CN116705440A - 一种新结构并联ptc过电流保护元件 - Google Patents

一种新结构并联ptc过电流保护元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新结构并联PTC过电流保护元件，元件芯片层采用导电连接工艺；第一、第二导电孔分设在元件的两侧，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，该导电孔为贯通式导电孔，从第一PTC导电复合材料芯片层的顶面至元件最底层；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，该导电孔为非贯通式导电孔，从第二PTC导电复合材料芯片层至元件最底层；元件采用单边焊盘，以有效降低元件的厚度；起保护效果的PTC芯片层蚀刻面积减少，可以有效降低元件电阻。

Description

一种新结构并联PTC过电流保护元件
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，尤其涉及一种新型PTC并联结构的过流保护元件，该过流保护元件具有降低元件厚度及电阻。
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，随着智能设备小型化及薄型化发展，对PTC元件要求也越来越高，要求PTC具备更小的尺寸及更薄的厚度，目前市面使用的表面贴装过流保护元件采用2层或多层PTC芯片并联结构，产品尺寸及厚度已经达到瓶颈，产品厚度已经没有减小的空间。
在现有公开的技术中，并联结构的表面贴装型元件的PTC芯片层采用PP层经过加热压合粘结在一起，PTC芯片层通过蚀刻铜层，钻孔、层铜，电镀等PCB加工工艺形成并联结构，产品的厚度已经无法有效降低，且由于2层或多层PTC芯片铜层均需要蚀刻，所以元件电阻也无降低的可能。
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PTC芯片层采用导电连接的方式，可以有效降低PTC的蚀刻面积，起到降低电阻的效果，采用单边焊盘设计，可以有效降低元件的。
发明内容
本发明目的在于提供一种新结构并联PTC过电流保护元件，以便降低PTC过流保护元件的电阻及厚度PTC。
本发明目的通过下述技术方案实现：一种新结构并联PTC过电流保护元件，包含:两个或两个以上并联的PTC导电复合材料芯片层，第一、第二导电孔，第一、第二端电极，所述的两个或以上的PTC导电复合材料芯片层包括电阻正温度系数效应的高分子基导电复合材料基层（PTC复合材料基层），及复合在PTC复合材料基层两面的导电电极层；其中，两个或两个以上PTC复合材料芯片层相邻导电电极之间有导电连接层，其中，
1）第一、第二导电孔设在元件的两侧，其中，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，该导电孔为贯通式导电孔，从从第一PTC导电复合材料芯片层的顶面至元件最底层；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，该导电孔为非贯通式导电孔，从第二PTC导电复合材料芯片层至元件最底层；
2）第一、第二端电极作为焊盘使用，在元件的外部同侧，第一端电极和第二端电极间设有绝缘槽用于电气隔离；所述的第一端电极，位于整个元件的最外层的一面上，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，与第一端电极位于整个元件的最外层的同一面上，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；
3）绝缘层，贴覆于第一、第二端电极及与之相邻的PTC导电复合材料芯片层的导电电极之间，并用于电气隔离。
进一步的，所述的过流保护元件复合材料层的导电连接层可以是导电锡膏层、导电胶及直接物理接触连接。
所述的PTC导电复合材料芯片层的蚀刻层是同层蚀刻，即相邻两层PTC导电复合材料芯片层的蚀刻层属于同一方向蚀刻。
进一步的，所述的导电孔位于元件两侧，由激光钻孔、机械钻孔等工艺形成孔，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。
按下述方法制备：
由具有电阻正温度系数效应的高分子基导电复合材料基层和紧密贴覆于所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PTC导电复合材料芯片层，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，然后采用锡膏或者导电胶将两层或多层PTC导电复合材料芯片层连接，在产品元件的最上与最下层采用绝缘PP与金属箔，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，得到具有较薄厚度与较低电阻的产品。
本发明的结构特点是：保护元件为二层或多层PTC芯片并联结构，PTC芯片间连接采用导电连接，每层PTC芯片仅需单边蚀刻，增大了PTC芯片面积，降低了电阻；PTC采用单边焊盘设计，可以有效降低产品厚度。
附图说明
图1：实施例1整体剖面视图；
图2：实施例2整体剖面视图；
附图中标号说明
1——第一端电极；
2——第二端电极；
3——绝缘层
4、4(a)、4（b）——第一导电电极；
5、5（a）、5（b）——高分子导电复合材料基层；
6、6(a)、6（b）——第二导电电极；
7、7（a）——导电锡膏；
8——第一导电孔；
9——第二导电孔
10——元件外部用于电气隔离第一端电极和第二端电极的绝缘槽。
具体实施方式
实施例1
