CN205104313U - 过电流保护元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种过电流保护元件，其包括PTC材料层，具有相对的第一表面与第二表面，及相对的第一端面与第二端面；第一导电层，设置于所述第一表面且延伸至第一端面；第二导电层，设置于所述第二表面且延伸至第二端面；第一绝缘层，设置于所述第一导电层上且延伸至所述第二端面；第二绝缘层，设置于所述第二导电层上且延伸至所述第一端面；第一电极包括一对第二金属箔片，是分设于第一绝缘层与第二绝缘层上；第二电极包括一对第二金属箔片，是分设于第一绝缘层与第二绝缘层上。第一导电连接件，沿第一端面电气连接所述对第一金属箔片与所述第一导电层。第二导电连接件，沿第二端面电气连接所述对第二金属箔片与所述第二导电层。

Description

过电流保护元件

【技术领域】

本实用新型涉及一种可变热敏电气装置，尤其是涉及一种可应用于印刷电路板上的过电流保护元件，特别是表面粘着型式。

【背景技术】

以有机高分子聚合物如聚烯烃类的聚乙烯为材料，加入导电填料如碳黑或金属颗粒或粉末而组成的导电性复合材料，可产生许多应用(application)方式。这许多应用之中，又以非线性的正温度系数(PTC)的电阻变化现象最为突出。这种PTC可设计成为电子元件或电气装置，用于保护电路，及防止因过热或过量电流所可能造成的电路损害。

简单而言，此种材料在室温时，电阻值是保持在低电阻状态，当温度瞬间上升至一临界温度、或瞬间有超量电流通过时，其电阻值可立刻跳升至数千倍以上。此种电阻跳动式的改变，可有效地抑制或切断通过的超量电流，从而达到保护线路避免烧毁的目的。此种PTC元件另一明显的优点在于，当温度回复正常，或过量电流的情况消失后，其电阻值可回复至低电阻状态，从而可使电路重新正常操作。不像一般的保险丝，必须经过更换后才能使电路回复正常。正因为此项优点，这种不需更换的PTC保护元件，在高密度电子线路系统中，为实现保护功能而在设计上显得更为需要。

然而，在高密度线路设计及制造中，对保护元件的尺寸要求是其要达到轻、薄、微小的特征，而且在安装上需达到表面粘着型。因此，以有机高分子材料制作的PTC元件，已被设计成不同型式的表面粘着型电子元件，例如，使用了上下各一对平面式的导电电极，因此在制造上必须考虑此平面式导电金属电极(conductivemetalterminalaselectrode)与PTC元件上下平面金属膜电极层的粘合稳定度，而此元件设计的缺点在于其上下导电金属电极与平面薄膜电极经回焊热风安装于电路板上时，常易产生分离。

也有以蚀刻方式将PTC上下表面所附着的电极膜，按所设计的图案除去，一直蚀刻到PTC层，再沿着蚀刻沟纹，以外力使之断裂，从而制成PTC材料层，此技术强调元件以断裂方式制造出来，以致元件含有断裂造成的边缘(fracturedsurface)，此技术并没有描述以元件结构改变来解决热传导的问题。

另一种新型PTC元件，其对两个电极端的设计，基本上是采用一般印刷电路板设计，将电路透过穿洞，以电镀导通的方式，使上下各自分开的电极层，改变至对称式的平面构造。虽然此设计取消了外加的平面式导电电极，克服了前项设计的缺点，但仍有下列数项功能的限制亟待改进：(1)元件散热太快，以致易受周围环境如印刷电路板上电路宽度、厚度或位置的影响，而直接反应在元件的电阻变化上，使电阻的跳动难以预测与控制。(2)因金属电极膜与导电材料的热膨胀系数的差异，致使在制造过程中出现材料应力不均匀的现象，致使其在使用过程中易造成电极剥离的现象，而无法达到原有的功能。(3)上下两端的电极，须先将上下两平面的电极膜以蚀刻方式分割开来，使其每面有两区，以致造成有效使用面积减少。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种过电流保护元件，其便于表面贴装式安装至印刷电路上，不仅元件散热慢，不易受周围环境如印刷电路板上电路宽度、厚度或位置的影响，电阻的跳动容易预测与控制；而且在使用过程中电极不会剥离，质量性能稳固，且元件没有断裂造成的边缘，电极的有效使用面积大。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种过电流保护元件，包括：

PTC材料层，是由具有导电粒子分散于其中的高分子材料所组成，具有相对的第一表面与第二表面，还具有相对的第一端面与第二端面，所述第一端面与所述第二端面是分别从所述第一表面延伸至所述第二表面；

