CN110741524A - 具有集成正温度系数设备的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

装置包括第一线缆插头(104)部件。装置进一步包括具有多个层的印刷电路板(PCB)(116)，PCB(116)耦合到第一线缆插头(104)部件。正温度系数(PTC)设备(102)可以设置在多个层的第一层(302)上，并且多个层的第二层(304)可以被设置在多个层的第一层(302)之上。

Description

具有集成正温度系数设备的印刷电路板
技术领域
本公开一般地涉及印刷电路板(PCB)。特别地，本公开涉及具有集成正温度系数(PTC)设备的PCB，该集成正温度系数设备可以与通用串行总线(USB)线缆一起使用。
背景技术
通用串行总线(USB)接口包括用于信令的差分信号对(D+和D-)，并且还提供电力和地。关于电力输送，USB线缆仅可以提供一定量的电流。例如，USB 2.0标准允许500mA的最大输出电流，而USB 3.0标准允许900mA的最大输出电流。传统上，通过USB线缆的电力输送使用5V的输出电压发生。但是现代移动设备电池通常具有几千毫安的存储容量。从而，即使在USB 3.0标准允许的增加的输出电流下，如果使用5V的输出电压输送电力，这种电池的充电也会延迟。由于与USB线缆相关联的开关电源、USB线缆和接收设备都对输出电流呈现电阻，因此加剧了这种充电延迟。
鉴于来自设备电阻的相关联的损耗和输出电流限制，为了使快速充电模式成为可能，常见的是在USB线缆上使用明显更高的输出电压。例如，已经开发出使用9V、12V或甚至19V的快速充电模式，而不是使用5V的默认USB输出电压。增加的电压允许开关电源在USB线缆上输送更多的电力，而不超过最大输出电流限制。
尽管快速充电模式是有益的，但是关于它们的实现出现了问题。例如，USB线缆接口可能变脏，使得灰尘颗粒或其他轻微导电物体耦合在供给电压引脚(输送输出电压的引脚)与差分信令引脚D+和D-之一之间。或者，USB线缆本身可以由用户的扭曲变得磨损，使得在供给电压导线与用于D+和D-信号的导线之一之间存在轻微导电路径。结果是供给电压与USB线缆中的差分数据信号之一之间短路。供给电压与USB线缆中的差分数据信号之一之间的短路可以引起USB线缆和/或耦合到USB线缆的设备过热和损坏。
因而，本领域需要改进的防止在数据接口上的短路的保护。鉴于下面的公开，在USB线缆和其他实施方式中的常见短路保护技术的其他问题将变得清楚。
发明内容
提供本发明内容以用简化的形式介绍选择的概念，这些概念在下面的具体实施方式中进一步被描述。本发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定要求保护的主题的范围。
根据一个实施方式，装置包括第一线缆插头部件。装置进一步包括具有多个层的印刷电路板(PCB)，PCB耦合到第一线缆插头部件。正温度系数(PTC)设备可以被设置在多个层的第一层上，多个层的第二层可以被设置在多个层的第一层之上。
根据另一实施方式，印刷电路板(PCB)装置可以包括第一PCB层和第二PCB层。PCB装置还可以包括设置在第一PCB层和第二PCB层之间的第三PCB层。PTC设备可以设置在第三PCB层上。
附图说明
图1示出根据本公开的示例性实施例的通用串行总线线缆布置；
图2示出根据本公开的示例性实施例的印刷电路板(PCB)；
图3示出根据示例性实施方式的当从图2中所示的线I-I的观点观察时的PCB的横截面图；以及
图4示出根据本公开的示例性实施例的体现为PTC芯片的正温度系数(PTC)设备。
具体实施方式
图1示出根据本公开的示例性实施例的通用串行总线(USB)线缆布置100。其他类型的线缆布置也可以以本公开中描述的方式实现。
USB线缆布置100可以包括第一线缆插头部件104和第二线缆插头部件106。在一个实施方式中，第一线缆插头部件104可以耦合到诸如移动电话、平板电脑、消费者可穿戴设备等用户装备。通常，第一线缆插头部件104将耦合到诸如用户装备的负载设备，该负载设备经由USB线缆布置100接收至少一个电压。进一步的，第二插头部件106可以耦合到诸如AC到DC电源、计算设备等的另一用户装备。通常，第二插头部件106将耦合到诸如用户装备的电压供给设备，该电压供给设备供给将由USB线缆布置100传输的电压。
USB线缆布置100可以包括多个信号线108、110、112和114。信号线108耦合到地。信号线110和112分别与诸如D-和D+的差分数据信号相关联。虽然未示出，但是线缆布置100可以包括额外的差分数据信号线或其他数据信号线。信号线114耦合到电压源，其中电压源提供诸如5V、9V、12V或19V的在信号线114上传输的电压。
USB线缆布置100可以进一步包括正温度系数(PTC)设备102。在一个实施方式中，PTC设备102耦合在第二线缆插头部件106的电压输入(Vin)与第一线缆插头部件104的电压输出(Vout)之间。
