TWI490891B - 過電流與過溫度保護元件 - Google Patents

Description

過電流與過溫度保護元件

本發明係關於一種被動元件，尤係關於一種過電流與過溫度保護元件。

熱敏電阻被用於保護電路，使其免於因過熱或流經過量電流而損壞。熱敏電阻通常包含兩電極及位在兩電極間之電阻材料。此電阻材料在室溫時具低電阻值，而當溫度上升至一臨界溫度或電路上有過量電流產生時，其電阻值可立刻跳升數千倍以上，藉此抑制過量電流通過，以達到電路保護之目的。

當溫度降回室溫後或電路上不再有過電流的狀況時，熱敏電阻可回復至低電阻狀態，而使電路重新正常操作。此種可重複使用的優點，使熱敏電阻取代保險絲，而被更廣泛運用在高密度電子電路上。

未來的電子產品，將朝著具有輕、薄、短、小的趨勢發展，以使得電子產品能更趨於迷你化。而被動元件(passive component)在電子產品中所占的面積又是最龐大的，所以若能夠有效地整合被動元件，將可使得電子產品可以達到輕、薄、短、小的功能。

然而，習知熱敏電阻元件的設計，皆以單一功能且單一迴路設計為主。因此，當電子產品需要針對不同功能需求的熱敏電阻元件來保護電子產品時，僅能設置多數個單一功能之熱敏電阻元件於電子產品內。因此習知的作法不僅耗費製造的成本，更是佔用電子產品整體的體積。

本發明提供一種多埠式之過電流與過溫度保護結構，利用切割、雷射或微影蝕刻技術等圖案化設計的方式，將元件電極區分成複數個之獨立區域，以把單一元件區分成兩個或兩個以上的的電氣特性獨立區域，同時搭配熱壓合與印刷電路板技術，可製作成表面黏著式元件(但並不以此為限)。因此，本發明多埠式之過電流與過溫度保護結構係能夠同時提供兩個或兩個以上迴路之過電流與過溫度保護功能。

本發明一實施例之過電流與過溫度保護元件包括：一第一導電構件、一第二導電構件、一電阻元件、至少一電源輸入部電極端、以及至少二電源輸出部電極端。第一導電構件包含至少一電源輸入部及用以限定電流只從該電源輸入部進入之第一絕緣部。第二導電構件包括至少二電源輸出部及用以限定電流只從該電源輸出部輸出之第二絕緣部，且各電源輸出部利用該第二絕緣部彼此電氣隔離。電阻元件疊設於第一導電構件及第二導電構件之間，且具正溫度或負溫度係數之行為。電源輸入部電極端電氣連接該電源輸入部，且電源輸出部電極端電氣連接該電源輸出部，作為外接電源介面。其中，該電源輸入部電極端、電阻元件及電源輸出部電極端形成電氣串聯結構。

本發明另一實施例之過電流與過溫度保護元件包括：複數個前述第一導電構件、電阻元件及第二導電構件之組合元件、電氣連接各該組合元件之第一導電構件的電源輸入部之至少一電源輸入部電極端、電氣連接各該組合元件之第二導電構件的電源輸出部之至少二電源輸出部電極端。其中該複數個組合元件彼此之間設置有絕緣膜。其中，電源輸入部電極端、組合元件中之複數個電阻元件及電源輸出部電極端形成電氣並聯結構。

請參閱圖1A至圖1C，圖1A為本發明第一實施例之雙埠之過電流與過溫度保護元件10的立體分解圖。圖1B為本發明第一實施例之雙埠之過電流與過溫度保護元件10的第一實施例之立體組合圖。圖1C為本發明第一實施例之雙埠之過電流與過溫度保護元件10中之電阻元件11及上、下之導電構件12、14之組合的仰視立體圖。圖1D為本發明第一實施例之雙埠之過電流與過溫度保護元件10的等效電路圖。

前述過電流與過溫度保護元件10係一層疊結構，其包括：一薄板型之電阻元件11、第一導電構件12、第二導電構件14、第一絕緣膜16a、第二絕緣膜16b、電源輸入部電極端19以及電源輸出部電極端23。電阻元件11係疊設於第一導電構件12及第二導電構件14之間，且上、下分別層疊第一絕緣膜16a及第二絕緣膜16b。

