專利名稱：過電流保護元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電路元件，特別是一種過電流保護元件，其為一種具有多層電路的過電流保護元件。
背景技術(shù)：
目前，隨著可攜式電子裝置的廣泛應(yīng)用，例如手機、筆記型電腦、手提攝影機及個人數(shù)字助理器(PDA)等，為防止發(fā)生過電流或過高溫現(xiàn)象的過電流保護元件的重要性也愈來愈顯著。
現(xiàn)有的電池過電流保護元件很多，包括溫度保險絲、雙金屬保險器或正溫度系數(shù)過電流保護元件等。其中，由于正溫度系數(shù)過電流保護元件具有不需更換即可重復(fù)使用，對溫度敏感及可靠性穩(wěn)定等優(yōu)點，所以目前已被普遍應(yīng)用于電池的過電流保護中，尤其是應(yīng)用于充電電池(例如鎳氫電池或是鋰電池等)的過電流保護元件。
正溫度系數(shù)的過電流保護元件是利用一種具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料，制作電流感測元件。由于這種導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻值對溫度變化反應(yīng)靈敏，在正常使用狀況時，正溫度系數(shù)的過電流保護元件的電阻可維持在極低值狀態(tài)，使電路得以正常工作。但是，當電池使用不當而發(fā)生過電流或過高溫現(xiàn)象時，正溫度系數(shù)的過電流保護元件的電阻值會瞬間提高數(shù)萬倍至高電阻狀態(tài)(例如104歐姆以上)，而將過量的電流反向抵銷，可達到保護電路元件及電池的目的。
現(xiàn)有的過電流保護元件，如圖1所示，包括一個電阻元件10、上下二個絕緣層104、105及上下二個外導(dǎo)電層106、107；其中，電阻元件10包括一個電流感測元件101、第一導(dǎo)電層102及第二導(dǎo)電層103，且第一導(dǎo)電層102及第二導(dǎo)電層103的表面分別具有一個絕緣光罩孔108、108’。二絕緣層104、105分別位于第一導(dǎo)電層102及第二導(dǎo)電層103的表面上，而二個外導(dǎo)電層106、107分別位于二絕緣層104、105的表面。二個外導(dǎo)電層上可被蝕刻而分別形成二個隔離區(qū)109，隔離區(qū)109可將外層導(dǎo)電層106、107區(qū)分為二個導(dǎo)電端。最后，利用機械鉆孔方式，在二外層導(dǎo)電層106、107的表面相對于二絕緣光罩孔108、108’的位置加工形成二個貫穿孔110、111，再利用電鍍或充填導(dǎo)電膏的方式將貫穿孔110、111加以導(dǎo)通而形成二個導(dǎo)電通孔。
另外，為適合表面粘著技術(shù)(SMT)，第一導(dǎo)電層102及第二導(dǎo)電層103必須為相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如美國專利第5,852,397號，公開的一表面粘著電氣裝置，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層是利用鉆孔、電鍍、再切割成半圓形的導(dǎo)通孔。另外，臺灣專利公告第415624號，公開一表面粘著電氣裝置，其是利用多層壓合，并以鉆孔、電鍍、再切割成半圓形的方式形成。然而，上述利用機械鉆孔，再電鍍而形成的導(dǎo)通孔，不但須占用元件的表面面積，所形成的導(dǎo)通孔的孔徑也較大，而使元件尺寸不能有效縮小，且在鉆孔時會在元件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致元件彎曲。依目前電子元件小型化的趨勢，當元件尺寸由0805(長×寬)規(guī)格縮小至0603規(guī)格時，其導(dǎo)通孔的孔徑相對地也需要縮小。而現(xiàn)有技術(shù)中的半圓結(jié)構(gòu)圖切刀的厚度可能較導(dǎo)通孔大，或是在切割后導(dǎo)通孔的有效面積降低，而導(dǎo)致在表面粘著時造成吃錫困難等問題。
再者，美國專利第6,023,403號，亦公開了一種表面粘著的電氣裝置，其中，第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層是利用全金屬表面的方式取代鉆孔，電鍍，再切割的方法。然而，上述利用全金屬表面方式制備小尺寸的粘著元件時，在電鍍前需先進行元件的切割，以利進行元件的側(cè)邊電鍍，然而，在切割后，所剩的面積減小且材質(zhì)非常脆弱，所以，在電鍍槽中元件本身容易折斷，而造成制造中的困難，因此，也不適合小尺寸的表面粘著電氣裝置。
