CN103247399A - 表面粘着型热敏电阻元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面粘着型热敏电阻元件，包括电阻元件、第一电极、第二电极及至少一导热绝缘层。电阻元件包含第一导电构件、第二导电构件及高分子材料层，其中该高分子材料层叠设于第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性。高分子材料层与第一及第二导电构件沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一电极电气连接该第一导电构件，第二电极电气连接该第二导电构件，且与第一电极电气隔离。第一及第二电极的导热率至少为50W/mK。导热绝缘层包含高分子绝缘基底及导热填料，且设置于该第一电极及第二电极之间。该导热绝缘层的导热率介于1.2W/mK～13W/mK。

Description

表面粘着型热敏电阻元件

技术领域

本发明涉及热敏电阻技术，且特别涉及一种以导电高分子材料制成的表面粘着型(SMD)可变热敏电阻元件，如正温度系数(PTC)元件、负温度系数(NTC)元件，以提供过电流保护及异常温度环境的感测。

背景技术

由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)或负温度系数(Negative Temperature Coefficient；NTC)特性的导电复合材料的电阻对温度变化具有反应敏锐的特性，可作为电流感测元件的材料。以PTC为例，由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少102Ω以上)，而将过量的电流降低，以达到保护电池或电路元件的目的。

在高密度线路设计及制造中，对保护元件在尺寸的要求上，需达到轻、薄、微小的要求，而且在安装上需达到表面粘着型元件的设计。因此，以有机高分子材料制作的热敏电阻元件，已被设计成不同型式的表面粘着型电子元件。然而，当元件应用于例如LED照明的高温环境时，受到元件尺寸的限制，以及热传不良等因素，将导致产品的维持电流(hold current)无法提升。另外，若元件的绝热性过高，也可能造成对环境温度的敏感性过低的问题。

发明内容

为了克服以上所设计的缺失，本发明的特点在于热敏电阻中采用具导热特性的绝缘材料，以期快速导热。以此提升元件的维持电流与增加对于环境的温度感应的敏感度。

本发明一实施例揭露一种表面粘着型热敏电阻元件，其包括电阻元件、第一电极、第二电极及至少一导热绝缘层。电阻元件包含第一导电构件、第二导电构件及高分子材料层，其中该高分子材料层叠设于第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性。高分子材料层与第一及第二导电构件沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一电极电气连接该第一导电构件，第二电极电气连接该第二导电构件，且与第一电极电气隔离。第一及第二电极的导热率至少为50W/mK。导热绝缘层包含高分子绝缘基底及导热填料，且设置于该第一电极及第二电极之间。该导热绝缘层的导热率介于1.2W/mK～13W/mK。

一实施例中，表面粘着型热敏电阻元件还包括第一导电连接件及第二导电连接件。第一导电构件沿与第一方向垂直的第二方向延伸，以电气连接该第一电极及第一导电构件，且该第一导电连接件与该第二导电构件电气隔离。第二导电连接件沿该第二方向延伸，电气连接该第二电极及第二导电构件，且该第二导电连接件与该第一导电构件电气隔离。至少一导热绝缘层包含第一导热绝缘层及第二导热绝缘层，该第一导热绝缘层及第二导热绝缘层分别设置于该第一导电构件及第二导电构件表面。

一实施例中，该高分子绝缘基底包含热固型环氧树脂及热塑型塑胶的交互穿透结构(Inter-Penetrating Network；IPN)，其具有单一玻璃转换温度。另一实施例中，高分子绝缘基底包含其中散布有纤维支撑材料的热固型环氧树脂。

本发明通过改善传统的SMD产品材料特性，增加元件的导热效率，以此大幅提升元件的热传效率，进而提升产品的维持电流。另外，本发明也可增加对于环境温度的敏感性，以提供电池元件保护与各式电子产品应用。

