(57)【要約】  導電複合材組成物及び導電性複合材組成物を含む回路保護デバイスが開示される。導電性複合材組成物は、ポリマー材料と、複数の導電性粒子と、高融点添加剤とを含む。高融点添加剤は、全組成物の体積で導電性複合材の少なくとも１％を含む。回路保護デバイスは、本体部分を含み、この本体部分は導電性複合材組成物を含み、この導電性複合材組成物は、ポリマー材料と、複数の導電性粒子と、ポリマー材料中に充填された少なくとも１容量％の高融点添加剤とを含み、回路保護デバイスは更に、この回路保護デバイスを電気システムに電気的に結合するように配列されて配置されたリード線を含む。また、導電性複合材を形成する方法も提供される。【選択図】図１
2018522980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性複合材組成物であって、
ポリマー材料と、
複数の導電性粒子と、高融点添加剤とを含み、
前記高融点添加剤は、前記組成物全体の体積で前記導電性複合材の少なくとも１％を含む導電性複合材組成物。 
【請求項２】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記導電性複合材が１０オーム−ｃｍ未満の抵抗率を有する導電性複合材組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記ポリマー材料が半結晶質ポリマーである導電性複合材組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の導電性複合材組成物において、前記半結晶質ポリマーが、ポリオレフィン、熱成形可能なフルオロポリマー、少なくとも１種のオレフィンと少なくとも１種の非オレフィンとのコポリマー、及びそれらの組み合わせを含む熱可塑性樹脂からなる群から選択される導電性複合材組成物。
【請求項５】
請求項３に記載の導電性複合材組成物において、前記ポリマー材料が高密度ポリエチレンである導電性複合材組成物。 
【請求項６】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記ポリマー材料が、１．０未満のメルトインデックスを有する低メルトインデックスポリマーである導電性複合材組成物。 
【請求項７】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記ポリマー材料が、全組成物の約３０容量％から約８０容量％までの間からなる導電性複合材組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記導電性粒子が、全組成物の約２０容量％から約５０容量％までの間からなる導電性複合材組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記導電性粒子が１０−３オーム−ｃｍ未満の抵抗率を有する導電性複合材組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記導電性粒子のＤ５０値が１．０から２．５ミクロンまでの間である導電性複合材組成物。 
【請求項１１】
請求項１０に記載の導電性複合材組成物において、１．０から２．５ミクロンまでの間のＤ５０値を有する粒子が、１．０ミクロン未満及び２．５ミクロンを超えるＤ５０値を有する粒子と比較して、前記導電性複合材の電気的性能を改善する導電性複合材組成物。 
【請求項１２】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、前記高融点添加剤の酸化速度は、前記ポリマー材料と前記導電性粒子の両方の酸化速度よりも大きい導電性複合材組成物。
【請求項１３】
請求項１に記載の導電性複合材組成物において、 前記高融点添加剤が、１，２−ジヒドロ−２，２，４−トリメチルキノリン、ペンタエリスリトールテトラキス（２−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル）−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される導電性複合材組成物。
