過(guò)電流保護(hù)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示一過(guò)電流保護(hù)元件，其包括具有正溫度系數(shù)特性的PTC材料層、第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、第一電極、第二電極、第一電氣連接件、第二電氣連接件和至少一絕緣層。PTC材料層中，聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為30%～60%，導(dǎo)電填料所占體積分?jǐn)?shù)為40%～70%，體積電阻率小于0.01Ω.cm。第一及第二導(dǎo)電層分別貼合于PTC材料層第一及第二表面。第一及第二電極分別電氣連接第一及第二導(dǎo)電層，絕緣層設(shè)置于第一及第二電極之間。第一及第二電氣連接件用聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料代替導(dǎo)電通孔，增大承載電流面積，減小元件和空氣接觸的面積，使過(guò)電流保護(hù)元件具有大承載電流和優(yōu)良耐候性能。
【專利說(shuō)明】
過(guò)電流保護(hù)元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一過(guò)電流保護(hù)元件，具體指一種具有低室溫電阻率和耐候性好的過(guò)電流保護(hù)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]具有正溫度系數(shù)特性的PTC材料在正常溫度下可維持較低的電阻值，具有對(duì)溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，即當(dāng)電路中發(fā)生過(guò)電流或過(guò)高溫現(xiàn)象時(shí)，其電阻會(huì)瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，以達(dá)到保護(hù)電路元件的目的。因此可把聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料連接到電路中，作為電流傳感元件的材料。由此類材料制備的過(guò)電流保護(hù)元件已被廣泛應(yīng)用于電子線路上。
[0003]過(guò)電流保護(hù)元件中所述的承載電流是指在特定溫度下PTC元件在不動(dòng)作的狀態(tài)下所能承受的最大電流。具有正溫度系數(shù)特性的PTC材料一般由聚合物和導(dǎo)電填料復(fù)合而成，碳黑作為導(dǎo)電填料雖然電阻穩(wěn)定性，但其導(dǎo)電能力有限，其承載電流能力較差。以金屬粉為導(dǎo)電填料雖然具有較好承載電流能力，但容易氧化，使得材料阻值大幅上升。為了克服碳黑和金屬粉末的弊端，行業(yè)內(nèi)逐漸趨向以金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼化物粉末作為低阻值聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電填料;US7391295公開(kāi)的過(guò)電流保護(hù)元件在25 V時(shí)的體積電阻率小于0.2 Ω.cm，而本發(fā)明專利公開(kāi)的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料體積電阻率小于0.01Ω.cm，遠(yuǎn)低于專利US7391295的0.2Ω.cm;US7391295公開(kāi)的過(guò)電流保護(hù)元件承載電流大于0.215A/mm2，本發(fā)明專利公開(kāi)的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料承載電流大于0.25 A/mm2，高于US7391295的0.215A/mm2。
[0004]目前市場(chǎng)上的3]\?)元件有其通用規(guī)格，如3]\?)1812、1210、1206、0805、0603等，對(duì)于確定規(guī)格的SMD產(chǎn)品，其能承載電流的面積是一定的，常規(guī)SMD元件是通過(guò)導(dǎo)電通孔作為元件的電氣連接件，但導(dǎo)電通孔的存在使SMD元件承載電流面積減小，即SMD元件所能承受電流會(huì)顯著減小，室溫電阻也會(huì)顯著增大。以形狀規(guī)格為0603SMD產(chǎn)品為例，其面積為0.06英寸*0.03英寸=1.524mm*0.762mm= 1.1 62mm2，導(dǎo)電通孔半徑在0.18mm至0.23mm范圍內(nèi)，則導(dǎo)電通孔面積為0.1018mm2至0.1662mm2之間，導(dǎo)電通孔面積占SMD面積的8.8%至14.3%，根據(jù)現(xiàn)有理論計(jì)算，導(dǎo)電通孔使SMD最大承載電流減小8.8%至14.3%。若減小導(dǎo)電通孔，則導(dǎo)電通孔太小會(huì)造成因切割道具偏移或外層線路對(duì)位偏移導(dǎo)致切割偏移等相關(guān)問(wèn)題。因此，如何突破導(dǎo)電通孔對(duì)SMD元件電氣性能帶來(lái)的限制是需要繼續(xù)攻克的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一過(guò)電流保護(hù)元件，用聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料代替導(dǎo)電通孔做電氣連接件，目的是提升過(guò)電流保護(hù)元件的承載電流和耐候性能。
