CN1413350A - 对电路保护器件的改进 - Google Patents

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CN1413350A CN00813287A CN00813287A CN1413350A CN 1413350 A CN1413350 A CN 1413350A CN 00813287 A CN00813287 A CN 00813287A CN 00813287 A CN00813287 A CN 00813287A CN 1413350 A CN1413350 A CN 1413350A
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W·蒙托亚
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Abstract

一种一般为矩形，平板的电子过电流传感器件(100)，该器件有一个上主表面和一个下主表面，有一层镂刻的金属箔导体(10)限定在该上主表面。该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区(12)，在相反的端部区域有一个第二电极区域(14)，有一个电流集聚区域(16)延伸在第一电极区域和第二电极区域之间，该器件更进一步包括一个呈现PTC特性的混合物平板层(20)，该平板层最好包含一个有机聚合体，并有颗粒状的导电填料散布在其中，该平板层有一个与桥式部分热连接的第一主表面还有一个与之相对的第二主表面。一个第三镂空金属箔电极(30)固定在该PTC层的第二主表面，其按电流集聚区域确定尺寸并与电流集聚区域成一直线，因此因为过电流流过该金属箔导体而在电流集聚区域产生的热被传递到呈现PTC特性的平板上，其结果是有一个控制电流流到所述的第三金属箔电极。一个绝缘层(40)可插在该镂刻金属箔导体和该PTC平板层中间，在本例中，该第三金属箔电极被一个缝隙分为两个导体区域并与该电流集聚区域成一直线。因而提供了一个四端的器件。在该电流集聚区域还可包含锡金属球，用于将其熔化/碎裂温度降低到低于构成PTC层的有机聚合体的燃烧温度。

Description

对电路保护器件的改进
发明背景
发明领域
本发明涉及一种对电路过电流保护器件的改进，该改进的过电流保护器件包括一个电流集聚导体(current-concentratingconductor)，该导体用物理的方法集成到一个PTC过电流传感器器件上，并与之热耦合。
发明介绍
正温度系数(PTC)电路保护器件是众所周知的。该器件与一个负载串联使用，在正常的操作条件下处于低温、低电阻的状态。但是如果通过PTC器件的电流过载和/或周围温度增加过大，且无论那种情况持续的时间超过正常的操作时间时，该PTC器件将会“突变”，即转换到高温度、高电阻状态以使电流降到足够低。一般来说，该PTC器件将会保持“突变”的状态，即使电流和/或温度降低到正常水平也是如此，直到将该PTC器件断开电源并冷却。尤其有用的PTC器件包含一个PTC元件，该元件由一个PTC导电聚合体构成，即一种混合体包含了(1)有机聚合体，及(2)一种颗粒状的导电填料，最好是碳黑和/或一种导电无机填料，例如，陶瓷氧化物或金属碳化物、金属氮化物或金属硼化物，如碳化钛，这些填料在该聚合体内分散或以其他方式分布。PTC导电聚合体及包括这种导电聚合体的器件在以下专利文件中有描述，例如，美国专利4237441、4238812、4315237、4317027、4426633、4545926、4689475、4724417、4774024、4780598、4800253、4845838、4857880、4859836、4907340、4924074、4935156、4967176、5049850、5089801和5378407，以及国际专利公开号：WO94/01876、WO95/08176和WO95/31816，这些公开的内容为全部发明目的作为参考资料合并进来。陶瓷PTC材料在本领域也是为人熟知的。包含陶瓷负温度系数(NTC)材料的NTC电路保护器件在该技术领域也是众所周知的。