【請求項１４】
導電性複合材組成物を形成する方法であって、
ポリマー材料を与え、
約２０％から約５０％までの間の導電性粒子のポリマー組成物に全組成物の体積を充填し、
全組成物の体積で少なくとも１％の高融点添加剤をポリマー材料に充填し、
前記ポリマー材料を架橋させて、前記導電性複合材のポリマーマトリックスを形成することを含み、
前記架橋は最大８０Ｍｒａｄの等量の線量である方法。
【請求項１５】
回路保護デバイスであって、
導電性複合材組成物を含む本体部分を備え、その導電性複合材組成物は、
ポリマー材料と、
複数の導電性粒子と、
前記ポリマー材料に充填され、少なくとも１容量％の高融点添加剤とを含み、
前記回路保護デバイスは更に、
前記本体部分から延出し、前記回路保護デバイスを電気的システムへ結合するように配列されて配置されたリード線を備える回路保護デバイス。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性複合材及び導電性複合材を含む回路保護デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、リセット可能な熱デバイス及びその中の複合配合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な電子回路には、過電流障害による損傷から保護するための部品が含まれている。例えば、１つのタイプの回路保護デバイスは、リセット可能なデバイス、又は高分子正温度係数（ＰＰＴＣ）デバイスを含む。これらのＰＰＴＣデバイスは、一般に、高電流に起因する上昇などの温度上昇に応じてデバイスの抵抗を増加させる導電性複合配合物を含む。
【０００３】
代表的には、導電性複合配合物は、導電性粒子が充填されたポリマーを含む。ポリマーがデバイスのスイッチング温度よりも高い温度に加熱されると、ポリマーが溶融し、ポリマーの膨張及び導電性粒子の分離を引き起こす。導電性粒子の分離は、デバイスの抵抗を増加させ、回路の過電流保護を提供する。
【０００４】
しかしながら、経年劣化及び／又はトリップ（ｔｒｉｐ）耐久性の低下のために、幾つかのデバイスの保護特性は経時的に劣化する。例えば、導電性粒子の酸化及び／又はポリマーの分解は、デバイスの抵抗を増加させる可能性がある。保護特性の劣化に対処する現在の方法、例えば酸素浸入を制限するためのデバイスのコーティングは、それぞれ、その適用性及び／又は効率を制限する１つ又は複数の欠点を有する。
【０００５】
従来技術と比較して１つ以上の改善を示す導電性複合材及び回路保護デバイスが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、導電性複合組成物は、ポリマー材料、複数の導電性粒子、及び高融点添加剤を含む。高融点添加剤は、全組成物の体積で導電性複合体の少なくとも１％を含む。
【０００７】
他の実施形態では、導電性複合組成物を形成する方法は、ポリマー材料を与え、ポリマー材料に全組成物の体積で約２０％から約５０％までの間の導電性粒子を装填し、ポリマー材料に前組成物の体積で少なくとも１％の高融点添加剤を装填し、及びポリマー材料を架橋して、導電性複合体のポリマーマトリックスを形成することを含む。架橋は、最大８０Ｍｒａｄの等量の線量においてなされる。
【０００８】
他の実施形態では、回路保護デバイスは、導電性複合組成物からなる本体部分を含み、その導電性複合組成物は、ポリマー材料からなると共に、複数の導電性粒子と、ポリマー材料に充填された高融点添加剤の少なくとも１容量％とを含み、回路保護デバイスは更に本体部分から延出するリード線を含み、そのリード線は回路保護デバイスを電気的システムに電気的に結合するように配列されて配置されている。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の基本的性質を例示する添付図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の一実施形態による回路保護デバイスの概略図を示す。
【００１１】
【図２】図２は、本開示の一実施形態による回路保護デバイスの断面図を示す。
【００１２】
