CN101335125A - 一种表面贴装型过流过温保护元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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芯片被包裹在一个壳体中，壳体为层状结构：内层由基板构成，基板的中央开孔，用于容纳所述PTC芯片；中间层由盖在基板的上面和下面的两块盖板构成，每块盖板的内表面都贴合一片半长的导电膜，两片导电膜分别与PTC芯片的两个表面电连接；外层由贴合在盖板外表面上的两个焊盘和阻焊膜构成；壳体的两端设有两个端头，一个端头将左焊盘与一片导电膜电连接，另一个端头将右焊盘与另一片导电膜电连接。本发明的PTC芯片嵌在元件内部，不直接接触空气，耐候性提高，结构简单，便于加工制造。本发明同时公开了这种元件的制造方法。
Description
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。这种高分子PTC材料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、玻璃微珠等。常用的金属粉末包括银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉等。这种高分子PTC导电材料中还可以包含二氧化硅、碳酸钙、氧化铝、氧化钛、氢氧化铝、氢氧化镁等绝缘填料。
利用高分子PTC材料制成过流过温保护元件，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，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。
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过流过温保护元件，如中国实用新型专利CN2591719Y公开的一种叠层表面贴装用高分子PTC热敏电阻器，由于侧面的高分子PTC材料，尤其是含有金属填料的高分子PTC材料，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。有些产品虽然做到了高分子PTC材料完全包埋在元件内部，但是结构复杂，生产制造难度大。
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，它具有很好的耐候性能，并且结构简单，容易加工成型。
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，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，每块盖板的内表面都贴合一片半长的导电膜，这两片导电膜分别与PTC芯片的两个表面电连接，且其中一片导电膜靠近左端，另一片导电膜靠近右端；外层，由贴合在上盖板外表面上的左右两个焊盘和位于两个焊盘之间的阻焊膜构成；壳体的两端设有两个端头，一个端头将左焊盘与一片导电膜电连接，另一个端头将右焊盘与另一片导电膜电连接。
本发明的有益效果是PTC芯片嵌在元件内部，不直接接触空气，耐候性提高，并且结构简单，便于加工制造。
优选地，下盖板的外表面上也贴合有左右两个焊盘和位于这两个焊盘之间的阻焊膜，这两个焊盘也分别与两个端头电连接。
优选地，所述阻焊膜由环氧树脂或聚酰胺或聚酯构成。
优选地，所述焊盘由内层的金属箔和外层的金属镀层构成。
优选地，所述金属镀层是镍层或锡层，或内层是镍层、外层是金层，或内层是镍层、外层是锡层。
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，所述缺口为半圆孔型或半椭圆孔型。
优选地，所述端头由金属镀层构成。
优选地，所述基板和盖板由复合树脂板制成。
优选地，所述导电膜由金属箔构成。
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复合导电材料制成片材，然后分割成一定形状的小片；
2)制备盖板：取两张双面贴覆金属箔的复合树脂片，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，按照一定的排布分别在其一侧金属箔上雕刻出导电膜的形状；
3)制备基板：取一张与PTC芯片相同厚度的半固化复合树脂板，按照排布打孔，孔的形状与PTC芯片相适应；
4)将PTC芯片放入基板中，然后再在基板两侧盖上步骤2)中加工好的盖板，形成三明治结构，要求没有雕刻图形的金属箔面向外，然后加压加温固化，得到复合结构的板材；
5)在上步得到的复合结构的板材上按照一定的排布钻通孔，孔的位置对应于元件壳体两端的缺口位置；
6)将所有通孔内壁镀铜；
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在盖板外表面的金属箔上分别雕刻出焊盘的形状；
8)在焊盘区域及通孔内壁再镀锡层，或者镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；
9)在表面非焊盘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，
上述通孔被切割为两个半圆孔，形成壳体两端的缺口。
优选地，在上述方法中，高分子PTC复合导电材料在步骤1)制成片材之前，利用化学方法交联；也可以在制成片材后，分割成小片前利用电子束或γ射线辐照交联；也可以分割成小片后利用电子束或γ射线辐照交联；也可以在步骤4)后利用电子束或γ射线辐照交联。
上述步骤3)中打孔的方式可以采用激光、钻孔或冲制。
上述步骤9)中还可以包括在阻焊膜上印刷字符的过程。
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复合导电材料制成片材，然后分割成一定形状的小片；
2)制备盖板：取两张双面贴覆金属箔的复合树脂片，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，按照一定的排布分别在其一侧金属箔上雕刻出导电膜的形状；
3)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；
4)将PTC芯片放入基板中，然后再在基板两侧盖上步骤2)中加工好的盖板，形成三明治结构，要求没有雕刻图形的金属箔面向外，然后加压加温固化，得到复合结构的板材；
5)在上步得到的复合结构的板材上按照排布开窄槽，窄槽的位置对应于元件的两端；
6)将上述所有窄槽内壁镀铜；
