CN218631538U - 电路保护元件 - Google Patents
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Abstract
一种电路保护元件，包含第一热敏元件、第二热敏元件、绝缘材料多层结构、第一电极层及第二电极层以及至少一外电极。第一热敏元件及第二热敏元件并联设置且分别具有第一上导电层及第二下导电层。绝缘材料多层结构具有上绝缘层、中间绝缘层及下绝缘层。上绝缘层介于第一上导电层及第一电极层间。中间绝缘层叠设于第一热敏元件及第二热敏元件之间。下绝缘层介于第二下导电层及第二电极层间。外电极设置于第一电极层上且沿水平方向延伸超出电路保护元件的周壁。
Description
技术领域
本新型涉及一种电路保护元件，更具体而言，关于一种具有并联热敏元件的热稳定型电路保护元件。
背景技术
现有具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)特性的导电复合材料的电阻对于特定温度的变化相当敏锐，可作为电流感测元件的材料，且目前已被广泛应用于电路保护元件中。具体而言，PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运行。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(overtemperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少104Ω以上)，即所谓的触发(trip)，而将过量的电流截断，以达到保护电池或电路元件的目的。
以高分子PTC材料为例，通常使用碳黑作为导电填料，而将碳黑分散在结晶性高分子聚合物之间。这种晶体结构使的碳粒子集中分布在晶界中，它们之间排的非常紧密，电流可以经由这些“碳链”流过绝缘的塑料聚合物。在正常室温条件下，这些高分子聚合物中存有相当数量的碳链，因而构成导电的通道。当过电流使得元件温度上升直到超过高分子聚合物的相变温度(例如熔点)，高分子聚合物会膨胀而将原本紧密连接的碳粒子拉开距离。如此，导电的碳链通道被破坏而不能再传导电流，使得电阻也随之急剧上升，即所谓的“触发(trip)”现象。
当温度回复至低于其相变温度时，聚合物会重新结晶，导电碳链也再重新形成。但实务上因高分子聚合物膨胀无法完全回复的关系，使得导电碳链并无法维持原有的导电性，因此电阻无法回复至原来的低阻值。另外，多次触发后有电阻值大幅增加的现象，亦即有电阻回复性或电阻再现性不佳的问题。
更详细地说，PTC聚合物材料于触发时，会产生相当大的体积变化率，其热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)会骤升(例如：至5000 ppm/K以上)。所以，PTC聚合物材料经多次触发后，多次于体积上的剧烈变化会使结构无法恢复到初始状态，进而导致其电阻值于室温下大幅度攀升的情形。然而，PTC材料层表面接触的导电层大部分采用例如镍箔、铜箔或镀镍铜箔等金属导电材料，其中铜箔及镀镍铜箔的热膨胀系数约为17ppm/K，镍箔的热膨胀系数为13ppm/K，均远小于PTC聚合物材料的热膨胀系数。故于传统上，主要是改良导电层的结构设计，以解决前述电阻再现性的问题。例如：将导电层的厚度增加以加强结构强度。
再者，现今电子产品开发突飞猛进，待电路保护的产品(例如：电池)为了达到快速充放电效果，所需的电流相较以往越来越大。为此，传统上是将电路保护元件中的单个热敏元件(即两片导电层加上中间叠设的正温度系数材料层)的尺寸设计为更大，借此增加导电层的表面积以降低整体电阻。然而，电路保护元件尺寸过大将会占去过多空间，在电子产品追求微型化的趋势下将使得应用受到限制。此外，即使成功将电路保护元件设计为更小且维持低电阻值，电路保护元件又会面临热稳定性的问题，即电路保护元件所产生的热容易累积而无法向外消散，导致电路保护元件无法提升维持电流(Hold Current；Ihold)，甚至电路保护元件触发时会膨胀而产生过大的热应力，并且如上述造成电阻回复性或电阻再现性不佳的问题，因此电路保护元件在应用上受到限制。
显然，微型化电路保护元件是未来的趋势，但微型化电路保护元件面临上述诸多问题。有鉴于此，现有的电路保护元件亟需改良以解决上述关于电阻回复性不佳、低电阻值及热稳定结构的问题。
实用新型内容
本新型将至少两个热敏元件并联，使得电路保护元件在一定尺寸下能具有较低的电阻值，以增加电流通过量。换句话说，前述并联结构意味着电路保护元件可设计为尺寸较小同时保持低电阻值特性。此外，在尺寸缩小及/或电流量增大的情况下，电路保护元件的电性及结构特性极易受热能影响。基于热敏元件并联可能产生的设计问题，本新型更针对多个不同的部件进行改良，以增加电路保护元件的热稳定性：其一，在上下内电极(下文称第一电极层及第二电极层)的下方及上方增设热膨胀系数比正温度系数(PTC)材料层小许多的上绝缘层及下绝缘层，借此增加电路保护元件的结构强度，以解决电路保护元件因热膨胀而造成的电阻再现性不佳的问题；其二，增设外电极，调整其表面积及位置和延伸长度以增加其暴露于环境的表面积，借此提升电路保护元件的散热速率，并进而提升电路保护元件的维持电流(Hold Current，Ihold)；其三，于电路保护元件的同一侧增设多个缺口，分散热膨胀的应力影响；其四，在电路保护元件的外围进行封装，除了隔绝环境因子的影响外，更进一步稳固电路保护元件的整体结构。