可能な限り、図面全体を通じて同じ部分を表すために同じ参照番号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
導電性複合組成物（「導電性複合材」とも称する）及び導電性複合材を含む回路保護デバイスが与えられる。本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示された特徴の１つ以上を欠く概念と比較して、改善された電気的性能を与え、即ち、電気抵抗を減少させ、ポリマー劣化を減少させ、ポリマー経年劣化を減少させ、耐久性を増加させ、時間の経過に対してトリップ耐久特性を維持し、デバイスの寿命を増加させ、効率を高め、本開示から明らかとなる他の利点及び区別を可能にし、又はそれらの任意の適切な組み合わせを可能にする。
【００１４】
図１は、例えば高分子正温度係数（ＰＰＴＣ）デバイス１０１を含む回路保護デバイス１００の実施形態を示す。リード線１０２は、回路保護デバイス１００に固定され、回路保護デバイス１００を回路又は他の電気システムに電気的に結合するように構成される。例えば、リード線１０２は、プリント回路基板に挿入するように構成された導電性の金属又は合金ワイヤを含むことができる。他の適宜なリード線には、電気システムに取り外し可能又は一体的に固定できる任意の形態の導電性材料が含まれ、これは例えばリボン、ストラップ、端子、又はそれらの組み合わせなどであるが、それらに限定されるものではない。
【００１５】
リード線１０２は、回路保護デバイス１００を通る電流の流れを容易にする。一実施形態では、リード線１０２は、ＰＰＴＣデバイス１０１の本体部分１０３から延伸し、本体部分１０３を通る電流の流れを容易にする。図１に回路本体として示すが、当業者には明らかなように、ＰＰＴＣデバイス１０１の本体部分１０３はそれに限定されるものではなく、他の適宜な幾何学的形状又は構成を含むことができる。他の適宜な幾何学的形状又は構成は、矩形本体部分、正方形本体部分、半球本体部分、三角形本体部分、及び／又は任意の他の幾何学的形状に形成された本体部分が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
ＰＰＴＣデバイス１０１はまた、本体部分１０３内に接触して配置された導電複合材１０５を含む。導電性複合材１０５は、本体部分１０３によってカプセル化された本体部分１０３内に配置されるか（図１参照）、本体部分１０３を形成する２つ以上のプレート２０１の間に配置されるか（図２参照）、又はそれらの組み合わせである。例えば、図２に示すように、導電性複合材１０５は、本体部１０３を形成する２つのプレート２０１の間に配置され、各プレート２０１は、そこから延出する１つのリード線１０２を有する。
【００１７】
本明細書に開示された１つ又は複数の実施形態によれば、導電性複合材１０５は、温度変化に応じて抵抗率の反復変化を与えるための任意の適宜な材料を含み、その温度変化は例えば、導電性複合材１０５を通る電流の流れに起因する温度変化、周囲温度、回路保護デバイス１００の温度、回路の温度、又はそれらの組み合わせであるが、それらに限定されるものではない。例えば、一実施形態では、導電性複合材１０５は、導電性粒子が充填されたポリマー材料及び任意に少なくとも１つの添加剤を含む。他の実施形態では、ポリマー材料、導電性粒子、及び選択的に少なくとも１つの添加剤は、導電性複合材１０５のトリップ温度を決定する。更なる実施形態では、導電性複合材１０５は、トリップ温度よりも高い温度及び低い温度の変化に応答して、ポリマー材料の溶融及び再結晶化によって抵抗率が反復的に変化する。本明細書で用いられるように、用語「トリップ温度」は、ポリマー材料の融点に関する。
【００１８】
