CN2479709Y

CN2479709Y - 多层电路板

Info

Publication number: CN2479709Y
Application number: CN 01218611
Authority: CN
Inventors: 朱复华; 王绍裘; 马云晋
Original assignee: Polytronics Technology Corp
Current assignee: Polytronics Technology Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-02-27
Anticipated expiration: 2011-03-30

Abstract

本实用新型涉及一种其中除了电路层及绝缘层外,还包含至少一功能性材料层的多层电路板,该功能性材料为例如PTC、NTC及ZTC的材料。其中,当为PTC材料时,由于其面积大于已知的PTC过电流保护元件的面积,因此前者的常态电阻值将远小于后者的电阻值。覆盖于该功能性材料层的上、下电极箔可通过导通孔电连接至电路板表面的元件而构成一导电通路,在该电路板表面就可省去至少一个元件,从而进一步提高其表面积利用率。

Description

多层电路板

本实用新型关于一种多层电路板，更具体地说，其关于一种内含功能性材料的多层电路板。

随着目前可携式电子产品(例如手机、笔记本电脑、手提摄影机及个人数字助理机等)的广泛应用，为防止电路发生过电流或是过高温现象的过电流保护元件的重要性也愈来愈显著。

正温度系数(PTC：Positive Temperature Coefficient)过电流保护元件为一常见的过电流保护元件，由于其具有不需更换即可重复使用、对温度敏感及稳定的可靠性等优点，所以目前已被普遍应用于电池的过电流保护，尤其是应用于二次电池，例如镍氢电池或是锂电池等。

PTC过电流保护元件利用一具有正温度系数的导电复合材料(PTC材料)作为电流检测元件。由于该PTC材料的电阻值对温度变化反应灵敏，在正常使用状况下，其电阻可维持极低值，使电路得以正当工作。但是在电池使用不当而发生过电流或过高温的现象时，其电阻值会瞬间提高数万倍以上，达到一高电阻状态(例如10⁴ohm)，从而将过量的电流反向抵销，达到保护电路元件及电池的目的。

图1为已知的PTC过电流保护元件12的连接示意图。该PTC过电流保护元件12为表面粘着于电路板10，其一端连接至电源11，另一端连接至第一集成电路13。一般而言，PTC过电流保护元件12的常态电阻值可依己知的公式：R＝(ρ×l)/A而求得，其中ρ为导电系数，l为其长度且A为其面积。由于可携式电子产品的电路板愈做愈小，相应地，电路板10表面的PTC过电流保护元件12所占用的面积(footprint)也必须缩小。依上述电阻值公式，可知PTC过电流保护元件12的常态电阻值将愈来愈大，不但会增加功率消耗，也会造成所连接的第一集成电路13的工作电压下降(voltage drop)。

此外，目前的电路板也向小尺寸且高密度的趋势发展，其内部层数不断增加。尤其是在手机、个人数字助理机及数字相机等轻薄短小的电子产品中，其层数甚至可高达12层以上。一般而言，目前多层电路板制作方法主要是利用增层法制造工艺(build-up process)。所谓增层法制造工艺是利用层层堆叠的方式形成多层电路板的电路层及绝缘层，这样便可形成小孔径且高密度的多层电路板。

已知的增层法制造工艺如图2(a)至2(e)所示。于图2(a)中，首先提供一基板20，该基板20上面覆盖一第一导电层21，例如：铜箔，而该基板20由玻璃纤维和树脂组成。如图2(b)所示，在该第一导电层21上以化学蚀刻的方式形成隔离区域22。如图2(c)，在该第一导电层21的表面上覆盖一层绝缘层23。如图2(d)，在该绝缘层23上以镭射或化学蚀刻的方式形成一导通孔24。如图2(e)，在该绝缘层23上覆盖一第二导电层25，该第二导电层25以电镀或是无电解电镀的方式形成。在上述电镀过程中，该导通孔24亦会被填满导电物质，用以导通第一导电层与第二导电层。如此重复图2(a)至2(e)所显示的步骤，导电层与绝缘层便可层层堆叠，形成多层电路板。此外，亦可利用制作电导通孔来连接电路板的任两个导电层，所谓电导通孔是利用机械钻孔再以电镀、无电解电镀或是填导电胶等方式导通二导电层。图3为一电导通孔的连接示意图，其中第一导电层31可通过第一导通孔33电连接至第二导电层32和第二端点36。如果想要通过第二导通孔34将第一导电层31与第一端点35电连接，但却不将它与第二导电层32电连接，则可在该第二导通孔34相对于该第二导电层32的四周区域制作一蚀刻区37，用以隔绝该第二导通孔34和该第二导电层32。

由于电路板10的尺寸缩小，可供电子元件粘附的面积也受到限制，所以，如何利用电路板的特性以增加其使用面积已是目前急需突破的一大课题。为此，本实用新型揭示一具有电流保护元件的多层电路板，由于其使用面积增大，因此可有效地降低常态电阻值。且由于不需将电流保护元件粘着于该电路板上，因此该电路板的表面可以容纳更多的电子元件，并且也可避免已知的电流保护元件因外在因素而造成损伤的缺点。