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在盖板外表面的金属箔上分别雕刻出焊盘的形状；
8)在焊盘区域及窄槽内壁再镀锡层，或者镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；
9)在表面非焊盘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。
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6被包裹在一个层状结构的壳体中，PTC芯片6由高分子复合导电材料构成。壳体由内层的基板7、中间层的盖板4、9和外层的焊盘1、2、10、11阻焊膜3、12构成。基板7与盖板4、9都由复合树脂板制成，可以热压为一体，从而将PTC芯片6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7的厚度与PTC芯片6的厚度相同，基板7的中央开孔，PTC芯片6正好镶嵌在孔中。
两块盖板4、9分别盖在基板7的上面和下面，上盖板4的内表面贴合一片半长的导电膜5，导电膜5紧贴在PTC芯片6的上表面上，从而与PTC芯片6的上表面电连接，导电膜5与壳体的左端对齐，但没有达到壳体的右端；下盖板9的内表面贴合一片半长的导电膜8，导电膜8紧贴在PTC芯片6的下表面上，从而与PTC芯片6的下表面电连接，导电膜8与壳体的右端对齐，但没有达到壳体的左端。导电膜5、8均由金属箔构成，厚度0.01-0.10mm。
左右两个焊盘1、2设在上盖板4外表面的两端，两个焊盘1、2之间因设有阻焊膜3而相互绝缘；底面的左右两个焊盘10、11设在下盖板9外表面的两端，两个焊盘10、11之间因设有阻焊膜12而相互绝缘。焊盘由贴合在盖板上的金属箔和镀在金属箔上的金属镀层构成，金属镀层可以是镍层或锡层，或内层是镍层、外层是金层，或内层是镍层、外层是锡层。镀层厚度0.002-0.20mm。阻焊膜3、12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13，缺口13为半圆孔型或半椭圆孔型，缺口13内设有可以导电的端头14，端头14也由金属镀层构成，一个端头14将其两端的左焊盘1、10以及导电膜5连接起来，相互导通；另一个端头14将其两端的右焊盘2、11以及导电膜8连接起来，相互导通。由于两个左焊盘1、10与导电膜5相导通，而导电膜5与PTC芯片6的上表面是电连接的，因此，左焊盘1、10与PTC芯片6的上表面是电连接导通的；同理，右焊盘2、11与PTC芯片6的下表面是电连接导通的。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1、2进行贴装还是以下面的两个焊盘10、11进行贴装，都能保证PTC芯片6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0.50mm的片材，利用电子加速器辐射交联后，用冲床冲制成直径3.0mm的圆形小片备用。
取两张厚度0.3mm双面覆铜环氧树脂片，按照排布，利用蚀刻的方法，在其中一张环氧树脂片的一侧金属箔上雕刻出导电膜5的形状，如图4所示；在另一张环氧树脂片的一侧金属箔上雕刻出导电膜8的形状，如图5所示，每个单元图形为5.1mm*4.6mm的矩形。
取一张厚度0.5mm的半固化环氧树脂板，按照排布利用冲床打孔，直径3.06mm，将前面得到的高分子PTC材料小片放入一个个圆孔中，然后再在半固化复合树脂板两侧盖上上述加工好的双面覆铜环氧树脂片，形成三明治结构，要求没有刻蚀图形的金属箔面向外，然后利用平板硫化机热压复合在一起，加压加温固化，最终得到复合结构的板材。
将上面得到的复合结构的板材按照排布，利用钻床打通孔15，直径1.6mm，如图4、图5所示，通孔15的位置对应元件两端的缺口。
利用化学镀铜方法，将上述所有通孔内壁镀铜，镀层厚度0.05mm。
利用蚀刻的方法，在外表面的铜箔上按排布雕刻出焊盘1、2的形状(见图4)和焊盘10、11的形状(见图5)。蚀刻前用干膜或湿膜保护非蚀刻区，蚀刻完后退除保护层。然后经过喷锡处理，在孔内及焊盘区域镀纯锡。需要事先保护非焊盘区域表面，喷锡完成后去除保护层。
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。最后利用划片机进行切割，得到独立的最终产品。在切割过程中，通孔15被切割为两个半圆孔，形成壳体两端的缺口13。产品尺寸6.4mm*4.6mm*1.2mm，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14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0.50mm的片材，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。
取两张厚度0.3mm双面覆铜环氧树脂片，按照排布，利用蚀刻的方法，在其中一张环氧树脂片的一侧金属箔上雕刻出导电膜5的形状，如图6所示；在另一张环氧树脂片的一侧金属箔上雕刻出导电膜8的形状，每个单元图形为5.1mm*4.6mm的矩形。
取一张厚度0.5mm的半固化环氧树脂板，按照排布利用冲床打孔，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，然后再在半固化复合树脂板两侧盖上上述加工好的双面覆铜环氧树脂片，形成三明治结构，要求没有刻蚀图形的金属箔面向外，然后利用平板硫化机热压复合在一起，加压加温固化，最终得到复合结构的板材。
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16，如图6所示，槽宽1.6mm，窄槽16的位置对应于元件的两端。
利用化学镀铜方法，将上述所有窄槽内壁镀铜，镀层厚度0.05mm。
利用蚀刻的方法，在外表面的铜箔上按排布雕刻出焊盘1、2的形状(见图6)和焊盘10、11的形状。蚀刻前用干膜或湿膜保护非蚀刻区，蚀刻完后退除保护层。然后经过喷锡处理，在孔内及焊盘区域镀纯锡。需要事先保护非焊盘区域表面，喷锡完成后去除保护层。
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。最后利用划片机进行切割，得到独立的最终产品。在切割过程中，窄槽16被纵向切割为两半，形成壳体两端的端头14。产品尺寸5.0mm*4.6mm*1.2mm，如图3所示。
Claims (16)
