CN210245193U - 热敏电阻元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热敏电阻元件，其包括PTC材料层，具有第一表面和第二表面，该第二表面位于该第一表面相对侧，该PTC材料层为包括陶瓷导电粉末和聚合物的混合材料层；第一导电层，物理接触该PTC材料层的第一表面；第二导电层，物理接触该PTC材料层的第二表面；其中该第二导电层由一个间隔分隔成两个面积相等的导电区块，所述间隔非直线状。本实用新型通过PTC材料层和间隔形状的优化，取得了高温、低阻和高抗变形强度的优势。

Description

热敏电阻元件

【技术领域】

本实用新型涉及一种热敏电阻元件，特别是涉及一种表面贴装型SMD 热敏电阻元件。

【背景技术】

现今主流的高分子热敏电阻使用的导电通路材料主要分为三大系统，分别为碳黑系统者、陶瓷系统者与金属系统者，而其中可使用于高温(环境温度 >85℃)高分子正温度系数(PTC)热敏电阻的导电通路材料，尤其是汽车产业应用，采用碳黑系统为主，高温高分子热敏电阻(碳黑系统)的缺点在于电阻普遍较高，为达降低元件的电阻，必须采用放大元件尺寸、或者在特定尺寸的结构下进行多层的堆叠，以达到放大尺寸面积降低电阻的功效。然而，现行低阻热敏电阻采用的陶瓷与金属系统，市面上可操作环境温度上限仅为85℃，尚未采用陶瓷与金属导电通路系统开发出新一代高温可操作的热敏电阻。

传统上的PTC SMD结构通常会采蚀刻金属层(例如铜层)来隔离形成左右电极，在大尺寸元件设计下，整体上下金属层面积仍有足够的结构强度，但随着元件尺寸做的更小，此种蚀刻隔离设计使得整体上下金属层面积相对变得不足，结构强度变弱，因此在回焊受热时容易因PTC材料膨胀造成弯曲变形或破坏，此变形将影响元件关于耐电压及电阻特性的稳定性。

图1显示传统上的一种PTC热敏电阻10的剖面示意图。热敏电阻10包括：PTC材料层11、第一导电层12和第二导电层13。PTC材料层11具有第一表面(例如上表面)和第二表面(例如下表面)，该第二表面位于该第一表面相对侧。第一导电层12物理接触该PTC材料层11的第一表面，第二导电层13物理接触该PTC材料层11的第二表面。图2显示第二导电层13 的平面示意图。第二导电层13由一个间隔14分隔成2个导电区块15和16。间隔14为直线状，与热敏电阻10的宽度或短边方向平行。导电区块15和16 可直接或通过焊垫回焊在电路板上。在回焊时，高温使得PTC材料层11会膨胀，会在长度或长边方向产生纵向力矩，下方的第二导电层13中因为有间隔14的缺口，抵抗纵向力矩的强度不足，使得热敏电阻10容易发生变形。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种热敏电阻元件，将SMD热敏电阻元件 (如正温度系数PTC元件)通过改善产品PTC材料层，优化PTC材料层表面的导电层结构，增加抵抗变形的能力，从而提升产品质量。

为了达到低电阻与高操作环境温度的目的，选用了陶瓷系统与氟聚合物进行加工，以低电阻率热敏电阻材料开发为切入点，结合陶瓷材料、热处理技术、高分子加工技术、机械加工技术，以及产品信赖性等全面性考虑，顺利达成增加抵抗变形能力的目标。

本实用新型公开了一种热敏电阻元件，其包括：PTC材料层，具有第一表面和第二表面，该第二表面位于该第一表面相对侧，该PTC材料层为包括陶瓷导电粉末和聚合物的混合材料层；第一导电层，物理接触该PTC材料层的第一表面；第二导电层，物理接触该PTC材料层的第二表面；其中该第二导电层由一个间隔分隔成两个面积相等的导电区块，所述间隔非直线状。

