本實用新型是關于一種高分子正溫度系數(shù)組件，特別是一種應用在自限式發(fā)熱體與過電流保護的高分子正溫度系數(shù)組件。

背景技術：

高分子正溫度系數(shù)(Polymeric Positive Temperature Coefficient, PPTC)復合材料具有對溫度與電流敏感的特性，目前被廣泛運用在電路上作為過電流保護與自限式加熱電纜使用。

高分子正溫度系數(shù)復合材料在常溫下(25℃)，具有極低的電阻值。當應用在過電流保護時，使得電路可以依照設計所需的功能運作，而當遇到偶發(fā)的過溫度(Over-temperature)或過電流(Over-current)的情況，高分子正溫度系數(shù)復合材料的高分子微結構產(chǎn)生相變化，此時導電填充物會因為高分子相的相變化，產(chǎn)生較多的移動空間，進而使得電阻陡然上升，依據(jù)奧姆定律，此時電流會因為電阻上升而下降至一微小狀態(tài)，進而達成電路保護的功能。

當高分子正溫度系數(shù)復合材料應用在自限式發(fā)熱體時，只要供應足夠的電流，促使高分子正溫度系數(shù)復合材料的高分子微結構產(chǎn)生相變化，在電阻陡然上升的同時，高分子正溫度系數(shù)材料亦同時產(chǎn)生較環(huán)境溫度為高的表面溫度，但正常應用下，其最高溫度會在高分子相熔點附近，而自限式發(fā)熱體的應用即是利用此特性達成自限式發(fā)熱的功效。

然而，在自限式發(fā)熱體上，傳統(tǒng)高分子正溫度系數(shù)復合材料發(fā)熱體，皆為平行式電纜設計，是屬于大電壓大電流(≧120Vac)的應用，并無法直接接觸人體使用，亦無法通過低電壓小電流(≦5V/2A)直接觸動發(fā)熱，雖然現(xiàn)今市場已存在一次性暖暖包或是可重復使用充電式個人保暖用品或以白金觸媒與煤油燃燒式懷爐，但這些個人保暖產(chǎn)品皆存在安全或環(huán)保的隱憂。

傳統(tǒng)個人保暖用品，除了一次性使用的暖暖包及以白金觸媒與煤油燃燒式懷爐為非使用電力轉(zhuǎn)換成熱能使用，其余皆是將電力轉(zhuǎn)換成熱能使用在個人保暖的應用上。這些使用電能轉(zhuǎn)換為熱能的個人保暖用品皆是將充電電池與發(fā)熱體設計合而為一，然而這樣的設計在目前看來是一種潛藏安全隱憂的設計。因為以目前電池材料科技與安全操作環(huán)境而言，電池的最高操作溫度通常設定在60℃，超過此溫度，電池材料易處于不穩(wěn)定且不安定反應的狀態(tài)，進而產(chǎn)生電池過熱而致燒毀，甚至于爆炸的情況。就此而言，將發(fā)熱體放在一個熱不安定的能源旁，是否是一個明智的安排，恐怕有待商榷。但如果將發(fā)熱體與電源分開配置，則需在這些發(fā)熱體加設升壓及溫度控制電路管理，才可以達到可使用性。所以，現(xiàn)實上，發(fā)熱體與電源無法分開，必須合而為一，以達成可使用化及可接受的成本?，F(xiàn)有的設計，無疑地消費者必須承擔在使用的中的風險。

另一方面，此類充電式個人保暖用品常見以可撓式聚酰亞胺發(fā)熱體或鎳鉻合金絲電阻埋入硅膠片式發(fā)熱體為主，其制造過程與發(fā)熱原理皆相近，皆是以一導體的電阻所產(chǎn)生的電阻熱，而這個熱會不斷上升，因為導體的電阻并不會因為導體溫度改變而產(chǎn)生劇烈的變化，進而限制電流而限制發(fā)熱。所以這一類的發(fā)熱體需要額外的控制電路才能使用在人體直接接觸。

中國臺灣發(fā)明專利第I407460號與中國臺灣新型專利第M325698號皆提出高分子正溫度系數(shù)材料的發(fā)熱體應用在人體上。然而，此二專利皆為液態(tài)制程，且電極需預先埋入基材的中，再將含電極的基材以涂布或含浸的方式，將高分子正溫度系數(shù)材料附著在含電極的基材上。此二方法雖然改善傳統(tǒng)發(fā)熱體的問題，但仍然存在不易生產(chǎn)及因電阻較高需要較高電壓(≧12V)驅(qū)動發(fā)熱的問題。且因此二專利所制造的發(fā)熱體為纖維狀，故機械強度不足，造成與電源的連接需以特殊方法接合，降低了可使用性。