トリップ温度より低い温度においてポリマー材料は、互いに電気的に接触している複数の導電性粒子を保持する結晶形態である。互いに電気的に接触して保持された複数の導電性粒子は、回路保護デバイス１００の第１の抵抗を与え、この第１の抵抗は、ＰＰＴＣデバイス１０１の低抵抗状態１１１（即ち、デバイスがポリマー材料の溶融温度よりも低い低温状態にあるとき）に対応する。或いは、トリップ温度以上の温度においては、ポリマー材料は溶融し、膨張し、及び／又は複数の導電性粒子を分離する非晶質形態になる。複数の導電性粒子を分離することは回路保護デバイス１００の第２の抵抗を与え、この第２の抵抗は、ＰＰＴＣデバイス１０１の高抵抗状態１１３（即ち、デバイスがポリマー材料の溶融温度以上の高温状態にあるとき）に対応する。導電性複合材１０５の高抵抗率に反映される第２の抵抗は、導電性複合材１０５の低抵抗率に反映される第１の抵抗よりも大きく、ＰＰＴＣデバイス１０１を流れる電流が相対的に減少する。ＰＰＴＣデバイス１０１を流れる電流が比較的に減少することにより、回路内の電流流れが減少し、回路内の下流にある部品を保護するのに役立つ。
【００１９】
一実施形態においては、低抵抗状態１１１から高抵抗状態１１３への変化は、導電性複合体１０５の抵抗率の急速な及び／又は顕著な変化を含む。本明細書で用いられるように、抵抗率の急速な及び／又は有意な変化は、少なくとも２．５のＲ１４値、少なくとも６のＲ３０値及び／又は少なくとも１０のＲ１００値を含み、ここでＲ１４、Ｒ３０及びＲ１００は比１４℃の範囲、３０℃の範囲、及び１００℃の範囲の終わり及び始まりの抵抗率のそれぞれを示す。他の実施形態においては、導電性複合材１０５は、１０オーム−ｃｍ未満の抵抗率を有する。これに加えて又はこれに代えて、導電性複合体は、５オーム−ｃｍ未満、１オーム−ｃｍ未満、０．１オーム−ｃｍ未満、及び／又は０．０５オーム−ｃｍ未満の抵抗率を有する。
【００２０】
特定の実施形態では、ポリマー材料は、半結晶質ポリマーである。半結晶質ポリマーは、溶融温度によって特徴付けられ、これはポリマー材料の膨張を引き起こし、ポリマー溶融物中の結晶領域又は晶子よりも高い温度である。適宜な半結晶質ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はエチレンとプロピレンのコポリマーなどのポリオレフィンを含む熱可塑性樹脂が挙げられるが、これらに限定されるものではない。他の適宜な半結晶質ポリマーは、少なくとも１つのオレフィンと、それと共重合可能な少なくとも１つの非オレフィンモノマー共重合体とのコポリマーを含むこともできる。これらのコポリマーの例は、ポリ（エチレン−コ−アクリル酸）、ポリ（エチレン−コ−エチルアクリレート）、ポリ（エチレン−コ−ブチルアクリレート）、及びポリ（エチレン−コ−酢酸ビニル）が含まれる。適宜な熱成形可能なフルオロポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン、及びエチレン／テトラフルオロエチレンコポリマー及びターポリマーが挙げられる。
【００２１】
これに加えて又はこれに代えて、ポリマー材料は、２つ以上のポリマーの配合を含み、その配合は、望ましい物理的、熱的、又は電気的特性、例えば可撓性、接着性（例えば、金属箔電極及び／又は導電性粒子に対する）、又は高い温度性能を与える。例えば、ホストポリマーが半結晶質ポリマーである場合、半結晶質ポリマーと配合することができる第２のポリマーには、エラストマー、非晶質熱可塑性ポリマー、又は他の半結晶質ポリマーが含まれるが、これらに限定されるものではない。より具体的には、一実施形態においては、回路保護デバイス１００は、半結晶質ポリマー、例えばポリエチレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＯＰＥ）、及び／又はＨＯＰＥとコポリマーとの混合物などを含む。他の実施形態においては、回路保護デバイス１００の導電性複合材１０５は、約３０％から８０％までの間のポリマー材料、約３５％から７５％までの間のポリマー材料、約４０％から約７０％までの間のポリマー材料、又はそれらの任意の組み合わせ、下位組み合わせ、範囲、又は下位範囲であってもよい。
【００２２】
一実施形態では、ポリマー材料は、例えば、低メルトインデックスのポリエチレンなどの低メルトインデックスポリマーを含む。本明細書で用いられる用語「高メルトインデックス」とは、６．０以上のメルトインデックスを有する任意のポリマーを指す。更に、本明細書で用いられる用語「低メルトインデックス」とは、２．０以下のメルトインデックスを有するポリマーを意味し、これは、メルトインデックスが１．０以下、 ０．５以下、０．３以下、０．２以下、０．１以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、０．０１以下、又はそれらの任意の組み合わせ、下位組み合わせ、範囲、又は下位範囲を含むが、これらに限定されるものではない。 
