專利名稱：含有導電聚合物的電器件的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及到包括導電聚合物組分的電器件以及包含這種器件的電路。發(fā)明介紹包括導電聚合物組分的電器件是眾所周知的。這種器件包括一個包含導電聚合物的元件。這個元件在物理上以及電學上和至少一個適合于與電源連接的電極相連。決定所采用電極類型的因素包括具體的應用、器件結(jié)構(gòu)，器件安裝的表面以及導電聚合物的特性。在那些已使用的電極類型中有實心絞合線、金屬箔、多孔延展金屬片、以及導電油墨和顏料。當導電聚合物元件是片狀的或?qū)訝钤r，用金屬箔電極直接貼在導電聚合物表面，將上述元件夾在中間是特別優(yōu)選的。這種器件的實例可參見美國專利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)，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。
正如美國專利No.s 4,689,475(Mattliesen)以及4,800,253(Kleiner et al)所公開的，具有特定特性的微觀粗糙的金屬膜當作為與導電聚合物相接觸的電極時，得到了極好的結(jié)果。美國專利No.4,689,475中公開了表面具有不規(guī)則物的金屬箔的使用，例如具有不規(guī)則球粒，它從表面伸出0.1到100微米，并且至少有一個和表面平行的維度，其大小最多為100微米。美國專利No.4,800,253公開了具有微觀粗糙表面的金屬箔的使用，微觀粗糙表面包括本身包含有微小不規(guī)則球粒的大球粒。其他資料公開了具有粗糙表面的金屬箔的使用，但沒有象美國專利No.s4,689,473和4,800,253那樣公開金屬箔的特性，這些資料有日本專利Kokai No.62-113402(Murata，1987)、日本專利KoKoKu H4-18681(Idemitsu，Kosan，1992)，以及德國專利申請No.3707494A(Nippon Mektron Ltd)。這些美國、日本以及德國資料的公開內(nèi)容都在此引入作為參考。
發(fā)明概述我們發(fā)現(xiàn)對和導電聚合物相接觸的電極可以得到更好的結(jié)果，只要所使用的粗糙表面金屬箔具有一個或兩個在過去已使用或準備使用的金屬箔中不具備的特性，這些特性是(1)金屬箔表面的突起有某一特定的最小平均高度(并且優(yōu)選地有一個特定的最大平均高度)，用被稱為“中心線平均粗糙度(center line average roughess)”的值來表示，它的測量將在以下說明。另外，箔表面的突起有一個特定的最小不規(guī)則度(或“結(jié)構(gòu)”)，用稱為“反射密度”的值來表示，它的測量也將在以下說明。
(2)箔的基層包括第一金屬，而箔表面的突起包括第二金屬。所選用的第一金屬應具有良好的導熱性和導電性，并且最好易于以較低的成本制造。另外，第一金屬通常比第二金屬更容易引起導電聚合物的劣化。突起的折斷可由器件的熱循環(huán)以及/或高溫下金屬的散熱引起，它使第二金屬暴露出來，而不是第一金屬。
我們認為特性(1)很重要，因為它保證導電聚合物充分滲入箔表面以形成良好的機械連接。但是，如果突起的高度太大，聚合物將不能完全填滿突起間的間隙，留下空氣間隙，它會引起導電聚合物加速老化以及/或空氣間隙周圍的聚合物/金屬界面被迅速侵蝕。特性(2)基于我們的發(fā)現(xiàn)由于導電聚合物和箔的熱膨脹特性不同，器件的熱循環(huán)會引起一些突起折斷，所以這些折斷不把導電聚合物暴露于金屬是很重要的，因為金屬會加快聚合物的劣化。另外，與導電聚合物相接觸的第二金屬有足夠的厚度是很重要的，這樣既使在高溫下如果第一金屬擴散到第二金屬，第一金屬也幾乎沒有接觸導電聚合物的機會。
在第一方面，本發(fā)明公開了一種電器件，它包括(A)一個包含導電聚合物的元件，以及(B)至少一個金屬箔電極，它(1)包括(a)基層，包括第一金屬，(b)中間金屬層，它(i)位于基層和表面層之間，和(ii)包括和第一金屬不同的金屬，以及
