CN111640548A - 一种小型封装尺寸的表面贴装高分子ptc过电流保护元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括PTC芯片、绝缘层、端电极，至少一导电件，其中，在第一导电电极设计分割间隙，形成第一、二导电区，导电件设置在PTC芯片的第一导电区侧的边缘处或至少一角，用于导通PTC芯片上的第一导电区和第二导电电极，且不与端电极接触，第一导电电极的分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行。本发明还提供了该保护元件的制备方法。本发明使得小型化过电流保护元件可满足目前PCB工艺，实现量产的要求。便于设计过电流保护元件电阻的方案，减少对PTC芯材配方的调整。

Description

一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件
技术领域
本发明涉及一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC(positive temperaturecoefficient )过电流保护元件。
背景技术
过电流保护元件应用于电子线路中，保护电子线路因过热或过流而出现故障甚至烧毁的不良现象。过电流保护元件核心部件是高分子导电复合材料的芯材与覆于芯材两侧的导电电极形成的芯片。芯片在室温下处于低阻状态，电子线路呈通路状态；当温度升高或电路出现故障大电流时，其电阻跃迁至数千倍以上，来达到降低电路中电流的效果，起到保护电路的作用。当温度恢复或故障电流排除后，PTC芯片的电阻恢复正常。以此达到重复使用的，故此为自恢复保险丝（PTC）。
目前电子产品日趋功能化，薄型化，电子线路也愈发复杂，过电流保护元件的应用趋向于小型化发展，更小更薄。常规的1206、0805等封装尺寸，技术上已经相当成熟，并已经广泛应用。而0402、乃至0201，甚至01005类封装要求也渐渐出现相应的市场需求。此种小型化产品对于PCB加工的制程能力、电路设计都将是一个巨大的技术挑战。
发明内容
本发明目的在于提供一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，具有可量产的小型化过电流保护元件，在小型化的同时，提升PTC的有效面积和通流能力。
本发明的再一目的在于：提供所述小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的制备方法。
本发明目的通过下述方案实现：一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括PTC芯片、绝缘层、端电极，至少一导电件，其中，在PTC芯片的第一导电电极设计分割间隙，形成第一、二导电区，导电件设置在PTC芯片的第一导电区侧的边缘处或至少一角，用于导通PTC芯片上的第一导电区和第二导电电极，且不与端电极接触，分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行。
本发明有别于常规的贴片PTC的两端通孔设计，通过特殊设计，在PTC芯片的一端边缘处或至少一个棱角设置导电件，连接PTC芯材两侧的导电电极，同时，在第一导电电极设计分割间隙，使得小型化过电流保护元件可满足目前PCB工艺，实现量产的要求。便于设计过电流保护元件电阻的方案，减少对PTC芯材配方的调整。
具体的，本发明提供一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括PTC芯片、绝缘层、端电极和至少一导电件，其中，
1）所述的PTC芯片由PTC芯材、覆于PTC芯材第一表面的第一导电电极和覆于PTC芯材第二表面的第二导电电极组成，其中，第一导电电极由一间隙分割成第一导电区和第二导电区；
2）至少一导电件位于PTC芯片的边缘，用于导通PTC芯片上的第一导电电极的第一导电区和第二导电电极，且不与端电极接触；
3）所述的绝缘层置于第一导电电极与第一、第二端电极层之间，用于电气隔离，并且第一、第二导电孔穿过该绝缘层，分别与第一导电电极的第一导电区和第二导电区电气连接；
4）分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行；
5）所述的端电极包括第一、二端电极，其中，第一端电极，位于绝缘层表面一端，通过第一导电孔与第一导电区电气相连作为焊盘使用；第二端电极，位于绝缘层表面相对的另一端，通过第二导电孔与第二导电区电气相连作为焊盘使用。以防第一导电电极与PTC芯材的结合强度变弱，乃至分离的情况出现。
在上述方案的基础上，所述的第一导电区和第二导电区的面积通过分割间隙在第一导电电极上的相对位置进行调整和设定，通过第二导电区的面积决定PTC芯材的有效区域。
在上述方案的基础上，所述的分割间隙采用所述绝缘层树脂材料填满。
进一步的，所述的分割间隙为长方形、三角形、圆弧形、椭圆形、多边形及其组合形状。
在上述方案的基础上，所述的PTC芯片的四棱角、一端边、两端边或四端边设置绝缘增强件，以增加元件强度。
在上述方案的基础上，该PTC过电流保护元件为单焊接面表面贴装元件。