【００２３】
一般に、比較的に低いメルトインデックスは、比較的に高い分子量及び／又は鎖の絡み合いレベルを有するポリマーを示す。１つの高メルトインデックスＨＤＰＥポリマーとしては、例えば、Ｃｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）９６０７が挙げられ、これは６．５のメルトインデックスを有する。適宜な低メルトインデックスＨＤＰＥポリマーは、同じくＣｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）９６５９（メルトインデックス１．０）、ＵＳＩから入手可能なＰｅｔｒｏｔｈｅｎｅ（商標）ＬＢ８３２（メルトインデックス０．２６）、及び／又はＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なＡｌａｔｈｏｎ（登録商標）Ｌ４９０４（メルトインデックス０．０４０）を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
比較的に高いメルトインデックスポリマーと比較して、低メルトインデックスポリマーは、耐トリップ性（即ち、長時間に亘り高抵抗状態１１３における特定の電流及び電圧に耐えるデバイスの能力）及び／又は回路保護デバイス１００の存命を含む。例えば、一実施形態においては、６．５のメルトインデックスを有するＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）９６０７ポリマーを含むＣｕＳｎベースのシステムは、約２１時間のトリップ耐久性を示したが、０．０４０のメルトインデックスを有するＡｌａｔｈｏｎ（登録商標）Ｌ４９０４ポリマーを含むＣｕＳｎベースのシステムは、１６０時間以上のトリップ耐久性を示した。他の例においては、ＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）９６０７ポリマーを含むＷＣベースのシステムには１週間を超えて存命したデバイスは無かったが、ＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）９６５９ポリマーを含むデバイスの約１０％が少なくとも２週間存命し、Ｐｅｒｏｔｈｅｎｅ（商標）ＬＢ８３２ポリマーを含むデバイスの約４０％が少なくとも２週間存命し、Ａｌａｔｈｏｎ（登録商標）Ｌ４９０４ポリマーを含むデバイスの約８０％が少なとも２週間生存した。理論に束縛されることを望むものではないが、低粘度処理を提供するために高メルトインデックスポリマーを使用する現在の導電性複合材とは対照的に、本明細書に開示される１つ以上の実施形態による低メルトインデックスポリマーは、導電性粒子の増大された分散均一性及び／又はＰＰＴＣデバイス１０１内の減少された成分移動度を与えると信じられる。
【００２５】
導電性複合材１０５内の導電性粒子は、低抵抗状態１１１において所望の抵抗率を提供するように選択される。一実施形態では、導電性粒子は、１０−３オーム−ｃｍ未満、１０−４オーム−ｃｍ未満、及び／又は１０−５オーム−ｃｍ未満の抵抗率を有する任意の粒子を含む。他の実施形態では、回路保護デバイス１００の導電性複合材１０５は、組成物全体の体積で約２０％から６０％までの間の導電性粒子、約２５％から５５％までの間の導電性粒子、約３０％から５０％までの間の導電性粒子、約４０％から５０％までの間の導電性粒子、又はそれらの任意の組合せ、下位組み合わせ、範囲、又は下位範囲を含む。
【００２６】