隨著可攜式電子儀器的體積愈來愈小，相對地，其內(nèi)部元件的體積也要愈來愈小，所以，不便于采用上述方法。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的第一目的在于提供一種體積小的過電流保護元件，其具有導(dǎo)電盲孔與導(dǎo)電埋孔結(jié)構(gòu)，可有效地縮小尺寸。
本實用新型的第二目的在于提供一種容易加工的過電流保護元件，其是利用激光鉆孔或離子束光蝕刻的方式形成較小孔徑的導(dǎo)電通孔，可節(jié)省因機械鉆孔所占用的面積，且可避免因鉆孔的內(nèi)應(yīng)力作用而造成的變形。
為達到上述目的，本實用新型采取如下技術(shù)措施本實用新型的過電流保護元件，包括至少一個電阻元件、至少一個外導(dǎo)電層及至少一個絕緣層；電阻元件包括a.一個電流感測元件；b.一個第一導(dǎo)電層，設(shè)于電流感測元件的表面上；c.一個第二導(dǎo)電層，設(shè)于電流感測元件的相對于第一導(dǎo)電層的表面上；相鄰的電阻元件以微導(dǎo)電通孔電連接彼此的第一導(dǎo)電層和電連接彼此的第二導(dǎo)電層；外導(dǎo)電層設(shè)于最外部，且具有互相絕緣的第一導(dǎo)電端及第二導(dǎo)電端，第一導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至一電阻元件的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層中之一，第二導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至相鄰的電阻元件的另一不同于第一導(dǎo)電端電連接的導(dǎo)電層；絕緣層用于隔離相鄰的電阻元件及隔離電阻元件和外層導(dǎo)電層。
其中，所述電流感測元件是利用具正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料制成。
其中，所述微導(dǎo)電通孔的孔徑小于80μm。
其中，所述微導(dǎo)電通孔是導(dǎo)電盲孔。
其中，所述微導(dǎo)電通孔是導(dǎo)電埋孔。
其中，所述微導(dǎo)電通孔是利用導(dǎo)電膏、電鍍或無電解電鍍加以導(dǎo)通。
其中，還包括一層用以增強結(jié)構(gòu)強度的熱壓在第二導(dǎo)電層上的玻璃纖維基板。
其中，所述微導(dǎo)電通孔是以低能量激光蝕刻的方式完成。
其中，所述微導(dǎo)電通孔是以離子束蝕刻方式完成。
其中，所述具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料包含聚合物及導(dǎo)電填料。
其中，所述聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其混合物與共聚合物。
其中，所述導(dǎo)電填料選自可被激光燒灼的碳黑、碳化物及其混合物。
其中，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料選自鎳、銅、鋅、銀、金及其合金。
其中，所述絕緣層為環(huán)氧樹脂膠膜或玻璃纖維所制成的接著性膠膜的復(fù)合體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下效果由于本實用新型采用導(dǎo)電盲孔與導(dǎo)電埋孔結(jié)構(gòu)，可有效地縮小元件尺寸，因此過電流保護元件的體積?。挥捎诒緦嵱眯滦褪抢眉す忏@孔或離子束光蝕刻的方式形成較小孔徑的導(dǎo)電通孔，可節(jié)省因機械鉆孔所占用的面積，且可避免因鉆孔的內(nèi)應(yīng)力作用而造成的變形，且加工效率高。


圖1一種現(xiàn)有過電流保護元件的剖面圖；圖2A至2E本實用新型過電流保護元件第一實施例的制作流程圖；圖3本實用新型的過電流保護元件實施例的剖面圖；圖4A至4D本實用新型過電流保護元件第二實施例的制作流程圖；圖5本實用新型的正溫度系數(shù)板材的俯視圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的結(jié)構(gòu)特征詳細說明如下如圖2A至2E所示，其為本實用新型第一實施例的制作流程圖；如圖2A所示，首先，提供一個電阻元件20，電阻元件20包括一個電流感測元件201、第一導(dǎo)電層202及第二導(dǎo)電層203。