正特性热敏电阻制造技术

一种正特性热敏电阻器件，其特征在于包含： 器件主体，所述器件主体具有由至少由三层半导体陶瓷层组成的多层结构，其中具有第一孔隙率的第一陶瓷层夹在具有第二和第三孔隙率的第二和第三陶瓷层之间，所述第一孔隙率高于所述第二和第三孔隙率。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由半导体陶瓷材料构成的正特性热敏电阻器件。普通的正特性热敏电阻器件(即具有正温度系数的正温度特性热敏器件，或者“PTC器件”)具有如附图说明图1所示的结构。在由大体上均匀的半导体陶瓷材料构成的器件主体2的相对两侧提供有电极3并通过焊接等技术使引线4与每个电极3电气连接，形成了正特性热敏器件1。这种PTC器件具有各种用途，其中包括利用当温度等于或高于居里点时电阻急剧增大的事实，在过电流下对电路的保护。具体地说，当过电流流经PTC器件时，PTC器件的温度急剧升高，而这又使器件的电阻急剧增大。这样就截断了插入PTC器件的电路的电流，从而在过电流下对电路施行了保护。当PTC器件因接线错误而施加了200V量级的过电压从而引起短路时，普通的PTC器件显示出自恢复(Self-resetting)特性作为保护措施。当过电压撤除时PTC器件由此回复到它的初始状态，而无需用新的PTC器件替换。当电压通过引线4突然施加到如图1所示的PTC器件1上时，器件主体2会发热。图2示出了采用红外线温度分析仪得到的PTC器件在通电发热期间温度分布的测量结果。在图2中，PTC器件1的温度分布用等温线5表示。如图2所示，PTC器件内部区域的温度高于表面区域的温度。这样，当电压突然施加到PTC器件上时，由于器件内部区域与表面之间的温度差所引起的热应力，将使器件断裂。通过深入研究热应力引起的断裂现象，本专利技术者对器件断裂的机理有了一定的理解。当电压突然施加到PTC器件上时，流过的电流使PTC器件发热。由于器件内部区域与表面的热耗散性质不同，器件内部区域的温度变得高于表面区域。当器件内部区域温度较高时，其电阻也比表面区域的高。这使得器件内部区域产生的热量进一步增加。由于热耗散性质的不同和器件内部区域电阻的增加，器件内部区域与表面之间的温度差异有所增大。当器件内部区域与表面区域之间热膨胀差异达到一定程度时就会导致PTC器件的断裂。由于如上所述的热应力可能会引起断裂，所以当施加到PCT器件上的过电压高达600V时，电路有时候会因为PTC器件的断裂而得到保护。即断裂引起的开路避免了电路的损坏。但是，当普通PTC器件因600V量级的过电压而断裂时，器件主体常常处于开裂状态而不是完全断裂。当PTC器件处于开裂状态而不是完全断裂(这种断裂以下称为“不充分断裂”)时，在开裂区域会产生火花，从而在PTC器件中引起短路。当采用该器件例如作为过电流保护电路的一部分时，则在电路中将产生非常大的过电流。这会引起严重的事故，例如终端设备的短路并导致损坏。保险丝可以用来替代引起不充分断裂的PTC器件。但是保险丝有其固有的缺点，具体而言，在过电流和过电压下保险丝会烧断并且不具有自恢复的性质。即，当施加200V量级的电压时，保险丝会烧断，所以必须用新的保险丝替代。这对于必须的维护操作来说是不方便的。本专利技术的典型目标是解决上述问题，具体而言是提供一种正特性热敏电阻器件，它能够在施加过电压时，快速可靠地截断电流以产生开路。按照本专利技术第一方面的正特性热敏电阻器件包含一个器件主体，所述器件主体具有三层或更多层半导体陶瓷层组成的多层结构并包含夹在孔隙率较低的陶瓷层之间的孔隙率较高的陶瓷层。在这种正特性热敏电阻器件中，孔隙率较高的陶瓷层夹在孔隙率较低的陶瓷层之间。因此，当很高的过电压施加在正特性热敏电阻器件上或者有很高的过电流流过正特性热敏电阻器件时，电阻较大的高孔隙率陶瓷层所产生的热量要多于电阻较小的低孔隙率陶瓷层所产生的热量。这在高孔隙率的陶瓷层与低孔隙率的陶瓷层之间引起了热膨胀程度的差异。这样，就在这些区域内形成了热应力，从而导致正向热敏电阻器件在高孔隙率的陶瓷层附近发生分层(delamination)。而且，由于高孔隙率陶瓷层的强度有所降低，所以当施加上过电压或者有过电流流过时更加容易分层。这样就使得正特性热敏电阻器件能够可靠地处于非导电状态以消除当正特性热敏电阻器件上施加有过电压或者有过电流流过时发生不充分断裂的可能性。按照本专利技术第二方面的正特性热敏电阻器件包含由一种半导体陶瓷材料构成的器件主体，它具有一孔隙率高于相邻区域孔隙率的区域。在按照本专利技术第二方面的正特性热敏电阻器件中，包含一个孔隙率高于相邻区域孔隙率的区域，当正特性热敏电阻器件上施加有较高的过电压或者有较大的过电流流过时，孔隙率较高的区域内产生不均称的热量。