CN1713312A

CN1713312A - 过电流保护组件及其制作方法

Info

Publication number: CN1713312A
Application number: CN 200410061652
Authority: CN
Inventors: 马云晋; 林承贤; 蔡东成
Original assignee: Polytronics Technology Corp
Current assignee: Polytronics Technology Corp
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-12-28

Abstract

本发明的过电流保护组件包含两电极层、一正温度系数(PTC)材料层及至少一导电层，其中该过电流保护组件是一层叠结构，该PTC材料层与两电极层分别设于其内、外，该至少一导电层嵌合于该PTC材料层的表面且叠设于该PTC材料层和至少一该电极层之间，以作导电及连接用。该导电层是利用等离子喷涂或溅镀等方法嵌入该PTC材料层的表面，以作为后续利用电镀或其它电沉积法形成该电极层时导电用。

Description

过电流保护组件及其制作方法

技术领域

本发明是关于一种过电流保护组件及其制作方法，特别是关于一种具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性的过电流保护组件及其制作方法。

背景技术

现有的PTC组件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC组件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以正常运作。但是当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如104ohm以上)而将过量的电流反向抵销，以达到保护电池或电路组件的目的。由于PTC组件可有效地保护电子产品，因此该PTC组件已被整合于各种电路组件中，以防止过电流的损害。

参照图1(a)及1(b)，传统的过电流保护组件的制作是将两电极箔11直接与一PTC材料层12进行热压合(hot press)，而形成一过电流保护组件10。该两电极箔11可另连接导线(未图示)以串联至欲保护的电气装置，以防止过电流所造成的损害。参照图1(c)及图1(d)。若使用表面贴装组件(Surface Mounted Device；SMD)的制作过程，该过电流保护组件10可再通过蚀刻该电极箔以形成缺口15，并利用聚酯胶片(Pre-Preg)13及外电极层14等步骤而完成一SMD型式的过电流保护装置。由于该后续的制造过程与本发明并不是直接相关，在此予以省略。

该两电极箔11及PTC材料层12压合时必须施加150℃以上的温度。因PTC材料相较于金属具有较大的热膨胀系数，在加热后常有热应力(thermal stress)残留于该过电流保护组件10中。另外，在压合过程中，外力的施加也将使得该电极箔11及PTC材料层12产生变形，而使残留应力(resi dual stress)的问题更加明显。

随着电子产品小型化的发展，过电流保护组件的微小化成为当前必然的趋势。当组件尺寸由0805(长×宽)规格缩小至0603规格时，其厚度必须相对地减小。然而，因现有的过电流保护组件是采用高热压合，容易在该PTC材料层12的表面形成折皱甚至损坏。目前避免上述问题产生的实际作法是选用较厚的PTC材料层12及电极箔11，但此举将使得该过电流保护组件10的厚度达100微米(μm)以上，不适用于日趋小型化的电子装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种过电流保护组件及其制作方法，可减少组件在制作过程中所产生的残留应力，且具有较薄的外型而适用于小尺寸或包含多层PTC材料的过电流保护组件，以达到降低常态电阻及耐高电压的特性。

为达到上述目的，本发明揭示一种过电流保护组件，其包含两电极层、一PTC材料层及至少一导电层，其中该过电流保护组件是一层叠结构，该PTC材料层与两电极层是分别设于内、外，该至少一导电层嵌合于该PTC材料层的表面且叠设于该PTC材料层和至少一该电极层之间，以作为导电及连接用。

上述的过电流保护组件可利用下列方法制作：首先提供一PTC材料层，并于该PTC材料层的表面利用等离子形成粗糙面。其次，以溅镀(sputtering)等非电沉积法形成至少一导电层。之后，再利用电镀(electroplating)或其它的电沉积(electrodeposition)法在该至少一导电层表面上形成至少一电极层。

实际上，该PTC材料层也可不经过等离子形成粗糙面，而直接以溅镀等非电沉积法形成至少一导电层。但若PTC材料层具有粗糙面可增加其与该至少一导电层间的结合强度，进而减少电极层剥离(peeling)的机率。

该导电层的主要目的是作为后续利用电镀或其它电沉积法形成该电极层时导电用。此外，通过控制等离子强度或作用时间，可调整该PTC材料层的表面粗糙度，而控制溅镀的制程参数则可调整导电层的厚度以符合需要。

本发明是利用电镀或其它电沉积法制作该电极层，故不需经过压合的高温制作过程，从而可大幅减低组件中的残留应力。此外，本发明特别适用于SMD制程以制作小尺寸(例如符合0605或0402规格)或包含多层PTC材料的过电流保护组件。通过并联多层的PTC材料，可获得耐高电压的效果。

附图简述

图1(a)至1(d)显示现有的过电流保护组件的制作流程；

图2(a)至2(c)显示本发明的一优选实施例的过电流保护组件的制作流程；

图3(a)至3(c)显示本发明的另一优选实施例的过电流保护组件的制作流程。

图中组件标号说明：

10 过电流保护组件	11 电极箔
10 过电流保护组件	11 电极箔	12 PTC材料层	13 披覆陶瓷积层
14 外电极层	15 缺口	12 PTC材料层	13 披覆陶瓷积层
14 外电极层	15 缺口	20 过电流保护组件	21 PTC材料层
22 导电层	23 电极层	20 过电流保护组件	21 PTC材料层
22 导电层	23 电极层	31 PTC材料层	32 导电层