[0006]為達(dá)到上述目的，一種過(guò)電流保護(hù)元件，其包括具有正溫度系數(shù)特性的PTC材料層、第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、第一電極、第二電極、第一電氣連接件、第二電氣連接件和至少一絕緣層，其中， 所述的PTC材料層中，聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為30%?60%，導(dǎo)電填料所占體積分?jǐn)?shù)為40%?70%，體積電阻率小于0.01 Ω.cm；
所述的第一及第二導(dǎo)電層分別貼合于PTC材料層第一及第二表面；
所述的第一及第二電極為分別電氣連接第一及第二導(dǎo)電層的金屬箔片，絕緣層設(shè)置于第一及第二電極之間，該第一電極層通過(guò)第一電氣連接件電氣連接第一導(dǎo)電層，和第二導(dǎo)電層電氣隔離;第二電極層通過(guò)第二電氣連接件電氣連接第二導(dǎo)電層，和第一導(dǎo)電層電氣隔咼；
所述的第一電氣連接件將第一電極和第一導(dǎo)電層電氣連接，所述的第二電氣連接件將第二電極和第二導(dǎo)電層電氣連接，所述的電氣連接件的基材為包含聚合物和導(dǎo)電粒子的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0007]在上述方案基礎(chǔ)上，第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層，分別貼合于PTC材料層上下表面；第一電極層為包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第一電極層通過(guò)第一電氣連接件電氣連接第一導(dǎo)電層，和第二導(dǎo)電層電氣隔離;第一絕緣層設(shè)置于第一導(dǎo)電層和第一電極層之間，以及從第一導(dǎo)電層延伸至第二電氣連接件，使第一導(dǎo)電層和第二電氣連接件之間電氣隔離;第二電極層為包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第二電極層通過(guò)第二電氣連接件電氣連接第二導(dǎo)電層，和第一導(dǎo)電層電氣隔離;第二絕緣層設(shè)置于第二導(dǎo)電層和第二電極層之間，以及從第二導(dǎo)電層延伸至第一電氣連接件，使第二導(dǎo)電層和第一電氣連接件之間電氣隔離。
[0008]所述聚合物為: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、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹(shù)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、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)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種及其混合物。
[0009]所述導(dǎo)電填料為金屬碳化物粉末，選自碳化鉭、碳化釩、碳化鋯、碳化鈦、碳化鈮、碳化二鉬、碳化鉿、碳化鎢、碳化二鎢或二碳化三鉻之中的一種及其混合物。
[0010]所述導(dǎo)電填料為金屬碳化物粉末，金屬碳化物粉末占所述PTC材料層體積分?jǐn)?shù)的40%?70%，分散于所述聚合物基材中，該P(yáng)TC材料層在25°C時(shí)的體積電阻率小于0.01 Ω.cm,其承載電流大于0.25A/mm2。
[0011]在上述方案基礎(chǔ)上，所述電氣連接件的聚合物選自環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)月旨、聚酰胺樹(shù)脂中的一種或它們的復(fù)合物;所述電氣連接件的導(dǎo)電粒子選自鎳、銅、鋁、鋅、錫、鉍、銦、銀、金中的一種或它們的復(fù)合物。
[0012]在上述方案基礎(chǔ)上，在導(dǎo)電連接件的相鄰兩側(cè)包覆聚合物層，減少元件直接與空氣接觸的面積，增加元件耐候性。
[0013]在上述方案基礎(chǔ)上，所述電氣連接件的制備方法優(yōu)選將導(dǎo)電粒子、聚合物與助劑共混，通過(guò)化學(xué)沉積、噴涂、濺射、導(dǎo)電粘合、涂覆、等離子噴涂、靜電噴涂、印刷等工藝將共混物包覆在元件相對(duì)側(cè)面，固化成型。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)越性在于:通過(guò)引入特定的金屬碳化物粉末和采用聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料代替導(dǎo)電通孔做電氣連接件，顯著改善了過(guò)電流保護(hù)元件承載電流能力和耐候性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1過(guò)電流保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3本發(fā)明實(shí)施例2過(guò)電流保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1、2--過(guò)電流保護(hù)元件；
