CN103971869B - 过电流保护组件及其电路板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种过电流保护组件及包括该过电流保护组件的电路板结构，该电流保护组件用于以表面黏着方式设置于电路板上，且可承受60至600伏特的电压。该过电流保护组件包含PTC组件、第一电极及第二电极。PTC组件为层叠结构，包含第一导电层、第二导电层及PTC材料层。该第一导电层设于该PTC材料层的第一表面，第二导电层设于该PTC材料层的第二表面，第二表面位于第一表面的相对侧。第一电极设于第一导电层表面。第二电极设于第二导电层表面，且与该第一电极隔离。该第一电极、第二电极及PTC组件共同形成一端平面，该端平面实质垂直于该第一及第二表面，位于该端平面的该第一电极和第二电极作为电气连接该电路板的接口。
Description
技术领域
本发明关于一种过电流保护组件(over-current protection device)，特别是关于一种耐高压的表面黏着型(SMD)过电流保护组件，及其电路板结构。
背景技术
随着目前可携式电子仪器的广泛应用，例如手机、笔记型计算机、手提式摄影机及个人数字助理器(PDA)等，为防止二次电池或电路组件发生过电流(over-current)或是过高温(over-temperature)现象而造成短路，使用过电流保护组件的重要性也愈来愈显著。
现有的正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)组件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐，在PTC组件于正常使用状况时，其电阻可维持极低值，使电路得以正常运作。但是，当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如104Ω以上)，而将过量的电流反向抵销，以达到保护电池或电路组件的目的。因此，该PTC组件已见整合于各式电路组件中，以防止过电流的损害。
传统SMD低电压(小于32伏特(volts))过电流保护组件因为尺寸小、厚度薄且精密度高，因此需采用较为复杂电路与制程的设计，例如采用PCB制程中的压合、钻孔、镀铜等复杂的工序。然而对于高电压产品而言(大于60伏特(volts))，其具有大尺寸、厚度厚等外观特性，因此较为适合直立式的安装方式。同时由于需通过高电压测试与应用，传统的SMD组件的电路设计过于紧密，导致容易产生焊锡爬锡与绝缘沿面不足的问题，造成组件耐电压不足的缺陷。
发明内容
本发明揭示一种过电流保护组件，可以表面黏着方式固定于电路板，而形成电路板结构。本发明的过电流保护组件的制造工序简单，而可达到更佳的耐电压效果，且可减低因爬锡导致的短路机率。
根据本发明的第一方面，揭示一种过电流保护组件，其用于以表面黏着方式设置于电路板上，且可承受60至600伏特的电压。该过电流保护组件包含PTC组件、第一电极及第二电极。PTC组件为层叠结构，包含第一导电层、第二导电层及PTC材料层。该第一导电层设于该PTC材料层的第一表面，第二导电层设于该PTC材料层的第二表面，第二表面位于第一表面的相对侧。第一电极设于第一导电层表面。第二电极设于第二导电层表面，且与该第一电极隔离。该第一电极、第二电极及PTC组件共同形成一端平面，该端平面实质垂直于该第一及第二表面，位于该端平面的该第一电极和第二电极作为电气连接该电路板的接口。
根据本发明的一种实施方式，该过电流保护组件还包含设于该第一表面的第一绝缘层及设于第二表面的第二绝缘层，该第一电极环绕该第一绝缘层，且该第二电极环绕该第二绝缘层。
根据本发明的另一种实施方式，该第一电极包含二个第一电极层，该第二电极包含二个第二电极层，该二个第一电极层之一及二个第二电极层之一及PTC组件构成该端平面。
根据本发明的另一种实施方式，该二个第一电极层的另一个及二个第二电极层的另一个及PTC组件构成另一端平面，该另一端平面位于该端平面的相对侧。
根据本发明的另一种实施方式，该过电流保护组件还包含：一第一绝缘层，设于二个第一电极层间的该第一表面上；以及一第二绝缘层，设于二个第二电极层间的该第二表面上。
根据本发明的另一种实施方式，该第一及第二绝缘层是防焊层。
根据本发明的另一种实施方式，该第一电极和第二电极设置于该端平面的对角线处。
