技術可行性分析報告參考範文

篇一：產品技術可行性分析報告

高分子PTC過流保護元器件項目可行性研究報告

　　一、項目實施的背景和意義

1.1項目背景

傳統的電路保護中裝置主要是採用採用金屬熔斷器或電子保護電路來實現電路的安全保護，這些方法對電路的保護作用的缺點是可恢復性差、電路設計複雜，以及成本較高，因此目前很多電子產品製造商爲了追求利潤，往往就捨去電路保護裝置、或採用熔斷器式的保護裝置來實現電路保護功能，這樣給產品的維護使用帶來了相應的麻煩，特別是對於一些民用產品，設計生產廠家爲了保證其安全性，不得不採用比較複雜的電子電路來保護其產品的安全，這樣不僅使其成本提高，而且給電子產品生產廠商的服務帶來諸多不便。

聚合物基正溫度係數材料是利用導電粒子與結晶或半結晶的聚合物複合製得的一種新型功能材料，其最主要的功能爲電流及溫度的過載保護，應用範圍相當廣泛，包括電腦與周邊設備、電池、汽車、通訊、玩具及家電等領域均會使用到PPTC，起對於電流及溫度之高度敏感，充分運用在各類電子產品上，不論是半導體、IC元件、印刷電路板、電源器材、連接器及線路系統之保護極爲有用，特別在高密度電路整合系統中，PPTC之電路保護功能，是傳統保險絲無法取代的。PPTC屬智能型材料科技產品具可重複性，體積輕薄，而成爲主要保護元件之重要發展趨勢。

隨着人們生活水平不斷提高，家用電子產品廣泛地應用我們的日常生活當中。不僅如此，工業、軍事各個領域電子產品比比皆是。如手機、計算機、汽車電器、傳真機、DVD、VCD、Modem、無繩電話、電視機、電冰箱等等家用電器已經普遍應用與每一個家庭。而所有這些家用電器都與電源及電路有關，因而電源及電路保護是其安全使用的保證。便攜消費電子發展的趨勢越來越小型化，設計工程人員十分渴求其所用的元器件尺寸小、阻值低，因此PPTC產品的低阻小型化是重要發展方向。然而目前這類尖端產品的技術，主要掌握在美國和日本的少數國際大公司手中，如日本藤昌電線公司和世界最大的電氣、電子元件製造商和服務商美國泰科電子(TYCO)。

1.2預期實現的經濟和社會效益

適合PPTC產品應用的電路保護市場非常廣闊，產品的應用領域也非常多，其中電池的保護是最大也是最前沿的市場，新型高性能鋰離子電池和聚合物電池對保護元器件提出更高了要求，這兩類高能電池在受熱高溫以及短路情況下容易發生爆炸事故，對其提供短路過流的保護十分必要，是本項目產品針對的主要市場。據報道，隨着全球電信的發展，2008年全球手機用戶數達到40億，其中中國用戶超6億的使用量猛增至世界的第一位，據工信部統計2008年上半年僅手機產量就達到了2.95部，再加上使用鋰離子和聚合物電池做電源的MP3、MP4、數碼相機、導航儀、手提電腦等便攜設備的用量，移動便攜設備電池及其充電器的用量是相當可觀的，據統計2006年我國鋰電和鎳

氫電池產量已經突破25億隻左右，那麼不包括電池電路和電池充電器上PPTC的用量，那麼僅封裝在電池組內部用的電池保護片的用量就在20億左右。深圳是全國甚至是全球手機、MP3等移動便攜產品的生產基地及貿易集散地；這裏有完善的電子產業鏈，有爲移動設備生產提供能源的衆多電池生產企業，其中就有全國最大鋰離子電池生產商比亞迪、比克電池、德賽電池和聚合物鋰電池廠家TCL。因此高性能PPTC電池保護片具有廣闊的市場前景，項目很好的融合到了深圳的電子企業產業鏈中，具有顯著的企業協同效益和社會效益。然而由於高導電、高PTC強度，高耐壓性能的高分子PTC複合材料新技術爲美國和日本的少數幾家大企業壟斷，生產成本爲0.1元左右的產品售價達到了1.0-1.5元，比一般產品高出3-5倍，國內企業的採購成本十分高昂。項目研發成功按0.5-0.8元/pcs價格銷售，能很好的打破國外公司的技術壟斷，降低國內電子企業採購PPTC產品成本，增強我國電子企業的國際上競爭力，此外產品售價高利潤高，產品量產後，按初期年產2000萬隻，預計銷售收入1000-1500萬，利潤800-1200萬，經濟效益十分顯著。