在一个实施方式中，PTC设备102可以是分隔两个或更多个电极的导电聚合物层。当通过PTC设备102的电流超过额定限制时，PTC设备102的聚合物层将开始加热并从固体转变为半固体状态，并在其如此时膨胀。膨胀引起PTC设备102的聚合物内的导电层开始破裂，使得PTC设备102从低电阻状态转换为高电阻状态。结果，流过PTC设备102的电流剧烈地下降。一旦故障消除并且电流恢复正常，聚合物冷却并收缩，在导电链恢复彼此接触时返回其低电阻状态。因此，PTC设备102起作用以防止信号线114上的过电流到达耦合到第一线缆插头部件104的负载。
在一个实施方式中，PTC设备102可以与印刷电路板(PCB)116相关联。PCB 116可以是USB线缆布置100的组成部分。在特别的实施方式中，PCB 116可以直接与第一线缆插头部件114接口。在另一实施方式中，PCB 116可以是第一线缆插头部件114的组成部分。如下面将描述的，PTC设备102可以集成在PCB 116的层之间。
图2示出根据示例性实施方式的PCB 116。如已经公开的，PCB116可以包括PTC设备102。PCB 116可以包括多个电路迹线202，所述多个电路迹线202能够用于耦合PCB 116到第一线缆插头部件104。进一步的，PCB 116可以包括一个或多个电路耦合点204。信号线108、110、112和114可以使用焊料等耦合到一个或多个电路耦合点204。类似地，多个电路迹线202可以使用焊料等耦合到第一线缆插头部件104。
图3示出根据示例性实施方式的当从图2中所示的线I-I的观点观察时的PCB 116的横截面图。PCB 116可以包括多个PCB层。特别地，PCB 116可以包括第一层302，设置在第一层302之上的第二层304和也设置在第一层302之上的第三层306。在一个实施方式中，第一层302夹在第二层304和第三层306之间。在特别的实施方式中，第二层304设置在第一层302上方，并且第三层306设置在第一层302下方。在一个实施方式中，第二层304的至少一部分与第一层302直接接触。类似地，第三层306的至少一部分可以与第一层302直接接触。
在一个实施方式中，PTC设备102由第一层302封装。例如，PTC设备102可以被封装材料308完全或至少部分地包围。封装材料308可以是树脂、环氧树脂等。在另一示例中，PTC设备102安装到第一层302的表面。在又一示例中，PTC设备102由第一层302的材料封装。如下面所描述的，PTC设备102可以是PTC芯片。
PTC设备102可以通过一个或多个通孔310电耦合到第二层304，并且一个或多个通孔310可以耦合到与第二层304相关联的一个或多个电路迹线311。进一步的，PTC设备102可以通过一个或多个通孔312电耦合到第三层306，并且一个或多个通孔312可以耦合到与第三层306相关联的一个或多个电路迹线313。一个或多个电路迹线311和313可以由铜箔、铜镀层等制成。接触垫314可以设置在第二层304的表面上。类似地，接触垫316可以设置在第三层306的表面上。接触垫314和316通过通孔310和312以及一个或多个电路迹线311和313提供到PTC设备102的电接触。
在一个实施方式中，PCB 116可以布置并耦合为线缆布置的一部分，以允许电流通过一个或多个通孔310和312流过PTC设备102。例如，一个或多个通孔310可以经由信号线114耦合到Vin，并且一个或多个通孔312也可以经由信号线114耦合到Vout。在一个实施方式中，Vin通过接触垫314焊接耦合到PTC设备102，并且Vout通过接触垫316焊料耦合到PTC设备102。因此，PTC设备102可以起作用以减轻信号线114上的不期望的过载电流状况。
图4示出根据本公开的示例性实施例的体现为PTC芯片400的PTC设备102。如所示的，在一个实施方式中，PTC芯片400包括导电颗粒填充的聚合物层402。导电颗粒填充的聚合物层402可以设置在第一电极404和第二电极406之间。导电颗粒填充物可以包括金、镍、银金属材料等，以及碳、TiC、碳化钨(WC)等半导体材料；并且聚合物可以是聚乙烯和/或聚丙烯高结晶聚合物。当通过PTC芯片400的电流超过额定限制时，PTC芯片400的聚合物层402将开始加热并从结晶状态转变为非晶状态，并在其如此时膨胀。膨胀引起PTC芯片400的聚合物内的导电层开始破裂，使得PTC芯片400从低电阻状态转换为高电阻状态。结果，流过PTC芯片400的电流剧烈地下降。一旦故障消除并且电流恢复正常，聚合物层402冷却并收缩，当导电链恢复彼此接触时返回其低电阻状态。因此，当例如用PCB 116实施时，PTC芯片400起作用以防止信号线114上的过电流到达耦合到第一线缆插头部件104的负载。
当示范性的USB线缆布置和具有集成PTC设备的PCB被公开时，本领技术人员将理解，在不脱离申请的权利要求的精神和范围的情况下，可以做各种改变并且可以替换等同物。在不脱离权利要求的范围的情况下，在上面公开的教导下可以做其它修改以适应特别的情况或材料。因此，不应将权利要求解释为限于所公开的任一特别的实施例，而应解释为落在权利要求的范围内的任何实施例。