(c)表面層，它(i)包括第二金屬(ii)其中心線平均粗糙度Ra至少為1.3，和(iii)其反射密度Rd至少為0.60，以及(2)放置使得表面層和導電聚合物元件在物理上直接接觸。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種電路保護器件，它包括(A)一個含有表現(xiàn)出PTC特性的導電聚合物的元件；以及(B)置于導電聚合物元件兩邊的兩個金屬箔電極，每個電極包括(1)基層，包含有銅，(2)中間層，它(a)和基層相鄰，并且(b)含有鎳，以及(3)表面層，它(a)含有鎳，(b)其中心線平均粗糙度Ra至少為1.3，最多為2.5(c)其反射密度Rd至少為0.60，以及(d)和導電體聚合物單元在物理上直接相接觸。
在第三方面，本發(fā)明提供了一種電路，包括(A)電源(B)負載；以及(C)本發(fā)明第一方面的電器件，例如電路保護器件。
附圖簡述
圖1是本發(fā)明的器件平面圖。
圖2是傳統(tǒng)金屬箔的截面圖，以及圖3是本發(fā)明器件中所用的金屬箔的截面圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明的電器件是由一個含有導電聚合物組分的元件制成的。導電聚合物組分結(jié)構(gòu)中有微粒導電填充物擴散或分布在聚合物成分中。這種組合物一般表現(xiàn)出正溫度系數(shù)(PTC)特性，即它在較小的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出電阻率隨溫度增加明顯增大，盡管在某些應用中，這種組合物表現(xiàn)出零溫度系數(shù)(ZTC)特性。在本說明書中，術(shù)語“PTC”用來表示一種組合物或器件，其R14值至少為2.5，并且/或R100值至少為10；而且該組合物或器件最好具有R30值至少為6其中R14是14℃范圍內(nèi)起止點的電阻率比，R100是100℃范圍內(nèi)起止點的電阻率比，以及R30是30℃范圍內(nèi)起止點的電阻率比。一般地，在本發(fā)明器件中使用的表現(xiàn)出PTC特性的組合物所具有的電阻率增加量比上述最小值大得多。
該組合物的聚合物成分最好采用晶體有機聚合物。合適的晶體聚合物包括一種或多種烯的聚合物，特別是聚乙烯；由至少一種烯與至少一種單體共聚而成的共聚物，例如乙烯/丙烯酸，乙烯/乙基丙烯酸鹽，乙烯/乙烯基乙酸鹽，以及乙烯/丁基丙烯酸鹽的共聚物；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)；以及兩種或多種這類聚合物的混合物。在有些應用中，可能希望將一種晶體聚合物和另一種聚合物如合成橡膠、非晶態(tài)塑性聚合物或另一種晶體聚合物加以混合，以獲得特定的物理或熱學特性，如彈性或最大暴露溫度(exposure temperature)。當導電聚合物組合物包括聚烯烴時，本發(fā)明的電器件特別有用，因為使傳統(tǒng)的金屬箔電極和非極性聚烯烴鍵合是很困難的。在將此組合物應用于電路保護器件中時，晶體聚合物最好包括聚乙烯，特別是高密度聚乙烯，以及/或乙烯共聚物。在整個結(jié)構(gòu)體積中，聚合物成分一般占體積的40％到90％，優(yōu)選地占體積的45％到80％，特別是占體積的50％到75％。
分散在聚合物元件中的微粒導電填充物可以是任何合適的材料，包括炭黑、石墨、金屬、金屬氧化物、鍍導電膜的玻璃或陶瓷條，微粒導電聚合物或這些材料的組合，這些填充物可以是粉末，小球、小片、纖維或任何其他合適的形狀，所需的導電填充物的量依賴于組合物所需要的電阻率以及導電填充物本身的電阻率。對于許多組合物，導電填充物在整個結(jié)構(gòu)的體積中占體積的10％到60％，優(yōu)選地占體積的20％到55％，特別是占體積的25％到50％。在用于電路保護器件時，導電聚合物組合物20℃時的電阻率ρ20小于10Ω·cm，優(yōu)選地小于7Ohm-cm，特別是小于5Ohm-cm，尤其是小于3Ohm-cm，例如0.005到2Ohm-cm。當電器件是加熱器時，導電聚合物組合物的電阻率最好高一些，例如102到105Ohm-cm，優(yōu)選地為102到104Ohm-cm。
