CN105976954A

CN105976954A - 过电流保护元件

Info

Publication number: CN105976954A
Application number: CN201610553351.4A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 刘玉堂; 杨铨铨; 吴国臣
Original assignee: Shanghai Changyuan Wayon Circuit Protection Co Ltd
Current assignee: Shanghai Changyuan Wayon Circuit Protection Co Ltd
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2016-09-28

Abstract

本发明揭示一过电流保护元件，其包括具有正温度系数特性的PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极、第二电极、第一电气连接件、第二电气连接件和至少一绝缘层。PTC材料层中，聚合物所占体积分数为30%～60%，导电填料所占体积分数为40%～70%，体积电阻率小于0.01Ω.cm。第一及第二导电层分别贴合于PTC材料层第一及第二表面。第一及第二电极分别电气连接第一及第二导电层，绝缘层设置于第一及第二电极之间。第一及第二电气连接件用聚合物基导电复合材料代替导电通孔，增大承载电流面积，减小元件和空气接触的面积，使过电流保护元件具有大承载电流和优良耐候性能。

Description

过电流保护元件

技术领域

本发明涉及一过电流保护元件，具体指一种具有低室温电阻率和耐候性好的过电流保护元件。

背景技术

具有正温度系数特性的PTC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连接到电路中，作为电流传感元件的材料。由此类材料制备的过电流保护元件已被广泛应用于电子线路上。

过电流保护元件中所述的承载电流是指在特定温度下PTC元件在不动作的状态下所能承受的最大电流。具有正温度系数特性的PTC材料一般由聚合物和导电填料复合而成，碳黑作为导电填料虽然电阻稳定性，但其导电能力有限，其承载电流能力较差。以金属粉为导电填料虽然具有较好承载电流能力，但容易氧化，使得材料阻值大幅上升。为了克服碳黑和金属粉末的弊端，行业内逐渐趋向以金属碳化物、金属氮化物或金属硼化物粉末作为低阻值聚合物基导电复合材料的导电填料；US7391295公开的过电流保护元件在25℃时的体积电阻率小于0.2Ω.cm，而本发明专利公开的聚合物基导电复合材料体积电阻率小于0.01Ω.cm，远低于专利US7391295的0.2Ω.cm；US7391295公开的过电流保护元件承载电流大于0.215A/mm²，本发明专利公开的聚合物基导电复合材料承载电流大于0.25 A/mm²，高于US7391295的0.215A/mm²。

目前市场上的SMD元件有其通用规格，如SMD1812、1210、1206、0805、0603等，对于确定规格的SMD产品，其能承载电流的面积是一定的，常规SMD元件是通过导电通孔作为元件的电气连接件，但导电通孔的存在使SMD元件承载电流面积减小，即SMD元件所能承受电流会显著减小，室温电阻也会显著增大。以形状规格为0603SMD产品为例，其面积为0.06英寸*0.03英寸=1.524mm*0.762mm=1.162mm²，导电通孔半径在0.18mm至0.23mm范围内，则导电通孔面积为0.1018mm²至0.1662mm²之间，导电通孔面积占SMD面积的8.8%至14.3%，根据现有理论计算，导电通孔使SMD最大承载电流减小8.8%至14.3%。若减小导电通孔，则导电通孔太小会造成因切割道具偏移或外层线路对位偏移导致切割偏移等相关问题。因此，如何突破导电通孔对SMD元件电气性能带来的限制是需要继续攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一过电流保护元件，用聚合物基导电复合材料代替导电通孔做电气连接件，目的是提升过电流保护元件的承载电流和耐候性能。

为达到上述目的，一种过电流保护元件，其包括具有正温度系数特性的PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极、第二电极、第一电气连接件、第二电气连接件和至少一绝缘层，其中，

所述的PTC材料层中，聚合物所占体积分数为30%～60%，导电填料所占体积分数为40%～70%，体积电阻率小于0.01Ω.cm；

所述的第一及第二导电层分别贴合于PTC材料层第一及第二表面；

所述的第一及第二电极为分别电气连接第一及第二导电层的金属箔片，绝缘层设置于第一及第二电极之间，该第一电极层通过第一电气连接件电气连接第一导电层，和第二导电层电气隔离；第二电极层通过第二电气连接件电气连接第二导电层，和第一导电层电气隔离；

所述的第一电气连接件将第一电极和第一导电层电气连接，所述的第二电气连接件将第二电极和第二导电层电气连接，所述的电气连接件的基材为包含聚合物和导电粒子的聚合物基导电复合材料。

在上述方案基础上，第一导电层及第二导电层，分别贴合于PTC材料层上下表面；第一电极层为包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第一电极层通过第一电气连接件电气连接第一导电层，和第二导电层电气隔离；第一绝缘层设置于第一导电层和第一电极层之间，以及从第一导电层延伸至第二电气连接件，使第一导电层和第二电气连接件之间电气隔离；第二电极层为包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第二电极层通过第二电气连接件电气连接第二导电层，和第一导电层电气隔离；第二绝缘层设置于第二导电层和第二电极层之间，以及从第二导电层延伸至第一电气连接件，使第二导电层和第一电气连接件之间电气隔离。

所述聚合物为：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。

所述导电填料为金属碳化物粉末，选自碳化钽、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及其混合物。

所述导电填料为金属碳化物粉末，金属碳化物粉末占所述PTC材料层体积分数的40%～70%，分散于所述聚合物基材中，该PTC材料层在25℃时的体积电阻率小于0.01Ω.cm，其承载电流大于0.25A/mm²。

在上述方案基础上，所述电气连接件的聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或它们的复合物；所述电气连接件的导电粒子选自镍、铜、铝、锌、锡、铋、铟、银、金中的一种或它们的复合物。

