TWI490890B

TWI490890B - 過電流保護元件

Info

Publication number: TWI490890B
Application number: TW100127674A
Authority: TW
Inventors: 沙益安; 王紹裘
Original assignee: 聚鼎科技股份有限公司
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TW201308365A

Description

過電流保護元件

本發明係關於一種過電流保護元件，特別是關於一種具低電阻值之過電流保護元件。

由於具有正溫度係數(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性之導電複合材料之電阻對溫度變化具有反應敏銳的特性，可作為電流感測元件之材料，目前已被廣泛應用於過電流保護元件或電路元件上。由於PTC導電複合材料在正常溫度下之電阻可維持極低值，使電路或電池得以正常運作。但是，當電路或電池發生過電流(over-current)或過高溫(over-temperature)的現象時，其電阻值會瞬間提高至一高電阻狀態(至少10² Ω以上)，而將過量之電流降低，以達到保護電池或電路元件之目的。

一般過電流保護元件之設計，PTC材料係疊設於兩電極層之間，而元件之電阻係依PTC材料層之厚度而變化。PTC材料層愈厚，元件電阻愈大。現今因製程上之限制，過電流保護元件的PTC材料層之厚度縮減有一定限度，使得元件電阻較高，而無法符合大電流元件的需求。

本發明係提供一種過電流保護元件，藉由電極結構上的優化設計，可降低元件電阻值。另外，利用電極結構之變化，亦可形成多埠之過電流保護元件，而增加使用上的彈性。

根據本發明一實施例之過電流保護元件，其包括：第一基板、第二基板、第一柵狀電極、第二柵狀電極及正溫度係數(PTC)材料層。第一柵狀電極和第二柵狀電極形成於第一基板上，且兩者位於同一平面交錯設置。PTC材料層形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及第一柵狀電極及第二柵狀電極之間。

一實施例中，第一柵狀電極及第二柵狀電極分別形成電源輸入埠及電源輸出埠。

一實施例中，過電流保護元件另包含過電壓保護(OVP)元件，該OVP元件表面設有第一電極箔及第二電極箔。第一電極箔電氣連接第一柵狀電極或第二柵狀電極，該第二電極箔於應用時係接地。

圖1A至圖1C繪示本發明第一實施例之過電流保護元件。參照圖1A，過電流保護元件10包含第一基板11、第二基板12、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14及PTC材料層15。第一柵狀電極13形成於第一基板11上，第二柵狀電極14亦形成於第一基板11上且與第一柵狀電極13位於同一平面。PTC材料層15覆蓋第一柵狀電極13及第二柵狀電極14，形成於第一基板11、第一柵狀電極13及第二柵狀電極14上，及該第一柵狀電極13及第二柵狀電極14之間。第二基板12設置於PTC材料層15上方。一實施例中，第一基板11及第二基板12係玻璃纖維基板，其亦可為其他適合之非導電材料。

圖1B顯示根據本發明一實施例之第一柵狀電極13及第二柵狀電極14之俯視平面視圖。第一柵狀電極13與第二柵狀電極14之柵狀部分係直條狀，且彼此交錯設置。第一柵狀電極13及第二柵狀電極14可分別形成電源輸入埠及電源輸出埠。前述電源輸入埠及電源輸出埠係例示電流輸入輸出狀況，惟按實際應用所需，第一柵狀電極13及第二柵狀電極14亦可相反地分別形成電源輸出埠及電源輸入埠。換言之，本發明所界定之電源輸入埠及電源輸出埠並非絕對限定，而可依實際需求做相反改變而等效應用。

圖1C顯示根據本發明另一實施例之第一柵狀電極13及第二柵狀電極14之俯視平面視圖。第一柵狀電極13與第二柵狀電極14之柵狀部分係曲折狀，且彼此交錯設置。本發明之柵狀電極形狀亦可為多折型或其他形狀，並不為圖式所限。

由圖1B及圖1C可知，因為第一柵狀電極13及第二柵狀電極14彼此交錯設置，故相較於傳統將電極設置在PTC材料層上下之過電流保護元件，可大幅減少電極間距。按電阻公式R=ρ×L/A，其中ρ為體積電阻值，L為PTC材料層厚度，A為電極面積，本發明之電極間距較短(短於PTC材料層厚度)而可達成較低電阻值。因此，本發明之過電流保護元件相較於習知者可達成低電阻值的功效。

