JPH012303A - circuit protection element - Google Patents
circuit protection elementInfo
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- JPH012303A JPH012303A JP62-158656A JP15865687A JPH012303A JP H012303 A JPH012303 A JP H012303A JP 15865687 A JP15865687 A JP 15865687A JP H012303 A JPH012303 A JP H012303A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子素子に関し、より詳細には、温度」二昇
に伴って比較的狭い温度領域でこの素子の電気抵抗が急
増する性質(PTC特性(PosILiveLempe
raLure eoelTieienL ) )を6す
る層を偏えた回路保護素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to electronic devices, and more particularly to the property ( PTC characteristics (PosILiveLempe
The present invention relates to a circuit protection element in which layers are biased.
PTC特性を有する物質(PTC組成物)は、一定の温
度に上昇すると発熱が止まるヒータ、正特性サーミスタ
(PTCTIIERMIS′rl:R) 、感熱センサ
、電池などを含む回路が短絡したとき過電流を所定の電
流値以上に制限し他方その短絡が取除かれたとき回路を
復帰する回路保護素子などに利用することができる。P
TC組成物として現在種々の物質が開発され、従来から
、例えばB a T iOaに1価または3価の金属酸
化物を添加したもの、また1、ポリエチレン、エチレン
−アクリル酸共重合体などの小合体にカーボンブラック
などの導電性粒子が均一に分散されたものがある。Substances with PTC characteristics (PTC compositions) are used to control overcurrent when short-circuits occur in circuits that include heaters that stop generating heat when the temperature rises to a certain level, positive temperature coefficient thermistors (PTCTIIERMIS'rl:R), thermal sensors, batteries, etc. It can be used as a circuit protection element, etc., which limits the current to a value greater than or equal to the current value, and restores the circuit when the short circuit is removed. P
Currently, various materials have been developed as TC compositions. There is one in which conductive particles such as carbon black are uniformly dispersed in the coalescence.
このPTC組成物の製造法は、−船釣に、重合体として
用いる1種またはそれ以上の樹脂に必要二のカーボンブ
ラックなどの導電性粒子を混練して重合体中に分散する
ことからなる。更に、PTC組成物を利用する、例えば
、この物質を金属電極板で挟持する従来の回路保護素子
は、第10図に示すように、主にPTC組成物成形体2
と、これを挟持する電極板4aおよび4bと、その電極
板の各々に接続されたり一ド8aおよび8bとからなる
。The method for producing this PTC composition consists of kneading conductive particles such as carbon black with one or more resins used as a polymer and dispersing them in the polymer. Furthermore, conventional circuit protection elements that utilize a PTC composition, for example, in which this material is sandwiched between metal electrode plates, mainly consist of a PTC composition molded body 2, as shown in FIG.
, electrode plates 4a and 4b sandwiching these, and leads 8a and 8b connected to each of the electrode plates.
この素子のPTC組成物の温度と素子抵抗との関係は、
例えば、第11図に示すように、室温での素子電気抵抗
(室温抵抗Rr)は小さいが、ある温度量−[−にL昇
すると抵抗が急激に増大し、ピークに到達する(ピーク
抵抗)。The relationship between the temperature of the PTC composition of this element and the element resistance is:
For example, as shown in Figure 11, the element electrical resistance at room temperature (room temperature resistance Rr) is small, but when the temperature rises to a certain amount -[-, the resistance increases rapidly and reaches a peak (peak resistance). .
この従来の回路保護素子の電極の両端に過電圧Voが印
加されると、第7図の点線に示す様に、この回路保護素
子の室温抵抗Rrとすると(V。When an overvoltage Vo is applied across the electrodes of this conventional circuit protection element, as shown by the dotted line in FIG. 7, if the room temperature resistance Rr of this circuit protection element is (V).
/ Rr )の過電流か流れて発熱し、PTC特性に基
づいてこの素子の抵抗が急激に増大して過電流を一定以
下の値に制限する。/Rr) flows and generates heat, and the resistance of this element increases rapidly based on the PTC characteristics, limiting the overcurrent to a value below a certain value.