国际PCT申请公开号WO98/02946(Raychem公司，1998年1月11日公布)公开的内容作为参考资料包括进来，它公开了一种过电流保护系统，该系统对于即使相对较小的过电流也有迅速的响应。在该系统中，一个传感器元件和一个电路中断元件串联在电源与电负载之间。该传感器元件通过一个控制元件功能性地连接到该电路中断元件，因此，当电路中的电流超过一预定值时，该传感器元件探测到过电流并将信息传递给控制元件。控制元件使电路中断元件从正常操作状态变成故障状态。正常状态可以是导电或者是非导电的状态，故障状态与正常状态相反，即分别是非导电状态(包括完全断开状态)或是导电状态，这取决于特定的过载保护电路的布置。在一个优选的实施例中，该传感器元件包含一个与负载串联连接的电阻器件，该控制元件包含一个PTC器件，该PTC器件热接合于电阻器件并电连接于该电路中断元件。当一过电流通过该系统时，电阻器件的温度上升使PTC器件受热并突变到高电阻状态。因为PTC器件连接电路中断元件，所以PTC器件电阻的增加导致电路中断元件切换到故障状态。由于该PTC器件不与负载串联，因此在PTC器件上起作用的电流远小于流过负载的正常电路电流。
国际PCT申请公开号WO98/56014(Raychem公司，1998年12月10日公布)公开的内容也作为参考资料合并进来，它公开了一种对过电流保护器件的重要改进，该申请公开的这种保护器件包含一个一般为矩形的呈现PTC特性的材料平板，该PTC材料平板包含一个有机聚合体，有一种颗粒状的导电填料散布在该聚合体内。该约为矩形的平板有一个第一主表面和一个与之相对的第二主表面。有关本发明的主旨，该申请公开了一个第一导电层，第一导电层包含一个镂刻的单金属箔，该金属箔热接合并电连接到该PTC板的第一主表面。该镂刻金属箔限定了一个电流导体，包括位于该板一端的第一端电极区、位于该板第二端的第二端电极区以及一个大致是窄的电流集聚区或者在第一、二电极区之间延伸的部分。正如该在先专利申请中描述的，该金属箔的第二导电层基本完全延伸过PTC板的相对第二主表面。该在先方法的一个缺陷是该镂刻金属箔的电流集聚区聚集的热量来源于通过该PTC板表面区域一个小部分的过电流，由于电流梯度存在且热量将在整个PTC板的相对第二主表面聚集，导致PTC过电流传感器的灵敏度比期望的低。该在先方法的另一个缺陷是必需有一个控制电流从镂刻金属箔穿过PTC板流到第二导电层，因而在一些电控制电路中就需要有单独的电路。最后的一个缺陷是该器件针对多数过载电流情况对电路提供保护时，一个极度的过电流会导致该器件过热，如果过热一直延续一段时间，该器件将自毁。一个例子就是一个继电器带负载的触点由上述器件保护，当该继电器在一过电路条件下熔合或烧焊在一起时，会引起潜在毁坏性的极度电流。如果触点熔合或烧焊的情况发生，即使继电器线圈电路断开，过电流仍然会继续在电源与负载间流动。在这种状况下，镂刻金属箔的电流集聚区产生的热会导致PTC板发生热解反应，从而导致潜在的毁坏性的电火灾。这些缺陷将被本发明所提出的改进方案克服。
发明内容
本发明的一个最主要方面涉及对电子器件的结构上的改进和的优化，该电子器件包含一个电流集聚带负载的导电元件；一个传感器元件，传感器元件热连接到该导电元件，并呈不规则电阻/温度特性，如PTC性能。
在第一方面，本发明提供了一种一般为矩形、平面的电子过电流传感器件，该器件有一个平的基层，该基层有一个上主表面和一个下主表面，还包括一层限定于上主表面的镂刻(patterned)金属箔导体，该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在相对的另一个端部区域有一个第二电极区，和一个在第一电极部分与第二电极部分之间延伸的电流集聚区。在一个实施例中，该基层由呈现PTC特性的混合物构成，该混合物包含一个有机聚合体，有机聚合体内散布着一种颗粒状的导电填料。在另外一个实施例中，基层由不导电的印刷电路板构成，并有一个PTC器件连接到或作为它的一部分邻接该电流集聚区。该基层包括一个热连接桥式部分(bridging portion)的第一主表面和一个相对的第二主表面。至少有一个第三镂刻金属箔控制电极固定在基层的第二主表面上，与电流集聚区成一直线，因而因为过电流流经金属箔导体而在桥式部分(bridging portion)产生的热被传递到具有PTC特性的电路元件，其结果是一个来自第一和第二电极中至少一个的控制电流经PTC元件流向该第三镂刻金属箔电极。
