CN112997261A - 表面可移动的正温度系数装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种正系数温度(PTC)装置(10)，包括：电绝缘基板(12)，设置在基板(12)的第一表面的相对端部上并且其间具有第一间隙(16)的第一上电极和第二上电极(14a，14b)，设置在基板(12)的第二表面的相对端部上并且其间具有第二间隙(20)的第一下电极和第二下电极(18a，18b)，所述第二表面与所述第一表面相对，覆盖第一上电极(14a)和第一下电极(18a)的第一端子(22a)，覆盖第二上电极(14b)和第二下电极(18b)的第二端子(22b)，以及设置在第一间隙(16)内并将第一上电极(14a)连接到第二上电极(14b)的一定量的PTC材料(26)。

Description

表面可移动的正温度系数装置及其制造方法

技术领域

本公开总体上涉及过电流和过热保护装置。更具体地，本公开涉及一种可表面安装的正温度系数装置及其制造方法。

背景技术

正温度系数(PTC)装置用于电子设备中以提供针对过电流和/或过热状况的保护。PTC装置包括PTC材料，该PTC材料在正常工作温度范围内具有相对较低的电阻，而在高于正常工作温度范围时具有较高的电阻。通常，PTC装置将被连接在电源和负载之间，以便从电源流向负载的电流流过PTC材料。随着流过PTC材料的电流增大，PTC材料的温度逐渐升高。环境热量(例如附近的电气组件可能辐射的热量)也可能导致PTC材料的温度升高。当PTC材料的温度达到“活化温度”时，PTC材料的电阻急剧增加。电阻的增加减轻了流经PTC装置的电流，从而保护电源和负载免受过流和过热状况的影响。随后，当PTC材料冷却时，PTC材料的电阻会减小，并且PTC装置可以再次变得导电。PTC装置因此充当可复位熔丝。

通常，使用常规印刷电路板(PCB)制造工艺来制造可表面安装的PTC装置，其中涉及使用酸和碱溶剂进行蚀刻。但是，暴露于此类溶剂会影响PTC材料的工作特性，并可能导致它们以无法预测的方式工作。另外，使用传统的PCB制造工艺来生产现代电子应用中所需的具有非常小的外形尺寸的可表面安装的PTC装置是困难的。

关于这些和其他考虑，本发明的改进会是有用的。

发明内容

提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本公开的示例性实施例的正温度系数装置可以包括：电绝缘基板；设置在基板的第一表面的相对端部上的第一上电极和第二上电极，在第一上电极和第二上电极之间具有第一间隙；设置在基板的第二表面的相对端部上的第一下电极和第二下电极，在第一下电极和第二下电极之间具有第二间隙，所述第二表面与所述第一表面相对；覆盖第一上电极和第一下电极的第一端子；覆盖第二上电极和第二下电极的第二端子；和设置在第一间隙内的一定量的PTC材料，所述PTC材料将第一上电极连接到第二上电极。

根据本公开的示例性实施例的制造正温度系数装置的方法可以包括：提供由电绝缘材料形成的基板，该基板具有设置在其第一表面上的上箔层和设置在其第二表面上的下箔层，所述第二表面与所述第一表面相对；在基板、上箔层和下箔层中形成一系列孔；将导电端子镀层施加到基板、上箔层和下箔层的暴露表面；在端子镀层和上箔层中形成一系列间隙，每个间隙位于基板和上箔层的相邻孔之间；以及在孔处切穿基板和端子镀层以产生多个PTC装置。

附图说明

图1是示出根据本公开的示例性实施例的正温度系数(PTC)装置的剖面侧视图。

图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于制造图1所示的PTC装置的方法的流程图；

图3A-3H是示出图2的流程图中阐述的各种制造步骤一系列剖面侧视图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更详细地描述根据本公开的可表面安装的正温度系数(PTC)装置及其制造方法的示例性实施例。然而，可表面安装的PTC装置和相应的方法可以以许多不同的形式来体现，并且不应将其解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开向本领域技术人员传达可表面安装的PTC装置和相应的方法的某些示例性方面。