電流感測元件201是由具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料所組成，包括一種或至少一種聚合物及導(dǎo)電填料，聚合物可為結(jié)晶性或非結(jié)晶性的聚合物，其可選自下列群組聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯、聚丙烯酸、環(huán)氧樹脂及其混合物，而導(dǎo)電填料均勻分散于聚合物中。由于本實用新型是利用激光穿孔，所以其中的導(dǎo)電填料需選擇可用激光燒灼的導(dǎo)電物質(zhì)，例如導(dǎo)電碳黑、碳化物及其混合物，而該碳化物可選擇碳化鎢或碳化鈦等。另外，為增加導(dǎo)電復(fù)合材料對溫度的靈敏度及電性能的穩(wěn)定性，可進一步包含添加劑，例如光起始劑、交鏈劑、偶合劑、分散劑、安定劑、抗氧化劑及非導(dǎo)電填料等。其中，第一及第二導(dǎo)電層202、203為一金屬箔片，例如銅、鎳、金及其合金，可利用電鍍、無電解電鍍或壓合技術(shù)形成，并利用化學(xué)蝕刻方式定義出該兩個導(dǎo)電層的位置。
如圖2B所示，可利用曝光顯影等步驟，在第一導(dǎo)電層202上蝕刻一個絕緣光罩孔204。之后，在第一導(dǎo)電層202上覆蓋一層絕緣層205，并在絕緣層205上形成第三導(dǎo)電層206；如圖2C所示，第三導(dǎo)電層206是利用電鍍、無電解電鍍或壓合技術(shù)形成。如圖2D所示，可在第三導(dǎo)電層206上利用蝕刻方式形成第一光罩孔207a及一個第二光罩孔207b，且第一光罩孔207a與第一導(dǎo)電層202的絕緣光罩孔204位于同一垂直面上。
如圖2E所示，在第三導(dǎo)電層206上利用蝕刻方法形成一個隔離區(qū)208，將第三導(dǎo)電層206區(qū)分為一個第一導(dǎo)電端206a及一個第二導(dǎo)電端206b。之后，再利用激光(例如三氧化碳激光)分別透過第一光罩孔207a及第二光罩孔207b對絕緣層205及電流感測元件201進行蝕刻以形成二微孔，二微孔再經(jīng)以導(dǎo)電膏、電鍍或無電解電鍍等方法形成第一及第二微導(dǎo)電通孔209a、209b。由于第一光罩孔207a是與絕緣光罩孔204位于同一垂直面上，所以，當以激光進行蝕刻時，激光光線會穿透絕緣層205及電流感測元件201，這樣，第一微導(dǎo)電通孔209a可導(dǎo)通第二導(dǎo)電層203及第三導(dǎo)電層206。而第二光罩孔207b的激光光線卻只能穿透絕緣層205，則第二微導(dǎo)通孔209b可導(dǎo)通第一導(dǎo)電層202及第三導(dǎo)電層206。上述過電流保護元件的結(jié)構(gòu)中，微導(dǎo)電通孔209a及209b設(shè)置在過電流保護元件的內(nèi)部，其一端與內(nèi)部導(dǎo)電層接觸，另一端則暴露在過電流保護元件之外，電連接內(nèi)部的導(dǎo)電層及外部電路，而稱之為一導(dǎo)電盲孔，與現(xiàn)有的過電流保護元件的貫穿孔結(jié)構(gòu)并不相同。最后，在第二導(dǎo)電層203上覆蓋一絕緣材料(未圖示)而形成一具正溫度系數(shù)性能的板材，該板材以蝕刻方法在外層導(dǎo)電層表面形成數(shù)條切割線(未圖示)后，將該板材以切割線為依據(jù)進行切割后，而可得到數(shù)個過電流保護元件。
由于現(xiàn)有的導(dǎo)通孔是利用機械鉆孔方式完成，其最小孔徑約為200-250μm，而本實用新型的導(dǎo)通孔是利用激光蝕刻方式加工，其孔徑可小于80μm，而激光鉆孔的速度也較現(xiàn)有的機械鉆孔方法快，約為每分鐘2000個微孔。因此，不僅可縮小過電流保護元件的尺寸，亦可提高加工效率。
本實用新型的過電流保護元件還可包含一剛性補強材，以增強其結(jié)構(gòu)強度。亦即，電阻元件20除了包含一個電流感測元件201、第一導(dǎo)電層202及第二導(dǎo)電層203外，進一步可包含一剛性絕緣體210，例如FR4玻璃纖維基板。剛性絕緣體210設(shè)置于第二導(dǎo)電層203相對應(yīng)于電流感測元件201的另一側(cè)，如圖3所示。剛性絕緣體210可利用熱壓法與第二導(dǎo)電層203層壓形成。
另外，本實用新型的過電流保護元件還可包含至少二層電阻元件，使其達到電阻并聯(lián)效果，以降低過電流保護元件的電阻及增加其工作電流。
如圖4A至4D所示，其表示本實用新型第二實施例的制造流程圖，是利用并聯(lián)二層電阻元件，使過電流保護元件的電阻降為原先的一半。如圖4A所示，首先提供一個第一電阻元件40，第一電阻元件40包括一個第一電流感測元件401、第一導(dǎo)電層402及第二導(dǎo)電層403，而且，第一導(dǎo)電層402的表面是利用蝕刻方法形成一第一絕緣光罩孔404a及一第二絕緣光罩孔404b。