在第二方面中，本发明提供了一种一般为矩形、平面的电子过电流传感器件，该器件有上主表面和下主表面，还包括一层限定在上主表面的镂刻金属箔导体，该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在相对的第二个端部区域有一个第二电极区，有一个电流集聚区在第一电极部分与第二电极部分之间延伸。该器件还包括一个平板层式结构，包括一层不导电的物质和一层具有PTC特性的混合物，该混合物包含一个有机聚合体，有机聚合体内散布着一种颗粒状的导电填料。该平板层式结构有一个热连接到桥式部分的第一主表面和一个相对的第二主表面。一个第二镂刻金属箔结构限定了固定在PTC层的第二主表面的两个被分开的触点垫，与电流集聚区成一直线并分别扩展为第三和第四个电极区，因而因为过电流流经金属箔导体而在电流集聚区产生的热被传递到具有PTC特性的平板层，并能使一个改变了的控制电流在上述第三和第四个电极区之间流动以表明并阻止过电流流过金属箔导体。
在第三方面，本发明提供了一种一般为矩形、平面的电子过电流传感器件，该器件具有上主表面和下主表面，还包括一层限定于上主表面的镂刻金属箔导体，该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在相对的第二个端部区域有一个第二电极区，有一个电流集聚区在第一电极部分与第二电极部分之间延伸。该器件还包括一个平板式呈现PTC特性的混合物层，该混合物包含一个有机聚合体，有机聚合体内散布着一种颗粒状的导电填料。该平板层有一个热连接到桥式部分的第一主表面和一个相对的第二主表面。一个第三金属箔电极固定在PTC平板的第二主表面，因而因为过电流流经金属箔导体而在桥式部分产生的热被传递到具有PTC特性的平板层，其结果是一个控制电流流向上述第三镂刻金属箔电极。在本发明的这个方面，镂刻金属箔导体的电流集聚区特有过电流自动防故障性能，能使电流集聚区碎裂并断开，来影响在温度低于有机聚合物PTC材料层热解或燃烧的温度下时的持续电流状态。
在第四方面，本发明提供了一种电子过电流传感器件，该器件包括一个单面或双面印刷电路板的基层，基层具有的上主表面包含一层镂刻金属箔导体，该金属箔导体有一个电流源区，一个电流负载区和一个在电流电源连接区和电流负载连接区之间延伸的电流集聚区。在这个方面，PTC电阻在电流集聚区由基层的上表面或下表面支持。该PTC电阻电连接到过电流传感区，因而因为过电流流经金属箔导体而在电流集聚区产生的热被传递到PTC电阻，其结果是一个控制电流流到过电流传感区。在需要与金属箔导体的电路电隔离时，要设置第二个过电流传感区。该电流集聚区可以有一个窄的蚀刻宽度，或可以有一个小的高度尺寸。该基体可由有机聚合体构成，在电流集聚区可提供一或多种降低熔点的合金球，这些合金球可引起该有机基层材料在低于燃点的温度熔化。
本发明的这种器件尤其用于(a)第一、第二电极和电流集聚区与负载串联的电路，且(b)有机聚合体PTC元件电极与控制元件串联，该控制元件耦合在电路中断元件上，因此，当过电流流过负载时，通过控制元件的电流降低使电路中断元件中断或者充分降低通过负载的电流。如果过电流的状态持续相当长的时间并且电流不变时，这种情况会发生在电路中断元件的继电器触点焊合或熔合时，此时电流集聚区将以安全方式，且在低于PTC层有机聚合体热解或燃烧的温度下碎裂并断开。
本发明的这种器件在用于保护经常在电子-机械环境中遇到的较高直流电流、较低电压负载的保护电路中尤其有用，如摩托车中包括电子负载例如灯和用于启动和操作窗子、座椅、无线电天线和冷却扇等的马达，其在发动机启动和停止时呈现过电流或经受/出现故障状态。这些用途的操作电流一般需要达到1或几安培，甚至高达100安培，或者更高。例如摩托车中的电散热器风扇马达正常的操作电流可以是30安培，截止电流为70安培，此时包含一个本发明器件的过电流保护电路启动并截断负载电流。
本发明还包括可以划分成一些独立的本发明的器件的电子组件，其连接方法在国际公开号WO98/56014中有描述，可结合上述内容进行参考。
本发明的主旨是以提供独立器件为基础进行的，或以提供电路板或子组件为基础进行的，该电路板或子组件包含过电流保护印刷轨迹区或不从其它区域独立出来的区域或电路。
本领域的技术人员可以结合附图，参考下面的优选实施例的具体说明，更全面地理解本发明的这些和其它目的、优点、各方面以及特点。
附图简要说明