一种新结构并联PTC过电流保护元件，如图1所示，有二层PTC导电复合材料芯片层并联，按下述步骤制备：
1.PTC导电复合材料芯片层制备：将高密度聚乙烯、金属碳化钨粉末按一定比例在高速预混器中混合45min。然后将混合物组分在185℃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，后在压延机的压延后上下两层附上电极箔，压制成面积400cm2，厚0.25-0.30mm具有PTC导电复合材料基层5、第一、第二导电电极4、6的PTC导电复合材料芯片层，在真空烘箱中135℃热处理0.5小时后，用γ射线（Co60）辐照，剂量为8Mrad。之后，
2.PTC导电复合材料芯片层的并联结构，如图1所示：
第一、第二PTC导电复合材料基层5、5a，其中，并联结构为：
1）第一导电孔8，与第一PTC复合材料基层5中的第一导电电极4电气连接，与对应的第二导电电极不电气连接；
与第二PTC复合材料基层5a中的第二导电电极6a电气连接，与对应的第一导电电极4a不电气连接，该导电孔为贯通式设计；
2）第二导电孔，与第二PTC复合材料基层5a中的第一导电电极电气4a电气连接，与其对应的第二导电电极6a不电气连接；
3）第一端电极1，位于整个元件最外层的底面，连接第一导电孔8，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；
4）第二端电极2，与第一端电极1位于同样的最外层的底面，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,第一、第二端电极1、2之间设有绝缘槽10；
5）绝缘层3，贴覆于第二PTC导电复合材料基层5a的第二导电电极6a和第一、第二端电极1、2之间，用于电气隔离。
通过PCB加工技术，将第一层PTC导电复合材料通过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，得到第一PTC导电复合材料芯片层；然后，将第二层PTC导电复合材料通过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，得到第二PTC导电复合材料芯片层；同时，将第一PTC导电复合材料芯片层和第二PTC导电复合材料芯片层通过导电锡膏7焊接使之结合；然后，将绝缘层3叠加于第一或第二导电电极和一金属箔之间进行高温压合，压合后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。然后，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成两个导电孔，分别为第一导电孔8和第二导电孔9。从而制备出具有一个焊接面、产品厚度较薄的新结构并联PTC过电流保护元件。
实施例2
一种新结构并联PTC过电流保护元件，有三层PTC导电复合材料芯片层并联，按下述步骤制备：
1.PTC导电复合材料芯片层制备：将高密度聚乙烯、金属碳化钨粉末按一定比例在高速预混器中混合45min。然后将混合物组分在185℃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，后在压延机的压延后上下两层附上电极箔，压制成面积400cm2，厚0.30mm具有PTC导电复合材料基层5、第一、第二导电电极4、6的PTC导电复合材料芯片层，在真空烘箱中135℃热处理0.5小时后，用γ射线（Co60）辐照，剂量为8Mrad。之后，
2.三层PTC导电复合材料芯片层的并联结构，如图2所示：有第一、第二、第三PTC导电复合材料基层5、5a、5b，并联结构为：
1）第一导电孔8，与第一PTC导电复合材料基层5中的第一导电电极4电气连接，与对应的第二导电电极不电气连接；与第二PTC导电复合材料基层5a中的第二导电电极6a电气连接，与对应的第一导电电极4a不电气连接；与第三PTC导电复合材料基层5b的第一导电电极4b电气连接，与对应的第二导电电极6b不电气连接；
2）第二导电孔，与第二PTC导电复合材料基层5a中的第一导电电极电气4a电气连接，与其对应的第二导电电极6a不电气连接；与第三PTC导电复合材料基层5b中的第二导电电极电气6b电气连接，与其对应的第一导电电极4b不电气连接；
3）第一端电极1，位于整个元件最外层的底面，连接第一导电孔8，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；
4）第二端电极2，与第一端电极1位于同样的最外层的底面，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,第一、第二端电极1、2之间设有绝缘槽10；
5）绝缘层3，贴覆于第三PTC导电复合材料基层5a的第二导电电极6b和第一、第二端电极1、2之间，用于电气隔离。
通过PCB加工技术，将第三层复合片材通过PCB蚀刻技术使第一导电电极4b和第二导电电极6b分别蚀刻出绝缘槽，第二层复合片材通过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，第一层复合片材通过PCB蚀刻技术使第二导电电极6蚀刻出绝缘槽，然后，将一绝缘层3叠加于第三层复合片材第二导电电极6b和一金属箔之间，同时使用焊接锡膏7a连接第二层复合片第二导电电极6a和第三层复合片的第一导电极导电4b，以及用焊接锡膏7连接第一层复合片的第二导电电极6和第二层复合片第二导电电极4a，然后进行高温压合，压合后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。然后，经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成第一、第二导电孔8、9，从而制备出具有一个焊接面、产品厚度较薄的新结构并联PTC过电流保护元件。
