CN202736617U

CN202736617U - 过电流保护元件

Info

Publication number: CN202736617U
Application number: CN 201220433155
Authority: CN
Inventors: 应心源; 标庆欣
Original assignee: KUNSHAN JUDA ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: KUNSHAN JUDA ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-29

Abstract

本实用新型公开了一种过电流保护元件，包括：PTC材料层、第一导电层、第二导电层、第一电极、第二电极及二个导电通孔。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。二个导电通孔分别形成于元件相对的二端面，其中一个导电通孔连接该对第一金属箔及第一导电层，另一个则连接该对第二金属箔及第二导电层。二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5～15%。

Description

过电流保护元件

技术领域

本实用新型关于一种过电流保护元件，特别是关于一种表面黏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，藉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。

未来的电子元件，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。例如以手机而言，表面黏着元件(Surface mountabledevice；SMD)型式的过电流保护元件设置于保护电路模块(Protective CircuitModule；PCM)上，其外接电极片将占据一定的空间，因此小型化的过电流保护元件有其强烈需求。因此在SMD过电流保护应用上，如何朝小型化的过电流保护元件发展，且避免小型元件工艺上可能遭遇的问题，实为当今技术上需要克服及突破的一项挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种过电流保护元件，特别是关于一种表面黏着型过电流保护元件，其可符合元件小型化趋势的需求，例如应用于0805、0603、0402或更小规格的要求。

根据本实用新型一实施例的过电流保护元件，其具有上表面、下表面、第一端面及第二端面。第一及第二端面均连接上表面和下表面，且第一端面和第二端面位于相对侧。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、第二电极、第一导电通孔及第二导电通孔。PTC材料层具有第一表面及第二表面，第二表面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。第一电极包含一对形成于上表面及下表面中的第一金属箔。第一电极电气连接第一导电层，且和第二导电层电气隔离。第二电极包含一对形成于上表面及下表面中的第二金属箔。第二电极电气连接第二导电层，且和第一导电层电气隔离。第一导电通孔位于第一端面的约中央部位，且连接该对第一金属箔及第一导电层。第二导电通孔位于第二端面的约中央部位，且连接该对第二金属箔及第二导电层。第一及第二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5~15%。

一实施例中，第一或第二导电通孔于较短的元件侧边中占有的宽度比例介于35~60%。

一实施例中，本实用新型的过电流保护元件应用于0603规格，各该导电通孔的面积在0.031~0.063mm²的范围。

另一实施例中，本实用新型的过电流保护元件应用于0402规格，各该导电通孔的面积在0.019~0.035mm²的范围。

根据本实用新型的设计，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，本实用新型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1A至1C绘示本实用新型一实施例的过电流保护元件的示意图；

图2A及2B绘示过电流保护元件进行切割时的示意图；

图3A及3B绘示过电流保护元件制作过程的示意图；

图4绘示本实用新型的过电流保护元件的形状因数和导电通孔的关系示意图。

其中，附图标记说明如下：

10过电流保护元件；

11PTC材料层；

12第一导电层；

13第二导电层；

14第一绝缘层；

15第二绝缘层；

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第一防焊层；

22第二防焊层；

24轨道；

51、52缺口；

101上表面；

102下表面；

103第一端面；

104第二端面；

111第一表面；

112第二表面；

171第一金属箔；

181第二金属箔。

具体实施方式

为让本实用新型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，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1A本实用新型一实施例所揭示的表面黏着型过电流保护元件的示意图。过电流保护元件10约为长方体结构，具有相对的上表面101、下表面102、和相对的第一端面103及第二端面104。第一端面103和第二端面104均连接上表面101和下表面102。过电流保护元件10包括：PTC材料层11、第一导电层12、第二导电层13、第一绝缘层14、第二绝缘层15、第一电极17、第二电极18、第一导电通孔19及第二导电通孔20。PTC材料层11具有第一表面111和第二表面112，第二表面112位于该第一表面111的相对侧。第一导电层12物理接触该PTC材料层11的第一表面111，第二导电层13则物理接触该PTC材料层11的第二表面112。第一电极17包含一对形成于上表面101及下表面102中的第一金属箔171。第一电极17电气连接第一导电层12，且和第二导电层13电气隔离。第二电极18包含一对形成于上表面101及下表面102的第二金属箔181。第二电极18电气连接第二导电层13，且和第一导电层12电气隔离。第一导电通孔19位于第一端面103的约中央部位，且连接该对第一金属箔171及第一导电层12。第二导电通孔20位于第二端面104的约中央部位，且连接该对第二金属箔181及第二导电层13。导电通孔19和20朝约垂直方向延伸。

一实施例中，第一绝缘层14形成于第一导电层12表面，而第二绝缘层15形成于该第二导电层13表面。其中形成于上表面101中的第一金属箔171及第二金属箔181形成于第一绝缘层14表面上，而形成于下表面102中的第一金属箔171及第二金属箔181形成于第二绝缘层15下表面。

一实施例中，第一防焊层21形成于位于上表面101的第一金属箔171和第二金属箔181之间的该第一绝缘层14表面。第二防焊层22形成于位于下表面102的第一金属箔171和第二金属箔181之间的该第二绝缘层15表面。