对本发明参照附图进行说明，附图中：
图1为有关本发明主旨的一种过电流保护器件的放大和分解视图；
图2为有关本发明主旨的另外一种过电流保护器件的放大和分解视图；
图3为沿图2的3-3线所取的横剖面图；
图4为包含本发明过电流保护器件的电路的示意图；
图5为有关本发明主旨的另外一种过电流保护器件的放大和分解视图；
图6为有关本发明主旨的进一步的一种过电流保护器件的放大和分解视图；
图7为有关本发明主旨的更进一步的过电流保护器件的放大和分解视图；
图8A和图8B分别为有关本发明主旨的另一种过电流保护器件的放大分解视图和经8-8的横剖面图。
具体实施方式
有关本发明主旨的器件100如图1所示。该器件100包含一个第一平面层，第一平面层包含一个导体10，导体10有一个宽的输入端区12、一个宽的输出终端区14和一个窄的电流集聚桥式部分16。控制电极18和18’也在第一平面层。例如，导体10和控制电极18和18’最好通过从一块单一金属片的中央部分上除去部分金属构成，如(a)通过刻蚀掉已经按常规方法固定在PTC材料层20(PTC材料层不会因为蚀刻过程而改变)上的金属层(例如金属箔)，或(b)通过将一金属片在其连接至该器件的剩余部分之前先压印，或(c)通过压印一金属层和一个PTC层的叠层(在此情形下，该叠层的PTC层和其它层，例如在该叠层的相对着的表面上的集电控制层32，假设是相同形状的)。电流集聚桥式部分16(与电流方向成直角)的横剖面面积最好是每个终端区域12和14的横剖面面积的0.1～0.8倍，尤其是0.15～0.5倍。经过电镀的导电通道22和22’穿过PCT层20使控制电极18和18’直接与集电层32互相连接。
PTC层20最好由具有第一和第二主表面的平板构成。平面导体10固定在第一主表面，集电层32固定在相对的第二主表面。该PTC材料最好包含一种有机聚合体，一种散布在其中的颗粒状的导电填料。但是，也可以采用其它具有预期的PCT特性的材料，包括著名的PCT陶瓷。该PTC材料的电阻系数和厚度以及电流集聚桥式部分16与PTC层20之间的热耦合应这样选择从而可获得(a)在正常工作期间，在导体10和集电控制电极18和18’之间的预期电流(例如通过PTC层20提供的电阻)，以及(b)当出现过电流的故障状态时，电流有预期的减少。如果需要，一种热绝缘和电绝缘材料可置于至少部分的，通常是全部的，导体10和集电控制电极18和18’上；和/或一个导热(可选为导电)材料层可置于电流集聚桥式部分16和PTC层20之间，用以修正(通常是增加)传送到由PTC层20构成的电阻的热量。通常可以预期到，故障状态应将导体10和控制电极18和18’之间的电流减少到小于通过控制电路的正常工作电流的0.6倍，尤其是小于通过控制电路的正常工作电流的0.4倍。
作为器件100的补充物还有一同样形状的保护层，该保护层用来覆盖全部外部区域，除了用于电连接的直接连接接口。该保护材料，一般称为“焊接外罩”，是一种适当的聚合树脂材料，其可以网状覆盖或者以其它方式有选择性地沉积在完成的整个器件100上。
如图1所示，当超量的电流集聚在导体10的电流集聚桥式部分16时会造成发热。这个位于桥式部分16邻近部分的发热会在附近产生热量梯度，热耦合的PTC层20从热源向外辐射热，在图1中用一系列同心圆环表示从桥式部分16邻近部分向的外辐射。由于整个PTC层20具有预定的共同的PTC特性，所以该特性随热梯度而变化。根据本发明的主旨，及为了提高灵敏度并控制PTC的触点，一个第三电极做成与PTC层20主要是在邻近热梯度部分而不是通过整个PTC层的表面电连接的形状，如参考国际申请公开号WO98/56014所指出的。
在某些应用中，期望能将流过PTC层的控制电流与流过导体10的主电流电路中绝缘开。图2表示另一种保护器件200，该器件提供了这种绝缘并包含了对国际申请公开号WO98/56014所作的改进。图2中同样的元件和部分采用了与图1相同的引用编号。在该保护器件200中，一个电绝缘层40插入导体10和控制电极18和19所在层与PTC层之间。该绝缘层40最好由一个高温高电阻的高分子膜构成，例如PVDF或一种高温高电阻的尼龙的派生物(合成的带有循环氨基的长链氨聚合物)。该绝缘层40应当有足够的厚度以便可实际制造并有足够的电绝缘性以免在操作环境中由于电流变化造成电压击穿。在汽车领域应用时，该高分子膜层最好有至少约0.001英寸的厚度并可以承受峰值100伏特的击穿电压。与图1所示器件100的单个集电控制层32相比，图2所示的器件200有两个集电控制部分32和33，二者被一个窄缝隙34隔开，该缝隙最好位于PTC层20热梯度的中心位置。器件200中，控制电阻35主要由位于控制部分32和33之间的PTC层20的区域构成。至少有一个通道22将部件32连接到电极18，且至少有一个通道23将部件33连接到电极19。