进一步的，元件非焊接面最外层增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层，以增强元件强度。
本发明还提供了一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的制造方法，包括如下步骤：
步骤一，PTC芯片制备：将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的复合材料基层；再用热压的方法在热压机上把第一、第二导电电极复合于上述材料基层的第一、第二表面，制成复合材料片材，然后再将此复合片材用γ射线（Co60）或电子束辐照交联，剂量为2～100Mrad，裁切得到矩形PTC芯片1；
步骤二，在第一导电电极上通过蚀刻、切削方式制备出分割间隙并用绝缘材料填充，形成第一、二导电区，第一导电区的面积大于第二导电区的面积，根据PTC芯片阻值要求确定；
步骤三，在PTC芯片的第一导电区的端边或棱角处刻蚀开槽、镀金属导电件，使第一导电电极的第一导电区与第二导电电极导通；
步骤四，在第一导电电极上覆绝缘层；
步骤五，设纵向平行的第一、二端电极，并使分割间隙的主要部分与端电极平行，对第一、二端电极通过钻孔、电镀形成第一、二导电孔，使第一端电极通过第一导电孔与第一导电区电气相连作为焊盘使用；通过第二导电孔与第二导电区电气相连作为焊盘使用。
本发明具有以下特点：
1. 在PTC芯片的一端边缘处或一角设置导电件，连接PTC芯材两侧的导电电极，同时在第一导电电极设计分割间隙，使得该设计在PCB加工工艺中可实现批量生产；
2.通过设计调整分割间隙在第一导电电极的相对位置即可对过电流保护原件的电阻进行设计调整，使得其可设计性更高；
3.本发明元件为单焊接面表面贴装类型，这种单焊接面表面贴装元件的特点有：元件非焊接面最外层可以增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层来增强元件强度；
4.本发明的电路设计尤其适合超小型PTC贴片制造工艺。
附图说明
图1：实施例1小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件立体结构示意图；
图2：实施例1的爆炸示意图；
图3：实施例2小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件立体结构示意图；
图4：实施例3小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件立体结构示意图；
图5：实施例3小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件第二导电电极仰视图；
图6：实施例4小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件第二导电电极仰视图；
图7：实施例5小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件第一导电电极结构图；
标号说明
10——PTC芯材；
21、22——第一导电电极、第二导电电极；
211、212——第一导电电极的第一、二导电区；
30——绝缘层；
41、42——第一、二端电极；
51、52——第一、二导电孔；
60、60’——导电部件；61、62——第一、二导电部件；
70——分割间隙；
80——绝缘增强件；
90——增强层；
图7中：
21’——第一导电电极；
211’、212’——第一导电电极的第一、二导电区；
70’——分割间隙。
具体实施方式
材料准备：
将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的PTC芯材10；再用热压的方法在热压机上把第一、第二导电电极21、22复合于上述PTC芯材10的第一、第二表面，制成复合材料片材，然后再将此复合片材用γ射线（Co60）或电子束辐照交联，剂量为2～100Mrad，得到PTC芯片。
实施例1
一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件如图1所示所示，图2为图1所示的过电流保护元件的爆炸图，包括：
PTC芯材10第一、第二表面覆有第一、第二导电电极21、22构成PTC芯片，在第一导电电极21上通过蚀刻、切削等方式制备出与端电极41、42纵向平行的长方形的分割间隙70，将第一导电电极分成没有电气连接的第一导电区211和第二导电区212；同时，
在PTC芯片的端侧面设置导电部件60，导电部件60电气连接PTC芯片第一、第二表面覆盖的第一导电电极21中的第一导电区211和第二导电电极22；
在第一导电电极21表面覆有绝缘层30，使第一端电极41和第二端电极42分别与第一导电电极21上的第一导电区211和第二导电区212之间形成电气隔离；
第一导电孔51和第二导电孔52穿过第一、第二端电极41、42和绝缘层30，分别与第一导电区211和第二导电区212电气连通。
本实施例中，通过绝缘层30的上表面覆第一、第二端电极41和42作焊盘，而不直接以第一导电区211和第二导电区212作为焊盘，是为克服以第一、第二导电区211和212作为焊盘在回流焊焊接时，第一导电电极21与PTC芯材10的结合强度变弱，乃至分离。
