TWI265533B - Thermistor having symmetrical structure - Google Patents

Description

1265533 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於—PTC(正温度係數)熱 確地說’關係於一表面黏著PTC熱敏電版，：阻二更明 PCB(印刷電路板）作保護電路用。 以安裝至 【先前技術】 已知报多導體材料依據溫度變化 文丹比雷阳社 據溫度改變其電阻值夕士 A ^ 电I且值。依 ，、免阻值之凡件，被統稱為”熱敏 致被分㈣NTC(負溫度係數）元件，顯示 ，其大 而降低其電阻值’及一 PTC(正温度係數)：：皿度亡升， 溫度上增，而增加電阻值。 ”肩示卩通著 PTC 70件顯示在一低溫，即室溫之低電阻 流可以通過其間。然而，若元件之操…，由於= …件…升，則PTC元件之 1000至1 0000倍之正當雷K日枯 ^ ^ 既降低至 书電阻值。由於此等特性，ΡΤΓ 一 通常安裝在PCB(印刷電路板）上，作控制過電、、&用凡件 PCB在其表面上，具有很多元件，每—元:用。、 限制。因此，已經有提議出各種類型之PTC元件之尺寸破 此類型之限制。經常地，PT ’以克服 PTC π件被包夾在一對積層電極 之間。 第1圖顯示一揭示於美國專利第5，907，272號案中 之PTC熱敏電阻。參考第1圖，一第-電極250及-第二 電極260分別被積層於pTC元件2ι〇之上及下表面上，使 1265533 得PTC元件2 1 0被包夾在電極之間。另外 一與第二電極係為一絕緣層2 8 0所包圍。 係分別形成以曝露出電極。在間隙形成後 件之上或下表面上之第一及第二電極250 至相對面，使得PTC熱敏電阻可以安裝在 為了實現它，一電氣連接間隙300與第一 3 2 0係形成在下表面之一部份；而一覆蓋 上側及下表面並電氣連接間隙290與第二 3 1 0則被形成在下表面之另一部份。 然而，電氣連接PTC熱敏電阻之一表 一表面的上述方法係容易造成所謂之湯 現象。當一熱敏電阻被安裝在PCB上時， 被事先塗覆以錫膏之熱敏電阻被安裝於 上，然後，被迴銲機中加熱。然而，於此 電阻之熱量膨脹PTC元件210及終端310 元件與終端具有不同熱膨脹係數及上述熱 稱架構，所以在熱敏電阻之右及右部份中 不均勻，使得熱敏電阻在PCB表面上傾斜 化了銲接之物理及電氣可靠度。 另外，因為於先前技藝中，電流主要 間，所以每一個具有一層之多數PTC熱敏 多層，以降低在PCB有限空間中之PTC 值0 ，PTC元件及第 間隙290及300 ，積層在PTC元 及260之一延伸 一 P C B表面上。 電極2 5 0之終端 至絕緣層2 8 0之 電極2 6 0之終端 面上之電極至另 史東（Tombstone) 終端310及320 PCB 之電極墊 時，施加至熱敏 與320。因為PTC 敏電阻具有非對 之熱應力分佈並 。這相當程度劣 流經上及下表面 電阻應被積層為 熱敏電阻之電阻 6 1265533 【發明内容】 本發明係設計以解決先前技藝之問題，因此，本發明 之一目的係提供一 PTC熱敏電阻，以增加在室溫之電流 量，而不會在被安裝至PCB上時之湯史東現象。 於本發明之一態樣中，提供有一熱敏電阻，其包含一 電阻元件，具有上及下表面並顯示一依溫度加以變化之電 阻改變特徵；第一及第二導體層，形成在該電阻元件之上 表面上，第一及第二導體層彼此嚙合，其間安插有一非導 電間隙；第一及第二電極形成在該電阻元件之下表面上並 彼此電氣分隔；一第一連接器，用以電氣連接第一導電層 至第一電極；及一第二連接器，用以電氣連接第二導體層 至第二電極。 較佳地，當電壓被施加至第一電極及第二電極時，在 電阻元件的鄰近之第一及第二導體層間的非導電間隙區 域，形成有一電流路徑。 較佳地，該非導電間隙具有小於電阻元件之厚度的寬 度，該電阻元件具有一聚合物，其具有一正溫度係數，及 第一及第二導電層係由銅或銅合金所作成。 於本發明之另一態樣中，提供有一熱敏電阻，其包含 一電阻元件，其具有上及下表面並依温度變化，顯示一電 阻變化特徵；第一及第二導體層係形成在該電阻元件之上 表面上，該第一及第二導體層係彼此鄰接嚙合以一第一非 導電間隙於其間；第一及第二電極，被形成在該電阻元件 之下表面上，第一及第二電極係彼此鄰接嚙合以一第二非 7 1265533 導電間隙，内插於其間；一第一連接器，用以電氣連接第 一導體層至第一電極；及一第二連接器，用以電氣連接第 二導體層至第二電極。 