　　二、技術發展趨勢及國內外發展現狀

2.1技術發展趨勢

PTC材料是指某種具有很大的正電阻溫度係數(Positive temperature coefficient , PTC)的材料。由於這種材料能在很窄的溫度範圍內使其電阻發生幾個數量級的變化，故具有熱敏開關的特性，可廣泛用於製作自控溫加熱電纜、過電流保護元件及熱敏傳感器等。目前，國內外使用的PTC材料大體上可分爲兩大類:一類是以陶瓷類PTC材料，另一類是由有機高分子聚合物與導電材料組成的新型有機複合PTC材料。由於陶瓷熱敏材料性脆，生產工藝較複雜，室溫電阻很難做得很低，加工和成型都較困難，製造成本高，故價格較貴。而聚合物基PTC複合熱敏材料，由於具有質軟、可撓曲、易加工成型、製造成本較低、可以在較低的溫度下使用等優點正日益受到重視。它是利用導電粒子與結晶或半結晶的聚合物複合製得的一種新型功能材料。PPTC材料不僅原料易得、價格便宜、加工成型工藝簡單，還具有高分子材料的許多優異性能。

隨着移動科技的發展和人們生活水平不斷提高，移動便攜產品普及到人們的生活中。小型、多功能，高集成是便攜消費電子發展的主要趨勢，因此工程人員在設計產品時十分注重元器件的尺寸，而對於PPTC電路保護產品來說，低阻小型化是順應市場需求的重要技術發展方向。然而絕大多數的聚合物PTC材料的室溫電阻都比較高，PPTC材料存在低室溫體積電阻率和高PTC強度之間的矛盾，以及降低產品電阻同保持耐壓性能之間的`矛盾。因此開發低室溫體積電阻、PTC強度的PPTC複合材料體系是PTC材料研發的重要發展，具有尺寸小、內阻低等特點過流保護元件，是高分子PTC元器件發展的趨勢。目前這類尖端產品的技術，主要掌握在美國和日本的少數國際大公司手中，如日本藤昌電線公司和世界最大的電氣、電子元件製造商和服務商美國泰科電子(TYCO)。

2.2國內外發展現狀

PPTC材料以美國的研究開發水平居國際領先地位，上世紀80年代美國首先開發成實用型PPTC材料，以美國泰科電子爲代表的一些企業，製得的聚合物基PTC過電流保護元件在醫療、計算機、

程控電話交換機、手機電池、汽車配件、家電產品、工業儀表、運載火箭、火災報警等領域得到了廣泛的應用。由於高分子基PTC材料技術含量高,應用廣泛,利潤豐厚,故各國都投入大量的資金進行研究開發。

國內外近十年來，聚合物PTC複合材料研究和開發的進度明顯加快，體現在相關的期刊文獻報道迅速增多，相關專利數目急劇膨脹。國外出現瞭如Bourns、Littlefuse等聚合物PTC過流保護元件的新公司。國內在這方面起步較晚, 對PTC材料的研究起始於八十年代後期，中國科技大學在八十年代末開始了自限溫加熱帶的研發，而聚合物PTC材料做爲電路過流保護元件使用時要求PTC材料具有低的室溫體積電阻率、高的PTC強度以及一定的循環穩定性，由於技術難度較高，直到九十年代初纔有較多的研究報道。近幾年國內陸續出現生產聚合物基PTC過電流保護元件的企業主要集中在上海、深圳，但多是一些小企業。國內真正有實力能自主開發並生產聚合物基PTC過電流保護元件的企業不多，主要有深圳金瑞電子材料有限公司、上海維安電熱材料有限公司、上海科特電子材料有限公司。無論是在企業規模，市場佔有率，研發實力，同國際電路保護巨頭泰科、TDK等都有較大的差距。但這個差距正的縮小，雖然國際企業在新產品的開發和推出上仍處於領先地位，但國內企業已經能以較短的時間緊跟趨勢推出產品；隨着用戶對PPTC產品使用的增多，特性的熟悉，它們越來越傾向於選擇性價比高的國內企業的產品，國內生產企業市場佔有率也在穩步提升。

