專利名稱：電路保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路保護(hù)裝置，尤其涉及一種包括適于焊接到電池或其它基板的導(dǎo)電聚合物的電路保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
顯示電阻正溫度系數(shù)(PTC性能)的電路保護(hù)裝置是眾所周知的。該裝置一般包括由導(dǎo)電聚合物成分組成的PTC電阻元件。第一與第二電極，如為金屬片或箔片，附接于導(dǎo)電聚合物上，以允許與裝置電連接。使用電路保護(hù)裝置來避免電池的過電流和過溫度狀況也是眾所周知的。其實(shí)例可見于美國專利US4255698(Simon)、US4973936(Dimpault-Darcy等)、US5801612(Chandler等)和US6114942(Kitamoto等)，以及日本實(shí)用新型申請No.4-75287(1992.10.29提出)，茲以引用的方式將其所披露的內(nèi)容結(jié)合到本申請中。在這些申請案中，PTC裝置與電池端子串聯(lián)。在正常的工作期間，PTC裝置處于低電阻、低溫狀況(取決于電路狀況，例如自室溫至40℃)。如暴露于可能發(fā)生的例如因短路造成非常大的電流下，或暴露于可能發(fā)生的例如因過充電引起的高溫下，并且產(chǎn)生的溫度為60至130℃，那么裝置將切換到高電阻、高溫狀況，因而將通過電池的電流降至低水平，從而保護(hù)與電池接觸的任何元件。
常規(guī)的電路保護(hù)裝置具有用于電池保護(hù)的較佳結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示。在此通常稱為帶狀裝置的結(jié)構(gòu)中，PTC元件3位于電極9、11之間而形成“芯片”，且該“芯片”例如通過錫焊附接到自芯片相對側(cè)延伸的第一和第二平坦金屬電導(dǎo)線21、31上。位于該裝置一端上的導(dǎo)線可與電池單元電連接，而位于另一端的導(dǎo)線則可與第二電池單元或另一元件如電路板或電池封裝端電連接。在此方式下，該裝置能夠用作保護(hù)裝置和連接裝置。
該裝置經(jīng)常通過電阻焊或點(diǎn)焊焊接到電池的金屬罐或元件上的金屬片上而附接到電池單元或其他元件上。在電阻焊期間，極高電流通過兩片金屬間。此高電流導(dǎo)致金屬-金屬界面的局部加熱，其足以導(dǎo)致兩片金屬表面熔化并使之結(jié)合，也就是“焊接”。伴隨電阻焊的問題之一是焊接過程的高能量會(huì)導(dǎo)致少量熔融金屬自焊接處排出。該現(xiàn)象一般稱為焊接濺潑。
在將帶狀裝置附接到電池單元時(shí)焊接濺潑尤為嚴(yán)重，因?yàn)槿绻廴诮饘偃襞c芯片相接，它將嚴(yán)重影響干擾PTC裝置的性能。當(dāng)該金屬碰到至PTC元件邊緣時(shí)會(huì)固化，并維持與第一及第二電極相接，從而使芯片短路。由于當(dāng)故障發(fā)生時(shí)裝置通過進(jìn)入高電阻狀態(tài)而運(yùn)行，所以跨經(jīng)其上的低電阻短路將阻止其正常運(yùn)行?；蛘?，非常高溫的熔融金屬可能會(huì)燃燒、燒焦或損壞裝置的導(dǎo)電聚合物并使之產(chǎn)生故障。
如圖3所示，帶狀裝置一般為一片聚合物帶所包裹。該帶具有幾種功能，包括環(huán)境保護(hù)，并提供免于焊接濺潑的一些保護(hù)。然而，如果來自焊接濺潑的一些熔融金屬足夠熱，那么就可燒穿該帶。焊接濺潑也能夠通過進(jìn)入該帶和電導(dǎo)線之間的間隙而直接侵襲PTC元件。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能夠以這樣的方式形成帶狀裝置的金屬導(dǎo)線從而避免焊接濺潑接觸與可能損害PTC元件，一個(gè)障礙或屏障可形成在或加入到點(diǎn)焊和PTC元件之間區(qū)域的導(dǎo)線上。該障礙可充當(dāng)避免焊接濺潑碰到PTC元件邊緣并損壞它的屏障。在回流附接到PTC芯片之前該屏障可形成在或加入到單個(gè)的導(dǎo)線中，或在組裝后可形成在或加入到最終裝置中。