現(xiàn)有技術的高分子正溫度系數(shù)材料是以制作成組件( Component)，輔以插件焊、表面黏著回焊、軸向點焊方式附加在電路板上，形成過電流保護回路；或是以平行電纜的結構，連接市電電源(110Vac－240Vac)產(chǎn)生熱的方式，達到其設計功效與目的。

請參見圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術的高分子正溫度系數(shù)組件的立體示意圖，現(xiàn)有技術的高分子正溫度系數(shù)組件900是將結晶性熱塑性高分子與導電材料及功能性添加劑，依據(jù)性能需要調(diào)整比例混合，藉由混煉設備進行熔融混合后，得到成分均勻分散的導電復合材料，再將這些已經(jīng)經(jīng)過混煉的導電復合材料，藉由熱壓或是薄板壓出的方式形成高分子正溫度系數(shù)材料層901，將上電極902、下電極903均勻壓合在此高分子正溫度系數(shù)材料層901的正反表面，形成一三明治結構的高分子正溫度系數(shù)組件。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，通過電路結構的特殊設計方式，因而具有可以直接或間接將電源接口與高分子正溫度系數(shù)材料層連接的特性，使得高分子正溫度系數(shù)材料不僅可以應用在電路保護上，亦可做為可攜式重復使用的恒溫安全發(fā)熱體。

本實用新型的一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，至少包括有一高分子正溫度系數(shù)材料層、分設在高分子正溫度系數(shù)材料層的兩面的二電極組、二導通孔以電性連接兩同極電極、及一USB接口。其中每一電極組至少包括兩相鄰但不相連的正負極電極，且第一表面的正極電極與第二表面的負極電極的正交投影面積大于10%。

本實用新型一實施例中，第一表面和第二表面填敷有一導熱材，且導熱材的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還包括有一外殼。

本實用新型一實施例中，電極組的至少二電極互為柵狀交錯設置在高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實用新型一實施例中，一電極組還包括另一電極以形成一開路，此電極一端連接在電源接口的輸入端。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還連接在一控制電路或一需保護的電路。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件連接一電源后的加熱溫度低于70℃。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料層的任一表面還填敷一電路層。

本實用新型的另一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，至少包括有：

一高分子正溫度系數(shù)材料層，其包括有一第一表面和一第二表面；

一第一電極組，設置在第一表面，并包括有一第一電極和一第二電極，第一電極和第二電極柵狀交錯分布在第一表面；

一第二電極組，設置在第二表面，并包括有一第三電極和一第四電極，第三電極和第四電極柵狀交錯分布在第二表面；

一第一導通孔，電性連接第一電極和第三電極；

一第二導通孔，電性連接第二電極和第四電極；及

一電源接口，包括有一輸入端和一輸出端，輸入端連接在第一電極，輸出端連接在第二電極；

本實用新型一實施例中，第一電極組的第一電極和第二電極組的第四電極正交投影區(qū)域大于10%，第一電極組的第二電極和第三電極組正交投影區(qū)域大于10%。

本實用新型一實施例中，第一表面和第二表面填敷有一導電熱材，且導電熱材的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還包括有一外殼。

本實用新型一實施例中，電源接口為一USB組件。

本實用新型一實施例中，第一電極組還包括一第五電極以形成一開路，第五電極的一端連接在電源接口的輸入端，另一端具有一第三導通孔。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件經(jīng)由第三導通孔還串連接在一控制電路或一需保護的電路。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件連接一電源后的表面溫度低于70℃。

本實用新型一實施例中，高分子正溫度系數(shù)材料層的任一表面還填敷一電路層。

本實用新型的高分子正溫度系數(shù)材料組件在連接電源后，可以快速升溫，并在持續(xù)供給電能下，穩(wěn)定的保持加熱狀態(tài)，并不會有溫度突升或突降狀況，且加熱溫度低于70℃，可以充分的發(fā)揮保暖功效，也不致于會造成使用者的燙傷。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的高分子正溫度系數(shù)組件的立體示意圖。