本新型的一实施方式为一种电路保护元件，具有上表面、相对于上表面的下表面，及连接上表面及下表面的周壁。电路保护元件包含第一热敏元件、第二热敏元件、绝缘材料多层结构、第一电极层及第二电极层以及第一外电极。第一热敏元件包含第一上导电层、第一下导电层，以及叠设于第一上导电层及第一下导电层之间的第一正温度系数(PositiveTemperature Coefficient，PTC)材料层。第二热敏元件包含第二上导电层、第二下导电层，以及叠设于第二上导电层及第二下导电层之间的第二正温度系数材料层。绝缘材料多层结构具有上绝缘层、中间绝缘层及下绝缘层。上绝缘层延伸超出第一上导电层，借此完全覆盖第一上导电层及覆盖部分第一正温度系数材料层。中间绝缘层叠设于第一下导电层及第二上导电层之间，连接第一热敏元件及第二热敏元件。下绝缘层延伸超出第二下导电层，借此完全覆盖第二下导电层及覆盖部分的第二正温度系数材料层。第一电极层及第二电极层分别贴附于上绝缘层及下绝缘层，且第一电极层与第一上导电层及第二上导电层电性连接，而第二电极层与第一下导电层及第二下导电层电性连接。第一外电极设置于第一电极层上，且平行于第一电极层沿第一水平方向延伸超出周壁。
在一实施例中，电路保护元件还包含右缺口及左缺口。上绝缘层贴附于第一电极层及第一上导电层之间，使得第一电极层与第一上导电层间隔一距离，且第一电极层及第一上导电层彼此平行延伸至右缺口，通过右缺口电性连接。
在一实施例中，此距离为0.02mm至0.06mm。
在一实施例中，上绝缘层覆盖部分第一正温度系数材料层之处的正上方未覆盖第一电极层而形成开口，使得第一电极层不会延伸至左缺口，从而第一电极层未与左缺口电性连接。
在一实施例中，电路保护元件还包含绝缘材料，绝缘材料填入开口中。
在一实施例中，右缺口具有右导通件，使得第一电极层、第一上导电层及第二上导电层电性连接，而左缺口具有左导通件，使得第二电极层、第一下导电层及第二下导电层电性连接。
在一实施例中，电路保护元件还包含结构强化金属膜，结构强化金属膜覆盖第一电极层的表面、第二电极层的表面、右导通件的表面及左导通件的表面，使得第一电极层、第二电极层、右导通件及左导通件与环境气体隔绝。
在一实施例中，周壁具有左侧壁、右侧壁、前侧壁及后侧壁，左侧壁与右侧壁相对，而前侧壁与后侧壁相对，其中左缺口位于左侧壁，而右缺口位于右侧壁。
在一实施例中，第一外电极沿第一水平方向延伸超出右侧壁。
在一实施例中，电路保护元件平行第一水平方向具有第一长度，而第一外电极自右侧壁起算，具有超出右侧壁的第二长度，且以第一长度及第二长度的总和为100％计，第二长度占31％至53％。
在一实施例中，第二长度为4mm至8mm。
在一实施例中，电路保护元件的上表面具有电路保护元件上表面积，而第一外电极具有第一外电极上表面积，且第一外电极上表面积除以电路保护元件上表面积的比值为1.37至1.64。
在一实施例中，电路保护元件还包含第二外电极设置在覆盖结构强化金属膜的第二电极层上，其中第一外电极平行于第一电极层沿第二水平方向延伸超出前侧壁，而第二外电极平行于第一外电极延伸超出后侧壁。
在一实施例中，电路保护元件还包含第二外电极，设置在覆盖结构强化金属膜的第二电极层上，且沿相反于第一水平方向延伸超出左侧壁。
在一实施例中，电路保护元件还包含封装带。封装带以电路保护元件为轴心沿上表面、前侧壁、下表面、后侧壁的方向进行卷绕，使得电路保护元件仅露出右侧壁、左侧壁、部分的第一外电极及部分的第二外电极。
在一实施例中，电路保护元件还包含绝缘框体。绝缘框体包覆电路保护元件，使得电路保护元件仅露出部分的第一外电极及部分的第二外电极。
在一实施例中，电路保护元件还包含多个右缺口及与此些右缺口相对的多个左缺口，分别设置于周壁的右侧壁及左侧壁，其中第一外电极沿第一水平方向延伸超出右侧壁。
在一实施例中，电路保护元件还包含第二外电极，设置在第二电极层上，且平行于第二电极层沿相反于第一水平方向延伸超出左侧壁。
在一实施例中，电路保护元件还包含封装带，封装带以电路保护元件为轴心卷绕，使得电路保护元件仅露出右侧壁、左侧壁、部分的第一外电极及部分的第二外电极。
在一实施例中，电路保护元件还包含绝缘框体，绝缘框体包覆电路保护元件，使得电路保护元件仅露出部分的第一外电极及部分的第二外电极。
附图说明
图1显示本新型第一实施方式的电路保护元件的立体图；
图2显示图1的电路保护元件的立体分解示意图；
图3显示图1的电路保护元件的剖视图；
图4显示图3的电路保护元件的剖视图的局部放大图；
图5显示图1的电路保护元件的俯视图；
图6显示本新型第二实施方式的电路保护元件的俯视图；