本实施例按以下步骤制备：
步骤一，PTC芯片制备：将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的复合材料基层；再用热压的方法在热压机上把第一、第二导电电极21、22复合于上述PTC芯材10的第一、第二表面，制成复合材料片材，然后再将此复合片材用γ射线（Co60）或电子束辐照交联，剂量为2～100Mrad，裁切得到矩形PTC芯片；
步骤二，在第一导电电极21上通过蚀刻、切削方式制备出直线槽形的分割间隙70，形成第一、二导电区211、212，第一导电区的面积大于第二导电区的面积，可根据PTC芯片阻值要求确定；
步骤三，在PTC芯片的第一导电区211的一个端边进行刻蚀开槽、镀金属层形成半圆柱孔形的导电件60，其开口向外，使第一导电区211与第二导电电极22电气导通；
步骤四，在第一导电电极21上覆绝缘层30，并填满分割间隙70；
步骤五，设纵向平行的第一、二端电极41、42，并使分割间隙70与第一、二端电极41、42平行，且不与导件件60接触，对第一、二端电极41、42通过钻孔、电镀形成第一、二导电孔51、52，使第一端电极41通过第一导电孔51与第一导电区211电气相连作为焊盘使用；第二端电极42通过第二导电孔52与第二导电区212电气相连作为焊盘使用。
实施例2
本实施例的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的立体结构如图3所示，与实施例1相近，在实施例一的基础上，为了便于增强表面贴装元件的结构性强度，在PTC芯片上的第二导电电极的表面覆有增强层90，同时，为了表面贴装过电流保护元件的结构刚性，在电气连接第一、二导电电极21、22的导电件60内部注入结构增强柱，为增强绝缘件80，使得过电流保护元件的结构刚性和强度得到改善，具体结构为：
PTC芯材10第一、第二表面覆有第一、第二导电电极21、22构成PTC芯片，在第一导电电极21上通过蚀刻、切削等方式制备出与端电极41、42纵向平行的长方形的分割间隙70，将第一导电电极分成没有电气连接的第一导电区211和第二导电区212；同时，
在PTC芯片的端侧面设置导电部件60，导电部件60电气连接PTC芯片第一、第二表面覆盖的第一导电电极21中的第一导电区211和第二导电电极22，导电件60内部注入结构增强柱，为增强绝缘件80；
在第一导电电极21表面覆有绝缘层30，使第一端电极41和第二端电极42分别与第一导电电极21上的第一导电区211和第二导电区212之间形成电气隔离；
第一导电孔51和第二导电孔52穿过第一、第二端电极41、42和绝缘层30，分别与第一导电区211和第二导电区212电气连通，使第一端电极41通过第一导电孔51与第一导电区电气211相连作为焊盘使用；第二端电极42通过第二导电孔52与第二导电区212电气相连作为焊盘使用；
在非焊接面的第二导电电极22的外表面覆有增强层90，可以是在元件非焊接面最外层增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层，以增强元件强度。
本实施例在具有了实施例1的优点外，结构得以增强。
实施例3
实施例的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的立体结构如图4所示，图5是图4所示结构示意图中的第二导电电极22仰视示意图，与实施例1的结构设计基本同，在实施例1结构基础上，将导电部件60’由PTC芯片的一端边中心位置转移到PTC芯片该端边的一棱角处，参照实施例2所示，将PTC芯片四角处均制备出角孔，同时在四个角孔内均注入增强绝缘件。
实施例4
本实施例的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件第二导电电极仰视示意图如图6所示，第二导电电极22外形与实施例3结构中第二导电电极22的仰视示意图相近，其结构设计同实施例3，在实施例3的基础上，在PTC芯片第一导电区的两棱角上分别设置第一导电部件61和第二导电部件62。
双导电部件设计可以提高导电部件的稳定性。当其中一个导电部件产生不良时，仍有另一导电部件可使得第一导电电极21的第一导电区211和第二导电电极22形成电气连接。
实施例5
本实施例的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的的第一导电电极如图7所示，是另一改善示意图，在实施例1至4的基础上，对第一导电电极21’上的分割间隙70’进行图形设计，与实施例1所示的直线槽形的分割间隙不同，本实施例分割间隙70’采用圆弧形槽和主要部分为直线槽结合的图形设计，使分割间隙70’的主要部分仍与端电极纵向平行，本实施例分割间隙70’的相对位置和图形决定了第一导电区211’和第二导电区212’的有效面积；而第二导电区212’的有效面积部分决定了PTC过电流保护元件的功能性有效部分，使得产品性能设计空间大幅提高。而不需依赖PTC材料的配方调整。
本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的保护范围应不限于实施例揭示的内容，而应该包括各种不背离本发明的替换和修饰。

