CN103236380A - 一种过流过压保护元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流过压保护元件及其制造方法，所述过流过压保护元件，包括承载板、熔体、上盖板和端面电极。承载板的中电极分隔为至少三个孤立的区域；熔体覆盖于中电极上，使中电极彼此孤立的区域形成电连接；上盖板为开口朝向承载板的凹槽结构，其开口端与承载板粘结结合形成一空腔；端面电极设置于承载板和上盖板两侧，使上电极、中电极和下电极之间形成电连接。本发明采用耐高温高分子材料，在不影响保护元件耐热性的同时，也有很好的隔热效果；熔体采用真空溅射、真空蒸镀或电镀方式，使熔体直接与电极连接，受热后不会部分熔体的熔化而发生漂移；本发明在熔体上方增设间隙，可以使熔化的后的熔体很好的被间隙吸收而不形成拱起的锡山。

Description

一种过流过压保护元件及其制造方法

技术领域

本发明属于过流过压保护元件领域，具体涉及一种用于过流过压保护元件的结构及制造方法。

背景技术

搭载于二次电池的保护元件，需要具备过电流过电压保护功能，现有的过电流过电压保护元件在低温熔体旁设有发热体，其作用机理为：第一种状况，当电路中电流过大时低温熔体因其自身发热而熔断，电路断开；第二种状况，当电池充电电压过大时，电池本身释放电流通过发热体，使发热体发热，发热体发出的热量达到低温熔体的熔点，使连接电极的低温熔体熔融断开，从而切断电路。

如专利CN102362328A和CN102468645A所述，两者都采用陶瓷作为基底，陶瓷有很好的耐热性，但本身也具有很好的导热性。当保护元件经过红外线回流焊炉时，位于基板上的低熔点金属层容易受热熔化，不利于操作；另外，发热体也位于陶瓷基板上，发热体发出的热部分传给了陶瓷基片，延迟低熔点合金的熔断时间；熔体位于中电极上，通过低熔点合金片利用锡膏焊接、电弧焊接、超音波焊接、激光焊接、热压焊接或熔接使低熔点合金片与电极连接的方式对设备的要求较高，不利于大批量生产。

如专利CN102362328A所述，其主要通过采用放射状锡膏层的方式来提升对熔化后低熔点合金的吸收力度，而专利CN102468645A所述，主要通过桥接结构来改善低熔点合金的吸收力度，然而对于目前保护元件往轻、薄、短、小趋势发展的今天，显然不是理想的保护方式。

发明内容

针对现有技术中过流过压保护元件存在的上述问题，本发明提供一种过流过压保护元件及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种过流过压保护元件，包括承载板、熔体、上盖板和端面电极：

所述承载板包括中电极、下电极、电阻层、第一绝缘层、第二绝缘层，所述中电极分隔为至少三个孤立的区域，中电极和下电极之间设有电阻层和电阻电极，下电极与电阻层之间设有第一绝缘层，中电极与电阻层之间设有第二绝缘层；

所述熔体覆盖于中电极上，使中电极彼此孤立的区域形成电连接；

所述上盖板为开口朝向承载板的凹槽结构，包括开口端和与开口端相对的封闭端，所述开口端与承载板粘结结合形成一空腔，所述封闭端的外侧设有上电极，所述封闭端的内侧设有助熔层；

所述端面电极设置于承载板和上盖板两侧，使上电极、中电极和下电极之间形成电连接。

进一步，所述助熔层与熔体之间设有间隙，间隙内设有助熔剂。

进一步，所述熔体包括第一金属层和第二金属层，所述第二金属层连续布设于中电极上以及中电极彼此孤立的区域之间，使中电极彼此孤立的区域形成电连接，所述第一金属层设置于第二金属层上。

进一步，所述熔体包括第一金属层和焊锡膏，所述第一金属层为层状结构，第一金属层通过焊锡膏与中电极彼此孤立的区域相连接。

进一步，所述第一绝缘层和第二绝缘层为耐高温的有机高分子材料。

进一步，所述上盖板的开口端与承载板通过胶粘剂粘合。

进一步，所述助熔层为金属平面。

一种过流过压保护元件阵列，包括若干个上述过流过压保护元件。

一种上述过流过压保护元件阵列的制造方法，具体包括如下步骤：

(a)制备承载板：在一块双面覆有金属箔的基板的一侧形成电阻体阵列，所述电阻体阵列包含电阻电极阵列和电阻阵列，在基板的另一侧形成下电极图案，然后在电阻体阵列一侧贴附第二绝缘层，并在第二绝缘层上贴附铜箔，然后在铜箔上形成中电极阵列，然后在中电极上形成熔体；