導電聚合物組合物可以包括其他成分，例如抗氧化劑、惰性填充物、非導電的填充物、輻射交聯(lián)劑(通常稱為Prorads或交聯(lián)增強劑)、穩(wěn)定劑、彌散劑、耦合劑、酸清除劑(例如CaCO3)或其他成分。通常這些成分最多占整個結(jié)構(gòu)體積的20％。
導電填充物和其他成分的擴散可以用熔化工藝、溶解混合或任何其他合適的混合方法來實現(xiàn)?；旌现笤摻Y(jié)構(gòu)可以用任何合適的方法熔化定型，以形成元件。合適的方法包括熔化擠壓、注模、壓模以及燒結(jié)。在許多應用中，希望將合成物擠壓成片，元件可以從中切割、切塊或取下。元件可以是任意形狀，如長方形、正方形或圓形。依賴于最終的用途，在成形后，該組合物可以用各種工藝處理，例如交聯(lián)或熱處理。交聯(lián)可以采用化學方式或輻射來實現(xiàn)(如使用電子束或Co60)輻射源，可以在和電極連接之前或之后進行。
導電聚合物元件可以包括一層或多層導電聚合物組合物。在一些應用中，比如需要控制位置時，這些位置上的熱線(hot line)或熱區(qū)(hotzone)與大電流密度區(qū)域相對應，希望采用具有不同電阻率的導電聚合物層來制備元件?；蛘?，在元件的表面加導電帶層以增強和電極的連接是十分有益的。
合適的導電聚合物組合物公開于美國專利No.s4,237,441(VanKonynenbury等)，4,388,607(Toy等)，4,534,889(VanKonynenbury等)，4,545,926(Fouts等)，4,560,498(Horsma等)，4,591,700(Sepony)，4,724,417(Au等)，4,774,024(Deep等)，4,935,156(Van Konynenbury等)，5,049,850(Evans等)及5,250,228(Baigrie等)中以及正在進行的美國申請No.s 07/894,119(Chandler等提交于6月5日，1992)，08/085,859(chu等，提交于6月29日，1993)，08/173,444(chancller等，提交于12月23日，1993)以及08/255,497(chu等，提交于6月8日，1995)。這些專利和申請的公開內(nèi)容都在此引入作為參考。
本發(fā)明的器件包括至少一個電極，該電極在物理上直接和導電聚合物元件接觸，通常是直接鍵合在導電聚合物元件上。本發(fā)明的多種器件，有兩個電極，導電聚合物元件夾在其中。電極通常采用實心金屬片，例如金屬箔，盡管在有些應用中，電極可以是多孔的，例如含有洞和切口。電極至少包括兩層，即含有第一金屬的基層，以及含有第二金屬的表面層。另外，如下面要討論的，可以有一層或多層中間金屬，每一層都在基層和表面層之間。
在基層中使用的第一金屬可以是任何適合的材料，如鎳、銅、鋁、黃銅或鋅，但最常用的是銅。銅是優(yōu)選的材料，因為它具有優(yōu)良的導熱性和導電性，可使器件內(nèi)電流均勻分布；及生產(chǎn)工藝的可重復性；易于制造，可以使產(chǎn)品在連續(xù)長度內(nèi)沒有缺陷；以及較低的成本。基層可以用任何合適的方法制備。比如，銅可以用滾壓和電鍍的方法制備。在一些應用中，可優(yōu)選采用滾壓的鎳作用基層，它由粉末冶金工藝制造。由于提高了純度，這種鎳比用傳統(tǒng)電鍍方法制備的鎳的導電性更好。