附图说明

图1为本发明第一实施例的表面粘着型热敏电阻元件的示意图；

图2为图1中表面粘着型热敏电阻元件沿1-1剖面线的剖面示意图；

图3为本发明第二实施例的表面粘着型热敏电阻元件的示意图；

图4为本发明第三实施例的表面粘着型热敏电阻元件的示意图；

图5为本发明第四实施例的表面粘着型热敏电阻元件的示意图；以及

图6为本发明第五实施例的表面粘着型热敏电阻元件的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、30、40、50、60：热敏电阻元件

11、31、51、61：电阻元件

12、32、52、62：高分子材料层

13、33、53、63：第一导电构件

14、34、54、64：第二导电构件

15、16、35、36、55、65：导热绝缘层

17、37、57、67：第一电极

18、38、58、68：第二电极

19、39、59、69：第一导电连接件

20、39’、59’、70：第二导电连接件

21、56、66：防焊层

23、24：导电连接件

41、42：导电柱

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1显示本发明第一实施例的表面粘着型热敏电阻元件10，图2为图1中沿剖面线1-1的剖面结构示意图。表面粘着型热敏电阻元件10包括电阻元件11、第一电极17、第二电极18、导热绝缘层15和16、第一导电构件19及第二导电构件20。电阻元件11包含第一导电构件13、第二导电构件14及高分子材料层12。高分子材料层12叠设于第一导电构件13及第二导电构件14之间，也即高分子材料层12与第一及第二导电构件13、14沿第一方向(图示的水平方向)共同延伸为层叠状结构。高分子材料层12中含有导电粒子，且具有正温度或负温度系数的特性，其适用的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯、前述的混合物及共聚合物等。导电粒子可为金属粒子、含碳粒子、金属氧化物、金属碳化物，或是前述材料的混合物。

申言之，高分子材料层12上下表面，分别设置有第一导电构件13与第二导电构件14，且各自延伸至高分子材料层12的相对两端面。此导电构件13、14可由一平面金属簿膜，经一般蚀刻方式(如Laser Trimming，化学蚀刻或机械方式)产生上下面，一左一右各一的缺口(剥离金属膜产生的缺口)。上述导电构件13、14的材料可为镍、铜、锌、银、金、及前述金属所组成的合金或多层材料。此外，所述缺口可为长方型、半圆形、三角形或不规则的形状及图案。上述缺口经剥离金属膜成型后，使用导热绝缘层15、16，将此电阻元件11与外层上下各一片的金属箔经热压固化密合。之后，可将上下外层的金属箔经蚀刻方法，产生第一电极17及第二电极18。易言之，导热绝缘层15设置于第一导电构件13上，导热绝缘层16设置于第二导电构件14上。第一电极17包含一对分别设置于导热绝缘层15和16表面的电极箔，第二电极亦然。

导热绝缘层15或16可以选用聚鼎所生产的TCP-2、TCP-4、TCP-8的散热胶，或者为Laird所生产型号为1KA04、1KA06、1KA08、1KA10、1KA12的散热胶，或者为NRK所生产型号为NRA-8、NRA-E-3、NRA-E-6、NRA-E-12的散热胶，或者为Bergquist所生产型号为TCP-1000、MP-06503、LTI-06005、HT-04503、TH-07006的散热胶，或者为远硕所生产型号为HTCA-60、HTCA-120的散热胶，或者为永复兴所生产型号为ERNE-800H的散热胶。导热绝缘层15或16的导热率为1.2W/mK～13W/mK，特别是2～12W/mK，较佳为3～10W/mK。导热绝缘层15或16的导热率也可为4W/mK、5W/mK、6W/mK、7W/mK、8W/mK或9W/mK。

导热绝缘层15或16可包含高分子绝缘基底及导热填料，其中该高分子绝缘基底包含热固型环氧树脂及热塑型塑胶的交互穿透结构或其中散布有纤维支撑材料的热固型环氧树脂。导热填料可选自：氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛或其混合物。