しかしながら、PTC組成物からなる従来の回路保護素
子では、PTC組成物の温度に応じた抵抗を示し、過電
圧が印加された初期では自己発熱が少なくて低い抵抗(
室温)に応じた大きい電流が流れる。また、PTC組成
物の抵抗を温度により制御しようとする素子であるため
に素子の環境温度に左右されて、外部からの熱によって
回路保護素子が誤動作する恐れがある。上記のように過
電圧が印加された初期では温度が低いので小さい抵抗値
に応じた過電流が流れ、この過電流を所定の電流値まで
制限するための遮断時間は、10−1〜数百秒もかかり
、ICなどの過電流に弱い電子デバイスを含む回路を保
護することができない。However, in conventional circuit protection elements made of PTC compositions, the resistance depends on the temperature of the PTC composition, and at the beginning of overvoltage application, self-heating is small and the resistance is low (
A large current flows depending on the temperature (room temperature). Further, since the resistance of the PTC composition is controlled by temperature, the circuit protection element is affected by the environmental temperature of the element, and there is a risk that the circuit protection element may malfunction due to external heat. As mentioned above, at the beginning of overvoltage application, the temperature is low, so an overcurrent flows according to a small resistance value, and the cutoff time to limit this overcurrent to a predetermined current value is 10-1 to several hundred seconds. Therefore, it is impossible to protect circuits including electronic devices such as ICs that are susceptible to overcurrent.
この発明は上述の背景に基づいてなされたものであり、
その目的とするところは、過電圧が印加された初期から
しきい値以下に電流を制限し、外部環境温度に影響され
ず温度安定性に優れ、過電流に弱い電子デバイスを含む
回路をも確実に保護する回路保護素子を提供することで
ある。This invention was made based on the above background,
The purpose of this is to limit the current to below the threshold value from the initial stage when overvoltage is applied, to ensure excellent temperature stability without being affected by external environmental temperature, and to securely control circuits that include electronic devices that are susceptible to overcurrent. An object of the present invention is to provide a circuit protection element that protects the circuit.
本発明によればこの課題は、しきい電流以上を流さない
電流抑制層と、該電流抑制層と電気的熱的に接続したP
TC特性を有するPTC層と、外部と電気的に接続する
少なくとも2の電極とを含むことを特徴とする回路保護
素子によって達成される。According to the present invention, this problem can be solved by providing a current suppressing layer that does not allow a current exceeding a threshold current to flow, and a P that is electrically and thermally connected to the current suppressing layer.
This is achieved by a circuit protection element characterized by including a PTC layer having TC characteristics and at least two electrodes electrically connected to the outside.
好ましい態様において、PTC層は重合体に導電性粒子
が分散されたものである。In a preferred embodiment, the PTC layer is a polymer with conductive particles dispersed therein.
以下、この発明をより詳細に説明する。This invention will be explained in more detail below.
PTC組成物
この発明における回路保護素子は、少なくとも2の電極
と、電流制御層と、PTC組成物からなるPTC層とを
備える。このPTC組成物は、例えば、B a T i
Oaに1価または3価の金属酸化物を添加したもの、重
合体に、導電性粒子、および必要に応じて熱伝尋性充填
材が添加されたものなどがある。PTC Composition The circuit protection element in this invention includes at least two electrodes, a current control layer, and a PTC layer made of a PTC composition. This PTC composition is, for example, B a T i
Examples include those in which a monovalent or trivalent metal oxide is added to Oa, and those in which conductive particles and, if necessary, thermally conductive fillers are added to a polymer.
この発明に於いて用いる重合体として、ポリエチレン、
ポリエチレンオキシド、t−4−ポリブタジェン、ポリ
エチレンアクリレート、エチレン−エチルアクリレート
共重合体、エチレン−アクリル酸共1F合体、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタム
、フッ素化エチレン−プロピレンJl:iR合体、塩素
化ポリエチレン、クロロスルホン化エチレン、エチレン
−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン
、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニ
ル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアルキレ
ンオキシド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、
フッ素樹脂、およびこれ等のうちから選ばれた少なくと
も2種のブレンドポリマー等がある。この発明のおいて
、重合体の種類、組成比などは、所望の性能、用途など
に応じて適宜選択することができる。The polymers used in this invention include polyethylene,
Polyethylene oxide, t-4-polybutadiene, polyethylene acrylate, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-acrylic acid co-1F combination, polyester, polyamide, polyether, polycaprolactam, fluorinated ethylene-propylene Jl: iR combination, chlorination Polyethylene, chlorosulfonated ethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polypropylene, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, polyvinyl chloride, polycarbonate, polyacetal, polyalkylene oxide, polyphenylene oxide, polysulfone,
Examples include fluororesins and blend polymers of at least two selected from these. In this invention, the type of polymer, composition ratio, etc. can be appropriately selected depending on desired performance, use, etc.
