TWI539472B - 過電流保護元件 - Google Patents

Description

過電流保護元件

本發明係關於一種被動元件，尤係關於一種過電流保護元件。

習知之正溫度係數(Positive Temperature Coefficient；PTC)元件之電阻值對溫度變化的反應相當敏銳。當PTC元件於正常使用狀況時，其電阻可維持極低值而使電路得以正常運作。但是當發生過電流或過高溫的現象而使溫度上升至一臨界溫度時，其電阻值會瞬間彈跳至一高電阻狀態(例如10⁴ohm以上)而將過量之電流反向抵銷，以達到保護電池或電路元件之目的。

參照圖1，美國專利US 6,713,210揭示一具過電流保護之電路板結構。一IC元件2係設置於一保護電路模組(Protective Circuit Module；PCM)1上，一PTC元件3則以表面黏著方式固設於該PCM 1表面。該PTC元件3係一層疊結構，一PTC材料層6係設置於鎳箔(或鍍鎳銅箔)7、7'之間，該鎳箔7、7'作為PTC材料層6之電極箔。一鎳片4係固接於該鎳箔7之上表面作為外接電極之用。在鎳箔7'之下表面(即相鄰於PCM 1之表面)另銲接一銅電極5，相對於PTC元件3成一對稱結構。

考量後續點銲(spot welding)時必須承受較大之電壓、電流，該PTC元件3無法直接進行點銲，而需先行結合該鎳片4，其厚度較佳地約需0.3mm以上，以避免後續點銲時破壞PTC元件之鎳箔7、7'。然而該鎳片4通常需要以人工的方式結合於該PTC元件，不利於大量製造及降低成本。

本發明係提供一種過電流保護元件，可應用於電池之保護電路模組(PCM)。該過電流保護元件可利用表面黏著、迴焊或點焊等方式進行與PCM或外接電極片之結合，而適於機械化大量製造，進而可有效減少製造時間及成本。

本發明一實施例之過電流保護元件包括電阻元件、絕緣層、電極層及至少一導電連接件。電阻元件包含一第一電極箔、一第二電極箔及疊設於該第一電極箔及第二電極箔之間的正溫度係數材料層。絕緣層設於該第一電極箔表面。電極層設於該絕緣層之表面。導電連接件至少貫穿該電極層、絕緣層及第一電極箔，用以電氣連接該電極層及第一電極箔。該導電連接件與第二電極箔電氣隔離。該第一電極箔及第二電極箔中之一者用於電氣連接PCM表面，另一者用於電氣連接欲保護電池之電極端。

一實施例中，過電流保護元件另包含設於第二電極箔表面之焊墊，並於該焊墊區域以外之該第二電極箔表面設置防焊漆層(Solder Mask)。本實施例中，過電流保護元件可利用該焊墊焊接於PCM之表面。電極層可以迴焊或點焊方式連接外接電極層。

又一實施例中，過電流保護元件之電極層可利用表面黏著或迴焊等方式連接於PCM表面。第二電極箔可為銅箔，而其表面可形成錫金屬層，可利用迴焊或點焊方式連接外接電極層。

圖2A至2C係本發明第一實施例之過電流保護元件之示意圖。圖2A係過電流保護元件10之立體結構，圖2B係圖2A中沿1-1剖面線之剖面示意圖。圖2C係過電流保護元件10之底部視圖。過電流保護元件10主要包括電阻元件11、絕緣層15、電極層16及導電連接件19。電阻元件11包括第一電極箔12、第二電極箔14及疊設於第一電極箔12及第二電極箔14之間的正溫度係數材料層13。絕緣層15設於第一電極箔12表面，且電極層16設於絕緣層15之表面，其中電阻元件11、絕緣層15及電極層16形成層疊結構。