參照圖2A，過電流保護元件20包含第一基板11、第二基板12、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、第三柵狀電極16及PTC材料層15。相較於圖1A之過電流保護元件10，過電流保護元件20另包含設置於該PTC材料層15上方之第三柵狀電極16，其連接至第一柵狀電極13，與第一柵狀電極13共同形成第一電源輸入埠。此外，第三柵狀電極16亦可獨立自行形成第二電源輸入埠或第二電源輸出埠，而形成多埠之過電流保護元件。

參照圖2B，過電流保護元件30包含第一基板11、第二基板12、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、第三柵狀電極17及PTC材料層15。相較於圖1A之過電流保護元件10，過電流保護元件30另包含設置於該PTC材料層15上方之第三柵狀電極17，其連接至第二柵狀電極14，與第二柵狀電極14共同形成第一電源輸出埠。此外，第三柵狀電極17亦可獨立自行形成第二電源輸入埠或第二電源輸出埠，而形成多埠之過電流保護元件。

參照圖2C，過電流保護元件40包含第一基板11、第二基板12、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、第三柵狀電極16、第四柵狀電極18及PTC材料層15。相較於圖1A之過電流保護元件10，過電流保護元件40另包含設置於該PTC材料層15上方之第三柵狀電極16及第四柵狀電極18。第三柵狀電極16及第四柵狀電極18形成於同一平面且交錯設置。一實施例中，第三柵狀電極16連接第一柵狀電極13而共同形成第一電源輸入埠，第四柵狀電極18連接至第二柵狀電極14而共同形成第一電源輸出埠。另一實施例中，第三柵狀電極16及第四柵狀電極18形成獨立之第二電源輸入埠及第二電源輸出埠，藉此形成多埠之過電流保護元件。

如前圖2A至2C所述，電源輸入埠及電源輸出埠可依需求藉由電極結構設計不同之變化，而增加應用上的彈性。

圖3A顯示本發明另一實施例之過電流保護元件，其係具有過電壓保護功能。過電流保護元件50包含第一基板11、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、第三柵狀電極16、PTC材料層15、第二基板12及過電壓保護(OVP)元件51。類似於圖2A所示之過電流保護元件20，過電流保護元件50另包含設置於該PTC材料層15上方之OVP元件51。OVP元件51表面設有第一電極箔52及第二電極箔53。一實施例中，於第二基板12中可設置導電通孔、導電柱或其他類似裝置(圖未示)，藉此電氣連接第一電極箔52及第三柵狀電極16。第三柵狀電極16係連接第一柵狀電極13或第二柵狀電極14，以共同形成電源輸入埠或電源輸出埠。第二電極箔53於應用時係接地。實際應用上，圖2B及圖2C之過電流保護元件30及40亦可另設置OVP元件51，而同樣具有過電壓保護功能。

參照圖3B，過電流保護元件60包含第一基板11、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、PTC材料層15、電極層20及OVP元件51。OVP元件51表面設有第一電極箔52及第二電極箔53，且可利用迴焊(reflow)的方式連接第一電極箔52及電極層20，而將OVP元件51固設於電極層20上方。一實施例中，第一柵狀電極13及第二柵狀電極14係分別作為電源輸入埠及電源輸出埠。基此，過電流保護元件60可同時兼具過電壓保護功能。

圖4顯示本發明又一實施例之過電流保護元件。過電流保護元件70包含第一基板11、第一柵狀電極13、第二柵狀電極14、PTC材料層15、電極層19及PTC元件61。電極層19係形成於PTC材料層15上方。PTC元件61表面設有第一電極箔62及第二電極箔63。第一電極箔62連接電極層19，亦即電氣連接該PTC材料層15。一實施例中，第一柵狀電極13及第二柵狀電極14形成電源輸入埠，第二電極箔63形成電源輸出埠，使得PTC材料層15及PTC元件61形成串接。另一實施例中，第一柵狀電極13及第二柵狀電極14亦可依實際需要形成電源輸出埠，而第二電極箔63形成電源輸入埠，使得PTC材料層15及PTC元件61形成串接。另外，第一柵狀電極13及第二柵狀電極14可分別形成第一電源輸入埠及第一電源輸出埠，而第二電極箔63形成第二電源輸入埠或第二電源輸出埠，而形成多埠應用。