本實施例之過電流與過溫度保護元件10係矩形結構，四側各具有半圓形導通孔17、27。第一導電構件12包括分置於相對側導通孔17處之兩個電源輸入部12a、12b及用於限定電流只從該電源輸入部12a、12b進入之第一絕緣部13。第二導電構件14包括分置於另一相對側導通孔27處之兩個電源輸出部14a、14b及用於限定電流只從該電源輸出部14a、14b輸出之第二絕緣部15。本實施例中，第一絕緣部13係環設於電源輸出部14a、14b所對應之導通孔27。第二絕緣部15則環設於電源輸入部12a、12b所對應之導通孔17，且將第二導電構件14之電源輸出部14a、14b彼此形成電氣隔離。

電源輸入部電極端19包含分別設於第一絕緣膜16a及第二絕緣膜16b表面之電極箔片18，以及電氣連接電源輸入部12a、12b之導電連接部21(為清楚說明，圖1A及1C係未形成導電連接部21的情況)。電源輸出部電極端23包含分別設於第一絕緣膜16a及第二絕緣膜16b表面之電極箔片20，以及電氣連接電源輸出部14a、14b之導電連接部21。電源輸入部電極端19(相當於電極箔片18)以及電源輸出部電極端23(相當於電極箔片20)以隔離構件22形成電氣隔離。

上述之電阻元件11可為一高分子材料層、電阻材料層、電容材料層或電感材料層等。本實施例係由具有導電粒子分散於其中之高分子材料所組成，其具有正溫度或負溫度係數之行為。適用於本發明之高分子材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯、前述之混合物及共聚合物等。導電粒子可為金屬粒子、含碳粒子、金屬氧化物、金屬碳化物，例如：碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)、碳化釩(VC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鈮(NbC)、碳化鉭(TaC)、碳化鉬(MoC)及碳化鉿(HfC)；或選自金屬硼化物，例如：硼化鈦(TiB₂ )、硼化釩(VB₂ )、硼化鋯(ZrB₂ )、硼化鈮(NbB₂ )、硼化鉬(MoB₂ )及硼化鉿(HfB₂ )；或選自金屬氮化物，例如：氮化鋯(ZrN)，或是前述材料之混合物。

本發明之一實施例中，第一導電構件12及第二導電構件14可由一平面金屬薄膜，經一般切割、雷射或微影蝕刻技術等圖案化設計的方式產生缺口(剝離金屬膜產生之缺口)，而形成如圖1A所示之第一絕緣部13及圖1C所示之第二絕緣部15。上述第一導電構件12及第二導電構件14之材料可為鎳、銅、鋅、銀、金及前述金屬所組成之合金或多層材料。

上述缺口經剝離金屬膜成型後，可使用各式優良的接著性膠膜(如環氧樹脂複合材料或聚亞醯胺複合材料)，亦即絕緣膜16a、16b，將此電阻元件11、第一導電構件12及第二導電構件14之組合與外層上下各一片之金屬銅膜經熱壓固化密合。之後，可將上下外層之銅膜經蝕刻方法，產生對應於電源輸入部12a、12b之電極箔片18，及對應於電源輸出部14a、14b之電極箔片20。

電源輸入部電極端19及電源輸出部電極端23可藉由導通孔或全面性裁切面之電鍍方式形成將上下左右各區之電極選擇性垂直導通電氣相連，藉此電氣連接電源輸入部12a、12b與電源輸入部電極端19，以及電源輸出部14a、14b與電源輸出部電極端23。之後，在上、下面各電源輸入部電極端19及電源輸出部電極端23之間，可以一般防銲塗料塗佈形成絕緣效應，形成隔離構件22。

以下係以導通孔形成電氣相連為例進行說明：導通孔17、27之孔壁上可利用無電電鍍(electroless plating)或電鍍方法鍍上一層導電膜(如銅或金)形成導電連接部21，以達到連接上下電極電氣相連的目的。導通孔17的導電連接部21耦接第一導電構件12與上下兩個電極箔片18，導通孔27的導電連接部21耦接第二導電構件14與上下兩個電極箔片20。導通孔17、27的截面形狀可為圓形、半圓形、1/4圓形、弧形、方形、菱形、長方形、三角形或多邊形，在本實施例中係以半圓形為例作一說明。另外，導通孔亦可設於元件10之中，或以盲孔方式電氣連接電源輸入部與電源輸入部電極端，及電源輸出部與電源輸出部電極端，舉凡本發明領域中各種相關之電氣連接之方式均為本發明所涵蓋。