(b)制备上盖板：上盖板一侧形成凹槽阵列，并在凹槽内形成助熔层阵列，凹槽的另一侧形成上电极；

(c)组合：在熔体上涂布助熔剂，在上盖板与承载板粘合部位涂布胶粘剂，并将上盖板与承载板对位粘合内部形成空腔阵列，使胶粘剂固化；

(d)形成端面电极：在基于空腔的X和Y方向形成通孔阵列，并形成端面电极，使上电极、中电极及下电极形成电连接；

(e)分割成型：对已完成的通孔阵列基板进行分割，形成单个过流过压保护元件。

进一步，步骤（a）中采用真空溅射方法形成电阻体阵列。

进一步，步骤（a）中采用刻蚀方法形成下电极。

进一步，步骤（a）中形成熔体的方法为：先采用真空溅射的方式在中电极上沉积第二金属层，然后再采用电镀的方式电镀上第一层金属层。

进一步，步骤（b）中上盖板的制备过程具体为：准备一块双面覆铜基板和一块绝缘基板；在绝缘基板上采用机械或冲压的方式做好通孔阵列；在双面覆铜基板一侧形成上电极，在另一侧形成助熔层；然后在双面覆铜基板和绝缘基板的结合部位涂布粘合剂，对位准确后粘合，并使粘合剂固化。

进一步，步骤（b）中上盖板的制备过程具体为：准备一块单面的覆铜基板；采用机械加工方式形成凹槽；然后在凹槽内形成助熔层；然后在无凹槽的一侧形成上电极。

本发明的有益效果是：

1、采用耐高温高分子材料，在不影响保护元件耐热性的同时，也有很好的隔热效果，使保护元件可以顺利经过回流焊炉而熔体不发生熔断，而当达到动作电流或动作电压时，熔体能快速发生动作而熔断；

2、熔体不再使用焊接的方式，而采用真空溅射，真空蒸镀或电镀方式，使熔体直接与电极连接，受热后不会部分熔体的熔化而发生漂移；

3、熔体层熔化后，往往与熔体面垂直的方向扩展的趋势要大于往平面扩展的趋势，因此本发明在熔体上方增设间隙，可以使熔化的后的熔体很好的被间隙吸收而不是形成拱起的锡山；

4、间隙内设有助熔剂，毛细管效应能很好的吸附助熔剂而不会因为熔化而流失。

附图说明

图1为本发明第一实施例的保护元件的立体效果图；

图2为本发明第一实施例的保护元件的剖视示意图（沿图1的Y-Y方向）；

图3为本发明第一实施例的保护元件工作后使熔体熔断后的效果图；

图4为本发明第一实施例电阻电极形成后的示意图；

图5为本发明第一实施例下电极形成后的示意图；

图6为本发明第一实施例电阻形成后的示意图；

图7为本发明第一实施例中电极形成后的示意图；

图8为本发明第一实施例熔体形成后示意图；

图9为图8中a部分的放大结构示意图；

图10为本发明第一实施例上盖制作过程中通孔板示意图；

图11为本发明第一实施例上盖制作过程中上电极所在板示意图；

图12为本发明第一实施例上盖板完成后助熔层面示意图；

图13为本发明第一实施例上盖板完成后上电极面示意图；

图14为本发明第一实施例上盖板与承载板组合后示意图；

图15为本发明第一实施例过程中钻孔完成经电镀后的效果示意图；

图16为本发明第二实施例中承载板中电极上印刷锡膏图形的示意图；

图17为本发明第二实施例中承载板上低熔点合金焊接后示意图；

图18为图17中b部分的放大结构示意图；

图19为本发明第二实施例的保护元件的剖视示意图。

图中：1、中电极；2、下电极；3、电阻层；4、第一绝缘层；5、第二绝缘层；6、第一金属层；7、上盖板；8、端面电极；9、电阻电极；10、上电极；11、助熔层；12、助熔剂；13、间隙；14、第一虚拟分割线；15、第二虚拟分割线；16、第二金属层；17、胶粘剂；18、焊锡膏；19、低熔点合金片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明所述一种过流过压保护元件，包括承载板、熔体、上盖板7和端面电极8：

承载板包括中电极1、下电极2、电阻层3、第一绝缘层4、第二绝缘层5，所述中电极1分隔为至少三个孤立的区域，中电极1和下电极2之间设有电阻层3和电阻电极9，下电极2与电阻层3之间设有第一绝缘层4，中电极1与电阻层3之间设有第二绝缘层5；

