[发明专利]用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料及其制法

说明书

一种用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料及其制法，特别是指一种含碳黑的导电高分子复合材料，可用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料以及其制法。

热敏电阻元件，被广泛应用于温度检测、安全控制、温度补偿领域。过去，热敏电阻元件，主要以陶瓷为材料，但陶瓷需较高温度，制造温度多在摄氏九百度以上，需消耗大量的能源，制造过程也比较复杂。而后，高分子基的热敏电阻元件被开发出来，由于高分子基材的热敏电阻元件的制造温度约在摄氏三百度以下，比较容易加工、成型，能源消耗较少，制造过程简单，成本低廉，因此应用领域日渐宽广。

而碳黑填充导电结晶性高分子复合材料，由于具备正温度系数热敏阻抗特性，往常温时为低电阻状态，当流经碳黑填充导电结晶性高分子复合材料的电流过大，造成碳黑填充导电结晶性高分子复合材料的温度达到聚乙烯的熔点附近时，碳黑填充导电结晶性高分子复合材料中的树脂基材体积膨胀，使碳黑填充导电结晶性高分子复合材料中的导电填充材由相互连通状态，撑断变成不连续的状态，造成碳黑填充导电结晶性高分子复合材料阻抗迅速上升，而碳黑填充导电结晶性高分子复合材料所制成的板材，会因而切断电流。因此，可以将碳黑填充导电结晶性高分子复合材料所制成的板材，应用于多层的电路层压结构中，作为电流过载保护，以及温度开关功能的设计。

但是金属薄板和碳黑填充导电结晶性高分子复合材料所制成的板材，经过热压成型后，其界面粘接强度不足。而且，含碳黑的导电高分子复合材料与金属的粘接，是利用导电高分子复合材料中的树脂基材，因受热流动，使得碳黑充填于金属薄板层压材料金属电极表面，以及导电高分子复合材料中的碳黑导电粒子之间。但碳黑无法与金属薄板中的金属电极充分接触，因此金属薄板和含碳黑导电高分子复合材料板材之间的界面电阻，会被提高。又且，当一多层的电路层压结构，制成电流过载保护及温度开关元件时，必须面临各种周期性及非周期性的温度变化，金属薄板的电极，以及含碳黑导电结晶性高分子复合材料板材之间，因热膨胀系数差异，将导致粘接问题。

为了解决金属电极和碳黑导电高分子复合材料板材之间，粘接强度以及界面电阻的问题。美国专利US4689475以及美国专利US4800253利用电镀处理，在金属箔表面产生金属柱状突起的粗糙面，以提高金属电极与含碳黑的导电高分子复合材料间的粘接强度。

但是，由于这些专利所揭示的技术，是以碳黑直接与金属柱状的突起契合粘接，由于碳黑与金属柱状突起的几何形状不同，粘接密度未尽理想。同时，碳黑表面的树脂，在碳黑与金属之间，流动性不佳，只能附着在金属表面，使得阻抗提高，影响其功能。

而且，已知的热敏电阻元件制法是将碳黑导电高分子复合材料与金属箔(可为铜箔，镍箔)粘接，而须牵就金属箔材料，进行连续的整卷电镀加工，制法受限较大。

本发明的主要目的在于提供一种用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料及其制法，使金属电极和碳黑高分子复合材料板材之间可以形成良好的粘接。

本发明的另一目的在于提供一种用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料及其制法，得以降低金属电极和含碳黑的高分子复合材料间界面电阻。

本发明的又一目的在于提供一种用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料制法，可以直接利用较成熟的印刷电路板制造过程，采取片材方式加工，使制造过程更为简化。

为了达到上述目的以及其它功效，本发明提供一种用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料制法，先提供一上方与下方各设有金属层，中间设有绝缘层的金属层压材料。而该上方金属层与该下方金属层之间，设有导电穿孔可导电连通，再将碳黑电镀至该上方金属层表面，使该上方金属层表面因镀有碳黑而形成连续多孔性的结构。再使用碳黑导电高分子复合材料，与具有连续多孔性结构的该上方金属层表面，进行热压粘接，而得到用于正温度系数热敏电阻元件的复合结构材料。

由于使用复合电镀，上方金属层的多孔结构表面，已经含有碳黑，在进行热压粘接时，再将碳黑导电高分子复合材料与多孔结构金属层的碳黑可以紧密地结合形成良好的粘接。

又且，因碳黑导电高分子复合材料与多孔结构金属层中的碳黑紧密结合得以有效降低金属电极和含高分子复合材料间界面电阻。

再且，由于所使用的金属层压材料，可用现成的印刷电路板，使热敏电阻元件的制造过程可以直接使用目前成熟的印刷电路板制造过程，采取片材方式加工，比目前使用软质金属箔整卷的连续制造过程，更为简便，从而大幅简化制造过程。

以下仅以实施例，说明本发明的特征，及其他功效如下：