CN105576598B - 一种薄型自控制型保护器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄型自控制型保护器及其制造方法，薄型自控制型保护器至少包括陶瓷基板、导电电极，所述陶瓷基板上设有导电孔，在陶瓷基板的正面和背面均设有导电电极，在正面和背面导电电极之间垂直设置有连接电极，主导电回路连接在导电电极上构成回路，所述的陶瓷基板呈一矩形，并在陶瓷基板的四个边中间位置处均设有凹槽；在陶瓷基板的上、下表面，位于凹槽位置处，分别设有正面第一、二、三、四导电电极和与正面位置对应的背面第一、二、三、四导电电极；在两个不相邻的正面导电电极上设有发热层，在该发热层上方设有绝缘层；所述绝缘层上方设有电极层，所述的电极层将另两个不相邻的正面导电电极连接后连接主导电回路形成回电。

Description

一种薄型自控制型保护器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子产品用自控制保护元件，特别涉及一种主要应用于手机、笔记本电脑、平板电脑等便携式电子产品的薄型自控制型保护器及其制造方法。

背景技术

近几年来，电子行业飞速发展，尤其是计算机技术和通信技术的发展更是迅速。

计算机正朝着个性化，小型化方向发展，越来越多的超薄超小型笔记本电脑和平板电脑的问世，电池容量的增加，对电子元件的要求也越来越高。

通信技术正向着带宽化和个性化方向发展，现今各种智能手机层出不穷，功能五花八门，屏幕越做越大，待机时间越来越长。3G服务已不再陌生，4G时代也即将到来，这种前景下，对电子元件的挑战也呼之欲出。

我们需要一种电子元件，它的尺寸必须满足电子行业小型化的发展趋势，它的装配方式必须适合目前电子行业最基本的回流焊焊接工艺，它的功能最好能集合多种电子元件于一身，它的适用范围能同时满足过流过压过温保护的要求，同时它本身可以在较大电流下工作，以满足电子产品日新月异的发展。

申请号：201120149915.0涉及一种薄型电路保护装置,包括双金属片、PTC电阻及上下电极,PTC电阻具有中空腔,双金属片置于中空腔中,上下电极分别贴附在PTC上下面并封装形成密闭结构,双金属片与上下电极的内表面同时紧密接触,并与PTC电阻并联连接,上下电极中一电极在对应中空腔的内表面中部形成导电部分,外围形成绝缘部分,另一电极的内表面中部形成绝缘部分,外围形成导电部分;双金属片呈翘曲状态,中部及边缘处设有触点,触点与上下电极导电部分分别接触,连入电路;或双金属片反向翘曲,触点与上下电极导电部分脱开。优点是:通过双金属片自身的形变动作,实现电路断开或闭合的控制,结构简单,性能可靠,器件做到薄而小,满足电子器件小型化的要求。

但上述装置不适合超大电流电路的过流、过温保护。

发明内容

本发明目的在于提供一种薄型自控制保护器，通过对传统薄型自控制型保护器的改进，以达到更好地保护作用。

本发明再一目的在于：提供所述薄型自控制保护器的制造方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种薄型自控制保护器，至少包括陶瓷基板、导电电极，所述陶瓷基板上设有导电孔，在陶瓷基板的正面和背面均设有导电电极，在正面和背面导电电极之间垂直设置有连接电极，主导电回路连接在导电电极上构成回路，其中：

所述的陶瓷基板呈一矩形，并在所述陶瓷基板的四个边中间位置a、b、c、d处均设有可导电的凹槽；在所述陶瓷基板的上、下表面，位于凹槽位置处，分别设有正面第一、二、三、四导电电极和与正面位置对应的背面第一、二、三、四导电电极；

在两个不相邻的正面导电电极上设有发热层，如第二、四导电电极间设有发热层，并电气导通，在该发热层上方设有绝缘层；

所述绝缘层上方设有电极层，所述的电极层将另两个不相邻的正面导电电极连接后，如第一、三导电电极间连接主导电回路形成回电。

在上述方案基础上，所述的主导电回路为高分子PTC热敏电阻、低熔点合金如铋铟锡合金、高熔点合金如锡铅或锡铅锑合金、导电的银铂钯金电极层、或表面贴装型式的保险丝元件；该自控制保护器有常规大电流保险丝的功能，同时有自主控制加速主导电回路快速熔断的功能。