適宜な導電性粒子は、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む金属；銅−錫（ＣｕＳｎ）を含む合金又は金属間化合物；タングステンカーバイド（ＷＣ）又はチタンカーバイド（ＴｉＣ）を含む金属セラミック；炭素（Ｃ）、カーボンブラック、又はグラファイトを含む炭素系材料；又はそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。これに加えて、又はこれに代えて、導電性粒子は被覆してもよい。例えば、被覆された粒子は、ガラス又はセラミックなどの非導電性材料、又はカーボンブラック及び／又は他の金属又は金属合金のような導電性材料を含むことができ、これは所望の抵抗率を与える被覆材料で少なくとも部分的に被覆されている。被覆材料は、被覆される導電性又は非導電性材料と比べて同じ、実質的に同じ、又は異なる抵抗率を有する任意の材料を含む。適切な被覆材料としては、金属、金属酸化物、炭素、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
一実施形態において、導電性粒子の粒径及び／又は形状は、低抵抗状態１１１及び高抵抗状態１１３の両方において所望の抵抗率を与えるように選択される。例えば、球状粒子は、フレーク又は繊維の形態の粒子と比較して、増加した電気的安定性及び／又はより大きな抵抗増加を与えることができる。これに加えて、又はこれに代えて、予期せぬことに、所定の範囲の粒径が、サイクル寿命（即ち、特定の電流及び電圧において故障を伴わずに連続的に存命するためのデバイスの能力）などの改善又は維持された電気的特性、及び電気的再現性を与える。改善された特性には、低抵抗状態１１１から高抵抗状態１までの間の繰り返しサイクリングを通じて、及び／又は温度上昇に長期間晒されて、ＰＴＣ異常高さの減少された損失、増大した信頼性、増大したトリップ耐久性、及び／又はＰＰＴＣデバイス１０１の増大した寿命が含まれる。ここで、用語「ＰＴＣ異常高さ」とは、低抵抗状態１１１から高抵抗状態１１３までの間の抵抗上昇量を指す。
【００２８】
ＷＣなどの特定の導電性粒子の場合、所定の範囲は、平均粒径（Ｄ５０）が１．０から２．５μｍ（即ち、「ミクロン」）までの間にある粒径分布を含む。これらの導電性粒子は、１．０ミクロン未満及び／又は２．０ミクロンを超える粒子サイズと比較して改善されたデバイス性能を提供する。一実施形態では、粒度分布は、粒子の９０％、５０％、及び１０％が記載値より大きいサイズ値に対応するＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０の値によって特徴付けられる。したがって、１．８ミクロンのＤ５０値を有する粒径分布の場合、粒子の５０％は１．８ミクロンより大きい粒子サイズを有する。他の実施形態において、粒度分布は、Ｄ５０値が１．１ミクロンから２．２ミクロンまでの間であることにより特徴付けられる。他の実施形態において、Ｄ５０値は１．２ミクロンから２．０ミクロンまでの間である。ＷＣ粒子に関して上述したが、当業者には理解されるように、適切な粒径及び形状は、異なる導電性粒子材料間で変化し得る。
【００２９】
理論に縛られることを望むものではないが、１．０ミクロン未満のサイズを有する粒子は、１．０ミクロン以上のサイズを有する粒子と比較して凝集が増大すると考えられる。やはり、理論に縛られることを望むものではないが、１．０ミクロン未満のサイズを有する粒子によって示される凝集の増加は、導電性複合材１０５の１回以上の露出後の回路保護デバイス１００の第１抵抗を増加させ、例えば、回路保護デバイス１００が基板上にリフロー半田付けされる（「リフロー」）組み立てプロセス中に、ポリマー材料の融点を超え、ひいては抵抗状態１１３までの温度になる。更に、２．５ミクロンを超えるサイズを有する粒子は、１．０ミクロンから２．５ミクロンまでの間の所定の範囲内の導電性粒子と比較して、導電性複合体における初期抵抗率の増加と、導電性複合材１０５の１つ以上のリフローを含む。サブトラクティブ技術を使用して大きな粒子を除去することは、デバイス１００の電気的性能を向上させるのに役立つ。
【００３０】