在第一方面，本發(fā)明提供了一個(gè)電路保護(hù)裝置，其包括(1)一薄片PTC電阻元件，其具有第一和第二主表面和厚度t；(2)一第一電極，其附接到所述PTC元件的第一表面上；(3)一第二電極，其附接到所述PTC元件的第二表面上；(4)一第一電導(dǎo)線，其包括(a)一第一附接部分，其具有一連接到所述第一電極的附接表面，(b)一第一連接部分，其能夠連接到一電路上并與PTC元件相間隔，
(c)一第一屏障部分，其(i)位于所述第一附接部分和所述第一連接部分之間的所述第一導(dǎo)線上，(ii)向所述第二電極延伸，和(iii)具有一高度x。
在第二方面，本發(fā)明提供了根據(jù)本發(fā)明第一方面的電路保護(hù)裝置，其還包括(5)一第二電導(dǎo)線，其包括(a)一第二附接部分，其具有一連接到所述第二電極的附接表面，(b)一第二連接部分，其能夠連接到一電路上并與PTC元件相間隔，(c)一第二屏障部分，其(i)位于所述第二附接部分和所述第二連接部分之間的所述第二導(dǎo)線上，(ii)向所述第一電極延伸，所述第一屏障部分被設(shè)計(jì)成阻擋所述第一連接部分和所述PTC元件之間的焊接濺潑，且所述第二屏障部分被設(shè)計(jì)成阻擋所述第二連接部分和所述PTC元件之間的焊接濺潑。
在第三方面，本發(fā)明提供了一個(gè)電池組件，其包括(A)一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一方面的電路保護(hù)裝置；和(B)一個(gè)電池，其包括一個(gè)端子，所述端子被焊接到所述第一連接部分。


圖1示出了常規(guī)電路保護(hù)裝置的透視圖；圖2是沿圖1中II-II線的剖面圖；圖3是另一常規(guī)電路保護(hù)裝置的透視圖；圖4是沿圖3中IV-IV線的剖面圖；圖5是本發(fā)明電路保護(hù)裝置的透視圖；圖6是沿圖5中VI-VI線的剖面圖；圖7是本發(fā)明另一電路保護(hù)裝置的透視圖；圖8是沿圖7中VIII-VIII線的剖面圖，也示出了本發(fā)明的一個(gè)電池組件；圖9是本發(fā)明另一電路保護(hù)裝置的透視圖；圖10是沿圖9中X-X線的剖面圖；圖11和12是本發(fā)明其它電路保護(hù)裝置的透視圖；
圖13是沿圖12中XIII-XIII線的剖面圖；圖14是本發(fā)明電路保護(hù)裝置的透視圖；圖15是沿圖14中XV-XV線的剖面圖；圖16是本發(fā)明另一電路保護(hù)裝置的透視圖；和圖17是沿圖16中XVII-XVII線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的電路保護(hù)裝置包括一個(gè)由PTC材料例如導(dǎo)電聚合物成分或陶瓷組成的薄片電阻元件。這樣的導(dǎo)電聚合物成分包括一種聚合性組分，以及散布其間的顆粒狀導(dǎo)電填充物如炭黑或金屬。導(dǎo)電聚合物成分在美國專利4237441(van Konynenburg等)、4304987(vanKonynenburg)、4514620(Cheng等)、4534889(van Konynenburg等)、4545926(Fouts等)、4724417(Au等)、4774024(Deep等)、4935156(van Konynenburg等)、5049850(Evans等)、5378407(Chandler等)、5451919(Chu等)、5582770(Chu等)、5747147(Wartenberg等)和5801612(Chandler等)、6358438(Isozaki等)和6362721(Chen等)。茲將這些專利所披露的內(nèi)容以引用的方式結(jié)合在本申請中。由于較低的電阻率和比陶瓷成分易于制造，導(dǎo)電聚合物成分較佳。
