CN2515773Y - 过电流保护元件 - Google Patents

Abstract

一种过电流保护元件,包括:至少一个电阻元件、至少一个外导电层及至少一个绝缘层;电阻元件包括:一电流感测元件;一第一导电层,设于电流感测元件的表面上;一第二导电层,设于电流感测元件的相对于第一导电层的表面上;相邻的电阻元件以微导电通孔电连接彼此的第一导电层和电连接彼此的第二导电层;外导电层设于最外部,且具有互相绝缘的第一及第二导电端,第一导电端经微导电通孔电连接至一电阻元件的第一和第二导电层中之一,第二导电端经微导电通孔电连接至相邻的电阻元件的另一导电层;绝缘层用于隔离相邻的电阻元件,隔离电阻元件和外层导电层。本电流保护元件的体积小,且加工效率高,可避免元件变形。

Description

过电流保护元件

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种电路元件，特别是一种过电流保护元件，其为一种具有多层电路的过电流保护元件。

(二)背景技术：

目前，随着可携式电子装置的广泛应用，例如手机、笔记型电脑、手提摄影机及个人数字助理器(PDA)等，为防止发生过电流或过高温现象的过电流保护元件的重要性也愈来愈显著。

现有的电池过电流保护元件很多，包括温度保险丝、双金属保险器或正温度系数过电流保护元件等。其中，由于正温度系数过电流保护元件具有不需更换即可重复使用，对温度敏感及可靠性稳定等优点，所以目前已被普遍应用于电池的过电流保护中，尤其是应用于充电电池(例如镍氢电池或是锂电池等)的过电流保护元件。

正温度系数的过电流保护元件是利用一种具有正温度系数的导电复合材料，制作电流感测元件。由于这种导电复合材料的电阻值对温度变化反应灵敏，在正常使用状况时，正温度系数的过电流保护元件的电阻可维持在极低值状态，使电路得以正常工作。但是，当电池使用不当而发生过电流或过高温现象时，正温度系数的过电流保护元件的电阻值会瞬间提高数万倍至高电阻状态(例如104欧姆以上)，而将过量的电流反向抵销，可达到保护电路元件及电池的目的。

现有的过电流保护元件，如图1所示，包括：一个电阻元件10、上下二个绝缘层104、105及上下二个外导电层106、107；其中，电阻元件10包括：一个电流感测元件101、第一导电层102及第二导电层103，且第一导电层102及第二导电层103的表面分别具有一个绝缘光罩孔108、108’。二绝缘层104、105分别位于第一导电层102及第二导电层103的表面上，而二个外导电层106、107分别位于二绝缘层104、105的表面。二个外导电层上可被蚀刻而分别形成二个隔离区109，隔离区109可将外层导电层106、107区分为二个导电端。最后，利用机械钻孔方式，在二外层导电层106、107的表面相对于二绝缘光罩孔108、108’的位置加工形成二个贯穿孔110、111，再利用电镀或充填导电膏的方式将贯穿孔110、111加以导通而形成二个导电通孔。

另外，为适合表面粘着技术(SMT)，第一导电层102及第二导电层103必须为相对应的结构，如美国专利第5,852,397号，公开的一表面粘着电气装置，其第一导电层及第二导电层是利用钻孔、电镀、再切割成半圆形的导通孔。另外，台湾专利公告第415624号，公开一表面粘着电气装置，其是利用多层压合，并以钻孔、电镀、再切割成半圆形的方式形成。然而，上述利用机械钻孔，再电镀而形成的导通孔，不但须占用元件的表面面积，所形成的导通孔的孔径也较大，而使元件尺寸不能有效缩小，且在钻孔时会在元件内部产生应力而导致元件弯曲。依目前电子元件小型化的趋势，当元件尺寸由0805(长×宽)规格缩小至0603规格时，其导通孔的孔径相对地也需要缩小。而现有技术中的半圆结构图切刀的厚度可能较导通孔大，或是在切割后导通孔的有效面积降低，而导致在表面粘着时造成吃锡困难等问题。

再者，美国专利第6,023,403号，亦公开了一种表面粘着的电气装置，其中，第一导电层及第二导电层是利用全金属表面的方式取代钻孔，电镀，再切割的方法。然而，上述利用全金属表面方式制备小尺寸的粘着元件时，在电镀前需先进行元件的切割，以利进行元件的侧边电镀，然而，在切割后，所剩的面积减小且材质非常脆弱，所以，在电镀槽中元件本身容易折断，而造成制造中的困难，因此，也不适合小尺寸的表面粘着电气装置。