基層的表面可以比較平滑或是微觀粗糙的。微觀粗糙表面通常含有不規(guī)則物或不規(guī)則球粒，從表面突起至少0.03微米，優(yōu)選地至少0.1微米，特別是0.1到100微米，并且至少有一個和表面平行的維度，其大小最多為500微米，優(yōu)選地最多為100微米，特別是最多為10微米，該維度大小最好至少0.03微米，特別是至少為0.1微米。每個不規(guī)則物或不規(guī)則球粒可以由更小的不規(guī)則球粒組成，例如象一串葡萄的形狀。這樣的微觀粗糙物通常用電鍍的方法產(chǎn)生，在電鍍中金屬箔露在電解液中。不過微觀粗糙表面的產(chǎn)生方法也可以用從光滑表面上去掉材料，例如刻蝕；光滑表面的化學反應，例如電鍍淀積；或?qū)⒐饣砻婧陀谢y表面相接觸，例如滾壓、沖壓、壓花等。通常如果其中心線平均粗糙度Ra小于1.0，金屬箔就被認為是光滑表面，如果Ra大于1.0，被認為是微觀粗糙表面。通常在基層上和其相鄰的中間層相接觸的表面Ra值小于1.0是優(yōu)選的，最好小于0.9，特別小于0.8，尤其小于0.7。具有這種平滑表面的金屬箔通常很難和導電聚合物組合物相連，特別是如果導電聚合物組合物具有很高的填充度和/或包括非極化聚合物的情況下。Ra定義為當用具有粒徑為5微米探針的表面光度儀測量時，表面中線或中心線上粗糙輪廓絕對值的算術(shù)平均誤差。中心線的值是當以垂直角度觀察(金屬)箔時，中心線以上所有輪廓區(qū)域的總和等于中心線以下所有區(qū)域的總和。合適的測量方法可以使用Tencor p-2表面光度計，由Tencor提供。這樣，Ra是(金屬)箔表面突起高度的標準。
表面層可以在物理上直接和基層接觸，或者優(yōu)選地通過一層或多層中間導電層，(優(yōu)選是金屬)和基層分開。表面層包含和第一金屬不同的第二金屬。適當?shù)牡诙饘侔ㄦ?、銅、黃銅或鋅，但是在本發(fā)明的多種器件中，第二金屬最常用的是鎳或含鎳的材料，例如鋅鎳合全。鎳是優(yōu)選的，因為它可以為銅基層提供擴散阻擋層。這樣可使銅擴散出來和聚合物接觸從而引起聚合物退化的速度降至最低。另外，鎳表面層會自然地形成很薄的鎳氧化物覆蓋層，它在潮濕條件下是穩(wěn)定的。表面層在物理上直接和導電聚合物元件接觸。為了增加和導電聚合物元件的結(jié)合度，表面層具有微觀粗糙表面，即中心線平均粗糙度Ra至少為1.3，最好至少為1.4特別至少為1.5。雖然希望表面的突起應足夠高，以使聚合物充分滲透到間隙內(nèi)，從而形成良好的機械連接，但并不希望突起的高度太高，以至于聚合物不能完全填滿間隙。當器件受到高溫或所加電壓的影響時，這樣的空氣間隙會產(chǎn)生劣質(zhì)的老化性能。所以，Ra最好最大為2.5，優(yōu)選地最大為2.2，特別是最大為2.0。
我們發(fā)現(xiàn)除了對Ra有要求外，表面層還必須有特定的反射密度Rd。反射密度被定義為當可見光(即200nm到700nm)照射到表面上時，(1/％反射光)的對數(shù)。并算出在4mm2面積上進行的每次測量的平均值。適當?shù)臏y量方法可以使用Macbeth型1130彩色檢測儀，在自動濾光選擇模式“L”，當在測量前，把黑色標準校準為1.61。對于全反射表面，Rd的值為0；Rd值隨著被吸收光多少的增加而增加。較高的值說明表面上突起的結(jié)構(gòu)較大。對于本發(fā)明的器件，Rd值至少為0.60，最好至少為0.65，特別至少為0.70，尤其至少為0.75，最特別至少為0.80。
優(yōu)選地，當存在中間層，它可以含有第二金屬或第三金屬。中間層的金屬可以和第一金屬不同。中間層含有第二金屬是優(yōu)選的。在優(yōu)選實施方案中，中間層包括一個基本光滑層和基層相連。這樣中間層作為基底，在其上制備微觀粗糙表面層，例如，如果基層是銅，中間層可以是基本光滑的鎳層，在其上可以通過電鍍產(chǎn)生鎳的不規(guī)則球粒，以形成表面層。