图7显示本新型第三实施方式的电路保护元件的立体分解示意图；
图8显示本新型的电路保护元件的制造流程；
图9显示本新型第四实施方式的电路保护元件的剖视图；
图10显示本新型第四实施方式的电路保护元件的立体分解示意图和组合示意图；以及
图11显示本新型第五实施方式的电路保护元件的立体分解示意图和组合示意图。
附图标记说明：
1、2、3、4、5、6、7 步骤
10 第一热敏元件
11 第一正温度系数材料层
12 第一上导电层
13 第一下导电层
20 第二热敏元件
21 第二正温度系数材料层
22 第二上导电层
23 第二下导电层
30 绝缘材料多层结构
31 上绝缘层
32 中间绝缘层
33 下绝缘层
41 第一电极层
42 第二电极层
51 第一外电极
52 第二外电极
61 右缺口
62 左缺口
63 右导通件
64 左导通件
65 第一右缺口
66 第二右缺口
67 第一左缺口
68 第二左缺口
70 绝缘材料
80 结构强化金属膜
90 封装带
91 绝缘框体
100、200、300、400、500 电路保护元件
101 上表面
102 下表面
103 周壁
110 第一正温度系数材料层板材
120 第一上导电层板材
130 第一下导电层板材
210 第二正温度系数材料层板材
310 上绝缘层板材
320 中绝缘层板材
330 下绝缘层板材
410 第一电极层板材
420 第二电极层板材
d1、d2、d3、d4 切割线
D 距离
H 导通孔
L1 第一长度
L2 第二长度
L3 第三长度
L4 第四长度
L5 第五长度
O 开口
S1 右侧壁
S2 左侧壁
S3 后侧壁
S4 前侧壁
W1 第一宽度
W2 第二宽度
具体实施方式
让本新型的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。
请参照图1至图5，为本新型的第一实施方式的立体图、剖视图、局部放大图及俯视图。在图1中，电路保护元件100具有作为核心的PTC芯片结构。此PTC芯片结构具有左缺口62及右缺口61，并在上表面101设置第一外电极51而在下表面102设置第二外电极52。为了方便理解和说明，图2将第一外电极51及第二外电极52拆开独立于PTC芯片结构外。另外，附图中的x、y、z轴用于呈现空间中的方位，便于从各个视角阐述本新型。电路保护元件100具有上表面101、相对于上表面的下表面102及连接上表面101及下表面102的周壁103。周壁103具有左侧壁S2、右侧壁S1、前侧壁S4及后侧壁S3。左侧壁S2与右侧壁S1相对，而前侧壁S4与后侧壁 S3相对。左缺口62位于左侧壁S2，而右缺口61位于右侧壁S1。为了增加电路保护元件的结构强度以避免触发时膨胀导致有电阻回复性或电阻再现性不佳的问题，同时为了防止作为电连接的用的电极层(如第一电极层41 及第二电极层42)和导通件(如右导通件63及左导通件64)的氧化，在上表面101、下表面102、左缺口62及右缺口61更覆盖结构强化金属膜80(例如：锡箔、镍箔、镀镍铜箔，可通过喷镀或电镀来形成)。
请参照图3，为图1沿AA线段下切的剖视图。电路保护元件100包含第一热敏元件10、第二热敏元件20、绝缘材料多层结构30、第一电极层 41、第二电极层42、左缺口62、右缺口61以及至少一外电极(例如：第一外电极51及/或第二外电极52)。第一电极层41通过右缺口61与第一热敏元件10以及第二热敏元件20电性连接，而第二电极层42通过左缺口62 与第一热敏元件10以及第二热敏元件20电性连接。第一电极层41及第二电极层42可视为电路保护元件100的内电极。在一实施例中，电路保护元件100亦可不包括外电极51、52而制作成表面粘着形式(surface-mountable type)，以直接焊接在电路板上，而与外部电路一起形成电流路径。第一热敏元件10包含第一上导电层12、第一下导电层13以及叠设于第一上导电层12及第一下导电层13之间的第一正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)材料层11。第二热敏元件20包含第二上导电层22、第二下导电层23以及叠设于第二上导电层22及第二下导电层23之间的第二正温度系数材料层21。另外，电路保护元件具有第一长度L1，而外电极(如第一外电极51)自周壁103向外延伸第二长度L2且其本身具有第三长度L3。应注意到的是，电路保护元件100包含至少两个具有正温度系数材料层的热敏元件(即第一热敏元件10及第二热敏元件20)，且这两个热敏元件是采并联结构设计。相较于相同尺寸但仅具单一热敏元件的传统电路保护元件，电路保护元件100具有至少两个并联的热敏元件，可有效增加电极层体的表面积而降低电阻。换句话说，在尺寸缩小的情况下，电路保护元件100 亦可具有较低的电阻值而增加电流通过量。此外，为使前述并联结构于高温环境下更加稳定，本新型更针对不同的部件进行改良。细节请继续参照下文。
