CN113674937A - 一种低阻高再现性ptc过电流保护元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低阻高再现性PTC过电流保护元件，具有可有效改善产品环境可靠性的功能，以高分子PTC复合片材为主的具有优异环境稳定性的低电阻表面贴装高分子PTC过电流保护元件，该保护元件的侧面，或保护元件侧面和一个正面具有涂覆层或镀层，使导电复合材料基层与外界环境隔离。本发明具有以下特点：1.元件的四个侧面的任意组合面包裹有包覆层，或镀层，一个正面可以包裹包覆层，也可以不包裹包覆层,使元件高分子PTC复合片材与环境隔离，从而提高了产品的电阻再现性；2.起电气连接作用的导电孔位于元件两侧，保证了元件具有良好的焊接性能3.具有不改变现有产品结构，可以完全采用目前的组装方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电高分子聚合物复合材料为主要材料的电子元器件，尤其涉及一种低阻高再现性PTC过电流保护元件。
背景技术
具有正温度系数特性的PTC材料在正常温度下可维持较低的电阻值，具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把聚合物基导电复合材料连接到电路中，作为电流传感元件的材料。由此类材料制备的过电流保护元件已被广泛应用于电子线路上。
近年来，随着智能设备的功率越来越大，对PTC元件要求也越来越高，要求PTC要更高的通电电流，所以更低的室温电阻产品成为智能设备的首选。目前的低阻产品一般采用金属粉末和金属碳化物为导电填料，金属粉末与金属碳化物长时间暴露在空气中，均容易被空气氧化或吸潮，导致高分子PTC产品异常升阻，影响智能设备使用。
在现有公开的技术中，表面贴装型元件的材料侧面裸露在空气中，导致元件在空气中放置或使用一段时间后PTC产品受潮，出现阻值上升，严重影响其使用性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可有效增加产品环境可靠性的低阻高分子PTC过流保护元件，使PTC复合片材与空气隔离，大幅提高产品的环境可靠性。
本发明旨在提供一种可有效解决上述问题的PTC过电流保护元件，即在过电流保护元件侧面和正面增加了包封层或镀层，以提高过电流保护元件的环境可靠性。
一种低阻高再现性PTC过电流保护元件，具有可有效改善产品环境可靠性的功能，其特征在于，在过电流保护元件的侧面，或过电流保护元件的侧面和正面增加了包封层或镀层，包含：
1）至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：
(a) 具有电阻正温度系数效应的导电高分子聚合物复合材料基层，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率为0.1～100mΩ.cm, 粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，且具有相对的第一，第二表面；
(b) 第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；
(c) 第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；
2）导电孔位于元件两侧，包括第一导电孔和第二导电孔，
第一导电孔与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；
第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；
3）第一端电极，位于整个元件的最外层的两面或同一面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路一极电气相连；
第二端电极，与第一端电极同样位于整个元件的最外层的两面或同一面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路另一极电气相连；
4）绝缘层，贴覆于上所述非同一复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和端电极之间，并用于电气隔离；
5）保护元件侧面，或保护元件侧面和一个正面具有涂覆层或镀层，使导电复合材料基层与外界环境隔离。
本发明的结构特征为：
1.保护元件侧面，或保护元件侧面和一个正面具有包封层或镀层,使元件高分子材料基材与空气环境隔离，从而使元件具备较高的环境可靠性；
2.起电气连接作用的导电孔位于元件两侧，充分保证了元件具有良好的焊接可操作性，又使元件具备良好的环境性能；
3.本发明可正常生产单层PTC芯片产品、双层PTC芯片或多层PTC芯片产品，此种方案产品具有单焊接面和双焊接面两种结构。从而使元件具有较好的焊接性能。导电孔由激光钻孔、机械钻孔等工艺形成，且孔表面附着导电金属层构成，所述导电孔的形状可以是任意规则的或不规则的形状。
在上述方案基础上，所述的侧镀层，为纳米陶瓷镀层、氧化铝镀层、氧化硅
镀层等金属氧化物镀层或非金属氧化物镀层。
所述的聚合物占所述导电复合材料基层的体积分数介于10%～85%之间，选自聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。
所述的导电填料选自金属粉末或者导电陶瓷粉末中的一种及其混合物。
所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：由高分子复合材料基层和紧密贴覆于上述高分子材料基层两面的第一导电电极和第二导电电极形成复合片材，对复合片材通过内层图形转移蚀刻技术使复合片材的导电电极蚀刻出绝缘槽，然后将两绝缘层叠放于完成蚀刻的复合片材两表面，并分别覆盖金属箔，进行高温压合，之后将压合后的基板经过后续的外层金属箔镀锡、蚀刻外层图形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、钻孔、沉铜、镀铜工艺等步骤及元件侧面或正面和侧面均包封工艺，得到具有优异环境稳定性的高分子PTC过流保护元件。
本发明在线路板工艺制造过程中，采用侧面涂覆工艺或者镀层工艺在过电流保护元件叠层侧面增加包封层或镀层，使元件高分子材料基层与空气环境隔离，从而提高了产品的环境可靠性能。
附图说明
图1，本发明实施例1整体立体示意图；
图2：本发明实施例1单层片材剖面示意图；
图3：本发明实施例2整体立体示意图；
图4：本发明实施例2单层片材剖面示意图；
图5：本发明实施例3双层片材剖面示意图；
