CN109448943A - 一种高分子ptc过电流保护元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以导电高分子聚合物复合材料为主要材料的具有优异环境稳定性的表面贴装高分子PTC过电流保护元件。本发明具有以下特点：1.元件侧面包裹有包封层,使元件高分子材料基层与环境隔离，从而提高了产品的环境可靠性；2.起电气连接作用的导电孔位于元件两侧，保证了元件具有良好的焊接性能3.具有不改变现有产品结构及生产工艺，技术可实现性强。
Description
技术领域
本发明涉及电路保护元器件技术领域，具体涉及一种导电高分子聚合物复合材料为主要材料的电子元器件，其是一种侧面包封，具有优异环境稳定性的表面贴装高分子PTC(positive temperature coefficient)过电流保护元件。
背景技术
聚合物和分散在聚合物中的导电填料组成的导电聚合物以及由此导电性聚合物制备出的具有正温度系数(PTC)特征的过电流保护元件可用于电路过电流保护。通常，高分子PTC过电流保护元件在室温时具有低电阻值，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，藉此抑制过量电流通过，已达到保护电路的目的。当温度下降至室温或电路上不再有过电流的状况时，高分子PTC过电流保护元件可回复至低阻状态，从而电路重新正常运作。此种可重复使用的优点，使高分子PTC过电流保护元件广泛应用在电子电路中。
在现有公开的技术中，表面贴装型元件的材料侧面裸露在空气中，导致元件在空气中放置或使用一段时间后，就会出现阻值上升，严重影响其使用性能。
本发明旨在提供一种可有效解决上述问题的PTC过电流保护元件，即在过电流保护元件侧面增加了包封层，以提高过电流保护元件的环境可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可有效增加产品环境可靠性的高分子PTC过流保护元件，避免其在空气中使用或放置一段时间后，阻值大幅上升影响其使用性能的缺点。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种高分子PTC过电流保护元件，包含:
1)至少一个具有电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：
(a)具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1mΩ.m,粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，且具有相对的第一，第二表面；
(b)第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；
(c)第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；
2)第一导电孔，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；
第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；
3)第一端电极，位于整个元件的最外层的两面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路一极电气相连；
第二端电极，与第一端电极同样位于整个元件的最外层的两面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路另一极电气相连；
4)绝缘层，贴覆于相邻复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和端电极之间，并用于电气隔离；
5)侧面涂覆层，位于元件四个侧面，使导电复合材料基层与外界环境隔离。
所述的导电复合材料基层,其体积电阻率小于0.01Ω.m。
所述的聚合物占所述导电复合材料基层的体积分数介于20％～75％之间，选自聚乙烯、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或两种以上的混合物。
所述的导电填料选自金属粉末、导电陶瓷粉末或者炭黑粉末中的一种或两种以上的混合物。
所述的金属粉末选自：铜、镍、钨、锡、银、金、炭黑或其合金中的一种或两种以上的混合物。
所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或两种以上的混合物。
所述的导电孔位于元件两侧，由激光钻孔或机械钻孔等工艺形成，且孔表面附着导电金属层构成，所述导电孔的形状是任意规则的或不规则的形状。
所述的导电金属层，是通过化学沉积、喷涂、溅射、电镀或是这几种工艺复合使用形成的。
所述导电金属层，是由锌、铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种或两种以上的混合物。
所述的侧面涂覆层，为环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、硅橡胶、聚氨酯、UV树脂或无机胶中的一种或两种以上的混合物。
由高分子复合材料基层和紧密贴覆于上述高分子材料基层两面的第一导电电极和第二导电电极形成复合片材，对复合片材通过内层图形转移蚀刻技术使复合片材的导电电极蚀刻出绝缘槽，然后将两绝缘层叠放于完成蚀刻的复合片材两表面，并分别覆盖金属箔，进行高温压合，之后将压合后的基板经过后续的外层金属箔镀锡、蚀刻外层图形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、钻孔、沉铜、镀铜工艺等步骤及包封工艺，得到具有优异环境稳定性的高分子PTC过流保护元件。
本发明的制备方法可以描述如下：将导电高分子复合材料基层组分高分子聚合物、导电填料在高速混合机内混合，然后将混合物在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～5000cm2，厚0.1～3.0mm的复合材料基层；再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述材料基层的第一第二两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad。再采用印制线路板工艺制成表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。在线路板工艺制造过程中，采用侧面涂覆工艺在过电流保护元件叠层侧面增加包封层，使元件高分子材料基层与空气环境隔离，从而提高了产品的环境可靠性能。
本发明的结构特征为：1.保护元件叠层侧面具有包封层,使元件高分子材料基层与空气环境隔离，从而使元件具备较高的环境可靠性；2.起电气连接作用的导电孔位于元件两侧，充分保证了元件具有良好的焊接可操作性，又使元件具备良好的环境性能；3.本发明可正常生产单层PTC芯片产品、双层PTC芯片和多层PTC芯片产品，所有产品均具有双焊接面；双焊接面元件的特点为：因在加工、使用过程中可不区别正反面，具有加工、检测及安装方便的优点，可节约生产及安装成本。
