CN207199390U - 一种表面贴装ptc过电流保护元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及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(positive temperature coefficient)过电流保护元件。本实用新型具有以下特点：元件导电电极近焊接导电通孔端设计有一定的缓冲槽，对PTC焊接至PCB后所产生的焊接应力起到缓冲作用，从而提高产品的环境可靠性。

Description

一种表面贴装PTC过电流保护元件

技术领域

本实用新型一种表面贴装PTC过电流保护元件，具体涉及一种通过近焊接导电通孔端导电电极的缓冲槽设计，有效释放元件焊接至PCB后所产生的应力，提高产品环境可靠性的表面贴装高分子PTC过电流保护元件。

背景技术

本申请人在申请号：201510987901.9中公开了一种高分子PTC过电流保护元件，为表面贴装型结构，至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，该复合材料片材具有第一、第二导电电极；第一、第二导电孔；第一、第二端电极；且位于元件侧面有包封层，使导电孔位于元件内部，并使导电复合材料基层与外界环境隔离。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内部，既保证了元件具有良好的焊接性能，又使元件不受侧面包封工艺的影响。3.具有单焊接面和双焊接面两种类型。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：一种表面贴装PTC过电流保护元件，通过近焊接导电通孔端导电电极的缓冲槽设计，有效释放元件焊接至PCB后所产生的应力。

本实用新型技术问题通过下述方案实现：一种表面贴装PTC过电流保护元件，至少具有一个电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，该高分子复合材料基层片材具有第一、第二导电电极；第一、第二导电孔；第一、第二端电极，以及第一、第二绝缘槽，其特点是：在第一导电电极和第二导电电极的近焊接导电通孔处均设计有一定形状的缓冲槽。

本实用新型设计的缓冲槽结构既保证了正常通流，又可以有效释放元件焊接至PCB板之后所产生的应力，从而提高了产品的环境可靠性。

进一步的，所述的表面贴装PTC过电流保护元件，包括：

1）所述的高分子复合材料基层的体积电阻率小于0.001Ω.m，且具有相对的第一，第二表面；

2）所述的第一导电电极位于导电复合材料基层的第一表面；第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；

3）第一导电孔，与高分子复合材料基层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通过绝缘蚀刻槽不电气连接；第二导电孔，与高分子复合材料基层中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极通过绝缘蚀刻槽不电气连接，与每个高分子复合材料基层中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；

4）绝缘层，贴覆于上述非同一高分子复合材料基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）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。

本实用新型具体结构如下：

由高分子导电复合材料基层和紧密贴覆于该高分子导电复合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第一、第二导电电极蚀刻出第一、第二绝缘槽，在每个绝缘槽的相对端近导电孔位置蚀刻出缓冲槽，得到第一、第二缓冲槽；然后，将两绝缘层叠放于完成蚀刻的复合片材两表面，并分别覆盖第一、第二端电极，进行高温压合，之后将压合后的基板经过后续的端电极镀锡、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，形成二个半圆孔形的第一、第二导电孔；制得具有环境可靠性的高分子PTC过流保护元件。

所述的导电高分子复合材料基层由高分子聚合物、导电填料组成。

制备方法可以描述如下：将高分子导电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，对复合片材导电电极的蚀刻，除了常规的起绝缘作用的绝缘蚀刻槽之外，还要有起缓冲作用的缓冲槽。

其中，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及其混合物。

所述的导电填料选自金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种及其混合物，其中，所述的金属粉末选自：铜、镍、钨、锡、银、金或其合金中的一种及其混合物；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几种的混合物。

所述的导电电极和端电极上的绝缘蚀刻槽为曲线组合而成,也可以由直线组合而成,亦可以为直线和曲线组合而成的规则或不规则形状。

所述的导电孔是通过钻孔，并在孔的表面附着导电金属层构成，所述导电孔的形状可以是任意规则的或不规则的形状。

所述的导电层，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。

所述导电层，是由锌、铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物组成。

本实用新型的优越性在于：通过增加缓冲槽可有效释放元件焊接至PCB之后所产生的应力，从而提高了产品的环境可靠性。

附图说明

图1本实用新型整体立体视图；

图2实施例剖面示意图；

图3实施例结构分解示意图；

图4充放电循环测试阻值与循环次数关系图；

图5充放电循环寿命；

图中标号说明：

10——高分子导电复合材料基层；

20a——第一导电电极；

20b——第二导电电极；

30a、30b——第一、第二绝缘层；

41a、41b——上、下第一端电极；

42a、42b——上、下第二端电极；

50a——第一导电孔；

50b——第二导电孔；

60a、60b——上、下阻焊层；

70a、70b——第一、第二缓冲槽；

80a、80b——第一、第二绝缘槽。

具体实施方式

如图1本实用新型整体立体视图和图2实施例剖面示意图所示：

一种表面贴装PTC过电流保护元件，有一个电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层10，该高分子导电复合材料基层10的上、下表面紧密贴合第一导电电极20a和第二导电电极20b；在第一导电电极20a的上表面设有第一绝缘层30a和第二导电电极20b的下表面设有第二绝缘层30b；二侧端面设有第一、第二导电孔50a、50b；与第一导电孔50a电气连接的上、下第一端电极41a、41b，与第二导电孔50b电气连接的上、下第二端电极第二端电极42a、42b，以及第一、第二绝缘槽80a、80b，其特点是：在第一导电电极20a和第二导电电极20b的近焊接导电通孔处设计有一定形状的第一、第二缓冲槽70a、70b。