随着可携式电子仪器的体积愈来愈小，相对地，其内部元件的体积也要愈来愈小，所以，不便于采用上述方法。

(三)发明内容：

本实用新型的第一目的在于提供一种体积小的过电流保护元件，其具有导电盲孔与导电埋孔结构，可有效地缩小尺寸。

本实用新型的第二目的在于提供一种容易加工的过电流保护元件，其是利用激光钻孔或离子束光蚀刻的方式形成较小孔径的导电通孔，可节省因机械钻孔所占用的面积，且可避免因钻孔的内应力作用而造成的变形。

为达到上述目的，本实用新型采取如下技术措施：

本实用新型的过电流保护元件，包括：至少一个电阻元件、至少一个外导电层及至少一个绝缘层；

电阻元件包括：

a.一个电流感测元件；

b.一个第一导电层，设于电流感测元件的表面上；

c.一个第二导电层，设于电流感测元件的相对于第一导电层的

表面上；

相邻的电阻元件以微导电通孔电连接彼此的第一导电层和电连接彼此的第二导电层；

外导电层设于最外部，且具有互相绝缘的第一导电端及第二导电端，第一导电端经微导电通孔电连接至一电阻元件的第一导电层和第二导电层中之一，第二导电端经微导电通孔电连接至相邻的电阻元件的另一不同于第一导电端电连接的导电层；

绝缘层用于隔离相邻的电阻元件及隔离电阻元件和外层导电层。

其中，所述电流感测元件是利用具正温度系数的导电复合材料制成。

其中，所述微导电通孔的孔径小于80μm。

其中，所述微导电通孔是导电盲孔。

其中，所述微导电通孔是导电埋孔。

其中，所述微导电通孔是利用导电膏、电镀或无电解电镀加以导通。

其中，还包括一层用以增强结构强度的热压在第二导电层上的玻璃纤维基板。

其中，所述微导电通孔是以低能量激光蚀刻的方式完成。

其中，所述微导电通孔是以离子束蚀刻方式完成。

其中，所述具有正温度系数的导电复合材料包含聚合物及导电填料。

其中，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其混合物与共聚合物。

其中，所述导电填料选自可被激光烧灼的碳黑、碳化物及其混合物。

其中，所述第一导电层和第二导电层的材料选自镍、铜、锌、银、金及其合金。

其中，所述绝缘层为环氧树脂胶膜或玻璃纤维所制成的接着性胶膜的复合体。

与现有技术相比，本实用新型具有如下效果：

由于本实用新型采用导电盲孔与导电埋孔结构，可有效地缩小元件尺寸，因此过电流保护元件的体积小；

由于本实用新型是利用激光钻孔或离子束光蚀刻的方式形成较小孔径的导电通孔，可节省因机械钻孔所占用的面积，且可避免因钻孔的内应力作用而造成的变形，且加工效率高。

(四)附图说明：

图1：一种现有过电流保护元件的剖面图；

图2A至2E：本实用新型过电流保护元件第一实施例的制作流程图；

图3：本实用新型的过电流保护元件实施例的剖面图；

图4A至4D：本实用新型过电流保护元件第二实施例的制作流程图；

图5：本实用新型的正温度系数板材的俯视图。

(五)具体实施方式：

结合附图及实施例对本实用新型的结构特征详细说明如下：

如图2A至2E所示，其为本实用新型第一实施例的制作流程图；如图2A所示，首先，提供一个电阻元件20，电阻元件20包括一个电流感测元件201、第一导电层202及第二导电层203。电流感测元件201是由具有正温度系数的导电复合材料所组成，包括一种或至少一种聚合物及导电填料，聚合物可为结晶性或非结晶性的聚合物，其可选自下列群组：聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯、聚丙烯酸、环氧树脂及其混合物，而导电填料均匀分散于聚合物中。由于本实用新型是利用激光穿孔，所以其中的导电填料需选择可用激光烧灼的导电物质，例如：导电碳黑、碳化物及其混合物，而该碳化物可选择碳化钨或碳化钛等。另外，为增加导电复合材料对温度的灵敏度及电性能的稳定性，可进一步包含添加剂，例如：光起始剂、交链剂、偶合剂、分散剂、安定剂、抗氧化剂及非导电填料等。其中，第一及第二导电层202、203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，并利用化学蚀刻方式定义出该两个导电层的位置。

