WO2018072292A1

WO2018072292A1 - 电路保护组件

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Publication number: WO2018072292A1
Application number: PCT/CN2016/110342
Authority: WO
Inventors: 杨铨铨; 刘玉堂; 范荣; 方勇; 吴国臣
Original assignee: 上海长园维安电子线路保护有限公司
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-04-26
Also published as: CN106455296A; US20190306970A1; US10674599B2

Abstract

公开了一种电路保护组件，包含由两个金属电极片（110a、110b）间紧密夹固的聚合物基导电复合材料层（120）所构成的具有电阻正温度效应的保护元件，一覆铜箔层压板，中间有通孔，保护元件设在通孔内，该覆铜箔层压板作为电路保护组件的基板上下表面设有胶粘层，将保护元件包覆在覆铜箔层压板与上下胶粘层构成的空间内；通过导电部件使具有电阻正温度效应的保护元件和被保护电路电气连接；其中，聚合物基导电复合材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种电阻率低于100μΩ.cm的导电粉末，导电粉末粒径分布范围在0.1μΩ～50μΩ之间。该电路保护组件可以节省电路保护元件的安装空间，且具有良好的环境可靠性。

Description

电路保护组件

技术领域

本发明涉及一种电路保护组件，特别是一种将具有电阻正温度效应的保护元件内置于覆铜箔层压板中的电路保护组件，以节省电路保护元件的安装空间。

背景技术

聚合物基导电复合材料在正常温度下可维持较低的电阻值，具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把聚合物基导电复合材料制备的保护元件连接到电路中，作为电流传感元件的材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

随着智能移动终端的发展，电子元器件大电流和小型化是发展的趋势。然而，传统的装配在线路板表面的电路保护元件受到越来越有限的空间限制，如需进一步提升性能时，空间的限制致使其性能提升及其有限，如果将电路保护元件内置于覆铜箔层压板内部，既可以大幅减小电路保护元件厚度带来的影响，又给电路保护元件的面积带来较大的可设计空间。并且，电路保护元件被密封在覆铜箔层压板内部，很大程度上降低了外界环境对其的影响，因此具有较好的环境可靠性。

发明内容

本发明涉及一种电路保护组件，不但可以节省电路保护元件的安装空间，且具有良好的环境可靠性。

本发明的电路保护组件，包含由两个金属电极片间紧密夹固聚合物基导电复合材料层构成的具有电阻正温度效应的保护元件，还包括：

(a)覆铜箔层压板，中间有保护元件容置空间，所述的具有电阻正温度效应的保护元件设在容置空间内；

(b)导电部件，使所述具有电阻正温度效应的保护元件和被保护电路电气连接；其中，所述聚合物基导电复合材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种电阻率低于100μΩ.cm的导电粉末，所述导电粉末粒径分布范围在0.1μm～50μm之间。

将保护元件内置于覆铜箔层压板内部，既可以大幅减小电路保护元件厚度带来的影响，并且，很大程度上降低了外界环境对保护元件的影响，具有较好的环境可靠性。

在上述方案基础上,所述覆铜箔层压板按结构是单层、双层或多层板，采用纸基、玻璃纤维布基、纸基和玻璃纤维布复合基板、陶瓷基基板，在基板上下覆盖胶粘层后与铜箔复合。

在上述方案基础上,所述的胶粘层采用酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰亚胺改性三嗪树脂、聚酰亚胺树脂、二亚苯基醚树脂、马来酸酐亚胺-苯乙烯树脂、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂中的一种或其组合。

在上述方案基础上,所述聚合物基材为：聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。

在上述方案基础上,所述导电粉末选自:碳系导电粉末、金属粉末、导电陶瓷粉末及它们的混合物。

在上述方案基础上,所述碳系导电粉末为：碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯及它们的混合物。

在上述方案基础上,所述金属粉末为：铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物。

在上述方案基础上,所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、层状结构陶瓷粉之中的一种或几种的混合物。

在上述方案基础上,所述金属硼化物为硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬或三硼化五铬之中的一种。

在上述方案基础上,所述氮化物为氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌或氮化铪中的一种。

在上述方案基础上,所述碳化物为碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨或二碳化三铬之中的一种。

在上述方案基础上,所述硅化物为二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬或二硅化铬之中的一种。