进一步的，所述间隔为弯曲状或锯齿状。

进一步的，所述间隔为S形。

进一步的，所述间隔不与热敏电阻元件的宽度方向平行。

进一步的，所述间隔的长度为热敏电阻元件宽度的2倍以上。

进一步的，所述聚合物为氟聚合物。

与现有技术相比，本实用新型的热敏电阻元件的有益效果在于：可达到小尺寸，而且通过其中PTC芯片材料层和导电层的优化，取得了高温、低电阻和高强度的优势，足具竞争力。

【附图说明】

图1显示传统的热敏电阻元件的剖面结构示意图。

图2显示图1中热敏电阻元件的第二导电层的平面示意图。

图3显示本实用新型实施例热敏电阻元件的俯视结构示意图。

图4、5和6显示图3的热敏电阻元件的第二导电层的平面示意图。

附图标记说明：

10 热敏电阻

20 热敏电阻元件

11、21 PTC材料层

12、22 第一导电层

13、23 第二导电层

14、24 间隔

15、25 第一导电区块

16、26 第二导电区块

【具体实施方式】

下面请参照说明书附图，对本实用新型进一步描述。

本实用新型结合高导电陶瓷粒子与高分子材料、高分子加工、印刷电路板制程技术等，开发出小尺寸并拥有高温、低电阻和高强度的表面贴装型热敏电阻元件。

图3为本发明一实施例的热敏电阻元件20中央位置的剖面示意图。热敏电阻元件20包括PTC材料层21、第一导电层22和第二导电层23。PTC 材料层21具有第一表面(例如上表面)和第二表面(例如下表面)，该第二表面位于该第一表面相对侧。第一导电层22物理接触该PTC材料层21的第一表面，第二导电层23物理接触该PTC材料层21的第二表面。第二导电层23由一个间隔24分隔成2个导电区块25和26。

图4、5和6为第二导电层23的平面示意图。第二导电层23由该间隔24 分隔成两个面积相等的导电区块，间隔24是弯曲形、S形和锯齿形等非直线状。所述间隔24不与热敏电阻元件20的宽度方向平行，且优选地，间隔24 的长度为热敏电阻元件宽度的2倍以上，从而增加抵抗纵向力矩的强度。

PTC材料层21为包括陶瓷导电粉末和聚合物的混合材料层，其中该聚合物包括氟聚合物，以提供高温特性。陶瓷导电粉末不易氧化，高结晶度高分子同时对于氧气有较佳的阻绝性，并搭配高分子混炼技术，将陶瓷导电粉末和聚合物混练加上例如为镀镍铜箔的第一导电层22和第二导电层23成为产品的基材，并采用热压成型技术，开发出表面贴装型PTC产品。

以上包括陶瓷导电粉末和聚合物的PTC材料层定义为陶瓷导电聚合物 PTC材料层。

PTC材料、陶瓷导电和聚合物定义如下:

PTC材料：由高分子材料和导电颗粒制成。在低温时，聚合物结晶间的导电粒子构成三维网络，呈导通状态。当电流过大，致使温度升高时，体积膨胀，聚合物由结晶态转为非结晶态，使导电粒子的连系网络断裂，因而不导通或绝缘。

陶瓷导电：某些氧化物陶瓷加热时，处于原子外层的电子可以获得足够的能量，以便克服原子核对它的吸引力，而成为可以自由运动的自由电子，这种陶瓷就变成导电陶瓷。

聚合物：是指具有非常大的分子量的化合物，分子间由结构单位、或单体由共价键连接在一起。

一实施例中，氟聚合物采用聚二氟乙烯，以聚二氟乙烯为连续相来改善材料的结晶回复特性，在多次驱动后依旧可以维持相当的结晶度。除此之外，聚二氟乙烯具有良好的电气特性、高熔点、制程能力且容易取得，适合做为高温热敏电阻之使用。在加工技术部份，步骤为(1)制作聚二氟乙烯与陶瓷导电粉末的掺混系统，藉由陶瓷导电粉末的导入，提升系统的导电特性；(2)使用高扭力双螺杆压出机，并搭配卷对卷的铜箔贴合设备，将材料制作成热敏电阻材料片。

为改善传统高温热敏电阻芯片尺寸过大、电阻过高的缺点，本实用新型采用陶瓷粉末作为主要的导电填充料，并搭配陶瓷粉高温烧结与高分子加工等技术，大幅度改善元件的电阻稳定性并提升结构强度。

本实用新型的热敏电阻元件，因应高温仍有过电流保护的效果，达到客户端要求之条件为环境温度125℃下，元件可通过的电流为>1.2A不动作的技术标杆，同时在室温下满足低电阻的1～10mΩ要求，并且尺寸较碳黑产品，整体缩小了75％，若量化数字来看，PTC的面积从80mm²，大幅度下降到 20mm²，不单是满足特性外，并领先国内外同业技术水平，达到现今电子产品微小化、精密化的目标。

本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本实用新型的启示及公开而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种热敏电阻元件，其特征在于：其包括

PTC材料层，具有第一表面和第二表面，该第二表面位于该第一表面的相对侧，该PTC材料层为陶瓷导电氟聚合物PTC材料层；

第一导电层，物理接触该PTC材料层的第一表面；

第二导电层，物理接触该PTC材料层的第二表面；

其中该第二导电层由一个间隔分隔成两个面积相等的导电区块，所述间隔为非直线状。

2.如权利要求1所述的热敏电阻元件，其特征在于：所述间隔为弯曲状或锯齿状。

3.如权利要求1所述的热敏电阻元件，其特征在于：所述间隔为S形。

4.如权利要求1所述的热敏电阻元件，其特征在于：所述间隔不与热敏电阻元件的宽度方向平行。

5.如权利要求1所述的热敏电阻元件，其特征在于：所述间隔的长度为热敏电阻元件宽度的2倍以上。

6.如权利要求1所述的热敏电阻元件，其特征在于：所述聚合物为氟聚合物。

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