请继续参照图3并搭配图4的局部放大图。绝缘材料多层结构30具有上绝缘层31、中间绝缘层32及下绝缘层33。上绝缘层31延伸超出第一上导电层12，借此完全覆盖第一上导电层12及覆盖部分第一正温度系数材料层11。中间绝缘层32叠设于第一下导电层13及第二上导电层22之间，连接第一热敏元件10及第二热敏元件20。下绝缘层33延伸超出第二下导电层23，借此完全覆盖第二下导电层23及覆盖部分的第二正温度系数材料层 21。在一实施例中，绝缘材料多层结构30可选自由环氧树脂玻纤复合材、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚胺树脂、聚氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、聚烯烃树脂、二亚苯基醚树脂、光敏树脂及其组合所组成的群组，该些材料的热膨胀系数均远小于正温度系数材料层11、21的热膨胀系数。另外，为了改善粘着特性、结构强度或其他物理性质，中间绝缘层32可选用前述树脂外，且可进一步包含无机功能性微米或纳米颗粒。
更具体而言，上绝缘层31贴附于第一电极层41及第一上导电层12之间且与此两者形成物理接触，使得第一电极层41与第一上导电层12间隔一距离D，且第一电极层41及第一上导电层12彼此平行沿y轴向右延伸至右缺口61，通过右缺口61电性连接。此外，上绝缘层31覆盖部分第一正温度系数材料层11之处的正上方(即沿z轴方向)未覆盖第一电极层41而形成开口O，使得第一电极层41不会延伸至左缺口62，从而第一电极层 41未与左缺口62电性连接。另外，在第一电极层41所处的平面(即xy平面)上，并无金属层体从左缺口62延伸覆盖至上绝缘层31。也就是说，在第一电极层41所处的平面上并无另一端点的电极层存在，故第一外电极51 于xy平面上的焊接位置即使偏移过大也不易与另一端点的电极层连接而造成短路。在一实施例中，电路保护元件100还包含绝缘材料70，例如俗称绿漆的防焊油墨。绝缘材料70填入开口O中，借此进一步增加第一电极层 41与左缺口62之间的绝缘性，且降低可焊接性以避免外电极焊于其上。下绝缘层33贴附于第二电极层42及第二下导电层23之间且与此两者形成物理接触。下绝缘层33覆盖部分第二正温度系数材料层21之处的正下方亦有开口O，其结构与上绝缘层31上方的开口O设计相同，在此不多做赞述。
在本实施例中，上绝缘层31与正温度系数材料层11之间的热膨胀系数差异大，即上绝缘层31的热膨胀系数比正温度系数材料层11的热膨胀系数小许多，因此增加上绝缘层31可以抑制第一正温度系数材料层11的膨胀，增加过电路保护元件100的结构强度，以解决元件触发时膨胀导致有电阻再现性不佳的问题。另外，本新型更将导体层一分为二(即第一上导电层12及第一电极层41)并连接至同侧的右缺口61，借此进一步增加单个热敏元件中的导体表面积。详细而言，当第一电极层41通过上绝缘层31 与第一上导电层12隔开时，第一电极层41的下表面就不会与第一上导电层12的上表面共平面，进而增加导体表面积的大小。至于下绝缘层33、第二下导电层23及第二电极层42，具有与前述上绝缘层31、第一上导电层 12及第一电极层41相同的相对结构设计，在此不多做赞述。上绝缘层31 及下绝缘层33由上方及下方将两个热敏元件(即第一热敏元件10及第二热敏元件20)夹在中间，限制电路保护元件100热膨胀的程度且避免变形。须特别提及的是，上绝缘层31及下绝缘层33的厚度不会太厚，所以不会占用电路保护元件100过多空间，空间占用率低。举例来说，距离D为约0.02 mm至0.06mm。在一实施例中，距离D为0.02mm、0.03mm、0.04mm、 0.05mm或0.06mm。另外，沿y轴方向第一电极层41具有第四长度L4，而第一上导电层12具有第五长度L5。第四长度L4及第五长度L5皆大于电路保护元件100的长度(即第一长度L1)的一半，以获得较低的电阻值。一般而言，为避免过多金属表面暴露于外，第一电极层41的尺寸会小于第一上导电层12。也就是说，第四长度L4小于第五长度L5。在一实施例中，前述第一长度L1为约7mm至9mm，例如：7mm、7.3mm、7.9m、8.2mm、 8.7mm或9mm。根据本新型，L4也可以大于L5，但不宜距离左缺口62 太近，以避免有电弧产生的疑虑，甚至造成短路。由以上可知，在空间占用率低的情况下，上绝缘层31及下绝缘层33可提高电极导体的表面积，又可增加过电路保护元件100的结构强度。