在上述方案基础上,所述层状结构陶瓷粉为Sc₂InC、Ti₂AlC、Ti₂GaC、Ti₂InC、Ti₂TlC、V₂AlC、V₂GaC、Cr₂GaC、Ti₂AlN、Ti₂GaN、Ti₂InN、V₂GaN、Cr₂GaN、Ti₂GeC、Ti₂SnC、Ti₂PbC、 V₂GeC、Cr₂SiC、Cr₂GeC、V₂PC、V₂AsC、Ti₂SC、Zr₂InC、Zr₂TlC、Nb₂AlC、Nb₂GaC、Nb₂InC、Mo₂GaC、Zr₂InN、Zr₂TlN、Zr₂SnC、Zr₂PbC、Nb₂SnC、Nb₂PC、Nb₂AsC、Zr₂SC、Nb₂SC、Hf₂SC、Hf₂InC、Hf₂TlC、Ta₂AlC、Ta₂GaC、Hf₂SnC、Hf₂PbC、Hf₂SnN、Ti₃AlC₂、V₃AlC₂、Ta₃AlC₂、Ti₃SiC₂、Ti₃GeC₂、Ti₃SnC₂、Ti₄AlN₃、V₄AlC₃、Ti₄GaC₃、Nb₄AlN₃、Ta₄AlC₃、Ti₄SiC₃、Ti₄GeC₃之中的一种及其混合物。

在上述方案基础上,所述导电部件将所述具有电阻正温度效应的保护元件串接于被保护电路中形成导电通路。

在上述方案基础上,所述导电部件的基材为镍、铜、铝、锌、锡、铋、铟、银、金中的一种及它们的合金，形状为点状、线状、带状、层片状、柱状、全圆通孔、半圆通孔、弧形通孔或盲孔。

在上述方案基础上,在覆铜箔层压板外表面覆盖绝缘漆层。防止其它元件与外部线路电气接触，并可在其上印刷标识符。

本发明优越性在于：将电路保护元件内置于覆铜箔层压板内部，既可以大幅减小电路保护元件厚度带来的影响，又给电路保护元件的面积带来较大的可设计空间。并且，电路保护元件被密封在覆铜箔层压板内部，很大程度上降低了外界环境对其的影响，具有较好的环境可靠性。

附图说明

图1本发明的具有电阻正温度效应的保护元件示意图；

图2本发明第1实施例的剖面结构示意图；

图3本发明第2实施例的剖面结构示意图；

图4本发明第3实施例的剖面结构示意图；

图中标号说明：

100、200、300、400——保护元件；

110a、210a、310a、410a——下金属电极片；

110b、210b、310b、410b——上金属电极片；

120、220、320、420——聚合物基导电复合材料层；

231a、331a、431a——下绝缘涂层；

231b、331b、431b——上绝缘涂层；

232、332、432——层压板；

233a、333a、433a——下胶粘层；

233b、333b、433b——上胶粘层；

240a、340a、440a——导电部件一；

240b、340b、440b——导电部件二；

440c——导电部件三；

250a——下铜箔；

250b——上铜箔；

图3中，

350a、350b——左、右铜箔；

图4中，

450a、450b——左、右上铜箔；

450c——下铜箔。

具体实施方式

一、材料准备

制作具有电阻正温度效应的电路保护元件：

将聚合物、导电填料按合适的配方配料。将密炼机温度设定为180度，转速为30转/分钟，先加入聚合物密炼3分钟后，然后加入导电填料，继续密炼15分钟后出料，得到具有电阻正温度效应的导电复合材料。

将上述熔融混合好的具有电阻正温度效应的导电复合材料通过开炼机压延，得到厚度为0.20-0.25毫米的具有电阻正温度效应的导电复合材料基层120，如图1所示的具有电阻正温度效应的保护元件100。

将具有电阻正温度效应的导电复合材料基层120，按图1所示置于下金属电极片110a和上金属电极片110b之间，二金属电极片的粗糙面与具有电阻正温度效应的聚合物基导电复合材料基层120紧密结合，通过热压合的方法将上述三层叠好紧密结合在一起。热压合的温度为180摄氏度，压力为12兆帕，时间为10分钟，最后在冷压机上冷压10分钟，得到具有电阻正温度效应的芯片。