該裝置中所使用的成分表現(xiàn)出正溫度系數(shù)(PTC)性能，也就是其在相當(dāng)小的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出電阻率隨溫度的急劇增加。這里所使用的術(shù)語“PTC”是指其具有R14值至少為2.5和/或R100值至少為10的成分或裝置，且優(yōu)選的是成分或裝置的R30值至少為6，這里R14是在14℃范圍末端和起始端的電阻率比，R100是在100℃范圍末端和起始端的電阻率比，而R30是在30℃范圍末端和起始端的電阻率比。
PTC電阻元件具有一個(gè)厚度t，其根據(jù)具體的應(yīng)用和礦點(diǎn)聚合物成分的電阻率而變化。一般地，t為0.051至2.5mm(0.002至0.100英寸)，優(yōu)選為0.08至2.0mm(0.003至0.080英寸)，特別是0.13至0.51mm(0.005至0.020英寸)，例如0.13mm或0.25mm(0.005英寸或0.010英寸)。
本發(fā)明的裝置包括第一和第二薄片電極，優(yōu)選為金屬箔片電極，其帶有夾于其間的薄片導(dǎo)電聚合物元件，以便第一電極固定到所述薄片元件的第一表面也就是第一主表面上，而第二電極固定到薄片元件的第二表面也就是第二主表面上。特別合適的箔片電極具有至少一個(gè)表面，其是稍微粗糙的，例如經(jīng)過電解沉積，優(yōu)選地電解沉積鎳或銅。適當(dāng)?shù)碾姌O披露在美國專利4689475(Matthiesen)、4800253(Kleiner等)、5874885(Chandler等)、以及國際公開WO95/34081(RaychemCorporation)上，這些文件所公開的內(nèi)容在此以引用的方式結(jié)合在本申請中。電極可通過壓縮成型、擠壓層疊或任何其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)附接到電阻元件上。電極可直接固定到電阻元件或通過粘接劑或復(fù)合薄膜粘接層(tie layer)附接到電阻元件上。對于一些裝置，優(yōu)選的是第一和第二薄片電極包括通過直接將金屬沉積到PTC電阻元件上形成的金屬層，例如通過鍍覆、濺射或化學(xué)沉積。
本發(fā)明的電路保護(hù)裝置包括一第一電導(dǎo)線以及最好也包括一第二電導(dǎo)線，其可以與所述第一電導(dǎo)線相同或不同。使用這樣的導(dǎo)線將裝置連接到基板例如電池上，并一般延伸超過帶狀的PTC元件的邊緣部分。通過任何適當(dāng)?shù)姆绞嚼珏a焊或?qū)щ娬辰觿?，將所述第一?dǎo)線附接到所述第一電極上，第二導(dǎo)線附接到第二電極上。根據(jù)應(yīng)用、附接的容易度、或熱控制，該導(dǎo)線可以這樣定位，以便覆蓋其所接觸的較小或基本上所有電極。
所述第一電導(dǎo)線包括三個(gè)部分一第一附接部分、一第一連接部分和一位于所述第一附接部分和第一連接部分之間第一導(dǎo)線上的第一屏障部分。第一附接部分是通過一個(gè)附接表面附接到第一電極上的部分，其至少部分覆蓋第一電極。第一連接部分與PTC元件相間隔，并用于例如通過焊接與基板電連接。第一屏障部分是提供焊接濺潑保護(hù)的部分。其包括一個(gè)從第一導(dǎo)線的平面向第二電極延伸的屏障，也就是，其伸入焊接濺潑要接觸PTC元件需穿過的空間。第一屏障部分具有一高度x，其足以防止焊接濺潑接觸PTC元件。一般地，x為0.05至0.51mm(.002至0.02英寸)，但是其也可充分大，例如1mm(0.04英寸)。第一屏障部分x的高度優(yōu)選為至少0.5t、特別地至少為0.8t、最好至少1t。
