CN105280316A - 智能保护的元件及制成工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能保护的元件及制成工艺，深掘PPTC材料的特性实现对过电流或高温时智能调整为高电阻加以控制电路尔后复原，做到连续挤出延压及平稳电性的优质出品，结合PCB工艺实现生产高稳化，由此确保元件实现异常智能高速调节和应用智能低变阻。

Description

智能保护的元件及制成工艺

技术领域

本发明涉及PPTC制造技术领域，具体涉及一种智能保护的元件及制成工艺。

背景技术

由于PTC复合材料层具备在正常情况下，保持低阻的状态与其连接的电路进行正常使用；而当电路或电池发生过电流或者高温现象时，其电阻阻值会瞬间变成一高电阻状态以起到限制，保护后端电路的有过量的电流通过；电路恢复正常时，PTC复合材料层又自动恢复到低阻阻抗，这种反复的再现性及复原存在的时间段，让各行业根据实际需求对其特性的巧妙利用。

在目前的生产工艺上，PTC复合材料由一种或一种以上具有结晶性的聚合物分子及导电填料所组成的，上述导电填料均匀分散于聚合物中。所述导电填料一般为炭黑、金属颗粒或陶瓷粉末，例如：碳化钛或碳化钨等。在以炭黑为主要导电填料的PTC材料不易于达到低于0.2Ω·cm的体积电阻，即使达到比较好的电性让炭黑占到90%左右比例，不单单是增加相应的生产成本，而且容易出现失去耐电压的情况，对于生产过程的把控及降低出错率也是一个急待解决的问题；以金属颗粒为主导的PTC材料层，就是以碳化钛或镍粉为主要的成分，存在其界面结合差等问题而需要增加适当比例的界面相容剂以达到更好的粘结，但是界面相容剂存在着不可控性的风险；以陶瓷粉末为主导的PTC材料会出现导热性比较差的问题，会造成元件在受热时散热存在问题或自身发热无法很好的散开缩短使用寿命。

在成品的电性参数上，PTC元件因电阻无法降低，以致于其承载电流无法提升，而且按照传统的制造方法，需要继续增加芯片面积；但由于芯片尺寸太大，造成PPTC的过电流保护能力大大降低而存在安装控件的限制问题，形成对于PTC元件对电路保护的局限性，大大限制了其自身对于市场需求的发展能力满足。

发明内容

本发明为以PTC材料层添加石墨烯、调整元件结构方式和电极层尺寸参数解决PTC元件无法做到高再现性、低电阻变化、智能控制异常的问题，从而提供一种智能保护的元件结构及制成工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案为一种智能保护的元件，包括PPTC复合材料芯片和上下端面层叠的至少一个绝缘层及至少一个电极层；所述PPTC复合材料芯片，包括PPTC复合材料层、芯片第一保护层和芯片第二保护层，芯片第一保护层和芯片第二保护层层叠PPTC复合材料层的表面并相互粘结；其中，电极层包括单个芯片保护层或芯片保护层与至少一个元件保护层用至少一个通孔贯穿元件表面达到电连接组合。

进一步地，所述的PPTC复合材料层为炭黑、石墨烯等复合物中的一种或几种。

进一步地，为尽量降低对于传统生产的改造力度及提高材料层的导热及再现性，按质量百分比，2%-10%的石墨烯，20-80%的炭黑，10-40%的复合材料，各材料的组分之和为100%。

进一步地，所述的芯片保护层为金属铜或铜箔，厚度介于10-55μm。

进一步地，所述的芯片保护层蚀刻比例区域达到电气隔绝后形成芯片引用电极，芯片引用电极包括芯片第一引用电极和芯片第二引用电极，各自亦可再分割为至少一个部分。

进一步地，所述的绝缘层为单个电气绝缘层或多个不同体积电气绝缘层组合。

进一步地，所述的电气绝缘层包括第一电气隔绝层和第二电气隔绝层。

进一步地，所述的元件保护层包括元件第一保护层和元件第二保护层，元件保护层位于元件外表面，界面积介于0.57-2.8mm2。

进一步地，所述的元件保护层经过蚀刻后，各自亦可再分割分割为至少一个部分。

进一步地，所述的通孔包括第一通孔组和第二通孔组；第一通孔组和第二通孔组从元件的一表面贯穿至元件的另一表面，元件保护层与芯片引用电极电连接形成第一引用电极和第二引用电极；

