CN103578672A - 过电流保护元件 - Google Patents

Abstract

一过电流保护元件包括：PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极层、第二电极层及四个导电通孔。第一及第二导电层分别物理接触该PTC材料层的第一表面和第二表面。第一电极层包含一对第一金属箔，电气连接第一导电层，且和第二导电层电气隔离。第二电极层包含一对第二金属箔，电气连接第二导电层，且和第一导电层电气隔离。四个导电通孔形成于相邻侧表面构成的四个转角处，其中两个连接该对第一金属箔及第一导电层，另两个连接该对第二金属箔及第二导电层。四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的值介于7%~20%。本发明的过电流保护元件可符合元件小型化趋势的需求。

Description

过电流保护元件

技术领域

本发明涉及一种过电流保护元件，特别涉及一种表面粘着型过电流保护元件。

背景技术

过电流保护元件被用于保护电路，使其免于因过热或流经过量电流而损坏。过电流保护元件通常包含两电极及位在两电极间的电阻材料。此电阻材料具正温度系数(Positive Temperature Coefficient;PTC)特性，亦即在室温时具低电阻值，而当温度上升至一临界温度或电路上有过量电流产生时，其电阻值可立刻跳升数千倍以上，借此抑制过量电流通过，以达到电路保护的目的。当温度降回室温后或电路上不再有过电流的状况时，过电流保护元件可回复至低电阻状态，而使电路重新正常操作。此种可重复使用的优点，使PTC过电流保护元件取代保险丝，而被更广泛运用在高密度电子电路上。

参照图1，美国专利号US 6,377,467揭示一种表面粘着型过电流保护元件10，其包含电阻元件11、第一电极17、第二电极18、绝缘层15和16、第一导电通孔19及第二导电通孔20。电阻元件11包含第一导电构件13、第二导电构件14及高分子材料层12。高分子材料层12系迭设于第一导电构件13及第二导电构件14之间。第一电极17包含一对分别设置于绝缘层15和16表面的电极箔，且与第一导电通孔19连接。第二电极18包含一对分别设置于绝缘层15和16表面的电极箔，且与第二导电通孔20连接。导电通孔19、20位于二个侧表面的约中央部位且为半圆孔的设计。

未来的电子产品，将朝着具有轻、薄、短、小的趋势发展，以使得电子产品能更趋于迷你化。因此过电流保护元件亦不断朝小型化的规格演进，从1210、1206、0805、0603、0402甚至已有0201规格的需求。而当规格缩小至0603规格以下时，以半圆孔设计的导电通孔19、20却可能造成生产制作上的问题。

参照图2A及图2B，当元件尺寸愈来愈小时，导电通孔19和20的孔径一般将依比例随之减小。例如当元件为0603规格时，半圆孔的半径仅约为0.15mm。当制作过程中进行元件切割（切粒）时，刀具宽度d必须准确对应于切割道的位置(参图2A)，然而若刀具宽度d位置有偏移时，因孔径减小，很可能将一侧的导电通孔的半圆孔切除大部分，甚至半圆孔被整个切除(参图2B)。为避免此问题，小型化的元件常会搭配较大的半圆孔设计。然而，较大的半圆孔设计又将产生如下所述在制作流程上问题。

当过电流保护元件10在进行外观检测、电阻量测及包装时会在送料轨道24内推送前进。当元件10的半圆孔较小时，可顺利推送前进，如图3A所示。若当元件10具有大型的半圆孔时，因半圆孔变大的关系，尤其是当半圆孔的凹陷宽度达到所在侧边宽度的一半以上时，在推送时相邻的元件10容易会有凸出部分卡入半圆孔内，而造成推送不顺、卡料等等问题发生，如图3B所示。

因此在元件形状因数(form factor)规格已要求至0603甚至0402时，如何克服上述制作上的问题，业界极需相关的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种过电流保护元件，特别是关于一种表面粘着型过电流保护元件，其可符合元件小型化趋势的需求，例如0603、0402或更小规格的要求。

根据本发明一实施例的过电流保护元件，其具有相对的上表面、下表面及四个侧表面，该四个侧表面连接上表面和下表面，且相邻的侧表面构成四个转角。过电流保护元件包括：PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极层、第二电极层及四个导电通孔。PTC材料层具有第一表面、第二表面，第二表面系位于该第一表面相对侧。第一导电层物理接触该PTC材料层的第一表面，而第二导电层物理接触该PTC材料层的第二表面。第一电极层包含一对形成于上表面及下表面的第一金属箔。第一电极层电气连接第一导电层，且和第二导电层电气隔离。第二电极层包含一对形成于上表面及下表面的第二金属箔。第二电极层电气连接第二导电层，且和第一导电层电气隔离。四个导电通孔形成于该四个转角处，其中两个导电通孔连接该对第一金属箔及第一导电层，另两个导电通孔连接该对第二金属箔及第二导电层。四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的比例介于7%~20%。

一实施例中，本发明的过电流保护元件应用于0603规格，每一个所述导电通孔的面积在0.025~0.042mm²的范围之内。

另一实施例中，本发明的过电流保护元件应用于0402规格，每一个所述导电通孔的面积在0.009~0.020mm²的范围之内。

根据本发明的设计，当元件作的更小时，其导电通孔可被允许制作的较大，进而提供元件进行切粒时较大的容差(tolerance)。另外，在外观检测、电阻量测及包装时也不会因为导电通孔较大而产生卡料等情况。因此，本发明不仅可提升生产速度，且对于生产良率亦有一定助益。

附图说明

图1绘示现有的过电流保护元件的立体示意图。

图2A及2B绘示现有的过电流保护元件进行切割时的示意图。

图3A及3B绘示现有的过电流保护元件制作过程的示意图。

图4A至4C绘示本发明一实施例的过电流保护元件示意图。

图5绘示本发明的过电流保护元件的形状因数和导电通孔的关系示意图。

图6绘示本发明一实施例的过电流保护元件制作过程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、40过电流保护元件

11电阻元件

12高分子材料层

13第一导电构件

14第二导电构件

15、16绝缘层

17第一电极

18第二电极

19第一导电通孔

20第二导电通孔

21防焊层

24轨道

41PTC材料层

42第一导电层

43第二导电层

44第一绝缘层

45第二绝缘层

46第一电极层

47第二电极层

48导电通孔

51第一缺口

52第二缺口

53、第一防焊层

54第二防焊层

61第一侧表面

62第二侧表面

64轨道

411第一表面

412第二表面

461第一金属箔

471第二金属箔

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图4A为本发明一实施例的过电流保护元件的立体结构示意图。过电流保护元件40约为长方体结构，具有相对的上表面、下表面及四个侧表面。四个侧表面连接上表面和下表面，且相邻的侧表面构成四个转角。过电流保护元件40包括：一PTC材料层41、第一导电层42、第二导电层43、第一绝缘层44、第二绝缘层45、第一电极层46、第二电极层47及四个导电通孔48。PTC材料层41具有第一表面411和第二表面412，第二表面412系位于该第一表面411相对侧。第一导电层42物理接触该PTC材料层41的第一表面411，第二导电层43则物理接触该PTC材料层41的第二表面412。第一电极层46包含一对形成于上表面及下表面的第一金属箔461。第一电极层46电气连接第一导电层42，且和第二导电层43电气隔离。第二电极层47包含一对形成于上表面及下表面的第二金属箔471。第二电极层47电气连接第二导电层43，且和第一导电层42电气隔离。相邻的侧表面构成的四个转角处设有四个导电通孔48，其中两个导电通孔48连接该对第一金属箔461及第一导电层42，另两个导电通孔48连接该对第二金属箔471及第二导电层43。

第一绝缘层44形成于第一导电层42表面，而第二绝缘层45形成于该第二导电层43表面。其中形成于上表面的第一金属箔461及第二金属箔471形成于第一绝缘层44表面，而形成于下表面的第一金属箔461及第二金属箔471形成于第二绝缘层45表面。

一实施例中，第一防焊层53形成于位于上表面的第一金属箔461和第二金属箔471之间的该第一绝缘层44表面。第二防焊层54形成于位于下表面的第一金属箔461和第二金属箔471之间的该第二绝缘层45表面。

本实施例的导电通孔48的截面形状约成1/4圆孔。此外，导电通孔的截面形状亦可为弧形、方形、长方形、三角形或多边形，而为本发明所涵盖。

图4B为第一导电层42与PTC材料层41的俯视图，图4C则为第二导电层43和PTC材料层41的仰视图。同时参考图4A及4B，第二侧表面62位于第一侧表面61的相对侧。第一导电层42延伸至第一侧表面61，且与第二侧表面62间有第一缺口51。同时参考图4A及4C，第二导电层43延伸至该第二侧表面62，且与该第一侧表面61有第二缺口52。

申言之，PTC材料层41的上下表面，分别设置有第一导电层42与第二导电层43，且各自延伸至相对两侧表面61及62。此导电层42、43可由平面金属簿膜，经如激光切除，化学蚀刻或机械切割方式产生缺口51和52。此外，虽然在本实施例中所示的缺口51和52并不限制为图式所示的形状，其他形状及图案可构成隔离效果者亦可适用于本发明。此缺口面积以不超过单面总面积的25%较佳。

PTC材料层41中含有高分子材料及导电粒子，而具有PTC特性。其适用的高分子材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯、前述的混合物及共聚合物等。导电粒子可为金属粒子、含碳粒子、金属氧化物、金属碳化物，或是前述材料的混合物。

如现有技术所言，导电通孔太小可能因切割刀具偏移或外层线路对位偏移导致切割偏移的相关问题。因此，本发明的导电通孔48的孔径(半径)不能太小。一般以0603规格而言，导电通孔48的半径约在0.18至0.23mm范围。以0402规格而言，导电通孔48的半径约在0.11至0.16mm范围。综言之，导电通孔48不能太小，该四个导电通孔48的截面积总和占该过电流保护元件40的形状因数面积必须达一定比例以上。以形状因数0603规格而言，若以半径0.18mm计算，单个导电通孔48的截面积A1为(0.18mm×0.18mm×3.14)/4=0.025mm²，故四个导电通孔48的截面积总和为0.025mm²×4=0.1mm²。0603的形状因数面积A0为0.06英寸×0.03英寸=1.524mm×0.762mm=1.161mm²。此时，四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的比例(4×A1/A0)约9%（0.1mm²/1.161mm²）。以同样方式可计算不同形状因数及不同导电通孔孔径的4×A1/A0比例如下表1所示：

表1

综上，四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的比例(4×A1/A0)约介于7%~20%之间，或特别是在8%~18%范围内。该4×A1/A0的值亦可为10%或15%。以0402规格而言，4×A1/A0的比例约介于7~16%。

从另一角度来看，本发明的导电通孔的总宽度2R于较短的侧边宽度W中占有一定比例。以0603规格而言，较短的侧边宽度W为0.03英寸=0.762mm，若以导电通孔的半径R为0.18mm计算，导电通孔的宽度总和占侧边宽度的比例为2×R/W=2×0.18mm/0.762mm=47%。依同样方式计算，可计算不同形状因数及不同导电通孔孔径的2×R/W比例如下表2所示，约在42~65%之间，或特别地为45%、50%或55%。

表2

参照图6，因为导电通孔48位于相邻侧表面的转角处，故元件40限制于轨道64中推进以进行相关检测或包装时，元件40的侧表面61将抵靠相邻元件40的侧表面62。相较于图3B所示的情况，因过电流保护元件40侧表面61和62中央处并无凹孔，即使导电通孔的宽度总和占侧边宽度的比例超过一半，只要该比例小于等于65%，仍不会有如图3B所示的不当推送和卡料的情况。

上述实施例是关于包含一个PTC材料层的情况，在实际应用上，其亦可包含多层并联的PTC材料层。例如美国专利号US 6,377,467所示的二层并联PTC结构，但必须将导电通孔设于侧表面的转角处，另外导电通孔占形状因数的比例必须符合本发明界定的数值范围。

根据本发明的设计，过电流保护元件可允许制作较大的导电通孔，进而提供元件进行切粒时较大的容差，且在外观检测、电阻量测及包装时不致产生卡料等情况。因此，本发明不仅可提升生产速度，且对于生产良率亦有一定助益。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为所附的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种过电流保护元件，其特征在于，具有相对的上表面、下表面及四个侧表面，所述四个侧表面连接该上表面和该下表面，且相邻的所述侧表面构成四个转角，该过电流保护元件包括：

一PTC材料层，具有第一表面和第二表面，该第二表面位于该第一表面相对侧；

一第一导电层，物理接触该PTC材料层的第一表面；

一第二导电层，物理接触该PTC材料层的第二表面；

一第一电极层，包含一对形成于该上表面及该下表面的第一金属箔，该第一电极层电气连接该第一导电层，且和该第二导电层电气隔离；

一第二电极层，包含一对形成于该上表面及该下表面的第二金属箔，该第二电极层电气连接第二导电层，且和第一导电层电气隔离；以及

四个导电通孔，形成于所述四个转角处，其中两个所述导电通孔连接该对第一金属箔及该第一导电层，另两个所述导电通孔连接该对第二金属箔及该第二导电层，所述四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的比例介于7%~20%。

2.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，其还包含：

一第一绝缘层，形成于该第一导电层表面；以及

一第二绝缘层，形成于该第二导电层表面；

其中形成于该上表面的该第一金属箔及该第二金属箔形成于该第一绝缘层表面，形成于该下表面的该第一金属箔及该第二金属箔形成于第二绝缘层表面。

3.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该形状因数面积小于等于1.161mm²。

4.根据权利要求3的过电流保护元件，其特征在于，每一个所述导电通孔的面积在0.025~0.042mm²的范围内。

5.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该形状因数面积小于等于0.516mm²。

6.根据权利要求5的过电流保护元件，其特征在于，每一个所述导电通孔的面积在0.009~0.02mm²的范围内。

7.根据权利要求5的过电流保护元件，其特征在于，所述四个导电通孔的截面积总和占该过电流保护元件的形状因数面积的比例介于7%~16%。

8.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，所述四个侧表面包含第一侧表面及第二侧表面，该第二侧表面位于该第一侧表面的相对侧；该第一导电层延伸至该第一侧表面，且与该第二侧表面间有第一缺口；该第二导电层延伸至该第二侧表面，且与该第一侧表面有第二缺口。

9.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，其还包含：

一第一防焊层，形成于位于该上表面的第一金属箔和第二金属箔之间的该第一绝缘层表面；以及

一第二防焊层，形成于位于该下表面的第一金属箔和第二金属箔之间的该第二绝缘层表面。

10.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该过电流保护元件为长方体结构。

11.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该导电通孔为1/4圆孔。

12.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该导电通孔于较短的侧边中占有的宽度比例介于42%~65%。

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