表面贴装型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,由于侧面的过流过温保护元件,尤其是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
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种表面贴装型过流过温保护元件,它采用新型的封装结构,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。
本发明要解决的第二个技术问题是提供了一种上述过流过温保护元件的制造方法。
为了解决上述第一个技术问题,本发明采用如下技术方案:一种表面贴装型过流过温保护元件,包括由高分子复合导电材料构成的PTC芯片,PTC芯片的上下两面设有两个电极板;所述PTC芯片被包裹在一个壳体中,所述壳体为层状结构,包括:内层,由基板构成,基板的中央开孔,用于容纳所述PTC芯片;中间层,由上下两块盖板构成,分别盖在基板的上面和下面,每块盖板的外面都贴合一片第一导电膜,且两块盖板上的第一导电膜分别与PTC芯片的两个电极板电连接;外层,由左右两个焊盘和位于两个焊盘之间的阻焊膜构成,所述两个焊盘分别与两块盖板上的第一导电膜电连接。
与现有技术相比,本发明的特点是PTC芯片嵌在壳体内部,不直接接触空气,耐候性大大提高。
优选地,所述两个盖板的中央都设有一个内孔,内孔内设有导电体,导电体的一端与PTC芯片的电极板电连接,另一端与盖板上的第一导电膜电连接。
优选地,所述导电体由金属镀层构成。
优选地,壳体的上下两面都设有左右两个焊盘,两个左焊盘之间以及两个右焊盘之间各自通过端头电连接。这种结构没有方向性,更便于元件的贴装。
优选地,壳体的两端各设有一个缺口,所述端头位于缺口内。
优选地,所述端头由金属镀层构成。
优选地,所述缺口为半圆孔型或半椭圆孔型。
优选地,所述盖板的外面还贴合一片第二导电膜,同一块盖板上的第二导电膜与第一导电膜之间相互绝缘,且一块盖板上的第一导电膜位于盖板的左端、第二导电膜位于右端;而另一块盖板上的第一导电膜位于右端、第二导电膜位于左端。
优选地,所述第一导电膜和第二导电膜均由金属箔构成。
优选地,所述左右焊盘分别贴合在第一导电膜和第二导电膜上。
优选地,所述左右焊盘由金属镀层构成。
优选地,所述金属镀层的内层是铜层、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。
优选地,所述基板和盖板由复合树脂板制成。
优选地,所述阻焊膜由环氧树脂或聚酰胺或聚酯构成。
为了解决上述第二个技术问题,本发明的技术方案如下:一种表面贴装型过流过温保护元件的制造方法,包括以下步骤:
1)制备PTC芯片:将高分子PTC复合导电材料和金属箔电极板复合制成片材,然后分割成一定形状的小片;
2)制备基板:取一张与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PTC芯片相适应;
3)将PTC芯片放入基板中,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,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与PTC芯片的中心相对应的位置加工盲孔,盲孔的深度刚好穿透盖板,形成盖板上的内孔;
5)在上述盲孔的两侧加工通孔;
6)将上述所有通孔及盲孔内壁镀铜,通孔内壁的铜镀层使得板材两面的金属箔相连接,盲孔内壁的铜镀层使得表面金属箔与PTC芯片的电极板相连接,然后在盲孔内填充液态绝缘材料,并通过加热或其他方式使其固化;
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法,在金属箔上雕刻出第一导电膜和第二导电膜的形状;
8)在上下表面的相应部位印刷或喷涂阻焊膜;
9)在上下表面的其余部位再镀金属保护层,形成焊盘;
10)将步骤9)得到的复合板材按单元进行切割,得到独立的最终产品,在切割过程中,上述通孔被切割为两个半圆孔,形成壳体两端的缺口。
上述方法的步骤1)中最好还包括利用物理或化学的方法将PTC芯片的金属箔电极板粗糙化的过程。
上述方法的步骤2)中打孔的方式可以采用激光、钻孔或冲制。
