專利名稱：保護(hù)電路板和其過電流保護(hù)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)電路板和其過電流保護(hù)元件(Over-Current Protection Device)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient; PTC)元件的電阻值對(duì)溫度變 化的反應(yīng)相當(dāng)敏銳。當(dāng)PTC元件在正常使用狀況時(shí)，其電阻可維持極低值而使電路得以 正常運(yùn)作。但是，當(dāng)發(fā)生過電流或過高溫的現(xiàn)象而使溫度上升到臨界溫度時(shí)，其電阻值 會(huì)瞬間彈跳到高電阻狀態(tài)(例如10、hm以上)而將過量電流反向抵銷，以達(dá)到保護(hù)電池 或電路元件的目的。
美國(guó)專利US 6,713,210揭示一種具有過電流保護(hù)的電路板結(jié)構(gòu)。IC元件2設(shè)置于保護(hù) 電路模塊(Protective Circuit Module; PCM) l上，PTC元件3則以表面粘著方式固設(shè)于所 述PCM l表面。所述PTC元件3是層疊結(jié)構(gòu)，PTC材料層6設(shè)置于鎳箔(或鍍鎳銅箔)7、 7'之間，所述鎳箔7、 7'作為PTC材料層6的電極箔。鎳片4固接于所述鎳箔7的上表面作為 外接電極之用。在鎳箔7'的下表面(即相鄰于PCM l的表面)另焊接銅電極5，相對(duì)于PCT 元件3成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
考慮到后續(xù)點(diǎn)焊(spot welding)時(shí)必須承受較大電壓、電流，所述PTC元件3無法直 接進(jìn)行點(diǎn)焊，而需要先行結(jié)合所述鎳片4，其厚度優(yōu)選地約需0.3mm以上，以避免后續(xù)點(diǎn) 焊時(shí)破壞PTC元件的鎳箔7、 7'。然而，所述鎳片4通常需要以人工的方式結(jié)合于所述PTC 元件，不利于大量制造和降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種保護(hù)電路板和過電流保護(hù)元件，可應(yīng)用于電池的保護(hù)電路模塊 (PCM)。所述過電流保護(hù)元件可利用點(diǎn)焊進(jìn)行與PCM或外接電極片的結(jié)合，而適于機(jī)械
化大量制造，進(jìn)而可有效減少制造時(shí)間和成本。
本發(fā)明揭示一種過電流保護(hù)元件，可用于PCM的過電流保護(hù)，其包含PTC元件、至 少一個(gè)絕緣層、至少一個(gè)電極層和至少一個(gè)導(dǎo)電通道。所述PTC元件包含PTC材料層和貼 附于所述PTC材料層上、下表面的兩個(gè)金屬電極箔。所述絕緣層設(shè)于所述PTC元件的表面， 之后再疊置所述電極層。所述電極層使所述絕緣層設(shè)置于所述電極層與所述PTC元件之間，并作為所述過電流保護(hù)元件的至少一個(gè)表面。所述PTC元件、絕緣層和電極層是層 疊結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)電通道電氣連接所述PTC元件和所述電極層，其可制作貫穿所述電極層 和絕緣層直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆蓋至少一個(gè)導(dǎo)電層，作為 所述PTC元件與所述電極層間導(dǎo)電之用。
本發(fā)明的過電流保護(hù)元件不需要以人工方式在傳統(tǒng)PTC元件外結(jié)合電極片，即可直 接進(jìn)行點(diǎn)焊，而便于機(jī)械大量制造。不僅可簡(jiǎn)化制程，加速制作速度，非常便于元件的 后續(xù)制作。
常規(guī)的表面粘著型元件(SMD)其兩個(gè)電極端位于同一平面上，以絕緣層使兩個(gè)電 極端左右相隔，因而兩個(gè)電極端可同時(shí)回焊在PCB板上。本發(fā)明的過電流保護(hù)元件的設(shè) 計(jì)不同于常規(guī)的表面粘著型元件，本發(fā)明元件的兩個(gè)電極端分別在元件的上表面和下表 面上，因?yàn)閮蓚€(gè)電極端在不同的平面上，所以元件的下表面電極端可直接焊在PCM板子 上，而上表面電極端卻無法同時(shí)焊在板子上，又因?yàn)樯媳砻骐姌O端在元件的最上層表面， 所以可以從上方以點(diǎn)焊的方式與其他金屬電極片連結(jié)。
此外，將前述過電流保護(hù)元件固設(shè)在PCM表面即成為具有過電流保護(hù)功能的保護(hù)電 路板，非常適合制造上的應(yīng)用。


圖1是常規(guī)過電流保護(hù)元件在PCM的應(yīng)用示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的過電流保護(hù)元件的示意圖； 圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的過電流保護(hù)元件的示意圖； 圖4是本發(fā)明的過電流保護(hù)元件在PCM的應(yīng)用示意圖；和 圖5是圖4的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的過電流保護(hù)元件的示意圖。過電流保護(hù)元件20包含PTC元件 21、絕緣層22和電極層23。所述PTC元件21是層疊結(jié)構(gòu)，其由PTC材料層212疊設(shè)于金屬 電極箔211與213之間而組成，所述金屬電極箔211或213的厚度介于0.025至0.5mm之間。 所述PTC材料層212由結(jié)晶性高分子材料與導(dǎo)電填充料混合而成。所述絕緣層22和電極層 23設(shè)置于所述PTC元件21兩側(cè)，即所述絕緣層22設(shè)置于所述PTC元件21的表面，而電極層 23則設(shè)置于所述絕緣層22的表面。所述電極層23的厚度介于0.025至0.5mm之間。