本发明的另一个技术方案提供了一种智能保护的元件制成工艺，包括以下步骤：

A.PPTC复合材料初步处理：将所述复合材料层材料放进真空干燥机在80°-100°的环境下进行10-12H的干燥，再将所述的炭黑、石墨烯、复合材料按照2%-10%；20-80%；10-40%的重量比配比进行称料并按照0.8-1.2H的时间进行混料，以确保达到均匀效果；

b.PPTC复合材料密炼：将初步处理后的PPTC复合材料以高过各材料的熔点以上15°-50°下经同向双螺杆挤出造粒机，呈现颗粒状；炼料完成时，再PPTC复合材料进行粉粹均匀；

c.PPTC复合材料成型：将PPTC复合材料搅拌均匀通过抽空挤出，以延压机延压成片型板材，延压时上下粘结芯片保护层，所述芯片保护层通过放卷装置自动放卷，得到PPTC复合材料芯片，厚度为0.1-0.8mm；

d.开菲林片：PPTC复合材料芯片冷却后，切割左右边缘，使得板材宽度为200mm；

e.微电脑切片：成片板材冷却后进行冲切，切割为300mmX200mm芯片；

f.辐照交联：用钴源或电子束辐照交联，辐照量为5-100Mrad；

g.实现线路板：以公布的PCB工艺进行加工，实现芯片保护层蚀刻为芯片引用电极，压合元件绝缘层和元件保护层，再对元件保护层进行蚀刻及利用通孔进行电连接，形成元件引用电极，并于表面进行电镀保护；

h.后处理工艺：进行切割元件表面的边沿，再在线路板表面进行贴膜并划片成为单体。

与现有技术相比。

本发明具有如下效果：PPTC材料层使用由一种或一种以上具有结晶性的聚合物分子及导电填料所组成的，但其本身单纯依靠炭黑出现难降低体积电阻或失去耐压性，而以金属粉末或者陶瓷粉末为主则会出现导热不良或结合性差，本发明石墨烯与炭黑相互密炼可以明显降低体积电阻让其保持较好的耐压性，符合了行业的对位需要及便捷管理，做到电路异常时的智能高速调节；而PPTC元件在进行应用中需要过高温，元件本身都会造成电阻阻值的变化，而且元件内部的不均匀受热对于元件本身的电性造成干扰，通过石墨烯避开炭黑自身的导热缺陷改变整体热能传导性及分子状态，调整元件结构方式和电极层尺寸参数，确保元件在受热过程中PPTC材料层将热能快速散开减少高温造成对再现性影响，金属电性连接件的受热均匀性有助于消除自身的热能不均而积热,做到应用时可以智能调节自身受热而降低电阻阻值变化值。

附图说明

实施例1：电极层为单个芯片保护层（芯片保护层即为元件保护层，以每组通孔各两个达到电连接）

图1为本发明实施例1中的PPTC复合材料芯片，标记：元件第一保护层——201；元件第二保护层——202；PPTC复合材料层——101；

图2为本发明实施例1中的元件保护层进行蚀刻电气隔绝，标记：元件第一保护层左——312；元件第一保护层右——311；元件第二保护层左——321；元件第二保护层右——322；

图3为本发明实施例1中的绝缘层电气隔绝元件保护层，标记：第一电气隔绝层——401；第二电气隔绝层——402；

图4为本发明实施例1中的用通孔实现电连接并镀锡，标记：第一引用电极——601；第二引用电极——602；

图5为本发明实施例1中的印刷型号规格标记处，标记：型号规格标记处——701；

实施例2：电极层为单个芯片保护层（芯片保护层即为元件保护层，以每组通孔各一个达到电连接）

图6为本发明实施例2中的PPTC复合材料芯片，标记：元件第一保护层——201；元件第二保护层——202；PPTC复合材料层——101；

图7为本发明实施例2中的元件保护层进行蚀刻电气隔绝，标记：元件第一保护层左——312；元件第一保护层右——311；元件第二保护层左——321；元件第二保护层右——322；