Claims (14)

1.一种装置，包括：
第一线缆插头部件；
具有多个层的印刷电路板PCB，所述PCB耦合到所述第一线缆插头部件；以及
设置在所述多个层的第一层上的正温度系数PTC设备，所述多个层的第二层被设置在所述多个层的所述第一层之上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个层的第三层被设置在所述多个层的所述第一层之上。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个层的所述第一层夹在所述多个层的所述第二层和所述第三层之间。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括耦合到所述第一线缆插头部件的供给电压线，所述PTC设备耦合到所述供给电压线。
5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括第二线缆插头部件，所述供给电压线耦合在所述第一线缆插头部件和所述第二线缆插头部件之间。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括设置为通过所述多个层的所述第二层的至少一个通孔，所述至少一个通孔电耦合到所述PTC设备。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括设置为通过所述多个层的所述第二层的至少多个通孔，所述多个通孔电耦合到所述PTC设备。
8.根据权利要求2所述的装置，进一步包括设置为通过所述多个层的所述第二层的第一通孔，所述第一通孔电耦合到所述PTC设备。
9.根据权利要求2所述的装置，进一步包括设置为通过所述多个层的所述第三层的第二通孔，所述第二通孔电耦合到所述PTC设备。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一线缆部件是耦合到用户装备的通用串行总线USB插头。
11.一种印刷电路板PCB装置，包括：
第一PCB层和第二PCB层；
设置在所述第一PCB层和所述第二PCB层之间的第三PCB层；以及
设置在所述第三PCB层上的正温度系数PTC设备。
12.根据权利要求11所述的PCB装置，进一步包括耦合到所述PCB装置的通用串行总线USB插头。
13.根据权利要求11所述的PCB装置，其中所述第一PCB层包括设置在其中的第一通孔，以及所述第二PCB层包括设置在其中的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔耦合到所述PTC设备。
14.根据权利要求11所述的PCB装置，进一步包括耦合到所述PTC设备的供给电压线。
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