前述具热固型环氧树脂及热塑型塑胶交互穿透结构的高分子材料具有单一玻璃转换温度。一实施例中，热固型环氧树脂可选自末端环氧官能基环氧树脂、侧链型环氧官能基环氧树脂或四官能基环氧树脂的群组或其混合物。热塑型塑胶可以选自一实质非结晶热塑型树脂。以上相关技术内容揭露于中国台湾专利公开号200816235、公告号I339088以及公开号201101342，在此引入本文中。

纤维支撑材料及导热填料均匀分散于该高分子绝缘基底中。纤维支撑材料可选自无机陶瓷纤维或有机高分子纤维的群组或其组合物，例如玻璃纤维、氧化铝纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维或其混合物。

第一电极17和第二电极18可采用金属镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金的箔片、镀镍铜箔、镀锡铜箔或镀镍不锈钢等导热率大于50W/mK的材料，尤以导热率大于200W/mK或300W/mK的材料等具有更佳的热传导效率，而为本发明的较佳选择。

第一电极17所包含的一对分别设置于导热绝缘层15和16表面的上下电极箔由第一导电连接件19进行连接。第二电极18所包含的一对分别设置于导热绝缘层15和16表面的上下电极箔则由第二导电连接件20进行连接。申言之，第一导电连接件19沿与第一方向垂直的第二方向(图示的垂直方向)延伸，以电气连接该第一电极17及第一导电构件13，且该第一导电连接件19与该第二导电构件14电气隔离。第二导电连接件20沿第二方向延伸，以电气连接第二电极18及第二导电构件14，且该第二导电连接件20与第一导电构件13电气隔离。就结构位置而言，导热绝缘层15和16设置于第一电极17及第二电极18之间，提供绝缘功能。

本实施例中的导电连接件19、20以半圆形导通孔为例作一说明。在导通孔的孔壁上可利用无电电镀或电镀方法镀上一层导电金属(如铜或金)。除半圆形外，导通孔的截面形状可为圆形、1/4圆形、弧形、方形、菱形、长方形、三角形、或多边形等。此外，左右两端电极17、18也可通过全面性裁切面的电镀方式，将上下左右各区的电极选择性垂直导通相连。一实施例中，第一电极17和第二电极18间蚀刻出间隔进行电气隔离，或以绝缘的防焊层21作为隔离。虽然在本实施例中作为隔离的防焊层21为长方型，其他形状的隔离如半圆形、弧形、三角形或不规则形状及图案也可适用于本发明。

以上的设计及制作方式，可增加其中电阻元件层数至二层以上(即包含两个以上的电阻元件11)进行并联联结，达到多层并联式的表面粘着用电阻元件。

以下揭示本发明其他实施例的表面粘着型热敏电阻元件，其中主要结构上的变化例，关于其中使用材料及特性，可参考前第一实施例所述。

图3为本发明第二实施例的表面粘着型热敏电阻元件30示意图，其类似于图1所示的热敏电阻元件10，然而第一电极17与第一导电构件13利用位于元件角落的导电连接件23进行导通连接，且第二电极18与第二导电连接件14利用位于元件另一侧角落的导电连接件24进行导通连接。

图4为本发明第三实施例的表面粘着型热敏电阻元件40示意图，其包含电阻元件31、第一电极37、第二电极38、导热绝缘层35和36、第一导电连接件39及第二导电连接件39’。电阻元件31包含第一导电构件33、第二导电构件34及高分子材料层32，其中该高分子材料层32叠设于第一导电构件33及第二导电构件34之间。申言之，高分子材料层32上表面于缺口右方的导电构件形成第一导电构件33，而高分子材料层32下表面于缺口左方的导电构件形成第二导电构件34。第一电极37以第一导电连接件39进行导通，且连接至第一导电构件33。第二电极38以第二导电连接件39’进行导通，且连接第二导电构件34。第一电极37及第二电极38直接形成于第一导电构件33及第二导电构件34的表面。导热绝缘层35、36设置于第一电极37和第二电极38之间，作为两者间电气隔离。