图6：本发明实施例4双层片材剖面示意图；
图7：本发明实施例1与现有产品在高温高湿环境中，电阻随放置时间变化的关系图；
图中标号说明
1、1a——上、下第一端电极；
2、2a——上、下第二端电极；
3、3a、3b——上、下、中间绝缘层；
4、4a——第一导电电极；
5、5a——高分子导电复合材料基层；
6、6a——第二导电电极；
7——第一导电孔；
8——第二导电孔；
9——元件外侧包封层；
10、10a——上、下绝缘槽。
具体实施方式
高分子PTC复合片材的制备：
具有电阻正温度系数效应的导电高分子聚合物复合材料基层，由高密度聚乙烯和分散于该所述聚合物中的体积电阻率为0.1～100mΩ.cm、粒径为：
0.1μm～50μm的导电填料金属碳化钨组成，二者按比例在高速混合器中混合30min后，将混合物组分在180℃温度下于双螺杆造粒机造粒，经冷却，粉碎后经单螺杆挤出机挤出、压延后，在高分子片材上下表面附上电极箔，压制成面积400cm2、厚0.3mm高分子复合材料基层5，在真空烘箱中120℃热处理0.5小时后，用γ射线（Co60）辐照，剂量为16Mrad；之后，得到高分子PTC复合片材。
实施例1
一种可有效增加产品环境可靠性的低阻高分子PTC过流保护元件，采用印制线路板工艺制成表面贴装型高分子PTC过电流保护元件，包括高分子PTC复合片材、端电极、导电电极、绝缘层和导电通孔，其中，
在该过电流保护元件侧面增加了包封层或镀层，使高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
一高分子PTC复合片材，由第一、第二导电电极4、6和高分子复合材料基层5组成；
将所述的高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻加工技术，在第一导电电极4和第二导电电极6分别蚀刻出绝缘槽，然后，将上绝缘层3叠加于第一导电电极4和一金属箔之间，同时，将下绝缘层3a叠加于第二导电电极6和另一金属箔之间，经高温压合后形成基板，基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成上、下第一端电极1、1a和上、下第二端电极2、2a，以及元件外部用于电气隔离第一端电极1、1a和第二端电极2、2a的上、下绝缘槽10、10a；经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连通上、下第一端电极1、1a和第二导电电极6的半圆形第一导电通孔7和连通上、下第二端电极2、2a和第一导电电极4的半圆形第二导电通孔8；之后，采用侧面涂覆工艺，使矩形元件的四个侧面包裹一包封层9，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。如图1和2所示。
图7：本实施例与现有产品在高温高湿环境中，电阻随放置时间变化的关系图，本发明显示了突出的高温高湿环境稳定性。
实施例2
一种可有效增加产品环境可靠性的低阻高分子PTC过流保护元件，采用印制线路板工艺制成表面贴装型高分子PTC过电流保护元件，与实施例1相近，其中，
在该过电流保护元件侧面和正面增加了包封层或镀层，使高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
一高分子PTC复合片材，由第一、第二导电电极4、6和高分子复合材料基层5组成；
将所述的高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻加工技术，使第一导电电极4和第二导电电极6分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层3叠加于第一导电电极4上，同时，将下绝缘层3a叠加于第二导电电极6和下金属箔之间，然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一端电极1和第二端电极2，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接第二导电电极6和第一导电端1的半圆形第一导电孔7，以及连接第一导电电极4和第二导电端2的半圆形第二导电孔8；之后，采用涂覆工艺，使元件的一个正面和四个侧面包裹包封层9，从而制备出具有一个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。见图3和4所示。
实施例3
一种可有效增加产品环境可靠性的低阻高分子PTC过流保护元件，如图5所示，采用印制线路板工艺制成表面贴装型高分子PTC过电流保护元件，与实施例1相近，只是采用二层高分子PTC复合片材并联，以进一步降低初始电阻，在二个高分子PTC复合片材之间有中间绝缘层3b，其中，
在该过电流保护元件侧面增加了包封层或镀层，使并联的高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
二个结构相同的高分子PTC复合片材，分别有第一导电电极4、4a，第二导电电极6、6a，以及高分子复合材料基层5、5a；其中，
第一层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层5，和其上下表面附第一、第二导电电极4、6；第一层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极4和第二导电电极6分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层3叠加于第一导电电极4和第一金属箔之间；
第二层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层5a，和其上下表面附第一、第二导电电极4a、6a，将第二层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极4a和第二导电电极6a分别蚀刻出绝缘槽，然后将下绝缘层3a叠加于第二导电电极6a和第二金属箔之间；
在第一层高分子PTC复合片材的第二导电电极6和第二层高分子PTC复合片材的第一导电电极4a之间设有中间绝缘层3b；
然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成上、下第一端电极1、1a和上、下第二端电极2、2a，以及元件外部用于电气隔离第一、第二端电极的上、下绝缘槽10、绝缘槽10a；经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接二个高分子PTC复合片材的第二导电电极6、6a和上下第一端电极1、1a的半圆形的第一导电孔7，以及连接二个高分子PTC复合片材的第一导电电极4、4a和上下第二端电极2、2a的半圆形第二导电孔8；之后，采用侧面涂覆工艺，使元件四个侧面包裹一包封层9，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。如图5所示。