参照图1，显示了示出根据本公开的示例性实施例的可表面安装的PTC装置10(以下称为“PTC装置10”)的剖面侧视图。PTC装置10可以包括由电绝缘材料形成的基本平坦的基板12。在特定实施例中，基板12可以由玻璃增强的环氧层压材料例如FR-4形成。这并非旨在进行限制，并且可以设想，基板12可以替代地由各种其他电绝缘材料形成，包括但不限于各种陶瓷、塑料、复合材料等。

基板12的顶表面可以包括设置在基板12的相对的纵向端部上的第一上电极14a和第二上电极14b，在第一上电极14a和第二上电极14b之间具有间隙16。基板12的底表面可类似地包括设置在基板12的相对的纵向端部上的第一下电极18a和第二下电极18b，在第一下电极18a和第二下电极18b之间具有间隙20。在各种实施例中，第一上电极14a和第二上电极14b以及第一下电极18a和第二下电极18b可以由铜箔形成，该铜箔被层压覆层到基板12的顶表面和底表面上。这并非旨在进行限制，并且可以设想，第一上电极14a和第二上电极14b和/或第一下电极18a和第二下电极18b可以由各种其他导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等，并且可以使用下面进一步描述的各种工艺而将其形成或沉积在基板12的上表面和下表面上。

PTC装置10还可以包括设置在其相对的纵向端部上的导电的第一22a和第二端子22b。第一导电端子22a可以在基板12的第一纵向端部周围延伸并且可以覆盖第一上电极14a和第一下电极18a，从而在其间提供电连接。类似地，第二导电端子22b可以在基板12的第二纵向端部周围延伸并且可以覆盖第二上电极14b和第二下电极18b，从而在其间提供电连接。间隙16、20可以分别在PTC装置10的顶部和底部在第一端子22a和第二端子22b之间垂直地延伸。

在各种实施例中，第一端子22a和第二端子22b可以由铜形成，该铜被电镀到第一上电极14a和第二上电极14b、第一下电极18a和第二下电极18b以及基板12的纵向端部上。这不意图是限制性的，并且设想第一端子22a和第二端子22b可以由各种其他导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等，并且可以使用以下进一步描述的各种工艺而将其形成或沉积在第一上电极14a和第二上电极14b、第一下电极18a和第二下电极18b以及基板12的纵向端部上。

PTC装置10还可以包括分别设置在第一端子22a和第二端子22b上的第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b，用于促进PCT装置10在电路内的电连接(例如，通过回流焊接到印刷电路板上的各个电触点)。如图1所示，第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b可分别完全覆盖第一端子22a和第二端子22b。在各种替代实施例中，第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b中的一个或两个可覆盖少于第一端子22a和第二端子22b的整体。例如，可以设想的是，第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b可以仅覆盖第一端子22a和第二端子22b的底表面，或者仅覆盖底表面的一部分。

第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b可以由任何合适的可焊接材料形成，该材料可以被镀覆或以其他方式沉积在第一端子22a和第二端子22b的外表面上。在各种实施例中，第一可焊接垫24a和第二可焊接垫24b可以由NiSn、NiAu、Sn等中的一个或多个形成。本公开不限于此。

PTC装置10可以进一步包括一定量的PTC材料26，其设置在第一上电极14a和第二上电极14b之间以及第一端子22a和第二端子22b之间的间隙16中。PTC材料26可以是由悬浮在聚合物基质中的导电颗粒形成的聚合物PTC材料，因此可以在第一上电极14a和第二上电极14b之间以及第一端子22a和第二端子22b之间提供导电路径(即，在PTC装置10的非故障操作期间，如以下进一步所述，当PTC材料26不处于“跳闸(tripped)”或“活化”状态时)。如图1所示，PTC材料26可以从第一端子22a和第二端子22b上方的间隙16突出，但这不是关键的。在各种替代实施例中，PTC材料26可以完全设置在间隙16内。