圖2為本實用新型第一實施例的高分子正溫度系數(shù)組件的俯視圖。

圖3為圖2沿2’-2’切線的剖面圖。

圖4為本實用新型第一實施例在通電的狀態(tài)下溫度變化曲線圖。

圖5為本實用新型第二實施例的高分子正溫度系數(shù)組件的俯視圖。

圖6為圖5沿5’-5’切線的剖面圖。

【主要組件符號說明】

100 高分子正溫度系數(shù)組件

101 高分子正溫度系數(shù)材料層

1011 第一表面

1012 第二表面

102 第一電極

103 第二電極

104 第三電極

105 第四電極

106 第一導通孔

107 第二導通孔

108 電源接口

109 第五電極

110 第三導通孔

900高分子正溫度系數(shù)組件

901 高分子正溫度系數(shù)材料層

902 上電極

904 下電極。

具體實施方式

請參考圖2及圖3所示，其中圖2為本實用新型第一實施例的高分子正溫度系數(shù)組件100的俯視圖，圖3為圖2沿2-2’切線的剖面圖。

本實施例中，高分子正溫度系數(shù)組件100包括有高分子正溫度系數(shù)材料層101、第一電極102、第二電極103、第三電極104、第四電極105、第一導通孔106、第二導通孔107和電源接口108。

其中高分子正溫度系數(shù)材料層101具有第一表面1011和第二表面1012。第一電極102和第二電極103以柵狀交錯方式設置在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一表面1011。第三電極104和第四電極105亦以柵狀交錯方式設置在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第二表面1012。且第一電極102與第四電極105的正交投影面積大于10%，且第一電極102和第三電極104通過穿透高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一導通孔106得以電性相連。第二電極103與第三電極104的正交投影面積大于10%，而第二電極103和第四電極105則是通過穿透高分子正溫度系數(shù)材料層101的第二導通孔107得以電性相連。電源接口108包括有設置在第一表面1011上的輸出端和輸入端，輸入端相連在第一電極102，而輸出端則相連在第二電極103，且輸出端和輸入端相鄰不相連。在一態(tài)樣下，電源接口108為一USB接口。

其中，高分子正溫度系數(shù)材料層101由結晶性熱塑型高分子、結晶性熱塑型高分子的衍生聚合物和至少一種導電材料所組成。結晶性熱塑型高分子細選自包括有聚烯烴類高分子、氟化聚合物類高分子和熱塑性彈性體的群組，衍生聚合物系指結晶性熱塑型高分子的共聚、接枝衍生物，而導電材料可選擇自，碳類(碳粉、石墨等)、金屬類(鎳粉、銅粉、鐵粉等)、金屬碳化物(碳化鈦、碳化鎢、碳化鉬等)、金屬氮化物(氮化鈦、氮化鉻等)、金屬硼化物(二硼化鈦、二硼化鉻、二硼化釩等)與金屬硅化物(二硅化鈦、二硅化鉻、二硅化鉬等)。高分子正溫度系數(shù)材料層101還選擇性添加的功能性添加劑，如交鏈助劑、抗氧化劑、電弧抑制劑、填充劑等。以上材料經(jīng)熔融混煉的過程將所有成分混合在一起，使得導電材料與添加劑均勻分在在結晶性熱塑性高分子材料中，形成一高分子正溫度系數(shù)復合材料。

在制造高分子正溫度系數(shù)組件100時，是將以上材料經(jīng)熔融混煉的過程將所有成分混合在一起，使得導電材料與添加劑均勻分在結晶性熱塑性高分子材料中，并以薄板押出機押出成薄片材，形成一高分子正溫度系數(shù)材料層101。

隨后，再以滾輪壓合或熱壓的方式將金屬電極貼附在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一和第二表面(1011、1012)，進而形成一類似于三明治的夾層迭合結構。

其中，電極(102、103、104、105) 是以印刷電路板常用的鉆孔、曝光、顯影、蝕刻、電鍍等步驟，將電極圖案化，并同時將電源接口連接位置一并在此步驟完成。且電源接口直接或間接附著在高分子正溫度系數(shù)材料任一面電極上為相鄰但不相連的位置結構上，進而形成電源的輸入與輸出，與高分子正溫度系數(shù)材料層形成一完整電路回路。