11—第一電極；
12--第二電極；
13——PTC材料層；
14——第一導(dǎo)電層；
15 第二導(dǎo)電層；
16一一第一絕緣層；
17一一第二絕緣層；
18——第一電氣連接件；
19——第二電氣連接件；
110一一防焊絕緣層；
2U22——左、右聚合物包覆層。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為方便理解，通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例1
如圖1是本發(fā)明實(shí)施例1過(guò)電流保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)示意圖和圖2是圖1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖所示:
一種過(guò)電流保護(hù)元件I，其具有正溫度系數(shù)的PTC材料層13，第一導(dǎo)電層14，第二導(dǎo)電層15，分別貼合于PTC材料層13上下表面;第一電極層11，包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第一電極層11通過(guò)第一電氣連接件18電氣連接第一導(dǎo)電層14，和第二導(dǎo)電層15電氣隔離;第一絕緣層16設(shè)置于第一導(dǎo)電層14和第一電極層11之間，以及從第一導(dǎo)電層14延伸至第二電氣連接件19，使第一導(dǎo)電層14和第二電氣連接件19之間電氣隔離;第二電極層12，包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第二電極層12通過(guò)第二電氣連接件19電氣連接第二導(dǎo)電層15，和第一導(dǎo)電層14電氣隔離;第二絕緣層17設(shè)置于第二導(dǎo)電層15和第二電極層12之間，以及從第二導(dǎo)電層15的延伸至第一電氣連接件18，使第二導(dǎo)電層15和第一電氣連接件18之間電氣隔離。
[0018]本實(shí)施例中，聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料作為電氣連接件替代導(dǎo)電通孔，有效避免了導(dǎo)電通孔作為電氣連接件減小SMD承載電流的問(wèn)題；同時(shí)聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料包覆了SMD元件的側(cè)面，減小了 PTC材料層與外部環(huán)境的接觸面積，SMD元件耐候性得以提升。
[0019]本實(shí)施例中，電氣連接件基材選自聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其中導(dǎo)電粒子優(yōu)選銀或銅微粉，其粒徑須小于1 Omm，優(yōu)選小于I Omm，更優(yōu)選小于0.1 mm;銀或銅微粉占聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料質(zhì)量百分比為60%至90%，優(yōu)選80%至85%。
[0020]本實(shí)施例中，電氣連接件基材中聚合物基體優(yōu)選雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，其占電氣連接件質(zhì)量百分比為3%至20%，優(yōu)選8至12%。
[0021]所述電氣連接件制備方法優(yōu)選將導(dǎo)電粒子、樹(shù)脂基體和助劑共混，通過(guò)化學(xué)沉積、噴涂、濺射、導(dǎo)電粘合、涂覆、等離子噴涂、靜電噴涂、印刷等工藝將共混物包覆在SMD兩端，固化成型。
[0022]實(shí)施例2
如圖3本發(fā)明實(shí)施例2過(guò)電流保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)示意圖和圖4是圖3的分解結(jié)構(gòu)示意圖所示:
一種過(guò)電流保護(hù)元件(SMD)2，實(shí)施例所例舉的SMD元件是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在電氣連接件相鄰兩側(cè)有左、右聚合物包覆層21、22，則本實(shí)施例中SMD元件側(cè)面皆被包覆，使電氣連接件的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料與外部環(huán)境相隔離，有助減緩SMD內(nèi)部聚合物基體的劣化，提升SMD元件的耐候性能。
[0023]所述聚合物包覆層選自環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂中的一種或它們的復(fù)合物，優(yōu)選雙酸A環(huán)氧樹(shù)脂或雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂。
