CN101295570B

CN101295570B - 保护电路板和其过电流保护元件

Info

Publication number: CN101295570B
Application number: CN2007100979638A
Authority: CN
Inventors: 余锦汉; 王绍裘; 陈葆萱
Original assignee: Polytronics Technology Corp
Current assignee: Polytronics Technology Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: CN101295570A

Abstract

本发明的过电流保护元件可应用于保护电路模块(PCM)，其包含正温度系数(PTC)元件、至少一个绝缘层、至少一个电极层和至少一个导电通道。所述绝缘层设置于所述PTC元件的表面上，之后再叠置所述电极层。所述电极层使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面。所述导电通道电气连接所述PTC元件和所述电极层，其可制作贯穿所述电极层和绝缘层直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆盖至少一个导电层，作为所述PTC元件与所述电极层的电气连接之用。

Description

保护电路板和其过电流保护元件

技术领域

本发明涉及一种保护电路板和其过电流保护元件(Over-Current Protection Device)。

背景技术

常规的正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)元件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC元件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以正常运作。但是，当发生过电流或过高温的现象而使温度上升到临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳到高电阻状态(例如10⁴ohm以上)而将过量电流反向抵销，以达到保护电池或电路元件的目的。

美国专利US 6,713,210揭示一种具有过电流保护的电路板结构。IC元件2设置于保护电路模块(Protective Circuit Module；PCM)1上，PTC元件3则以表面粘着方式固设于所述PCM 1表面。所述PTC元件3是层叠结构，PTC材料层6设置于镍箔(或镀镍铜箔)7、7′之间，所述镍箔7、7′作为PTC材料层6的电极箔。镍片4固接于所述镍箔7的上表面作为外接电极之用。在镍箔7′的下表面(即相邻于PCM 1的表面)另焊接铜电极5，相对于PCT元件3成对称结构。

考虑到后续点焊(spot welding)时必须承受较大电压、电流，所述PTC元件3无法直接进行点焊，而需要先行结合所述镍片4，其厚度优选地约需0.3mm以上，以避免后续点焊时破坏PTC元件的镍箔7、7′。然而，所述镍片4通常需要以人工的方式结合于所述PTC元件，不利于大量制造和降低成本。

发明内容

本发明提供一种保护电路板和过电流保护元件，可应用于电池的保护电路模块(PCM)。所述过电流保护元件可利用点焊进行与PCM或外接电极片的结合，而适于机械化大量制造，进而可有效减少制造时间和成本。

本发明揭示一种过电流保护元件，可用于PCM的过电流保护，其包含PTC元件、至少一个绝缘层、至少一个电极层和至少一个导电通道。所述PTC元件包含PTC材料层和贴附于所述PTC材料层上、下表面的两个金属电极箔。所述绝缘层设于所述PTC元件的表面，之后再叠置所述电极层，所述绝缘层的导热系数大于1W/m·K。所述电极层使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面。所述PTC元件、绝缘层和电极层是层叠结构。所述导电通道电气连接所述PTC元件和所述电极层，其可制作贯穿所述电极层和绝缘层直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆盖至少一个导电层，作为所述PTC元件与所述电极层间导电之用。

本发明的过电流保护元件不需要以人工方式在传统PTC元件外结合电极片，即可直接进行点焊，而便于机械大量制造。不仅可简化制程，加速制作速度，非常便于元件的后续制作。

常规的表面粘着型元件(SMD)其两个电极端位于同一平面上，以绝缘层使两个电极端左右相隔，因而两个电极端可同时回焊在PCB板上。本发明的过电流保护元件的设计不同于常规的表面粘着型元件，本发明元件的两个电极端分别在元件的上表面和下表面上，因为两个电极端在不同的平面上，所以元件的下表面电极端可直接焊在PCM板子上，而上表面电极端却无法同时焊在板子上，又因为上表面电极端在元件的最上层表面，所以可以从上方以点焊的方式与其他金属电极片连结。

此外，将前述过电流保护元件固设在PCM表面即成为具有过电流保护功能的保护电路板，非常适合制造上的应用。

附图说明

图1是常规过电流保护元件在PCM的应用示意图；

图2是本发明实施例的过电流保护元件的示意图；

图3是本发明另一实施例的过电流保护元件的示意图；

图4是本发明的过电流保护元件在PCM的应用示意图；和

图5是图4的顶视图。

具体实施方式

图2是本发明实施例的过电流保护元件的示意图。过电流保护元件20包含PTC元件21、绝缘层22和电极层23。所述PTC元件21是层叠结构，其由PTC材料层212叠设于金属电极箔211与213之间而组成，所述金属电极箔211或213的厚度介于0.025至0.5mm之间。所述PTC材料层212由结晶性高分子材料与导电填充料混合而成。所述绝缘层22和电极层23设置于所述PTC元件21两侧，即所述绝缘层22设置于所述PTC元件21的表面，而电极层23则设置于所述绝缘层22的表面。所述电极层23的厚度介于0.025至0.5mm之间。

当PTC元件21、绝缘层22和电极层23结合后，可用激光或钻孔来制作贯穿所述电极层23和绝缘层22到所述PTC元件21的金属电极箔211和213表面的盲孔24，并在所述盲孔24的表面利用电镀等方式形成导电层25，从而电气连接所述PTC元件21和电极层23。

