CN210805371U

CN210805371U - 一种过电流保护元件

Info

Publication number: CN210805371U
Application number: CN201922210035.9U
Authority: CN
Inventors: 周阳; 方勇; 侯晓旭; 黄贺军; 吴国臣
Original assignee: Shanghai Wei'an Electronic Co ltd
Current assignee: Shanghai Weian Electronics Co ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2029-12-11

Abstract

本实用新型涉及一种表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括具有电阻正温度系数效应的复合材料片材、绝缘层、端电极，至少有一导电孔存在于电阻正温度系数效应的复合材料片材内部，且不与端电极接触。本实用新型元件存在三个导电孔，且起电路保护作用的第一导电孔以通孔、盲孔或位于元件内部的局部盲孔形式存在，不与端电极（焊盘）直接接触，避免焊盘上的锡进入孔内而减少焊盘本身的锡量，同时当孔内有污染时也不会影响端电极（焊盘）的可焊性；元件的非焊接面最外层可以增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层来增强元件强度；电路设计尤其适合超小型PTC贴片制造工艺，可批量量产。

Description

一种过电流保护元件

技术领域

本实用新型涉及一种表面贴装高分子PTC(positive temperature coefficient )过电流保护元件，以导电高分子聚合物复合材料为主材并有特殊导电孔设计的一种过电流保护元件。

背景技术

过电流保护元件被用于电路保护，使其免于因过热或过流而出现故障甚至烧毁。过电流保护元件通常包含两端电极及位于中间的具有正温度系数的电阻材料。其在室温下处于低阻状态，当温度升高或电流短路时，其电阻跃迁至数千倍以上，来达到降低电路中电流的效果，起到保护作用。当温度恢复或故障电流排除后，PTC电阻恢复正常。以此达到重复使用的，故此为自恢复保险丝（PTC）。

目前市场应用趋向于小型化发展，更小更薄。常规的1812、1206等封装尺寸，技术上已经相当成熟。而小型化的0402、乃至超小型的0201甚至01005类封装要求也渐渐有市场需求出现。此种小型化产品对于制程能力、电路设计都将是一个巨大的挑战。

专利CN 103594213中所公布的设计，等效为两个电阻串联，该设计元件电阻高，通流能力小。

为此，如何在超小型化的产品上设计导电通路以达到各电极层之间的导通，并提升PTC的有效面积，在元件电阻小的情况下，通流能力提升是目前的技术难题。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种具有可量产，提供一种过电流保护元件，在超小型化的同时，提升PTC的有效面积和通流能力。

本实用新型目的通过下述技术方案实现：一种表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括具有电阻正温度系数效应的复合材料片材、绝缘层、端电极，至少有一个复合材料片材上的导电孔存在于电阻正温度系数效应的复合材料片材内部，且不与端电极接触，其中，

1）具有电阻正温度系数效应的复合材料片材包括：

a)所述的电阻正温度系数效应的复合材料片材具有相对的第一、第二表面以及第一、第二端面；

b)第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；

c)第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；

d)第三导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面，且与该第二导电电极之间电气隔离；

e)第一导电孔，存在于复合材料片材内部，用于复合材料片材中的第一导电电极与第二导电电极电气连接；

f)第二导电孔，用于复合材料片材中的第二导电电极电气连接第一端电极；

g)第三导电孔，用于复合材料片材中的第三导电电极电气连接第二端电极；

2)绝缘层：贴覆于所述第二、第三导电电极层与第一、第二端电极层之间，用于电气隔离，并且第二、第三导电孔穿过该绝缘层；

3)端电极：

第一端电极，位于整个元件的最外层，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一极电气相连；

第二端电极，与第一端电极电气隔断，位于整个元件的最外层，并连接第三导电孔，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。

本实用新型提供的PTC过电流保护元件，有别于常规的贴片PTC的两端通孔设计，起电路保护作用的第一导电孔不与端电极（焊盘）直接接触，通过特殊设计的导电孔，实现元件内部的电路导通。且此特殊设计也可满足目前PCB工艺实现量产的要求。

在上述方案基础上，所述的第二导电电极与第三导电电极可以是任意规则或不规则图形。

在上述方案基础上，所述的第一导电孔可以是通孔、盲孔或位于元件内部的局部盲孔形式存在。

在上述方案基础上，所述的过电流保护元件四角或两边或四边设置绝缘件，以增加元件强度。

在上述方案基础上，所述的过电流保护元件为单焊接面表面贴装元件。

在上述方案基础上，元件非焊接面最外层增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层来增强元件强度。