対照的に、所定の範囲内のサイズを有する導電性粒子を含む導電性複合材１０５は、回路基板上へのデバイスのはんだリフローなどの１回以上の温度偏移の後に回路保護デバイス１００の第１の抵抗を維持するか、回路保護デバイス１００の第１の抵抗を維持又は実質的に維持することによって、所定の範囲内のサイズを有する導電性粒子を含む導電性複合材１０５は回路保護デバイス１００の経年劣化、即ち増加した抵抗を減少させる。例えば、所定の範囲外の粒子と比較して、所定の範囲内のサイズの導電性粒子を含む導電性複合材１０５は、ＰＴＣ異常高さの低下を減少させ、導電性複合材１０５を通る電流の変化を減少させ、導電性複合材１０５の電流が流れることによる加熱の変化、信頼性の向上、又はそれらの組み合わせを含む。これに加えて又はこれに代えて、１．０ミクロン未満のサイズを有する導電性粒子と比較して、所定の範囲内のサイズを有する導電性粒子１０５を含む導電性複合材１０５は、サイクル寿命の間に低下又は消失し、ポリマーの無い体積の増大した量を有し、又はそれらの組み合わせを含む。 
【００３１】
一実施形態では、導電性複合材１０５は、高融点添加剤を含む。本明細書で用いられるように用語「高融点添加剤」は、少なくとも５５℃の融点を有する任意の材料を意味する。他の実施形態では、高融点添加剤は、全組成物の少なくとも１容量％の量、全組成物の少なくとも２容量％の量、全組成物の少なくとも３容量％の量、組成物全体の少なくとも４容量％の量、組成物全体の少なくとも５容量％の量、組成物全体の少なくとも６容量％の量、全組成物の約１容量％から約６容量％までの間、全組成物の約１容量％から約４容量％までの間、全組成物の約４容量％から約６容量％までの間、又は任意の組み合わせ、下位組み合わせ、範囲又はその部分範囲である。更なる実施形態では、高融点添加剤は、導電性粒子及び／又は導電性複合材１０５のポリマー材料の酸化速度よりも速い酸化速度を含む。高融点添加剤は、例えば、導電性粒子及び／又はポリマー材料の劣化を減少又は排除することによって、導電性複合材１０５の電気的性能を向上させる。 
【００３２】
例えば、高融点添加剤の酸化速度は、導電性粒子とポリマー材料の両方の酸化速度よりも大きくてもよい。導電性粒子及びポリマー材料の両方の酸化速度よりも高い酸化速度を有する高融点添加剤を選択することにより、導電性粒子及びポリマー材料の酸化が低減又は排除される前の高融点添加剤の酸化が促進される。高融点添加剤が完全に消費されるまで、導電性粒子とポリマー材料とを混合する。高融点添加剤は、導電性複合材１０５の第１の抵抗の増加を減少又は排除し、ＰＴＣ異常高さの減少を減少又は排除し、老化の他の影響を減少又は排除し、又はそれらの組み合わせを含む。
【００３３】
他の例では、高融点添加剤の酸化速度は、ポリマー材料又は導電性粒子の何れかの酸化速度よりも大きく、他方の酸化速度よりも小さい。例えば、ポリマー材料の酸化速度よりも速く、かつ導電性粒子の酸化速度よりも低い酸化速度を有する高融点添加剤を選択すると、酸化及び／又は酸化を減少又は排除しながら、高融点添加剤が完全に消費されるまでポリマー材料を経年劣化させる。導電性粒子の酸化は導電性複合体１０５の第１の抵抗を増加させるが、ポリマー材料の酸化を減少又は排除することにより、ＰＴＣ異常高さの損失を減少又は排除し、ポリマー材料の劣化、ポリマー経年劣化の他の影響、又はそれらの組み合わせを減少又は排除する。
【００３４】
好ましい好適な高融点添加剤としては、少なくとも８２℃の融点を有する任意の添加剤が挙げられるが、これらに限定されない。１つの好適な高融点添加剤としては、例えば、コネチカット州ノーウォークのＶａｎｄｅｒｂｉｌｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＬＬＣからＡｇｅｒｉｔｅ（登録商標）ＭＡとして入手可能な１，２−ジヒドロ−２，２，４−トリメチルキノリンが挙げられ、融点８２℃を有する。導電性複合材１０５の劣化を減少又は排除することに加えて、１，２−ジヒドロ−２，２，４−トリメチルキノリンは潤滑特性を提供し、導電性粒子の分散の改善及び導電性複合材の抵抗率の減少を導く。他の好適な高融点添加剤には、Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）として入手可能なペンタエリスリトールテトラキス（３−（３，５−ジ − 第三ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート）などの立体障害フェノール酸化防止剤が含まれるが、１０１０（ニュージャージー州、Ｆｌｏｒｈａｍ  ＰａｒｋのＢＡＳＦ製）であり、溶融範囲１１０℃乃至１２５℃を有する。