含有导电聚合物的电器件制造技术

电器件（１），其中由导电聚合物组成的元件（７）和一个或多个金属电极（３、５）的表面层相接触。金属电极包括：基层（９），它包含第一金属；中间金属层（１５），它所包括的金属与第一金属不同；以及表面层（１７），它（ｉ）包括第二金属，（ｉｉ）中心线平均粗糙度Ｒａ至少为１．３，和（ｉｉｉ）反射密度Ｒｄ至少为０．６０。导电聚合物组分最好表现出ＰＴＣ特性。该电器件可以是，例如，电路保护器件或加热器，其改进后的热性能和电学性能超过了由不满足中心线平均粗糙度和反射密度的电极制备的器件。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及到包括导电聚合物组分的电器件以及包含这种器件的电路。专利技术介绍包括导电聚合物组分的电器件是众所周知的。这种器件包括一个包含导电聚合物的元件。这个元件在物理上以及电学上和至少一个适合于与电源连接的电极相连。决定所采用电极类型的因素包括具体的应用、器件结构，器件安装的表面以及导电聚合物的特性。在那些已使用的电极类型中有实心绞合线、金属箔、多孔延展金属片、以及导电油墨和颜料。当导电聚合物元件是片状的或层状元件时，用金属箔电极直接贴在导电聚合物表面，将上述元件夹在中间是特别优选的。这种器件的实例可参见美国专利No.s.4，426,633(Taylon)，4,689,475(Mattliesen)，4,800,233(Kekleiner等)，4,857,880(Au等)，4,907,340(Fang等)以及4,924,074(Fang等)，其公开内容在此引入作为参考。正如美国专利No.s 4,689,475(Mattliesen)以及4,800,253(Kleiner et al)所公开的，具有特定特性的微观粗糙的金属膜当作为与导电聚合物相接触的电极时，得到了极好的结果。美国专利No.4,689,475中公开了表面具有不规则物的金属箔的使用，例如具有不规则球粒，它从表面伸出0.1到100微米，并且至少有一个和表面平行的维度，其大小最多为100微米。美国专利No.4,800,253公开了具有微观粗糙表面的金属箔的使用，微观粗糙表面包括本身包含有微小不规则球粒的大球粒。其他资料公开了具有粗糙表面的金属箔的使用，但没有象美国专利No.s4,689,473和4,800,253那样公开金属箔的特性，这些资料有日本专利Kokai No.62-113402(Murata，1987)、日本专利KoKoKu H4-18681(Idemitsu，Kosan，1992)，以及德国专利申请No.3707494A(Nippon Mektron Ltd)。这些美国、日本以及德国资料的公开内容都在此引入作为参考。专利技术概述我们发现对和导电聚合物相接触的电极可以得到更好的结果，只要所使用的粗糙表面金属箔具有一个或两个在过去已使用或准备使用的金属箔中不具备的特性，这些特性是(1)金属箔表面的突起有某一特定的最小平均高度(并且优选地有一个特定的最大平均高度)，用被称为“中心线平均粗糙度(center line average roughess)”的值来表示，它的测量将在以下说明。另外，箔表面的突起有一个特定的最小不规则度(或“结构”)，用称为“反射密度”的值来表示，它的测量也将在以下说明。(2)箔的基层包括第一金属，而箔表面的突起包括第二金属。所选用的第一金属应具有良好的导热性和导电性，并且最好易于以较低的成本制造。另外，第一金属通常比第二金属更容易引起导电聚合物的劣化。突起的折断可由器件的热循环以及/或高温下金属的散热引起，它使第二金属暴露出来，而不是第一金属。我们认为特性(1)很重要，因为它保证导电聚合物充分渗入箔表面以形成良好的机械连接。但是，如果突起的高度太大，聚合物将不能完全填满突起间的间隙，留下空气间隙，它会引起导电聚合物加速老化以及/或空气间隙周围的聚合物/金属界面被迅速侵蚀。特性(2)基于我们的发现由于导电聚合物和箔的热膨胀特性不同，器件的热循环会引起一些突起折断，所以这些折断不把导电聚合物暴露于金属是很重要的，因为金属会加快聚合物的劣化。另外，与导电聚合物相接触的第二金属有足够的厚度是很重要的，这样既使在高温下如果第一金属扩散到第二金属，第一金属也几乎没有接触导电聚合物的机会。在第一方面，本专利技术公开了一种电器件，它包括(A)一个包含导电聚合物的元件，以及(B)至少一个金属箔电极，它(1)包括(a)基层，包括第一金属，(b)中间金属层，它(i)位于基层和表面层之间，和(ii)包括和第一金属不同的金属，以及(c)表面层，它(i)包括第二金属(ii)其中心线平均粗糙度Ra至少为1.3，和(iii)其反射密度Rd至少为0.60，以及(2)放置使得表面层和导电聚合物元件在物理上直接接触。