为了解决上述第二个技术问题,还可以采用如下技术方案:一种表面贴装型过流过温保护元件的制造方法,包括以下步骤:
1)制备PTC芯片:将高分子PTC复合导电材料和金属箔电极板复合制成片材,然后分割成一定形状的小片;
2)制备基板:取一张与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PTC芯片相适应;
3)将PTC芯片放入基板中,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,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与PTC芯片的中心相对应的位置加工盲孔,盲孔的深度刚好穿透盖板,形成盖板上的内孔;
5)在上述盲孔的两侧按一定的宽度开窄槽;
6)将上述所有窄槽内壁及盲孔内壁镀铜,窄槽内壁的铜镀层使得板材两面的金属箔相连接,盲孔内壁的铜镀层使得表面金属箔与PTC芯片的电极板相连接,然后在盲孔内填充液态绝缘材料,并通过加热或其他方式使其固化;
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法,在金属箔上雕刻出第一导电膜和第二导电膜的形状;
8)在上下表面的相应部位再镀金属保护层,形成焊盘;
9)在上下表面的其余部位印刷或喷涂阻焊膜,然后加热固化或光固化;
10)将步骤9)得到的复合板材按单元进行切割,得到独立的最终产品,在切割过程中,上述窄槽被纵向切割为两半,形成壳体两端的端头。
上述方法的步骤1)中最好还包括利用物理或化学的方法将PTC芯片的金属箔电极板粗糙化的过程。
上述方法的步骤9)中还可以包括在阻焊膜上印刷字符的过程。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明第一种实施例的结构分解图。
图2是本发明第一种实施例的外形图。
图3是本发明第二种实施例的外形图。
图4是本发明第一种实施例在制造过程中完成步骤7后的板材正面示意图。
图5是本发明第一种实施例在制造过程中完成步骤7后的板材背面示意图。
图6是本发明第二种实施例在制造过程中完成步骤7后的板材正面示意图。
具体实施方式
图1、图2示出了本发明的第一种实施例的结构,PTC芯片7被包裹在一个层状结构的壳体中,PTC芯片7由高分子复合导电材料构成,其上下两面设有两个电极板。壳体由内层的基板8、中间层的盖板4、11和外层的焊盘2、15阻焊膜1、14构成。基板8与盖板4、11都由树脂板制成,可以热压为一体,从而将PTC芯片7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。高分子树脂有: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,聚酯树脂等;填充材料有纸,玻璃纤维布,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。
基板8的厚度与PTC芯片7的厚度相同,基板8的中央开孔9,PTC芯片7正好镶嵌在孔9中,其电极板位于上下两面。
两块盖板4、11分别盖在基板8的上面和下面,上盖板4的中央设有一个内孔5,上盖板4的上面靠右端贴合一片第一导电膜6,靠左端贴合一片第二导电膜3,第一导电膜6与第二导电膜3之间相互隔离绝缘,内孔5的内壁上设有金属镀层,金属镀层将第一导电膜6与PTC芯片7的上极板连接起来;下盖板11的中央设有一个内孔12,下盖板11的下面靠左端贴合一片第一导电膜13,靠右端贴合一片第二导电膜10,第一导电膜13与第二导电膜10之间相互隔离绝缘,内孔12的内壁上设有金属镀层,金属镀层将第一导电膜13与PTC芯片7的下极板连接起来。第一导电膜与第二导电膜均由金属箔构成,厚度0.01—0.10mm。
由金属镀层构成的左右两个焊盘2镀在上盖板的第一导电膜6与第二导电膜3上,两个焊盘2之间因设有阻焊膜1而相互绝缘;由金属镀层构成的左右两个焊盘15镀在下盖板的第一导电膜13与第二导电膜10上,两个焊盘15之间因设有阻焊膜14而相互绝缘。焊盘的金属镀层内层是铜层、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。镀层厚度0.002—0.20mm。阻焊膜由环氧树脂或聚酰胺或聚酯构成。
