大電流過流過溫保護元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電路保護元件，尤其是涉及一種具有電阻正溫度效應的大電流過 流過溫保護元件，它兼顧高保持電流和低動作溫度。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于導電復合材料的正溫度系數(shù)過流防護元件（PTC)已廣泛地應用到通信、計算 機、汽車、工業(yè)控制、家用電器等眾多領(lǐng)域中，應用于電路的過流保護設置。在通常狀態(tài)下， 電路中的電流相對較小，熱敏電阻器溫度較低，而當由電路故障引起的大電流通過此過流 過溫保護元件時，其溫度會突然升高到"關(guān)斷"溫度(動作溫度)，導致其電阻值變得很大，這 樣就使電路處于一種近似"開路"的狀態(tài)，從而保護了電路中其他元件。而當故障排除后， 熱敏電阻器的溫度下降，其電阻值又可恢復到低阻值狀態(tài)。
[0003] 電子產(chǎn)品正在朝多功能、小型化、集成化的方向發(fā)展。其功率越來越大，那么電 池產(chǎn)品的保護元件的保持電流越來越大，但是現(xiàn)在市面上的聚合物PTC保持電流提高有 限。因為對于聚合物PTC保護元件而言，要提高大幅保持電流，就必須使用高熔點的聚合 物，也就是高動作溫度的聚合物PTC，但是高動作溫度無法有效保護電池。例如若使用低 熔點聚合物(低密度聚乙烯LDPE)，聚合物PTC的動作溫度可以在80 °C以下，但是無法滿 足60°C下高保持電流。從聚合物PTC保護元件的原理上來說，沒有辦法平衡高保持電流和 低動作溫度之間的矛盾。開發(fā)具有高保持電流(大電流）低動作溫度的產(chǎn)品成為各大公司 的焦點（例如聚鼎、泰科)，他們的專利也都提到了上述問題，見專利CN102832604A和專利 CN101449342A。
[0004] 另外，高低溫交變測試（_40°C *lh/85°C *lh)也是聚合物PTC保護元件的一項重 要的長期可靠性的評價項目，產(chǎn)品的升阻越小越好。對于高動作溫度聚合物PTC保護元件 產(chǎn)品而言，交變100次升阻小于100%，而低動作溫度的產(chǎn)品升阻可以達到500%以上。如果 并聯(lián)初始阻值相同的高低聚合物PTC芯片，那么交變后升阻小于200%，遠低于低動作溫度 產(chǎn)品的升阻。
[0005] 申請?zhí)?00910177356. 1揭示一種過溫及過電流雙保護元件及其制法，藉由在單 一的保護元件中，并聯(lián)設置一個保險絲與一個正溫度系數(shù)熱敏電阻，使得當電流過大時， 保險絲將先熔斷而使全部電流流經(jīng)該熱敏電阻，迫使其電流增大而升溫，終至完全截斷流 經(jīng)該元件的電流。相對在環(huán)境溫度過高時，則由熱敏電阻先受熱提高阻值，迫使電流全部 經(jīng)由保險絲而致超過其額定范圍，使保險絲熔斷后，電流再度流回熱敏電阻而導致全面斷 路效果。如此，可以藉由單一的被動元件，以低廉單價完成雙重保護的效果，同時減少空 間耗費，增加市場競爭力與接受度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種大電流過流過溫保護元件，同時具有高保持電流和低動 作溫度特性。
[0007] 本發(fā)明目的通過下述方案實現(xiàn)：一種大電流過流過溫保護元件，用于電路保護，包 含由兩個金屬箔片以及緊密夾固在兩個金屬箔片中間的具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電 復合材料基層組成的芯片，其中： (a) 至少兩層具有不同動作溫度的所述芯片，它們的動作溫度相差不小于5°C ; (b) 兩層具有不同動作溫度的芯片電氣并聯(lián)連接。
[0008] 本發(fā)明形成至少一層低動作溫度保護芯片、一層高動作溫度保護芯片。
[0009] 在上述方案基礎上，所述芯片電氣并聯(lián)連接為縱向疊加，或橫向疊加，或縱向和橫 向疊加的組合中的一種。
[0010] 所述具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層由聚合物和導電填料組成，其 中，所述聚合物選自聚乙烯、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。
[0011] 所述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，優(yōu)選為 25%-70%之間，更優(yōu)為30%-65%之間。
[0012] 所述導電填料選自碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管、金屬粉末、導電陶瓷粉末中的一 種及其混合物。
[0013] 所述金屬粉末可選自：銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其 混合物。
[0014] 所述的導電陶瓷粉末可選自：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。
[0015] 所述電填料的粒徑優(yōu)選為0. 05 μ m~50 μ m，更優(yōu)為0. 1 μ m~20 μ m ;體積電阻率 不大于0. 03 Ω . m，優(yōu)選為不大于0. 02 Ω . m，更優(yōu)為不大于0. 01 Ω . m。所述導電填料占所述 導電復合材料基層體積分數(shù)的25%~80%，優(yōu)選為30%-75%之間，更優(yōu)為35%-70%之間，分散 于所述聚合物中。
[0016] 所述具有電阻正溫度系數(shù)效應的導電復合材料基層可含有其他組分，如抗氧劑、 輻射交聯(lián)劑(常稱為輻照促進劑、交聯(lián)劑或交聯(lián)促進劑，例如三烯丙基異氰脲酸酯)、偶聯(lián) 劑、分散劑、穩(wěn)定劑、非導電性填料(如氫氧化鎂，碳酸鈣)、阻燃劑、弧光抑制劑或其他組分。 這些組分通常不大于高分子基導電復合材料總體積的15%，例如5%體積百分比。
[0017] 本發(fā)明原理是：在故障時，當電池的溫度升高，上升到低動作溫度保護芯片的動作 溫度時，我們稱此時的溫度為過流過溫保護元件的動作溫度，低動作溫度保護芯片動作，阻 值突然上升到原來的10倍以上，此時所有的電流被完全加到高動作溫度保護芯片上，引發(fā) 高動作溫度保護芯片動作，從而切斷電流，保護電池。在故障消除以后，電池的溫度下降， 高、低溫動作保護芯片的溫度也下降，電阻隨溫度下降，下降到過流過溫保護元件的動作溫 度以下時，阻值恢復到電路導通狀態(tài)，從而實現(xiàn)過流過溫保護元件的多次保護功能。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)越性在于：由于高動作溫度芯片由兩層金屬箔片以及夾在中間的高動 作溫度PTC材料層組成，低動作溫度芯片由兩層金屬箔片以及夾在中間的低動作溫度PTC 材料層組成。當?shù)蛣幼鳒囟刃酒_到設定溫度時觸發(fā)，使電流全部加在高動作溫度芯片上， 導致整個電路保護元件動作。與常規(guī)電路保護元件相比，該保護元件同時具有低溫保護和 較大工作電流的特點。即：過流過溫保護元件在正常工作狀態(tài)下(低于動作溫度)，發(fā)揮高動 作溫度保護芯片保持電流大的特點，異常狀態(tài)下（高于動作溫度)，發(fā)揮低動作溫度保護芯 片溫度敏感的特