本实施例的导电通孔19和20的截面形状约成半圆孔。此外，导电通孔19和20的截面形状亦可为弧形、方形、长方形、三角形或多边形等，而为本实用新型所涵盖。

图1B为第一导电层12与PTC材料层11的上视图，图1C则为第二导电层13和PTC材料层11的底视图。同时参考图1A及1B，第二端面104位于第一端面103的相对侧，第一导电层12延伸至第一端面103，且与第二端面104间有第一缺口51。同时参考图1A及1C，第二导电层13延伸至该第二端面104，且与该第一端面103间有第二缺口52。

申言之，PTC材料层11的第一表面111和第二表面112分别设置有第一导电层12与第二导电层13，且导电层12和13各自延伸至相对两端面103及104。此导电层12、13可由平面金属薄膜，经如激光切除，化学蚀刻或机械切割方式产生缺口51和52。在本实用新型中，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实用新型。

PTC材料层11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。

当过电流保护元件10的(英制)规格缩小至0805，或特别是0603或0402规格以下时，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。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（例如当元件为0603英制规格时，半圆孔的半径可能仅约为0.12mm），此时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62~65%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0805，特别是0603或甚至0402时，导电通孔不能太大也不能太小，必须有一适当孔径，方能同时避免和解决切割位置偏移和元件推送不顺的问题。

参照图4，如前述，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，本实用新型的导电通孔19、20的孔径(半径)不能太小。一般以0603规格而言，导电通孔19或20的半径约在0.14至0.20mm范围。以0402规格而言，导电通孔19、20的半径约在0.11至0.15mm范围。综言之，导电通孔19、20不能太小，该导电通孔19、20的截面积总和占该过电流保护元件10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0.14mm计算，单个导电通孔的截面积A1为(0.14mm×0.14mm×3.14)/2=0.031mm²，故导电通孔19和20的截面积总和为0.031mm²×2=0.062mm²。0603的形状因数面积A0为0.06英吋×0.03英吋=1.524mm×0.762mm=1.161mm²。此时，导电通孔19和20的截面积总和占该过电流保护元件10的形状因数面积的比例(2×A1/A0)约5%（0.062mm²/1.161mm²）。以同样方式可计算不同形状因数及不同导电通孔孔径的2×A1/A0比例如下表1所示：

表1

综上，二个导电通孔19、20的截面积总和占该过电流保护元件10的形状因数面积的比例(2×A1/A0)约介于5%~15%之间。该2×A1/A0的值亦可为9%或12%。以0603规格而言，2×A1/A0的比值约介于5~11%。以0402规格而言，2×A1/A0的比值约介于7~14%。

从另一角度来看，本实用新型的导电通孔的总宽度D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英吋=0.762mm，若以导电通孔的半径为0.14mm计算，导电通孔的于侧边的宽度D约为2倍半径，即约0.28mm，故导电通孔的宽度总和占侧边宽度的比例约为D/W=0.28mm/0.762mm=37%。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D/W比值如下表2所示，约在35%~60%之间，或特别地为40%、45%、50%或55%。

表2

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，但导电通孔占形状因数的比例必须符合本实用新型界定的数值范围。

根据本实用新型的设计，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元件推送不顺或卡料等情况。因此，本实用新型不仅可提升生产速度，且对于生产良率亦有一定助益。

本实用新型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实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型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实用新型的替换及修饰，并为以的申请专利权利要求范围所涵盖。

Claims

1.一种过电流保护元件，具有上表面、下表面、第一端面及第二端面，第二端面位于该第一端面的相对侧，其特征在于，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，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，包含一对形成于上表面及下表面中的第一金属箔，该第一电极电气连接第一导电层，且和第二导电层电气隔离；

一第二电极，包含一对形成于上表面及下表面中的第二金属箔，该第二电极电气连接第二导电层，且和第一导电层电气隔离；

第一导电通孔，形成于该第一端面，且连接该对第一金属箔及第一导电层；以及

第二导电通孔，形成于该第二端面，且连接该对第二金属箔及第二导电层；

其中该第一和第二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5~15%。

2.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，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；

其中形成于上表面中的第一金属箔及第二金属箔形成于第一绝缘层表面上，形成于下表面中的第一金属箔及第二金属箔形成于第二绝缘层下表面。

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，第一或第二导电通孔的面积在0.031~0.063mm²的范围。

5.根据权利要求3的过电流保护元件，其特征在于，该第一及第二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5~11%。

6.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。

7.根据权利要求6的过电流保护元件，其特征在于，该第一或第二导电通孔的面积在0.019~0.035mm²的范围。

8.根据权利要求6的过电流保护元件，其特征在于，该第一及第二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7~14%。

9.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，该第一导电层延伸至该第一端面，且与第二端面间有第一缺口；该第二导电层延伸至该第二端面，且与该第一端面有第二缺口。

10.根据权利要求2的过电流保护元件，其特征在于，还包含：

一第一防焊层，形成于位于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。

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

12.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，第一导电通孔及第二导电通孔是半圆孔。

13.根据权利要求1的过电流保护元件，其特征在于，第一或第二导电通孔于较短的侧边中占有的宽度比例介于35~60%。