他の適宜な高融点添加剤には、他のヒンダードフェノール系酸化防止剤、第二級芳香族アミン酸化防止剤、硫化フェノール系酸化防止剤、油溶性銅化合物、リン含有酸化防止剤、有機硫化物、ジスルフィド、ポリスルフィドを含むが、これらに限定されるものではない。更なる例には、ジョージア州スワニーのＭａｙｚｏからＢＮＸ（登録商標）３５８として入手可能な４−４’−チオビス［２−（１，１−ジメチルエチル）−５−メチル、ＭａｙｚｏからＢＮＸ（登録商標）３０５２として入手可能な２，２メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）アクリレート、ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）タイプのビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート又はそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
一実施形態では、回路保護デバイス１００を形成するステップは、ポリマー材料を架橋させてポリマーマトリックスを形成するステップを含む。他の実施形態では、回路保護デバイス１００の形成中に架橋レベルを低下させると、導電性複合材料１０５内のポリマー材料の劣化が低減され、電気的性能が向上する。回路保護デバイス１００におけるポリマーマトリックスの形成に適した架橋レベルには、１００メガラド（Ｍｒａｄ）以下、８０Ｍｒａｄ以下、７５Ｍｒａｄ以下、５０Ｍｒａｄ以下、４０Ｍｒａｄ以下、３５Ｍｒａｄ以下、３０Ｍｒａｄ以下、約２０Ｍｒａｄ以上約５０Ｍｒａｄ以下の間、２５Ｍｒａｄ以下、２０Ｍｒａｄ以下、又はそれらの任意の組み合わせ、下位組み合わせ、範囲又は下位範囲を含むが、これらに限定されるものではない。架橋は、電子ビーム照射、ガンマ線照射、又は化学架橋などの任意の適宜な方法によって達成され得るが、これらに限定されるものではない。例えば、空気中において１２５℃で加熱した場合、２０Ｍｒａｄの電子線量で形成されたＣｕＳｎベース系は、除去されたか、又は実質的に除去されたが、電子線量５０Ｍｒａｄで形成されたＣｕＳｎベース系の抵抗は、空気中にて１２５℃で加熱した場合に顕著に増加した。
【００３６】
特定の実施形態では、導電性粒子の比率を調整することにより、導電性複合材１０５の経年劣化を低減又は排除することができる。例えば、一実施形態では、Ｃｕ：Ｓｎ比を３：１から２：１又は３：２に増加させることにより、空気中において８５℃で加熱したときのデバイス抵抗の増加が減少又は排除される。
【００３７】
本明細書に開示された１つ以上の実施形態に従って形成された回路保護デバイス１００は、１回又は複数回のリフロー後に、デバイス特性について低減された経年劣化及び／又は増大した維持を提供する。特定の実施形態では、プロセスパラメータを異なる導電性複合材１０５の配合と組み合わせることにより、導電性複合材１０５の経年劣化が更に低減され、及び／又はプロセスパラメータ又は導電性複合材１０５の配合の利益よりも高い相乗効果が提供される。
【００３８】
本発明を１つ又は複数の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加え、その要素を均等物に置き換えることができることを当業者は理解するであろう。更に、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために、多くの改変をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むものとする。更に、詳細な説明で特定される全ての数値は、正確な値及び近似値が明示的に特定されているかのように解釈されるものとする。
【図１】
2018522980.tif 000003
【図２】
2018522980.tif 000004
【国際調査報告】
2018522980.tif 000005