33 电极层	34 掩膜层
33 电极层	34 掩膜层	35 缺口

具体实施方式

图2(a)至2(c)示例本发明的过电流保护组件的制作方法。请参照图2(a)及2(b)，在一PTC材料层21的表面利用等离子喷涂及溅镀等方法形成一嵌合于该PTC材料层21表面的导电层22，以作为后续电沉积时导电用。通过等离子的离子轰击(ion bombardment)，该PTC材料层21的表面可形成粗糙面，该导电层22则随后覆盖于该PTC材料层21的表面。该导电层22的材质可选自银、镍、铝、钛及镍铬合金等，其厚度则介于50埃至5000埃。通过调整等离子的强度及时间，即可弹性调整接口的粗糙度(roughness)，而调整溅镀的制程参数则可控制该导电层22的厚度。为配合组件小型化的趋势及降低组件的常态电阻，该PTC材料层21将愈来愈薄。若接口的粗糙度过大，可能使得两导电层22间在某处距离过小，容易在两导电层22间发生短路的现象。本发明可依情况调整出最适合的粗糙度以解决上述的短路的问题。参照图2(c)，利用电镀或其它的电沉积法在该导电层22的表面形成电极层23，从而形成一过电流保护组件20。该电极层23的材质可选自镍、铜或其合金，其厚度则介于0.3密耳(mil)至3密耳。

传统的使用整片电极箔压合的方式因受限于电极箔本身的硬度及尺寸，其过电流保护组件的微小化的瓶颈难以突破。本发明的过电流保护组件20是利用电沉积法制作，原则上并无尺寸大小的限制，因而可做得相当小，特别适合于小尺寸SMD型式的过电流保护组件。该过电流保护组件20可再依据已知的SMD制程覆盖上Pre-Preg材料、覆盖外电极层、蚀刻、利用电镀通孔(Plating Through Hole；PTH)形成导电通孔等步骤，制作出SMD型式的过电流保护组件。因上述关于SMD的后续制程为现有技术，在此不再详述。

本发明的另一实施例如图3(a)至3(c)所示，其是应用于SMD制程。参照图3(a)，首先可在一PTC材料层31的表面形成掩膜(mask)层34。参照图3(b)，经等离子喷涂或溅镀等方法嵌入两导电层32于该PTC材料层31表面，并利用电镀或其它电沉积法在该两导电层32的表面形成两电极层33。参照图3(c)，被该掩膜层34覆盖的PTC材料层31的表面在去除该掩膜层34后将可呈现若干个缺口35。应用本实施例的方法可自然形成缺口35，而得以省略SMD制程中蚀刻电极层的步骤。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1.利用电沉积法制作不需施加高热，该PTC材料可在室温或略高于室温下制作，故可大幅降低制程中所产生的残留应力。

2.因导电层是嵌入PTC材料层，故具有相当良好的附着性，而电镀亦可提高电极层与PTC材料层间的结合强度及导电性，进而提升组件开关的可靠度。

3.可调整PTC组件表面的粗糙度，以避免两电极层间发生短路的现象。

4.可制作较薄的过电流保护组件，以顺应组件微小化的趋势。此外，本发明还特别适用于SMD制程。

5.可选用较薄的PTC材料层，进而降低组件的电阻值，

6.因具有可制成薄型的特性，适于制作包含多层PTC材料的过电流保护组件。通过并联多层的PTC材料，可提高其工作电压，而具有耐高电压的特性。

7.制造过程较简单，可降低制造成本。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的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的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims

1、一种过电流保护组件，包含：两电极层、一正温度系数材料层，以及至少一嵌合于该正温度系数材料层表面的导电层；其特征在于：该过电流保护组件是一层叠结构，该正温度系数材料层与两电极层分别设于其内、外，该至少一导电层叠设于该正温度系数材料层和至少一该电极层之间，以作为导电及连接用。

2、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述至少一导电层是利用溅镀制作。

3、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述电极层是利用电沉积法制作。

4、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述电极层是利用电镀制作。

5、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述正温度系数材料层及至少一导电层的接触接口为粗糙面。

6、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述至少一导电层的材质是选自：银、镍、铝、钛及镍铬合金。

7、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述至少一导电层的厚度介于50至5000埃。

8、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述电极层的材质是选自：镍、铜及其合金。

9、如权利要求1所述的过电流保护组件，其特征在于：所述电极层的厚度介于0.3至3密耳。

10、一种过电流保护组件的制作方法，其特征在于：包含下列步骤：

提供一正温度系数材料层；

利用非电沉积法在该正温度系数材料层的表面形成至少一导电层；

利用电沈积法在该至少一导电层表面形成至少一电极层。

11、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：还包含下列步骤：

在该至少一导电层形成前利用等离子将该正温度系数材料层的表面形成粗糙面。

12、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：所述导电层是利用溅镀制作。

13、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：还包含下列步骤：

在形成该至少一导电层之前制作一掩膜。

14、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：所述至少一电极层是利用电镀制作。

15、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：所述至少一导电层是由银、镍、铝、钛或镍铬合金组成。

16、如权利要求10所述的过电流保护组件的制作方法，其特征在于：所述至少一电极层的材质是选自：镍、铜及其合金。