如图2B所示，可利用曝光显影等步骤，在第一导电层202上蚀刻一个绝缘光罩孔204。之后，在第一导电层202上覆盖一层绝缘层205，并在绝缘层205上形成第三导电层206；如图2C所示，第三导电层206是利用电镀、无电解电镀或压合技术形成。如图2D所示，可在第三导电层206上利用蚀刻方式形成第一光罩孔207a及一个第二光罩孔207b，且第一光罩孔207a与第一导电层202的绝缘光罩孔204位于同一垂直面上。

如图2E所示，在第三导电层206上利用蚀刻方法形成一个隔离区208，将第三导电层206区分为一个第一导电端206a及一个第二导电端206b。之后，再利用激光(例如三氧化碳激光)分别透过第一光罩孔207a及第二光罩孔207b对绝缘层205及电流感测元件201进行蚀刻以形成二微孔，二微孔再经以导电膏、电镀或无电解电镀等方法形成第一及第二微导电通孔209a、209b。由于第一光罩孔207a是与绝缘光罩孔204位于同一垂直面上，所以，当以激光进行蚀刻时，激光光线会穿透绝缘层205及电流感测元件201，这样，第一微导电通孔209a可导通第二导电层203及第三导电层206。而第二光罩孔207b的激光光线却只能穿透绝缘层205，则第二微导通孔209b可导通第一导电层202及第三导电层206。上述过电流保护元件的结构中，微导电通孔209a及209b设置在过电流保护元件的内部，其一端与内部导电层接触，另一端则暴露在过电流保护元件之外，电连接内部的导电层及外部电路，而称之为一导电盲孔，与现有的过电流保护元件的贯穿孔结构并不相同。最后，在第二导电层203上覆盖一绝缘材料(未图示)而形成一具正温度系数性能的板材，该板材以蚀刻方法在外层导电层表面形成数条切割线(未图示)后，将该板材以切割线为依据进行切割后，而可得到数个过电流保护元件。

由于现有的导通孔是利用机械钻孔方式完成，其最小孔径约为200-250μm，而本实用新型的导通孔是利用激光蚀刻方式加工，其孔径可小于80μm，而激光钻孔的速度也较现有的机械钻孔方法快，约为每分钟2000个微孔。因此，不仅可缩小过电流保护元件的尺寸，亦可提高加工效率。

本实用新型的过电流保护元件还可包含一刚性补强材，以增强其结构强度。亦即，电阻元件20除了包含一个电流感测元件201、第一导电层202及第二导电层203外，进一步可包含一刚性绝缘体210，例如：FR4玻璃纤维基板。刚性绝缘体210设置于第二导电层203相对应于电流感测元件201的另一侧，如图3所示。刚性绝缘体210可利用热压法与第二导电层203层压形成。

另外，本实用新型的过电流保护元件还可包含至少二层电阻元件，使其达到电阻并联效果，以降低过电流保护元件的电阻及增加其工作电流。

如图4A至4D所示，其表示本实用新型第二实施例的制造流程图，是利用并联二层电阻元件，使过电流保护元件的电阻降为原先的一半。如图4A所示，首先提供一个第一电阻元件40，第一电阻元件40包括一个第一电流感测元件401、第一导电层402及第二导电层403，而且，第一导电层402的表面是利用蚀刻方法形成一第一绝缘光罩孔404a及一第二绝缘光罩孔404b。

之后，如图4b所示，在第一导电层402表面相对应于第一电流感测元件401的另一侧形成一第一绝缘层405，且于第二导电层403表面相对应于第一电流感测元件401的另一侧形成一第二绝缘层406，第一及第三绝缘层405、406可利用压合或涂布方式形成。然后，在第一及第二绝缘层405、406表面分别形成一第三导电层407及第四导电层408，第三及第四导电层407、408可利用压合、电镀或无电解电镀的方式形成。之后，利用蚀刻方法在第三导电层407及第二导电层403表面形成三个光罩孔409a、409b、409c，其中，光罩孔409a与光罩孔409c分别与第一绝缘光罩孔404a与第二绝缘光罩孔404b位于同一垂直面上。

