具有减小的接通电流的PTC加热器制造技术

说明一种PTC加热器，其中减小了接通电流。加热器具有由PTC材料制成的基体。加热器的两个电极布置在相对的侧面上，这两个侧面彼此间并不是具有最小的距离。

PTC heater with reduced on-current

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有减小的接通电流的PTC加热器
本专利技术涉及PTC加热器，其中减小了接通电流。
技术介绍
PTC加热器具有由PTC材料制成的转换元件（PTC=正温度系数），即PTC材料的电阻随着温度的升高而增加。这种加热器可用于将电能转换成热能。在已知的PTC加热器中，PTC材料包含在相对薄的层中。薄层布置在两个电极之间。从一个电极通过PTC材料流到另一个电极的电流在PTC材料中积蓄能量，该能量被转换成热量。通常，至少一个电极在此同时是耦合元件，PTC材料利用该耦合元件热耦合到其周围环境。因此，该电极用于将产生的热量排放到周围环境中。电极之间的距离在此尽可能小，使得对于给定体积的PTC材料，电极的表面以及因此通过其将能量排放到周围环境中的表面是相对大的。由于PTC材料的厚度小，加热器的热阻低。然而，这种PTC加热器的特征在于相对高的接通电流并且伴随着相对低的击穿电压。这些电参数还非常强地依赖于加热器制造过程中的工艺波动。相应地，必须运行相对高的制造耗费，以便在制造加热器时将废品率保持地尽可能低。
技术实现思路
因此，需要一种PTC加热器，其中接通电流减小，击穿电压增加，并且加热器质量与制造期间参数的波动的依赖性减小。从独立权利要求1可以获得相应改进的PTC加热器。从属权利要求说明有利的设计方案。PTC加热器具有长度L，宽度B和高度H的基体。基体由PTC材料制成，即由具有正温度系数的材料制成。PTC材料的比电阻随着温度的升高而增加。此外，PTC加热器具有第一电极和第二电极。两个电极由导电材料制成。对于长度，宽度和高度，适用：L≥B≥H。即，关于具有确定形状的基体，测量长度、宽度和高度所沿着的方向彼此对准，使得宽度≥高度。长度≥宽度。长度在此是基体两点之间的最大可能距离。电极固定在基体上，使得对于电极的距离d适用：d>H。也就是说，说明一种PTC加热器，其中电极彼此具有大于加热器的高度的距离。在长度，宽度，高度三个维度中，高度具有最低值。相对于扁平的基体，基体的高度因此基本上是其厚度。电极的距离与基体的厚度不同的事实因此等同于以下事实：电极并不是恰好布置在加热器的相对的“大面积平坦的”侧面上。在已知的PTC加热器中，选择基体的形状和电极的位置，使得电流经过基体的尽可能短的路径，而现在需要将电极布置成，使得电流经过另一路径。PTC加热器的PTC材料可以是具有显著变阻器效应的变阻器材料。于是，比电阻取决于施加的电压。这种材料也可用于传统的PTC加热器中。在这种材料中，可以含有烧结的陶瓷成分。PTC材料的总电阻对应于可归因于烧结成分的体积的电阻和可归因于烧结的陶瓷成分的晶界的电阻比例之和。在晶界处，形成电势垒，其阻碍电流的载流子、例如自由电子扩散到相邻区域中。对于具有相对高的运行电压的PTC加热器，所述势垒必须相应高地形成。由此，总电阻的可归因于晶界的比例增加。这种PTC加热器具有电阻与施加电压的显著影响的依赖性。如果现在（特别是在接通过程中）施加高运行电压，则势垒的高度由于变阻器效应而降低，并且加热器的电阻显著降低。同时，加热器的温度还是相对低的。因此，接通电流非常高。高接通电流对加热器的电路环境中的电气或电子电路部件具有负面影响。非线性行为随着电压的增加或电场强度的增加而增加。通过增加电极的距离，并随之通过在恒定电压下降低变阻器材料内部的电场强度，减小了非线性效应。与传统的PTC加热器相比，电阻的波动通过改动电极的位置而减小。相应地，器件的总电导率的波动减小。相应地，一方面PTC材料的电阻与制造期间的波动或变阻器的依赖性以及因此另一方面不满足所需规格的PTC加热器的废品降低。通过加热器的电极不位于平面形成的基体的彼此靠近的大表面上，而是电极位于基体的距离较远的端部上，减小了接通电流，特别是当加热器的总电阻保持不变时如此。击穿电压增加，并且降低了对制造中波动的敏感性。也有助于此的是，在预给定电压的情况下，电场的强度与电极的距离成反比。PTC加热器材料中的电场减小，这同样减小非线性效应，例如在晶界处的非线性效应。可能的是，对于长度，宽度和高度适用：L≥B>H，即宽度实际上大于高度。基体可以具有长方体，圆柱体，薄膜或椭圆体的形状。如果基体具有长方体、例如非常扁平的长方体的形状，则具有最小距离的相对表面可以完全用于散热。然而，长方体的这些侧表面并不是恰好是基本上用于输送电流的那些侧表面。