第一导电层，设置于所述PTC材料层的所述第一表面，且延伸至所述第一端面；

第二导电层，设置于所述PTC材料层的所述第二表面，且延伸至所述第二端面；

第一绝缘层，设置于所述第一导电层上，且自所述PTC材料层的所述第一端面延伸至所述第二端面；

第二绝缘层，设置于所述第二导电层的下表面上，且自所述PTC材料层的所述第二端面延伸至所述第一端面；

第一电极，包括一对第一金属箔片，是分设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上；

第二电极，包括一对第二金属箔片，是分设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上；

第一导电连接件，沿所述第一端面电气连接所述第一金属箔片与所述第一导电层；以及

第二导电连接件，沿所述第二端面电气连接所述第二金属箔片与所述第二导电层。

进一步的，所述第一导电层与所述第二端面由所述第一绝缘层隔开绝缘，所述第二导电层与所述第一端面由所述第二绝缘层隔开绝缘。

进一步的，所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为导通孔。

进一步的，所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为全面性端面的电镀层。

进一步的，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为接着性胶膜。

进一步的，所述第一导电连接件位于所述第一端面上。

进一步的，所述第二导电连接件位于所述第二端面上。

进一步的，还包括将所述第一电极与所述第二电极相互隔离的一对隔离构件，分别设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上。

进一步的，所述隔离构件为防焊涂料。

采用了上述结构后，本实用新型的过电流保护元件，包括有PTC材料层，第一导电层、第二导电层、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极、第一导电连接件及第二导电连接件。其将一般习知的热敏PTC材料层(如PTC元件)其上下二层平面式的电极膜，经由外接叠合电极层及合适的导通孔或全面性端面的电镀层以电镀方式连接至任意同一平面，而便于表面贴装式安装至印刷电路上。因其可通过胶膜的接着作用，将二层以上的导电PTC材料层包含其中，使得传统式表面粘着电阻的散热过快，而对周遭环境及导线宽度大小非常敏感的缺点得以改善，另外于外层的上下塑料，使得已有技术中内应力不均匀，尺寸安定性差，造成板材弯曲变形及电阻不均匀性，均因X、Y轴的尺寸安定性增高而减少。在传统已知元件设计中每面电极上均须有蚀刻分割线，造成有效使用面积减少，本实用新型只要经边缘缺口适当蚀刻或全面性端面的电镀即可，不仅增加了使用面积，还降低了阻抗。其多层板的元件设计中通过各层导电塑料的并联效应，可造成最后的电阻降低，扩大其应用范围。

【附图说明】

下面，结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细的描述：

图1为本实用新型过电流保护元件一实施例的侧视图；

图2A为过电流保护元件中PTC材料层与第一导电层的上视图；

图2B为过电流保护元件中PTC材料层与第二导电层的底视图；

图3A为另一实施例的过电流保护元件中PTC材料层与第一导电层的上视图；

图3B为另一实施例的过电流保护元件中PTC材料层与第二导电层的底视图；

图4A为本实用新型另一实施例的过电流保护元件的侧视图；

图4B为本实用新型另一实施例的过电流保护元件的并联联结电路示意图；

其中，附图标记说明如下：

10PTC材料层

12a第一导电层

12b第二导电层

13第一导电连接件

14a第一绝缘层

14b第二绝缘层

15第二导电连接件

16第一金属箔片

18第二金属箔片

20导电材

22导电材

24a、24b防焊涂料

【具体实施方式】

实施例一

以下将配合图1、2A、2B、3A、3B，说明本实施例的过电流保护元件。

请参照图1，本实施例过电流保护元件包括PTC材料层10、第一绝缘层14a、第二绝缘层14b以及由第一导电层12a与第二导电层12b分别耦接至外层的第一金属箔片16和第二金属箔片18。

PTC材料层10是由具有导电粒子分散于其中的高分子材料所组成，其具有正温度系数的性质。适用于本实施例一中PTC材料层10的高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯以及上述几种混合物或共聚合物等。适用于本实施例一中PTC材料层10的导电粒子包括金属粒子、含碳粒子、金属氧化物、金属碳化物及其混合物。