可以以墨水或柔性化合物的形式提供的PTC材料26可以具有随着PTC材料26的温度升高而增加的电阻。特别地，PTC材料26可以被配置为具有预定的“跳闸温度”，在该温度以上，PTC材料26的电阻迅速并且急剧地增加(例如，以非线性方式)，以便充分地阻止从其中流过的电流。

在PTC装置10的正常、无故障操作期间，电流可以流过在第一上电极14a和第二上电极14b之间以及在第一端子22a和第二端子22b之间的PTC材料26，从而在例如PTC装置10所连接到的电路中提供了经过PTC装置10并且在源和负载之间的不间断的电路径。但是，在电路中发生过电流或过热状况时(例如可能由流过PTC装置10的过大电流和/或邻近PTC装置10的环境温度升高所导致)，PTC材料26的温度可能会升高到PTC材料26的跳闸温度以上，这又会导致PTC材料26的电阻迅速增加并阻止流过PTC装置10的电流。从而保护电路免受故障状况的影响。随后，当PTC材料26冷却到低于其跳闸温度的温度并且再次变得导电时，PTC装置10可以返回到导电状态并且可以再次允许电流流过电路。PTC装置10因此用作可复位熔丝。

PTC装置10还可以包括覆盖PTC材料26的保护性保形涂层28。保形涂层28有利地保护PTC材料26免受环境污染物和有害环境状况(例如水分、颗粒物质等)的损害。在非限制性实施例中，保形涂层28可以由聚合物膜形成。在其他实施例中，保形涂层28可以由环氧树脂或类似材料形成。

参照图2，显示了示出根据本公开的用于制造多个上述PTC装置10的示例性方法的流程图。现在将结合示出示例性方法的各个步骤的图3A-3H来描述示例性方法。

在示例性方法的框200处，如图3A所示，可以提供由电绝缘材料形成的基本平坦的基板112。在特定实施例中，基板112可以由玻璃增强的环氧层压材料例如FR-4形成。这并非旨在限制，并且可以设想的是，基板112可以替代地由各种其他电绝缘材料形成，包括但不限于各种陶瓷、塑料、复合材料等。基板112的顶表面和底表面可以分别层压有导电的上箔层111和下箔层113。在各个实施例中，上箔层111和下箔层113可以由铜箔形成，该铜箔被层压包覆到基板112的顶表面和底表面上。这不旨在进行限制，并且设想的是，上箔层111和下箔层113可以由各种其他导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等，并且可以使用各种工艺而将其形成或沉积在基板112的上表面和下表面上，包括但不限于：钎焊、焊接、印刷、电化学沉积等。

在示例性方法的框210处，如图3B所示，可以以均匀隔开的间隔钻出或布设穿过基板112以及上箔层111和下箔层113的一系列孔或槽115(以下称为“孔115”)。孔115可以使用用于钻孔、铣削等的任何常规工艺来形成。孔115之间的间距可以大致限定期望的PTC装置的长度。

在示例性方法的框220处，如图3C所示，可以将导电端子镀层122施加到基板112以及上箔层111和下箔层113的暴露表面。特别地，端子镀层122可以覆盖或涂覆上箔层111的顶表面、下箔层113的底表面以及孔115的内表面(即，限定孔115的基板112、上箔层111和下箔层113的钻孔/布线表面)。在各种实施例中，可以通过使用电化学沉积工艺将铜电镀到基板112以及上箔层111和下箔层113上来形成端子镀层122。这不旨在进行限制，并且可以设想的是，端子镀层122可以由各种其他导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等，并且可以使用任何合适的沉积/涂覆工艺(包括但不限于厚箔或引线框层压、电镀、电沉积、物理气相沉积等)而将其形成或沉积在基板112以及上箔层111和下箔层113的表面上。