綜言之，電源輸入部電極端19包括一對電極箔片18及導電連接部21(即導電膜)，該對電極箔片18分設於該第一絕緣膜16a與第二絕緣膜16b上，導電連接部21沿電源輸入部12a、12b端面耦接該對電極箔片18與第一導電構件12。電源輸出部電極端23包括一對電極箔片20及導電連接部21，該對電極箔片20分設於第一絕緣膜16a與第二絕緣膜16b上，該導電連接部21沿該電源輸出部14a、14b端面耦接該對電極箔片20與第二導電構件14。電源輸入部電極端19及電源輸出部電極端23主要設置於元件端面，分別與第一導電構件12及第二導電構件14電氣相接，並同時延伸至元件10表面，以電路佈局的方式設置於第一絕緣膜16a與第二絕緣膜16b之表面

第一導電構件12及第二導電構件14分別透過該等絕緣部13、15以與該等導通孔27、17上的導電連接部21產生電氣隔離。藉此，該等絕緣部13、15可限定電流(如圖1B中箭頭所示)I_1a 、I_2a 只從電源輸入部電極端19經由第一導電構件12中的電源輸入部12a、12b進入，之後通過電阻元件11而分別流向第二導電構件14中的兩個電源輸出部14a、14b，而後分別由二個電源輸出部電極端23導出，亦即電源輸入部電極端19、電阻元件11及電源輸出部電極端23形成串聯結構，以使得本發明能達到一種雙埠之過電流與過溫度的保護功能。

然而，上述該等電流(I_1a 、I_2a )的流動方向僅為例示，電流的流動方向亦可與上述電流(I_1a 、I_2a )的流動方向相反，其功能亦相同。或者，本發明之過電流與過溫度保護結構亦可反過來使用。

本實施例之電源輸入部電極端19及電源輸出部電極端23與第一導電構件12及第二導電構件14之間係設置絕緣膜16a及16b，而利用導電連接部21進行其間的電氣連接。然，熟習本領域之技術人士亦可利用其他方式形成電極之電氣連接，而不需設置絕緣膜16a及16b。

圖2A至2C繪示本發明第二實施例之過電流與過溫度保護元件。圖2A為本發明第二實施例之三埠之過電流與過溫度保護元件30的立體組合圖。圖2B為本發明第二實施例之三埠之過電流與過溫度保護元件30中之電阻元件31、第一導電構件32及第二導電構件34之組合的仰視之立體圖。圖2C為本發明第二實施例之三埠之過電流與過溫度保護元件30的等效電路圖。三埠之過電流與過溫度保護元件30與雙埠之過電流與過溫度保護元件10大致相同，不同處在於：電阻元件31之第一導電構件32之絕緣部13分別環設於三個導通孔27周圍，用於限定電流只從電源輸入部32a進入；以及第二導電構件34利用絕緣部15將第二導電構件34電氣隔離成3部分，用於限定電流只從電源輸出部34a、34b及34c輸出。

圖3A為本發明第三實施例之四埠之過電流與過溫度保護元件中之電阻元件41、第一導電構件42及第二導電構件44的仰視之立體圖。電阻元件41之第一導電構件42之絕緣部13分別環設於四個導通孔27(此為四分之一圓孔)周圍，用於限定電流只從電源輸入部42a、42b進入；以及第二導電構件44利用絕緣部15將第二導電構件44電氣隔離成4部分，以形成四個電源輸出部44a、44b、44c及44d。類似於第一及第二實施例，電阻元件41、第一導電構件42及第二導電構件44可依類似方式於相應處製作電源輸入部電極端及電源輸出部電極端，在此不予重述。圖3B為圖3A之第三實施例之四埠之過電流與過溫度保護元件的等效電路圖。