在本实施例中，PTC材料层10的上下表面分别代表第一表面与第二表面，且其上分别设置有第一导电层12a与第二导电层12b，且各自延伸至PTC材料层10的相对两端面。此第一导电层12a、第二导电层12b可由一平面金属薄膜，经一般蚀刻方式(如LaserTrimming，化学蚀刻或机械方式)产生上下面，一左一右各一，不对称的缺口(剥离金属膜产生的缺口)，如图2A，2B所示。第一导电层12a、第二导电层12b的材料可为镍、铜、锌、银、金及前述金属所组成的合金或多层材料。此外，虽然在本实施例中所示的缺口为半圆形，而其他形状的缺口如长方型、三角形或不规则形状及图案也可适用于本实用新型，但此缺口面积以不超过单面总面积的25％为佳。

上述缺口经剥离金属膜成型后，可使用各式优良的接着性胶膜(第一绝缘层)14a、(第二绝缘层)14b(如环氧树脂与玻璃纤维布制成的胶膜)，将此PTC材料层10与外层上下各一片的金属铜膜经热压固化密合，之后，可将上下外层的铜膜经蚀刻方法，产生左右两区对称的电极端，如图1中的第一金属箔片16、第二金属箔片18所示。

左右两端电极区，可通过导通孔(图2A和2B)或全面性端面的电镀层(图3A和3B)，将上下左右各区的第一金属箔片16、第二金属箔片18选择性通过第一电连接件13和第二导电连接件15垂直导通相连。之后，在介于上下面的电极的中间区，可以一般防焊涂料涂布造成绝缘效应，如图1中24a、24b所示。全面性裁切面的电镀方式就不需要制作导电孔，如图3A和3B所示的PTC材料层10与第一导电层12a的上视图和PTC材料层10与第二导电层12b的底视图。

由图1可知，第一导电连接件13可为导电材20耦接上下两片金属箔片16与第一导电层12a；而第二导电连接件15的导电材22则耦接上下两片金属箔片18与第二导电层12b。在导电材20、22的孔壁上可利用无电电镀或电镀方法镀上一层导电金属(如铜或金)，以达到连接上下电极的目的。导电孔的截面形状可为圆形、半圆形、1/4圆形、弧形、方形、菱形、长方形、三角形、或多边形，在本实施例中采用的是半圆形。

实施例二

请参照图4A，实施例二是在实施例一的基础上增加PTC材料层层数至二层及以上(图中A、B代表两个PTC材料层总成)进行并联联结，达到多层并联式的表面粘着用PTC材料层，其中各电极层分别经导通孔的导电材20、22达成电性上的耦接，且第一电极与第二电极的导电连接件之间由边缘的蚀刻分割线相互隔离。经由此设计制作而成的过电流保护元件，其并联效益图如图4B所示。

本实施例中，最上面的一个PTC材料层10的上表面代表第一表面，最下面的一个PTC材料层10的下表面代表第二表面，其上分别设置有第一导电层12a与第二导电层12b，每两个PTC材料层10之间自上而下分别设置有第二导电层12b、第二绝缘层14b、第一绝缘层14a、第一导电层12a。

实施例二中的其他结构与实施例一中的相同，在此便不作重复说明。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种过电流保护元件，其特征在于：包括

PTC材料层，是由具有导电粒子分散于其中的高分子材料所组成，具有相对的第一表面与第二表面，还具有相对的第一端面与第二端面，所述第一端面与所述第二端面是分别从所述第一表面延伸至所述第二表面；

第一导电层，设置于所述PTC材料层的所述第一表面，且延伸至所述第一端面；

第二导电层，设置于所述PTC材料层的所述第二表面，且延伸至所述第二端面；

第一绝缘层，设置于所述第一导电层上，且自所述PTC材料层的所述第一端面延伸至所述第二端面；

第二绝缘层，设置于所述第二导电层的下表面上，且自所述PTC材料层的所述第二端面延伸至所述第一端面；

第一电极，包括一对第一金属箔片，是分设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上；

第二电极，包括一对第二金属箔片，是分设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上；

第一导电连接件，沿所述第一端面电气连接所述第一金属箔片与所述第一导电层；以及

第二导电连接件，沿所述第二端面电气连接所述第二金属箔片与所述第二导电层。

2.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第一导电层与所述第二端面由所述第一绝缘层隔开绝缘，所述第二导电层与所述第一端面由所述第二绝缘层隔开绝缘。

3.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为导通孔。

4.如权利要求3所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为全面性端面的电镀层。

5.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为接着性胶膜。

6.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第一导电连接件位于所述第一端面上。

7.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：所述第二导电连接件位于所述第二端面上。

8.如权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于：还包括将所述第一电极与所述第二电极相互隔离的一对隔离构件，分别设于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层上。

9.如权利要求8所述的过电流保护元件，其特征在于：所述隔离构件为防焊涂料。