壳体的两端各设有一个缺口16,缺口16为半圆孔型或半椭圆孔型,缺口16内设有可以导电的端头17,端头17也由金属镀层构成,端头17将其两端的焊盘2、15连接起来,相互导通。其中,由于右端的一个焊盘2与上盖板上的第一导电膜6相导通,而第一导电膜6与PTC芯片7的上极板是电连接的,因此,右端的焊盘2、15与PTC芯片7的上极板是电连接导通的;同理,左端的焊盘2、15与PTC芯片7的下极板是电连接导通的。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2进行贴装还是以下面的两个焊盘15进行贴装,都能保证PTC芯片7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:
将高分子PTC复合导电材料压制成厚度0.49mm的片材,然后利用平板硫化机在两面贴覆厚度0.05mm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,用冲床冲制成直径3.0mm的圆形小片,然后进行表面铜箔的棕化处理,清洗烘干后备用。
取一张厚度0.5mm的环氧树脂板,按照一定的排布,利用冲床打孔,直径3.06mm,将前面得到的高分子PTC复合导电材料圆形小片放入一个个圆孔中,然后在两侧依次各加一张PI,一张PP,一张铜箔,铜箔粗燥化面向内,利用真空热压机热压复合在一起。
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盲孔和通孔,如图4、图5所示,盲孔5、12的位置与PTC芯片的位置相对应,PTC芯片的电极板正好在盲孔中露出来,通孔18的位置对应于元件两端的缺口。
利用化学镀铜方法,将上述复合结构的板材所有通孔及盲孔内壁镀铜,通孔内壁的铜镀层使得板材两面的铜箔相连接,盲孔内壁的铜镀层使得表面铜箔与PTC芯片的电极板相连接,镀层厚度0.025-0.05mm。然后在盲孔内填充液态环氧树脂,并且通过加热使其固化。
利用蚀刻的方法,在铜箔上蚀刻出第一导电膜和第二导电膜的形状,如图4、图5中的第一导电膜6、13和第二导电膜3、10,蚀刻前用干膜或湿膜保护非蚀刻区,蚀刻完后退除保护层。在表面非焊盘部位印刷阻焊膜,然后加热固化,根据需要可以在阻焊膜表面印刷字符。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。
最后利用划片机进行切割,得到独立的最终产品,如图2所示。
图3所示的本发明的第二种实施例与第一种实施例的区别在于,壳体的两端没有缺口,端头17分布在整个端面上,其余结构与第一种实施例相同。
这种结构的元件,其制造过程如下:
将高分子PTC复合导电材料压制成厚度0.49mm的片材,然后利用平板硫化机在两面贴覆厚度0.05mm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,用冲床冲制成直径3.0mm的圆形小片,然后进行表面铜箔的棕化处理,清洗烘干后备用。
取一张厚度0.5mm的环氧树脂板,按照一定的排布,利用冲床打孔,直径3.06mm,将前面得到的高分子PTC复合导电材料圆形小片放入一个个圆孔中,然后在两侧依次各加一张PI,一张PP,一张铜箔,铜箔粗燥化面向内,利用真空热压机热压复合在一起。
将上面得到的复合结构的板材按照一定的排布,先利用钻床在相应位置打盲孔,如图6所示,盲孔5的位置与PTC芯片的位置相对应。
然后将上面得到的复合结构的板材按照一定的排布,利用铣床开窄槽,槽宽1.6mm,如图6所示,窄槽19的位置对应于元件的端头。
利用化学镀铜方法,将上述复合结构的板材所有窄槽内壁及盲孔内壁镀铜,窄槽内壁的铜镀层使得板材两面的铜箔相连接,盲孔内壁的铜镀层使得表面铜箔与PTC芯片的电极板相连接,镀层厚度0.025-0.05mm。然后在盲孔内填充液态环氧树脂,并且通过加热使其固化。
利用蚀刻的方法,在铜箔上刻出第一导电膜6和第二导电膜3的形状,如图6所示。蚀刻前用干膜或湿膜保护非蚀刻区,蚀刻完后退除保护层。在表面非焊盘部位印刷阻焊膜,然后加热固化。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。
最后利用划片机进行切割,得到独立的最终产品,如图3所示。