Claims (12)

1.一种小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括PTC芯片、绝缘层、端电极，至少一导电件，其特征在于，在PTC芯片的第一导电电极设计分割间隙，形成第一、二导电区，导电件设置在PTC芯片的第一导电区侧的边缘处或至少一角，用于导通PTC芯片上的第一导电区和第二导电电极，且不与端电极接触，第一导电电极的分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行。
2.根据权利要求1所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于：包括PTC芯片、绝缘层、端电极和至少一导电件，其中，
1）所述的PTC芯片由PTC芯材、覆于PTC芯材第一表面的第一导电电极和覆于PTC芯材第二表面的第二导电电极组成，其中，第一导电电极由一间隙分割成第一导电区和第二导电区；
2）至少一导电件位于PTC芯片的边缘，用于导通PTC芯片上的第一导电电极的第一导电区和第二导电电极，且不与端电极接触；
3）所述的绝缘层置于第一导电电极与第一、第二端电极层之间，用于电气隔离，并且第一、第二导电孔穿过该绝缘层，分别与第一导电电极的第一导电区和第二导电区电气连接；
4）分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行；
5）所述的端电极包括第一、二端电极，其中，第一端电极，位于绝缘层表面一端，通过第一导电孔与第一导电区电气相连作为焊盘使用；第二端电极，位于绝缘层表面相对的另一端，通过第二导电孔与第二导电区电气相连作为焊盘使用。
3.根据权利要求1或2所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的第一导电区和第二导电区的面积通过分割间隙在第一导电电极上的相对位置进行调整和设定，通过第二导电区的面积决定PTC芯材的有效区域。
4.根据权利要求3所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的分割间隙采用所述绝缘层树脂材料填满。
5.根据权利要求4所述的PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的分割间隙为长方形、三角形、圆弧形、椭圆形、多边形及其组合形状。
6.根据权利要求1所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的PTC芯片的四棱角或一端边或两端边或四端边设置绝缘增强件。
7.根据权利要求6所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的绝缘增强件设在导电件处。
8.根据权利要求1或2所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，该PTC过电流保护元件为单焊接面表面贴装元件。
9.根据权利要求8所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，元件非焊接面最外层增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层，以增强元件强度。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一，PTC芯片制备：将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的复合材料基层；再用热压的方法在热压机上把第一、第二导电电极复合于上述材料基层的第一、第二表面，制成复合材料片材，然后再将此复合片材用γ射线（Co60）或电子束辐照交联，剂量为2～100Mrad，裁切得到矩形PTC芯片；
步骤二，在第一导电电极上通过蚀刻、切削方式制备出分割间隙并用绝缘材料填充，形成第一、二导电区，第一导电区的面积大于第二导电区的面积，根据PTC芯片阻值要求确定；
步骤三，在PTC芯片的第一导电区的端边或棱角处刻蚀开槽、镀金属导电件，使第一导电电极的第一导电区与第二导电电极导通；
步骤四，在第一导电电极上覆绝缘层；
步骤五，设纵向平行的第一、二端电极，并使分割间隙的主要部分与端电极平行，对第一、二端电极通过钻孔、电镀形成第一、二导电孔，使第一端电极通过第一导电孔与第一导电区电气相连作为焊盘使用；通过第二导电孔与第二导电区电气相连作为焊盘使用。
11.根据权利要求10所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的制备方法，其特征在于，步骤二中，分割间隙为与端电极平行的直线槽；或者为弧线槽，且一端与端电极平行。
12.根据权利要求10所述的小型封装尺寸的表面贴装高分子PTC过电流保护元件的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述的导电件设在PTC芯片的一端边，或一个棱角处、或二个棱角处。
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