金屬電極可以通過任意適當?shù)姆椒ê蛯щ娋酆衔镌B接，例如壓?；蚪灰訅?。依據(jù)導電聚合物的粘合度和層壓的情況可適當采用不同的金屬箔類型和厚度。為了提供足夠的彈性和粘合度，金屬箔的厚度優(yōu)選小于50微米(0.002英寸)，特別是小于44微米(0.00175英寸)，尤其是小于38微米(0.0015英寸)，最特別是小于32微米(0.00125英寸)。通?；鶎拥暮穸仁?0到45微米(0.0004到0.0018英寸)，最好為10到40微米(0.0004到0.0017英寸)。表面層的厚度通常為0.5到20微米(0.00002到0.0008英寸)，最好為0.5到15微米(0.000012到0.0006英寸)，特別為0.7到10微米(0.00003到0.004英寸)。如果有中間層，它通常的厚度為0.5到20微米(0.00002到0.0008英寸)，最好為0.8到15微米(0.00003到0.0006英寸)。當上述包括微觀粗糙表面時，術(shù)語“厚度”指不規(guī)則球粒的平均高度。
金屬電極和導電聚合物組合物的連接充分性的一種測量方法是測量剝離強度。剝離強度，如下所述，是這樣測量的將樣品的一端夾在測式設備的夾頭上，然后，以固定的速度127mm/分鐘(5英寸/分鐘)和以90°角(即和樣品的表面垂直)剝離金屬箔。將箔從導電聚合物上剝離所需的力的大小以磅/線性英寸(pli)為單位記錄下來。優(yōu)選當電極粘到導電聚合物組合物上時，其剝離強度至少為30pli，最好至少為3.5pli，特別至少為4.0pli。
本發(fā)明的電器件可以包括電路保護器件、加熱器、傳感器或電阻器。電路保護器件的電阻值通常小于100歐姆，最好小于50歐姆，特別是小于30歐姆，尤其是小于20歐姆，最特別是小于10歐姆。在很多應用中，電路保護器件的電阻值小于1歐姆，例如0.010到0.500歐姆。加熱器的電阻值通常至少為100歐姆，最好至少250歐姆，特別是至少500歐姆。
本發(fā)明的電器件通常被用于包括電源，負載(例如一個或多個電阻)以及該器件的電子電路中。為了將本發(fā)明的電器件和電路中的其他元件相連，可能需要在金屬箔電極上接入一個或多個附加的金屬引線，比如以電線或連接片的形式。另外，可以采用用于控制器件熱輸出的元件，即一個或多個傳熱端。這些端頭可以采用金屬片(例如鋼、銅或黃銅)或散熱的形式，它們被直接或通過中間層(如焊料或?qū)щ娬澈蟿?連接到電極上。例如，可參照美國專利No.5,089,801(chan等)，以及正在進行的美國申請No.07/837,327(chan等)提交于2月18日，1992)。對于有些應用，將器件直接接在電路板上是優(yōu)選的。這種粘接技術(shù)的實例可參見美國申請No.s 07/910,950(Graves等，提交于7月9日，1992)，081/121,717(Siden等，提交于9月15日1993)和08/242,916(zhang等。提交于5月13日1994)以及國際申請No.PCT/us9306480(Raychem Corporation)。提交于7月8日，1993)。這些專利和申請的公開內(nèi)容都在此引入做為參考。
本發(fā)明用附圖進行了說明，其中圖1是本發(fā)明電器件1的平面圖，其中金屬箔電極3、5直接接在PTC導電聚合物元件7上。元件7可以包括單層，如圖示，或者包括相同或不同組合物的兩層或多層。
圖2是用作電極3、5的傳統(tǒng)金屬箔的截面圖?；鶎?包括第一金屬，例如銅，并具有最好用電鍍產(chǎn)生的微觀粗糙表面。包含微觀粗糙表面的不規(guī)則球粒11由第一金屬制成。第二金屬(如鎳)形成的表面層13覆蓋在不規(guī)則球粒11上。
圖3是本發(fā)明器件中作為電極3、5的金屬箔的截面圖。包括第一金屬(如銅)的基層9和包括第二金屬(如鎳)的中間層15直接接觸。中間層的表面形成了具有微粗糙表面的表面層17的基底。如圖3所示，組成表面層17的不規(guī)則球粒由第二金屬制成。
本發(fā)明將由以下的樣品1到9進行說明，其中樣品1、2、4、7、8是比較樣品。
組合物對組合物A和B，其成分列于表一中，這些成分在Henschel混合器中預混合，然后在Buss Condux攪拌器中混合。該混合物被制成球狀，并再在模片中擠壓，使片的尺寸大約為0.30m×0.25mm(12×0.010英寸)表I組合物的重量百分比