在示例性方法的框230处，可以以均匀隔开的间隔在端子镀层122和上箔层111中形成一系列上间隙116，其中，上间隙116基本上在相邻的孔115之间居中，如图3D所示。上间隙116可以向下延伸到基板112的上表面，并且可以将上箔层111分成成对的第一上电极114a和第二上电极114b。类似地，可以以均匀隔开的间隔在端子镀层122和下箔层113中形成一系列下间隙120，其中，下间隙120基本上在相邻的孔115之间居中，如图3D所示。下间隙120可以延伸到基板112的下表面，并且可以将下箔层113分成成对的第一下电极118a和第二下电极118b。上间隙116和下间隙120可以使用用于钻孔、布线、蚀刻等的任何常规工艺来形成。

在示例性方法的框240处，如图3E所示，一定量的PTC材料126可以被设置在基板112的顶部上的上间隙116中。PTC材料126可以是由悬浮在聚合物基质中的导电颗粒形成的聚合物PTC材料，并且可以在第一上电极114a和第二上电极114b之间提供导电路径。PTC材料126可以从端子镀层122上方的上间隙116突出，但这不是关键的。在各种替代实施例中，PTC材料126可完全设置在上间隙116内。

有利地，PTC材料126可以由可被印刷、注入或以其他方式分配到上间隙116中并随后固化的流体墨形成。在示例性方法的替代实施例中，PTC材料126可以由可挤压、注入或以其他方式分配到上间隙116中并随后固化的柔性挤压复合物形成。如上所述，PTC材料126可被配置为具有预定的跳闸温度，在该温度以上，PTC材料126的电阻迅速且急剧地增加(例如，以非线性方式)，以便充分地阻止从其中流过的电流。

通过利用呈流体墨和/或挤压型化合物形式的PTC材料并且将这样的墨和/或化合物印刷、注入、按压或以其他方式分配到上间隙116中，本公开的示例性方法在不依赖于涉及使用酸和/或碱溶剂进行蚀刻的常规印刷电路板(PCB)制造工艺的情况下，促进了PTC装置的批量生产。从而保留了PTC材料的工作特性，PTC装置的这种工作特性由于暴露于这种溶剂而可能以不可预知和不希望的方式受到影响。另外，本公开的示例性方法，特别是流体PTC墨和/或挤压型PTC化合物的印刷、注入、按压等，有利于制造具有比使用常规PCB制造工艺所能达到的形状系数更小的形状系数的PTC装置。

在示例性方法的框250处，如图3F所示，可以将保护性保形涂层128施加到PTC材料126上并且可以完全覆盖PTC材料126。在非限制性实施例中，保形涂层128可以由聚合物膜形成。在其他实施例中，保形涂层128可以由环氧树脂或类似材料形成。保形涂层128有利地保护PTC材料126免受环境污染物和有害环境状况(例如水分、颗粒物质等)的影响。在示例性方法的各种实施例中，可以以流体或半流体状态将保形涂层128施加到PTC材料126上，然后固化。可以使用任何合适的工艺将保形涂层128施加到PTC材料126上，包括但不限于印刷、喷涂、刷涂、注射等。

在示例性方法的框260处，可焊接涂层或饰面(finish)124(以下称为“可焊接饰面124”)可被施加到端子镀层122的表面，如图3G所示。特别地，可焊接饰面124可以覆盖或涂覆端子镀层122的顶表面和底表面以及孔115的内表面(即，端子镀层122的限定孔115的表面)。可焊接饰面124不在下间隙120内或保形涂层128上施加。

可焊接饰面124可以由任何合适的可焊接材料形成，该材料可以被镀覆或以其他方式沉积在端子镀层122的表面上。在各种实施例中，可焊接饰面124可以由NiSn、NiAu、Sn等中的一种或多种形成。本公开不限于此。在各种实施例中，可以使用电化学沉积工艺将可焊接饰面124镀到端子镀层122的表面上。这不旨在进行限制，并且设想的是，可以使用任何合适的沉积/涂覆工艺在端子镀层122的表面上形成或沉积可焊接饰面124。