图4是包含了本发明一个器件200的保护电路400。在该电路中，一个主电流源402通过器件200的导电板10提供主操作电流。当保护继电器404的触点412和414闭合时，该主操作电流到达并流过负载406，在汽车领域应用时，这个相对较大的直流电流用于启动马达。电流通过一个普通或接地线路401回到主电源401。一个与主电流电源402分开的控制电流源408连接电极18并提供流过PTC电阻35的控制电流。该控制电阻的电极18为继电器404的一个线圈410提供控制电流并在一般情况下使触点412和414闭合，接通主电源402和负载406的电流。如果在负载406的情况下出现过电流状态，比如马达突然熄火，平板金属导电体10的电流集聚桥式部分16A升温。这个热量传递到PTC层20，并由于热梯度的原因在PTC层20内辐射。由于电阻35充分位于热梯度中心的区域34处，当电阻35的电阻值增大到停止向线圈410输送足够使触点412和414闭合的电流时，出现故障状态。在正常情况下，触点412和414断开，断开主电流，使负载406出现过电流故障状态。
在过电流故障状态确实很少出现继电器的触点412和414同时焊合或熔合在一起。一个致使继电器触点焊合的原因是高电流继电器启动或停止工作。无论什么原因，如果继电器的触点412和414因为某种原因熔合在一起，断开通过继电器线圈410的控制电流也不能使触点412和414断开，桥式部分16A继续集聚电流并发热。另一需要过电流保护的情况是因为线圈过热引起继电器框架和底板变形。断开通过继电器线圈的电流后，这种变形会使继电器触点无法断开。
在过电流强度很大的情况下，电流集聚桥式部分16A仅仅靠碎裂和自动保护装置消除负载的过电流状态。但是，还存在着有中等过电流的状态，中等过电流不能使电流集聚桥式部分16A立即受损。当该金属箔导体10仅由铜构成时，除非达到相当高的温度(即，纯铜在约1083℃时达到融化状态)，它无法融化并断开主电流电路。
在这种中等电流状况下，铜的电流集聚桥式部分16A开始发热但是不破裂。当该包含层20和40的有机聚合体达到高温热解温度时(典型的在400～500℃范围内)。如果该温度远高于该高温热解温度时，该层20和40能燃起火焰并在要保护的环境内(例如汽车引擎部分)引起电子火灾。本发明的更进一步的实施例可以消除或大大减少这种危险。
我们知道，如果把另一种金属，例如锡，与铜做成合金，其熔点将会从高于1000℃降低到200～300℃。在常规的保险丝设计中使用着一种Metcalf在1940年发现的已知技术，即在铜保险丝的电流集聚区域提供锡金属球。当过电流使铜达到高温时，该锡金属球融化并与铜混合成为合金，生成的该合金可在比铜的熔点低的多的温度下碎裂。同时，除非该锡金属球融化，它不会对该铜保险丝连线进行电流传输的性能造成大影响。
本发明将Metcalf发明的主旨结合进金属膜导体的电流集聚区域16A。参见图1，该桥式部分16提供了一个中央通道60和两个分开的通道62和64，每个通道中包含或包容一个锡金属球。当图1中器件100的桥式部分16在过电流状态下达到合金温度，该锡金属球融化并与桥式部分内邻近的铜生成合金。该铜锡合金继而融化并碎裂以断开主电流电路，这个可控制的较低温度远远低于组成PTC层的有机聚合体的燃烧温度。主电流金属膜导体10的这个类似保险丝的性质在图4中有所示意。
图5表示有关本发明主旨的器件金属层的另外一个形状。该器件可以是如图1所示的只有一个PTC层的三端的器件，也可以是如图2所示的四端的器件，有一个绝缘层40将PTC层20与金属导体层分开。在图5所示的器件中，金属箔导体510包括一个输入端部分512，一个输出端部分514，和一个弯曲的桥式部分516。控制电极518和519在空间上位于不被弯曲的桥式部分516占据的区域。该控制集电箔层532和533定出一个缝隙534，该缝隙通常与桥式部分516的弯曲路线成一直线。通道522连接层532和电极518，通道523连接层533和电极519。PTC电阻535主要处于在PTC层20的缝隙534区域。一个中央通道560被限定在弯曲的桥式部分516处，两个通道562和564包含锡金属球，用于使弯曲的桥式部分在可控制的相对较低的温度成为一个自动防故障装置的保险丝。