继续参照图3，第一电极层41及第二电极层42分别贴附于上绝缘层31及下绝缘层33，且第一电极层41与第一上导电层12及第二上导电层22 电性连接，而第二电极层42与第一下导电层13及第二下导电层23电性连接。更详细而言，右缺口61具有右导通件63，使得第一电极层41、第一上导电层12及第二上导电层22通过右导通件63形成电性连接，而左缺口62具有左导通件64，使得第二电极层42、第一下导电层13及第二下导电层23通过左导通件64形成电性连接。另如前述所提，电路保护元件100 可视需求披覆结构强化金属膜80。结构强化金属膜80覆盖第一电极层41 的表面、第二电极层42的表面、右导通件63的表面及左导通件64的表面，使得第一电极层41、第二电极层42、右导通件63及左导通件64与环境气体隔绝。结构强化金属膜80的热膨胀系数远小于正温度系数材料层11、21 的热膨胀系数，因此可增加过电路保护元件100的结构强度。除此之外，当金属电极(即第一电极层41和第二电极层42)的表面容易氧化时，可将其外露部分披覆不易氧化但导电性良好的结构强化金属膜80。可再参照图2，第一电极层41的上表面覆盖结构强化金属膜80，使得电路保护元件100的部分上表面101覆盖结构强化金属膜80，其余部分的上表面101则为绝缘材料70。而在右侧壁S1，右缺口61上的右导通件63的表面也全部覆盖结构强化金属膜80。另外，结构强化金属膜80的材料可与焊料具有相同成分，以利于焊接其他元件。举例来说，结构强化金属膜80可为含锡金属薄膜，有助于增加其与含锡合金的焊料之间的附着力。至于下表面102及左缺口 62与前述上表面101及右缺口61有相同设计，在此不多做赞述。
请参照图5和图2，为电路保护元件100的俯视图。为便于理解，下文主要是以第一外电极51的结构设计进行说明，其中第二外电极52可具有同于第一外电极51的结构设计。第一外电极51设置于第一电极层41上，且平行于第一电极层41沿第一水平方向延伸超出周壁103。更具体而言，第一外电极51可沿y轴，朝远离左侧壁S2的第一水平方向延伸超出右侧壁S1。所以，右侧壁S1及其上的右缺口61会被覆盖在第一外电极51的下方(如图5中虚线所示)。第一水平方向实质上与y轴平行。电路保护元件 100平行第一水平方向具有第一长度L1，而第一外电极51自右侧壁S1起算，具有超出右侧壁S1的第二长度L2(可搭配参照图2及图3)。在本新型中，以第一长度L1及第二长度L2的总和为100％计，第二长度L2占31％至53％。前述第二长度L2所占比率亦可称为外电极延伸率。在一实施例中，外电极延伸率可为31％、33％、36％、38％、42％、46％、47％、49％或53％。举例而言，当第一长度L1为8.2mm而第二长度L2为5mm时，可算得外电极延伸率为约38％。通过额外的外电极延伸长度，使得第一外电极51暴露于环境中的表面积增大，可有效提升散热速率，并进而提升电路保护元件100的维持电流(Hold Current，Ihold)。前述外电极延伸率的改良可应用于不同型号尺寸的电路保护元件，但应注意第二长度L2的延伸并非无所限制。当外电极延伸率低于31％时，会使得第一外电极51过短而难以将其点焊至外部元件上。当外电极延伸率大于53％时，会使得第一外电极51过长而容易弯折及变形。再者，外电极延伸率大于53％将使电路保护元件100的整体尺寸过长，占用过多空间。在一优选实施例中，为进一步提升点焊良率且加快散热速率，外电极延伸率调整为大于47％，即介于47％至53％之间。至于外电极材料的选择上，第一外电极51及第二外电极52可为铜片、镍片或钢片。镍片因材质较软，故适合用于点焊，而不适合用于回流焊(reflow) 的接合方式。铜片的结构强度较镍片佳，故适合用于回流焊的工艺中。
在图5中，电路保护元件100更具有第一宽度W1，而第一外电极51 及第二外电极52各具有第二宽度W2。在一实施例中，第一宽度W1为4mm 至6mm，例如：4mm、4.3mm、4.5mm、5.3mm、5.7mm或6mm。第二宽度W2优选为等于或小于第一宽度W1，以利于组装工艺的进行。如前述所提，第一外电极51的延伸长度(第二长度L2)有益于散热。除此之外，第一外电极51其上表面积亦可相应地进行调整。具体而言，第一长度L1 乘上第一宽度W1可得电路保护元件100的电路保护元件上表面积，而第三长度L3(参照图3)乘上第二宽度W2可得第一外电极51的第一外电极上表面积。在一实施例中，第三长度L3为约9.25mm至12.25mm，例如9.25 mm、10.25mm、11.25mm或12.25mm。为了达到良好的散热效果，本新型将第一外电极51的上表面积进行调整，故第一外电极上表面积除以电路保护元件上表面积的比值优选为1.37至1.64。以其中一种型号尺寸的电路保护元件100为例，电路保护元件100具有第一长度L1为8.2mm及第一宽度W1为5.3mm。为使散热情形获得有效的改善，可将第一外电极51的第三长度L3设定为12.25mm，而其第二宽度W2则选定为与第一宽度W1 相同的5.3mm。由前述可算得第一外电极上表面积为约64.93mm2，而电路保护元件上表面积为约43.46mm2，两者比值为约1.49。也就是说，当第一外电极51的上表面积大于电路保护元件100的上表面积且落于1.37至 1.64的比值区间时，第一外电极51可有效提升散热速率，并进而提升电路保护元件100的维持电流(Hold Current，Ihold)。另外，在一实施例中，也可将前述上表面积为64.93mm2的第一外电极51朝远离右侧壁S1的方向设置，使第二长度L2为8mm，借此具有最佳的外电极延伸率。换句话说，本新型除了针对第一外电极51的表面积进行调整外，更将其设置为远离周壁103。如此，后续若有封装工艺的需求而覆盖部分第一外电极51时，第一外电极 51仍有相当程度的第一外电极上表面积暴露于环境中，从而有效提升散热速率，借此提升电路保护元件100的维持电流。在一实施例中，本新型选用不同尺寸的电路保护元件100，并使第一外电极上表面积除以电路保护元件上表面积的比值为1.37、1.43、1.49、1.55、1.58、1.61或1.64。在一最佳实施例中，第一外电极上表面积除以电路保护元件上表面积的比值为1.49至1.64，此时电路保护元件100具有较大的维持电流。