本發明之其他目的與態樣將參考附圖，由以下之實施 例說明加以了解。 【實施方式】 以下，本發明將參考附圖加以詳細說明。 第2及3圖分別為俯視圖及仰視圖，顯示一依據本發 明實施例之PTC(正溫度係數）熱敏電阻，及第4圖為沿著 第2圖之線A-A’所取之PTC熱敏電阻之剖面圖。 參考第2及3圖，此實施例之PTC熱敏電阻包含一電 阻元件10，具有上及下表面；導體層20及30積層在電阻 元件10之上表面上；電極60及70積層在電阻元件10之 下表面上，及連接器用以分別連接導體層與電極。 為了更詳細說明P T C熱敏電阻，電阻元件1 0係由P T C 化合物或聚合物其中含有導電粒子所作成，以具有一 PTC 特徵，或者一 NTC(負溫度係數）化合物。該聚合物可以由 聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等所選出。導體粒子可 以由黑礙或其他金屬之粒子所選出。 第一及第二導體層20及30係積層在電阻元件10之上 表面。然後，一非導電間隙5 0係被形成内插於其間，以電 氣彼此分離開第一及第二導體層20及30。為了完成第一 及第二導體層20及30，首先，藉由壓合或電解及/或無電 8 1265533 電鍍法，將一金屬箔積層在電阻元件10之上表面上，作為 一單一導體層。至於金屬箔，較佳使用具有優良導電率之 銅或銅合金。若形成單一導體層，則非導電間隙5 0藉由蝕 刻或其他機械加工加以形成，以橫向該單一導體層，使得 單一導體層係電氣分割成第一及第二導體層20及30。於 此時，非導電間隙5 0具有一寬度小於形成在電阻元件1 0 之上表面上之導體層20或30與形成在下表面上之電極60 或70間之距離，即電阻元件10之厚度，使得足夠電流流 動於鄰近導體層及鄰近電極之間，其係分別形成在電阻元 件之相同表面上。 較佳地，第一及第二導體層2 0及3 0係彼此嚙合以非 導電間隙50，其間内插為邊界。第一及第二導體層20及 3 0之嚙合圖案可以形狀如同凹凸，其係為矩形、三角形、 曲折或波浪。 為了參考第2圖，更詳細說明PTC熱敏電阻，第一非 導電間隙5 1係形成鄰近第一側4 1，並平行於第一侧4 1， 而第二非導電間隙5 2係彎曲於第一非導電間隙5 1之端部 並沿著·第三側4 3延伸，以垂直於第一非導電間隙5 1。另 外，第三非導電間隙5 3被彎曲於第二非導電間隙5 2之末 端並平行於第一非導電間隙5 1。第三非導電間隙5 3係定 位於電阻元件1 0之上表面的中央。第四非導電間隙5 4及 第五非導電間隙5 5係分別形成鄰近於第四側44與第二側 42，並分別基於第三非導電間隙5 3之中心點，而對稱於第 二非導電間隙5 2及第一非導電間隙5 1。因此，第一導體 9 1265533 層20係定位以鄰近第三側及第二導體層3 0.係定位於鄰近 第四側44。及，經由第一至第五之非導電間隙係安排於其 間。 第一及第二電極60及70係積層在電阻元件10之下表 面並與之彼此分開一非導電間隙5 6，如第3圖所示。電極 60及70係藉由上述導體層20及30相同之方法加以形成， 這係未在此點中詳細說明。 參考第4圖，顯示沿著線A-A’所取之PTC熱敏電阻之 剖面，即，於第2圖中由第一側41延伸至第二側42，第 二導體層30、第五非導電間隙55、第一導體層20、第三 非導電間隙5 3、第二導體層3 0、第一非導電間隙5 1及第 一導體層20係依序定位在電阻元件10之上表面，由第二 側42到第一側4 1。換句話說，第一及第二導體層20及3 0 係依序定位。 為了將上述構建之PTC熱敏電阻安裝於PCB上，電 極應定位在與先前技藝所述之相同表面上。因此，用以電 氣連接第一導體層20至第一電極60及第二導體層30至第 二電極70之連接器必須形成在PTC熱敏電阻之側邊。-· 第5a及5b與6a至6b圖顯示一方法，用以分別電氣 連接形成在電阻元件10之上表面上之導體層20及30至形 成在電阻元件10之下表面上之電極60及70。