導電連接件19至少貫穿電極層16、絕緣層15及第一電極箔12，用以電氣連接電極層16及第一電極箔12。需注意的是，導電連接件19與第二電極箔14為電氣隔離。

本實施例中，導電連接件19係表面鍍有導電層之導電通道18。進一步言之，本實施例之導電通道18係貫穿過電流保護元件10中央處之導電孔。

實際應用時，第二電極箔14可利用表面黏著(Surface Mounting)方式固定於PCM表面，電極層16可以電鍍增厚方式或選用厚度大於50μm之較厚銅箔以點焊的方式結合外接電極片(圖未示)，或於電極層16表面另設置金屬電極(圖未示)作為後續製程使用。另一實施例中，為求更佳的結合品質及便利性，過電流保護元件10之底面可另設置於第二電極箔14表面之焊墊20，且將焊墊20區域以外之第二電極箔14表面塗佈絕緣防焊漆層17。本實施例中，焊墊20分置於導電連接件19兩側。較佳地，焊墊20之厚度等同或略大於防焊漆層17之厚度，因而焊墊20可等同或略凸出於防焊漆層17之表面。基此，可利用焊墊20作為焊接介面，而將過電流保護元件10固設於PCM表面。

一實施例中，電極層16可選用銅箔、鎳箔或其他金屬箔，作為迴焊或點焊用。前述銅箔亦可於表面鍍鎳，以防氧化。另外，電極層16亦可選用鍍錫銅箔作為後續於表面另設置金屬電極之用。焊墊20之材料可選用錫或其他金屬。絕緣層15可選用聚丙烯、玻璃纖維或環氧樹脂等。

圖3A至3C係本發明第二實施例之過電流保護元件之示意圖。圖3A係過電流保護元件30之立體結構，圖3B係圖3A中沿2-2剖面線之剖面示意圖。圖3C係過電流保護元件30之底部視圖。過電流保護元件30之基本結構與第一實施例之過電流保護元件10大致相同，不同處在於：導電通孔18係以過電流保護元件30兩側面之半圓導電孔25替代。半圓導電孔25之表面可鍍上導電層以形成導電連接件29。導電連接件29至少貫穿電極層16、絕緣層15及第一電極箔12，用以電氣連接電極層16及第一電極箔12。需注意的是，導電連接件29與第二電極箔14為電氣隔離。

上述之導電連接件19、29亦可採用複數個或其他型式，而提供等同功效。

圖4A至圖4B係本發明第三實施例之過電流保護元件40之示意圖。相較於圖2A至2C所示之過電流保護元件10之利用電極層16結合外接電極片，且利用焊墊20連接PCM表面，過電流保護元件40類似將元件倒置，利用電極層16以表面黏著或迴焊方式連接於PCM表面，而第二電極箔14一般可為銅箔，並可於表面鍍錫金屬層42，並且利用防焊漆層43(設於元件中央之導電連接件19一端)進行導電連接件19與第二電極箔14及錫金屬層42間之電氣隔離。錫金屬層42可連接外接電極片(圖未示)，其可連接至電池之電極端。實際上，第二電極箔14和錫金屬層42之組合的作用即相當於電極層16，而得以單一銅箔、鎳箔、鍍鎳銅箔或其他金屬箔替代。另外，導電連接件19間之空孔可填入絕緣填孔膠41。

圖5A至5B係本發明第四實施例之過電流保護元件50之示意圖。相較於圖3A至3C所示之過電流保護元件30之利用電極層16結合外接電極片，且利用焊墊20連接PCM表面，過電流保護元件50類似將元件倒置，利用電極層16以表面黏著或迴焊方式連接於PCM表面，而第二電極箔14一般可為銅箔，且本實施例係於第二電極箔14表面鍍錫金屬層45，並且利用防焊漆層44進行導電連接件29與第二電極箔14及錫金屬層45間之電氣隔離。錫金屬層45可以迴焊或點焊方式連接外接電極片(圖未示)，其可連接至電池之電極端。

圖5A及5B之半圓導電連接件29係設置於元件兩側，其亦可設置於元件四個角落(1/4圓導電連接件)，亦即可採用複數個或其他型式之導電連接件，而提供等同功效。

按前述實施例之設計，過電流保護元件10、30、40及50一面係固定於PCM上，另一面則可連接外接電極片。參照圖6A，以過電流保護元件40為例(可以元件10、30、50替代)，其係固定於PCM 60上，另一端則連接外接電極片61。該外接電極片61一般可為鎳片或其他金屬片，可連接鋰離子或鋰高分子電池等二次電池的電極端。外接電極片61可以用迴焊或點焊方式與過電流保護元件40或電池的電極結合。