在上述方案基础上，所述的陶瓷基板为一种薄型陶瓷基板材料加工而成，可以是氧化铝、氧化锆等为主要原料的基材经冲压或激光切割等工艺加工而成，厚度不大于0.5mm。

在上述方案基础上，所述的正面第一、二、三、四导电电极由主要为银、铂、钯、金的印刷电极浆料经高温烧结后形成；所述的背面第一、二、三、四导电电极由烧结后主要为银、铂、钯、金的印刷电极浆料经高温烧结后形成，与锡焊料焊接时具有良好的可焊性。

在上述方案基础上，所述的正面与背面电极间的连接电极由印刷电极浆料经高温烧结后形成；材料主要由银、铂、钯、金等导电性良好的金属构成。固体含量不小于85%。

在上述方案基础上，所述的正面与背面电极间的连接电极为设在陶瓷基片上的导电通孔，采用作为堵孔材料的导体浆料，固体含量不小于85%主要为银、铂、钯、金印刷电极浆料填孔经高温烧结后形成。

在上述方案基础上，所述的发热层由印刷电极浆料经高温烧结后形成，烧结后的主要材料为银、铂、钯、金、钌金属及氧化物。

在上述方案基础上，所述的绝缘层由烧结后主要为铋、硼、硅、钙、钠、钴、铝等氧化物或硅酸盐的印刷绝缘浆料经高温烧结后形成。

所述的绝缘层由印刷绝缘浆料经高温烧结后形成；其组成主要为铋、硼、硅、钙、钠、钴、铝等氧化物或硅酸盐。

在上述方案基础上，在所述的陶瓷基板上方加设上盖，保护主回路熔断电极及其它各组成部分，该上盖由胶水固化形成。

所述的上盖由胶水在一定温度下固化形成；其组成为氧化铝陶瓷、玻璃涂料、PA、PBT、PET、LCP或其他包封隔热材料。

本发明一种薄型自控制型保护器的工作原理为：常态为低电阻导通状态，一旦电流达到一定值，主导电回路根据选型不同会熔融或者阻值上升，从而使得回路开路或者减小回路电流，起到保护电路的作用；而发热层在常态为开路状态，一旦回路出现过流异常，发热层在其他控制开关的作用下接入回路，因而产生热量造成主导电回路的熔融或者阻值上升，从而起到保护电路的作用。

本发明提供一种薄型自控制型保护器的制造方法，至少包括步骤为：

A．陶瓷基板表面及导电孔内印刷导电电极浆料并烧结形成具有四个正面导电电极路和四个背面导电电极的电路；

B．在二不相邻的正面导电电极之间印刷发热层浆料，或在二不相邻的正面导电电极之间印刷发热层，然后，烧结形成发热层；

C．在所述的发热层上方印刷绝缘浆料，然后烧结形成绝缘层；

D．在所述的绝缘层上方印刷电极浆料并烧结形成电极层；

E．在所述的电极层与另外二个不相邻正面导电电极之间通过焊接或印刷并烧结的方式与主导电回路（4）形成回路。

在上述方案基础上，在制成主回路主导电回后，视熔断体电极种类不同，可以在其上方添加助熔断剂材料。

在制成主导电回路后，视熔断体电极种类不同，在其上涂覆助熔断剂材料层，并加上盖。

可以在陶瓷基板上方加设上盖保护主回路熔断电极及其它各组成部分。

本发明的优越性在于：通过对传统薄型自控制型保护器的改进，达到了更好地保护作用。结合了过流保护元件和过温保护元件的优点，可以采用回流焊工艺，有着尺寸小，耐流高等优点，并且随设计的不同还可以实现自恢复等效果，在小型电子设备电源的保护上将有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中的结构示意图；