本發明之過電流保護元件利用電極結構上之設計，可降低元件電阻值，且藉由電源輸入埠或電源輸出埠之變化設計或加入OVP元件及PTC元件，可有效增進應用上的彈性。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10、20、30、40、50、60、70．．．過電流保護元件

11．．．第一基板

12．．．第二基板

13．．．第一柵狀電極

14．．．第二柵狀電極

15．．．PTC材料層

16．．．第三柵狀電極

17．．．第三柵狀電極

18．．．第四柵狀電極

19．．．電極層

20．．．電極層

51．．．OVP元件

52．．．第一電極箔

53．．．第二電極箔

61．．．PTC元件

62．．．第一電極箔

63．．．第二電極箔

圖1A至1C係本發明第一實施例之過電流保護元件之示意圖；

圖2A係本發明第二實施例之過電流保護元件之示意圖；

圖2B係本發明第三實施例之過電流保護元件之示意圖；

圖2C係本發明第四實施例之過電流保護元件之示意圖；

圖3A係本發明第五實施例之過電流保護元件之示意圖；

圖3B係本發明第六實施例之過電流保護元件之示意圖；以及

圖4係本發明第七實施例之過電流保護元件之示意圖。

10．．．過電流保護元件

11．．．第一基板

12．．．第二基板

13．．．第一柵狀電極

14．．．第二柵狀電極

15．．．PTC材料層

Claims

一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；一第三柵狀電極；一第四柵狀電極；以及一第二基板，其係由非導電材料製成，且其一表面接觸該第三和第四柵狀電極；其中該第三柵狀電極、第四柵狀電極及第二基板設置於該正溫度係數材料層上方，且該第三柵狀電極及第四柵狀電極形成於同一平面且交錯設置；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低；其中該第一柵狀電極及第二柵狀電極分別形成第一電源輸入埠及第一電源輸出埠；其中該第三柵狀電極及第四柵狀電極分別形成第二電源輸入埠及第二電源輸出埠。
根據請求項1所述之過電流保護元件，其中該第一基板係玻璃纖維基板。
一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；以及一第三柵狀電極，設置於該正溫度係數材料層上方；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低；其中該第一柵狀電極及第二柵狀電極分別形成第一電源輸入埠及第一電源輸出埠，第三柵狀電極形成第二電源輸入埠或第二電源輸出埠。
一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；以及一過電壓保護元件，該過電壓保護元件表面設有第一電極箔及第二電極箔，該第一電極箔電氣連接該第一柵狀電極或第二柵狀電極，該第二電極箔於應用時係接地；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低；其中該第一柵狀電極及第二柵狀電極分別形成第一電源輸入埠及第一電源輸出埠。
一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；以及一正溫度係數元件，該正溫度係數元件表面設有第一電極箔及第二電極箔，該第一電極箔電氣連接該正溫度係數材料層；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低；其中該第一柵狀電極及第二柵狀電極分別形成第一電源輸入埠及第一電源輸出埠，該第二電極箔形成第二電源輸入埠或第二電源輸出埠。
一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；以及一正溫度係數元件，該正溫度係數元件表面設有第一電極箔及第二電極箔，該第一電極箔電氣連接該正溫度係數材料層；其中該第一柵狀電極及第二柵狀電極形成電源輸入埠，該第二電極箔形成電源輸出埠；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低。
一種過電流保護元件，包括：一第一基板，其係由非導電材料製成；一第一柵狀電極，形成於該第一基板上；一第二柵狀電極，形成於該第一基板上，且與該第一柵狀電極位於同一平面且交錯設置；一正溫度係數材料層，形成於該第一基板、第一柵狀電極及第二柵狀電極上，及該第一柵狀電極及第二柵狀電極之間；一電極層，設置於該正溫度係數材料層上方；以及一過電壓保護元件，該過電壓保護元件表面設有第一電極箔及第二電極箔，該第一電極箔連接該電極層，該第二電極箔於應用時係接地；其中該正溫度係數材料層於過電流發生時將瞬間提高至一高電阻狀態，而將過量之電流降低。