為了在一片 狀PTC元件上，形成如第5a至5c圖所示之連接器80、82 及84，該片狀具有上及下表面，其上分別形成有導體層與 電極，一狹縫係被形成，以曝露出P T C元件之一部份，然 10 1265533 接 〇 43 層 接 長 氣 至 孔 上 電 連 86 電 第 88 ) 熱 件 近 協 後，所曝露之一部份係被電鍍，用以連接導體層至電極 見第5 a圖，連接器8 0係形成在第一側4 1上，以電氣連 在上表面上之第一導體層20至下表面上之第一電極60 以相同方式，第5 b圖顯示連接器8 2係形成在第三側 之一部份，及第5 c圖顯示連接器8 4係形成在第一及第 側4 1及4 3之部份，以電氣連接在上表面上之第一導體 20至在下表面上之第一電極60。同時，應注意的是，連 器係形成在不超出電阻元件下表面上之第一電極 60的 度。第二導體層30及第二電極70也以相同方式彼此電 連接。 第6a及6b圖顯示導體層及電極係藉由使用第5a 5 c圖之狹縫外之貫孔加以電氣連接。以此實施例中，一 貫穿於片形之PTC元件中，該片形具有上及下表面，其 分別藉由使用沖壓或壓合機器加以分別形成導體層與 極，然後，孔之内表面被電鍍或浸入錫溶液中，以電氣 接導電層至電極。見第6a圖，具有貫孔形狀之連接器 被形成在？TC熱敏電阻之第一及第二側41及42中，以 氣連接第一導體層20至第一電極60及第二導體層30至 二電極70。另外，第6b圖中，具有貫孔形狀之連接器 係形成在第三及第四側43及44，以連接導體層至電極£ 較佳地，當電氣連接導體層至電極，本發明之PTC 敏電阻係被架構以使得位在相反之上及下表面上之元 (一導體層及一電極）具有相反極性，及在上表面上之鄰 導體層及在下表面上之鄰近電極具有相反極性。這可以 11 1265533 助增加於PTC熱敏電阻中之電流流動。 第7圖顯示當一電源施加至其上安裝有依據本發明 施例製造之PTC熱敏電阻的PCB(未顯示）時，電流的流 示意圖。流入P T C熱敏電阻之電流經由第二電極7 0， 經由電阻元件10直接移動至鄰近第一電極60，或者， 由PTC元件10而移動至對面之第一導體層20a，然後由 一側之連接器（未圖示）流出至第一電極60。另外，因為 流可以較流經PTC元件1 0為快之方式流經金屬，所以 經第二電極70之電流部份通過在一側之連接器，該連接 係電氣連接至第二電極70，而朝向第二導體層30a然後 出至對面之第一電極6 0，或者，部份通過一側之連接器 經由對面第一導體層2 0 a所部份流至第一電極6 0。換句 說，第一導體層20a及第一電極60、第二導體層30a與 二電極70係被電氣連接，使得第一導體層20a與第二電 70彼此相對，及第二導體層30a與第一電極60彼此相紫 並彼此具有相反之極性，並使得第一導體層20a及第二 體層30a與第一電極60及第二電極70具有相反極性。 因為於本發明之彼此分隔開非導電層作為邊界之第 及第二導體層20及30與傳統者不同，所以，施加具有 同極性之電壓之鄰近導體層配合該電阻元件，構成了一 型之電阻。另外，因為第一及第二導體層沿著非導電間 之邊界對稱排列，所以看起來，很多電阻被並聯排列， 依序具有相反之極性。 第8a及8b圖概念上顯示一積層PTC熱敏電阻，其 實 動 經 在 電 流 器 流 9 話 第 極 ， 導 不 類 隙 以 中 12 1265533 導體層與電極係分別被分割為三個部份，使得被分割部份 之導體層及電極被並聯連接至電極。第9圖為一電路圖， 顯示第8a及8b圖之並聯結構。於此，第8a圖為傳統式之 熱敏電阻，其被架構為使得在上表面上之導體層的剖份被 彼此連接，並與下表面上之電極部份分離，這些又彼此相 互連接。另一方面，第8b圖之熱敏電阻為具有依據本發明 結構之熱敏電阻，其被架構以使得在上表面上之導體層部 份與在下表面上之電極部份交叉連接。 第1 0及1 1圖分別為當電流流經依第8 a及8 b圖所架 構之PTC熱敏電阻時，計算電阻R2之電路圖。第10圖為 當導體層之部份如同為第 8a圖之非交叉連接時之電路 圖。於第10圖之電路圖中，導體層之部份或位在同一表面 上之電極部份具有相同極性。因此，雖然施加一電流，但 一電流並不會流經相同表面上之導體層或電極的鄰近部 份，而是電流只會流經形成在彼此相對之導體層與電極間 之路徑。電阻R2被計算為r。 另一方面，於第11圖之電路圖中，位在R2之導體層 部份的極性被改變。因此，若施加一電流，則電流不只流 經導體層與位在相反面上之電極之間，同時也流經相同表 面上之導體層或電極之間。這增加了電流可以通過之路徑 數量，使得電阻更下降。於此時，R2之電阻值變成r/3。 本發明之另一實施例中，一具有增加數量電流路徑之 PTC熱敏電阻被顯示於第12及13圖中。