CN101299362B - 表面贴装型高分子ptc过流过温保护元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，包括PTC芯片，所述PTC芯片包括PTC材料层和分别贴覆在高分子PTC层上下表面的金属箔电极片；还包括壳体，所述壳体包括底板、盖板和基板，所述基板的中心设有通孔，所述底板、盖板分别盖在基板的上面和下面，所述PTC芯片设置在底板、盖板和基板的通孔之间的空腔内；所述盖板上表面贴合有左右两个焊盘，两个焊盘之间为阻焊膜，所述左焊盘和右焊盘分别与高分子PTC芯片的两个金属箔电极片电连接。与现有技术相比，本发明的特点是通过简单结构把PTC芯片包裹在壳体内部，不直接接触空气，耐候性大大提高。

Description

表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于过电流防护的电子元器件及其制造方法，具体涉及一种表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件及其制造方法。

背景技术

功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有PTC特性的高分子复合导电材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子PTC复合导电材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient“正温度系数”)电阻特性的高分子复合导电材料。也就是说，在一定的温度范围内，这种导电材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。这种过流过温保护元件由高分子材料填充导电粒子复合而成。所述的高分子材料包括热固性聚合物和热塑性聚合物，热塑性聚合物包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；热固性聚合物主要有环氧树脂。导电粒子包括碳黑和金属粉末，以及表面镀有金属的石墨、炭黑、陶瓷微珠、玻璃微珠。常用的金属粉末包括银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉。

利用高分子PTC复合导电材料制成高分子过流过温保护元件，可以作为电路的过流过温保护装置。其串联在电路中使用，电路正常工作时，通过高分子过流过温保护元件的电流较低，其温度较低，呈现低电阻状态，不会影响电路正常工作。而当由电路故障引起的大电流通过此高分子过流过温保护元件时，其温度会突然升高，引起其自身电阻值骤然变大，这样就使电路呈现近似断路状态，从而起到保护电路作用。当故障排除后，高分子过流过温保护元件的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。因此，其实这是一种可以自动恢复的保险丝，已广泛地应用到计算机、通信设备、汽车电子、家用及工业控制电器设备等领域中。

高分子过流过温保护元件在过流防护领域已经得到普遍应用，电子元器件的可表面贴装化是目前的发展趋势，这也对高分子过流过温保护元件的封装技术提出了更高的要求。目前普遍使用的表面贴装型高分子过流过温保护元件，由于过流过温保护元件的侧面，尤其是对于含有金属填料的过流过温保护元件，直接暴露在空气中，容易受到外界环境中氧气及水汽等侵入，造成元件耐候性能变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、耐候性能好的表面贴装型过流过温保护元件及其制造方法，使得其中的高分子PTC复合导电材料可以与空气完全隔离，提高耐候性能，克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，包括PTC芯片，所述PTC芯片包括PTC材料层和分别贴覆在高分子PTC层上下表面的金属箔电极片；其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括底板、盖板和基板，所述基板的中心设有通孔，所述底板、盖板分别盖在基板的上面和下面，所述PTC芯片设置在底板、盖板和基板的通孔之间的空腔内；所述盖板上表面贴合有左右两个焊盘，两个焊盘之间为阻焊膜，所述左焊盘和右焊盘分别与高分子PTC芯片的两个金属箔电极片电连接。

与现有技术相比，本发明通过将高分子PTC芯片设置在壳体内，不直接接触空气，耐候性大大提高，具有结构简单、耐候性好等优点。

优选地，还包括端头，所述底板的下表面上也贴合有左右两个焊盘，左右两个焊盘之间为阻焊膜，底板和盖板的两个左焊盘之间以及两个右焊盘之间分别通过端头电连接。通过在壳体的上下表面均设置焊盘，使整个原件没有方向性，更便于元件的贴装。

优选地，所述壳体上设有两个缺口，所述端头设置于缺口内，所述缺口设置在壳体的左右两端，所述缺口为半圆孔型或半椭圆孔型，所述端头为连接在上下两个左焊盘之间以及上下两个右焊盘之间的金属层。

本发明同时公布了上述过流过温保护元件的制造方法，其包括如下步骤：

1)制备高分子PTC芯片：将高分子PTC复合导电材料和金属箔片电极复合制成片材，分割成一定形状的小片，然后利用物理或化学蚀刻的方法，将不需要的部分金属箔片电极除去；或将高分子PTC复合导电材料和金属箔片电极复合制成片材，利用物理或化学蚀刻的方法，将不需要的部分金属箔片电极除去，然后分割成一定形状的小片；