附图说明
图1：本发明整体立体视图。
图2：本发明实施例1单层片材剖切面视图。
图3：本发明实施例1双层片材剖切面视图。
图4：本发明实施例1单层片材结构解析图。
图5：本发明实施例1与比较例高温高湿环境中，电阻随放置时间变化的关系图。
附图中标号说明
1：第一端电极
2：第二端电极
3：绝缘层
4第一导电电极
5：高分子导电复合材料基层
6第二导电电极
7：第一导电孔
8：第二导电孔
9：元件外侧包封层
10:元件外部用于电气隔离第一端电极和第二端电极的绝缘槽
具体实施方式
实施例1
将高密度聚乙烯、金属碳化物按一定比例在高速混合器中混合12min。然后将混合物组分在180℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力8Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.3mm高分子复合材料基层5。将表面粗化后的铜箔经平整后，在压力8Mpa，温度180℃条件下热压到高分子复合材料基层的双面，即得到高分子PTC复合片材，在真空烘箱中60℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为16Mrad。之后将复合片材通过图形转移蚀刻技术使第一导电电极4和第二导电电极6分别蚀刻出绝缘槽，然后将一绝缘层3叠加于第一导电电极和一金属箔之间，同时将另一绝缘层3叠加于第二导电电极6和另一金属箔之间，然后进行高温压合，压合后的基板通过端电极镀锡、外层图形蚀刻，印刷阻焊油墨等步骤，形成第一端电极1和第二端电极2。然后经过后续的钻孔、沉铜、镀铜，形成两个导电孔，分别为第一导电孔7和第二导电孔8。之后采用侧面涂覆工艺，使元件四个侧面包裹一特殊材料包封层9，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。(参考图1、2)
本发明也可由两层或多层复合片材并联，采用同样的导通方式实现，以达到降低产品内阻的目的。侧面同样包裹一特殊材料包封层，从而制备出具有两个焊接面、环境可靠性高的高分子PTC过电流保护元件。(参考图3为两层复合片材)
所制备的过电流保护元件在长期环境放置后，相对于没有侧面包封的比较，环境稳定性显著提高(参看图5)。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上,然而本领域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,而应包括各种不背离本发明的替换及修饰,并为以上的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种高分子PTC过电流保护元件，包含:
1)至少一个具有电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：
(a)具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1mΩ.m,粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，且具有相对的第一，第二表面；
(b)第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；
(c)第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；
2)第一导电孔，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；
第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；
3)第一端电极，位于整个元件的最外层的两面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路一极电气相连；
第二端电极，与第一端电极同样位于整个元件的最外层的两面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路另一极电气相连；
4)绝缘层，贴覆于相邻复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和端电极之间，并用于电气隔离；
5)侧面涂覆层，位于元件四个侧面，使导电复合材料基层与外界环境隔离。
2.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电复合材料基层,其体积电阻率小于0.01Ω.m。
3.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的聚合物占所述导电复合材料基层的体积分数介于20％～75％之间，选自聚乙烯、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或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电填料选自金属粉末、导电陶瓷粉末或者炭黑粉末中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求4所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的金属粉末选自：铜、镍、钨、锡、银、金、炭黑或其合金中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求4所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电孔位于元件两侧，，由激光钻孔或机械钻孔形成，且孔表面附着导电金属层构成，所述导电孔的形状是任意规则的或不规则的形状。
8.根据权利要求7所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述的导电金属层，是通过化学沉积、喷涂、溅射、电镀或是这几种工艺复合使用形成的。
9.根据权利要求7所述的高分子PTC过电流保护元件，其特征在于，所述导电金属层，是由锌、铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种或两种以上的混合物。
10.据权利要求1所述的高分子PTC过电流流保护元件，其特征在于，所述的侧面涂覆层，为环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、硅橡胶、聚氨酯、UV树脂或无机胶中的一种或两种以上的混合物。
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