将具有电阻正温度效应的芯片经过冲压或划片，制成合适大小的具有电阻正温度效应的保护元件100。

二、电路保护组件制作：

(a)覆铜箔层压板，中间有保护元件容置空间，将上述具有电阻正温度效应的保护元件设在容置空间内；

所述导电部件的基材为镍、铜、铝、锌、锡、铋、铟、银、金中的一种及它们的合金，形状为点状、线状、带状、层片状、柱状、全圆通孔、半圆通孔、弧形通孔或盲孔。

实施例1

如图2所示：电路保护组件，包含覆铜箔层压板、具有电阻正温度效应的保护元件和导电部件。将具有电阻正温度效应的保护元件200置于覆铜箔层压板的基材层压板232中，保护元件200结构和性能与保护元件100相同或相近，该保护元件200由具有电阻正温度效应的聚合物基导电复合材料基层220、下金属电极片210a和上金属电极片210b组成；将半固化的上胶粘层233b和下胶粘层233a热压合在层压板232的上下表面，然后将下铜箔250a和上铜箔250b分别压合在半固化层下胶粘层233a和上胶粘层233b上，将上金属电极210b通过导电部件二240b与上铜箔250b电气连接；将下金属电极片210a通过导电部件一240a与下铜箔250a电气连接,下铜箔250a和上铜箔250b可以加工成各种形状的外部线路。在电路保护组件的上下表面分别覆盖一层绝缘漆，形成上、下绝缘涂层231b、231a，防止其它元件与外部线路电气接触，并可在其上印刷标识符。

实施例2

如图3所示，电路保护组件，包含覆铜箔层压板、具有电阻正温度效应的保护元件300和导电部件。将具有电阻正温度效应的保护元件300置于覆铜箔层压板的基材332中，保护元件300结构和性能与保护元件100相同或相近，保护元件300由具有电阻正温度效应的聚合物导电复合材料基层320、下金属电极片310a和上金属电极片310b组成，将半固化的上胶粘层333b和下胶粘层333a热压合在层压板332的上下表面，然后在外表面复合铜箔，对铜箔进行进行刻蚀，形成左、右铜箔350a、350b，将上金属电极310b通过导电部件二340b与右铜箔350b电气连接；将下金属电极片310a通过导电部件一340a与左铜箔350a电气连接。左、右铜箔350a、350b可以加工成各种形状的外部线路。在电路保护组件的上下表面分别覆盖一层绝缘漆，形成上、下绝缘涂层331b、331a，防止其它元件与外部线路电气接触，并可在其上印刷标识符。

实施例3

如图4所示，电路保护组件，包含覆铜箔层压板、具有电阻正温度效应的保护元件400和导电部件。将具有电阻正温度效应的保护元件400置于层压板432中，保护元件400结构和性能与保护元件100相同或相近，保护元件400由具有电阻正温度效应的导电复合材料基层420、下金属电极片410a和上金属电极片410b组成，将半固化的上胶粘层433b和下胶粘层433a热压合在层压板432的上下表面，然后将铜箔分别压合在半固化层433a和433b上，对铜箔进行刻蚀，形成左、右上铜箔450a、450b和下铜箔450c，将上金属电极410b通过导电部件二440b与右上铜箔450b电气连接，再将右上铜箔450b和下铜箔450c通过导电部件三440c电气连接；将下金属电极410a通过导电部件一440a与左上铜箔450a电气连接,450a、450b和450c为可以加工成各种形状的外部线路。在电路保护组件的上下表面分别覆盖一层绝缘漆431b和431a，防止其它元件与外部线路电气接触，并可在其上印刷标识符。