所述绝缘层22可由聚丙烯(PP)、玻璃纤维FR4或环氧树脂(epoxy)组成。如果需要提高导热效果，那么所述绝缘层22可另外添加导热填料，例如氧化铝(Al₂O₃)、氮化硼(BN)或氮化铝(AlN)等，使得PTC元件21可更灵敏地感受温度。所述电极层23表面可经化金处理(Ni-Au)，以便于后续锡膏附着或点焊处理。

图3是本发明另一实施例的过电流保护元件30的示意图，其与图2相比，仅在所述PTC元件21的一侧设置绝缘层22和电极层23，而另一侧则没有。

图4是本发明的过电流保护元件应用于PCM的实施例，图5是图3的顶视图。图2所示的过电流保护元件20的一侧可利用点焊或表面粘着的方式固设在包含电子元件44的PCM40表面，另一侧则利用点焊结合电极片42作为外接电极。所述PCM 40的另一侧表面则焊接另一电极片43，作为另一外接电极。借此，即形成具有过电流保护的保护电路板50，所述电极片42、43可连接到电源以形成回路，且电气连接到所述过电流保护元件20的上、下两电极层23，所述两个电极层23分别置于所述PTC元件21两侧。

由于点焊时需要施加较大的电压和电流，因而如前述传统PTC元件需要结合较厚电极片。本发明的过电流保护元件因在PTC元件与电极层之间设有绝缘层，可在电极层表面直接点焊而仍不致损坏PTC元件，且外接电极片如果为镍片，其厚度仅需0.127mm，而如果为铜片，则其厚度甚至仅需0.035mm。

图2所示的过电流保护元件20因PTC元件两侧均设有绝缘层，故其均可利用点焊连接PCM和外接电极片。实际上，通过本发明的设计，可提供许多制造上的弹性。例如：表面粘着方式也可为其选用的结合方式，而所述过电流保护元件20或30可直接点焊或结合电极片后再行点焊，均为可行的方式。

图3所示的过电流保护元件30因PTC元件仅有一侧具有绝缘层，其使用时没有绝缘层和电极层的一侧可以表面粘着(Surface Mounting)的方式固定于PCM，另一侧则可以点焊的方式结合外接电极片，所述过电流保护元件30的上、下表面的金属电极可电气连在电源的正负电源端而形成回路，即电源的一端电气连接在所述元件30的上电极层23，电源的另一端电气连接在所述元件30的下金属电极箔213，使所述过电流保护元件30串联在回路中。

传统的PTC元件如果要与金属电极片(如：镍片)结合，因为无法直接利用点焊，所以需要以锡膏回焊的方式进行结合，而回焊的复流(reflow)温度通常需要大于230℃，造成PTC的电阻大幅度提升，进而将影响PTC元件的回复性质。本发明的过电流保护元件因利用点焊，且因绝缘层的保护，其PTC材料层不会有升到高温的现象，所以PTC的电阻可以保持稳定，而不会因点焊制程造成电阻大幅度提升，因此本发明的设计能使PTC元件以点焊方式与金属电极片结合，而不致于影响PTC元件的电阻和回复性质。

另外，如果要将PTC元件固着于PCM板子上，PTC元件通常必须经过回焊制程，因回焊制程会造成PTC元件高温触发(trip)，因此电阻回复性质是判定PTC元件优或劣的重要考虑因素。将传统与本发明的过电流保护元件各取30个进行电气测试比较，其均经250℃的回焊，且触发(trip)回复后测量电阻的变化，即测量触发回复后的电阻与原始电阻的比值R_jump，也就是(R_final/R_initial)。传统过电流保护元件的R_jump值为2.42，而本发明过电流保护元件的R_jump值为2.18，显然本发明的过电流保护元件具有优选的触发回复特性。

本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示而作种种不脱离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并为所附权利要求书所涵盖。

Claims

1.一种过电流保护元件，其特征在于包含：

正温度系数(PTC)元件，其包含PTC材料层和贴附于所述PTC材料层上、下表面的两个金属电极箔；

至少一个绝缘层，其设置于所述PTC元件的表面；

至少一个电极层，其设置于所述绝缘层的表面，使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面；和

至少一个导电通道，其电气连接所述PTC元件和所述电极层，所述导电通道包含：

至少一个盲孔，其贯穿所述电极层和绝缘层到所述PTC元件表面；和

至少一个导电层，其形成于所述盲孔表面，作为所述PTC元件与所述电极层导电之用；

其中所述PTC元件、绝缘层和电极层是层叠结构。

2.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述盲孔是用激光制作的。

3.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述PTC元件的上、下表面均依序设置所述绝缘层和电极层。

4.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于固定设在保护电路模块的表面。

5.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述电极层的厚度介于0.025至0.5mm之间。

6.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述电极层以点焊结合外接电极片。

7.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述PTC材料层是通过结晶性高分子材料与导电填充料混合而成的。

8.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述金属电极箔的厚度介于0.025至0.5mm之间。

9.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层是由聚丙烯、玻璃纤维或环氧树脂组成的。

10.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层的导热系数大于1W/m·K。

11.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层包含导热填料。

12.根据权利要求11所述的过电流保护元件，其特征在于所述导热填料选自氧化铝、氮化硼或氮化铝。

13.一种保护电路板，其特征在于包含：

保护电路模块；和

根据权利要求1所述的过电流保护元件，其固定设在所述保护电路模块的表面。

14.根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于所述过电流保护元件的电极层的厚度介于0.025至0.5mm之间。

15.根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于另包含电极片，以点焊的方式结合在所述过电流保护元件的电极层表面。

16.根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于所述过电流保护元件的绝缘层是由聚丙烯、玻璃纤维或环氧树脂组成的。