金屬箔類型樣品中使用的金屬箔的特性在表二中給出。每個金屬箔的厚度大約為35微米。
表II金屬箔特性
器件制備采用一定壓力下的壓模(C)方法或交咬層壓方法(N)，將擠壓片層壓在金屬箔上。在壓模過程中，擠壓片被切成尺寸為0.30×0.41m(12×16英寸)的片，并且夾在兩片箔之間。吸收壓力的硅酮片放在全屬箔上，在壓力為188psi，175℃下加熱5.5分鐘，再在188psi 25℃下冷卻6分鐘，金屬箔就被粘上從而形成片狀。在交咬層壓過程中，擠壓片在177-198℃(350～390°F)的溫度下層壓在兩個金屬箔之間。層壓片被切成0.30×0.41m(12×16英寸)的片。這兩種過程制備的板用3.5Mev的電子束以10Mrad進行輻射。單個器件從被輻射過的板上切下來。為了解扣耐用度(trip endurance)和周期壽命的測試，這些器件是環(huán)狀盤，其外直徑為13.6mm(0.537英寸)，內(nèi)直徑為4.4mm(0.172英寸)。為了濕度測試，器件的尺寸為12.7×12.7mm(0.5×1.5英寸)。每個器件都經(jīng)過-40℃-+80℃的溫度循環(huán)六次，在每個溫度下，器件保持30分鐘。
解扣耐用度器件進行了解扣耐用度測試，所采用的電路包括串聯(lián)有開關(guān)的本器件、15V直流電源以及固定電阻，使初始電流限制在40A。先測量器件在25℃的初始電阻值Ri。然后把器件插入電路，解扣(tripped)，再將解扣的狀態(tài)保持一定的時間周期。定期將器件從電路中撥下，冷卻到25℃，測出在25℃的最終電阻值Rf。周期壽命測試器件進行了周期壽命的測試，所采用電路包括串聯(lián)有開關(guān)的本器件，15V直流電源以及固定電阻，將初始電流限制在50A。測試前，先測量在25℃的阻值Ri。測試包括一系列測試周期。每個周期包括合上開關(guān)3秒鐘，使器件斷路，然后打開開關(guān)，將器件冷卻60秒，在每個周期后記錄下最終阻值Rf。濕度測試在測量25℃下的初始值值Ri之后，器件被插入爐中，保持85℃以及85℃的濕度。按時定期將器件以爐中取出，冷卻到25℃，并測量最終阻值Rf。Rf/Ri的比值就被確定了。剝離強度剝離強度通過把粘在金屬箔上的擠壓片切成25.4×254mm(1×10英寸)的樣品來進行測試。樣品的一端夾在TimiusOlsen測試儀上。在另一端，金屬箔以90°角和127mm/分鐘(5英寸/分鐘)的速率從導電聚合物上剝離。將金屬箔與導電聚合物分離所需的力的大小以磅/線性英寸為單位記錄下來。
表III
解扣耐用度(Rf/Ri15VDC數(shù)小時后)
周期壽命(Rf/Ri15VDC/50A幾次周期后)
濕度(Rf/Ri 85℃/85％數(shù)小時后)*
*樣品2在85℃/90％濕度情況下測試樣品8和9在以上過程之后，通過在185℃下采用交咬/層壓工藝，制備出器件，制成該器件的組合物包括占重量28.5％的Enathene EK 705乙烯/丁基丙烯酸鹽共聚物，占重量23.4％的Petrothene LB 832高密度聚乙烯，以及占重量48.1％的Raven 430炭黑。器件如上所述進行解扣耐用度、周期壽命和濕度測試。附加的測試在進行了3500次周期測試并在室溫(25℃)下存放大約3個月后進行。在15VDC和40A條件下，進行了3500次周期測試后，每種類型取十個器件，放入循環(huán)空氣爐中，在100℃下老化600小時，或在85℃/85％濕度條件下老化600小時。按時將器件冷卻到25℃，并且測量其電阻值。本發(fā)明器件(樣品9)，其中不規(guī)則球粒是鎳比用傳統(tǒng)金屬箔電極制備的器件(樣品8)(其中不規(guī)則球粒是銅)表現(xiàn)出更好的老化特性。結(jié)果在表四中給出。在樣品8和9中各取一個器件，在100℃下老化了170小時后，其一個電極從聚合物元件上剝離下來，并對和導電聚合物組合物結(jié)構(gòu)接觸的表面用ZSCA進行分析，以確定表面的基本結(jié)構(gòu)(即上層10nm)。表面上兩個不同區(qū)域的測量平均值由表五組出。作為對照，用于制備電極的金屬箔樣品在200℃空氣中老化24小時，以模擬在工藝和測試中金屬箔受到的熱影響。結(jié)果在表五中給出。儀器的測量極限為0.1原子百分比。