图2为实施例1中的剖面示意图；

图3为实施例1中的线路示意图；

图4为实施例2中使用PTC的结构示意图（不含上盖）；

图5为实施例2中使用的PTC结构示意图；

图6为实施例2中使用PTC的线路示意图；

图7为发明的印刷工程分解示意图；

附图中标号说明：

1、1’——陶瓷基板；

11a、11b、11c、11d——a、b、c、d处凹槽；

14、14’——上盖；

2——电极层；

21（21’）、22（22’）、23（23’）、24（24’）——第一、二、三、四正面导电电极；

31、32、33、34——背面第一、二、三、四导电电极；

4、4’——主导电回路；

4b、4b’——电极层；4c、4c’——两个端头；4d——阻隔层；

5——连接电极；

6——发热层；

7——绝缘层。

具体实施方式

下面请参阅说明书附图，对本发明进一步说明。

实施例1

如图1为实施例1中的结构示意图、图2为实施例1中的剖面示意图和图3为实施例1中的线路示意图所示：

一种薄型自控制型保护器，包括陶瓷基板1、导电电极，所述陶瓷基板1上设有导电孔，在陶瓷基板1的正面和背面均设有导电电极，在正面和背面导电电极之间垂直设置有连接电极5，一主导电回路4连接在导电电极上构成回路，其中：

如图1所示，所述的陶瓷基板1呈一矩形，并在所述陶瓷基板1的四个边中间位置a、b、c、d处均设有凹槽11a、11b、11c、11d；在所述陶瓷基板1的上、下表面，位于凹槽位置处，分别设有正面第一、二、三、四导电电极21、22、2、24和与正面位置对应的背面第一、二、三、四导电电极31、32、33、34；

在两个不相邻的正面第二、四导电电极22、24上设有发热层6，并电气导通，在该发热层6上方设有绝缘层7；

所述绝缘层7上方设有电极层2，所述的电极层2将另两个不相邻的正面第一、三导电电极21、23连接后连接主导电回路4形成如图3所示电路。

本实施例中的主导电回路4采用一次性熔断的合金。在所述主导电回路4外层设一上盖14。

如图3所示，本实施例自控制保护器有常规大电流保险丝的功能，同时有自主控制加速主导电回路快速熔断的功能。

在上述方案基础上，所述的陶瓷基板1为一种薄型陶瓷基板材料加工而成，可以是氧化铝、氧化锆等为主要原料的基材经冲压或激光切割等工艺加工而成，厚度不大于0.5mm。

在上述方案基础上，所述的四个正面第一、二、三、四导电电极21、22、23、24由印刷电极浆料经高温烧结后形成；材料主要由银、铂、钯、金等导电性良好的金属构成。

在上述方案基础上，所述的四个背面第一、二、三、四导电电极31、32、33、2、34由印刷电极浆料经高温烧结后形成；材料主要由银、铂、钯、金等导电性良好的金属构成，并且在与锡焊料焊接时具有良好的可焊性。

在上述方案基础上，所述的主导电回路4，也可以是高分子PTC热敏电阻、低熔点合金如铋铟锡合金、高熔点合金如锡铅或锡铅锑合金、导电的银铂钯金电极层、或者表面贴装型式的保险丝元件。

在上述方案基础上，所述的正面与背面电极间的连接电极5由印刷电极浆料经高温烧结后形成；材料主要由银、铂、钯、金等导电性良好的金属构成。作为堵孔材料的导体浆料，固体含量不小于85%。

在上述方案基础上，所述的发热层6由印刷电极浆料经高温烧结后形成；烧结后的材料主要由银、铂、钯、金、钌金属及氧化物构成。

在上述方案基础上，所述的绝缘层7由印刷绝缘浆料经高温烧结后形成；其组成主要为铋、硼、硅、钙、钠、钴、铝等氧化物或硅酸盐。

在上述方案基础上，所述的上盖14由胶水在一定温度下固化形成；其组成为氧化铝陶瓷、玻璃涂料、PA、PBT、PET、LCP或其他包封隔热材料。

所述的薄型自控制型保护器在常态为低电阻导通状态，一旦电流达到一定值，主导电回路4根据选型不同会熔融或者阻值上升，从而使得回路开路或者减小回路电流，起到保护电路的作用；而发热层在常态为开路状态，一旦回路出现非过流异常，发热层在其他控制开关的作用下接入回路，因而产生热量造成主导电回路的熔融或者阻值上升，从而起到保护电路的作用。