现在参考图6，器件600是本发明的另一个实施例。该器件600包含一个双面的印刷电路板，该板有一个绝缘的核心层610，并在每个主表面都覆铜。一个主表面611包括镂刻铜覆层限定的宽输入端区612、一个宽的输出端区614和一个桥接着端区612、614的窄的电流集聚部分616。控制电极618和619也限定在一个主表面611上。另一个主表面630包括镂刻铜覆层限定的一个第一结合区632和第二结合区633，第一结合区632和第二结合区633一般与控制电极区618和619成一直线，并分别通过通道622、623相互连接。一个小的矩形PTC元件620横在第一结合区632和第二结合区633之间并电连接该第一和第二结合区632和633。该PTC元件620可以沉积、层压、涂覆、压印、熔合或形成为表面安装独立器件焊接或者边接合于结合区632和633。无论采用下述哪种构成/接合方式，该PTC元件620热接合于该绝缘的基层610，位于主表面611电流集聚桥式区域616的正上方，因而因为过电流状态在电流集聚区域616产生的热有效传递给PTC元件620并产生一个控制信号通过电极618和619，如上文所述。理想的情况，该印刷电路板的基层610应尽可能地薄，整体厚度最优选为约0.013毫米(0.005英寸)或更薄。构成基层的绝缘材料可以是薄的聚酯材料例如MylarTM或其它适合的薄的柔性材料。也可以是一种薄但是相当硬的玻璃纤维加强树脂也可使用。每个主表面最好涂覆一层厚度为0.034毫米(0.00135英寸)的铜(即每平方英尺约涂一盎司铜)。铜覆层镂刻可以采用传统的光刻胶和已经成熟的化学蚀刻技术。
图7是有关本发明主旨的更进一步的实施例。过电流保护器件700由一个单面印刷电路板构成，该印刷电路板有一个绝缘的支持基层710和一个单面带同形铜材涂料的主表面。该铜表面层适于镂刻，限定出宽的输入端区712、一个宽的输出端区714和一个窄的电流集聚区域716，如前一实施例所述。控制电极718和719也在单面铜覆层表面被限定。一个PTC元件720沉积到，或单独构成并且连接到该印刷电路板，用于与控制电极718、719直接电接触，并热连接到电流集聚区域716。一个薄的电绝缘材料层740可插入在PTC器件720和电流集聚区域716之间，用于提供控制电流与带负载导体之间的电绝缘。该带负载导体包含区域712、714和716。
如图8A和8B所示的过电流保护器件800提供了有关本发明主旨更进一步的实施例。一个双层的印刷电路板810包含一个带负载的导体，该导体有一个电流源区域812，一个电流负载区域814和一个高度有所下降的、薄的电流集聚区域816。控制电极区域818和819构成该带负载导体的表面，并连接该高度降低的薄的电流集聚区域816。一个小的，一般为矩形的PTC元件820形成粘结或附着于该印刷电路板810的背面，与结合区832和834相连，结合区832和834通过镀过金属的通道822和823分别与区域818和819相连。该电流集聚区域816可包含一个金属球860，该种金属，例如锡，有一个比该带负载导体的铜低的熔点温度，因而使该电流集聚区域成为一个自动保护装置保险丝，与上文所述图5所示的实施例方法相同。提供一种焊接外套类的共形的套850封装整个该印刷电路板810除了与其他电路元件电连接的部分。整个过电流保护器件800的操作方式与本说明书前面所述的其他实施例相同。
实现本发明主旨的该器件的特别的尺寸和形状是用于操作件与该器件串联的电路元件所需的预期的操作电流的函数。一般在汽车领域应用的该器件最大的尺寸为645平方毫米(一平方英寸)。一般来说，从输入端部分到输出端部分的电阻比从金属箔导体到三端器件的控制电极的电阻低的多。该器件的电阻可由PTC混合物构成的控制电阻的电阻率控制，也可由PTC器件层的厚度和电流集聚层的形状控制。本发明的器件适用于正常操作电流，即从薄膜金属导体的输入端到输出端的电流小于1安培到大于100安培。尽管不同的器件所适应的应用会具有较高或较低的电流。故障电流就是会导致电路的电源到其电流回流的节点间的任何一个部件发生破坏的电流。在常用的汽车过电流保护应用中，故障电流一般至少是工作电流的1.35倍，优选地至少为1.4倍，特别的至少为工作电流的1.5倍。