图8为本发明实施例2中的绝缘层电气隔绝元件保护层，标记：第一电气隔绝层——401；第二电气隔绝层——402；

图9为本发明实施例2中的用通孔实现电连接并镀锡，标记：第一引用电极——601；第二引用电极——602；

图10为本发明实施例2中的印刷型号规格标记处，标记：型号规格标记处——701；

实施例3：电极层为芯片保护层与元件保护层电连接（以每组通孔各一个达到电连接）

图11为本发明实施例3中的PPTC复合材料芯片，标记：芯片第一保护层——201；芯片第二保护层——202；PPTC复合材料层——101；

图12为本发明实施例3中的芯片保护层进行蚀刻电气隔绝，标记：芯片第一引用电极——311；芯片第二引用电极——321；

图13为本发明实施例3中的绝缘层电气隔绝元件保护层，标记：第一电气隔绝层——401；第二电气隔绝层——402；

图14为本发明实施例3中的层叠元件保护层，标记：元件第一保护层——331；元件第二保护层——332；

图15为本发明实施例3中的元件保护层进行蚀刻电气隔绝，标记：元件第一保护层左——341；元件第一保护层右——342；元件第二保护层左——351；元件第二保护层右——352；

图16为本发明实施例3中的元件保护层进行电气隔绝，标记：第三电气隔绝层——521；第四电气隔绝层——522；

图17为本发明实施例3中的用通孔实现电连接并镀锡，标记：元件第一保护层——331；元件第一保护层——332；

图18为本发明实施例3中的印刷型号规格标记处，标记：型号规格标记处——701。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1-5是本发明实施例中的智能保护的元件及制成工艺的示意图，可以清楚看到智能保护元件及制成工艺的顺序，包括：PPTC复合材料芯片和上下端面层叠的至少一个绝缘层及至少一个电极层；PPTC复合材料层为炭黑、石墨烯等复合材料中的一种或几种，按质量百分比，2%-10%的石墨烯，20-80%的炭黑，10-40%的复合材料，各材料的组分之和为100%；将所述材料放置在90°的真空干燥机环境中进行10H干燥，再按配比进行1H的混料，确保颗粒之间的均匀混合；此处的时间要求不能低于1H，因复合材料混料不均的会造成电性偏差，影响产品的一致性，而且对后期成品很难以追溯造成电性偏差的问题。

将初步处理后的PPTC复合材料加入到设定温度160°、转速为82r/min的双螺杆挤出造粒机，得到PPTC复合材料层；再将上述的PPTC复合材料层进行粉碎均匀，经过烘烤之后进行炼机拉片，热压机模压，得到厚度为0.1-0.8mm的PPTC复合材料层；将PPTC复合材料层放入模具，同时在PPTC复合材料层的上下表面放置厚度为0.35mm的金属箔片，放入热压机种，热压机温度设定为180度，压力设定为15MPa，热压10MPa得到厚度为0.45-1.2mm的PPTC复合材料芯片；待其冷却后，进行开菲林切割左右边缘，使得PPTC复合材料层的宽度为200mm，在对其进行微电脑切片，切割为300X200的片材进行高能电子束辐照交联，辐照量为100Mrad。

将辐照好的PPTC复合材料芯片用线路板的加工方式进行制成，先对铜箔表面的进行去除污染物并增加其粗糙度，以便于提高后续压膜粘结的可靠性；用延压机进行上下贴抗蚀干膜，让光线照射通过菲林图像转到感光底板，碱液会让未发生聚合反应的干膜冲洗干净，而聚合反应已经发生的干膜则会留在板面上，为用药液将显露出来的铜进行蚀刻，以此形成了芯片保护层的电气隔绝区域，由此，PPTC复合材料芯片的引用电极已经可以显露出来。通过热压的方式将绝缘层层叠在PPTC复合材料芯片的表面并粘结，对表面进行钻通孔组，用化学沉淀的方式让表面沉积化学铜并进行表面镀锡处理，最终进行切割为单体。

实施例2

按照和实施例中1中上述相同的配方比例及制成工艺，但通孔组的通孔数量不一致，在实现线路板工艺中的通孔及压合中会存在着对位的误差，会出现通孔破坏绝缘层，而该破坏存在将芯片引用电极或元件电极进行电连接或易击穿等问题，故在，对于面积较大的元件可以使用本发明的实施例2，对于面积较小的元件可以使用本发明的实施例1。