根据本发明的另一种实施方式，该PTC组件及第一和第二电极层的总厚度介于1.5至2.8mm，该PTC组件的长度介于2至8mm。根据本发明的第二方面，揭示一种电路板结构，其包含电路板及过电流保护组件。过电流保护组件可承受60至600伏特的电压，且以表面黏着方式设置于该电路板的表面，该过电流保护组件包含PTC组件、第一电极及第二电极，该PTC组件包含第一导电层、第二导电层及PTC材料层，第一导电层设于该PTC材料层的第一表面，第二导电层设于该PTC材料层的第二表面，第二表面位于第一表面的相对侧。该第一电极设于第一导电层表面；该第二电极设于第二导电层表面，且与该第一电极隔离。该第一电极、第二电极及PTC组件共同形成一端平面，该端平面实质垂直于该第一及第二表面并面向该电路板，位于该端平面的该第一电极和第二电极电气连接于该电路板。
根据本发明一种实施方式，该电路板结构还包含设于该第一表面的第一绝缘层及设于第二表面的第二绝缘层，该第一电极环绕该第一绝缘层，且该第二电极环绕该第二绝缘层。
根据本发明的另一种实施方式，该第一电极包含二个第一电极层，该第二电极包含二个第二电极层，该二个第一电极层之一及二个第二电极层之一及PTC组件构成该端平面，且该二个第一电极层的另一个及二个第二电极层的另一个及PTC组件构成另一端平面，该另一端平面位于该端平面的相对侧。
根据本发明的另一种实施方式，该电路板结构还包含：一第一防焊层，设于二个第一电极层间的该第一表面上；以及一第二防焊层，设于二个第二电极层间的该第二表面上。
根据本发明的另一种实施方式，该PTC组件及第一和第二电极层的总厚度介于1.5至2.8mm，该PTC组件的长度介于2至8mm。
本发明公开一种采用简易型的组件设计，可仅使用PCB制程中的防焊、文字、镀铜、镀锡与切割制程，使组件可以使用直立式的型态安装，达成维持产品特性与降低工序与成本的目标。
附图说明
图1至图4示出本发明一实施例的过电流保护组件的制作方式；
图5是本发明一实施例的电路板结构示意图；
图6至8示出本发明其它实施例的过电流保护组件的侧视图。
其中，附图标记说明如下：
10PTC组件
11PTC材料层
12第一导电层
13第二导电层
14绝缘层
30过电流保护组件
31第一电极
32第二电极
33、34端平面
50电路板结构
51电路板
52焊锡
311第一电极层
321第二电极层
具体实施方式
为让本发明的上述和其它技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合附图，作详细说明如下：图1至图4示出本发明一实施例的过电流保护组件的制作示意图。
参照图1，首先提供一PTC基板10，其包含第一导电层12、第二导电层13及以三明治方式设置于导电层12和13间的PTC材料层11。PTC材料层11可包含结晶性高分子聚合物及散布于其间的导电填料。结晶性高分子聚合物可包含例如：聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚环氧乙烷(poly(ethylene oxide))、聚对苯二甲酸乙二醇(poly(ethylene terephthalate))、聚异丁烯(polyisobutylene)、聚ε-己内酰胺(poly(ε－caprolactam))、聚己二酰己二胺(poly(hexamethylene adipamide))、聚氟乙烯(poly(vinyl fluoride))、聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride))、聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚氯乙烯(poly(vinyl chloride))、聚偏二氯乙烯(poly(vinylidene chloride))、聚苯乙烯（polystyrene）、聚丙烯酸(poly(acrylic acid))、聚醋酸乙烯酯(poly(vinyl acetate))、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))和离聚物(ionomer)，以及由这些聚合物中所含的单体所组成的共聚合物。导电填料则可为碳黑、石墨、金属粉末、陶瓷粉末、以及纤维性导电材料等。另外为了增加耐电压特性可加入阻燃剂(flame retardant)，例如：卤素或磷系阻燃剂化合物、金属氢氧化合物(如：Al2(OH)3、Mg(OH)2、金属氧化物(如：ZnO、Sb2O3)、氮化物(如BN)等。导电层12、13可为金属箔，例如铜箔、镍箔、或镀镍铜箔等。