重合体に分散される導電性粒子は、電気伝導性を持つ物
質からなり、その様なものとして、カーボンブラック、
銀粉、金粉、カーボン粉、グラファイト、銅粉、カーボ
ン繊維、ニッケル粉、銀めっき微粒子などの導電性物質
の粒子を用いることができる。この導電性粒子の粒径、
比面積などは、PTC組成物の用途、所望の特性に応じ
て種々のものを適宜選択することが望ましい。The conductive particles dispersed in the polymer are made of electrically conductive substances, such as carbon black,
Particles of conductive substances such as silver powder, gold powder, carbon powder, graphite, copper powder, carbon fiber, nickel powder, and silver-plated fine particles can be used. The particle size of this conductive particle,
It is desirable to appropriately select various specific areas and the like depending on the use and desired properties of the PTC composition.
この発明の好ましく態様において、重合体に分散するこ
とのできる熱伝導性粒子は、熱伝導性を持つ無機または
6機性の物質からなり、その様なものとして、例えば、
シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、Bed、アルミナ
から選ばれた少なくとも一種の物質、これらの混合物な
どがある。この熱伝導性粒子の粒径、比面積などは、P
TC組成物の用途、所望の特性に応じて種々のものを適
宜選択することができる。In a preferred embodiment of the invention, the thermally conductive particles that can be dispersed in the polymer are comprised of inorganic or hexa-organic substances with thermal conductivity, such as, for example:
Examples include at least one substance selected from silicon, silicon nitride, silicon carbide, Bed, and alumina, and mixtures thereof. The particle size, specific area, etc. of this thermally conductive particle are P
Various types can be appropriately selected depending on the intended use and desired characteristics of the TC composition.
PTC組成物の調製に際して、上記の重合体、導電性粒
子、熱伝導性粒子以外に、必要に応じて種々の添加剤を
混合することができる。そのような添加剤として、例え
ば、アンチモン化合物、リン化合物、塩素化化合物、臭
素化化合物などの難燃剤、酸化防止剤、安定剤などがあ
る。In preparing the PTC composition, in addition to the above-mentioned polymer, conductive particles, and thermally conductive particles, various additives can be mixed as necessary. Examples of such additives include flame retardants, antioxidants, stabilizers, etc., such as antimony compounds, phosphorus compounds, chlorinated compounds, and brominated compounds.
この発明においてPTC組成物は、その原材料、重合体
、導電性粒子、熱伝導性粒子その他添加剤を所定の割合
いで配合・混練して調製される。この発明において、重
合体に導電性粒子次いで熱伝導性粒子、若しくは熱伝導
性粒子次いで導電性粒子、または同時に両者を配合・混
練して調製してもよい。更に、重合体と粒子との配合割
合は、目的組成物の粒子含量、重合体の種類、ミキサー
、ニーダ−のFu?Jiなどに応じて適宜選択すること
ができる。この発明において、混練前に粉砕、加熱、混
合などの前処理をしてもよい。In the present invention, the PTC composition is prepared by blending and kneading raw materials, polymers, conductive particles, thermally conductive particles, and other additives in predetermined proportions. In the present invention, the polymer may be prepared by blending and kneading conductive particles and then thermally conductive particles, or thermally conductive particles and then conductive particles, or both at the same time. Furthermore, the blending ratio of the polymer and particles depends on the particle content of the target composition, the type of polymer, and the Fu? of the mixer and kneader. It can be selected as appropriate depending on Ji and the like. In this invention, pretreatment such as pulverization, heating, and mixing may be performed before kneading.
電流抑制層
この発明の回路保護素子は、PTC層と電気的熱的に接
続した電流抑制層を有する。この発明における電流抑制
層とは、印加電圧を増すとこの層に流れる電流が増大す
るが、印加電圧がある値を超えても、流れる電流が実質
的に飽和してしきい電流1sh以」二の電流を流さない
電気特性を有するものであり、例えば、第12図に示す
印加電圧V−電電流時特性持つものである。Current Suppression Layer The circuit protection element of the present invention has a current suppression layer that is electrically and thermally connected to the PTC layer. The current suppressing layer in this invention means that the current flowing through this layer increases as the applied voltage increases, but even if the applied voltage exceeds a certain value, the flowing current substantially saturates, and the current is below a threshold current of 1 sh. For example, it has an applied voltage V-current characteristic as shown in FIG. 12.