上述薄型自控制型保护器的制造方法，如图7所示，至少包括步骤为：

1.首先，如7-1所示制作陶瓷基板1，在其表面上印刷连接电极5（即银钯连接材料），将导电孔堵住，并进行烧结（850℃，40min），基板尺寸5.4mm*3.2mm，形成电路；

2.如7-2所示，在陶瓷基板1的正反面位置印刷好银钯材料的正面第一、二、三、四导电电极21、22、23、24和背面第一、二、三、四导电电极31、32、33、34，再次烧结（850℃，40min）；

3. 如7-3所示，在正面第二导电电极22和正面第四导电电极24之间印刷钌系阻浆作为发热层6，并烧结（850℃，40min），使得产品在正面导电电极22和正面导电电极24两端产生一定电阻，阻浆的印刷厚度10um，阻值5-7Ω；

4.之后如7-4所示，在发热层6上方在阻浆表面再覆盖印刷一层绝缘层7，厚度在10-30um；

5.如7-5所示，在绝缘层7上方印刷电极浆料并烧结形成电极层2，所述电极层2厚度10um，再进行烧结（850℃，40min），由此完成陶瓷基板的印刷工艺；

6.再然后，将所述完成的陶瓷基板切割成合适的尺寸（比如，2.2mm*2.2mm*0.16mm），采用激光焊接或者温度焊接的方式将合金作为主导电回路4与正面导电电极21和正面导电电极23两电极焊接，形成回路。

7.最后在陶瓷基板1上加装上盖14，并用胶水固化，固化条件为（150℃，30min）。

在上述方案基础上，在合金作为主导电回路4后，视熔断体电极种类不同，还可以在其上方添加助熔断剂材料。

本实施例的设计回路如图3所示，R1和R2为主导电回路4合金提供的电阻，R3为钌系阻浆提供的电阻。当主导电回路4正面导电电极21和正面导电电极23((即a和c端))中的电流过大超过合金的负荷时，合金自身熔融断开从而保护主回路；而当出现非电流异常需要保护时，IC控制的FET开关使得电阻层的正面第四导电电极24端（即d端）接入回路，电阻通电后发热产生的热量导致合金融化，从而也起到保护主回路的作用。

实施例2

如图4为实施例2中使用PTC的结构示意图（不含上盖）、图5为实施例2中使用的PTC结构示意图和图6为实施例2中使用PTC的线路示意图所示，本实施例其他与实施例1相同，只是主导电回路4材料采用PPTC（聚合物基PTC），陶瓷基板1’的印刷工艺同实施例1。

完成陶瓷基板1’的印刷工艺后，用传统工艺制成的贴片PPTC，用回流焊或者手工焊接的方式与正面第一导电电极21’和正面第三导电电极23’两电极焊接，形成主导电回路4，如图4所示。

最后在陶瓷基板1’上加装上盖14’，并用胶水固化，固化条件为（120℃，30min）。

所述的传统贴片PPTC的设计如图5所示，其中，基材4a采用高分子PTC，上下层分别覆盖了电极层4b、4b’，两个端头4c、4c’分别镀锡，再在表面印刷一层阻隔层4d。

本实施例的设计回路如图6所示，主导电回路4’正面第一导电电极21’和正面第三导电电极23’(即a和c端)之间从一次性熔断的合金替换成可恢复的PPTC，当主回路出现过大电流时，PPTC动作，回路电流被降低；而当出现非电流异常需要保护时，IC控制的FET开关使得电阻层的正面第四导电电极24’(d端)接入回路，电阻通电后发热产生的热量促使PPTC阻值上升，从而也起到保护主回路的作用。并且这两个保护过程都是可逆的。