實際應用上，亦可利用類似方式依不同需求製作出如圓形等其他形狀的過電流與過溫度保護元件，或製作出五埠以上之過電流與過溫度保護元件。

參照圖4A，亦可將二個如圖3A所示之電阻元件41、第一導電構件42及第二導電構件44之組合元件層疊設置，並依類似方式製作絕緣膜46a、46b及46c及電源輸入部電極端19及電源輸出部電極端23。其中電源輸入部電極端19電氣連接各該組合元件之第一導電構件42之電源輸入部。電源輸出部電極端23電氣連接各該組合元件之第二導電構件44之電源輸出部，而形成四埠且具並聯功效之過電流與過溫度保護元件40。易言之，電源輸入部電極端19、組合元件中之複數個電阻元件41及電源輸出部電極端23形成電氣並聯結構。圖4B係圖4A之過電流與過溫度保護元件40之等效電路圖。

上述係表面黏著型元件之應用，然其他類型之元件亦可採用本發明之技術特徵，以適用於不同的應用環境。圖5繪示本發明另一實施例之過電流與過溫度保護元件，其係插件式元件之實施例。過電流與過溫度保護元件50包含電阻元件51、第一導電構件52、第二導電構件54、電源輸入部電極端53以及電源輸出部電極端59。類似地，電阻元件係疊設於第一導電構件52及第二導電構件54之間。二第二導電構件54之間以缺口隔開，形成電氣隔離。電源輸入部電極端53係長條狀，連接第一導電構件52表面且延伸向外。電源輸出部電極端59係長條狀，連接第二導電構件54表面且與電源輸入部電極端53沿同方向延伸向外。按此，即可提供插件式過電流與過溫度保護元件之應用。類似地，本發明之電源輸入部電極端以及電源輸出部電極端可略加修改而應用於如軸狀或封裝導線等其他型式之過電流與過溫度保護元件。

此外，本發明亦可同樣利用形成絕緣部(缺口)的方式形成彼此電氣隔離之複數個電源輸入部，形成各電源輸入部對應一個電源輸出部的情況。亦即，類似單一元件包含二個獨立之電阻元件的情況。

本發明可以有效地整合兩個或多個埠以上之過電流與過溫度保護元件而增加其使用範圍，再者本發明能有效地降低電路板上過電流與過溫度保護元件所佔的積體，並且減少銲點的數目。

以上所述，僅為本發明的具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

10、30、40、50．．．過電流與過溫度保護元件

11．．．電阻元件

12．．．第一導電構件

12a、12b．．．電源輸入部

13．．．第一絕緣部

14．．．第二導電構件

14a、14b．．．電源輸出部

15．．．第二絕緣部

16a、16b．．．絕緣膜

17、27．．．導通孔

18、20．．．電極箔片

19．．．電源輸入部電極端

21．．．導電連接部

22．．．隔離構件

23．．．電源輸出部電極端

31．．．電阻元件

32．．．第一導電構件

34．．．第二導電構件

32a．．．電源輸入部

34a、34b、34c．．．電源輸出部

41．．．電阻元件

42．．．第一導電構件

44．．．第二導電構件

42a、42b．．．電源輸入部

44a、44b、44c、44d．．．電源輸出部

46a、46b、46c．．．絕緣膜

51．．．電阻元件

52．．．第一導電構件

54．．．第二導電構件

53．．．電源輸入部電極端

59．．．電源輸出部電極端

圖1A至1D繪示本發明第一實施例之過電流與過溫度保護元件。

圖2A至2C繪示本發明第二實施例之過電流與過溫度保護元件。

圖3A和圖3B繪示本發明第三實施例之過電流與過溫度保護元件。

圖4A和圖4B繪示本發明第四實施例之過電流與過溫度保護元件。

圖5繪示本發明第四實施例之過電流與過溫度保護元件。

10．．．過電流與過溫度保護元件

11．．．電阻元件

12．．．第一導電構件

14．．．第二導電構件

16a、16b．．．絕緣膜

17、27．．．導通孔

18、20．．．電極箔片

19．．．電源輸入部電極端

21．．．導電連接部

22．．．隔離構件

23．．．電源輸出部電極端

Claims (17)

