CN101183576A - 具有过流和esd双重防护的插件型热敏元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件及其制造方法，所述的插件型热敏元件包括高分子PTC芯材或经层压构成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，所述的插件型热敏元件，依次复合有单面电极、PTC芯材、双面电极、ESD芯材和单面电极，电极上焊接有引脚。制造方法为：制成PTC芯材；两表面分别复合单面电极和双面电极，制成PTC复合片材；辐照交联；切片，焊接引脚；ESD芯材浆料印刷，固化；ESD芯材表面复合单面电极，外侧焊接引脚；包封。本发明在同一元件上实现具有过流和ESD双重防护功能，成本低；工艺更为简便。

Description

具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件的制造，尤其是一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件及其制造方法。

背景技术

基于高分子芯材的正温度系数过流防护元件(PTC)已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中，应用于电路的过流保护设置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自复性保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”的状态，从而保护了电路中其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。

基于高分子基的ESD元件由于其低电容的特点正在越来越多的领域普及应用。

电子产品正在朝多功能、小型化的方向发展。在很多时候体积和面积的减小起到的作用比其他的方面大的多。

本发明的申请人在其申请号200610148186.0中公开了一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件及其制造方法，在制成PTC复合片材后，通过印刷线路板工艺制成表面贴装型元件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，能在同一元件上实现两种功能，为电子电路节约很大的面积和体积，且成本比两种元件相加要低的多。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，包括高分子PTC芯材或经层压构成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，所述的插件型热敏元件，依次复合有单面电极、PTC芯材、双面电极、ESD芯材和单面电极，其中，单、双面电极为金属箔片电极，电极上焊接有引脚。具体的，所述的单、双面电极分别为其单、双面经表面粗化黑化的金属箔片电极。

在上述方案的基础上，所述的单面电极，其经表面处理的一面与PTC芯材、ESD芯材复合；双面电极两面均经过了表面处理，其一面与PTC芯材复合，另一面与ESD芯材复合。

单面电极外侧焊接有引脚，双面电极在ESD芯材的一面焊接有引脚。

所述的插件型热敏元件，外包封有固化的环氧树脂层。

所述的PTC芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助剂制得，其中高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或其共混物；导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物粉末中的一种或其组合；纳米填料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化碳、碳酸钙中的一种或其组合；所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或其组合；所述的加工助剂包括抗氧剂、交联促进剂和偶联剂。

所述的抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。

所述ESD芯材由高分子粘结剂、导电粒子、半导体粒子和绝缘粒子制得，其中高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合；导电粒子为镍粉、羟基镍、铝粉中的一种或其组合；半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合；绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。

针对上述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法，包括下述步骤：

第一步：将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助剂混合，制成PTC芯材；

第二步：PTC芯材两表面分别复合单面电极和双面电极，制成PTC复合片材，其中，单面电极经表面处理的一面与PTC芯材复合；

第三步：用γ射线(Co⁶⁰)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad；

第四步：切片，在单面电极、双面电极外侧焊接引脚，制成插件型PTC元件基体；

第五步：将ESD芯材浆料印刷在元件基体的双面电极上，固化制成ESD芯材；

第六步：ESD芯材表面复合单面电极，其中，单面电极经表面处理的一面与ESD芯材复合，电极外侧焊接引脚；

第七步：用环氧树脂层包封，固化包封层。

具体的，将芯材组分高分子聚合物、导电填料、纳米填料和其他填料及加工助剂在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm²，厚0.1～3.0mm的芯材；再用热压的方法在热压机上分别将单双面金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co⁶⁰)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad。用冲床将PTC芯材冲成Φ6.5mm的小圆片，再采用插片焊接工艺制成插件式的元器件基体，然后将预先制备的ESD芯材印刷在元器件基体的双面电极片端，固化芯材后，在ESD芯材上复合上Φ6.5mm的单面电极片，并焊接引脚、环氧包封、固化包封层。

在上述方案的基础上，第二步中所述的PTC芯材为将多数片PTC芯材经层压制成的多层PTC芯材。

在上述方案的基础上，所述ESD芯材浆料的制备，包括先将高分子粘结剂搅拌均匀，然后依次加入导电粒子、半导体粒子和绝缘粒子。

本发明的有益效果是：本发明的热敏元件在在同一元件上实现具有过流和ESD双重防护功能，为电子电路节约很大的面积和体积，且成本比两种元件相加要低的多；另外，相比通过印刷线路板工艺制成的表面贴装型热敏元件，工艺更为简便。

附图说明

图1为电路设计中应用本发明的原理图。

图2为本发明PTC芯材复合电极的层状结构示意图。

图3为本发明插件型热敏元件的层状结构示意图。

图4为本发明插件型热敏元件的俯视结构示意图。

图5为本发明具有多层PTC芯材的插件型热敏元件的结构示意图。

附图中标号说明

1-双面电极       2-PTC芯材

3，4-单面电极    5-ESD芯材

6，7，8-引脚

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1为电路设计中应用本发明的原理图所示，其中，虚线内部分为本发明具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件。