當(dāng)PTC元件21、絕緣層22和電極層23結(jié)合后，可用激光或鉆孔來制作貫穿所述電極 層23和絕緣層22到所述PTC元件21的金屬電極箔211和213表面的盲孔24,并在所述盲孔24的表面利用電鍍等方式形成導(dǎo)電層25，從而電氣連接所述PTC元件21和電極層23。
所述絕緣層22可由聚丙烯(PP)、玻璃纖維FR4或環(huán)氧樹脂(epoxy)組成。如果需 要提高導(dǎo)熱效果，那么所述絕緣層22可另外添加導(dǎo)熱填料，例如氧化鋁(A1203)、氮化 硼(BN)或氮化鋁(A1N)等，使得PTC元件21可更靈敏地感受溫度。所述電極層23表 面可經(jīng)化金處理(Ni-Au)，以便于后續(xù)錫膏附著或點(diǎn)焊處理。
圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的過電流保護(hù)元件30的示意圖，其與圖2相比，僅在所述PTC 元件21的一側(cè)設(shè)置絕緣層22和電極層23，而另一側(cè)則沒有。
圖4是本發(fā)明的過電流保護(hù)元件應(yīng)用于PCM的實(shí)施例，圖5是圖3的頂視圖。圖2所示 的過電流保護(hù)元件20的一側(cè)可利用點(diǎn)焊或表面粘著的方式固設(shè)在包含電子元件44的PCM 40表面，另一側(cè)則利用點(diǎn)焊結(jié)合電極片42作為外接電極。所述PCM40的另一側(cè)表面則焊 接另一電極片43，作為另一外接電極。借此，即形成具有過電流保護(hù)的保護(hù)電路板50， 所述電極片42、 43可連接到電源以形成回路，且電氣連接到所述過電流保護(hù)元件20的上、 下兩電極層23,所述兩個(gè)電極層23分別置于所述PTC元件21兩側(cè)。
由于點(diǎn)焊時(shí)需要施加較大的電壓和電流，因而如前述傳統(tǒng)PTC元件需要結(jié)合較厚電 極片。本發(fā)明的過電流保護(hù)元件因在PTC元件與電極層之間設(shè)有絕緣層，可在電極層表 面直接點(diǎn)焊而仍不致?lián)p壞PTC元件，且外接電極片如果為鎳片，其厚度僅需0.127mm，而 如果為銅片，則其厚度甚至僅需0.035mm。
圖2所示的過電流保護(hù)元件20因PTC元件兩側(cè)均設(shè)有絕緣層，故其均可利用點(diǎn)焊連接 PCM和外接電極片。實(shí)際上，通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)，可提供許多制造上的彈性。例如表 面粘著方式也可為其選用的結(jié)合方式，而所述過電流保護(hù)元件20或30可直接點(diǎn)焊或結(jié)合 電極片后再行點(diǎn)焊，均為可行的方式。
圖3所示的過電流保護(hù)元件30因PTC元件僅有一側(cè)具有絕緣層，其使用時(shí)沒有絕緣層 和電極層的一側(cè)可以表面粘著(Surface Mounting)的方式固定于PCM,另一側(cè)則可以點(diǎn) 焊的方式結(jié)合外接電極片，所述過電流保護(hù)元件30的上、下表面的金屬電極可電氣連在 電源的正負(fù)電源端而形成回路，即電源的一端電氣連接在所述元件30的上電極層23，電 源的另一端電氣連接在所述元件30的下金屬電極箔213，使所述過電流保護(hù)元件30串聯(lián)在 回路中。
傳統(tǒng)的PTC元件如果要與金屬電極片(如:鎳片)結(jié)合，因?yàn)闊o法直接利用點(diǎn)焊，所 以需要以錫膏回焊的方式進(jìn)行結(jié)合，而回焊的復(fù)流(reflow)溫度通常需要大于23(TC， 造成PTC的電阻大幅度提升，進(jìn)而將影響PTC元件的回復(fù)性質(zhì)。本發(fā)明的過電流保護(hù)元件因利用點(diǎn)焊，且因絕緣層的保護(hù)，其PTC材料層不會(huì)有升到高溫的現(xiàn)象，所以PTC的電阻 可以保持穩(wěn)定，而不會(huì)因點(diǎn)焊制程造成電阻大幅度提升，因此本發(fā)明的設(shè)計(jì)能使PTC元 件以點(diǎn)焊方式與金屬電極片結(jié)合，而不致于影響PTC元件的電阻和回復(fù)性質(zhì)。
另外，如果要將PTC元件固著于PCM板子上，PTC元件通常必須經(jīng)過回焊制程，因回 焊制程會(huì)造成PTC元件高溫觸發(fā)(trip)，因此電阻回復(fù)性質(zhì)是判定PTC元件優(yōu)或劣的重要 考慮因素。將傳統(tǒng)與本發(fā)明的過電流保護(hù)元件各取30個(gè)進(jìn)行電氣測(cè)試比較，其均經(jīng)250 'C的回焊，且觸發(fā)(trip)回復(fù)后測(cè)量電阻的變化，即測(cè)量觸發(fā)回復(fù)后的電阻與原始電阻
的比值Rjump，也就是(Rfinal/Rinitial)。傳統(tǒng)過電流保護(hù)元件的Rjump值為2.42，而本發(fā)明過