於第12圖中，一 第一導體層120及一第二導體層130，其係彼此嚙合，以 13 1265533 在其間内插以一非導電間隙 1 5 0於該電阻元件之上表面 上，並被安排以具有更多凹凸圖案，藉以增加電流流量。 第1 3圖顯示電阻元件之底部，其上，與前一實施例相同方 式，形成有電氣分隔之第一及第二電極160及170。 PTC熱敏電阻之電流係如第1 4圖所示。第1 4圖顯示 PTC熱敏電阻沿著第12圖之線B-B’所取之一剖面。參考 第14圖，位在上表面上之導體層之部份分別具有交替之極 性。因此，當施加一電流時，每一部份形成路徑，以供電 流通過，藉以降低電阻值。第1 4圖之參考數係相同於第 12及13圖，指出具有相同功能之相同元件，因此，不再 詳述。 第1 5及1 6圖顯示依據本發明另一實施例之PTC熱敏 電阻。參考第1 5圖顯示具有相反極性的電阻元件、一第一 導體層220及一第二導體層230之上表面，其被安排以一 非導電間隙2 5 0内插於其間作為一邊界加以彼此嚙合。另 外，第1 6圖顯示電阻元件之底部，其上形成有第一電極 260及一第二電極270，呈一平面凹凸圖案，大致與導體層 相同，除了電源所施加之P T C熱敏電阻的兩端部份2 6 2及 272外，使得一非導電間隙250被安插於第一及第二電極 2 6 0與2 7 0之間。這增加了電流可以通過之路徑數。因此， 若電源被施加至PTC熱敏電阻，則電流更容易流經鄰近導 體層，藉以降低電阻值。另一方面，若平面凹凸圖案被架 構以具有寬度等於在PCB(未示出）上之線的寬度，則PTC 熱敏電阻之兩端均可以與其中央部份具有相同圖案，再 14 1265533 者，上表面可以架構之圖案係相同於在下表面的圖案 外，雖然顯示凹凸圖案在圖中為水平形狀，但當圖案 直形狀時，也當然可以取得相同作用。流動於如上所 PTC熱敏電阻之電流係被顯示於第1 7圖。第1 7圖顯 著第15圖之線C-C’所取之PTC熱敏電阻之剖面。參 1 7圖，當電流施加至其上時，導體層之交替定位部份 電流流動路徑，因而，降低電阻值。於第1 7圖中之相 第15及16圖的參考數表示具有相同功能之元件，因 在此不再詳述。 本發明已經詳細說明。然而，應了解的是，詳細 及特定例子係於顯示本發明之較佳實施例加以進行， 明精神及範圍内之各種改變及修改仍可以為熟習於本 者由此詳細說明了解。例如，雖然於上述實施例中， 元件被說明為具有PTC特徵，但具有NTC特徵之元 可以適用以提供一 NTC熱敏電阻。 工業上之應用 依據本發明之熱敏電阻具有結構上點對稱形狀 此，它可以防止由非對稱結構所造成之湯史東現象。》 因為具有相反極性之導體層被安排呈彼此嚙合，以非 間隙内插於其間，所以電流增加及熱敏電阻之電阻值f 【圖式簡單說明】 第1圖為傳統PTC熱敏電阻之剖面圖； 0另 為垂 述之 示沿 考第 形成 同於 此， 說明 本發 技藝 電阻 件也 ，因 外， 導電 广低。 15 1265533 第2圖為依據本發明一實施例之PTC熱敏電阻之俯視 圖； 第3圖為依據本發明一實施例之PTC熱敏電阻之仰視 圖； 第4圖為沿著第2圖之線A_A’所取之第2及第3圖之 PTC熱敏電阻之剖面圖； 第5 a至5 c圖為顯示依據本發明一實施例之連接導體 層至電極的方法示意圖； 第6a及6b圖為顯示依據本發明一實施例之連接導電 層至電極之另一方法示意圖； 第7圖為依據本發明一實施例之PTC熱敏電阻之電流 示意圖； 第8a及8b圖概念上顯示多數之積層PTC熱敏電阻係 被並聯連接； 第9圖為第8a及8b圖之等效電路圖； 第10圖為在第8a圖中之連接結構中之第9圖之電阻 Ri、R2、R3中之電阻R2的電路圖； 第11圖為在第8b圖中之連接結構中之第9圖之電阻 Ri、R2及R3中之電阻R2的電路圖； 第1 2圖為依據本發明另一實施例之PTC熱敏電阻之 平面圖； 第1 3圖為依據本發明另一實施例之PTC熱敏電阻之 仰視圖； 第14圖為沿著第12圖之線B-B’所取之第12及13圖 16 1265533 之熱敏電阻所示之剖面圖； 第1 5圖為依據本發明另一實施例之PTC熱敏電阻的 平面圖； 第1 6圖為依據本發明另一實施例之PTC熱敏電阻之 仰視圖；及 第1 7圖為沿著第1 5圖之線C - C，所取之第1 5及1 6圖 之PTC熱敏電阻之剖面圖。 