请接着参照图6，为本新型的第二实施方式的电路保护元件200。图 6与图5差异在于第一外电极51及第二外电极52的延伸方向不同。在图5 中，电路保护元件100的第一外电极51沿第一水平方向延伸超出右侧壁S1，并设置在覆盖结构强化金属膜80的第一电极层41上。第二外电极52沿相反于第一水平方向延伸超出左侧壁S2，并设置在覆盖结构强化金属膜80 的第二电极层42上。而在图6中，电路保护元件200的第一外电极51平行于第一电极层41沿第二水平方向延伸超出前侧壁S4，而第二外电极52 平行于第一外电极51延伸超出后侧壁S3。也就是说，第一外电极51及第二外电极52垂直于电路保护元件200的长边而向外延伸。前述第一水平方向实质上平行于y轴，而第二水平方向实质上平行于x轴；意即，在xy平面上，第一水平方向与第二水平方向实质上彼此垂直。据此，第一外电极 51及第二外电极52可视需求有不同的设计方式。
请继续参照图7，为本新型的第三实施方式的电路保护元件300。图7 中与第一实施方式的相同部分将沿用相同的元件符号，在此不多赞述。图7 与图2差异在于缺口的数量，且缺口设置在特定位置。具体而言，电路保护元件300还包含多个右缺口(如第一右缺口65及第二右缺口66)及与此些右缺口相对的多个左缺口(如第一左缺口67及第二左缺口68)，分别设置于周壁103的右侧壁S1及左侧壁S2。在同一侧壁增加缺口数量可分散热膨胀时的应力影响，使电路保护元件300不易破裂。而在左右两侧(右侧壁S1 及左侧壁S2)对称的情况下，应力分散的情况将更为显着。在一实施例中，第一右缺口65及第二右缺口66为半圆柱型的凹陷空间，且具有相同的缺口半径。而在另一实施例中，为了使结构更为对称，第一右缺口65及第二右缺口66可对称地设置在右侧壁S1，意即右侧壁S1被均分为三面表面积大致相等的矩形侧壁。前述情形在左侧壁S2亦可做相同设计。此外，第一外电极51可沿第一水平方向延伸超出右侧壁S1，并设置在覆盖结构强化金属膜80的第一电极层41上，而第二外电极52可沿相反于第一水平方向延伸超出左侧壁S2，并设置在覆盖结构强化金属膜80的第二电极层42上。在另一实施例中，第一外电极51可沿第二水平方向延伸超出前侧壁S4，而第二外电极52平行于第一外电极51延伸超出后侧壁S3。换句话说，图7 中的第一外电极51及第二外电极52的设置方向可与图5或图6相同。
为使本新型更加容易理解，请继续参照图8所示意的本新型第一实施例电路保护元件100(参见图1)的工艺。工艺大致上可分为步骤1至步骤7，详见下文。
步骤1：提供第一上导电层板材120、第一下导电层板材130及第一正温度系数材料层板材110，并将第一正温度系数材料层板材110热压合于第一上导电层板材120及第一下导电层板材130之间。接着。再对第一上导电层板材120及第一下导电层板材130进行蚀刻，使得第一上导电层板材 120及第一下导电层板材130暴露第一正温度系数材料层板材110并形成多个第一上导电层12及多个第一下导电层13。
步骤2：重复步骤1的操作而获得第二正温度系数材料层板材210、多个第二上导电层22及多个第二下导电层23。依序提供第一电极层板材410 及上绝缘层板材310位于此些第一上导电层12的上方；提供中绝缘层板材 320介于此些第一下导电层13及此些第二上导电层22的之间；以及提供下绝缘层板材330及第二电极层板材420位于此些第二下导电层23的下方。
步骤3：依步骤2的叠设方式进行热压合，获得具有双层正温度系数材料层板材的叠层结构。
步骤4：将步骤3的叠层结构钻孔并形成多个导通孔H。钻孔方式可采用机械钻孔、激光钻孔或其他钻孔技术。在钻孔后，进行电镀以形成导通孔H。导通孔H不限于电镀通孔(Plating Through Hole，PTH)，只要具有导电连接特性即可，例如导电柱或其他类似结构。据此，此些导通孔H中形成多个右导通件63及多个左导通件64。同时，在此些导通孔H之间更形成多个上绝缘层31、多个第一正温度系数材料层11、多个中间绝缘层32、多个第二正温度系数材料层21及多个下绝缘层33。
步骤5：对步骤4中经钻孔的第一电极层板材410及第二电极层板材 420进行蚀刻，借此形成多个开口O暴露此些上绝缘层31及此些下绝缘层 33，同时多个第一电极层41及多个第二电极层42亦分别形成于其上。
步骤6：覆盖结构强化金属膜80于此些第一电极层41、此些第二电极层42、此些右导通件63及此些左导通件64的表面，借此增加电路保护元件100的结构强度且避免导体电极的表面氧化。一实施例中，结构强化金属膜80可为含锡薄膜，并可以喷镀或电镀的方式将结构强化金属膜80披覆于此些第一电极层41、此些第二电极层42、此些右导通件63及此些左导通件64的表面。