本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。

Claims

一种电路保护组件，包含由两个金属电极片间紧密夹固聚合物基导电复合材料层构成的具有电阻正温度效应的保护元件，其特征在于，还包括：

(a)覆铜箔层压板，中间有保护元件容置空间，所述的具有电阻正温度效应的保护元件设在容置空间内；

(b)导电部件，使所述具有电阻正温度效应的保护元件和被保护电路电气连接；其中，所述聚合物基导电复合材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种电阻率低于100μΩ.cm的导电粉末，所述导电粉末粒径分布范围在0.1μm～50μm之间。
根据权利要求1所述的电路保护组件，其特征在于，所述覆铜箔层压板按结构是单层、双层或多层板，采用纸基、玻璃纤维布基、纸基和玻璃纤维布复合基板、陶瓷基基板，在基板上下经胶粘层与铜箔复合。
根据权利要求1或2所述的电路保护组件，其特征在于；所述的胶粘层采用酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰亚胺改性三嗪树脂、聚酰亚胺树脂、二亚苯基醚树脂、马来酸酐亚胺-苯乙烯树脂、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂中的一种或其组合。
根据权利要求1所述的电路保护组件，其特征在于所述聚合物基材为：聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。
根据权利要求1所述的电路保护组件，其特征在于，所述导电粉末选自:碳系导电粉末、金属粉末、导电陶瓷粉末及它们的混合物。
根据权利要求5所述的电路保护组件，其特征在于所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、层状结构陶瓷粉之中的一种或几种的混合物。
根据权利要求6所述的电路保护组件，其特征在于，所述层状结构陶瓷粉为Sc₂InC、Ti₂AlC、Ti₂GaC、Ti₂InC、Ti₂TlC、V₂AlC、V₂GaC、Cr₂GaC、Ti₂AlN、Ti₂GaN、Ti₂InN、V₂GaN、Cr₂GaN、Ti₂GeC、Ti₂SnC、Ti₂PbC、V₂GeC、Cr₂SiC、Cr₂GeC、V₂PC、V₂AsC、Ti₂SC、Zr₂InC、Zr₂TlC、Nb₂AlC、Nb₂GaC、Nb₂InC、Mo₂GaC、Zr₂InN、Zr₂TlN、Zr₂SnC、Zr₂PbC、Nb₂SnC、Nb₂PC、Nb₂AsC、Zr₂SC、Nb₂SC、Hf₂SC、Hf₂InC、Hf₂TlC、Ta₂AlC、Ta₂GaC、Hf₂SnC、Hf₂PbC、Hf₂SnN、Ti₃AlC₂、V₃AlC₂、Ta₃AlC₂、Ti₃SiC₂、Ti₃GeC₂、Ti₃SnC₂、Ti₄AlN₃、V₄AlC₃、Ti₄GaC₃、Nb₄AlN₃、Ta₄AlC₃、Ti₄SiC₃、Ti₄GeC₃之中的一种及其混合物。
根据权利要求1所述的电路保护组件，其特征在于，所述导电部件将所述具有电阻正温度效应的保护元件串接于被保护电路中形成导电通路。
根据权利要求8所述的电路保护组件，其特征在于，所述导电部件的基材为镍、铜、铝、锌、锡、铋、铟、银、金中的一种及它们的合金，形状为点状、线状、带状、层片状、柱状、全圆通孔、半圆通孔、弧形通孔或盲孔。
根据权利要求1或2所述的电路保护组件，其特征在于，在覆铜箔层压板外表面覆盖绝缘漆层。
根据权利要求10所述的电路保护组件，其特征在于，将具有电阻正温度效应的保护元件置于覆铜箔层压板的基材层压板容中，该保护元件由具有电阻正温度效应的聚合物基导电复合材料基层、下金属电极片和上金属电极片组成；将半固化的上胶粘层和下胶粘层热压合在层压板的上下表面，然后将上下铜箔分别压合在半固化层上，将上金属电极通过导电部件二与上铜箔电气连接；将下金属电极片通过导电部件一与下铜箔电气连接,下铜箔和上铜箔可以加工成各种形状的外部线路。
根据权利要求10所述的电路保护组件，其特征在于，将具有电阻正温度效应的保护元件置于覆铜箔层压板的基材中，该保护元件由具有电阻正温度效应的聚合物导电复合材料基层、下金属电极片和上金属电极片组成，将半固化的上胶粘层和下胶粘层热压合在层压板的上下表面，然后在外表面复合铜箔，对铜箔进行进行刻蚀，形成左、右铜箔，将上金属电极通过导电部件二与右铜箔电气连接；将下金属电极片通过导电部件一与左铜箔电气连接。
根据权利要求10所述的电路保护组件，其特征在于，将具有电阻正温度效应的保护元件置于层压板中，该保护元件由具有电阻正温度效应的导电复合材料基层、下金属电极片和上金属电极片组成，将半固化的上胶粘层和下胶粘层热压合在层压板上下表面，然后将铜箔分别压合在半固化层上，对铜箔进行刻蚀，形成左、右上铜箔和下铜箔，将上金属电极通过导电部件二与右上铜箔电气连接，再将右上铜箔和下铜箔通过导电部件三电气连接；将下金属电极通过导电部件一与左上铜箔电气连接。