实施例1

请参阅图2为本发明PTC芯材复合电极的层状结构示意图，图3为本发明插件型热敏元件的层状结构示意图，图4为本发明插件型热敏元件的俯视结构示意图所示，一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，包括高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，其中，所述的插件型热敏元件，自下而上依次复合有单面电极3、PTC芯材2、双面电极1、ESD芯材5和单面电极4，其中，所述的单面电极3，4为单面经表面粗化黑化的金属箔片电极，而双面电极1为双面均经表面粗化黑话的金属箔片电极。

单面电极3，4外侧分别焊接有引脚6，8，双面电极1在ESD芯材5的一面焊接有引脚7。

所述的插件型热敏元件，外包封有固化的环氧树脂层。

针对上述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法，包括下述步骤：

第一步：将高密度聚乙烯、碳黑、纳米碳酸钙、氢氧化镁和抗氧剂按一定比例在高速混合器中混合10min。然后将混合物组分在180℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm²，厚0.2mm的PTC芯材2；

第二步：用热压机以热压方法在PTC芯材两表面分别复合单面电极3和双面电极1，制成PTC复合片材，其中单面电极3经表面处理的一面与PTC芯材2复合；

第三步：用γ射线(Co⁶⁰)辐照交联，剂量为15Mrad；

第四步：用冲床将PTC芯材冲成Φ6.5mm的小圆片，在单面电极3，双面电极1外侧焊接引脚6，7，采用插片焊接工艺制成插件型PTC元件基体(见图2)；

在制备PTC元件基体的过程中或前后制备ESD芯材浆料，具体过程包括：取Dow Corning公司的有机硅树脂A，B组分，按照1∶1的质量比，用高速搅拌器将树脂颜色搅拌均匀为止，依序将先称量的镍粉、碳化硅、二氧化硅粒子混入搅拌好的树脂中，将其在树脂中搅拌均匀，制成ESD芯材浆料。

第五步：将ESD芯材浆料通过预先开好的钢网印刷在元件基体的双面电极上，150℃固化1小时左右制成ESD芯材5(见图3)；

第六步：ESD芯材5表面复合单面电极4，其中，单面电极4经表面处理的一面与ESD芯材5复合，单面电极4外侧焊接引脚8；

第七步：用环氧树脂层包封，固化包封层(见图4)。

实施例2

请参阅图5为本发明具有多层PTC芯材的插件型热敏元件的结构示意图所示，其他结构及制造方法均与实施例1相同，只是PTC芯材为经层压构成的多层PTC芯材，多层PTC芯材2之间设置有双面电极1，位于最外侧的PTC芯材2外复合单面电极3，单面电极3经表面处理的一面与最外层的PTC芯材2复合，制成多层PTC复合片材，引脚6焊接在单面电极3外侧。

Claims (10)

1.一种具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，包括高分子PTC芯材或经层压构成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，其特征在于：所述的插件型热敏元件，依次复合有单面电极、PTC芯材、双面电极、ESD芯材和单面电极，其中，单、双面电极为金属箔片电极，电极上焊接有引脚。

2.根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：所述的单面电极，其经表面处理的一面与PTC芯材、ESD芯材复合。

3.根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：单面电极外侧焊接有引脚，双面电极在ESD芯材的一面焊接有引脚。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：所述的插件型热敏元件，外侧包封有固化的环氧树脂层。

5.根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：所述的PTC芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助剂制得，其中高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或其共混物；导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物粉末中的一种或其组合；纳米填料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化碳、碳酸钙中的一种或其组合；所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或其组合；所述的加工助剂包括抗氧剂、交联促进剂和偶联剂。

6.根据权利要求5所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：所述的抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。

7.根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件，其特征在于：所述ESD芯材由高分子粘结剂、导电粒子、半导体粒子和绝缘粒子制得，其中高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合；导电粒子为镍粉、羟基镍、铝粉中的一种或其组合；半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合；绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。

8.针对权利要求1或2所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步：将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助剂混合，制成PTC芯材；

第二步：PTC芯材两表面分别复合单面电极和双面电极，制成PTC复合片材，其中，单面电极经表面处理的一面与PTC芯材复合；

第三步：用γ射线(Co⁶⁰)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad；

第四步：切片，在单面电极、双面电极外侧焊接引脚，制成插件型PTC元件基体；

第五步：将ESD芯材浆料印刷在元件基体的双面电极上，固化制成ESD芯材；

第六步：ESD芯材表面复合单面电极，单面电极经表面处理的一面与ESD芯材复合，电极外侧焊接引脚；

第七步：用环氧树脂层包封，固化包封层。

9.根据权利要求8所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法，其特征在于：第二步中所述的PTC芯材为将多数片PTC芯材经层压制成的多层PTC芯材。

10.根据权利要求8所述的具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件的制造方法，其特征在于：所述ESD芯材浆料的制备，包括先将高分子粘结剂搅拌均匀，然后依次加入导电粒子、半导体粒子和绝缘粒子。

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