TWM467242U - 過電流保護裝置 - Google Patents

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TWM467242U
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TW102214255U
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Wen-Feng Lee
Chun-Teng Tseng
Yi-An Sha
Yi-Nuo Chen
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Polytronics Technology Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

過電流保護裝置
本創作關於一種過電流保護裝置，特別是關於一種應用於二次電池(secondary battery)之過電流保護裝置。
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具有對溫度變化反應敏銳的特性，可作為電流或溫度感測元件之材料，且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，即發生觸發(trip)現象，從而降低流過的電流值。
目前行動裝置使用的二次電池(例如鋰電池)的過電流保護是將二次電池串接一保護電路模組(Protection Circuit Module；PCM)，而該保護電路模組中搭載PTC元件，以提供過電流時的保護。圖1例示一保護電路模組10，其中PTC元件11係設置於電路板(PCB)15上。該保護電路模組10上通常會因應電路設計另外設置各式電阻13、電感14等被動元件及包含場效電晶體的IC元件12。PTC元件11和IC元件12通常具有一定的高度，而搭載PTC元件11和IC元件12的電路板15亦具有一定厚度，使得保護電路模組10整體的厚度會達1.8-2.3mm，或甚至更高。
隨著手持式電子產品的演進，為增加產品電池的續航力，IC元件與被動元件在電路上能佔有的空間也更加窄小。因此，如何在不降低元件尺寸、不降低維持電流(hold current)、同時也不增加PTC元件的電阻的前提下，經由結構設計，使PTC相關保護模組所佔空間減少，已經成為亟需突破的重要課題。
本創作關於應用於二次電池之過電流保護裝置。當二次電池發生過電流事件時，可瞬間提高電路中的電阻，進而大幅降低電流值，以提供過電流保護。本創作將具有過電流保護功能之PTC元件的部份埋設於電路基板中，可有效降低過電流保護裝置所佔的空間。藉此可在有限的過電流保護裝置厚度要求下，搭載更厚的PTC元件，以達到低電阻與高維持電流的目的。
根據本創作之一種應用於二次電池之過電流保護裝置，其包括一電路基板、至少一主動或被動元件及一PTC元件。電路基板具有一凹洞，且該電路基板電氣連接於該二次電池的正、負極。主動或被動元件設置於該電路基板上。PTC元件設置於該凹洞中，且包含第一電極及第二電極。該第一電極和第二電極電氣連接該電路基板。較佳地，根據請求項1之過電流保護裝置，其中PTC元件高度的至少四分之一設置於該凹洞中。
一實施例中，該第一電極和第二電極打線連接(wire bonding) 或使用金屬片連接/焊接至該電路基板。
一實施例中，該PTC元件另包含電阻元件，該電阻元件包含第一導電層、第二導電層及疊設於其間之PTC材料層，該第一電極連接該第一導電層，第二電極連接該第二導電層。
一實施例中，該第一電極包含位於PTC元件上下表面之電極層，且利用第一導通件進行連接，該第二電極包含位於PTC元件上下表面之電極層，且利用第二導通件進行連接。
一實施例中，該第一電極中位於PTC元件上表面之電極層，其所佔面積超過上表面的二分之一，且該第二電極中位於PTC元件下表面之電極層，其所佔面積超過下表面的二分之一。藉此提供PTC元件較佳的散熱效率。
一實施例中，該PTC元件另包含一PTC材料層，該PTC材料層之上下表面物理接觸該第一電極和第二電極。
一實施例中，該過電流保護裝置的高度在1.5mm以下。
一實施例中，該主動元件包含IC，被動元件包含電阻、電感。
本創作可利用鏤銑(routing)方式於電路基板中挖出凹洞，使得將PTC元件安裝於電路基板中時，有部分的PTC元件埋設於該電路基板中，因此可減少PTC元件突出電路基板的高度，以滿足降低過電流保護裝置整體高度的需求。
為讓本創作之上述和其他相關技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，作詳細說明如下。
圖2繪示本創作第一實施例之過電流保護裝置示意圖。過電流保護裝置20主要架構於電路基板21。該電路基板21表面包含電路22，且相關主動或被動元件設於該電路22表面。本實施例中，主動元件可包含例如IC元件24，被動元件可包含例如電阻23或電感等其他元件。電路基板21可用鏤銑(routing)方式銑出凹洞27，以供PTC元件31設置於其中。
本實施例中，部分之PTC元件31設置於該凹洞27中，且包含電阻元件42、第一電極314及第二電極315。第一電極314和第二電極315電氣連接該電路基板21。電阻元件42包含PTC材料層311、第一導電層312和第二導電層313，其中PTC材料層311疊設於第一導電層312和第二導電層313之間。第一電極314包含位於該PTC元件31上下表面的電極層和第一導通件316。第一導通件316連接上下表面之電極層以及第一導電層312。第二電極315包含位於該PTC元件31上下表面之電極層和第二導通件317。第二導通件317連接上下表面之電極層以及第二導電層313。藉此，第一電極314電氣連接第一導電層312，而第二電極315電氣連接第二導電層313，而構成通過PTC材料層311之導電路徑。電阻元件42上下表面設置絕緣層318，該絕緣層318可為添加玻璃纖維的環氧樹脂材料。第一電極314通過金屬線26以打線方式連接至電路基板21上的電路22。第二電極315通過金屬線27以打線方式連接至電路基板21上的電路22。實務上除打線連接外，亦可以使用金屬片進行連接/焊接。較佳地，PTC元件31的高度(厚度)至少有四分之一、三分之一或甚至二分之一位於該凹洞27中，如此可有大幅降低過電流保護裝置20的整體厚度至例如1.5mm、1.2mm或甚至1mm以下。
圖3繪示本創作第二實施例之過電流保護裝置示意圖。圖3所示之過電流保護裝置30與圖2之過電流保護裝置20同樣將PTC元件設置於凹洞27中，其差異僅在於不同的PTC元件結構。相較於圖2所示之PTC元件31，本實施例之PTC元件32於上表面之第一電極324向左延伸，使得第一電極324於上表面所佔面積超過上表面的二分之一。PTC元件32於下表面之第二電極325向右延伸，使得第二電極325於下表面所佔面積超過下表面的二分之一。本實施例中，於表面佔較大面積的第一電極和第二電極，可具有較佳的散熱效果，可改善因散熱不良導致維持電流(hold current)過低的問題。
圖4繪示本創作第二實施例之過電流保護裝置示意圖。圖4所示之過電流保護裝置40與圖2之過電流保護裝置20同樣將PTC元件設置於凹洞27中，其差異僅在於不同的PTC元件結構。相較於圖2所示之PTC元件31，本實施例的PTC元件33之第一電極334和第二電極335直接物理接觸PTC材料層331的上下表面。類似地，第一電極334包含上下之電極層和連接該上下電極層之第一導通件336。第二電極335包含上下之電極層和連接該上下電極層之第二導通件337。
本創作於電路基板上製造凹洞，因此PTC元件裝設於該凹洞時可有效降低過電流保護裝置的整體高度。上述實施例之PTC元件為表面黏著型PTC元件，且PTC元件採取左右電極的設計，因此可直接打線連接或使用金屬片連接/焊接PTC元件上表面的電極至電路基板上的相應電路，即可形成過電流保護電路，提供二次電池發生過電流時的保護。另外，可在有限的過電流保護裝置厚度要求下，搭載更厚的PTC元件，以達到低電阻與高維持電流的目的。
本創作之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域具有通常知識之技術人士仍可能基於本創作之教示及揭示而作種種不背離本創作精神之替換及修飾。因此，本創作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創作之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧保護電路模組
11‧‧‧PTC元件
12、24‧‧‧IC元件
13‧‧‧電阻
14‧‧‧電感
15‧‧‧電路板
20、30、40‧‧‧過電流保護裝置
21‧‧‧電路基板
22‧‧‧電路
23‧‧‧電阻
25、26‧‧‧金屬線
27‧‧‧凹洞
31、32、33‧‧‧PTC元件
42‧‧‧電阻元件
311、331‧‧‧PTC材料層
312‧‧‧第一導電層
313‧‧‧第二導電層
314、324、334‧‧‧第一電極
315、325、335‧‧‧第二電極
316、336‧‧‧第一導通件
317、337‧‧‧第二導通件
318‧‧‧絕緣層
圖1繪示習知之過電流保護裝置示意圖。圖2繪示本創作第一實施例之過電流保護裝置示意圖。圖3繪示本創作第二實施例之過電流保護裝置示意圖。圖4繪示本創作第三實施例之過電流保護裝置示意圖。
20‧‧‧過電流保護裝置
21‧‧‧電路基板
22‧‧‧電路
23‧‧‧電阻
24‧‧‧IC元件
25、26‧‧‧金屬線
27‧‧‧凹洞
31‧‧‧PTC元件
42‧‧‧電阻元件
311‧‧‧PTC材料層
312‧‧‧第一導電層
313‧‧‧第二導電層
314‧‧‧第一電極
315‧‧‧第二電極
316‧‧‧第一導通件
317‧‧‧第二導通件
318‧‧‧絕緣層