このような動作を示す層は、種々のデバイスを用いて得
ることができる。そのようなものとして、例えば、半導
体中に電流経路(チャネル)が形成されたものであって
このチャネルを外部電界により変化させることのできる
デバイスがある。この電流抑制層は、また、電界効果ト
ランジスタ(FET)および関連デバイスで代用するこ
ともできる。その様なFETとしてMOS−FET (
絶縁ゲートFET)、接合ゲートFET、ショットキー
陣!FETなどがある。Layers exhibiting such behavior can be obtained using a variety of devices. An example of such a device is a device in which a current path (channel) is formed in a semiconductor, and this channel can be changed by an external electric field. The current suppression layer may also be substituted with field effect transistors (FETs) and related devices. MOS-FET (
Insulated gate FET), junction gate FET, Schottky group! There are FETs, etc.
回路保護素子
この発明の回路保護歯Tは、上述のPTC層と、電流抑
制層と外部と電気的に接続する少なくとも2の電極とか
らなる。ここで用いることのできる電極材料の種類とし
ては、通常の電極として用いることのできる金属であり
、その様なものとして、例えば、ニッケル、コバルト、
アルミニウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄(ステンレス
鋼などの鉄合金を含む)、亜鉛、金、鉛、白金などがあ
る。Circuit Protection Element The circuit protection tooth T of the present invention consists of the above-mentioned PTC layer, a current suppression layer, and at least two electrodes electrically connected to the outside. The types of electrode materials that can be used here include metals that can be used as ordinary electrodes, such as nickel, cobalt,
These include aluminum, chromium, tin, copper, silver, iron (including iron alloys such as stainless steel), zinc, gold, lead, and platinum.
電極の形状、寸法などは回路保護素子の用途などに応じ
て適宜選択することが望ましい。この発明において電極
材料として、圧延金属箔の他、焼鈍処理した金属でもよ
い。It is desirable that the shape, dimensions, etc. of the electrode be appropriately selected depending on the intended use of the circuit protection element. In this invention, the electrode material may be a rolled metal foil or an annealed metal.
この発明の回路保護素子では、PTC層と電流抑制層と
が電気的熱的に接続されている。ここで「熱的接続」と
は、PTC層の温度と電流抑制層の温度との間に差異が
あるとき、すなわち温度勾配があるときに、高温側から
低温側に熱エネルギーに供給されることを意味する。In the circuit protection element of this invention, the PTC layer and the current suppression layer are electrically and thermally connected. Here, "thermal connection" means that when there is a difference between the temperature of the PTC layer and the temperature of the current suppression layer, that is, when there is a temperature gradient, thermal energy is supplied from the high temperature side to the low temperature side. means.
この発明の各部材の組合せは、この発明の目的に反しな
い限り任意である。次ぎにその構成の態様およびその作
製法を添附図面を参照しながら説明する。The members of this invention may be combined arbitrarily as long as it does not contradict the purpose of this invention. Next, aspects of its configuration and its manufacturing method will be explained with reference to the accompanying drawings.
第1図にこの発明による回路保護素子の一態様を示す。FIG. 1 shows one embodiment of a circuit protection element according to the present invention.
この態様の回路保護素子1では、PTC層2と、電流抑
制層3とが積層され、さらにその外側に電極4aおよび
4bが接続され、この電極から外部にさらの電気接続さ
れている。In the circuit protection element 1 of this embodiment, a PTC layer 2 and a current suppression layer 3 are laminated, and electrodes 4a and 4b are connected to the outside thereof, and further electrical connection is made to the outside from these electrodes.
第2図にこの発明の別の態様を示す。この態様では、2
枚のPTC層2aおよび2bに電流抑制層3が挾まれる
ように積層され、PTC層にさらに電極4aおよび4b
が接続されている。この回路保護素子1は、例えば、p
形St″′1′導体阪を用意し、この板の面と垂直に貫
通穴5を開け、これに不純物をドーピングして電流経路
(nチャンネル)を形成し、その1ト導体板の上ドにP
TC組成物および電極を各々載せ熱プレスして得られる
。FIG. 2 shows another embodiment of the invention. In this aspect, 2
A current suppression layer 3 is laminated so as to be sandwiched between the two PTC layers 2a and 2b, and electrodes 4a and 4b are further layered on the PTC layer.
is connected. This circuit protection element 1 is, for example, p
A conductor plate of type St'''1' is prepared, a through hole 5 is made perpendicular to the surface of this plate, and an impurity is doped into this to form a current path (n channel). niP
It is obtained by placing the TC composition and electrode respectively and hot pressing.