然后，如图4c所示，利用二氧化碳激光穿透光罩孔409a、409b、409c，激光光线会烧灼绝缘层406、405及电流感测元件401而形成三个微孔，再将该三个微孔填以导电膏或利用电镀或无电解电镀使之导通，而形成三个微导电通孔410a、410b、410c。之后，利用蚀刻方法在第三导电层407表面形成一绝缘光罩孔404c，以及在第四导电层408表面形成一导电隔离区411。第三导电层407表面覆盖一个第二电流感测元件412，第二电流感测元件412可利用涂或层压法加以形成。之后，在第二电流感测元件412表面覆盖一层第五导电层413，第五导电层413可利用压合或电镀方式形成。第二感测元件412、第三导电层407及第五导电层413组成一个第二电阻元件41。

同样，利用在第五导电层413上进行形成光罩孔及激光蚀刻等步骤，形成一微导电通孔410d。之后，再在第五导电层413表面依序覆盖一绝缘层414及一外导电层415。在外层导电层415表面蚀刻二个光罩孔410e、410f及一个隔离区416，并利用激光穿透二个光罩孔以形成二个微孔，再填以导电胶或利用电镀方式使之导通，形成二个微导电通孔410e、410f，如图4D所示。其中，隔离区411及416分别将第四导电层408及外导电层415区分为二个导电端411a、411b以及416a、416b，这样，便形成上下对称无方向性的正温度系数板材。最后，该板材以蚀刻方法在外导电层表面形成数条切割线(未图示)后，将该板材以切割线为依据进行切割后，可得到数个过电流保护元件。

在整个过电流保护元件的结构中，微导电通孔410b、410c、410e及410f设置于过电流保护元件的内部，其一端与内部导电层接触，另一端则暴露于过电流保护元件之外，以电连接内部的导电层及外部电路，而称之为一导电盲孔。而微导电通孔410a及410d虽同样设置在过电流保护元件内部，但其二端皆与内部导电层接触，以电连接内部导电层或电阻元件，而称之为导电埋孔。

在本实用新型所公开的过电流保护元件中，其电阻元件的层数可视需要而定，不但可使电阻降低，亦可使过电流保护元件的尺寸缩小。

如图5所示，其为本实用新型的正温度系数板材的俯视图，该板材50具有二层或二层以上的电阻元件。使用者可利用激光(例如：二氧化铅激光)在外导电层表面作定点烧灼或离子束蚀刻以形成数个微导电盲孔501，且在外导电层表面的适当位置上，利用蚀刻方法形成数条切割线503，以作为切割的依据。最后，利用切割方式形成数个过电流保护元件。

上述内容是利用实施例说明本实用新型的技术特征，并非用于限制本实用新型的保护范围，即使有人在本实用新型构思的基础上稍作变动，仍应属于本实用新型的保护范围内。

Claims (14)

1、一种过电流保护元件，包括：至少一个电阻元件、至少一个外导电层及至少一个绝缘层；

电阻元件包括：

a.一个电流感测元件；

b.一个第一导电层，设于电流感测元件的表面上；

c.一个第二导电层，设于电流感测元件的相对于第一导电层的

表面上；

其特征在于：

相邻的电阻元件以微导电通孔电连接彼此的第一导电层和电连接彼此的第二导电层；

外导电层设于最外部，且具有互相绝缘的第一导电端及第二导电端，第一导电端经微导电通孔电连接至一电阻元件的第一导电层和第二导电层中之一，第二导电端经微导电通孔电连接至相邻的电阻元件的另一不同于第一导电端电连接的导电层；

绝缘层用于隔离相邻的电阻元件及隔离电阻元件和外层导电层。

2、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述电流感测元件是利用具正温度系数的导电复合材料制成。

3、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔的孔径小于80μm。

4、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔是导电盲孔。

5、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔是导电埋孔。

6、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔是利用导电膏、电镀或无电解电镀加以导通。

7、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，还包括一层用以增强结构强度的热压在第二导电层上的玻璃纤维基板。

8、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔是以低能量激光蚀刻的方式完成。

9、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述微导电通孔是以离子束蚀刻方式完成。

10、根据权利要求2所述的过电流保护元件，其特征在于，所述具有正温度系数的导电复合材料包含聚合物及导电填料。

11、根据权利要求10所述的过电流保护元件，其特征在于，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其混合物与共聚合物。

12、根据权利要求10所述的过电流保护元件，其特征在于，所述导电填料选自可被激光烧灼的碳黑、碳化物及其混合物。

13、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述第一导电层和第二导电层的材料选自镍、铜、锌、银、金及其合金。

14、根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，所述绝缘层为环氧树脂胶膜或玻璃纤维所制成的接着性胶膜的复合体。

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