体现本发明主旨的独立元件最好由作为参考的国际专利申请WO98/56014所描述的电子组件构成。根据本发明的主旨，除了本发明提供和排布的组件外，本发明还可用于更大的电路板排布和更多的组件。因而本领域的技术人员可知道，在不偏离本发明主旨的情况下结合本发明前述的最佳实施例容易作出许多变化和修改方式，这些变化和修改都是显而易见的，本发明的保护范围应该由下面的权利要求书指出。本说明书只是介绍并公开了本发明，而应被解释为限制本发明。

Claims (22)

1.一种电子过电流传感器件包含一个上主表面和一个下主表面还包括一层限定在上主表面的镂刻金属箔导体，该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在另一个端部区域有一个第二电极区域，有一个电流集聚区域在第一电极区域和第二电极区域之间延伸；一个呈现PTC特性的混合物平板层，该平板层有一个至少热连接该镂刻金属箔导体桥式部分的第一主表面和一个相对的第二主表面；一个镂刻金属箔控制集电层连接PTC平板的第二主表面，该PTC平板有一个表面区域一般限定在电流集聚区域，并与电流集聚区域成一直线，因此因为过电流流过该金属箔导体而在桥式部分产生的热被传递到呈现PTC特性的板上，其结果是在电路的其它元件包括该器件在达到因过热而被毁之前有一个突变状态的控制电流流过所述的控制集电层。
2.如权利要求1所述的电子过电流传感器件，其特征在于：还包括形成在一个面上的镂刻金属箔控制电极，所述平面包含该镂刻金属箔导体和至少一个使控制电极与控制集电层相互连接的通道。
3.如权利要求1所述的电子过电流传感器件，其特征在于：所述的呈现PTC特性的混合体平板包含一个有机聚合体，其具有颗粒状的导电填料散布在其中。
4.如权利要求1所述的电子过电流传感器件，其特征在于：在该金属箔导体和所述的呈现PTC特性的混合体平板之间还包含一个电绝缘层，而该镂刻金属箔控制集电层包含由一般与该镂刻金属箔导体的电流集聚区域成直线的缝隙分隔开的第一和第二导电区。
5.如权利要求4所述的电子过电流传感器件，其特征在于：还包括(a)在一个面上形成的由第一镂刻金属箔控制电极，该面包含该镂刻金属箔导体和至少一个将第一控制电极与该第一导电区相互连接的第一通道，和(b)在该面上形成的由第二镂刻金属箔控制电极和至少一个将第二控制电极与该第二导电区相互连接的第二通道。
6.如权利要求3所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该镂刻金属箔导体的电流集聚区域包含可使熔点温度降低的合金，用于降低该镂刻金属箔导体的熔化/碎裂温度，将其降低到低于该有机聚合体在过电流状态下的燃烧温度的某一控制下的温度。
7.如权利要求6所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该镂刻金属箔导体包含铜，且而可使熔点温度降低的合金器件中包含至少一个连接该镂刻金属箔导体的电流集聚区域的可以形成合金的锡金属球，最好该镂刻金属箔导体的电流集聚区域在第一电极与第二电极之间弯曲地延伸。
8.如权利要求1所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该器件一般为矩形和平板状，最好在电流集聚区域包含一个处于第一电极区域和第二电极区域之间的足够窄的大致条状的区域。
9.如权利要求4所述的电子过电流传感器件，其特征在于：在该镂刻金属箔导体的电流集聚区域在第一电极与第二电极之间弯曲地延伸，且在分开第一和第二导电区的间隔处至少有该镂刻金属箔导体的电流集聚区域的一弯曲通路经过。
10.一种电子过电流传感器件包含：
一个上主表面和一个下主表面；
一层限定在上主表面的镂刻金属箔导体，该金属箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在相对的端部区域有一个第二电极区域，有一个电流集聚区域延伸在第一电极区域和第二电极区域之间；
一个薄片结构包含一个对着上主表面和镂刻金属箔导体的电绝缘层和呈现PTC特性的混合物平板层，该薄片结构有一个热连接至少为该镂刻金属箔导体桥式部分的第一主表面和一个相对的第二主表面；