本实施例也可多层复合片材并联，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品内阻的目的。侧面同样包裹一包封层9，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。
实施例4
一种可有效增加产品环境可靠性的低阻高分子PTC过流保护元件，如图6所示，采用印制线路板工艺制成表面贴装型高分子PTC过电流保护元件，与实施例2相近，只是采用二层高分子PTC复合片材并联，以进一步降低初始电阻，在二个高分子PTC复合片材之间有中间绝缘层3b，其中，
在该过电流保护元件侧面和正面增加了包封层或镀层，使并联的高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
二个结构相同的高分子PTC复合片材，分别有第一导电电极4、4a，第二导电电极6、6a，以及高分子复合材料基层5、5a；其中，
第一层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层5，和其上下表面附第一、第二导电电极4、6组成，将第一层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极4和第二导电电极6分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层3叠加于第一导电电极4上；
第二层高分子PTC复合片材，由第一高分子复合材料基层5a和其上下表面附第一、第二导电电极4a、6a组成，将第二层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极4a和第二导电电极6a分别蚀刻出绝缘槽，然后将下绝缘层3a叠加于第二导电电极6a和一金属箔之间；
在第一层高分子PTC复合片材的第二导电电极6和第二层高分子PTC复合片材的第一导电电极4a之间设有中间绝缘层3b；
然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一端电极1和第二端电极2，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接第一端电极1和二个高分子PTC复合片材的第二导电电极6、6a的半圆形第一导电孔7，和连接第二端电极2和二个高分子PTC复合片材的第一导电电极4、4a的半圆形第二导电孔8；之后，采用涂覆工艺，使元件的一个正面和四个侧面包裹包封层9，从而制备出具有一个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。见图6所示。
本实施例也可多层复合片材并联，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品内阻的目的。
所制备的过电流保护元件在长期环境放置后，相对于没有侧面包封的比较例对比，高温高湿环境中，本发明电阻随放置时间变化几乎是一条水平直线，环境稳定性显著提高，见图7所示。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上,然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此,本发明的保护范围应不限于实施例所揭示,而应包括各种不背离本发明的替换及修饰,并为以上的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种低阻高再现性PTC过电流保护元件，具有可有效改善产品环境可靠性的功能，采用表面封装结构的贴片PCT保护元件，其特征在于，在过电流保护元件的侧面，或过电流保护元件的侧面和正面增加了包封层或镀层，包含：
1）至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：
(a) 具有电阻正温度系数效应的导电高分子聚合物复合材料基层，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率为0.1～100mΩ.cm, 粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，且具有相对的第一，第二表面；
(b) 第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；
(c) 第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；
2）导电孔位于元件两侧，包括第一导电孔和第二导电孔，
第一导电孔与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；
第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；
3）第一端电极，位于整个元件的最外层的两面或同一面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路一极电气相连；
第二端电极，与第一端电极同样位于整个元件的最外层的两面或同一面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路另一极电气相连；
4）绝缘层，贴覆于上所述非同一复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和端电极之间，并用于电气隔离；
5）保护元件侧面，或保护元件侧面和一个正面具有涂覆层或镀层，使导电复合材料基层与外界环境隔离。
2.根据权利要求1所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的过流保护元件长度≤5mm、宽度≤4mm、厚度≤1.4mm。
3.根据权利要求1所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的镀层为纳米陶瓷层、氧化铝镀层、氧化硅镀层类金属氧化物镀层，或者，为非金属氧化物镀层。