當本實施例的高分子正溫度系數(shù)組件100連接一電源(圖中未示)時，電流會自電源接口108的輸入端分流進入第一電極102并經(jīng)由第一導通孔106進入電三電極。電流進入第一電極102后隨后經(jīng)過高分子正溫度系數(shù)材料層101，再進入第四電極105，藉由第二導通孔107，將電流導通至第二電極103并連接第二電極103上的電源接口108的輸出端；電流自電源接口108輸入端輸入并經(jīng)由第一導通孔106進入第三電極104，隨后在經(jīng)過高分子正溫度系數(shù)材料層101后，進入第二電極103。并接通連接在第二電極103上的電源接口108的輸出端，進而形成一完整并聯(lián)回路，通過市電或行動電源的電能供給就可以觸發(fā)高分子正溫度系數(shù)材料的發(fā)熱功能。

本實用新型的高分子正溫度系數(shù)組件100還包括有一導熱材 (圖中未示)或一外殼 (圖中未示)。導熱材是填敷在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一表面1011和第二表面1012，且填敷的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層101的面積，導熱材可以輔助高分子正溫度系數(shù)組件100將通電后產(chǎn)生的熱能均勻?qū)С鲋帘韺?，一般較常被選用的導熱材軟質(zhì)的硅膠。外殼是裝設高分子正溫度系數(shù)組件100，且外殼根據(jù)使用的目的與溫度，材質(zhì)可選用硬式的金屬、塑料或軟式的硅膠類材料。

請參考圖4所示，圖4為本實施例的高分子正溫度系數(shù)組件100在通電的狀態(tài)下溫度變化曲線圖。其中線段A為室溫變化圖，線段B為本實用新型的高分子正溫度系數(shù)組件施以市電或行動電源的電能后溫度變化。由圖中可看出，本實用新型的高分子正溫度系數(shù)組件100在供給電能(本測試使用行動電源為電能來源，5V/2A)約30秒后，便開始緩慢升溫，并在第15分鐘左右，溫度便達恒定，且只要持續(xù)供給電能，高分子正溫度系數(shù)組件100就可以穩(wěn)定的保持發(fā)熱狀態(tài)，并不會有溫度突升或突降的現(xiàn)象。

請參考圖5和圖6所示，其中圖5為本實用新型第二實施例的高分子正溫度系數(shù)組件200的俯視圖，圖6為圖5沿5-5’切線的剖面圖。

本實施例與第一實施例十分類似，差別在于本實施例是在高分子正溫度系數(shù)組件100的第一表面1011增設一條第五電極109，第五電極109的一端與電源接口108的輸入端相連，另一端則設有一第三導通孔110。藉此在高分子正溫度系數(shù)組件100上形成一開路，以便與一外部電路(例如:保護電路或控制電路)串聯(lián)，以產(chǎn)生控制或電路保護的功能。

應用本實施例時，外部電路(例如:被保護電路或控制電路，圖中未示)是通過第一導通孔106和第三導通孔110與高分子正溫度系數(shù)組件100形成串聯(lián)。供電電流會由電源接口108的輸入端流入第五電極109，并先由第三導通孔110流入外部電路再由第一導通孔106流回高分子正溫度系數(shù)組件100，以導通第一電極102和第三電極104，并通過高分子正溫度系數(shù)材料層101，接著由第四電極105與第二導通孔107導通的第二電極103，回到電源接口108的輸出端上，完成一完整的回路。

以連接控制組件為例，通過這樣的布局，可以藉由后方串連的控制組件通電與否，進行對高分子正溫度系數(shù)材料加熱行為的控制，例如，環(huán)境溫度太低時，控制電路啟動電流，高分子正溫度系數(shù)材料開始發(fā)熱，或是，當環(huán)境溫度足夠時，控制電路關閉電流，高分子正溫度系數(shù)材料停止發(fā)熱:亦或是藉由此這樣的布局，利用高分子正溫度系數(shù)材料對前后方回路進行過電流保護。

本實施例還可在高分子正溫度系數(shù)組件100的任一表面填敷一電路層(圖中未示)，此電路層可選用以傳統(tǒng)印刷電路板迭壓方式外加在高分子正溫度系數(shù)材料層，且電路層是以直接或間接方式與電源接口108以焊錫方式連接，最后再施以一外保護層密封，以隔離水氣與灰塵，以應用在電路保護上，例如，應用在USB電纜上，當USB接頭不論是在對行動裝置充電或傳輸時，可實時感測異常狀況進而升高電阻值，避免因高電流產(chǎn)生的熱或是外力造成的短路所造成的使用風險。