1.一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(6)，其特征是所述PTC芯片(6)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(7)构成，基板(7)的中央开孔，用于容纳所述PTC芯片(6)；中间层，由上下两块盖板(4，9)构成，分别盖在基板(7)的上面和下面，每块盖板(4，9)的内表面都贴合一片半长的导电膜(5，8)，这两片导电膜(5，8)分别与PTC芯片(6)的两个表面电连接，且其中一片导电膜(5)靠近左端，另一片导电膜(8)靠近右端；
外层，由贴合在上盖板(4)外表面上的左右两个焊盘(1，2)和位于两个焊盘之间的阻焊膜(3)构成；
壳体的两端设有两个端头(14)，一个端头将左焊盘(1)与一片导电膜(5)电连接，另一个端头将右焊盘(2)与另一片导电膜(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：下盖板(9)的外表面上也贴合有左右两个焊盘(10，11)和位于这两个焊盘(10，11)之间的阻焊膜(12)，这两个焊盘(10，11)也分别与两个端头电连接。
3.根据权利要求2所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述阻焊膜(3，12)由环氧树脂或聚酰胺或聚酯构成。
4.根据权利要求2所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述焊盘(1，2，10，11)由内层的金属箔和外层的金属镀层构成。
5.根据权利要求4所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述金属镀层是镍层或锡层，或内层是镍层、外层是金层，或内层是镍层、外层是锡层。
6.根据权利要求1所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：壳体的两端各设有一个缺口(13)，所述端头(14)位于缺口(13)内。
7.根据权利要求6所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述缺口(13)为半圆孔型或半椭圆孔型。
8.根据权利要求1或6所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述端头(14)由金属镀层构成。
9.根据权利要求1所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述基板(7)和盖板(4，9)由复合树脂板制成。
10.根据权利要求1所述的一种表面贴装型过流过温保护元件，其特征是：所述导电膜(5，8)由金属箔构成。
11.一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复合导电材料制成片材，然后分割成一定形状的小片；
2)制备盖板：取两张双面贴覆金属箔的复合树脂片，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，按照一定的排布分别在其一侧金属箔上雕刻出导电膜的形状；
3)制备基板：取一张与PTC芯片相同厚度的半固化复合树脂板，按照排布打孔，孔的形状与PTC芯片相适应；
4)将PTC芯片放入基板中，然后再在基板两侧盖上步骤2)中加工好的盖板，形成三明治结构，要求没有雕刻图形的金属箔面向外，然后加压加温固化，得到复合结构的板材；
5)在上步得到的复合结构的板材上按照一定的排布钻通孔，孔的位置对应于元件壳体两端的缺口位置；
6)将所有通孔内壁镀铜；
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在盖板外表面的金属箔上分别雕刻出焊盘的形状；
8)在焊盘区域及通孔内壁再镀锡层，或者镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；
9)在表面非焊盘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，上述通孔被切割为两个半圆孔，形成壳体两端的缺口。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征是：高分子PTC复合导电材料在步骤1)制成片材之前，利用化学方法交联；也可以在制成片材后，分割成小片前利用电子束或γ射线辐照交联；也可以分割成小片后利用电子束或γ射线辐照交联；也可以在步骤4)后利用电子束或γ射线辐照交联。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征是：步骤3)中打孔的方式可以采用激光、钻孔或冲制。
14.根据权利要求11所述的制造方法，其特征是：步骤9)中还包括在阻焊膜上印刷字符的过程。
15.一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复合导电材料制成片材，然后分割成一定形状的小片；
2)制备盖板：取两张双面贴覆金属箔的复合树脂片，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，按照一定的排布分别在其一侧金属箔上雕刻出导电膜的形状；
3)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；
4)将PTC芯片放入基板中，然后再在基板两侧盖上步骤2)中加工好的盖板，形成三明治结构，要求没有雕刻图形的金属箔面向外，然后加压加温固化，得到复合结构的板材；
5)在上步得到的复合结构的板材上按照排布开窄槽，窄槽的位置对应于元件的两端；
6)将上述所有窄槽内壁镀铜；
7)利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在盖板外表面的金属箔上分别雕刻出焊盘的形状；
8)在焊盘区域及窄槽内壁再镀锡层，或者镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；
9)在表面非焊盘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。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征是：高分子PTC复合导电材料在步骤1)制成片材之前，利用化学方法交联；也可以在制成片材后，分割成小片前利用电子束或γ射线辐照交联；也可以分割成小片后利用电子束或γ射线辐照交联；也可以在步骤4)后利用电子束或γ射线辐照交联。
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