制法如图3所示：

1）制备高分子导电复合材料基层10，使体积电阻率小于0.001Ω.m，由高密度聚乙烯和分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1µΩ.m的导电填料金属硼化物混合制成的片材层，且具有相对的第一，第二表面；

2）将第一导电电极20a位于高分子导电复合材料基层10的第一表面；第二导电电极20b位于高分子导电复合材料基层10的第二表面；

3）第一导电孔50a，与高分子导电复合材料基层10、第一导电电极20a电气连接，与对应的第二导电电极20b通过第二绝缘槽80b不电气连接；第二导电孔50b，与高分子导电复合材料基层10、第二导电电极20b电气连接，与第一导电电极20a通过第一绝缘槽80a不电气连接；

4）第一绝缘层30a，贴覆于高分子导电复合材料基层10和第一导电电极20a的上表面，第二绝缘层30b贴覆于高分子导电复合材料基层10和第二导电电极20b的下表面上，用于电气隔离；

5）上、下第一端电极41a、41b位于整个元件的最外层的上下两面上，连接第一导电孔50a，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；上、下第二端电极42a、42b位于整个元件的最外层的上、下两面上，连接第二导电孔50b，并与第一端电极50a电气隔断，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。

制备高分子导电复合材料基层10是将高密度聚乙烯、金属硼化物按一定比例在高速混合器中混合10min。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5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm²，厚0.2mm高分子导电复合材料基层10。将表面粗化后的铜箔经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到高分子导电复合材料基层10的双面，即得到包括第一导电电极20a、高分子导电复合材料基层10和第二导电电极20b的复合片材，在真空烘箱中80℃热处理48小时后，用γ射线（Co⁶⁰）辐照，剂量为15Mrad。之后将该复合片材通过图形转移蚀刻技术使得第一导电电极20a和第二导电电极的第一、第二绝缘槽80a、80b以及第一、第二缓冲槽70a、70b，然后将第一绝缘层30a叠加于第一导电电极20a和一金属箔之间，同，时将第二绝缘层30b叠加于第二导电电极20b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，印刷阻焊油墨的上、下阻焊层60a、60b等工序，形成上、下第一端电极41a、41b和上、下第二端电极42a、42b。后续经过钻孔、沉铜、镀铜，第一导电通孔50a依次穿过上第一端电极41a第一绝缘层30a、第一导电电极20a、高分子导电复合材料基层10、第二绝缘槽80b、第二绝缘层30b、下第一端电极41b；第二导电孔50b依次穿过上第二端电极42a、第一绝缘层30a、第一绝缘槽80a、高分子导电复合材料基层10、第二导电电极20b、第二绝缘层30b、下第二端电极42b。

本实用新型所提及的第一缓冲槽70a，设计于第一导电电极20a近第一导电孔端50a，以及第二缓冲槽70b设计于第二导电电极20b近第二导电孔端50b，既要保证导电电极与对应导电通孔之间的导通，还要起到缓冲作用，从而制备出可有效释放元件焊接至PCB后产生的应力，从而提高环境可靠性的高分子PTC过电流保护元件。

验证数据：同一型号，分别为常规设计与本发明设计，回流焊接后测试同一条件下的长期充放电循环测试，记录电阻变化，以及元件充放电循环的寿命。见下图4充放电循环测试阻值与循环次数关系图和图5充放电循环寿命。从图中可以看出，本实用新型可大大提高元件长期环境性能。

Claims (5)

1.一种表面贴装PTC过电流保护元件，至少具有一个电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，该高分子复合材料基层具有第一、第二导电电极；第一、第二导电孔；第一、第二端电极，以及第一、第二绝缘槽，其特点是：在第一导电电极和第二导电电极的近焊接导电通孔处均设计有一定形状的缓冲槽。

2.根据权利要求1所述的表面贴装PTC过电流保护元件，其特征在于：

1）所述的高分子复合材料基层的体积电阻率小于0.001Ω.m，具有相对的第一，第二表面；

2）所述的第一导电电极位于高分子导电复合材料基层的第一表面；第二导电电极，位于高分子导电复合材料基层的第二表面；

3）第一导电孔，与高高分子导电复合材料基层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通过绝缘蚀刻槽不电气连接；第二导电孔，与高分子导电复合材料基层中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极通过绝缘蚀刻槽不电气连接，与每个高分子复合材料基层中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；

4）绝缘层，贴覆于上述非同一高分子导电复合材料基层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）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。

3.根据权利要求1或2所述的表面贴装PTC过电流保护元件，其特征在于：在与第一导电孔电气连接的导电电极上，靠近第一导电孔的区域设计有缓冲槽；在与第二导电孔电气连接的导电电极上，靠近第二导电孔的区域设计有缓冲槽。

4.根据权利要求3所述的表面贴装PTC过电流保护元件，其特征在于：所述的导电电极上的缓冲槽可以为直线组合、曲线组合，或者其组合形式。

5.根据权利要求1或2所述的表面贴装PTC过电流保护元件，其特征在于：

由高分子导电复合材料基层和紧密贴覆于该高分子导电复合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第一、第二导电电极蚀刻出第一、第二绝缘槽，在每个绝缘槽的相对端的近导电孔位置蚀刻出缓冲槽，得到第一、第二缓冲槽；两绝缘层叠放于完成蚀刻的复合片材两表面，并分别覆盖第一、第二端电极，进行高温压合成整体基板，经过后续的端电极镀锡、蚀刻外层图形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、钻孔、沉铜、镀铜工艺得第一、第二导电孔，得到表面贴装PTC过电流保护元件成品。