4.根据权利要求1至3任一项所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，
在该过电流保护元件侧面增加了包封层或镀层，使高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
一高分子PTC复合片材，由第一、第二导电电极和高分子复合材料基层组成；
将所述的高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻加工技术，在第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后，将上绝缘层叠加于第一导电电极和一金属箔之间，同时，将下绝缘层叠加于第二导电电极和另一金属箔之间，经高温压合后形成基板，基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成上、下第一端电极和上、下第二端电极，以及元件外部用于电气隔离第一端电极和第二端电极的上、下绝缘槽；经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连通上、下第一端电极和第二导电电极的半圆形第一导电通孔和连通上、下第二端电极和第一导电电极的半圆形第二导电通孔；之后，采用侧面涂覆工艺，使矩形元件的四个侧面包裹一包封层，得到具有两个焊接面、低阻高再现性高分子PTC过电流保护元件。
5.根据权利要求1至3任一项所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，
在该过电流保护元件侧面和正面均包封了镀层，使高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
一高分子PTC复合片材，由第一、第二导电电极和高分子复合材料基层组成；
将所述的高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻加工技术，使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层叠加于第一导电电极上，同时，将下绝缘层叠加于第二导电电极和下金属箔之间，然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一端电极和第二端电极，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接第二导电电极和第一导电端的半圆形第一导电孔，以及连接第一导电电极和第二导电端的半圆形第二导电孔；之后，采用涂覆工艺，使元件的一个正面和四个侧面包裹包封层，得到具有一个焊接面、环境可靠性高的低阻高再现性高分子PTC过电流保护元件。
6.根据权利要求1至3任一项所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，
在该过电流保护元件侧面增加了包封层，使并联的高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
二个结构相同的高分子PTC复合片材，分别有第一导电电极，第二导电电极，以及高分子复合材料基层；其中，
第一层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层，和其上下表面附第一、第二导电电极；第一层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层叠加于第一导电电极和第一金属箔之间；
第二层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层，和其上下表面附第一、第二导电电极，将第二层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后将下绝缘层叠加于第二导电电极和第二金属箔之间；
在第一层高分子PTC复合片材的第二导电电极和第二层高分子PTC复合片材的第一导电电极之间设有中间绝缘层；
然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨，形成上、下第一端电极和上、下第二端电极，以及元件外部用于电气隔离第一、第二端电极的上、下绝缘槽、绝缘槽；经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接二个高分子PTC复合片材的第二导电电极和上下第一端电极的半圆形的第一导电孔，以及连接二个高分子PTC复合片材的第一导电电极和上下第二端电极的半圆形第二导电孔；之后，采用侧面涂覆工艺，使元件四个侧面包裹一包封层，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。
7.根据权利要求1至3任一项所述的低阻高再现性PTC过电流保护元件，其特征在于，在该过电流保护元件侧面和正面增加了包封层或镀层，使并联的高分子PTC复合片材与空气隔离，以提高过电流保护元件的环境可靠性；
二个结构相同的高分子PTC复合片材，分别有第一导电电极，第二导电电极，以及高分子复合材料基层；其中，
第一层高分子PTC复合片材由第一高分子复合材料基层，和其上下表面附第一、第二导电电极组成，将第一层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后将上绝缘层叠加于第一导电电极上；
第二层高分子PTC复合片材，由第一高分子复合材料基层和其上下表面附第一、第二导电电极组成，将第二层高分子PTC复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽，然后将下绝缘层叠加于第二导电电极和一金属箔之间；
在第一层高分子PTC复合片材的第二导电电极和第二层高分子PTC复合片材的第一导电电极之间设有中间绝缘层；然后，经高温压合后形成基板，所述的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一端电极和第二端电极，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成连接第一端电极和二个高分子PTC复合片材的第二导电电极的半圆形第一导电孔，和连接第二端电极和二个高分子PTC复合片材的第一导电电极的半圆形第二导电孔；之后，采用涂覆工艺，使元件的一个正面和四个侧面包封层，得到具有一个焊接面、环境可靠性高的低阻高再现性高分子PTC过电流保护元件。
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