基体甚至可以如此扁平地设计，使得基体实际上是一种薄膜。然而，电流在此不沿着厚度方向流经薄膜，而是几乎从薄膜的一端流至另一端，但不是从薄膜的一侧流至薄膜的紧密相邻的另一侧。基体可以包含掺杂的BaTiO3（钛酸钡）。在此，钛酸钡是加热器的PTC材料的起始材料。钛酸钡可以包含附加元素、如锶，铅和/或钙。通过添加锶，可以降低材料的居里温度。通过添加铅，可以提高居里温度。此外，一方面通过添加稀土，例如钪，钇，镧，铈，镨，钕，钷，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱和/或镥，和/或另一方面通过添加锰，铁或铝可以优化PTC材料的起始材料。通过添加这些元素，可以在室温下调节输出电阻。PTC加热器和/或基体的长度可以是2.5cm或3.5cm或更大。最大长度可以是5cm或更小。PTC加热器或基体可以具有1cm或更大的宽度和4cm或更小的宽度。高度可以是100μm或更大。可以是4mm或5mm的高度。PTC加热器可以具有载体。基体布置在载体上。特别是当基体实施为薄膜时，载体用于使PTC加热器具有稳定的形状。此外，载体还可以帮助将基体中的耗散的能量排放到周围环境中。电极可以包括铬，镍，钛，铝，银，铜和/或金。优选的是，电极具有尽可能低的电阻。电极可以设计为夹紧电极并在相应的端部夹紧到基体上。基体可以在一个或多个侧表面上具有介电层。介电层是电绝缘的，并且当耗散的热量应该通过大面积的侧表面排放时，由于与传统的加热器不同的设计方案而是必需的，其中在传统的加热器中电极安置在所述大面积的侧表面上。介电层可以具有氧化物陶瓷，例如基于氧化铝、例如Al2O3，氧化铬或氧化镍。PTC加热器可以具有散热器。散热器可以与基体连接。散热器被设置用于将基体内耗散的热量排放到周围环境中。在传统的PTC加热器中，PTC材料是防止电极之间的直接短路的那种元件。从一个电极到另一个电极的路径上的载流子必须穿透（薄的）基体，并且在此在基体中积蓄能量。如果现在电极位于基体的纵向端部并且在基体的侧面处布置有一个或多个由金属构成的散热器，则散热器可以是对于载流子优选的从一个电极到另一个电极的电流路径，即使散热器不直接与电极连接。然后，电流将在第一区段中从一个电极经过基体的一部分进入到散热器的一端。然后电流通过散热器，但不通过PTC材料中的长路径。在散热器的另一端，电流然后将流过基体的最后一段到达第二电极。为了防止这种情况发生，介电层作为绝缘层用于将散热器与电极和与电极连接的基体电分离。附图说明在示意图中更详细地阐述本PTC加热器的中心特征，功能原理和一些非限制性实施例的细节。其中：图1示出加热器的透视图，图2示出术语长度，宽度，高度的含义，图3示出布置电极的一种替代可能性，图4示出已知的具有短电流路径的加热器，图5示出加热器的横截面，图6示出具有替代电极形状的加热器的横截面，图7示出具有绝缘层的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有减小的接通电流的PTC加热器（HZ），其具有：‑ 由PTC材料制成的基体（GK），所述基体具有长度L，宽度B和高度H，‑ 由导电材料制成的第一电极（EL1）和第二电极（EL2），其中‑ 对于L，B和H适用：L≥B≥H，‑ 电极（EL1，EL2）固定在所述基体（GK）上，使得对于所述电极彼此间的距离d适用：d> H。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.01 DE 102017101946.41.具有减小的接通电流的PTC加热器（HZ），其具有：-由PTC材料制成的基体（GK），所述基体具有长度L，宽度B和高度H，-由导电材料制成的第一电极（EL1）和第二电极（EL2），其中-对于L，B和H适用：L≥B≥H，-电极（EL1，EL2）固定在所述基体（GK）上，使得对于所述电极彼此间的距离d适用：d>H。2.根据前述权利要求所述的PTC加热器，其中适用：L≥B>H。3.根据前述权利要求中任一项所述的PTC加热器，其中所述基体（GK）具有长方体，圆柱体，薄膜或椭圆体的形状。4.根据前述权利要求中任一项所述的PTC加热器，其中所述基体（GK）包括掺杂的BaTiO3。5.根据前述权利要求中任一项所述的PTC加热器，其中所述基体（GK）包括Sr，Pb和/或Ca。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：B施泰因贝格尔，J布雷齐纳，M格普尔特，Z西塔，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE