本實用新型涉及一種高分子PTC過電流保護元件，是一種以導電高分子聚合物復合材料為主要材料且側(cè)面包封的具有優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性的表面貼裝型電子元器件。

背景技術(shù)：

聚合物和分散在聚合物中的導電填料組成的導電聚合物以及由此導電性聚合物制備出的具有正溫度系數(shù)(PTC)特征的過電流保護元件可用于電路過電流保護。通常，高分子PTC過電流保護元件在室溫時具有低電阻值，而當溫度上升至一臨界溫度或電路上有過量電流產(chǎn)生時，其電阻值可立刻跳升數(shù)千倍以上，藉此抑制過量電流通過，已達到保護電路的目的。當溫度下降至室溫或電路上不再有過電流的狀況時，高分子PTC過電流保護元件可回復至低阻狀態(tài)，從而電路重新正常運作。此種可重復使用的優(yōu)點，使高分子PTC過電流保護元件廣泛應用在電子電路中。

在現(xiàn)有公開的技術(shù)中，表面貼裝型元件的材料側(cè)面裸露在空氣中，導致元件在空氣中放置或使用一段時間后，就會出現(xiàn)阻值上升，嚴重影響其使用性能。

在現(xiàn)有技術(shù)中因保護元件細小，對保護元件側(cè)面不需要包封，如果側(cè)面包封，元件受側(cè)面包封工藝的影響，焊接性能降低，增加了生產(chǎn)難度，降低了成品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于：提供一種高分子PTC過電流保護元件，可有效解決上述PTC過電流保護元件在空氣中使用或放置一段時間后，阻值大幅上升影響其使用性能的缺點。

本實用新型目的通過下述方案實現(xiàn)：一種高分子PTC過電流保護元件，為表面貼裝型結(jié)構(gòu)，包含:

1）至少具有一個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材，包括：

(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層，由至少一種聚合物和至少一種分散于所述聚合物中的體積電阻率小于1μΩ.m, 粒徑為0.1μm～50μm的導電填料組成，且具有相對的第一，第二表面；

(b)第一導電電極，位于導電復合材料基層的第一表面；

(c)第二導電電極，位于導電復合材料基層的第二表面；

2）第一導電孔，與每個復合材料片材中任意一個導電電極電氣連接，與對應的另一個導電電極不電氣連接；

第二導電孔，與每個復合材料片材中的已經(jīng)與第一導電孔電氣連接的導電電極不電氣連接，與每個復合材料片材中與第一導電孔不電氣連接的導電電極電氣連接；

3）第一端電極，位于整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導電孔，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路的一極電氣相連；

第二端電極，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的同一面或兩面上，并與第一端電極電氣隔斷，并連接第二導電孔，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）絕緣層，貼覆于上述非同一復合材料片材上的第一導電電極和第二導電電極之間，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，并用于電氣隔離；

5）包封層，位于元件側(cè)面，使導電孔位于元件內(nèi)部，且導電復合材料基層與外界環(huán)境隔離。

本實用新型高分子PTC過電流保護元件為表面貼裝型結(jié)構(gòu)，在過電流保護元件側(cè)面增加了包封層，不但提高過電流保護元件的環(huán)境可靠性，而且增加了本實用新型元件的強度，避免其在空氣中使用或放置一段時間后，阻值大幅上升影響其使用性能的缺點；另外，起電氣連接作用的導電孔位于元件內(nèi)部，既保證了元件具有良好的焊接性能，又使元件不受側(cè)面包封工藝的影響。

本實用新型元件包含單焊接面或雙焊接面兩種類型，其中單焊接面元件的特點有：元件非焊接面最外層金屬箔無蝕刻槽，可增加元件的整體的力學強度；雙焊接面元件的特點為：因在加工、使用過程中可不區(qū)別正反面，具有加工、檢測及安裝方便的優(yōu)點，可節(jié)約生產(chǎn)及安裝成本。

在上述方案基礎上，所述的導電復合材料基層,其體積電阻率小于0.001Ω.m。

在上述方案基礎上，所述的聚合物占所述導電復合材料基層的體積分數(shù)介于20%～75%之間，選自聚乙烯、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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、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、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、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。

在上述方案基礎上，所述的導電填料選自金屬粉末、導電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

在上述方案基礎上，所述的金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

在上述方案基礎上，所述的導電陶瓷粉末選自：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬硅化物之中的一種或幾種的混合物。

在上述方案基礎上，所述的導電孔可以是盲孔或通孔，由通過鉆孔成型后在孔表面附著導電金屬層，所述導電孔的形狀可以是任意規(guī)則的或不規(guī)則的形狀。

在上述方案基礎上，所述的導電金屬層，是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成，通過化學沉積、噴涂、濺射、電鍍或是這幾種工藝復合使用形成的。

