下的器件的电阻值；和根据上次从材料段上切割出的器件的尺寸和电阻值及预定的电阻值，确定下次要从材料段上切割的器件的预定尺寸的装置。
11.从聚合物型正温度系数电阻器件带切割聚合物型正温度系数电阻器器件的设备，其包括一个切割器，用于从带上切割有精确预定长度的器件；一个电阻值测试装置，用于测试刚从带上切下的器件的电阻值；和根据上一次从带上切割出的器件长度和电阻值和预定的电阻值，确定下一次要从带上切割的器件的预定长度的装置。
12.按权利要求10或11的设备，还包括在器件上打印标记商标的装置，打印的标记表明器件的特性。
13.按权利要求10或11的设备，其特征是，电阻值测试装置包括用于接触器件引出端表面的多个探针、这些探针有多个装有弹簧的抓手使其用预定的接触力与引出端表面接触。
全文摘要
制造聚合物型正温度系数电阻器器件的设备和方法，用连续挤压和叠置工艺制PTC材料带(100)，并从带上切割出分离器件(10)。切割器(42)为器件切割出精密的预定长度，并测试切割出的每一器件的电阻值、根据器件的规定电阻值，刚切出的器件的长度和测得的电阻值确定要切割的每个器件的预定长度，打印机(55)给器件打印表示各器件的有关信息的标志。
文档编号G01K7/16GK1147680SQ9611034
公开日1997年4月16日 申请日期1996年5月25日 优先权日1995年5月26日
发明者汪穗中 申请人:德昌电机股份有限公司