圖6A之外接電極片61為長條形，其亦可順應電池之設計而為各種其它形狀，例如圖6B之L型，或圖6C之彎曲狀，以方便連接到電池的電極端。

傳統之PTC元件因無法直接利用點焊與鎳片或其他金屬片結合，而需以錫膏迴銲的方式進行結合，而迴銲(reflow)溫度常需大於230℃，而恐將影響PTC元件之回復性質。本發明之過電流保護元件焊接外接電極時因可利用點焊，其僅需考慮元件所含之熱固性塑膠之固化(curing)溫度，其通常小於200℃，而不致於影響PTC元件之回復性質。

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。

1．．．保護電路模組

2．．．IC元件

3．．．PTC元件

4．．．鎳片

5．．．銅電極

6．．．PTC材料層

7、7’．．．鎳箔

10、30、40、50．．．過電流保護元件

11．．．電阻元件

12．．．第一電極箔

13．．．正溫度係數材料層

14．．．第二電極箔

15．．．絕緣層

16．．．電極層

17．．．防焊漆層

18．．．導電通孔

19、29．．．導電連接件

20．．．焊墊

25．．．半圓導電孔

41．．．填孔膠

42、45．．．錫金屬層

43、44．．．防焊漆層

60．．．PCM

61．．．外接電極片

圖1係習知之PTC元件於PCM上之應用示意圖。

圖2A至2C係本發明第一實施例之過電流保護元件示意圖。

圖3A至3C係本發明第二實施例之過電流保護元件示意圖。

圖4A至4B係本發明第三實施例之過電流保護元件示意圖。

圖5A至5B係本發明第四實施例之過電流保護元件示意圖。

圖6A至6C係本發明之過電流保護元件之應用示意圖。

10．．．過電流保護元件

11．．．電阻元件

12．．．第一電極箔

13．．．正溫度係數材料層

14．．．第二電極箔

15．．．絕緣層

16．．．電極層

17．．．防焊漆層

18．．．導電通孔

19．．．導電連接件

20．．．焊墊

Claims (12)

1. 一種過電流保護元件，應用於一保護電路模組，包括：一電阻元件，包含一第一電極箔、一第二電極箔及疊設於該第一電極箔及第二電極箔之間的正溫度係數材料層；一絕緣層，設於該第一電極箔表面；一電極層，設於該絕緣層之表面，且形成該過電流保護元件之下表面，作為焊接至保護電路模組表面之介面；以及至少一導電連接件，至少依序貫穿該電極層、絕緣層、第一電極箔及正溫度係數材料層，用以電氣連接該電極層及第一電極箔，且該導電連接件與該第二電極箔電氣隔離；其中該絕緣層疊設於該電極層和該電阻元件之間，形成層疊結構；其中該第一電極箔用於電氣連接該保護電路模組表面，該第二電極箔用於電氣連接電池之電極端；其中該第二電極箔鄰近該至少一導電連接件處設有缺口，該缺口的位置涵蓋該導電連接件之截面，從而該第二電極箔與該至少一導電連接件形成 隔離；其中該第二電極箔直接或另鍍上錫金屬層作為該過電流保護元件的上表面，該過電流保護元件的上表面包含超過50%的導電面積而提供焊接一外接電極片之介面，該第二電極箔係電氣連接該外接電極片。
2. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該導電連接件係表面鍍有導電層之導電通道。
3. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該導電連接件係位於過電流保護元件中央，且貫穿該過電流保護元件之導電孔。
4. 根據申請專利範圍第3項之過電流保護元件，其中該缺口為圓形缺口，且該圓形缺口之直徑大於該導電孔之直徑。
5. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該導電連接件係設於該過電流保護元件側面之半圓導電孔。
6. 根據申請專利範圍第5項之過電流保護元件，其中該缺口為半圓形缺口，且該半圓形缺口之半徑大於該半圓導電孔之半徑。
7. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其另包含連接導電連接件一端且設置於該缺口中之防 焊漆層，用於電氣隔離該第二電極箔及導電連接件，該防焊漆層於該上表面所佔面積小於該導電面積。
8. 根據申請專利範圍第7項之過電流保護元件，其中該防焊漆層位於過電流保護元件之中央或兩側。
9. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該外接電極片係利用迴焊或點焊方式連接於該錫金屬層。
10. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其係利用該電極層以表面黏著或迴焊方式固定於該保護電路模組之表面。
11. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該外接電極片係以迴焊或點焊方式連接於該第二電極箔。
12. 根據申請專利範圍第1項之過電流保護元件，其中該外接電極片之形狀為長條形、彎曲形或L形。