TWI469158B

TWI469158B - 過電流保護元件

Info

Publication number: TWI469158B
Application number: TW101127716A
Authority: TW
Inventors: Chun Teng Tseng; David Shau Chew Wang
Original assignee: Polytronics Technology Corp
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2015-01-11
Also published as: US8803653B2; CN103578673A; US20140035718A1; TW201405591A; CN103578673B

Description

過電流保護元件

本發明係關於一種過電流保護元件，特別是關於一種薄型化之過電流保護元件。

過電流保護元件被用於保護電路，使其免於因過熱或流經過量電流而損壞。過電流保護元件通常包含兩電極及位在兩電極間之電阻材料。此電阻材料具正溫度係數(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性，亦即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，過電流保護元件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PTC過電流保護元件取代保險絲，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。例如以手機而言，過電流保護元件係設置於保護電路模組(Protective Circuit Module；PCM)上，其外接電極片將佔據一定的空間，因此過電流保護元件被要求製作為更薄的元件。

另外，為因應元件的低電阻需求，現今之過電流保護元件常包含層疊二層並聯之PTC元件，藉此降低其電阻值。參照圖1，過電流保護元件10包括兩PTC元件1和2，PTC元件1或2包含金屬箔12a和12b及疊設於其間之PTC材料層11。PTC元件1和2之金屬箔12a藉由導通件13電氣連接第一電極15，而金屬箔12b藉由導通件14電氣連接第二電極16。金屬箔12a、12b、電極15、16間係設置絕緣層18作為隔離。另外，位於上、下表面之第一電極15和第二電極16間設置防焊層17。因為PTC元件1和2成電氣並聯結構，可降低過電流保護元件10之電阻值，以符合低電阻需求。然層疊二層PTC元件的並聯設計將使得過電流保護元件增厚，因此薄型化將更加不易。

根據本發明之第一方面，一種過電流保護元件包含四邊形結構，該四邊形結構包括上表面、下表面、第一側面及第二側面，其中至少該第二側面包含斜面。過電流保護元件包括：第一電極、第二電極、第一PTC材料層、第一導電連接件及第二導電連接件。第一電極係形成於上表面或下表面。第二電極形成於下表面，且和該第一電極形成電氣隔離。第一PTC材料層沿上表面方向延伸，該第一PTC材料層具有第一表面和第二表面，該第一表面電氣連接該第一電極，該第二表面電氣連接該第二電極。第一導電連接件位於該第一側面，電氣連接該第一電極。第二導電連接件位於該第二側面，沿該斜面延伸，且電氣連接該第二電極。一實施例中，該斜面並未貫穿整個第二側面。

一實施例中，過電流保護元件另包含第一導電構件和第二導電構件，其中該第一電極和第二電極位於下表面，該第一PTC材料層疊設於該第一導電構件和第二導電構件之間，第一導電構件連接該第一導電連接件，第二導電構件連接該第二導電連接件，第一導電構件之表面上覆蓋防焊層而形成上表面。一實施例中，過電流保護元件另包含第三導電構件、第四導電構件、第二PTC材料層、第一絕緣層及第二絕緣層。第三導電構件連接該第一導電連接件。第四導電構件連接該第二導電連接件。第二PTC材料層疊設於該第三導電構件及第四導電構件之間。第一絕緣層係形成於該第二和第三導電構件之間。第二絕緣層係形成於該第四導電構件和第一及第二電極之間。

根據本發明之第二方面，一種過電流保護元件包含四邊形結構，該四邊形結構包括上表面、下表面、第一側面及第二側面，其中至少該第二側面包含斜面。過電流保護元件包括第一導電連接件、第二導電連接件、第一PTC元件、第二PTC元件及一絕緣層。第一導電連接件係位於該第一側面，且電氣連接第一電極。第二導電連接件係位於該第二側面，沿該斜面延伸，且電氣連接第二電極。第二PTC元件係層疊設於該第一PTC元件下方。絕緣層係設於第一PTC元件和第二PTC元件之間。其中該第一PTC元件和第二PTC元件並聯連接於該第一導電連接件及第二導電連接件。

一實施例中，第一電極和第二電極係位於下表面，且第一和第二PTC元件之上金屬箔均連接第一導電連接件，第一和第二PTC元件之下金屬箔均連接第二導電構件。

本發明之設計可應用於單層或多層PTC材料層之過電流保護元件，可有效將過電流保護元件薄型化，而得以符合目前電子產品小型化的嚴格要求。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：圖2繪示本發明一實施例之過電流保護元件20之剖面結構。過電流保護元件20約成四邊形結構，該四邊形結構包括上表面21、下表面22、第一側面23及第二側面24。過電流保護元件20包括第一電極25、第二電極26、第一PTC材料層27、第二PTC材料層28、第一導電連接件29及第二導電連接件37。本實施例中，第一電極25和第二電極26形成於下表面22，兩者為電氣隔離。第二電極26和第一電極25作為左、右電極，使得過電流保護元件20可作為表面黏著式元件。一實施例中，第一電極25和第二電極26可為銅層外覆錫層38，亦即形成鍍錫銅箔，以增進焊接效果。第一PTC材料層27沿上表面21方向延伸，且第一PTC材料層27具有第一表面271和第二表面272。第一表面271設有導電構件(上金屬箔)31電氣連接第一電極25，而第二表面272設有導電構件(下金屬箔)32電氣連接第二電極26。換言之，第一PTC材料層27係疊設於導電構件31和導電構件32之間，形成PTC元件3。類似地，第二PTC材料層28係疊設於導電構件(上金屬箔)33和導電構件(下金屬箔)34之間形成另一PTC元件4，且導電構件33電氣連接第一電極25，導電構件34電氣連接第二電極26。第一導電連接件29位於第一側面23，電氣連接導電構件31、33和第一電極25。第二導電連接件37位於該第二側面24，電氣連接導電構件32、34和該第二電極26。本實施例中，第二側面24包含斜面241及側平面242。斜面241並未延伸整個第二側面24。第二導電連接件37係沿斜面241延伸，但不連接導電構件31和33。本實施例中，第一導電連接件29可為導電半圓通孔。位於斜面241之第二導電連接件37可為導電金屬面。絕緣層35係設於導電構件32和33之間作為電氣隔離。絕緣層36設於導電構件34和電極25、26之間。一實施例中，絕緣層35和36可包含環氧樹脂(epoxy)和玻纖(glass fiber)。一實施例中，防焊層39係形成於導電構件31的表面。

相較於圖1所示，本實施例之過電流保護元件20僅需要2層絕緣層35和36(圖1顯示需要3層絕緣層18)，而得以將包含2層PTC元件之過電流保護元件20之厚度控制於小於0.8mm，或特別地控制於小於0.75mm或0.7mm。

圖3A和3B例示前述過電流保護元件20之製作流程示意圖。於PTC複合板材300上依一定間隔切割出凹槽301和導通孔302，之後可於凹槽301和導通孔302壁面鍍上導電層，而分別形成導電金屬面301和導電通孔302。凹槽301較佳地為V形或U型，隨後再沿切割線303、304和305進行切割，即可形成多個圖2之過電流保護元件20。其中切割線303係通過導通孔302中央，切割線304通過凹槽301中央，而切割線305則沿垂直於切割線303和304之方向通過兩相鄰導通孔302之中間位置。

圖4顯示本發明另一表面黏著式過電流保護元件。過電流保護元件40之剖面結構約成四邊形，包括上表面41、下表面42、第一側面43及第二側面44。過電流保護元件40包括第一電極47、第二電極48、第一PTC材料層27、第二PTC材料層28、第一導電連接件29及第二導電連接件37。本實施例中，第一PTC材料層27及其相關導電構件31和32之結構和圖2所示之實施例類似，但形成PTC材料層28下方之導電構件34則可直接作為電極用。詳言之，第一電極47和第二電極48係形成於第二PTC材料層28之表面282。第二PTC材料層28之另一表面281則形成導電構件33。導電構件33連接導電連接件37，以電氣連接第二電極48。導電構件34連接導電連接件29。第二PTC材料層28疊設於導電構件33及導電構件34之間。絕緣層35形成於導電構件32和導電構件33之間。導電構件34之一部分覆蓋防焊層46而形成下表面42。導電構件34未覆蓋防焊層46的部分係作為第一電極47。本實施例中，第一電極47和導電構件34可為同一層金屬箔(例如銅箔)，其係位於第二PTC材料層28之同一表面282。導電構件34和第二電極48間可蝕刻出隔離線45作為隔離，隔離線45中可填入防焊層46。第二電極48和第一電極47分別作為左、右電極，提供表面黏著式製程應用。一實施例中，第一電極47和第二電極48可為銅層外覆錫層38，亦即形成鍍錫銅箔，以增進焊接效果。

類似地，第二側面44包含斜面441及側平面442。第二導電連接件37係沿斜面441延伸，但不連接導電構件31。一實施例中，防焊層39係形成於導電構件31表面，形成上表面41。

相較於圖1所示之雙層PTC過電流保護元件，本實施例可省略2層絕緣層，而得以進一步降低過電流保護元件的厚度。其厚度可控制於小於0.75mm，或特別地控制於小於0.7mm或0.65mm。

圖5繪示本發明第三實施例之過電流保護元件50之剖面結構，可使用於外接電極之應用。過電流保護元件50約成四邊形結構，該四邊形結構包括上表面51、下表面52、第一側面53及第二側面54。過電流保護元件50包括第一電極56、第二電極55、第一PTC材料層57、第二PTC材料層58、第一導電連接件59及第二導電連接件69。本實施例中，第二電極55形成於下表面52，而第一電極56形成於上表面51，兩者為電氣隔離。第一電極56和第二電極55作為上、下電極。第一PTC材料層57沿上表面51方向延伸。申言之，PTC材料層57之一表面設有導電構件(上金屬箔)61，其即作為第一電極56，而其另一表面設有導電構件(下金屬箔)62連接第二導電連接件69，以電氣連接第二電極55。換言之，第一PTC材料層57係疊設於導電構件61和導電構件62之間，形成PTC元件5。類似地，PTC材料層58之一表面設有導電構件(下金屬箔)64，其即作為第二電極55，而其另一表面設有導電構件(上金屬箔)63連接第一導電連接件59，以電氣連接第一電極56。第二PTC材料層58係疊設於導電構件63和導電構件64之間，形成PTC元件6，且導電構件63電氣連接第一電極56。第一導電連接件59位於第一側面53，沿其中之斜面531延伸，且電氣連接導電構件61和63。第二導電連接件69位於該第二側面54，沿其中之斜面541延伸，且電氣連接導電構件62和64。絕緣層67係設於導電構件62和63之間作為電氣隔離，即作為PTC元件5和PTC元件6間之隔離。一實施例中，第一電極56和第一導電連接件59可為銅層外覆錫層65，第二電極55和第二導電連接件69亦可為銅層外覆錫層66，以便於後續焊接製程。本實施例僅需一層絕緣層67，使得過電流保護元件50的厚度可控制為小於0.75mm，或特別地小於0.7mm或0.65mm。

圖6繪示本發明第四實施例之過電流保護元件60之剖面結構。過電流保護元件60約成四邊形結構，該四邊形結構包括上表面51、下表面52、第一側面53及第二側面54。過電流保護元件60包括第一電極56、第二電極55、第一PTC材料層57、第二PTC材料層58、第一導電連接件59及第二導電連接件69。本實施例中，第二電極55形成於下表面52，而第一電極56形成於上表面51，兩者為電氣隔離，且第一電極56和第二電極55分別作為上、下電極。PTC元件5之第一PTC材料層57和其相關導電構件61和62之結構與圖5所示者類似，導電構件61即作為第一電極56。PTC材料層58之一表面設有導電構件64連接第二導電連接件69，以電氣連接至第二電極55，而其另一表面設有導電構件63連接第一導電連接件59，以電氣連接第一電極56。第二PTC材料層58係疊設於導電構件63和導電構件64之間，形成PTC元件6。第一導電連接件59位於第一側面53，沿其中之斜面531延伸，且電氣連接導電構件61和63。第二導電連接件69位於該第二側面54，沿其中之斜面541延伸，且電氣連接導電構件62和64。絕緣層67係設於導電構件62和63之間作為電氣隔離。絕緣層68設於導電構件64和第二電極55之間作為隔離。本實施例僅需2層絕緣層67和68，使得過電流保護元件60的厚度可控制為小於0.8mm，或特別地小於0.75mm或0.7mm。

除上述雙層PTC材料層之過電流保護元件外，本發明亦可應用於單層PTC材料層之結構，如圖7所示。過電流保護元件70之剖面約成四邊形結構，該四邊形結構包括上表面71、下表面72、第一側面73及第二側面74。過電流保護元件70包括第一電極75、第二電極76、PTC材料層77、第一導電連接件78及第二導電連接件79。本實施例中，第一電極75和第二電極76形成於下表面72，兩者為電氣隔離。第二電極76和第一電極75作為左、右電極，使得過電流保護元件70可作為表面黏著式元件。一實施例中，第一電極75和第二電極76可為銅層外覆錫層85，以增進焊接效果。PTC材料層77沿上表面71方向延伸，且PTC材料層77具有第一表面771和第二表面772。第一表面771設有導電構件81連接第一導電連接件78，以電氣連接第一電極75，而第二表面772設有導電構件82連接第二導電連接件79，以電氣連接第二電極76。換言之，PTC材料層77係疊設於導電構件81和導電構件82之間。第一導電連接件78位於第一側面73，電氣連接導電構件81和第一電極75。第二導電連接件79位於該第二側面74，電氣連接導電構件82和該第二電極76。本實施例中，第二側面74包含斜面741及側平面742。斜面741並未延伸整個第二側面74。第二導電連接件79係沿斜面741延伸，但不連接導電構件81。絕緣層86係設於導電構件82和電極75、76之間。一實施例中，防焊層84係形成於導電構件81的表面。由圖7可知，具有單層PTC材料層之過電流保護元件70僅包含一層絕緣層86，而達到進一步薄型化的效果。

藉由本發明之薄型化設計，可有效降低過電流保護元件的厚度，且保有低電阻的特性，方便其於各式各樣小型化電子產品之應用。

本發明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、2、3、4、5、6‧‧‧PTC元件

10、20、40、50、60、70‧‧‧過電流保護元件

11、27、28、57、58、77‧‧‧PTC材料層

12a、12b‧‧‧金屬箔

13、14‧‧‧導通件

15、16‧‧‧電極

17、39、46、84‧‧‧防焊層

18、35、36、67、68、86‧‧‧絕緣層

21、41、51、71‧‧‧上表面

22、42、52、72‧‧‧下表面

23、43、53、73‧‧‧第一側面

24、44、54、74‧‧‧第二側面

25、47、56、75‧‧‧第一電極

26、48、55、76‧‧‧第二電極

29、59、78‧‧‧第一導電連接件

31、32、33、34‧‧‧導電構件

37、69、79‧‧‧第二導電連接件

38、65、66、85‧‧‧錫層

45‧‧‧隔離線

61、62、63、64、81、82‧‧‧導電構件

241、441、531、541、741‧‧‧斜面

242、442、742‧‧‧側平面

271、281、771‧‧‧第一表面

272、282、772‧‧‧第二表面

圖1繪示習知之過電流保護元件。

圖2繪示本發明第一實施例之過電流保護元件示意圖。

圖3A及3B繪示本發明第一實施例之過電流保護元件之製作示意圖。

圖4繪示本發明第二實施例之過電流保護元件示意圖。

圖5繪示本發明第三實施例之過電流保護元件示意圖。

圖6繪示本發明第四實施例之過電流保護元件示意圖。

圖7繪示本發明第五實施例之過電流保護元件示意圖。

3、4‧‧‧PTC元件

20‧‧‧過電流保護元件

21‧‧‧上表面

22‧‧‧下表面

23‧‧‧第一側面

24‧‧‧第二側面

25‧‧‧第一電極

26‧‧‧第二電極

27、28‧‧‧PTC材料層

29‧‧‧第一導電連接件

31、32、33、34‧‧‧導電構件

35、36‧‧‧絕緣層

37‧‧‧第二導電連接件

38‧‧‧錫層

39‧‧‧防焊層

241‧‧‧斜面

242‧‧‧側平面

271‧‧‧第一表面

272‧‧‧第二表面

Claims

一種過電流保護元件，其包含四邊形結構，該四邊形結構包括上表面、下表面、第一側面及第二側面，該第二側面包含第一斜面，且該第一斜面延伸至下表面，該過電流保護元件包括：一第一電極，形成於上表面或下表面；一第二電極，形成於下表面，且和該第一電極形成電氣隔離；一第一PTC材料層，沿上表面方向延伸，該第一PTC材料層具有第一表面和第二表面，該第一表面電氣連接該第一電極，該第二表面電氣連接該第二電極；一第一導電連接件，位於該第一側面，電氣連接該第一電極；以及一第二導電連接件，位於該第二側面，整個第二導電連接件沿該第一斜面延伸，且一端連接該第二電極；其中該第二電極作為表面黏著之焊接介面。
根據請求項1之過電流保護元件，其中該第一斜面並未貫穿整個第二側面。
根據請求項1之過電流保護元件，其中位於該第一斜面之第二導電連接件包含導電金屬面。
根據請求項1之過電流保護元件，其另包含一第一導電構件和一第二導電構件，其中該第一電極和第二電極位於下表面，該第一PTC材料層疊設於該第一導電構件和第二導電構件之間，第一導電構件連接該第一導電連接件，第二導電構件連接該第二導電連接件，第一導電構件之表面上覆蓋第一防焊層而形成上表面。
根據請求項4之過電流保護元件，其另包含一絕緣層，該絕緣層係位於該第二導電構件和第一、第二電極之間。
根據請求項4之過電流保護元件，其另包含：一第三導電構件，連接該第一導電連接件；一第四導電構件，連接該第二導電連接件；一第二PTC材料層，疊設於該第三導電構件及第四導電構件之間；一第一絕緣層，形成於該第二和第三導電構件之間；以及一第二絕緣層，形成於該第四導電構件和第一及第二電極之間。