本发明也可由三层以上复合片材并联，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品内阻的目的，降低产品厚度的PPTC过流保护元件。
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 (6)

1.一种新结构并联PTC过电流保护元件，包含:两个或两个以上并联的PTC导电复合材料芯片层，第一、第二导电孔，第一、第二端电极，所述的两个或以上的PTC导电复合材料芯片层包括电阻正温度系数效应的高分子基导电复合材料基层（PTC复合材料基层），及复合在PTC复合材料基层两面的导电电极层；其特征是，两个或两个以上PTC复合材料芯片层相邻导电电极之间有导电连接层，其中，
1）第一、第二导电孔设在元件的两侧，其中，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，该导电孔为贯通式导电孔，从从第一PTC导电复合材料芯片层的顶面至元件最底层；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，该导电孔为非贯通式导电孔，从第二PTC导电复合材料芯片层至元件最底层；
2）第一、第二端电极作为焊盘使用，在元件的外部同侧，第一端电极和第二端电极间设有绝缘槽用于电气隔离；所述的第一端电极，位于整个元件的最外层的一面上，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，与第一端电极位于整个元件的最外层的同一面上，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，贴覆于第一、第二端电极及与之相邻的PTC导电复合材料芯片层的导电电极之间，并用于电气隔离。
2.根据权利要求1所述的新结构并联PTC过电流保护元件，其特征是，有第一、第二PTC导电复合材料基层（5、5a），其中，并联结构为：
1）第一导电孔（8），与第一PTC复合材料基层（5）中的第一导电电极（4）电气连接，与对应的第二导电电极不电气连接；
与第二PTC复合材料基层（5a）中的第二导电电极（6a）电气连接，与对应的第一导电电极（4a）不电气连接，该导电孔为贯通式设计；
2）第二导电孔，与第二PTC复合材料基层（5a）中的第一导电电极电气（4a）电气连接，与其对应的第二导电电极（6a）不电气连接；
3）第一端电极（1），位于整个元件最外层的底面，连接第一导电孔（8），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；
4）第二端电极（2），与第一端电极（1）位于同样的最外层的底面，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,第一、第二端电极（1、2）之间设有绝缘槽（10）；
5）绝缘层，贴覆于第二PTC导电复合材料基层（5a）的第二导电电极（6a）和第一、第二端电极（1、2）之间，用于电气隔离。
3.根据权利要求1所述的新结构并联PTC过电流保护元件，其特征是，有第一、第二、第三PTC导电复合材料基层（5、5a、5b），其中，并联结构为：
1）第一导电孔（8），与第一PTC导电复合材料基层（5）中的第一导电电极（4）电气连接，与对应的第二导电电极不电气连接；与第二PTC导电复合材料基层（5a）中的第二导电电极（6a）电气连接，与对应的第一导电电极（4a）不电气连接；与第三PTC导电复合材料基层（5b）的第一导电电极（4b）电气连接，与对应的第二导电电极（6b）不电气连接；
2）第二导电孔（9），与第二PTC导电复合材料基层（5a）中的第一导电电极电气（4a）电气连接，与其对应的第二导电电极（6a）不电气连接；与第三PTC导电复合材料基层（5b）中的第二导电电极电气（6b）电气连接，与其对应的第一导电电极（4b）不电气连接；
3）第一端电极（1），位于整个元件最外层的底面，连接第一导电孔（8），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；
4）第二端电极（2），与第一端电极（1）位于同样的最外层的底面，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,第一、第二端电极（1、2）之间设有绝缘槽（10）；
5）绝缘层（3），贴覆于第三PTC导电复合材料基层（5a）的第二导电电极（6b）和第一、第二端电极（1、2）之间，用于电气隔离。
4.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的过流保护元件复合材料层的导电连接层可以是导电锡膏层、导电胶及直接物理接触连接。
5.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的PTC导电复合材料芯片层的蚀刻层是同层蚀刻，即相邻两层PTC导电复合材料芯片层的蚀刻层属于同一方向蚀刻。
6.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电孔位于元件两侧，由激光钻孔、机械钻孔工艺形成孔，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。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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