本实用新型的主要目的在于有效提高功能性材料层中PTC材料的面积以降低常态电阻值，并因此而降低功率消耗及避免工作电压下降。

本实用新型的第二目的是将功能性材料作为多层电路板中的至少一层，并使电路板的表面可以容纳更多的电子元件，且避免已知的电流保护元件因外在因素而造成损伤的缺点。

本实用新型的第二目的是将功能性材料作为电阻或是感测元件的功能，将电子元件内含于多层电路板中，以进一步减少粘着于电路板上的电子元件数目，且提高电路板的面积利用率。

为达成上述目的并避免已有技术的缺点，本实用新型揭示一种多层电路板，其特征在于该多层电路板中除了包含电路层及绝缘层外，还包含至少一功能性材料层，该功能性材料例如是具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient：PTC)的材料、具有负温度系数(Negative Temperature Coefficient：NTC)的材料以及具有零温度系数的材料(Zero Temperature Coefficient：ZTC)。其中，当功能性材料为PTC材料时，由于其面积大于已知的PTC过电流保护元件的面积，因此PTC材料的常态电阻值将远小于已知的PTC过电流保护元件的电阻值。此外，覆盖于该功能性材料层的上电极箔和下电极箔可通过导通孔电连接至电路板表面的元件而构成一导电通路，因此该电路板的表面就可省去至少一电子元件，从而可进一步提高该多层电路板的表面积利用率。

本实用新型将参考附图来进行说明，其中：

图1是已知的正温度系数的过电流保护元件的连接示意图；

图2(a)～(e)为已知的增层法制作流程；

图3为已知的电导通孔的制法；

图4是本实用新型的第一实施例的剖面图；

图5是本实用新型的第二实施例的透视图；及

图6为正温度系数材料、负温度系数材料及零温度系数材料的温度和电阻的对应曲线图。

图4是本实用新型的第一实施例的剖面图。本实用新型的技术特征之一是将功能性材料制作为多层电路板10的一部分，可能为其中一层、两层或更多层，本实用新型对此并未作任何限制，在本实施例中，该功能性材料为PTC材料。在该多层电路板10内即具有一PTC材料层41，其上下各覆盖一金属箔，分别作为该PTC材料层41的上电极箔44及下电极箔45。该PTC材料层41、上电极箔44及下电极箔45所组合而成的功能即相当于图1所示的PTC过电流保护元件12的功能。通过第一电导通孔42电连接至上电极箔44及第二电导通孔43电连接至下电极箔45，该PTC材料层41可以和第一集成电路13及电源11构成通路，即相当于图1所示的电路结构。此外，本实用新型的电路板可利用前述的增层法或电板导通孔或其他相关的制作方法而完成，本实用新型对此并未作任何限制。

该PTC材料层41由正温度系数的导电复合材料所形成，包含一聚合物及一导电填料(conductive filler)。其中该聚合物为一具有结晶性的聚合物，且选自以下聚合物：聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其混合物。该导电填料均匀散布于该聚合物之内，且选自下列材料：导电碳黑、金属粉末及碳化陶瓷性粉末及其混合物。为增加该具有正温度系数的导电复合材料的灵敏度及物性，可更进一步包含一添加剂，其包含：光起始剂、交链剂、耦合剂、分散剂、安定剂、抗氧化剂及非导电填料。该上电极箔44及下电极箔45为一金属箔片，例如铜、镍、金及其合金，可利用电镀、无电解电镀或压合技术形成，其中，压合技术是将金属箔片的粗糙面与PTC材料接合。并在第一电导通孔与第二导通孔相对的位置上，利用化学蚀刻的方式定义出电连接的位置。

使用PTC材料层41、上电极箔44及下电极箔45取代已知的PTC过电流保护元件12后，电路板10的表面就可减少一个元件而增加其表面积的使用率。而更重要的是，PTC材料层41的面积可以大幅增加，因此依据已知的电阻计算公式，该PTC材料层41的常态电阻值便可以大幅下降，从而不致于增加功率消耗及造成第一集成电路13的工作电压下降。此外，由于电路板10内可制作为两层以上相邻或不相邻的PTC材料层，该相邻或不相邻的PTC材料层甚至可再加以并联，以进一步降低常态电阻值。

图5是本实用新型的第二实施例的剖面图。图4的PTC材料层41可在制作时根据所需的常态电阻值及所放置的位置而被进一步分割成个几个区，例如第一PTC材料区51、第二PTC材料区52、第三PTC材料区53和第四PTC材料区54。每个PTC材料区除了执行前述的过电流保护的功能外，也可利用其常态电阻值的特性而执行一般电阻的功能。例如第一集成电路13可通过第三导通孔56电连接至上电极箔55，第二集成电路14可通过第四导通孔58电连接至下电极箔57，通过该第二PTC材料区52所产生的常态电阻效应，即可构成一个电通路。换言之，利用本实用新型的PTC材料区的特性即可取代已知的电阻器，而增加电路板10表面积的使用率。