2)制备基板：取一张与高分子PTC芯片相同厚度的复合树脂板，按照一定的排布打孔，孔的形状与高分子PTC芯片相适应；

3)将高分子PTC芯片放入基板的孔中，在基板两面各盖上一张或多张半固化的复合树脂片，形成盖板和底板，再各加上一张一面粗糙化处理过的金属箔，金属箔的粗糙面向内，然后通过加压加温压合在一起；

4)在得到的复合板材上钻通孔，孔的位置位于最终产品端头的位置，孔的大小足够大，以能够在PTC芯片两端分别形成弧形缺口为准；

5)将步骤4)中所有通孔的内壁镀铜，通孔内壁的铜镀层使得板材两面的金属箔、PTC芯片的金属箔电极片相连接；

6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在底板和盖板表面的金属箔上雕刻对应焊盘的形状；

7)在上下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜阻焊膜；阻焊膜上还可以印刷字符；

8)在上下表面的其余部位再镀金属保护层，形成焊盘；

9)将步骤8)得到的复合板材按单元进行切割，得到独立的最终产品。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构分解图。

图2是图1中实施例的外形图。

图3是本发明实施例在制造过程中完成步骤6后的板材正面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1、图2示出了本发明的一种实施例的结构，本发明表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，包括PTC芯片4和壳体，所述PTC芯片4包括PTC材料层43和分别贴覆在高分子PTC层上下表面的金属箔电极片41和42；所述上下两个金属箔电极片41和42均部分覆盖在高分子PTC材料层43上，所述高分子PTC材料层43的上下两个表面的裸露部分左右相对分布。

所述壳体包括底板6、盖板3和基板5，所述基板5的中心设有通孔8，所述底板6、盖板3分别盖在基板5的上面和下面，所述PTC芯片4设置在底板6、盖板3和基板5的通孔之间的空腔内；所述盖板上表面贴合有左右两个焊盘2和7，两个焊盘之间为阻焊膜1，所述左焊盘2和右焊盘7分别与高分子PTC芯片4的两个金属箔电极片电连接。所述底板6的下表面上贴合有左右两个焊盘2’和7’，左右两个焊盘2’和7’之间为阻焊膜1’，底板6和盖板3的两个左焊盘2和2’之间以及两个右焊盘7和7’之间分别通过端头10电连接。

基板5、盖板3和底板6都由复合树脂板制成，可以热压为一体，从而将PTC芯片4封闭在其中。复合树脂板由高分子树脂与填充材料构成，也可以没有填充材料。高分子树脂可以选自：酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、热固性聚苯醚类树脂或聚酯树脂等；填充材料可以为纸、玻璃纤维布或芳酰胺纤维非织布等；可以是一层板，也可以是上述几种不同材料的多层板。

由金属层构成的左右两个焊盘2、2’、7、7’之间因设有阻焊膜1、1’而相互绝缘；焊盘的金属层可以为：内层是铜层、外层是镍层；或内层是铜层、外层是锡层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是金层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是锡层等结构。金属层厚度0.002～0.20mm。阻焊膜由环氧树脂或聚酰胺或聚酯构成。

壳体的左右两端各设有一个缺口9，缺口9为半圆孔型或半椭圆孔型，缺口9内设有可以导电的端头10，端头10也由金属层构成，金属层的结构与左右焊盘的金属层结构相同，端头10将其两端的焊盘连接起来，相互导通。其中，由于基板右端的焊盘7与PTC芯片4的上极板41是电连接的，左端的焊盘2与PTC芯片4的下极板42是电连接导通的。这样，该过流过温保护元件在使用时，不管是以上面的两个焊盘进行贴装还是以下面的两个焊盘进行贴装，都能保证PTC芯片4的两极被连接在电路中。

上述表面贴装型过流过温保护元件可以通过如下方法制造：

1)制备高分子PTC芯片：将高分子PTC复合导电材料压制成厚度0.45mm的片材，然后利用平板硫化机在两面贴覆厚度0.035mm铜箔，热压成形，得到总厚度0.50mm的复合片材，利用电子加速器辐射交联后，用冲床冲制成3.0mm*4.0mm的方形小片，然后利用蚀刻的方法，将上下表面铜箔各剥除0.5mm*3.0mm区域，然后进行表面铜箔的棕化处理，清洗烘干后备用。

2)制备基板：取一张厚度0.5mm的环氧树脂板作为基板5，按照一定的排布，利用冲床打孔，孔的形状与高分子PTC芯片相适应，孔的尺寸为3.05mm*4.05mm，打孔的方式可以采用激光、钻孔或冲制。

3)将前面得到的高分子PTC芯片4放入一个个孔中，然后在两侧依次各加一张环氧玻纤布半固化片作为盖板3和底板4，再各加上一张一面粗糙化处理过的金属箔，金属箔的粗糙面向内，利用真空热压机热压复合在一起。