在上述方案基礎上，所述的包封層，為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、硅橡膠、聚氨酯或無機膠中的一種或它們的復合物。

本實用新型的制備方法為：

由具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層和緊密貼覆于所述具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層兩面的第一導電電極和第二導電電極形成一個具有電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材；對具有一個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材通過內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移蝕刻技術(shù)使復合片材的導電電極蝕刻出絕緣槽，然后將兩絕緣層疊放于完成蝕刻的復合片材兩表面，并分別覆蓋金屬箔，進行高溫壓合，之后將壓合后的基板經(jīng)過后續(xù)的外層金屬箔鍍錫、蝕刻外層圖形、印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨、鉆孔、沉銅、鍍銅工藝等步驟及包封工藝，得到具有優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性的高分子PTC過流保護元件。

具體的制備方法可以描述如下：

1）具有電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材制備：將導電高分子復合材料基層組分高分子聚合物、導電填料在高速混合機內(nèi)混合，然后將混合物在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～5000cm²，厚0.1～3.0mm的復合材料基層；再用熱壓的方法在熱壓機上把金屬箔片復合于上述材料基層的第一第二兩個表面，制成復合片材，然后再將此復合片材用γ射線（Co⁶⁰）或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad。

2）采用印制線路板工藝制成表面貼裝型高分子PTC過電流保護元件。在線路板工藝制造過程中，采用包封工藝在過電流保護元件疊層側(cè)面增加包封層，使元件高分子材料基層與空氣環(huán)境隔離，從而提高了產(chǎn)品的環(huán)境可靠性能。

本實用新型優(yōu)越性在于：在過電流保護元件側(cè)面增加了包封層，不但提高過電流保護元件的環(huán)境可靠性，而且增加了元件的強度；起電氣連接作用的導電孔位于元件內(nèi)部，既保證了元件具有良好的焊接性能，又使元件不受側(cè)面包封工藝的影響。

附圖說明

圖示說明：

圖1：本實用新型整體立體視圖；

圖2：實施例1單層片材、雙焊接面的剖面示意圖；

圖3：實施例2單層片材、單焊接面的剖面示意圖；

圖4：實施例3雙層片材、雙焊接面的剖面示意圖；

圖5：實施例4雙層片材、單焊接面的剖面示意圖；

圖6：實施例1的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7：本實用新型實施例1與比較例高溫高濕環(huán)境中，電阻隨放置時間變化的關(guān)系圖；

附圖中標號說明

1、1a、1a’——第一端電極；

2、2a——第二端電極；

3、3’——第一絕緣層；3a、3a’——第二絕緣層；3b、3b’——第三絕緣層；

4、4’、4a、4a’——第一導電電極；

5、5’——第一導電復合材料基層；5a、5a’——第二導電復合材料基層；

6、6’、6a、6a’——第二導電電極；

7——第一導電孔；

8、8’、8”——第二導電孔；

9——元件外側(cè)包封層；

10、10a、10b、10c——元件內(nèi)部的用于電氣隔離第一導電孔和第二導電孔的絕緣槽；

11、11a——元件外部用于電氣隔離第一端電極和第二端電極的絕緣槽；

12——非焊接面金屬箔。

具體實施方式

實施例1

如圖1本實施例整體立體視圖、圖2本實用新型單層片材剖面視圖和圖6本實施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖所示，一種高分子PTC過電流保護元件，為表面貼裝型結(jié)構(gòu)，包含:

1）一個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材，包括：

(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應的第一導電復合材料基層5，由至少一種聚合物和至少一種分散于所述聚合物中的體積電阻率小于1μΩ.m, 粒徑為0.1μm～50μm的導電填料組成，所述的導電復合材料基層,其體積電阻率小于0.001Ω.m，且具有相對的第一，第二表面；

(b)第一導電電極4，位于第一導電復合材料基層5的第一表面；

(c)第二導電電極6，位于第一導電復合材料基層5的第二表面；

2）第一導電孔7，與第一導電電極4電氣連接，與第二導電電極不電氣連接；

第二導電孔8，與第一導電孔7電氣連接的第一導電電極4不電氣連接，與第一導電孔7不電氣連接的第二導電電極6電氣連接；

3）第一端電極1，位于整個元件的最外層的一面或兩面上，連接第一導電孔7，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路的一極電氣相連；

第二端電極2，與第一端電極1同樣位于整個元件的最外層的同一面或兩面上，并與第一端電極1電氣隔斷，并連接第二導電孔8，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）第一、第二絕緣層3、3a，貼覆于上述非同一復合材料片材上的第一導電電極和第二導電電極之間，因本實施例為單層，故位于最外層的導電電極和端電極之間，并用于電氣隔離；