之后，如圖4b所示，在第一導(dǎo)電層402表面相對應(yīng)于第一電流感測元件401的另一側(cè)形成一第一絕緣層405，且于第二導(dǎo)電層403表面相對應(yīng)于第一電流感測元件401的另一側(cè)形成一第二絕緣層406，第一及第三絕緣層405、406可利用壓合或涂布方式形成。然后，在第一及第二絕緣層405、406表面分別形成一第三導(dǎo)電層407及第四導(dǎo)電層408，第三及第四導(dǎo)電層407、408可利用壓合、電鍍或無電解電鍍的方式形成。之后，利用蝕刻方法在第三導(dǎo)電層407及第二導(dǎo)電層403表面形成三個光罩孔409a、409b、409c，其中，光罩孔409a與光罩孔409c分別與第一絕緣光罩孔404a與第二絕緣光罩孔404b位于同一垂直面上。
然后，如圖4c所示，利用二氧化碳激光穿透光罩孔409a、409b、409c，激光光線會燒灼絕緣層406、405及電流感測元件401而形成三個微孔，再將該三個微孔填以導(dǎo)電膏或利用電鍍或無電解電鍍使之導(dǎo)通，而形成三個微導(dǎo)電通孔410a、410b、410c。之后，利用蝕刻方法在第三導(dǎo)電層407表面形成一絕緣光罩孔404c，以及在第四導(dǎo)電層408表面形成一導(dǎo)電隔離區(qū)411。第三導(dǎo)電層407表面覆蓋一個第二電流感測元件412，第二電流感測元件412可利用涂或?qū)訅悍右孕纬?。之后，在第二電流感測元件412表面覆蓋一層第五導(dǎo)電層413，第五導(dǎo)電層413可利用壓合或電鍍方式形成。第二感測元件412、第三導(dǎo)電層407及第五導(dǎo)電層413組成一個第二電阻元件41。
同樣，利用在第五導(dǎo)電層413上進行形成光罩孔及激光蝕刻等步驟，形成一微導(dǎo)電通孔410d。之后，再在第五導(dǎo)電層413表面依序覆蓋一絕緣層414及一外導(dǎo)電層415。在外層導(dǎo)電層415表面蝕刻二個光罩孔410e、410f及一個隔離區(qū)416，并利用激光穿透二個光罩孔以形成二個微孔，再填以導(dǎo)電膠或利用電鍍方式使之導(dǎo)通，形成二個微導(dǎo)電通孔410e、410f，如圖4D所示。其中，隔離區(qū)411及416分別將第四導(dǎo)電層408及外導(dǎo)電層415區(qū)分為二個導(dǎo)電端411a、411b以及416a、416b，這樣，便形成上下對稱無方向性的正溫度系數(shù)板材。最后，該板材以蝕刻方法在外導(dǎo)電層表面形成數(shù)條切割線(未圖示)后，將該板材以切割線為依據(jù)進行切割后，可得到數(shù)個過電流保護元件。
在整個過電流保護元件的結(jié)構(gòu)中，微導(dǎo)電通孔410b、410c、410e及410f設(shè)置于過電流保護元件的內(nèi)部，其一端與內(nèi)部導(dǎo)電層接觸，另一端則暴露于過電流保護元件之外，以電連接內(nèi)部的導(dǎo)電層及外部電路，而稱之為一導(dǎo)電盲孔。而微導(dǎo)電通孔410a及410d雖同樣設(shè)置在過電流保護元件內(nèi)部，但其二端皆與內(nèi)部導(dǎo)電層接觸，以電連接內(nèi)部導(dǎo)電層或電阻元件，而稱之為導(dǎo)電埋孔。
在本實用新型所公開的過電流保護元件中，其電阻元件的層數(shù)可視需要而定，不但可使電阻降低，亦可使過電流保護元件的尺寸縮小。
如圖5所示，其為本實用新型的正溫度系數(shù)板材的俯視圖，該板材50具有二層或二層以上的電阻元件。使用者可利用激光(例如二氧化鉛激光)在外導(dǎo)電層表面作定點燒灼或離子束蝕刻以形成數(shù)個微導(dǎo)電盲孔501，且在外導(dǎo)電層表面的適當位置上，利用蝕刻方法形成數(shù)條切割線503，以作為切割的依據(jù)。最后，利用切割方式形成數(shù)個過電流保護元件。