1. 一種過電流與過溫度保護元件，包括：一第一導電構件，包含至少一電源輸入部及用以限定電流只從該電源輸入部進入之第一絕緣部；一第二導電構件，包括至少二電源輸出部及用以限定電流只從該電源輸出部輸出之第二絕緣部，且各電源輸出部利用該第二絕緣部彼此電氣隔離；一電阻元件，疊設於第一導電構件及第二導電構件之間，且與第一導電構件及第二導電構件成物理接觸，該電阻元件為具正溫度或負溫度係數行為之單一材料層，且區分成兩個或兩個以上的電氣特性獨立區域；至少一電源輸入部電極端，電氣連接該電源輸入部；以及至少二電源輸出部電極端，電氣連接該電源輸出部。
2. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其另包括：第一絕緣膜，設於該第一導電構件表面；以及第二絕緣膜，設於該第二導電構件表面；其中該電源輸入部電極端至少部分設於該第一絕緣膜及第二絕緣膜表面，且電源輸出部電極端至少部分設於該第一絕緣膜及第二絕緣膜表面。
3. 根據申請專利範圍第2項之過電流與過溫度保護元件，其中該電源輸入部電極端包括一對第一電極箔片及第一導電連接部，該對第一電極箔片分設於該第一絕緣膜與第二絕緣膜表面，該第一導電連接部沿電源輸入部端面耦接該對第一電極箔片與第一導電構件，該電源輸出部電極端包括一對第二電極箔片及第二導電連接部，該對第二電極箔片分設於第一絕緣膜與第二絕緣膜表面，該第二導電連接部沿該電源輸出部端面耦接該對第二電極箔片與第二導電構件。
4. 根據申請專利範圍第3項之過電流與過溫度保護元件，其中該過電流與過溫度保護元件係一長方體結構，該長方體包括上表面、下表面、以及連接該上下表面之四個側表面。
5. 根據申請專利範圍第4項之過電流與過溫度保護元件，其中該電源輸入部位於其中至少一側表面，該二電源輸出部位於另外兩相對應之側表面。
6. 根據申請專利範圍第4項之過電流與過溫度保護元件，其中該第一導電構件包含二電源輸入部，該二電源輸入部位於兩相對應之側表面，該二電源輸出部位於不同於該二電源輸出部所在處之另外二相應側表面。
7. 根據申請專利範圍第4項之過電流與過溫度保護元件，其中該第一導電構件包含二電源輸入部，該二電源輸入部位於兩相對應之側表面中央，該第二導 電構件包含四電源輸出部，各該電源輸出部位於相鄰兩側表面之連接角落。
8. 根據申請專利範圍第6項之過電流與過溫度保護元件，其中該第一絕緣部包含環設於第二導電連接部之部分，且該第二絕緣部包含環設於第一導電連接部之環繞部分以及連接該環繞部分之連接部分，而將第二導電構件分隔成對應之兩區塊。
9. 根據申請專利範圍第7項之過電流與過溫度保護元件，其中該第一絕緣部包含環設於第二導電連接部之部分，該第二絕緣部包含環設於第一導電連接部之部分，且該第二絕緣部將第二導電構件分隔成對應之四區塊。
10. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其中該電源輸入部電極端、電阻元件及電源輸出部電極端形成電氣串聯結構。
11. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其中該電阻元件包含高分子材料，該高分子材料係擇自聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯、前述之混合物及共聚合物。
12. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其中該電阻元件包含散佈其中之導電粒子，該導電粒子包含金屬粒子、含碳粒子、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氮化物或前述材料之混合物。
13. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其另包含隔離構件，將該電源輸入部電極端與電源輸出部電極端相互電氣隔離。
14. 根據申請專利範圍第1項之過電流與過溫度保護元件，其中該電源輸入部電極端及電源輸出部電極端係插件式長條狀電極，該電源輸入部電極端連接該第一導電構件表面且延伸向外，該電源輸出部電極端連接該第二導電構件表面且延伸向外。
15. 一種過電流與過溫度保護元件，包含：複數個如申請專利範圍第1項之第一導電構件、電阻元件及第二導電構件之組合元件；至少一電源輸入部電極端，電氣連接各該組合元件之第一導電構件之電源輸入部；以及至少二電源輸出部電極端，電氣連接各該組合元件之第二導電構件之電源輸出部；其中該複數個組合元件彼此之間設有第一絕緣膜。
16. 根據申請專利範圍第15項之過電流與過溫度保護元件，其中組合元件與電源輸入部電極端及電源輸出部電極端之間設有第二絕緣膜。
17. 根據申請專利範圍第15項之過電流與過溫度保護元件，其中該電源輸入部電極端、組合元件中之複數個電阻元件及電源輸出部電極端形成電氣並聯結構。