[0024]所述聚合物包覆層制備方法優(yōu)選將樹(shù)脂基體和助劑共混，通過(guò)化學(xué)沉積、噴涂、濺射、導(dǎo)電粘合、涂覆、等離子噴涂、靜電噴涂、印刷等工藝將共混物包覆在SMD兩端，固化成型。
[0025]本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)已揭示如上，然而前面敘述的本發(fā)明僅僅簡(jiǎn)要地或只涉及本發(fā)明的特定部分，本發(fā)明的特征可能比在此公開(kāi)的內(nèi)容涉及的更多。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)該包括在不同部分中所體現(xiàn)的所有內(nèi)容的組合，以及各種不背離本發(fā)明的替換和修飾，并為本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種過(guò)電流保護(hù)元件，其包括具有正溫度系數(shù)特性的PTC材料層、第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、第一電極、第二電極、第一電氣連接件、第二電氣連接件和至少一絕緣層，其特征在于， 所述的PTC材料層中，聚合物所占體積分?jǐn)?shù)為30%?60%，導(dǎo)電填料所占體積分?jǐn)?shù)為40%?70%，體積電阻率小于0.01 Ω.cm； 所述的第一及第二導(dǎo)電層分別貼合于PTC材料層第一及第二表面； 所述的第一及第二電極為分別電氣連接第一及第二導(dǎo)電層的金屬箔片，絕緣層設(shè)置于第一及第二電極之間，該第一電極層通過(guò)第一電氣連接件電氣連接第一導(dǎo)電層，和第二導(dǎo)電層電氣隔離;第二電極層通過(guò)第二電氣連接件電氣連接第二導(dǎo)電層，和第一導(dǎo)電層電氣隔咼； 所述的第一電氣連接件將第一電極和第一導(dǎo)電層電氣連接，所述的第二電氣連接件將第二電極和第二導(dǎo)電層電氣連接，所述的電氣連接件的基材為包含聚合物和導(dǎo)電粒子的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層，分別貼合于PTC材料層上下表面;第一電極層為包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第一電極層通過(guò)第一電氣連接件電氣連接第一導(dǎo)電層，和第二導(dǎo)電層電氣隔離;第一絕緣層設(shè)置于第一導(dǎo)電層和第一電極層之間，以及從第一導(dǎo)電層延伸至第二電氣連接件，使第一導(dǎo)電層和第二電氣連接件之間電氣隔離;第二電極層為包含一對(duì)形成于元件上下表面的金屬箔片，該第二電極層通過(guò)第二電氣連接件電氣連接第二導(dǎo)電層，和第一導(dǎo)電層電氣隔離;第二絕緣層設(shè)置于第二導(dǎo)電層和第二電極層之間，以及從第二導(dǎo)電層延伸至第一電氣連接件，使第二導(dǎo)電層和第一電氣連接件之間電氣隔離。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，所述聚合物為: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、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹(shù)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、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)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種及其混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，所述導(dǎo)電填料為金屬碳化物粉末，選自碳化鉭、碳化釩、碳化鋯、碳化鈦、碳化鈮、碳化二鉬、碳化鉿、碳化鎢、碳化二鎢或二碳化三鉻之中的一種及其混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，所述電氣連接件的聚合物選自環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂中的一種或它們的復(fù)合物;所述電氣連接件的導(dǎo)電粒子選自鎳、銅、鋁、鋅、錫、鉍、銦、銀、金中的一種或它們的復(fù)合物。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，在所述的導(dǎo)電連接件的相鄰兩側(cè)包覆聚合物層。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)電流保護(hù)元件，其特征在于，所述電氣連接件的制備方法優(yōu)選將導(dǎo)電粒子、聚合物與助劑共混，通過(guò)化學(xué)沉積、噴涂、濺射、導(dǎo)電粘合、涂覆、等離子噴涂、靜電噴涂、印刷等工藝將共混物包覆在元件相對(duì)側(cè)面，固化成型。
【文檔編號(hào)】H01C7/02GK105976954SQ201610553351
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】張偉, 劉玉堂, 楊銓銓, 吳國(guó)臣
【申請(qǐng)人】上海長(zhǎng)園維安電子線路保護(hù)有限公司