上述內(nèi)容是利用實施例說明本實用新型的技術(shù)特征，并非用于限制本實用新型的保護范圍，即使有人在本實用新型構(gòu)思的基礎(chǔ)上稍作變動，仍應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種過電流保護元件，包括至少一個電阻元件、至少一個外導(dǎo)電層及至少一個絕緣層；電阻元件包括a.一個電流感測元件；b.一個第一導(dǎo)電層，設(shè)于電流感測元件的表面上；c.一個第二導(dǎo)電層，設(shè)于電流感測元件的相對于第一導(dǎo)電層的表面上；其特征在于相鄰的電阻元件以微導(dǎo)電通孔電連接彼此的第一導(dǎo)電層和電連接彼此的第二導(dǎo)電層；外導(dǎo)電層設(shè)于最外部，且具有互相絕緣的第一導(dǎo)電端及第二導(dǎo)電端，第一導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至一電阻元件的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層中之一，第二導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至相鄰的電阻元件的另一不同于第一導(dǎo)電端電連接的導(dǎo)電層；絕緣層用于隔離相鄰的電阻元件及隔離電阻元件和外層導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述電流感測元件是利用具正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔的孔徑小于80μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔是導(dǎo)電盲孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔是導(dǎo)電埋孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔是利用導(dǎo)電膏、電鍍或無電解電鍍加以導(dǎo)通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，還包括一層用以增強結(jié)構(gòu)強度的熱壓在第二導(dǎo)電層上的玻璃纖維基板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔是以低能量激光蝕刻的方式完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述微導(dǎo)電通孔是以離子束蝕刻方式完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過電流保護元件，其特征在于，所述具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料包含聚合物及導(dǎo)電填料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電流保護元件，其特征在于，所述聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其混合物與共聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電流保護元件，其特征在于，所述導(dǎo)電填料選自可被激光燒灼的碳黑、碳化物及其混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料選自鎳、銅、鋅、銀、金及其合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流保護元件，其特征在于，所述絕緣層為環(huán)氧樹脂膠膜或玻璃纖維所制成的接著性膠膜的復(fù)合體。
專利摘要一種過電流保護元件,包括:至少一個電阻元件、至少一個外導(dǎo)電層及至少一個絕緣層;電阻元件包括:一電流感測元件;一第一導(dǎo)電層,設(shè)于電流感測元件的表面上;一第二導(dǎo)電層,設(shè)于電流感測元件的相對于第一導(dǎo)電層的表面上;相鄰的電阻元件以微導(dǎo)電通孔電連接彼此的第一導(dǎo)電層和電連接彼此的第二導(dǎo)電層;外導(dǎo)電層設(shè)于最外部,且具有互相絕緣的第一及第二導(dǎo)電端,第一導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至一電阻元件的第一和第二導(dǎo)電層中之一,第二導(dǎo)電端經(jīng)微導(dǎo)電通孔電連接至相鄰的電阻元件的另一導(dǎo)電層;絕緣層用于隔離相鄰的電阻元件,隔離電阻元件和外層導(dǎo)電層。本電流保護元件的體積小,且加工效率高,可避免元件變形。
文檔編號H01C7/02GK2515773SQ0126608
公開日2002年10月9日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者朱復(fù)華, 王紹裘, 馬云晉 申請人:聚鼎科技股份有限公司