在示例性方法的框270处，可以通过在孔115处切割、切块或以其他方式分离基板112和上覆端子镀层122以及可焊接饰面124来单个化多个PTC装置100。图3H中所示的单个化的PTC装置100中的每个可以基本上类似于上述和图1中所示的PTC装置10。

如本文中所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元素或步骤应被理解为不排除多个元素或步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的另外实施例的存在。

尽管本公开参考某些实施例，但是在不脱离如所附权利要求书所限定的本公开的广度和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行多种修改、变更和改变。因此，意图是本公开不限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求及其等同物的语言所限定的全部范围。

Claims (17)

1.一种正系数温度(PTC)装置，包括：

电绝缘基板；

设置在基板的第一表面的相对端部上的第一上电极和第二上电极，在所述第一上电极和所述第二上电极之间具有第一间隙；

设置在基板的第二表面的相对端部上的第一下电极和第二下电极，在所述第一下电极和所述第二下电极之间具有第二间隙，所述第二表面与所述第一表面相对；

覆盖所述第一上电极和所述第一下电极的第一端子；

覆盖所述第二上电极和所述第二下电极的第二端子；和

设置在所述第一间隙内的一定量的PTC材料，其将所述第一上电极连接到所述第二上电极。

2.根据权利要求1所述的PTC装置，其中，所述PTC材料是聚合物PTC材料。

3.根据权利要求1所述的PTC装置，其中，所述第一端子覆盖所述基板的第一端部，并在所述第一上电极和所述第一下电极之间提供电连接。

4.根据权利要求3所述的PTC装置，其中，所述第二端子覆盖所述基板的与所述第一端部相对的第二端部，并在所述第一上电极和所述第一下电极之间提供电连接。

5.根据权利要求1所述的PTC装置，还包括覆盖所述PTC材料的保形涂层。

6.根据权利要求5所述的PTC装置，其中，所述保形涂层由聚合物膜和环氧树脂中的至少一种形成。

7.根据权利要求1所述的PTC装置，其中，当所述PTC材料低于预定温度时，所述PTC材料提供所述第一上电极和所述第二上电极之间的导电路径，并且其中，当所述PTC材料高于所述预定温度时，所述PTC材料阻止所述第一上电极和所述第二上电极之间的电流流动。

8.根据权利要求1所述的PTC装置，还包括设置在所述第一端子上的第一可焊接垫和设置在所述第二端子上的第二可焊接垫。

9.根据权利要求8所述的PTC装置，其中，所述第一可焊接垫和所述第二可焊接垫是由NiSn、NiAu和Sn中的一种或多种形成的。

10.一种制造正温度系数(PTC)装置的方法，所述方法包括：

提供由电绝缘材料形成的基板，所述基板具有设置在其第一表面上的上箔层和设置在与所述第一表面相对的其第二表面上的下箔层；

在所述基板和所述上箔层和所述下箔层中形成一系列孔；

将导电端子镀层施加到所述基板以及所述上箔层和所述下箔层的暴露表面上；

在所述端子镀层和所述上箔层中形成一系列间隙，每个间隙位于所述基板和所述上箔层中相邻孔的中间；

在所述间隙中设置PTC材料；和

在所述孔处切穿所述基板和所述端子镀层以产生多个PTC装置。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在间隙中设置PTC材料包括将流体PTC墨印刷入所述间隙和将流体PTC墨注射入所述间隙中的至少一种。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，在间隙中设置PTC材料包括将PTC化合物注射入所述间隙和将PTC化合物按压入所述间隙中的至少一种。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括用保形涂层覆盖所述PTC材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述保形涂层包括聚合物膜和环氧树脂中的至少一种。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括将可焊接饰面施加到所述端子镀层的表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述可焊接饰面是由NiSn、NiAu和Sn中的一种或多种形成的。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述PTC材料是聚合物PTC材料。

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