本实用新型一种过电流保护元件通过下述制备方法得到：

由具有电阻正温度系数效应的导电高分子材料基层和紧密贴覆于该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复合材料片材；

对复合材料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，然后将两绝缘层叠放于完成蚀刻的复合材料片材的上、下表面，并分别覆盖金属箔，进行高温压合形成基板，得到包括第一、二和三导电电极的复合材料基板；之后，

将基板经过后续的钻孔、镭射孔、沉铜、镀铜、蚀刻外层图形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨等步骤，得到包括第一、二和三导电孔，及第一、二端电极的超小型表面贴装高分子PTC过电流保护器件，其中，第一导电电极和第二导电电极通过第一导电孔电气连接；第二导电电极通过第二导电孔与第一端电极电气连接；第三导电电极通过第三导电孔与第二端电极电气连接；第二、三导电电极由绝缘槽电气隔离；第一导电电极通过高分子复合材料基层与第三导电电极形成通路。以上制备步骤也可根据实际设计可调整前后顺序以达到最终目的。

本实用新型中以复合材料片材为基板，采用印制线路板中的压合、钻孔、沉铜电镀等工艺制成包括第一导电孔的元件初始结构；该初始结构经蚀刻外层图形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨等步骤，即可得表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。

在线路板工艺制造过程中，采用机械或镭射钻孔后沉铜电镀工艺实现了电路的导通,通过特殊设计的导电孔，实现内层电极的导通，以获得超小型化表面贴装高分子PTC过电流保护器件。

本实用新型具有以下特点：本实用新型以具有电阻正温度系数效应的复合材料片材为初始结构；在元件内存在三个导电孔，其中，第一导电孔以通孔、盲孔或位于元件内部的局部盲孔形式存在，且不与焊接面接触；3.本电路设计尤其适合超小型PTC贴片制造工艺。

本实用新型具有以下特点：

1.保护元件起电气连接作用的第一导电孔并不与端电极（焊盘）直接接触，避免焊盘上的锡进入孔内而减少焊盘本身的锡量，同时当孔内有污染时也不会影响端电极（焊盘）的可焊性；

2.本实用新型导电孔可包含盲孔、通孔或位于元件内部的局部盲孔形式存在；

3.本实用新型元件为单焊接面表面贴装类型，这种单焊接面表面贴装元件的特点有：元件非焊接面最外层可以增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层来增强元件强度；

4.本实用新型的电路设计尤其适合超小型PTC贴片制造工艺。

附图说明

图1，实施例1过电流保护元件截面结构示意图；

图2，图1去除非焊接面一金属箔的过电流保护元件截面示意图；

图3，实施例2过电流保护元件截面结构示意图；

图4，实施例3过电流保护元件截面结构示意图；

图5，实施例4过电流保护元件截面结构示意图；

图6：对实施例4的改进结构示意图；

标号说明

1——高分子导电复合材料基层；

2——第一导电电极；

2a——第二导电电极；

2b——第三导电电极；

2c——绝缘槽一；

3、3a、3b——绝缘层一、二、三；

4——第一端电极；

4a——第二端电极；

5、5a——第一、二金属箔；

5c——绝缘槽二；

6、6’、6’’——第一导电孔；

6a——第二导电孔；

6b——第三导电孔；

6c——绝缘槽。

具体实施方式

材料准备：

将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm²，厚0.1～3.0mm的复合材料基层；再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述材料基层的第一、第二表面，制成复合材料片材，然后再将此复合片材用γ射线（Co⁶⁰）或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad，得到高分子导电复合材料基层1。

实施例1

一种过电流保护元件，包括一高分子导电复合材料基层1，在高分子导电复合材料基层1上、下表面有导电电极，如图1所示，

在高分子导电复合材料基层1上有第一导电电极2，下方有第二、三导电电极2a、2b，在第二、三导电电极2a、2b之间有绝缘槽一2c；

在第一导电电极2上表面依序叠加有绝缘层一3、第一金属箔5；

在第二、三导电电极2a、2b下表面有绝缘层二3a，第一导电电极2通过第一导电孔6与第二导电电极2a连接，第二导电电极2a通过第二导电孔6a与第一端电极4连接；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a连接，第一导电电极2通过高分子导电复合材料基层1与第三导电电极2b形成导电通路。按以下步骤制备：

1）在经过辐照退火处理后的高分子导电复合材料基层1进行PCB加工，上表面有第一导电电极2，下表面有第二、三导电电极2a、2b，在第二、三导电电极2a、2b之间有绝缘槽2c；