Claims (8)

1.一种薄型自控制型保护器，至少包括陶瓷基板、导电电极，所述陶瓷基板上设有导电孔，在陶瓷基板（1）的正面和背面均设有导电电极，在正面和背面导电电极之间垂直设置有连接电极（5），主导电回路（4）连接在导电电极上构成回路，其特征在于：

所述的陶瓷基板（1）呈一矩形，并在所述陶瓷基板（1）的四个边中间位置a、b、c、d处均设有凹槽（11a、11b、11c、11d）；在所述陶瓷基板（1）的上、下表面，位于凹槽位置处，分别设有正面第一、二、三、四导电电极（21、22、23、24）和与正面导电电极位置对应的背面第一、二、三、四导电电极（31、32、33、34），陶瓷基板表面及导电孔内印刷导电电极浆料并烧结形成具有四个正面导电电极的电路和四个背面导电电极的电路，将导电孔堵住；

在两个不相邻的正面导电电极上设有发热层（6），并与该两个不相邻的正面导电电极电气导通，在该发热层（6）上方设有绝缘层（7）；

所述绝缘层（7）上方设有电极层（2），所述的电极层（2）将另两个不相邻的正面导电电极连接后连接主导电回路（4）形成回路，所述的主导电回路（4）为高分子PTC热敏电阻、低熔点合金的铋铟锡合金、高熔点合金的锡铅或锡铅锑合金、导电的银铂钯金电极层、或表面贴装型式的保险丝元件；

所述的正面与背面电极间的连接电极（5）为设在陶瓷基片上的导电通孔，采用固体含量不小于85%主要为银、铂、钯、金印刷电极浆料填孔经高温烧结后形成。

2.根据权利要求1所述的一种薄型自控制型保护器，其特征在于，所述的陶瓷基板（1）为一种厚度不大于0.5mm薄型陶瓷基板材料加工而成，由氧化铝、氧化锆为主要原料的基材经冲压或激光切割工艺加工而成。

3.根据权利要求1所述的一种薄型自控制型保护器，其特征在于，所述的正面第一、二、三、四导电电极（21、22、23、24）由烧结后主要为银、铂、钯、金的印刷电极浆料经高温烧结后形成；所述的背面第一、二、三、四导电电极（31、32、33、34）由烧结后主要为银、铂、钯、金的印刷电极浆料经高温烧结后形成。

4.根据权利要求1所述的一种薄型自控制型保护器，其特征在于，所述的发热层（6）由印刷电极浆料经高温烧结后形成，烧结后的主要材料为银、铂、钯、金、钌金属及氧化物。

5.根据权利要求1所述的一种薄型自控制型保护器，其特征在于，所述的绝缘层（7）由烧结后主要为铋、硼、硅、钙、钠、钴、铝氧化物或硅酸盐的印刷绝缘浆料经高温烧结后形成。

6.根据权利要求1所述的一种薄型自控制型保护器，其特征在于，在所述的陶瓷基板（1）上方加设上盖（14），保护主回路熔断电极，该上盖（14）由胶水固化形成。

7.根据权利要求1至6之任一项所述的一种薄型自控制型保护器的制造方法，其特征在于：

A.陶瓷基板（1）表面及导电孔内印刷导电电极浆料并烧结形成具有四个正面导电电极的电路和四个背面导电电极的电路；

B.在二不相邻的正面导电电极之间印刷发热层浆料，或印刷发热层，然后，烧结形成发热层（6）；

C.在所述的发热层（6）上方印刷绝缘浆料，然后烧结形成绝缘层（7）；

D.在所述的绝缘层（7）上方印刷电极浆料并烧结形成电极层（2）；

E.在电极层（2）与另外二个不相邻正面导电电极之间通过焊接或印刷并烧结的方式与主导电回路（4）形成回路。

8.根据权利要求7所述的一种薄型自控制型保护器的制造方法，其特征在于：在制成主导电回路（4）后，视熔断体电极种类不同，在其上涂覆助熔断剂材料层，并加上盖。