表IV
解扣耐用度(Rf/Ri15vDC數(shù)小時后)
周期壽命(Rf/Ri 15VDC/50A數(shù)周期后)
25℃3500周期/3月之后老化數(shù)據(jù)(Rf/Ri 100℃數(shù)小時后)
濕度(Rf/Ri 85℃/85％數(shù)小時后)
25℃3500周期/3月后濕度數(shù)據(jù)(1Rf/Ri 85℃/85％數(shù)小時后)
表VZSCA測試結(jié)果
*小于0.1原子％
權(quán)利要求
1.一種電器件(1)，包括(A)由導電聚合物組成的元件(7)；以及(B)至少一個金屬箔電極(3)，它(1)包括(a)基層(9)，含有第一金屬，(b)中間金屬層(15)，它(i)在基層(9)和表面層(17)之間，(ii)含有與第一金屬不同的金屬，以及(c)表面層(17)，它(i)含有第二金屬(ii)中心線平均粗糙度Ra至少為1.3，和(iii)反射密度Rd至少為0.60，以及(2)放置使表面層(17)和導電聚合物元件(7)在物理上直接接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中第一金屬是銅或黃銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的器件，其中第二金屬是鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，其中中間層(15)的金屬與表面層(17)的金屬相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，其中Ra最大為2.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，其中基層(9)包括一個表面，該表面(a)中心線平均粗糙度Ra小于1.0，以及(b)和中間層相接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，其中導電聚合物(a)表現(xiàn)PTC特性，以及(b)包括聚烯烴或含氟聚合物，其中分散微粒狀的導電填充物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，它包括兩個金屬箔電極(3、5)，并且是(a)電路保護器件，其電阻值小于50歐，或(b)加熱器，其電阻值至少為100歐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的器件，其中表面層(17)由不規(guī)則球粒(11)組成，每個不規(guī)則球粒由多個更小的不規(guī)則球粒組成。
10.一種電路，包括(A)電源；(B)負載；以及(C)根據(jù)權(quán)利要求1的電路保護器件。
全文摘要
電器件(1)，其中由導電聚合物組成的元件(7)和一個或多個金屬電極(3、5)的表面層相接觸。金屬電極包括基層(9)，它包含第一金屬；中間金屬層(15)，它所包括的金屬與第一金屬不同；以及表面層(17)，它(i)包括第二金屬，(ii)中心線平均粗糙度Ra至少為1.3，和(iii)反射密度Rd至少為0.60。導電聚合物組分最好表現(xiàn)出PTC特性。該電器件可以是，例如，電路保護器件或加熱器，其改進后的熱性能和電學性能超過了由不滿足中心線平均粗糙度和反射密度的電極制備的器件。
文檔編號H01C7/02GK1149928SQ95193467
公開日1997年5月14日 申請日期1995年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月8日
發(fā)明者D·A·錢德勒, M·馬蒂恩森, D·萊昂 申請人:雷伊化學公司