2）在第一导电电极2上表面依序叠加有绝缘层一3、第一金属箔5，进行高温压合；

3）对下表面电极层通过图形转移蚀刻技术在第二、第三导电电极2a、2b间蚀刻出绝缘槽一2c及图形，再通过镭射打孔、沉铜、镀铜获得第一导电孔6，使第一导电电极2通过第一导电孔6与第二导电电极2a电气连接，本实施例第一导电孔6为盲孔；

4）将绝缘层二3a叠加于第二、三导电电极2a、2b和表层金属箔之间，然后进行高温压合，压合后再将表层金属箔蚀刻出绝缘槽6c及图形，在绝缘槽6c左右面通过镭射打孔形成第二、三导电孔6a、6b，再通过后续的端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一、第二端电极4、4a，使第二导电电极2a通过第二导电孔6a与第一端电极4电气连接；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a连接，制备出具有一个焊接面的超小型表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。

电路从第一端电极4经过第二导电孔6a到第二导电电极2a，再通过第一导电孔6导通到第一导电电极2；另一侧则由第二端电极4a经过第三导电孔6b导通到第三导电电极2b，最终由第一、第三导电电极2、2b通过高分子材料基层形成通路，完成制备出具有一个焊接面的超小型表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。

本实施例也可以在非焊接面将第一金属箔5整体去除，如图2所示，使产品整体厚度变薄。从而制备出具有单个焊接面、产品厚度薄的超小型表面贴装型高分子PTC过电流保护元件，如图2所示。

所制备的超小型过电流保护元件，同样可以避免锡进入第一导电孔而影响可焊性。另外此方案排除了机械钻孔，只采用镭射打孔方案，节省了空间，有更多的PTC有效面积。

实施例2

一种过电流保护元件，与实施例1相近，如图3所示，

在第二、三导电电极2a、2b下表面依序有绝缘层二3a、第二金属箔5a、绝缘层三3b、第一、第二端电极4、4a；

金属箔一5、第一导电电极2通过第一导电孔6与第二金属箔5a导通，第二金属箔5a通过第二导电孔6a与第一端电极4导通；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a连接，第一导电电极2通过高分子导电复合材料基层1与第三导电电极2b形成导电通路。按以下步骤制备：

1）在经过辐照退火处理后高分子导电复合材料基层1上进行PCB加工，上表面有第一导电电极2，下方有第二、三导电电极2a、2b，在第二、三导电电极2a、2b之间有绝缘槽一2c；

3）对下表面电极层通过图形转移蚀刻技术使第二、第三导电电极2a、2b间蚀刻出绝缘槽一2c；将绝缘层二3a叠加于第二、第三导电电极2a、2b和第二金属箔5a之间，然后进行高温压合，压合后再将第二金属箔5a近第三导电电极2b侧蚀刻出绝缘槽二5c及图形，通过机械钻孔、沉铜、镀铜获得第一导电通孔6’，该第一导电通孔6’为通孔，使第一金属箔5、第一导电电极2和第二金属箔5a电气连接；

4）将第三绝缘层3b叠加于第二金属箔5a与表层金属箔之间高温压合，对该表层金属箔蚀刻出绝缘槽6c及图形，在绝缘槽6c左右面通过镭射打孔形成第二导电孔6a和第三导电孔6b，再通过后续的端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨步骤，形成第一端电极4和第二端电极4a，使第二金属箔5a通过第二导电孔6a与第一端电极4电气连接，第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a电气连接；

电路从第一端电极4经过第二导电孔6a到第二金属箔5a再通过第一导电通孔6’导通到第一导电电极2；另一侧则由第二端电极4a经过第三导电孔6b导通到第三导电电极2b，最终由第一导电电极2通过高分子材料基层1与第三导电电极2b形成通路，从而制备出具有一个焊接面的超小型表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。

所制备的超小型过电流保护元件，因为尺寸小，焊盘锡量少，此种方案制备的元件避免锡进入第一导电孔而减少焊盘上的锡量，影响可焊性。另外若第一导电孔受污染，此种方案亦可避免端电极被污染而影响可焊性。

实施例3

一种过电流保护元件，与实施例2相近，如图4所示，只是根据片材的强度，取消了二层金属箔，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品厚度的目的，同时也可以减少PCB加工工序，增加量产效率。