熔体覆盖于中电极1上，使中电极1彼此孤立的区域形成电连接；

上盖板7为开口朝向承载板的凹槽结构，包括开口端和与开口端相对的封闭端，所述开口端与承载板粘结结合形成一空腔，所述封闭端的外侧设有上电极10，所述封闭端的内侧设有助熔层11；助熔层11与熔体之间还可以设有间隙13，间隙13内设有助熔剂12。

端面电极8设置于承载板和上盖板7两侧，使上电极10、中电极1和下电极2之间形成电连接。

本发明所述一种过流过压保护元件的第一种实施例为：所述熔体包括第一金属层6和第二金属层16，所述第二金属层16连续布设于中电极1上以及中电极1彼此孤立的区域之间，使中电极1彼此孤立的区域形成电连接，所述第一金属层6设置于第二金属层16上。

本发明所述一种过流过压保护元件的第二种实施例为：所述熔体包括焊锡膏18和低熔点合金片19，所述低熔点合金片19为薄片状，低熔点合金片19通过焊锡膏18与中电极彼此孤立的区域相连接。

本发明第一实施例的保护元件的立体效果图如图1所示；本发明第一实施例的保护元件的剖视图（沿图1的Y-Y方向）如图2所示；本发明第一实施例的保护元件工作后使熔体熔断后的效果图如图3所示。

本发明所述一种上述过流过压保护元件阵列的制造方法，具体包括如下步骤：

(a)制备承载板：在一块双面覆有金属箔的基板的一侧形成电阻体阵列，所述电阻体阵列包含电阻电极阵列和电阻阵列，在基板的另一侧形成下电极图案，然后在电阻体阵列一侧贴附第二绝缘层，并在第二绝缘层上贴附铜箔，然后在铜箔上形成中电极阵列，然后在中电极上形成熔体；

(b)制备上盖板：上盖板一侧形成凹槽阵列，并在凹槽内形成助熔层阵列，凹槽的另一侧形成上电极；

(c)组合：在熔体上涂布助熔剂，在上盖板与承载板粘合部位涂布胶粘剂，并将上盖板与承载板对位粘合内部形成空腔阵列，使胶粘剂固化；

(d)形成端面电极：在基于空腔的X和Y方向形成通孔阵列，并形成端面电极，使上电极、中电极及下电极形成电连接；

(e)分割成型：对已完成的通孔阵列基板进行分割，形成单个过流过压保护元件。

下面，基于图4至图15对本发明的保护元件的第一实施例进行说明。

准备一块双面金属中间绝缘的基板，在此优先选择双面覆铜基板，中间的绝缘基材选择耐热温度大于400摄氏度的绝缘材料，如图4所示，在其一侧形成电阻电极阵列，如图5所示，在相对的一侧形成下电极阵列，可以采用蚀刻，镭射雕刻或机械雕刻等方式，优选的是蚀刻方式；然后在电阻电极上形成电阻，如图6所示，电阻部分可以采用真空溅射，电镀，化学镀，电子束焊接等方式，优选的是真空溅射；接着在电阻体上贴附第二绝缘层，然后在第二绝缘层上贴附铜箔，加热使第二绝缘层固化，然后在铜箔上形成中电极阵列，如图7所示；接着在中电极上形成熔体，形成的熔体连接中电极三个独立的区域，如图8和图9所示，形成熔体的方式可以采用真空溅射，化学镀及电镀等方式，优选的是先采用真空溅射的方式先沉积上一层金属层，然后再采用电镀的方式电镀上另一层金属层，先沉积的金属层可以是金、银、铜、锡等金属或金属合金，后电镀的金属层可以是低熔点的锡或锡合金。到此，承载板制作完成。

准备一块双面覆铜基板和一块绝缘基板，在绝缘基板上采用机械或冲压的方式做好如图10所示的通孔阵列，采用蚀刻的方式在双面覆铜基板一侧形成上电极，在另一侧形成助熔层，做好的双面覆铜基板如图11所示。然后在两者的结合部位涂布粘合剂，对位准确后粘合，并使其固化。到此，上盖板制作完成如图12和图13所示。

在上盖板有凹槽的一面与承载板有熔体的一面的结合部位涂布胶粘剂，并在熔体上涂布助熔剂，将两块板对位准确后粘合，然后使胶粘剂固化。如图14所示。

将粘合后的基板钻孔，钻通孔部位如图15所示，钻孔后孔内露出中电极，再通过化学镀或电镀形成端面电极，使上电极、中电极及下电极形成电连接。

如图15所示描述了第一虚拟分割线13和第二虚拟分割线14的具体位置，将整板的保护元件沿此分割线切开，即形成了单个的保护元件。

下面，基于图16至图19对本发明的保护元件的第二实施例进行说明,。在此，与第一实施方式相同的部件省略说明。该实施方式与第一实施方式的不同在于：

上盖板的制作方式如下：

准备一块单面的覆铜基板，采用机械加工方式形成凹槽后，然后在凹槽内形成助熔层，形成助熔层可以采用真空溅射或化学镀，然后在无凹槽的一侧形成上电极，做好的上盖板如图12所示；同样可以采用蚀刻，镭射雕刻或机械雕刻等方式，优选的是蚀刻方式。