所述第一導(dǎo)線一般包括一個(gè)通常為平坦金屬的單片，例如厚度為0.13mm(0.005英寸)鎳。屏障可由單個(gè)金屬片形成或?yàn)槠湟徊糠?，或可將其加入金屬的表面上。一個(gè)優(yōu)選的屏障部分是一個(gè)具有凹陷形狀或用導(dǎo)線彎曲例如其具有半圓形狀或三角形(切口)?；蛘?，第一導(dǎo)線可以彎曲超出其原始平面而形成不連續(xù)處，其可保護(hù)PTC元件的邊緣免于焊接濺潑。一般地，這樣設(shè)計(jì)該彎曲，即第一導(dǎo)線的第一連接部分大約與第二導(dǎo)線(如存在的話)共面。另一方法是通過切割、沖壓、蝕刻或以其它方式將一小部分移出到第一導(dǎo)線平面之外從而形成一個(gè)凸起的切除部分，其彎曲以保護(hù)PTC元件的邊緣。加入到形成第一導(dǎo)線的金屬片中的屏障可以是墻壁或梯壩形式，其從第一導(dǎo)線的表面突出。這些可以是焊接、錫焊或附接到導(dǎo)線上的金屬片；位于導(dǎo)線上的聚合物如環(huán)氧樹脂，其附接或固化以形成所述屏障；或附接到導(dǎo)線上的陶瓷、玻璃或紙。所述屏障可延伸導(dǎo)線寬度，但不是必須的，且根據(jù)焊接的位置，其可以位于導(dǎo)線的中心或偏離中心處。在附接到PTC芯片之前屏障可以形成或加入單個(gè)的導(dǎo)線中，或可在組裝之后形成或加入到最終裝置中。
第二導(dǎo)線也包括三部分一第二附接部分、一第二連接部分和一位于所述第二附接部分和第二連接部分之間第二導(dǎo)線上的第二屏障部分。第二屏障部分的高度y可以與x相同或不同，但一般地，優(yōu)選為至少0.5t、特別地至少為0.8t、最好至少1t。第二屏障部分從第二導(dǎo)線向第一電極延伸。根據(jù)應(yīng)用和基板的類型，第二屏障部分可以與第一屏障部分相同或不同，例如其可以具有相同或不同的材料和/或形狀和/或定位。
第一和第二導(dǎo)線一般互相軸向定位，但對于一些應(yīng)用，其可以相互以90°定位，而對于其它的應(yīng)用，其可以相互平行。
通過使用電絕緣層例如一個(gè)纏繞在第一導(dǎo)線的至少第一附接部分上(如果沒有完全被第一導(dǎo)線覆蓋，則是第一電極的任何裸露部分)或最好纏繞至少第一附接部分和第一導(dǎo)線的一些或所有第一屏障部分上的帶子，來實(shí)現(xiàn)焊接濺潑的附加保護(hù)。
當(dāng)附接到電池或含有一個(gè)或多個(gè)電池(也就是電池單元)的電池封裝上以形成一個(gè)電池組件時(shí)，本發(fā)明的裝置特別有用。利用第一和第二導(dǎo)線將裝置從封裝中電池上的第一端子連接到第二電池的另一端子上。根據(jù)可使用的電池化學(xué)性質(zhì)的任何類型，電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰原電池?；蛘撸B接可以連到一個(gè)電池和另一基板例如電路板，或僅僅是一個(gè)基板。
而本發(fā)明的裝置常常具有帶狀的電導(dǎo)線，并稱為“帶狀裝置”，PTC電路保護(hù)裝置的其他類型也能從本發(fā)明獲益。例如，可以使用該裝置，為了控制裝置的熱量耗散，裝置中金屬端子例如鋼、黃銅或銅通過錫焊或焊接附接到芯片上。這樣的裝置披露在美國專利5089801和5436609(兩個(gè)均是Chan等)中，其所披露的內(nèi)容在這里以引用的方式結(jié)合在本申請中。
通過附圖示出了本發(fā)明，圖1示出了常規(guī)電路保護(hù)裝置1的透視圖。圖2示出了圖1中裝置沿II-II線的剖面圖。PTC元件3夾于第一和第二電極9、11之間。第一和第二電導(dǎo)線21、31分別通過錫焊或?qū)щ娬辰觿└浇拥降谝浑姌O9和第二電極11上(未示出)。