次いで、FETを用いた態様を第3図(A)および(B
)に示す。この態様の回路保護索子1では、電流抑制層
3が接合FETを構成し、ドレイン電極りがこの素子の
電)jTh4aであり、FETのソース電極Sおよびゲ
ート電極GがFET裏面のPTC電極Pに電気的Iと続
し、この電極Pと電極4bとにPTC層2か挟持され、
電極Pを介して電流抑制層3とPTC層2とが熱的に接
続されている。この態様の回路構成図を第3図(B)に
示す。Next, the embodiment using FET is shown in Fig. 3 (A) and (B).
). In the circuit protection cable 1 of this embodiment, the current suppression layer 3 constitutes a junction FET, the drain electrode is the electric current of this element), and the source electrode S and gate electrode G of the FET are the PTC electrode P on the back surface of the FET. is followed by an electrical I, and the PTC layer 2 is sandwiched between the electrode P and the electrode 4b,
The current suppression layer 3 and the PTC layer 2 are thermally connected via the electrode P. A circuit configuration diagram of this embodiment is shown in FIG. 3(B).
第4図にこの発明による別の態様を示す。この電流抑制
層3は接合FETで構成され、FETとソースSにPT
C層2aが接続され、他方、FETのドレインDにPT
C層2bが接続され、それぞれのPTC層に電極4aお
よび4bが積層されている。FIG. 4 shows another embodiment according to the invention. This current suppression layer 3 is composed of a junction FET, and the FET and source S are connected to PT.
C layer 2a is connected, and on the other hand, PT is connected to the drain D of the FET.
C layer 2b is connected, and electrodes 4a and 4b are laminated on each PTC layer.
第5図に更に別の態様の示す。この例では、電流抑制層
3としてD−EモードのMOS−FETを用い、FET
とソースSにPTC層2aが接続され、他ノj、、FE
TのドレインDにPTC層2bが接続され、それぞれの
PTC層に電極4aおよび4bが積層されている。FIG. 5 shows yet another embodiment. In this example, a DE mode MOS-FET is used as the current suppression layer 3, and the FET
The PTC layer 2a is connected to the source S, and the other nodes j,, FE
A PTC layer 2b is connected to the drain D of T, and electrodes 4a and 4b are stacked on each PTC layer.
第6図は他の回路保護素子の態様を示す。この態様では
、2個のショットキ障壁FETを用い、この2個のFE
T3aおよび3bの間にPTC層2を挟みシリコン樹脂
で接着して熱的接続したものであり、この素子1では、
FETのソース電極Sおよびゲート電極Gか共通導電層
7に接続され、この共通導電層7がFETの裏面の電極
Paに接続され、PTC層2とFETBb間の電極pb
が素子の外部電極4bをなし、FETのドレイン電極り
が導電層8に接続して、素子の電極4aをなす。FIG. 6 shows another embodiment of the circuit protection element. In this embodiment, two Schottky barrier FETs are used, and the two FE
The PTC layer 2 is sandwiched between T3a and T3b and bonded with silicone resin for thermal connection. In this element 1,
The source electrode S and gate electrode G of the FET are connected to a common conductive layer 7, this common conductive layer 7 is connected to the electrode Pa on the back surface of the FET, and the electrode pb between the PTC layer 2 and the FET Bb is connected to the common conductive layer 7.
constitutes the external electrode 4b of the element, and the drain electrode of the FET is connected to the conductive layer 8 to constitute the electrode 4a of the element.
この発明は上記の態様に限定されず種々の変形態様が口
J能である。This invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible.
例えば、例示はnチャナネルであったが、−に記の態様
の構成のn形をp形を全部逆転しさらに、極性を逆にし
たp形の態様等がある。For example, although the example is an n-channel, there is also a p-type embodiment in which all of the n-type and p-type structures of the embodiments described in - are reversed, and the polarity is also reversed.