步骤7：沿着切割线d1-d1、切割线d2-d2、切割线d3-d3及切割线d4-d4 进行切割，如图所示意可切割出至少三个电路保护元件。
另外，若为了再更加提升电路保护元件的绝缘性及结构稳定性，本新型亦可依需求而再执行一封装步骤，以使电路保护元件具有封装结构，如图9至图11所示。
图9及图10显示本新型的第四实施方式的电路保护元件400。在图9 中，电路保护元件400还包含封装带90。封装带90可为高分子聚合物所形成的薄膜胶带。举例来说，封装带90由聚合物基材及粘着剂所组成。前述聚合物基材可为聚酯薄膜，而粘着剂可为硅胶。在图10中，封装带90以电路保护元件400为轴心沿上表面101、前侧壁S4、下表面102、后侧壁S3的方向进行卷绕，使得电路保护元件400仅露出右侧壁S1、左侧壁S2、部分的第一外电极51及部分的第二外电极52。需注意的是，图10上方为电路保护元件400的拆解图，仅将第一外电极51及第二外电极52独立抽出。由此可知，封装带90并未覆盖至右侧壁S1及左侧壁S2。此外，封装带90可以沿y轴方向稍微超出右侧壁S1及左侧壁S2，亦可以与右侧壁S1 及左侧壁S2齐平。在封装带90沿y轴方向超出周壁103的情形下，第二长度L2是沿y轴由封装带90起算(如图9所示)。通过封装带90的设置，电路保护元件400可具有更佳的绝缘性及结构稳定性。除此之外，封装带 90可为透明材质或不透明材质。采用透明材质的封装带90有利于瑕疵检测，得以用肉眼或感光元件检查封装带90内的电路保护元件400是否有缺陷，借此方便品质上的控管并提升产品良率。封装带90以外的元件皆可与前述第一实施方式、第二实施方式及第三实施方式相同，在此不多做赞述。
图11显示本新型的第五实施方式的电路保护元件500。与图10不同的是，图11的电路保护元件500不是选用封装带90，而选用绝缘框体91。绝缘框体91可由固化后的热固性高分子聚合物所组成。通过射出成型或其他涂覆工艺，可将具有流动性的热固性高分子聚合物将电路保护元件500 包裹于其中，再行固化。据此，绝缘框体91包覆电路保护元件500，使得电路保护元件500仅露出部分的第一外电极51及部分的第二外电极52。绝缘框体91以外的元件皆可与前述第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式及第四实施方式相同，在此不多做赞述。
简言之，在本新型中，通过将结构强化金属膜80披覆至电路保护元件 100表面，及设置上绝缘层31和下绝缘层33于电路保护元件100内，以增加电路保护元件的结构强度，从而避免电路保护元件100触发时膨胀所造成的电阻回复性或电阻再现性不佳的问题。此外，本新型调整外电极51、 52的表面积及位置或延伸长度以增加其暴露于环境的表面积，借此提升电路保护元件的散热速率，并进而提升电路保护元件的维持电流(Hold Current，Ihold)，使得电路保护元件可应用于需承载更高额定电流的电子产品应用中。又，本新型于电路保护元件300的两侧分别设置多个右缺口65、66和多个左缺口67、68，可分散热膨胀的应力影响，避免元件变形产生的电阻再现性不佳问题。进一步的，本新型在电路保护元件的外围以封装带90或绝缘框体91进行封装，除了隔绝环境因子的影响外，更进一步稳固电路保护元件的整体结构。
本新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本新型的启示及揭示而作种种不背离本新型构思的替换及修饰。因此，本新型的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本新型的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。
Claims (20)
1.一种电路保护元件，具有一上表面、相对于该上表面的一下表面及一周壁连接该上表面及该下表面，其特征在于，该电路保护元件包含：
一第一热敏元件，包含一第一上导电层、一第一下导电层及叠设于该第一上导电层及该第一下导电层之间的一第一正温度系数材料层；
一第二热敏元件，包含一第二上导电层、一第二下导电层及叠设于该第二上导电层及该第二下导电层之间的一第二正温度系数材料层；
一绝缘材料多层结构，具有一上绝缘层、一中间绝缘层及一下绝缘层，其中：
该上绝缘层延伸超出该第一上导电层，借此完全覆盖该第一上导电层及覆盖部分该第一正温度系数材料层；
该中间绝缘层叠设于该第一下导电层及该第二上导电层之间，连接该第一热敏元件及该第二热敏元件；以及
该下绝缘层延伸超出该第二下导电层，借此完全覆盖该第二下导电层及覆盖部分的该第二正温度系数材料层；
一第一电极层及一第二电极层，分别贴附于该上绝缘层及该下绝缘层，且该第一电极层与该第一上导电层及该第二上导电层电性连接，而该第二电极层与该第一下导电层及该第二下导电层电性连接；以及