電流保護(hù)元件的Rj^p值為2.18，顯然本發(fā)明的過電流保護(hù)元件具有優(yōu)選的觸發(fā)回復(fù)特性。 本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本 發(fā)明的教示和揭示而作種種不脫離本發(fā)明精祌的替換和修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示者，而應(yīng)包括各種不脫離本發(fā)明的替換和修飾，并為所附權(quán)利要 求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種過電流保護(hù)元件，其特征在于包含正溫度系數(shù)(PTC)元件，其包含PTC材料層和貼附于所述PTC材料層上、下表面的兩個(gè)金屬電極箔；至少一個(gè)絕緣層，其設(shè)置于所述PTC元件的表面；至少一個(gè)電極層，其設(shè)置于所述絕緣層的表面，使所述絕緣層設(shè)置于所述電極層與所述PTC元件之間，并作為所述過電流保護(hù)元件的至少一個(gè)表面；和至少一個(gè)導(dǎo)電通道，其電氣連接所述PTC元件和所述電極層，所述導(dǎo)電通道包含至少一個(gè)盲孔，其貫穿所述電極層和絕緣層到所述PTC元件表面；和至少一個(gè)導(dǎo)電層，其覆蓋所述盲孔，作為所述PTC元件與所述電極層導(dǎo)電之用；其中所述PTC元件、絕緣層和電極層是層疊結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述盲孔是用激光制作的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述PTC元件的上、下表面均依 序設(shè)置所述絕緣層和電極層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于固定設(shè)在保護(hù)電路模塊(PCM) 的表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述電極層的厚度介于0.025至 0.5mm之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述電極層以點(diǎn)焊結(jié)合外接電 極片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述PTC材料層是通過結(jié)晶性高 分子材料與導(dǎo)電填充料混合而成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述金屬電極箔的厚度介于 0.025至0.5mm之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述絕緣層是由聚丙烯、玻璃 纖維或環(huán)氧樹脂組成的。
10..根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)大于 lW/m陽K。
11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述絕緣層包含導(dǎo)熱填料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的過電流保護(hù)元件，其特征在于所述導(dǎo)熱填料選自氧化鋁、氮 化硼或氮化鋁。
13. —種保護(hù)電路板，其特征在于包含保護(hù)電路模塊(PCM);和根據(jù)權(quán)利要求l所述的過電流保護(hù)元件，其固定設(shè)在所述PCM的表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護(hù)電路板，其特征在于所述過電流保護(hù)元件的電極層的厚 度介于0.025至0.5mm之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護(hù)電路板，其特征在于另包含電極片，以點(diǎn)焊的方式結(jié)合 在所述過電流保護(hù)元件的電極層表面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護(hù)電路板，其特征在于所述過電流保護(hù)元件的絕緣層是由 聚丙烯、玻璃纖維或環(huán)氧樹脂組成的。
全文摘要
本發(fā)明的過電流保護(hù)元件可應(yīng)用于保護(hù)電路模塊(PCM)，其包含正溫度系數(shù)(PTC)元件、至少一個(gè)絕緣層、至少一個(gè)電極層和至少一個(gè)導(dǎo)電通道。所述絕緣層設(shè)置于所述PTC元件的表面上，之后再疊置所述電極層。所述電極層使所述絕緣層設(shè)置于所述電極層與所述PTC元件之間，并作為所述過電流保護(hù)元件的至少一個(gè)表面。所述導(dǎo)電通道電氣連接所述PTC元件和所述電極層，其可制作貫穿所述電極層和絕緣層直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆蓋至少一個(gè)導(dǎo)電層，作為所述PTC元件與所述電極層的電氣連接之用。
文檔編號(hào)H01C7/13GK101295570SQ20071009796
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者余錦漢, 王紹裘, 陳葆萱 申請(qǐng)人:聚鼎科技股份有限公司