5）包封層9，位于元件側(cè)面，使第一、第二導電孔7、8位于元件內(nèi)部，且導電復合材料基層5與外界環(huán)境隔離。

其中，所述的聚合物占所述導電復合材料基層的體積分數(shù)介于20%～75%之間，可選自聚乙烯、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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、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、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、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。

所述的導電填料選自金屬粉末、導電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

其中，金屬粉末選自：銅、鎳、鎢、錫、銀、金或其合金中的一種及其混合物。

所述的導電陶瓷粉末選自：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬硅化物之中的一種或幾種的混合物。

所述的導電孔可以為盲孔或通孔，通過鉆孔成型后在孔表面附著導電金屬層，本實施例為通孔。

所述的導電金屬層是由鋅、銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物組成，通過化學沉積、噴涂、濺射、電鍍或是這幾種工藝復合使用形成的。

所述的包封層，為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、硅橡膠、聚氨酯或無機膠中的一種或它們的復合物。

本實施例的制備方法按照下述順序：

1）高分子PTC復合片材的制備：將高密度聚乙烯、金屬硼化物按一定比例在高速混合器中混合10min。然后將混合物組分在180℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm²，厚0.2mm高分子復合材料基層5。將表面粗化后的銅箔經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到高分子復合材料基層5的上下二面，即得到由第一導電電極4和高分子導電復合材料基層5以及第二導電電極6組成的高分子PTC復合片材。在真空烘箱中80℃熱處理48小時后，用γ射線（Co⁶⁰）輻照，劑量為15Mrad。得到導電復合材料基層5的體積電阻率小于0.001Ω.m。

2）元件刻蝕：將上述復合片材通過圖形轉(zhuǎn)移蝕刻技術(shù)使第一導電電極4蝕刻出第一絕緣槽10和第二導電電極6分別蝕刻出第二絕緣槽10a，然后將第一絕緣層3疊加于第一導電電極4和一金屬箔之間，同時將第二絕緣層3a疊加于第二導電電極6和另一金屬箔之間，進行高溫壓合，壓合后的基板通過端電極鍍錫、外層圖形蝕刻，印刷阻焊油墨等步驟，形成第一端電極1、1a和第二端電極2、2a。然后經(jīng)過后續(xù)的鉆通孔、沉銅、鍍銅，形成第一導電孔7和第二導電孔8。

3）包封：為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、硅橡膠、聚氨酯或無機膠中的一種或它們的復合物，采用包封工藝，使元件兩側(cè)面由如：環(huán)氧樹脂材料進行包封，從而制備出具有兩個焊接面、環(huán)境可靠性高的高分子PTC過電流保護元件。

實施例2

如圖3本實用新型單層片材、單焊接面的剖面示意圖所示，其他結(jié)構(gòu)與實施例1相同表面貼裝型結(jié)構(gòu)高分子PTC過電流保護元件，只是第二導電孔8’為盲孔，與第二導電電極6電氣連接。

1）一個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材，包括：

(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層5，由至少一種聚合物和至少一種分散于所述聚合物中的體積電阻率小于1μΩ.m, 粒徑為0.1μm～50μm的導電填料組成，且具有相對的第一，第二表面；

(b)第一導電電極4’，位于第一導電復合材料基層5’的第一表面；

(c)第二導電電極6’，位于第一導電復合材料基層5’的第二表面；

2）第一導電孔7為通孔，與第一導電電極4’電氣連接，與對應的第二導電電極6’不電氣連接；

第二導電孔8’為盲孔，與第一導電孔7不電氣連接，而與第二導電電極6’電氣連接；

3）第一端電極1a’，位于整個元件的最外層的一面，連接第一導電孔7，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路的一極電氣相連；

第二端電極2a’，與第一端電極1a’同樣位于整個元件的最外層的同一面上，并與第一端電極1a’電氣隔斷，并與第二導電孔8’電氣連接，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）第一、第二絕緣層3’、3a’，貼覆于元件最外層的導電電極和端電極之間，并用于電氣隔離；

5）包封層9，位于元件側(cè)面，使第一、第二導電孔7、8’位于元件內(nèi)部，且導電復合材料基層5’與外界環(huán)境隔離。

本實施例的焊接面為單焊接面，非焊接面最外層金屬箔12無蝕刻槽。

高分子PTC復合片材合的制備過程與實施例1一樣，之后本實用新型也可由兩層或多層復合片材并聯(lián)，采用同樣的導通方式實現(xiàn)，以達到降低產(chǎn)品內(nèi)阻的目的。除非焊接面的導電電極無需蝕刻絕緣槽外，其余各層均需蝕刻絕緣槽。