一个镂刻金属箔控制集电层包含由间隔分开的第一和第二导电区域，一般与镂刻金属箔导体的电流集聚区域成一直线，因此因为过电流流过该金属箔导体而在桥式部分产生的热被传递到位于第一和第二导电区域之间邻近电流集聚区域的由呈现PTC特性板构成的电阻上，其结果是有一个控制电流流过所述的第一和第二导电区域之间并通过所述的电阻。
11.如权利要求10所述的电子过电流传感器件，其特征在于：还包括在一个面上形成的第一镂刻金属箔控制电极，该面包含该镂刻金属箔导体和至少一个将第一控制电极与第一导电区相互连接的第一通道，以及在一个面上形成的第二镂刻金属箔控制电极，和至少一个内连接第二控制电极与第二导电区相互连接的第二通道。
12.一种电子过电流传感器件包含：
一个上主表面和一个下主表面；
一层限定在上主表面的第一镂刻铜箔导体，该铜箔导体在一个端部区域有一个第一电极区，在相对的另一个端部区域有一个第二电极区域，有一个电流集聚区域延伸在第一电极区域和第二电极区域之间；
一个呈现PTC特性的混合物平板层，该混合物包含一个有机聚合体并有颗粒状的导电填料在其中扩散，该平板有一个热连接电流集聚区域的第一主表面和一个相对的第二主表面；
一个金属箔电极固定在该PTC层的第二主表面，因此因为过电流流过该金属箔导体而在桥式部分产生的热被传递到呈现PTC特性的平板上，其结果是有一个控制电流流到所述的第三金属箔电极；
该镂刻铜箔导体的电流集聚区域包含至少一个在维持过电流状态下能与电流集聚区域的铜热结合成合金的锡金属球，因而该部分可在可控制的低于该PTC层材料的有机聚合体的燃烧温度的情况下碎裂并起自动保护作用。
13.一种电子过电流传感器件包含一个基层，基层的上主表面包含一层镂刻金属箔导体，该导体有一个电流源区域、一个电流负载区域和一个在电流源连接区域与电流负载连接区域之间延伸的电流集聚区域，一个由基层支撑的PTC电阻位于该电流集聚区域，并至少有一个过电流传感区域，该PTC电阻与该至少一个过电流传感区域电连接，因而因为过电流流过该金属箔导体而在电流集聚区域产生的热被传递到PTC电阻，其结果是有一个控制电流流过所述的过电流传感区域。
14.如权利要求13所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该基层中包含一种绝缘材料。
15.如权利要求14所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该基层中包含一个有机聚合体，最好该基层是柔性的。
16.如权利要求14所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该基层有足够的硬度。
17.如权利要求14所述的电子过电流传感器件，其特征在于：包含两个限定于基层上表面的过电流传感区域，和两个限定于基层下表面的PTC电阻结合区，该结合区在一个大致平的面中与两个过电流传感区成一直线并分别通过通道与过电流传感区电连接，PTC电阻设于电流集中区上方并以桥式连接两个PTC电阻结合区。
18.如权利要求14所述的电子过电流传感器件，其特征在于：包含两个限定于基层上表面的过电流传感区域，该PTC电阻有一个绝缘层并用热连接的方式排布并连接两个过电流传感区域，并与电流集聚区域电绝缘。
19.如权利要求13所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该电流集聚区域包含该镂刻金属箔导体的一个宽度变窄部分或一个高度变低部分。
20.如权利要求13所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该基层中包含一个有机聚合体材料，在该电流集聚区域包含一个可使熔点温度降低的合金材料的球，用于降低该金属箔导体的熔化/碎裂温度，将其降低到某一控制下的低于该基层在过电流状态下的燃烧温度。
21.如权利要求18所述的电子过电流传感器件，其特征在于：该镂刻金属箔导体包含铜，且可使熔点温度降低的合金材料包含至少一个热连接该镂刻金属箔导体的电流集聚区域的锡金属球。
22.如权利要求13所述的电子过电流传感器件，其特征在于：还包括一个防护材料的外罩。
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