在第二方面，本专利技术提供了一种电路保护器件，它包括(A)一个含有表现出PTC特性的导电聚合物的元件；以及(B)置于导电聚合物元件两边的两个金属箔电极，每个电极包括(1)基层，包含有铜，(2)中间层，它(a)和基层相邻，并且(b)含有镍，以及(3)表面层，它(a)含有镍，(b)其中心线平均粗糙度Ra至少为1.3，最多为2.5(c)其反射密度Rd至少为0.60，以及(d)和导电体聚合物单元在物理上直接相接触。在第三方面，本专利技术提供了一种电路，包括(A)电源(B)负载；以及(C)本专利技术第一方面的电器件，例如电路保护器件。附图简述附图说明图1是本专利技术的器件平面图。图2是传统金属箔的截面图，以及图3是本专利技术器件中所用的金属箔的截面图。专利技术详述本专利技术的电器件是由一个含有导电聚合物组分的元件制成的。导电聚合物组分结构中有微粒导电填充物扩散或分布在聚合物成分中。这种组合物一般表现出正温度系数(PTC)特性，即它在较小的温度范围内表现出电阻率随温度增加明显增大，尽管在某些应用中，这种组合物表现出零温度系数(ZTC)特性。在本说明书中，术语“PTC”用来表示一种组合物或器件，其R14值至少为2.5，并且/或R100值至少为10；而且该组合物或器件最好具有R30值至少为6其中R14是14℃范围内起止点的电阻率比，R100是100℃范围内起止点的电阻率比，以及R30是30℃范围内起止点的电阻率比。一般地，在本专利技术器件中使用的表现出PTC特性的组合物所具有的电阻率增加量比上述最小值大得多。该组合物的聚合物成分最好采用晶体有机聚合物。合适的晶体聚合物包括一种或多种烯的聚合物，特别是聚乙烯；由至少一种烯与至少一种单体共聚而成的共聚物，例如乙烯/丙烯酸，乙烯/乙基丙烯酸盐，乙烯/乙烯基乙酸盐，以及乙烯/丁基丙烯酸盐的共聚物；可熔塑的含氟聚合物，例如聚氟乙烯和乙烯/四氟乙烯共聚物(包括三元共聚物)；以及两种或多种这类聚合物的混合物。在有些应用中，可能希望将一种晶体聚合物和另一种聚合物如合成橡胶、非晶态塑性聚合物或另一种晶体聚合物加以混合，以获得特定的物理或热学特性，如弹性或最大暴露温度(exposure temperature)。当导电聚合物组合物包括聚烯烃时，本专利技术的电器件特别有用，因为使传统的金属箔电极和非极性聚烯烃键合是很困难的。在将此组合物应用于电路保护器件中时，晶体聚合物最好包括聚乙烯，特别是高密度聚乙烯，以及/或乙烯共聚物。在整个结构体积中，聚合物成分一般占体积的40％到90％，优选地占体积的45％到80％，特别是占体积的50％到75％。分散在聚合物元件中的微粒导电填充物可以是任何合适的材料，包括炭黑、石墨、金属、金属氧化物、镀导电膜的玻璃或陶瓷条，微粒导电聚合物或这些材料的组合，这些填充物可以是粉末，小球、小片、纤维或任何其他合适的形状，所需的导电填充物的量依赖于组合物所需要的电阻率以及导电填充物本身的电阻率。对于许多组合物，导电填充物在整个结构的体积中占体积的10％到60％，优选地占体积的20％到55％，特别是占体积的25％到50％。在用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电器件（１），包括 （Ａ）由导电聚合物组成的元件（７）；以及 （Ｂ）至少一个金属箔电极（３），它 （１）包括 （ａ）基层（９），含有第一金属， （ｂ）中间金属层（１５），它（ｉ）在基层（９）和表面层（１７）之间，（ｉｉ）含有与第一金属不同的金属，以及 （ｃ）表面层（１７），它（ｉ）含有第二金属（ｉｉ）中心线平均粗糙度Ｒａ至少为１．３，和（ｉｉｉ）反射密度Ｒｄ至少为０．６０，以及 （２）放置使表面层（１７）和导电聚合物元件（７）在物理上直接接触。

【技术特征摘要】
US 1994-6-8 08/255,5841.一种电器件(1)，包括(A)由导电聚合物组成的元件(7)；以及(B)至少一个金属箔电极(3)，它(1)包括(a)基层(9)，含有第一金属，(b)中间金属层(15)，它(i)在基层(9)和表面层(17)之间，(ii)含有与第一金属不同的金属，以及(c)表面层(17)，它(i)含有第二金属(ii)中心线平均粗糙度Ra至少为1.3，和(iii)反射密度Rd至少为0.60，以及(2)放置使表面层(17)和导电聚合物元件(7)在物理上直接接触。2.根据权利要求1的器件，其中第一金属是铜或黄铜。3.根据权利要求1或2的器件，其中第二金属是镍。4.根据权利要求1、2或3的器件，其中中间层(15)的金属与表面层...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA钱德勒，M马蒂恩森，D莱昂，
申请(专利权)人：雷伊化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]