圖3以透視圖、圖4以剖面圖示出了常規(guī)的裝置1，其由絕緣層41例如聚合物帶包圍，能夠用于環(huán)境保護(hù)或標(biāo)記目的。
圖5示出了本發(fā)明電路保護(hù)裝置51的透視圖；圖6示出了沿圖5中VI-VI線的裝置51。PTC元件3夾于第一和第二電極9、11之間，第一電極9附接到第一主表面5上，而第二電極附接到第二主表面7上。PTC元件3和第一和第二電極9、11結(jié)合形成芯片13。通過錫焊、導(dǎo)電粘接劑或其他適當(dāng)?shù)牟牧?未示出)，第一電導(dǎo)線21物理和電連接到第一電極9上。第一導(dǎo)線21具有三個(gè)部分第一附接部分23，其具有一個(gè)連接到第一電極9上的附接表面24；第一連接部分25，電池端子或其它基板例如通過焊接附接到其上；和第一屏障部分27，其位于第一附接部分23和第一連接部分25之間。如圖5和6所示，第一屏障29是在第一導(dǎo)線21中以圓形凹陷和凹口形式存在，其從第一導(dǎo)線21的平面向第二電極11延伸。第二導(dǎo)線31與第一電極21對稱，并連接至第二電極11上。第二導(dǎo)線31也具有三部分第二附接部分33，其具有一個(gè)附接到第二電極11上的附接表面34；第二連接部分35，電池端子或其它基板例如通過焊接連接到其上；和第二屏障部分37，其位于第二附接部分33和第二連接部分35之間。如圖所示，第二屏障39與第一屏障29具有相同的形狀，但其從第二導(dǎo)線31的平面向第一電極9延伸。
圖7至12示出了本發(fā)明裝置的可選設(shè)計(jì)。在圖7中，第一和第二屏障部分27、37具有凹口形狀的第一和第二屏障29、39。圖8示出了該裝置沿圖7中VIII-VIII線的剖面圖，但另外示出了第一電池43經(jīng)第一焊接處44至第一電池端子45(其為紐扣端子)而與第一連接部分25的連接，和第二電池47經(jīng)由第二焊接處48至第二電池端子49(其為平坦端子)而與第二連接部分35的連接。裝置51與電池43和47的連接形成了電池組件53。
圖9是一個(gè)裝置，其中第一和第二導(dǎo)線21、31上的屏障部分是通過彎曲導(dǎo)線產(chǎn)生的。圖10示出了該裝置沿圖9中X-X線的剖面圖。在圖11中，第一和第二屏障29、39為以分別施加于第一和第二導(dǎo)線21、31或形成為其一部分的壁或隔墻形式。圖12示出了一裝置的透視圖、圖13示出了該裝置的剖面圖，其中第一和第二屏障29、39通過沖壓(stamping)或其它方式切割第一和第二導(dǎo)線制備而是切開部分凸出。
圖14和16示出了圖5裝置51的透視圖，圖15和17示出了其剖面圖，該裝置被絕緣層41纏繞。帶狀形式的絕緣層51可以覆蓋除了屏障和連接部分(如圖14和15所示)之外的第一和第二導(dǎo)線(以及下面的芯片13)的所有部分，或除了連接部分(如圖16和17所示)之外的所有部分。
應(yīng)該理解的是，本裝置的上述配置僅僅是本發(fā)明原理應(yīng)用的示例，在不脫離本發(fā)明限定在權(quán)利要求中的精神和范圍的情況下，可以作出許多其它實(shí)施例和修改。
權(quán)利要求