　　三、項目主要研究內容

項目開發的PPTC複合材料不僅體積電阻率低，而且PTC強度也高，以其爲芯材生產的產品外形尺寸是普通產品的1/4，內阻是普通產品的1/5，具有尺寸小、內阻低、採用綠油封裝的特點。特別適用於高性能鋰離子和聚合物電池的保護，有很好的市場前景，是高分子PTC元器件發展的趨勢。

3.1 項目擬解決的關鍵技術問題

該項目目前面臨的挑戰是：絕大多數的聚合物PTC材料的室溫電阻都比較高，PPTC材料存在低室溫體積電阻率和高PTC強度之間的矛盾，以及降低產品電阻同保持耐壓性能之間的矛盾。本項目擬解決的關鍵技術問題是：

（1） PTC複合材料的組分選擇是該項目研發的重點和難點

目前PTC產品應用比較成熟的是HDPE/CB的配方體系，該體系經過20多年的開發應用，使用十分廣泛。但現在隨便攜消費電子發展的趨勢越來越小型化，要求元件的尺寸和電阻的要求越來越小，當前的HDPE/CB的配方體系無論是阻值還是電性能已經不能滿足新需求，限制了產品更加廣泛的應用。因此，本項目將在前期研究的基礎上開拓新的思路，需開發新的高分子PTC材料配方體系，降低電阻提高電性能，並通過設計和實驗相結合的方法開發出尺寸小至3×4mm，電阻在4-12mΩ產品。

（2）探索出一套適合新配方體系的工業化生產複合工藝，是保證產品性能一致性的關鍵。對於高分子材料的複合，我們已經在實驗階段研究過多種方法可以解決導電粒子和微量添加劑在基體材料中的均勻分佈問題，但在大批生產中的效果確不夠理想。此外不同的聚合物和導電粒子

自己的相容性差異較大，同樣的加工工藝複合得到效果不一樣。我們必須探索出有效率的工藝結合適合的設備，改善材料性能的一致性。

（3）電極膜的處理，改善產品長期穩定性能，優化性能。

高分子PTC熱敏電阻器其結構是由高分子聚合物基體和分散在其中的導電填料、阻燃填料等構成的芯材與金屬電極，通過高溫熱壓複合的方法粘合在一起的。金屬電極是由經粗化的銅箔構成，由於金屬和非金屬界面膨脹係數差異較大，如果金屬電極與芯材粘接不牢、剝離強度差、界面空隙大，接觸電阻就高，PTC熱敏電阻器電性能就變差，易打火、燒片，表面易起泡變形。銅箔與芯材的直接接觸，在電場和高溫下由銅引起的高分子聚合物催化分解，影響產品的長期穩定性。因此，需要對銅箔進行相應處理，擬採取的方法是：銅箔一面鍍一層2～3um的Ni—C複合鍍層，另一面鍍一層普通鎳，通過合適的工藝控制來提高複合鍍層中固體微粒碳黑與鎳離子的共沉積，提高鍍層的含碳量，提高電極膜同芯材的粘接強度。

3.2課題的技術原理、技術方法、技術路線以及工藝流程

（1）首先以HDPE爲高分子基體，選用不同形狀尺寸的高導電金屬、非金屬粒子，通過調節配方組成、優化混煉複合工藝進行芯材料的製備，

（2）對銅膜進行鍍碳處理，與芯材熱壓複合，以獲得電極芯材結合牢固，轉變溫度在125℃，室溫電在7mΩ左右，芯片尺寸3×4mm，耐壓6V，具有良好電阻溫度係數的樣品。