樹脂彼覆
この発明において回路保護素子の表面に必要に応じて樹
脂膜を形成することができる。その様な樹脂の種類とし
て、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル
、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル樹
脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリアセタール樹脂、ポリアルキレノキシド、飽和
ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリスル
ホン、ポリ−p−キシレン、ポリイミド、ポリアミドイ
ミド、ポリエステルイミド、ポリベンゾイミダシル、ポ
リフェニレンスルフィド、ケイ素樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂
、これらのブレンドポリマー、化学試薬との反応、放射
線架橋、共重合などによる改質されたL記樹脂などがあ
る。これらの樹脂のなかで好ましい樹脂はエポキシ樹脂
、フェノール樹脂である。これら樹脂には、種々の添加
剤を、例えば、可塑剤、硬化剤、架橋剤、酸化防市剤、
充填剤、帯電防II−剤、難燃剤、などを添加してもよ
い。この発明において用いる樹脂は少なくとも絶縁性を
白′しており、回路保:Jk素子表面に対して密着性を
何している。樹脂の彼葭法は、特に限定されず、例えば
、墳霧、塗付け、浸漬などで行うことができる。さらに
、樹脂塗布後の硬化は、化学処理、加熱、放射線照射な
ど樹脂の種類に応じて行うことができる。Resin Covering In the present invention, a resin film can be formed on the surface of the circuit protection element if necessary. Examples of such resins include epoxy resins, phenolic resins, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, acrylic resins, fluororesins, polyamide resins, polycarbonate resins, polyacetal resins, and polyalkylene resins. Renoxide, saturated polyester resin, polyphenylene oxide, polysulfone, poly-p-xylene, polyimide, polyamideimide, polyesterimide, polybenzimidacyl, polyphenylene sulfide, silicon resin, urea resin, melamine resin, furan resin, alkyd resin, Examples include unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, polyurethane resins, blend polymers thereof, and L resins modified by reaction with chemical reagents, radiation crosslinking, copolymerization, and the like. Preferred resins among these resins are epoxy resins and phenol resins. These resins contain various additives such as plasticizers, curing agents, crosslinking agents, oxidation preventive agents,
Fillers, antistatic II-agents, flame retardants, etc. may be added. The resin used in this invention has at least a white insulation property, and has good adhesion to the surface of the circuit protection Jk element. The resin coating method is not particularly limited, and can be carried out by, for example, pouring, painting, dipping, etc. Further, curing after coating the resin can be performed by chemical treatment, heating, radiation irradiation, etc. depending on the type of resin.
上記の構成を有するこの発明の素子の動作を説明する。 The operation of the device of the present invention having the above configuration will be explained.
第3図の態様を例として説明する。The embodiment shown in FIG. 3 will be explained as an example.
この構成では、nチャンネルとそれを取巻くp形半導体
との界面でのpn接合では空乏層か形成されnチャンネ
ルが多少細くなっている。通常電圧が印加されていると
き、このnチャンネルを電流が流れる。In this configuration, a depletion layer is formed at the pn junction at the interface between the n-channel and the p-type semiconductor surrounding it, making the n-channel somewhat narrower. When a normal voltage is applied, current flows through this n-channel.
事故などから回路に過電圧がかかると、この電流抑制層
のS−D間にも過電圧か印加されるとゲ−トのp領域か
らせり出してきた空乏層と基板のp領域からせり出して
きた空乏層とが接してピンチオフ状態になる。S−D間
の電圧が増しても、この空乏層の接触点とソース間の電
位差が変わらないため空乏層を流れる電流が一定となり
、飽和する。すなわち、この電流抑制層はしきい電流以
上の電流を流さない。こ、の飽和電流と過電圧との債に
相当するエネルギーがこの電流抑制層から発熱し、これ
と熱的に接続したPTC層の温度を上げ、このPTC特
性により所定;H度量上で急激に電気抵抗を増す。この
高い抵抗がこの回路保護素子を流れる電流を所定値に制
限して回路を過電圧およびその過電流から保護する。When an overvoltage is applied to the circuit due to an accident, etc., if overvoltage is also applied between SD and D of this current suppression layer, the depletion layer protrudes from the p-region of the gate and the depletion layer protrudes from the p-region of the substrate. When they touch, a pinch-off condition occurs. Even if the voltage across SD increases, the potential difference between the contact point of this depletion layer and the source does not change, so the current flowing through the depletion layer remains constant and saturates. That is, this current suppressing layer does not allow current exceeding the threshold current to flow. Energy corresponding to the bond between the saturation current and overvoltage is generated from this current suppression layer, raising the temperature of the PTC layer that is thermally connected to it, and due to this PTC characteristic, electricity suddenly increases at a predetermined temperature. Increase resistance. This high resistance limits the current flowing through this circuit protection element to a predetermined value to protect the circuit from overvoltage and overcurrent.