1.一種電路保護(hù)裝置，其包括(1)一薄片PTC電阻元件，其具有第一和第二主表面和厚度t；(2)一第一電極，其附接到所述PTC元件的第一表面上；(3)一第二電極，其附接到所述PTC元件的第二表面上；(4)一第一電導(dǎo)線，其包括(a)一第一附接部分，其具有一附接到所述第一電極的附接表面，(b)一第一連接部分，其能夠連接到一電路上并與PTC元件相間隔，和(c)一第一屏障部分，其(i)位于所述第一附接部分和所述第一連接部分之間的所述第一導(dǎo)線上，(ii)向所述第二電極延伸，和(iii)具有一高度x。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括(5)一第二電導(dǎo)線，其包括(a)一第二附接部分，其具有一連接到所述第二電極的附接表面，(b)一第二連接部分，其能夠連接到一電路上并與PTC元件相間隔，(c)一第二屏障部分，其(i)位于所述第二附接部分和所述第二連接部分之間的所述第二導(dǎo)線上，(ii)向所述第一電極延伸，(iii)具有高度y。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一屏障高度x至少與厚度t一樣大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一屏障高度x和第二屏障高度y至少為0.5t。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)線包括金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)線互相沿軸向定位或以90°定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述PTC元件包括導(dǎo)電聚合物成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一屏障部分包括一位于第一導(dǎo)線上的凹陷、凹口或彎曲；一個(gè)凸起的切開部分；或一個(gè)壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述壁包括一種金屬性或聚合物材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，該裝置進(jìn)一步包括一個(gè)絕緣層，其覆蓋所述第一附接部分、所述第二附接部分、延伸超出該第一附接部分之外的第一電極的任何部分，延伸超出該第二附接部分之外的第二電極的任何部分，最好該絕緣層包括一個(gè)帶。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一屏障部分設(shè)計(jì)成阻擋所述第一連接部分和所述PTC元件之間的焊接濺潑，所述第二屏障部分設(shè)計(jì)成阻擋所述第二連接部分和所述PTC元件之間的焊接濺潑。
12.一種電池組件，其包括(A)一根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路保護(hù)裝置；和(B)一電池，其包括一個(gè)端子，所述端子被焊接到所述第一連接部分。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種電路保護(hù)裝置(51)，其適于焊接于電池端子(45)或其它基板，無焊接濺潑所導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)。該裝置包括夾于第一與第二電極(9，11)間的薄片PTC電阻元件(3)，例如由傳導(dǎo)性聚合物成分制成。第一電導(dǎo)線(21)具有一第一附接部分(23)，其具有附接到所述第一電極的附接表面(24)；一第一連接部分(25)，其能夠連接到一電路上，并與PTC元件隔開，以及一第一屏障部分(27)。所述第一屏障部分位于第一附接部分與第一連接部分之間的第一導(dǎo)線上，并向第二電極延伸。在電阻焊接期間，所述屏障部分可避免濺潑而與PTC電阻元件接觸。
文檔編號(hào)H01M2/34GK1630918SQ02815504
公開日2005年6月22日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者J·托斯, 宮阪尚文, M·P·加拉 申請人:泰科電子有限公司