Claims (9)

  1. 一種過電流保護裝置，用於提供二次電池的過電流保護，其包括：一電路基板，具有一凹洞，該電路基板電氣連接於該二次電池的正、負極；至少一主動或被動元件，設置於該電路基板上；以及一PTC元件，設置於該凹洞中，且包含第一電極及第二電極，該第一電極和第二電極電氣連接該電路基板。
  2. 根據請求項1之過電流保護裝置，其中該PTC元件高度的至少四分之一設置於該凹洞中。
  3. 根據請求項1之過電流保護裝置，其中該第一電極和第二電極打線或以金屬片連接至該電路基板。
  4. 根據請求項3之過電流保護裝置，其中該PTC元件另包含電阻元件，該電阻元件包含第一導電層、第二導電層及疊設於其間之PTC材料層，該第一電極連接該第一導電層，第二電極連接該第二導電層。
  5. 根據請求項4之過電流保護裝置，其中該第一電極包含位於PTC元件上下表面之電極層，且利用第一導通件進行連接，該第二電極包含位於PTC元件上下表面之電極層，且利用第二導通件進行連接。
  6. 根據請求項5之過電流保護裝置，其中該第一電極中位於PTC元件上表面之電極層，其所佔面積超過上表面的二分之一，且該第二電極中位於PTC元件下表面之電極層，其所佔面積超過下表面的二分之一。
  7. 根據請求項1之過電流保護裝置，其中該PTC元件另包含一PTC材料層，該PTC材料層之上下表面物理接觸該第一電極和第二電極。
  8. 根據請求項1之過電流保護裝置，其中該過電流保護裝置的高度在1.5mm以下。
  9. 根據請求項1之過電流保護裝置，其中該主動元件包含IC，被動元件包含電阻、電感。
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