承载板上熔体的制作方式如下：

在中电极上印刷焊锡膏，如图16所示，把低熔点合金片通过镭射焊接的方式使得部分焊锡膏受热熔化，使低熔点合金片与中电极形成电连接，如图17和图18所示；也可以采用热压焊接的方式；焊锡膏的厚度越低越有利于保护元件的薄型化及保护元件的熔断特性。第二实施例制作的单个的电流电压保护元件的结构如图19所示。

本发明采用黄光微影技术来形成电极及熔体的图形，避免了采用大量消耗电能的厚膜印刷烧结工艺，节能降耗。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种过流过压保护元件，包括承载板、熔体、上盖板（7）和端面电极（8）：

所述承载板包括中电极（1）、下电极（2）、电阻层（3）、第一绝缘层（4）、第二绝缘层（5），所述中电极（1）分隔为至少三个孤立的区域，中电极（1）和下电极（2）之间设有电阻层（3）和电阻电极（9），下电极（2）与电阻层（3）之间设有第一绝缘层 (4)，中电极（1）与电阻层（3）之间设有第二绝缘层(5)；

所述熔体覆盖于中电极（1）上，使中电极（1）彼此孤立的区域形成电连接； 

所述上盖板（7）为开口朝向承载板的凹槽结构，包括开口端和与开口端相对的封闭端，所述开口端与承载板粘结结合形成一空腔，所述封闭端的外侧设有上电极(10)，所述封闭端的内侧设有助熔层(11)；

所述端面电极（8）设置于承载板和上盖板（7）两侧，使上电极(10)、中电极（1）和下电极（2）之间形成电连接。

2.根据权利要求1所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述助熔层(11)与熔体之间设有间隙（13），间隙（13）内设有助熔剂(12)。

3.根据权利要求1或2所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述熔体包括第一金属层（6）和第二金属层（16），所述第二金属层（16）连续布设于中电极（1）上以及中电极（1）彼此孤立的区域之间，使中电极（1）彼此孤立的区域形成电连接，所述第一金属层（6）设置于第二金属层（16）上。

4.根据权利要求1或2所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述熔体包括低熔点合金片（19）和焊锡膏（18），低熔点合金片（19）通过焊锡膏（18）与中电极彼此孤立的区域相连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述第一绝缘层（4）和第二绝缘层（5）为耐高温的有机高分子材料。

6.根据权利要求1或2所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述上盖板（7）的开口端与承载板通过胶粘剂（17）粘合。

7.根据权利要求1或2所述的一种过流过压保护元件，其特征在于：所述助熔层(11)为金属平面。

8.一种过流过压保护元件阵列，其特征在于：包括若干个权利要求1至7中任意一项所述的过流过压保护元件。

9.一种权利要求8所述的过流过压保护元件阵列的制造方法，具体包括如下步骤：

(a) 制备承载板：在一块双面覆有金属箔的基板的一侧形成电阻体阵列，所述电阻体阵列包含电阻电极阵列和电阻阵列，在基板的另一侧形成下电极图案，然后在电阻体阵列一侧贴附第二绝缘层，并在第二绝缘层上贴附铜箔，然后在铜箔上形成中电极阵列，然后在中电极上形成熔体；

(b) 制备上盖板：上盖板一侧形成凹槽阵列，并在凹槽内形成助熔层阵列，凹槽的另一侧形成上电极；

(c) 组合：在熔体上涂布助熔剂，在上盖板与承载板粘合部位涂布胶粘剂，并将上盖板与承载板对位粘合内部形成空腔阵列，使胶粘剂固化；

(d) 形成端面电极：在基于空腔的X和Y方向形成通孔阵列，并形成端面电极，使上电极、中电极及下电极形成电连接；

(e) 分割成型：对已完成的通孔阵列基板进行分割，形成单个过流过压保护元件。

10.根据权利要求9所述的一种过流过压保护元件阵列的制造方法，其特征在于：步骤（a）中采用真空溅射方法形成电阻体阵列；采用刻蚀方法形成下电极。

11.根据权利要求9所述的一种过流过压保护元件阵列的制造方法，其特征在于：步骤（a）中形成熔体的方法为：先采用真空溅射的方式在中电极上沉积第二金属层，然后再采用电镀的方式电镀上第一层金属层。

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