实施例3

按照和实施例中1中上述相同的制成工艺，但PPTC复合材料芯片的配方不一致，因配方的导热率不一致，存在着当元件受热或进行电连接时，其元件表面的受热区域不一致；实施例1的芯片引用电极其绝缘区域位于中间，其左右均有芯片引用电极，在正常受热时热能的发热区域为上下端面左右端，对于元件引用电极的导热也因其有连接而保证其本身的热能均匀性；实施例3中的芯片引用电极其绝缘区域位于边缘，在正常受热时热能的发热区域为上下端面各一端，但是单芯片引用电极与PPTC复合材料层的单接触面积更大，有助于满足其加大接触面积的导热需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能保护的元件，其特征在于包括：

PPTC复合材料芯片和上下端面层叠的至少一个绝缘层及至少一个电极层；

所述PPTC复合材料芯片，包括PPTC复合材料层、芯片第一保护层和芯片第二保护层，芯片第一保护层和芯片第二保护层层叠PPTC复合材料层的表面并相互粘结；

其中，电极层包括单个芯片保护层或芯片保护层与至少一个元件保护层用至少一个通孔贯穿元件表面达到电连接组合。

2.根据权利要求1所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的PPTC复合材料层为炭黑、石墨烯及复合材料中的一种或几种，按质量百分比，2%-10%的石墨烯，20-80%的炭黑，10-40%的其他复合材料，各材料的组分之和为100%。

3.根据权利要求1所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的芯片保护层为金属铜或铜箔，厚度介于10-55μm。

4.根据权利要求1所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的芯片保护层蚀刻比例区域达到电气隔绝后形成芯片引用电极；芯片引用电极包括芯片第一引用电极和芯片第二引用电极，各自亦可再分割为至少一个部分。

5.根据权利要求1所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的绝缘层为单个电气绝缘层或多个不同体积电气绝缘层的组合。

6.根据权利要求5所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的电气绝缘层包括第一电气隔绝层和第二电气隔绝层。

7.根据权利要求1所述的智能保护的元件，其特征在于，所述的元件保护层包括元件第一保护层和元件第二保护层，元件保护层位于元件外表面，界面积介于0.57-2.8mm2。

8.根据权利要求7所述的智能保护的元件结构，其特征在于，所述的元件保护层经过蚀刻，各自亦可再分割分割为至少一个部分。

9.根据权利要求1所述的智能保护的元件结构，其特征在于，所述的通孔包括第一通孔组和第二通孔组；第一通孔组和第二通孔组从元件的一表面贯穿至元件的另一表面，元件保护层与芯片引用电极电连接形成元件第一引用电极和元件第二引用电极。

10.一种智能保护的元件制成工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.PPTC复合材料初步处理：将所述复合材料层材料放进真空干燥机在80°-100°的环境下进行10-12H的干燥，再将所述的炭黑、石墨烯、复合材料按照2%-10%；20-80%；10-40%的重量比配比进行称料并按照0.8-1.2H的时间进行混料，以确保达到均匀效果；

b.PPTC复合材料密炼：将初步处理后的PPTC复合材料以高过各材料的熔点以上15°-50°下经同向双螺杆挤出造粒机，呈现颗粒状；炼料完成时，再PPTC复合材料进行粉粹均匀；

c.PPTC复合材料成型：将PPTC复合材料搅拌均匀通过抽空挤出，以延压机延压成片型板材，延压时上下粘结芯片保护层，所述芯片保护层通过放卷装置自动放卷，得到PPTC复合材料芯片，厚度为0.1-0.8mm；

d.开菲林片：PPTC复合材料芯片冷却后，切割左右边缘，使得板材宽度为200mm；

e.微电脑切片：成片板材冷却后进行冲切，切割为300mmX200mm芯片；

f.辐照交联：用钴源或电子束辐照交联，辐照量为5-100Mrad；

g.实现线路板：以公布的PCB工艺进行加工，实现芯片保护层蚀刻为芯片引用电极，压合元件绝缘层和元件保护层，再对元件保护层进行蚀刻及利用通孔进行电连接，形成元件引用电极，并于表面进行电镀保护；

h.后处理工艺：进行切割元件表面的边沿，再在线路板表面进行贴膜并划片成为单体。