（3）研究PPTC元件在不同服役狀態下的性能穩定性等綜合性能，如耐壓、耐電流衝擊、抗老化等；調整和優化配方工藝，獲得綜合性能良好的PTC高分子電流保護元件。

（4）在課題開展的過程中，對不同研究階段進行小結和總結，完成產品TUV、UL等安全認證，利用研究結果申請國家發明專利和撰寫學術論文。

（5）研究成果的中試，和批量生產銷售實現效益。

本項目所述的PPTC元件製造工藝流程如下：

A、將複合材料各組分（高分子聚合物、導電填料和其它填料及加工助劑）在190℃溫度下於密煉機中混煉均勻，然後用模壓或擠出的方法制成芯材。

B、將芯材夾在兩層經過鍍炭處理過的銅箔之間，放於壓模中，在25t平板硫化機壓片，壓制成型條件:預熱5min，熱壓3min，熱壓壓力15MPa，熱壓溫度160℃，片材厚度2mm。

C、將壓好的片材，衝成需要的半成品尺寸形狀、同過迴流焊在覆有銅膜的兩面分別焊上引出鎳電極，而後在烘箱中熱處理，將焊好的樣品用γ射線（Co）輻照交聯。

D、最後在PPTC元件表面塗上絕緣綠油，並進行紫外線或熱固化。

其製造工藝流程見圖3-1。

圖3-1 PPTC過流保護元件製造流程圖

3.3項目特色和創新點

（1）開發低體積電阻率高PTC強度的高分子複合材料，是當前高分子熱敏元件發展的必然趨勢和要求。

一般而言導電填料的填充量越多，複合材料的導電性能越好，但耐壓性能卻越差。另外高填充量影響了複合材料的力學性能和加工性能，增加生產成本，限制了材料的應用範圍。絕大多數的聚合物PTC材料的室溫電阻都比較高，一般要達到12V耐壓要求的產品電阻值都在30毫歐左右，而信息技術和微電子工業的發展迫切要求有低室溫電阻高PTC強度的聚合物PTC材料，因此低阻值產品的開發勢在必行。項目開發的產品外形尺寸是普通產品的1/4，內阻是普通產品的1/5，具有尺寸小、內阻低的特點。

（2）選擇適合工業化生產的複合工藝，對保證產品性能一致性有重要意義。

研究表明，要降低材料體系電阻可能選擇多種形狀的填料(纖維、片狀，納米尺寸)這些導電填料在高分子基體中的分散有一定難度，如果其中還添加了不同的金屬導電粒子製得材料均勻性更加難控制。影響材料的電導率和元件的性能一致性。因此該項目的第二個創新點就是研究適合不同材料配方體系工業化生產的混煉複合工藝。

（3）電極膜的處理，改善產品長期性能和動作後電阻變化率。

高分子PTC熱敏電阻器其結構是由高分子PTC芯材與金屬電極，通過高溫熱壓複合的方法粘合在一起的。金屬電極是由經粗化的銅箔構成，由於金屬和非金屬界面膨脹係數差異較大，金屬電極與芯材粘接不牢接觸電阻高，產品表面易起泡變形，易打火、燒片。銅箔與芯材的直接接觸，在電場和高溫下由銅引起的高分子聚合物催化分解，影響產品的長期穩定性。因此，需要對銅箔進行相應處理，在銅箔一面鍍一層2～3um的Ni—C複合鍍層，提高電極膜同芯材的粘接強度。因而電極膜的處理是產品的第二個特色。

（4）使用絕緣綠油封裝小尺寸產品

隨便攜消費電子發展的趨勢越來越小型化，要求元件的尺寸越來越小，但用生產現有產品的工藝生產小尺寸產品效率不高。目前電池保護片產品的外部封裝都是採取貼絕緣標貼的方法，當產品尺寸小到一定程度後，對產品貼標效率極低不適合規模生產。採用外塗綠油，而後再紫外線固化封裝，不僅生產效率高，而且產品更加美觀，外部絕緣效果更好，可以更好的防止產品打火的情況的出現，此工藝特別時候小尺寸產品的生產，是該項目的第四個創新點。