第7図の実線にこの発明の回路保護素子に過電圧が印加
されたときの電流I−時間を特性を示す。The solid line in FIG. 7 shows the current I-time characteristic when an overvoltage is applied to the circuit protection element of the present invention.
この図のように初期は電流抑制層によりしきい電流1s
hに制限され、次いでPTC層による更に電流を所定値
まで制限する。As shown in this figure, in the initial stage, the threshold current is 1 s due to the current suppression layer.
h, and then the PTC layer further limits the current to a predetermined value.
上記のように構成され、動作するこの発明による回路保
護素子は次の効果を奏する。The circuit protection element according to the present invention configured and operated as described above has the following effects.
過電圧が回路に印加された初期から素子に流れる電流を
、しきい値以ドの電流に制限して、より回路保護をより
確実に行う。従来のPTC層のみの回路保護素子では、
PTC層の発熱後にトリップして遮断時間が長かったが
、過電圧が回路に印加された初期からしきい電流具Fに
制限するので過電流に弱いICなどをa効に保護するこ
とかできる。To more reliably protect a circuit by limiting the current flowing through an element to a current equal to or higher than a threshold value from the initial stage when an overvoltage is applied to a circuit. In the conventional circuit protection element with only PTC layer,
Although it tripped after the PTC layer generated heat and the cut-off time was long, since the overvoltage is limited to the threshold current F from the initial stage when it is applied to the circuit, it is possible to effectively protect ICs and the like that are susceptible to overcurrent.
2個のnチャンネルショットキ障壁ゲート形FET(王
菱電機製25に279 (MGF−18O−1))用意
し、別に下記成分をニーダて60分間混練してPTC組
成物を調製した。Two n-channel Schottky barrier gate type FETs (25 and 279 (MGF-18O-1) manufactured by Wang Ling Electric) were prepared, and the following components were separately kneaded for 60 minutes to prepare a PTC composition.
高密度ポリエチレン 62Wt’、、
6(三井石油化学製ミラソン27)
カーボンブラック 38wt%これ
らを用いて第6図に示すように構成して回路保護素子を
得た。なお、ソースSが接続した導電層と、ドレインD
が接続した導電層との間に保護用の抵抗850にΩが接
続されている。FETのドレインDとソースSとの間の
抵抗が2.0ΩPTC層間のPa−Pb間の抵抗が2.
8Ωであった。この例の素子の静特性を第8図に示す。High density polyethylene 62Wt',,
6 (Mirason 27 manufactured by Mitsui Petrochemicals) Carbon black 38 wt% Using these materials, a circuit protection element was obtained by constructing it as shown in FIG. Note that the conductive layer connected to the source S and the drain D
Ω is connected to a protective resistor 850 between the conductive layer and the conductive layer connected to the protective resistor 850. The resistance between the drain D and source S of the FET is 2.0Ω.The resistance between Pa and Pb between the PTC layers is 2.0Ω.
It was 8Ω. The static characteristics of the device of this example are shown in FIG.
ここで、I DSSは素子に流れる電流を、vSEはP
TC層の両端の電圧を、VDSはFETの両端の電圧を
表す。VDR(−VSE+VDS)が1■を超えた頃で
、I DSSが約170mAに飽和し、それ以にの電圧
ではむしろ電流が低下する。従って、この例の回路保護
素子でのトリップ電流は約170mAに設定されている
。Here, IDSS is the current flowing through the element, and vSE is P
VDS represents the voltage across the TC layer, and VDS represents the voltage across the FET. When VDR (-VSE+VDS) exceeds 1.2 m, IDSS saturates to about 170 mA, and at voltages beyond that, the current actually decreases. Therefore, the trip current in the circuit protection element in this example is set to about 170 mA.
次いで、この素子の動特性を測定するために、この素子
に過電圧を一気に印加し、その時に流れる電流を測定し
た。その結果を第9図の実線に示す。この例の素子に3
Vを印加した。素子の抵抗が約5Ωであるから600m
Aの電流が流れるはずであるが、電流抑制層の動作によ
り約400mAに制限された。Next, in order to measure the dynamic characteristics of this element, an overvoltage was applied to this element all at once, and the current flowing at that time was measured. The results are shown by the solid line in FIG. The element in this example has 3
V was applied. The resistance of the element is approximately 5Ω, so 600m
A current of A was supposed to flow, but it was limited to about 400 mA due to the operation of the current suppression layer.
比較のためにこの素子のPTC層間のみ、すなわち、S
E間に1.8Vの電圧を印加した。その結果を第9図の
点線に示す。この図に示されるように、初期電流が約6
00mA流れ、オームの法則が成17.つとしたときの
SE間電圧(1,8V)/SE間抵抗抵抗、8オーム)
−約0.64Aの計算値とほぼ一致し、そのことから電
流は印加電圧に依存するといえる。For comparison, only between the PTC layers of this device, that is, S
A voltage of 1.8V was applied between E. The results are shown by the dotted line in FIG. As shown in this figure, the initial current is approximately 6
00mA current, Ohm's law holds 17. voltage between SE (1,8V)/resistance between SE and 8 ohm)
- It almost agrees with the calculated value of about 0.64 A, and from this it can be said that the current depends on the applied voltage.
第1図はこの発明による一態様を示す素子の断面図、第
2図はこの発明の他の態様を示す断面図、第3図Aはこ
の発明による一態様を示す素子の断面図、第3図Bは第
3図Aに示す素子の回路構成図、第4〜5図はこの発明
の他の態様を示す断面図、第6図Aはこの発明の他の態
様を示す断面図、第6図Bは第6図Aに示す索rの回路
構成図、第7図はこの発明の素子および従来の素子の電
流−経過時間の関係を示すグラフ、第8図は実施例の素
子の静特性を示すグラフ、第9図は実施例の素子の動特
性を示すグラフ、第10図は従来の回路保護素子を示す
断面図、第11図はPTC特性を示す温度−抵抗関連グ
ラフ、第12図は電流抑制層の印加電圧−電流特性を示
すグラフである。
1・・・回路保護素子、2・・・PTC層、3・・・電
流抑1□11層、4・・・電極、5・・・貫通孔、7・
・・共通導電層、8・・・導電層
出願人代理人 佐 藤 −雄
Pb (E)
DE
第8図
第10図
温度
第11図
印加電圧 (V)FIG. 1 is a sectional view of an element showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of another embodiment of the invention, FIG. 3A is a sectional view of an element showing one embodiment of the invention, and FIG. Figure B is a circuit configuration diagram of the element shown in Figure 3A, Figures 4 and 5 are cross-sectional views showing other aspects of the invention, Figure 6A is a cross-sectional view showing other aspects of the invention; Figure B is a circuit configuration diagram of cable r shown in Figure 6A, Figure 7 is a graph showing the relationship between current and elapsed time for the element of the present invention and the conventional element, and Figure 8 is the static characteristic of the element of the example. FIG. 9 is a graph showing the dynamic characteristics of the element of the example, FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional circuit protection element, FIG. 11 is a temperature-resistance related graph showing PTC characteristics, and FIG. 12 is a graph showing the dynamic characteristics of the element of the example. is a graph showing applied voltage-current characteristics of a current suppression layer. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Circuit protection element, 2... PTC layer, 3... Current suppression 1□11 layer, 4... Electrode, 5... Through hole, 7...
...Common conductive layer, 8... Conductive layer applicant's agent Sato-O Pb (E) DE Figure 8 Figure 10 Temperature Figure 11 Applied voltage (V)
Claims (2)
制層と電気的熱的に接続したPTC特性を有するPTC
層と、外部と電気的に接続する少なくとも2の電極とを
含むことを特徴とする回路保護素子。1. A current suppressing layer that does not allow a current exceeding a threshold current to flow; and a PTC having PTC characteristics that is electrically and thermally connected to the current suppressing layer.
A circuit protection element comprising a layer and at least two electrodes electrically connected to the outside.
ある、特許請求の範囲第1項記載の回路保護素子。2. The circuit protection element according to claim 1, wherein the PTC layer is a polymer in which conductive particles are dispersed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62158656A JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62158656A JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS642303A JPS642303A (en) | 1989-01-06 |
JPH012303A true JPH012303A (en) | 1989-01-06 |
JP2548202B2 JP2548202B2 (en) | 1996-10-30 |
Family
ID=15676476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62158656A Expired - Fee Related JP2548202B2 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | Circuit protection element |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2548202B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12170387B2 (en) | 2019-06-04 | 2024-12-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lithium primary battery |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6240453Y2 (en) * | 1979-11-09 | 1987-10-16 |
-
1987
- 1987-06-25 JP JP62158656A patent/JP2548202B2/en not_active Expired - Fee Related
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