在上述方案基础上，在导电连接件的相邻两侧包覆聚合物层，减少元件直接与空气接触的面积，增加元件耐候性。

在上述方案基础上，所述电气连接件的制备方法优选将导电粒子、聚合物与助剂共混，通过化学沉积、喷涂、溅射、导电粘合、涂覆、等离子喷涂、静电喷涂、印刷等工艺将共混物包覆在元件相对侧面，固化成型。

本发明的优越性在于：通过引入特定的金属碳化物粉末和采用聚合物基导电复合材料代替导电通孔做电气连接件，显著改善了过电流保护元件承载电流能力和耐候性能。

附图说明

图1是本发明实施例1过电流保护元件的结构示意图；

图2是图1的剖面结构示意图；

图3本发明实施例2过电流保护元件的结构示意图；

图4是图3的分解结构示意图；

图中标号说明

1、2——过电流保护元件；

11——第一电极；

12——第二电极；

13——PTC材料层；

14——第一导电层；

15——第二导电层；

16——第一绝缘层；

17——第二绝缘层；

18——第一电气连接件；

19——第二电气连接件；

110——防焊绝缘层；

21、22——左、右聚合物包覆层。

具体实施方式

为方便理解，通过具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例 1

如图1是本发明实施例1过电流保护元件的结构示意图和图2是图1的剖面结构示意图所示：

一种过电流保护元件1，其具有正温度系数的PTC材料层13，第一导电层14，第二导电层15，分别贴合于PTC材料层13上下表面；第一电极层11，包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第一电极层11通过第一电气连接件18电气连接第一导电层14，和第二导电层15电气隔离；第一绝缘层16设置于第一导电层14和第一电极层11之间，以及从第一导电层14延伸至第二电气连接件19，使第一导电层14和第二电气连接件19之间电气隔离；第二电极层12，包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第二电极层12通过第二电气连接件19电气连接第二导电层15，和第一导电层14电气隔离；第二绝缘层17设置于第二导电层15和第二电极层12之间，以及从第二导电层15的延伸至第一电气连接件18，使第二导电层15和第一电气连接件18之间电气隔离。

本实施例中，聚合物基导电复合材料作为电气连接件替代导电通孔，有效避免了导电通孔作为电气连接件减小SMD承载电流的问题；同时聚合物基导电复合材料包覆了SMD元件的侧面，减小了PTC材料层与外部环境的接触面积，SMD元件耐候性得以提升。

本实施例中，电气连接件基材选自聚合物基导电复合材料，其中导电粒子优选银或铜微粉，其粒径须小于100mm，优选小于10mm，更优选小于0.1mm；银或铜微粉占聚合物导电复合材料质量百分比为60%至90%，优选80%至85%。

本实施例中，电气连接件基材中聚合物基体优选双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂，其占电气连接件质量百分比为3%至20%，优选8至12%。

所述电气连接件制备方法优选将导电粒子、树脂基体和助剂共混，通过化学沉积、喷涂、溅射、导电粘合、涂覆、等离子喷涂、静电喷涂、印刷等工艺将共混物包覆在SMD两端，固化成型。

实施例 2

如图3本发明实施例2过电流保护元件的结构示意图和图4是图3的分解结构示意图所示：

一种过电流保护元件（SMD）2，实施例所例举的SMD元件是在实施例1的基础上，在电气连接件相邻两侧有左、右聚合物包覆层21、22，则本实施例中SMD元件侧面皆被包覆，使电气连接件的聚合物基导电复合材料与外部环境相隔离，有助减缓SMD内部聚合物基体的劣化，提升SMD元件的耐候性能。

所述聚合物包覆层选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或它们的复合物，优选双酚A环氧树脂或双酚F环氧树脂。

所述聚合物包覆层制备方法优选将树脂基体和助剂共混，通过化学沉积、喷涂、溅射、导电粘合、涂覆、等离子喷涂、静电喷涂、印刷等工艺将共混物包覆在SMD两端，固化成型。

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

1.一种过电流保护元件，其包括具有正温度系数特性的PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极、第二电极、第一电气连接件、第二电气连接件和至少一绝缘层，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，第一导电层及第二导电层，分别贴合于PTC材料层上下表面；第一电极层为包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第一电极层通过第一电气连接件电气连接第一导电层，和第二导电层电气隔离；第一绝缘层设置于第一导电层和第一电极层之间，以及从第一导电层延伸至第二电气连接件，使第一导电层和第二电气连接件之间电气隔离；第二电极层为包含一对形成于元件上下表面的金属箔片，该第二电极层通过第二电气连接件电气连接第二导电层，和第一导电层电气隔离；第二绝缘层设置于第二导电层和第二电极层之间，以及从第二导电层延伸至第一电气连接件，使第二导电层和第一电气连接件之间电气隔离。

3.根据权利要求1或2所述的过电流保护元件，其特征在于，所述聚合物为：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。

4.根据权利要求1或2所述的过电流保护元件，其特征在于，所述导电填料为金属碳化物粉末，选自碳化钽、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及其混合物。

5.根据权利要求1或2所述的过电流保护元件，其特征在于，所述电气连接件的聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或它们的复合物；所述电气连接件的导电粒子选自镍、铜、铝、锌、锡、铋、铟、银、金中的一种或它们的复合物。

6.根据权利要求5所述的过电流保护元件，其特征在于，在所述的导电连接件的相邻两侧包覆聚合物层。

7.根据权利要求1或2所述的过电流保护元件，其特征在于，所述电气连接件的制备方法优选将导电粒子、聚合物与助剂共混，通过化学沉积、喷涂、溅射、导电粘合、涂覆、等离子喷涂、静电喷涂、印刷等工艺将共混物包覆在元件相对侧面，固化成型。