在本实用新型的另一实施例中，该功能性材料层为具负温度系数的材料或是具零温度系数的材料等。该具负温度系数的材料也包含一聚合物及一导电填料。其中该聚合物为一具有结晶性或非结晶性的聚合物，且选自下列聚合物：聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其混合物。该导电填料均匀散布于该聚合物之内，且选自下列材料：导电碳黑、金属粉未及碳化陶瓷性粉未及其混合物。此外，该具零温度系数的材料亦包含一聚合物及一导电填料。其中该聚合物为一具有结晶性或非结晶性的聚合物，且选自下列聚合物：聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其混合物。该导电填料均匀散布于该聚合物之内，且选自下列材料：导电碳黑、金属粉未及碳化陶瓷性粉未及其混合物。图6为正温度系数材料61、负温度系数材料62及零温度系数材料63的温度和电阻的对应曲线图。这样，本实用新型的多层电路板中亦可具有可变电阻及温度感测元件等的功能。

本实用新型的技术内容及技术特点巳如上所述，然而本专业技术人员仍可能基于本实用新型的讲解及说明而作种种不背离本实用新型精神的替换及修改。因此，本实用新型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实用新型的替换及修改，并为以下权利要求的范围所涵盖。

Claims

1、一种多层电路板，具有过电流保护的功能，包含一基板及至少一电路层和绝缘层，其特征在于具有至少一正温度系数材料层及覆盖该正温度系数材料层的上电极箔和下电极箔，该上电极箔和下电极箔可通过电导通孔电连接至电路板表面的元件，从而形成一导电通路。

2、如权利要求1所述的多层电路板，其由增层法工艺制成。

3、如权利要求1所述的多层电路板，其中该电导通孔通过电镀、无电解电镀或导电胶来导通上电极箔和下电极箔。

4、如权利要求1所述的多层电路板，其中该正温度系数材料层可根据所需的常态电阻值和放置位置而分割成几个区。

5、如权利要求1所述的多层电路板，其中该正温度系数材料层由一聚合物及一导电填料所组成。

6、如权利要求5所述的多层电路板，其中该聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其混合物。

7、如权利要求5所述的多层电路板，其中该导电填料选自导电碳黑、金属粉未、导电陶瓷性粉未及其混合物。

8、如权利要求1所述的多层电路板，其中该上电极箔和下电极箔的材料选自铜、镍、金及其合金。

9、如权利要求1所述的多层电路板，其中该上电极箔和下电极箔以电镀或无电解电镀的方式形成于该正温度系数材料层的表面。

10、如权利要求1所述的多层电路板，其中该上电极箔和下电极箔是将一金属箔片的粗糙面与正温度系数材料层相接再热压而得的。

11、如权利要求1所述的多层电路板，其中相邻或不相邻的正温度系数材料层可进一步并联以降低常态电阻值。

12、一种多层电路板，包含一基板及至少一电路层和绝缘层，其特征在于具有至少一负温度系数材料层及覆盖该负温度系数材料层的上电极箔和下电极箔，该上电极箔和下电极箔可通过电导通孔电连接至电路板表面的元件，从而形成一导电通路。

13、如权利要求12所述的多层电路板，其中该电导通孔通过电镀、无电解电镀或导电胶来导通上电极箔和下电极箔。

14、如权利要求12所述的多层电路板，其中该负温度系数材料层可根据所需的常态电阻值和放置位置而分割成几个区。

15、如权利要求12所述的多层电路板，其中该负温度系数材料层由一聚合物及一导电填料所组成。

16、如权利要求15所述的多层电路板，其中该聚合物为一具有结晶性或非结晶性的聚合物。

17、如权利要求15所述的多层电路板，其中该导电填料选自导电碳黑、金属粉未、导电陶瓷性粉未及其混合物。

18、如权利要求12所述的多层电路板，其中相邻或不相邻的负温度系数材料层可进一步并联以降低常态电阻值。

19、一种多层电路板，包含一基板及至少一电路层和绝缘层，其特征在于具有至少一零温度系数材料层及覆盖该零温度系数材料层的上电极箔和下电极箔，该上电极箔和下电极箔可通过电导通孔电连接至电路板表面的元件而形成一导电通路。

20、如权利要求19所述的多层电路板，其中该电导通孔通过电镀、无电解电镀或导电胶来导通上电极箔和下电极箔。

21、如权利要求19所述的多层电路板，其中该零温度系数材料层可根据所需的常态电阻值和放置位置而分割成几个区。

22、如权利要求19所述的多层电路板，其中该零温度系数材料层由一聚合物及一导电填料所组成。

23、如权利要求22所述的多层电路板，其中该聚合物为一具有结晶性或非结晶性的聚合物。

24、如权利要求22所述的多层电路板，其中该导电填料选自导电碳黑、金属粉未、导电陶瓷性粉未及其混合物。

25、如权利要求19所述的多层电路板，其中相邻或不相邻的零温度系数材料层可进一步并联以降低常态电阻值。