因此高孔隙率区域与邻近区域之间产生了热应力。这引起了正特性热敏电阻器件的层断裂。而且，被低孔隙率的邻近区域包围的高孔隙率区域辐射的热量很少，这有助于热应力的形成并由此使正特性热敏电阻器件分层断裂。而且，孔隙率较高区域的强度较低，进一步诱发了器件的层断裂。因此，按照本专利技术第二方面的正特性热敏电阻器件能够可靠地处于非导电状态以避免当正特性热敏电阻器件上施加有过电压或者有过电流流过时发生不充分断裂的情况。按照本专利技术第三方面的正特性热敏电阻器件包含一个由孔隙率从表面区域向内部区域连续变化的半导体陶瓷材料构成的器件主体。并且，所述器件主体包含一个变化的孔隙率呈现最大值的较高孔隙率区域。在按照本专利技术第三方面的正特性热敏电阻器件中，包含一个具有最大孔隙率的区域，由于当正特性热敏电阻器件上施加有过电压或者有过电流流过时具有最大孔隙率的陶瓷层将会发热而产生热应力，所以在该区域内也可产生层断裂。而且，孔隙率较高区域的强度较低，进一步诱发了器件的层断裂。因此，按照本专利技术第三方面的正特性热敏电阻器件能够可靠地处于非导电状态以避免当正特性热敏电阻器件上施加有过电压或者有过电流流过时发生不充分断裂的情况。孔隙率可以按一维(层)、两维和三维模式中的任一种变化。按照本专利技术的第四方面，提供了根据本专利技术第一、第二和第三方面中任意一个方面的正特性热敏电阻，其特征在于孔隙率在器件主体中心部分附近最大。通过在包含陶瓷层的器件主体中央部分提供较高的孔隙率，通过提供孔隙率比邻近区域孔隙率更高的区域，或者提供具有孔隙率最大值的区域，可以在主体中央提供了最大孔隙率。由于这些区域产生的热量难以释放，所以这些区域与附近区域(例如位于高孔隙率区域两侧的区域)之间产生的热应力进一步增加。这一现象使得正特性热敏电阻器件在施加过电压或过电流时可靠地引起层断裂。图1为普通PTC器件的侧视图；图2为表示图1中器件主体内温度分布的等温线示意图；图3为按照本专利技术一个实施例的PTC器件的侧视图；图4为图3中已发生层断裂的PTC器件的透视图；图5为按照本专利技术另一个实施例的PTC器件的侧视图；图6为按照本专利技术还有一个实施例的PTC器件的侧视图；图7a为按照本专利技术还有一个实施例的PTC器件的侧视图；图7b为图7a中器件主体内孔隙率变化情况的示意图；图8a为按照本专利技术还有一个实施例的PTC器件的平面图，而图8b为它的剖面图；图9a为按照本专利技术还有一个实施例的PTC器件的平面剖视图，而图9b为它的纵向剖面图。图3为按照本专利技术一个实施例的PTC器件11的剖面图。在PTC器件11中，电极13形成于由具有正向温度特性的半导体陶瓷材料构成的器件主体的相对两侧，而引线14通过例如焊接等方法与每个电极13导电连接。由具有正向温度特性的半导体陶瓷材料构成的器件主体12具有三层结构，由在中间的内层15和形成于内层15两侧的外层1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正特性热敏电阻器件，其特征在于包含器件主体，所述器件主体具有由至少由三层半导体陶瓷层组成的多层结构，其中具有第一孔隙率的第一陶瓷层夹在具有第二和第三孔隙率的第二和第三陶瓷层之间，所述第一孔隙率高于所述第二和第三孔隙率。2.一种正特性热敏电阻器件，其特征在于在由半导体陶瓷材料构成的器件主体内包含有孔隙率高于相邻区域孔隙率的区域。3.一种正特性热敏电阻器件，其特征在于包含一个由孔隙率从表面区域向内部区域连续变化的半导体陶瓷材料构成的器件主体，并且所述器件主体包含一个变化的孔隙率呈现最大值的较高孔隙率区域。4.如权利要求1所述的正特性热敏电阻器件，其特征在于孔隙率在器件主体中心部分附近取最大值。5.如权利要求2所述的正特性热敏电阻器件，其特征在于孔隙率在器件主体中心部分附近取最大值。6.如权利要求3所述的正特性热敏电阻器件，其特征在于孔隙率在器件主体中心部分附近取最大值。7.如权利要求1所述的正特性热敏电阻器件，其特征在于所述第二孔隙率基本上等于所述第三孔隙率。8.如权利要求1所述的正特性热敏电阻器件，其特征在于进一步包含分别具有第四和第五孔隙率的第四和第五陶瓷层，其中所述第四陶瓷层放置在第二陶瓷层之上而所述第五陶瓷层放置在所述第三陶瓷层之上。9.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野笃，黑田茂之，田中谦次，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：