【主要元件符號說明】 10 電阻元件 20 導體層 30 導體層 41 第一側 42 第二側 43 第三側 44 第四側 51 第一非導電間 52 第二非導電間 隙 53 第三非導電間 54 第四非導電間 隙 55 第五非導電間 56 非導電間隙 60 第一電極 70 第二電極 80 連接器 82 連接器 84 連接器 86 連接器 88 連接器 120 第一導體層 130 第二導體層 150 非導電間隙 160 第一電極 170 第二電極 210 PTC元件 220 第一導體層 230 第二導體層 250 非導電間隙 260 第一電極 17 1265533 262 端部 270 第二電極 272 端部 280 絕緣層 290 間隙 300 間隙 310 終端 320 終端 18

Claims (1)

1265533 十、申請專利範圍： 1. 一種熱敏電阻，其至少包含： 一電阻元件，其具有上表面及下表面並顯示一依據温 度變化之電阻變化特徵； 第一及第二導體層，其係形成在該電阻元件之上表面 上，該第一及第二導體層係彼此相鄰且嚙合，且其間插入 一非導電間隙；

第一及第二電極，其被形成在該電阻元件之下表面上 並彼此電氣分隔； 一第一連接器，用以電氣連接該第一導體層至該第一 電極；及 一第二連接器，用以電氣連接該第二導體層至該第二 電極。

2. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中當具有 相反極性之電壓被施加至該第一電極與該第二電極時，一 電流路徑經由形成有電阻元件之非導電間隙之區域而形成 在鄰近之第一及第二導體層之間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 第一及第二導體層與第一及第二電極被安排成使得該第一 導體層及該第二電極係實質彼此相面對，其間内插有該電 阻元件，及該第二導體層與第一電極係實質彼此相面對， 19 1265533 且其間内插有該電阻元件。 4. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 非導電間隙之寬度小於該電阻元件之厚度。 5. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 電阻元件為一具有一正溫度係數之聚合物。 6. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 第一及第二導體層係由銅或銅合金所作成。 7. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 第一及第二電極係由銅或銅合金作成。 8. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 第一連接器經由電阻元件之一側電氣連接該第一導體層至 該第一電極，而該第二連接器經由電阻元件之另一側，電 氣連接該第二導體層至該第二電極。 9. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 電阻元件在其兩側具有貫孔，其中該第一連接器經由位在 電阻元件之一側上的貫孔，電氣連接該第一導體層至該第 一電極，而該第二連接器則經由位在電阻元件之另一側上 20 1265533 的貫孔，電氣連接該第二導體層至該第二電極。 10.如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之 非導體間隙具有一凹凸圖案形狀，其形狀為矩形、三角形、 曲折或波形。

1 1.如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻，其中上述之第 一及第二電極係彼此相鄰且嚙合，且其間内插入一非導電 間隙。

21 1265533 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（4 )圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明·· 20 導體層 41 第一側 30 導體層 43 第三側 42 第二側 51 第一非導電間 隙 44 第四側 55 第五非導電間 隙 52 第二非導電間隙 60 第一電極 54 第四非導電間隙 56 非導電間隙 70 第二電極 請揭示最能顯示 八、本案若有化學式時 發明特徵的化學式：