實施例3

如圖4本實用新型雙層片材、雙焊接面的剖面示意圖，一種高分子PTC過電流保護元件，為表面貼裝型結(jié)構(gòu)，由兩片高分子復合片材并聯(lián)構(gòu)成的高分子PTC過電流保護元件，采用同樣的導通方式實現(xiàn)，以達到降低產(chǎn)品內(nèi)阻的目的。側(cè)面同樣包裹環(huán)氧樹脂包封層，從而制備出具有兩個焊接面、環(huán)境可靠性高的高分子PTC過電流保護元件，包含：

1）具有二個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材，包括：

(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應的第一、第二導電復合材料基層5、5a，每個導電復合材料基層由至少一種聚合物和至少一種分散于所述聚合物中的體積電阻率小于1μΩ.m, 粒徑為0.1μm～50μm的導電填料組成，且具有相對的第一，第二表面；

(b)第一導電電極4、4a，位于第一、第二導電復合材料基層5、5a的第一表面；

(c)第二導電電極6、6a，位于第一、第二導電復合材料基層5、5a的第二表面；

2）第一導電孔7，與每個復合材料片材中第一導電電極4、4a電氣連接，與對應的第二導電電極6、6a不電氣連接；

第二導電孔8，與每個復合材料片材中的已經(jīng)與第一導電孔7電氣連接的導電電極不電氣連接，與每個復合材料片材中與第一導電孔7不電氣連接的第二導電電極6、6a電氣連接；

3）第一端電極1、1a，位于整個元件的最外層的兩面上，連接第一導電孔7，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路的一極電氣相連；

第二端電極2、2a，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的兩面上，并與第一端電極1、1a電氣隔斷，并連接第二導電孔8，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）第一、第二、第三絕緣層3、3a、3b，貼覆于上述非同一復合材料片材上的第一導電電極和第二導電電極之間，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，并用于電氣隔離；

5）包封層9，位于元件側(cè)面，使第一、第二導電孔7、8位于元件內(nèi)部，且第一、第二導電復合材料基層5、5a與外界環(huán)境隔離。

實施例4

如圖5本實用新型雙層片材、單焊接面的剖面示意圖所示，與實施例3相似，只是第二導電孔8”為盲孔，如圖5中元件內(nèi)部的用于電氣隔離第一導電孔7絕緣槽10a、10b和用于電氣隔離第二導電孔8”絕緣槽10c所示。側(cè)面同樣包裹環(huán)氧樹脂材料包封層，從而制備出具有單個焊接面、力學性好、環(huán)境可靠性好的高分子PTC過電流保護元件，

一種高分子PTC過電流保護元件，為表面貼裝型結(jié)構(gòu)，包含:

1）二個電阻正溫度系數(shù)效應的復合材料片材，包括：

(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應的第一、第二導電復合材料基層5’、5a’，配方同實施例一，且每個導電復合材料基層具有相對的第一，第二表面；

(b)第一導電電極4’、4a’，位于第一、第二導電復合材料基層5’、5a’的第一表面；

(c)第二導電電極6’、6a’，位于第一、第二導電復合材料基層5’、5a’的第二表面；

2）第一導電孔7，與每個復合材料片材中第一導電電極4’、4a’電氣連接，與對應的第二導電電極6’、6a’不電氣連接；

第二導電孔8”為盲孔，與每個復合材料片材中的已經(jīng)與第一導電孔7電氣連接的第一導電電極4’、4a’不電氣連接，與每個復合材料片材中第二導電電極6’、6a’電氣連接；

3）第一端電極1a，位于整個元件的最外層的一面上，連接第一導電孔7，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路的一極電氣相連；

第二端電極2a’，與第一端電極同樣位于整個元件的最外層的同一面上，并與第一端電極1a電氣隔斷，并連接第二導電孔8”，作為焊接面使用，焊接至電路中后使元件與外電路另一極電氣相連；

4）第一、第二、三絕緣層3’、3a’、3b’，貼覆于上述非同一復合材料片材上的第一導電電極和第二導電電極之間，以及元件最外層的導電電極和端電極之間，并用于電氣隔離；

5）包封層9，位于元件側(cè)面，使第一、第二導電孔7、8”位于元件內(nèi)部，且導電復合材料基層與外界環(huán)境隔離。

比較例

結(jié)構(gòu)及制作方法與實施例1相同，只是沒有包封層9。如圖7電阻隨放置時間變化的關(guān)系圖所示，本實用新型實施例1與相對于沒有側(cè)面包封的比較例比較數(shù)據(jù)，在85℃、85%濕度的高溫高濕環(huán)境中，本實用新型保護元件至1000小時，電阻變化不大，趨于水平直線，而比較例保護元件至100小時，電阻增加了一倍，至500小時電阻增加了三倍，所示，所制備的過電流保護元件在長期環(huán)境放置后，的比較，環(huán)境穩(wěn)定性顯著提高。