根據請求項4之過電流保護元件，其另包含：一第三導電構件，連接該第二導電連接件；一第四導電構件，連接該第一導電連接件；一第二PTC材料層，疊設於該第三導電構件及第四導電構件之間；以及一絕緣層，形成於該第二和第三導電構件之間；其中該第四導電構件之一部分覆蓋第二防焊層而形成下表面。
根據請求項7之過電流保護元件，其中該第四導電構件未覆蓋第二防焊層的部分係作為該第一電極，且第二電極和第四導電構件位於該第二PTC材料層之同一表面。
根據請求項8之過電流保護元件，其中該第四導電構件和第二電極間係以隔離線作為隔離。
根據請求項1之過電流保護元件，其中該第一導電連接件為導電通孔。
根據請求項1之過電流保護元件，其中該過電流保護元件之厚度小於0.7mm。
根據請求項1之過電流保護元件，其另包含：一第一導電構件，連接該第二導電連接件；一第二導電構件，連接該第一導電連接件；一第二PTC材料層，疊設於該第二電極和第二導電構件之間；一絕緣層，形成於該第一和第二導電構件之間；其中該第一電極和第二電極分別位於上、下表面，該第一PTC材料層疊設於該第一電極和第一導電構件之間，該第一側面包含第二斜面，第一導電連接件係沿第二斜面延伸。
根據請求項1之過電流保護元件，其另包含：一第一導電構件，連接該第二導電連接件；一第二導電構件，連接該第一導電連接件；一第三導電構件，連接該第二導電連接件；一第二PTC材料層，疊設於該第二導電構件和第三導電構件之間；一第一絕緣層，形成於該第一和第二導電構件之間；以及一第二絕緣層，形成於該第三導電構件和第二電極之間；其中該第一電極和第二電極分別位於上、下表面，該第一PTC材料層疊設於該第一電極和第一導電構件之間，該第一側面包含第二斜面，第一導電連接件係沿第二斜面延伸。
一種過電流保護元件，其包含四邊形結構，該四邊形結構包括上表面、下表面、第一側面及第二側面，該第二側面包含第一斜面，該過電流保護元件包括：一第一電極；一第二電極；一第一導電連接件，位於該第一側面，電氣連接第一電極；一第二導電連接件，位於該第二側面，電氣連接第二電極；一第一PTC元件；一第二PTC元件，層疊設於該第一PTC元件下方；以及一第一絕緣層，層疊設於該第一PTC元件和第二PTC元件之間；其中該第一PTC元件和第二PTC元件並聯連接於該第一導電連接件及第二導電連接件，且該第二導電連接件係沿該第一斜面延伸。
根據請求項14之過電流保護元件，其中各該第一和第二PTC元件係包含上金屬箔、下金屬箔及疊設於其間之PTC材料層。
根據請求項15之過電流保護元件，其中第一電極和第二電極係位於下表面，且第一和第二PTC元件之上金屬箔均連接第一導電連接件，第一和第二PTC元件之下金屬箔均連接第二導電構件。
根據請求項16之過電流保護元件，其另包含位於第二PTC元件和第一、第二電極間之第二絕緣層。
根據請求項15之過電流保護元件，其中第一PTC元件之上金屬箔覆蓋第一防焊層，第二PTC元件之下金屬箔之一部分覆蓋第二防焊層，第二PTC元件之下金屬箔未覆蓋第二防焊層的部分係作為該第一電極，第二電極和第二PTC元件之下金屬箔形成於同一表面。
根據請求項18之過電流保護元件，其中該第一電極和第二電極間以隔離線作為隔離。
根據請求項15之過電流保護元件，其中該第一PTC元件之上金屬箔作為第一電極，該第二PTC元件之下金屬箔作為第二電極，且該第一側面包含第二斜面，第一導電連接件係沿該第二斜面延伸。
根據請求項15之過電流保護元件，其中該第一PTC元件之上金屬箔作為第一電極，第二電極位於下表面，該第二PTC元件之下金屬箔和第二電極間係以第二絕緣層隔離，且該第一側面包含第二斜面，第一導電連接件係沿第二斜面延伸。
根據請求項14之過電流保護元件，其中該過電流保護元件之厚度小於0.7mm。