参照图2，接着于第一导电层12和第二导电层13的表面约等间隔制作绝缘层14，例如以防焊制程印刷方块型防焊图形，定义防焊区域，该绝缘层14表面可印制文字作为组件的标示。
参照图3及图4，图4图3结构的俯视图。于导电层12和13未覆盖绝缘层14的区域分别制作第一电极31及第二电极32，此处第一电极31及第二电极32对应设置。一实施例中，将导电层12和13表面未覆盖绝缘层14的区域镀锡，或将原本的导电层12、13铜箔镀铜增厚之后再镀锡，形成电极31及32。一实施例中，电极31或32的厚度约大于等于绝缘层14的厚度。之后，进行组件切粒，即于电极31和32约中央处如虚线处进行切割，形成多个过电流保护组件30。参照图4，一实施例中，第一电极31环绕该绝缘层14。类似地，第二电极32环绕该绝缘层14，且绝缘层14表面可印制文字P作为组件的标示。综言之，上述实施例中，过电流保护组件30的制作将耐高电压的PTC板材先以防焊制程印刷方块型防焊图形，定义防焊区域与镀锡区域。之后于防焊区域进行文字印刷，并将露出的电极31和32镀锡，以进一步增加厚度，而提供组件30较佳的站立性与焊锡性。之后切粒为多个过电流保护组件后进行包装。
特而言之，过电流保护组件30需可承受60至600伏特的电压，或较佳可承受90至600伏特的电压。过电流保护组件30包含PTC组件10、第一电极31、第二电极32及绝缘层14。PTC组件10为层叠结构，包含第一导电层12、第二导电层13及PTC材料层11，该第一导电层12设于该PTC材料层11的第一表面，第二导电层13设于该PTC材料层11的第二表面，第二表面位于第一表面的相对侧。第一电极31设于第一导电层12表面。第二电极32设于第二导电层13表面，且与该第一电极31由PTC组件10隔离。
图5是本发明的过电流保护组件的应用示意图，即揭示其相关的电路板结构。一实施例中，过电流保护组件30应用时以表面黏着方式直立设置于电路板(PCB)51表面。该第一电极31、第二电极32及PTC组件10共同形成一端平面33。端平面33实质垂直于PTC材料层10的第一和第二表面，且面向该电路板51。位于该端平面33的第一电极31和第二电极32以表面黏着方式借由焊锡52电气连接电路板51中的相关电路。该端平面33的相对侧也由第一电极31、第二电极32及PTC组件10共同形成另一端平面34。该过电流保护组件30为对称结构，因此进行表面黏着制程时不需考虑其方向性。一实施例中，PTC组件10及第一和第二电极31、32的总厚度介于1.5mm至2.8mm，或特别为1.8mm、2mm或2.5mm，PTC组件10的长度(即图5所示的组件30高度)介于2mm至8mm，或特别为4mm或6mm。
图5所示的过电流保护组件30的右侧面可为如图4所示单个的过电流保护组件。除此之外，本发明的该过电流保护组件的第一电极31及第二电极32可制作成其它形状，其相应侧视图如图6至8所示。
图6中第一电极31位于PTC组件10的一表面，且由绝缘层14分隔成二个第一电极层311。类似地，第二电极32位于PTC组件10的另一表面，也可由绝缘层14分隔成二个第二电极层(图中未示出)。第二电极层和第一电极层311互为对称。下方的第一电极层311及第二电极层及PTC组件10构成该端平面33，焊接时该端平面33面向图5所示的电路板51。
图7中二个第一电极层311位于PTC组件10表面的对角线处，位于PTC组件10另一表面的二个第二电极层321也采取对角线设置。下方的第一电极层311及第二电极层321及PTC组件10构成该端平面33，焊接时该端平面33面向图5所示的电路板51。本实施例中，于端平面33上的第一电极层311和第二电极层321设置于对角线处，即下方的第一电极层311及第二电极层321因彼此间错位导致距离较长，而得以提供更佳的耐电压效果。
图8所示是将图6所示90度翻转，第一电极31位于PTC组件10的一表面，且由绝缘层14分隔成二个第一电极层311。类似地，第二电极32位于PTC组件10的另一表面，也可由绝缘层14分隔成二个第二电极层(图中未示出)。第二电极层和第一电极层311互为对称。二个第一电极层311及二个第二电极层的下表面及PTC组件10构成该端平面33，焊接时该端平面33面向电路板51。较佳地，焊接时选择位于端平面33上位于对角线的第一电极层311及第二电极层进行焊接，因两者间距离较远，可提供较佳的耐电压特性。