一第一外电极，设置于该第一电极层上，且平行于该第一电极层沿一第一水平方向延伸超出该周壁。
2.根据权利要求1所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一右缺口及一左缺口，其中该上绝缘层贴附于该第一电极层及该第一上导电层之间，使得该第一电极层与该第一上导电层间隔一距离，且该第一电极层及该第一上导电层彼此平行延伸至该右缺口，通过该右缺口电性连接。
3.根据权利要求2所述的电路保护元件，其特征在于，该距离为0.02mm至0.06mm。
4.根据权利要求2所述的电路保护元件，其特征在于，其中该上绝缘层覆盖部分该第一正温度系数材料层之处的正上方未覆盖该第一电极层而形成一开口，使得该第一电极层不会延伸至该左缺口，从而该第一电极层未与该左缺口电性连接。
5.根据权利要求4所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一绝缘材料，该绝缘材料填入该开口中。
6.根据权利要求4所述的电路保护元件，其特征在于，其中该右缺口具有一右导通件，使得该第一电极层、该第一上导电层及该第二上导电层电性连接，而该左缺口具有一左导通件，使得该第二电极层、该第一下导电层及该第二下导电层电性连接。
7.根据权利要求6所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一结构强化金属膜，该结构强化金属膜覆盖该第一电极层的表面、该第二电极层的表面、该右导通件的表面及该左导通件的表面，使得该第一电极层、该第二电极层、该右导通件及该左导通件与环境气体隔绝。
8.根据权利要求7所述的电路保护元件，其特征在于，该周壁具有一左侧壁、一右侧壁、一前侧壁及一后侧壁，该左侧壁与该右侧壁相对，而该前侧壁与该后侧壁相对，其中该左缺口位于该左侧壁，而该右缺口位于该右侧壁。
9.根据权利要求8所述的电路保护元件，其特征在于，其中该第一外电极沿该第一水平方向延伸超出该右侧壁。
10.根据权利要求9所述的电路保护元件，其特征在于，其中该电路保护元件平行该第一水平方向具有一第一长度，而该第一外电极自该右侧壁起算，具有超出该右侧壁的一第二长度，且以该第一长度及该第二长度的总和为100％计，该第二长度占31％至53％。
11.根据权利要求10所述的电路保护元件，其特征在于，其中该第二长度为4mm至8mm。
12.根据权利要求11所述的电路保护元件，其特征在于，其中该电路保护元件的该上表面具有一电路保护元件上表面积，而该第一外电极具有一第一外电极上表面积，且该第一外电极上表面积除以该电路保护元件上表面积的比值为1.37至1.64。
13.根据权利要求9所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一第二外电极，设置在覆盖该结构强化金属膜的该第二电极层上，其中该第一外电极平行于该第一电极层沿一第二水平方向延伸超出该前侧壁，而该第二外电极平行于该第一外电极延伸超出该后侧壁。
14.根据权利要求9所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一第二外电极，设置在覆盖该结构强化金属膜的该第二电极层上，且沿相反于该第一水平方向延伸超出该左侧壁。
15.根据权利要求14所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一封装带，该封装带以该电路保护元件为轴心沿该上表面、该前侧壁、该下表面、该后侧壁的方向进行卷绕，使得该电路保护元件仅露出该右侧壁、该左侧壁、部分的该第一外电极及部分的该第二外电极。
16.根据权利要求14所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一绝缘框体，该绝缘框体包覆该电路保护元件，使得该电路保护元件仅露出部分的该第一外电极及部分的该第二外电极。
17.根据权利要求1所述的电路保护元件，其特征在于，还包含多个右缺口及与该些右缺口相对的多个左缺口，分别设置于该周壁的一右侧壁及一左侧壁，其中该第一外电极沿该第一水平方向延伸超出该右侧壁。
18.根据权利要求17所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一第二外电极，设置在该第二电极层上，且平行于该第二电极层沿相反于该第一水平方向延伸超出该左侧壁。
19.根据权利要求18所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一封装带，该封装带以该电路保护元件为轴心卷绕，使得该电路保护元件仅露出该右侧壁、该左侧壁、部分的该第一外电极及部分的该第二外电极。
20.根据权利要求18所述的电路保护元件，其特征在于，还包含一绝缘框体，该绝缘框体包覆该电路保护元件，使得该电路保护元件仅露出部分的该第一外电极及部分的该第二外电极。
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