图5为本发明第四实施例的表面粘着型热敏电阻元件50示意图，其包含电阻元件51、第一电极57、第二电极58、导热绝缘层55、第一导电连接件59及第二导电连接件59’。电阻元件51包含第一导电构件53、第二导电构件54及高分子材料层52，其中该高分子材料层52叠设于第一导电构件53及第二导电构件54之间形成层叠状结构。导热绝缘层55包覆电阻元件51。第一导电连接件59还包含导电柱41，从而第一导电构件53可利用导电柱41连接至第一电极57形成电气导通。第二导电连接件59’还包含导电柱42，从而第二导电构件54可利用导电柱42连接至第二电极58形成电气导通。

图6为本发明第五实施例的表面粘着型热敏电阻元件60的示意图。电阻元件61包含第一导电构件63、第二导电构件64及高分子材料层65，其中该高分子材料层65叠设于第一导电构件63及第二导电构件64之间，且具有正温度或负温度系数的特性。高分子材料层65与第一及第二导电构件63、64沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一电极67利用第一导电连接件69电气连接该第一导电构件63。第二电极68利用第二导电连接件70电气连接该第二导电构件64，且与第一电极67电气隔离。导热绝缘层65设置第二导电构件64表面及该第一电极及第二电极之间，作为第一及第二电极67和68两者间的电气隔离。申言之，第一导电连接件69沿与第一方向垂直的第二方向延伸，以电气连接该第一电极67及第一导电构件63，且该第一导电连接件69与该第二导电构件64电气隔离。

本发明相较于原有SMD元件架构，使用导热绝缘层增加导热效率，使SMD元件于通电时，能将多余的快速逸散。在有效抑制温升的情形下，可大幅提升热敏电阻元件的维持电流，并满足大电流需求，同时通过电路设计，也可提升热量的传递，能有效提升元件对于外界温度的敏感性。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种表面粘着型热敏电阻元件，包括：

一电阻元件，包含第一导电构件、第二导电构件及高分子材料层，其中该高分子材料层叠设于第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性，该高分子材料层与第一及第二导电构件沿第一方向共同延伸为层叠状结构；

一第一电极，电气连接该第一导电构件，且该第一电极的导热率至少为50W/mK；

一第二电极，电气连接该第二导电构件，且与第一电极电气隔离，该第二电极的导热率至少为50W/mK；以及

至少一导热绝缘层，设置于该第一电极及第二电极之间，该导热绝缘层包含高分子绝缘基底及导热填料，该导热绝缘层的导热率介于1.2W/mK～13W/mK。

2.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，还包括：

一第一导电连接件，沿与第一方向垂直的第二方向延伸，以电气连接该第一电极及第一导电构件，且该第一导电连接件与该第二导电构件电气隔离；以及

一第二导电连接件，沿该第二方向延伸，电气连接该第二电极及第二导电构件，且该第二导电连接件与该第一导电构件电气隔离。

3.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中该至少一导热绝缘层包含第一导热绝缘层及第二导热绝缘层，该第一导热绝缘层及第二导热绝缘层分别设置于该第一导电构件及第二导电构件表面。

4.根据权利要求3的表面粘着型热敏电阻元件，其中该第一电极包含一对设置于该第一导热绝缘层及第二导热绝缘层表面的电极箔，第二电极包含一对设置于该第一导热绝缘层及第二导热绝缘层表面的电极箔。

5.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中该高分子绝缘基底包含热固型环氧树脂及热塑型塑胶的交互穿透结构，且具有单一玻璃转换温度，且该导热填料选自：氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛或其混合物。

6.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中该高分子绝缘基底包含散布有纤维支撑材料的热固型环氧树脂，且该导热填料选自：氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛或其混合物。

7.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中该第一电极或第二电极包含：镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金的箔片、镀镍铜箔、镀锡铜箔或镀镍不锈钢。

8.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中第一电极及第二电极间设有防焊层进行电气隔离。

9.根据权利要求1的表面粘着型热敏电阻元件，其中该导热绝缘层的导热率介于2W/mK～12W/mK。

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