一种过电流保护元件，在高分子导电复合材料基层1上有第一导电电极2，下方有第二、三导电电极2a、2b，在第二、三导电电极2a、2b之间有绝缘槽一2c；

在第二、三导电电极2a、2b下表面依序有绝缘层二3a、第一、第二端电极4、4a；

第一导电电极2通过第一导电孔6与第二导电电极2a导通，第二导电电极2a通过第二导电孔6a与第一端电极4导通；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a连接，第一导电电极2通过高分子导电复合材料基层1与第三导电电极2b形成导电通路。

实施例4

一种过电流保护元件，与实施例2相近，如图5所示，

在高分子导电复合材料基层1上有第一导电电极2，下方有第二、三导电电极2a、2b，在第二、三导电电极2a、2b之间有绝缘槽2c；

金属箔一5、第一导电电极2通过第一导电孔6与第二金属箔5a导通，第二金属箔5a通过第二导电孔6a与第一端电极4导通；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a连接，第一导电电极2通过高分子导电复合材料基层1与第三导电电极2b形成导电通路，其与实施例2区别是第一导电通孔6伸出器件。按以下步骤制备：

3）对下表面电极层通过图形转移蚀刻技术使第二、第三导电电极2a、2b间蚀刻出绝缘槽一2c；然后将另一绝缘层二3a叠加于第二、第三导电电极2a、2b和第二金属箔5a之间，进行高温压合，压合后再将第二金属箔5a近第三导电电极2b端蚀刻出绝缘槽二5c；之后，

4）再将第三绝缘层3b叠加于第二金属箔5a与表层金属箔之间高温压合后，蚀刻出绝缘槽6c及图形，在绝缘槽6c左右面通过镭射打孔形成第二导电孔6a和第三导电孔6b，同时通过机械钻孔，获得第一导电孔6’’，该第一导电孔6’’为通孔，再通过后续的端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨步骤，形成第一端电极4和第二端电极4a；使金属箔一5、第一导电电极2通过第一导电孔6与第二金属箔5a电气连接，第二金属箔5a通过第二导电孔6a与第一端电极4电气连接；第三导电电极2b通过第三导电孔6b与第二端电极4a电气连接，第一导电电极2通过高分子导电复合材料基层1与第三导电电极2b形成导电通路；

电路从第一端电极4经过第二导电孔6a到第二金属箔5a，再通过第一导电通孔6’’导通到第一导电电极2；另一侧则由第二端电极4a经过第三导电孔6b导通到第三导电电极2b，最终由第一、第三导电电极2、2b通过高分子复合材料基层1形成通路，从而制备出具有一个焊接面的超小型表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。

本实施例也可根据片材的强度，酌情取消第一或第二金属箔或同时取消两层金属箔，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品厚度的目的。（参考图6）。

本实施例与实施例2因为PCB加工工序的调整，所制备成品，实施例2中的第一导电孔为盲孔，而本实施例中的第一导电孔为通孔。本实施例的PCB工序要简略。所制备的超小型过电流保护元件，第一导电孔并不与端电极接触，同样可以避免锡进入第一导电孔而减少焊盘上的锡量，影响可焊性。亦可避免端电极被污染而影响可焊性。

本实用新型的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本实用新型仅仅简要地或只涉及本实用新型的特定部分，本实用新型的保护范围应不限于实施例揭示的内容，而应该包括各种不背离本实用新型的替换和修饰。

Claims

1.一种表面贴装高分子PTC过电流保护元件，包括具有电阻正温度系数效应的复合材料片材、绝缘层、端电极，其特征在于至少有一个导电孔存在于电阻正温度系数效应的复合材料片材内部，且不与端电极接触，其中，

1）具有电阻正温度系数效应的复合材料片材包括：

a) 所述的电阻正温度系数效应的复合材料片材具有相对的第一、第二表面以及第一、第二端面；

b) 第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；

c) 第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；

d) 第三导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面，且与该第二导电电极之间电气隔离；

e) 第一导电孔，存在于复合材料片材内部，用于复合材料片材中的第一导电电极与第二导电电极电气连接；

2）绝缘层：贴覆于所述第二、第三导电电极层与第一、第二端电极层之间，用于电气隔离，并且第二、第三导电孔穿过该绝缘层；

3）端电极：

2.根据权利要求1所述的PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的第一导电孔是通孔、盲孔或位于元件内部的局部盲孔。

3.根据权利要求1所述的PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的过电流保护元件四角或两边或四边设置绝缘件，以增加元件强度。

4.根据权利要求1或3所述的PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的过电流保护元件为单焊接面表面贴装元件。

5.根据权利要求4所述的PTC过电流保护元件，其特征在于，元件非焊接面最外层增加绝缘层、金属箔层或两种中的任意组合层来增强元件强度。