一实施例中，该端平面33可覆盖绝缘层，避免焊接时爬锡的问题而增加耐电压性，而该端平面34也可覆盖绝缘层，即可于焊接时不需考虑其方向性。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域具有通常知识的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明构思的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的范围，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 (13)
1.一种过电流保护组件，用于以表面黏着方式设置于电路板上，且可承受60至600伏特的电压，其包含：
一PTC组件，其为层叠结构，包含第一导电层、第二导电层及PTC材料层，该第一导电层设于该PTC材料层的第一表面，该第二导电层设于该PTC材料层的第二表面，该第二表面位于该第一表面的相对侧；
一第一电极，设于该第一导电层表面；以及
一第二电极，设于该第二导电层表面，且与该第一电极隔离；
其中该第一电极、第二电极及PTC组件共同形成一端平面，该端平面实质垂直于该第一及第二表面，位于该端平面的该第一电极和第二电极作为表面黏着于该电路板的接口；
其中该端平面面向该电路板，且该PTC材料层的第一和第二表面垂直于该电路板。
2.根据权利要求1的过电流保护组件，还包含设于该第一导电层表面的第一绝缘层及设于该第二导电层表面的第二绝缘层，该第一电极环绕该第一绝缘层，且该第二电极环绕该第二绝缘层。
3.根据权利要求1的过电流保护组件，其中该第一电极包含二个第一电极层，该第二电极包含二个第二电极层，该二个第一电极层之一及二个第二电极层之一及PTC组件构成该端平面。
4.根据权利要求3的过电流保护组件，其中该二个第一电极层的另一个及二个第二电极层的另一个及PTC组件构成另一端平面，该另一端平面位于该端平面的相对侧。
5.根据权利要求3的过电流保护组件，还包含：
一第一绝缘层，设于二个第一电极层间的该第一导电层表面上；以及
一第二绝缘层，设于二个第二电极层间的该第二导电层表面上。
6.根据权利要求5的过电流保护组件，其中该第一及第二绝缘层是防焊层。
7.根据权利要求1的过电流保护组件，其中该第一电极和第二电极设置于该端平面的对角线处。
8.根据权利要求1的过电流保护组件，其中该PTC组件及第一和第二电极的总厚度介于1.5至2.8mm，该PTC组件的长度介于2至8mm。
9.一种电路板结构，包含：
一电路板；以及
一过电流保护组件，可承受60至600伏特的电压，且以表面黏着方式设置于该电路板的表面，该过电流保护组件包含PTC组件、第一电极及第二电极，该PTC组件包含第一导电层、第二导电层及PTC材料层，该第一导电层设于该PTC材料层的第一表面，该第二导电层设于该PTC材料层的第二表面，该第二表面位于该第一表面的相对侧；该第一电极设于该第一导电层表面；该第二电极设于该第二导电层表面，且与该第一电极隔离；
其中该第一电极、第二电极及PTC组件共同形成一端平面，该端平面实质垂直于该第一及第二表面并面向该电路板，位于该端平面的该第一电极和第二电极表面黏着于该电路板。
10.根据权利要求9的电路板结构，还包含设于该第一导电层表面的第一绝缘层及设于该第二导电层表面的第二绝缘层，该第一电极环绕该第一绝缘层，且该第二电极环绕该第二绝缘层。
11.根据权利要求9的电路板结构，其中该第一电极包含二个第一电极层，该第二电极包含二个第二电极层，该二个第一电极层之一及二个第二电极层之一及PTC组件构成该端平面，且该二个第一电极层的另一个及二个第二电极层的另一个及PTC组件构成另一端平面，该另一端平面位于该端平面的相对侧。
12.根据权利要求11的电路板结构，还包含：
一第一防焊层，设于二个第一电极层间的该第一导电层表面上；以及
一第二防焊层，设于二个第二电极层间的该第二导电层表面上。
13.根据权利要求9的电路板结构，其中该PTC组件及第一和第二电极的总厚度介于1.5至2.8mm，该PTC组件的长度介于2至8mm。
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