4)将上面得到的复合结构的板材按照一定的排布，利用钻床在相应位置打通孔，孔的位置位于最终产品两端的缺口9的位置，孔的大小足够大，以能够在PTC芯片两端分别形成弧形缺口为准；

5)利用化学镀铜方法，将步骤4)中所有通孔的内壁镀铜，通孔内壁的铜镀层使得板材两面的金属箔、PTC芯片的金属箔电极片相连接，镀层厚度0.025-0.05mm；

6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在底板和盖板表面的金属箔上雕刻对应焊盘的形状；如图3中的12，蚀刻前用干膜保护非蚀刻区，蚀刻完后退除保护层。

7)在上下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜，然后加热固化，根据需要可以在阻焊膜表面印刷字符。

8)在上下表面的其余部位再镀金属保护层，形成焊盘；然后经过喷锡或者镀金处理，在孔内及焊盘区完成表面金属处理。

9)将步骤8)得到的复合板材按单元进行切割，得到独立的最终产品。

Claims (10)

1.一种表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，包括PTC芯片(4)，所述PTC芯片(4)包括PTC材料层(43)和分别贴覆在PTC材料层上下表面的金属箔电极片(41，42)；其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括底板(6)、盖板(3)和基板(5)，所述基板(5)的中心设有通孔(8)，所述底板(6)、盖板(3)分别盖在基板(5)的上面和下面，所述PTC芯片设置在底板(6)、盖板(3)和基板(5)的通孔之间的空腔内；所述盖板上表面贴合有左右两个焊盘(2，7)，两个焊盘之间为阻焊膜(1)，所述左焊盘和右焊盘分别与所述PTC材料层上下表面的两个金属箔电极片(41，42)电连接。

2.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征在于：所述贴覆在PTC材料层上下表面的两个金属箔电极片(41，42)均部分覆盖在PTC材料层上，所述PTC材料层的上下两个表面的裸露部分左右相对分布。

3.根据权利要求2所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征在于：还包括端头，所述底板(6)的下表面上贴合有左右两个焊盘(2’，7’)，左右两个焊盘(2’，7’)之间为阻焊膜(1’)，底板(6)和盖板(3)的两个左焊盘(2，2’)之间以及两个右焊盘(7，7’)之间分别通过端头(10)电连接。

4.根据权利要求3所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征在于，所述壳体上设有两个缺口(9)，所述端头(10)设置于缺口(9)内。

5.根据权利要求4所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征在于，所述缺口(9)设置在壳体的左右两端，所述缺口(9)为半圆孔型或半椭圆孔型，所述端头(10)为连接在上下两个左焊盘(2，2’)之间以及上下两个右焊盘(7，7’)之间的金属层。

6.根据权利要求3所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征是：所述盖板上表面的左右焊盘(2，7)和底板下表面的左右焊盘(2’，7’)为金属层。

7.根据权利要求5或6所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征是：所述金属层可以为：内层是铜层、外层是镍层；或内层是铜层、外层是锡层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是金层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是锡层。

8.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征是：所述基板(5)、盖板(3)和底板(6)采用复合树脂板制成。

9.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件，其特征是：所述阻焊膜(1)可选自环氧树脂、聚酰胺或聚酯之一。

10.如权利要求7所述的表面贴装型高分子PTC过流过温保护元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备高分子PTC芯片：将高分子PTC复合导电材料和金属箔片电极复合制成片材，分割成一定形状的小片，然后利用物理或化学蚀刻的方法，将不需要的部分金属箔片电极除去；或将高分子PTC复合导电材料和金属箔片电极复合制成片材，利用物理或化学蚀刻的方法，将不需要的部分金属箔片电极除去，然后分割成一定形状的小片；

2)制备基板：取一张与高分子PTC芯片相同厚度的复合树脂板，按照一定的排布打孔，孔的形状与高分子PTC芯片相适应；

3)将高分子PTC芯片放入基板的孔中，在基板两面各盖上一张或多张半固化的复合树脂片，形成盖板和底板，再各加上一张一面粗糙化处理过的金属箔，金属箔的粗糙面向内，然后通过加压加温压合在一起；

4)在得到的复合板材上钻通孔，孔的位置位于最终产品端头的位置，孔的大小足够大，以能够在PTC芯片两端分别形成弧形缺口为准；

5)将步骤4)中所有通孔的内壁镀铜，通孔内壁的铜镀层使得板材两面的金属箔、PTC芯片的金属箔电极片相连接；

6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在底板和盖板表面的金属箔上雕刻对应焊盘的形状；

7)在所述盖板上表面和底板下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜；

8)在所述盖板上表面和底板下表面的其余部位再镀金属保护层，形成焊盘；

9)将步骤8)得到的复合板材按单元进行切割，得到独立的最终产品。

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