專利名稱：具有過流和esd雙重防護的新型插件熱敏元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的電 子元器件的制造，尤其是一種具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱 敏元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
基于高分子芯材的正溫度系數(shù)過流防護元件(PTC)已廣泛地應(yīng) 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(yīng)用 于電路的過流保護設(shè)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(dāng)由電路故障引起的大電流通過此自復(fù)性保險 絲時，其溫度會突然升高到"關(guān)斷"溫度，導(dǎo)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(dāng)故障排除后，熱敏電阻器的溫度下降，其電阻值又可恢復(fù) 到低阻值狀態(tài)。
基于高分子基的ESD元件由于其低電容的特點正在越來越多的 領(lǐng)域普及應(yīng)用。
電子產(chǎn)品正在朝多功能、小型化的方向發(fā)展。在很多時候體積和 面積的減小起到的作用比其他的方面大的多。
本發(fā)明的申請人在其申請?zhí)?00610148186.0中公開了一種具有 過流和ESD雙重防護的表面貼裝器件及其制造方法，在制成PTC復(fù)合 片材后，通過印刷線路板工藝制成表面貼裝型元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有過流和ESD雙重 防護的新型插件熱敏元件，能在同一元件上實現(xiàn)兩種功能，為電子電 路節(jié)約很大的面積和體積，且成本比兩種元件相加要低的多。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種上述具有過流和 ESD雙重防護的新型插件熱敏元件的制造方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種具有過流和 ESD雙重防護的新型插件熱敏元件，包括高分子PTC芯材或經(jīng)層壓構(gòu) 成的多層高分子PTC芯材，芯材兩表面復(fù)合金屬箔片電極，外側(cè)焊接 引腳構(gòu)成，其中，端電極、雙面電極為金屬箔片電極，電極上焊接有 引腳，雙面電極的至少一部分覆蓋有ESD芯材，且有至少一部分裸露 于ESD芯材之外。
具體的，所述的端電極、雙面電極分別為單、雙面經(jīng)表面粗化黑 化的金屬箔片電極。
在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的端電極，其經(jīng)表面處理的一面與 PTC芯材復(fù)合、或與ESD芯材復(fù)合；雙面電極兩面均經(jīng)過了表面處理， 其一面與PTC芯材復(fù)合，另一面與ESD芯材復(fù)合。
端電極外側(cè)焊接有引腳，裸露于ESD芯材之外的雙面電極上焊接 有引腳。
所述的插件型熱敏元件，外包封有固化的環(huán)氧樹脂層。
所述的PTC芯材由高分子聚合物、導(dǎo)電填料、納米填料、其他填 料和加工助劑制得，其中
所述的高分子聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯 乙烯中的一種或其共混物；
所述的導(dǎo)電填料為碳黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬氧化物 粉末中的一種或其組合；
所述的納米填料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、二氧化碳、碳酸
轉(zhuǎn)中的一種或其組合；
所述的其他填料為陶土、氫氧化鎂、氫氧化鋁、滑石粉中的一種
或其組合；
所述的加工助劑包括抗氧劑、交聯(lián)促進劑和偶聯(lián)劑，其中，所述 的抗氧劑為酚類或胺類化合物，包括酚類抗氧劑AN0X70，交聯(lián)促進 劑為多官能團不飽和化合物，包括三烯丙基異氰尿酸酯，偶聯(lián)劑為硅 烷或鈦酸酯類有機化合物，包括鈦偶聯(lián)劑TCF。
所述ESD芯材由高分子粘結(jié)劑、導(dǎo)電粒子、半導(dǎo)體粒子和絕緣粒 子混合制得，其中，
高分子粘結(jié)劑為有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、橡膠中的一種或其組合； 導(dǎo)電粒子為鎳粉、羥基鎳、鋁粉中的一種或其組合； 半導(dǎo)體粒子為氧化鋅、鈦酸鋇、碳化硅中的一種或其組合； 絕緣粒子為二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂中的一種或其組合。 針對上述具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件的制造 方法，包括下述步驟
第一步將高分子聚合物、導(dǎo)電填料、納米填料、其他填料和加工助 劑混合，制成PTC芯材；
第二步PTC芯材兩表面分別復(fù)合PTC端電極和雙面電極，制成PTC 復(fù)合片材，其中，端電極經(jīng)表面處理的一面與PTC芯材復(fù)合;
第三步用Y射線(Co6Q)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 100Mmd;
第四步將ESD芯材槳料按設(shè)計圖形印刷在元件基體的雙面電極上， 固化制成ESD芯材，使與ESD芯材對應(yīng)面的雙面電極中至少 一部分覆蓋有ESD芯材，且有一部分裸露于ESD芯材之外，
ESD芯材表面復(fù)合ESD端電極，單面電極經(jīng)表面處理的一面 與ESD芯材復(fù)合；
第五步切片，且每個小片都包含ESD芯材及裸露的雙面電極；
第六步在每個小片端電極外側(cè)焊接引腳，在雙面電極裸露于ESD芯
材之外的部分焊接引腳； 第七步用環(huán)氧樹脂層包封小片，固化包封層成具有過流和ESD雙重
防護的新型插件熱敏元件制成品。
具體的，將芯材組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料、納米填料和其他
填料及加工助劑在高速混合機內(nèi)混合，然后將混合物在100 200°C 溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100 1000cm2，厚 0. 1 3.0mm的芯材；再用熱壓的方法在熱壓機上把PTC端電極、雙 面金屬箔片分別復(fù)合于上述片材的兩個表面，制成復(fù)合片材，然后再 將此復(fù)合片材用Y射線(Co6o)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 100Mrad。 將預(yù)先制備的ESD芯材漿料按設(shè)計圖形通過預(yù)先開好的鋼網(wǎng)印刷在 雙面電極片的特定位置，固化成ESD芯材，再在ESD芯材上邊貼覆上 特殊外形處理過的ESD端電極，組成復(fù)合芯材。用劃片機將復(fù)合芯材 劃成長方形小片，通過插片焊接工藝，分別在PTC端電極、ESD端電 極以及裸露在外的雙面電極上焊接引腳，最后環(huán)氧包封、固化包封層。
在上述方案的基礎(chǔ)上，第二步中所述的PTC芯材為將多數(shù)片PTC 芯材經(jīng)層壓制成的多層PTC芯材。
在上述方案的基礎(chǔ)上，第四步中所述的按設(shè)計圖形印刷包括印刷 多數(shù)個互不相連的ESD芯材漿料層。
在上述方案的基礎(chǔ)上，第四步中所述的ESD端電極為端電極大 片，其在具有ESD芯材區(qū)域的對應(yīng)位置處設(shè)有端電極，其余部分不設(shè) 端電極。也就是說對ESD端電極進行特殊的外形處理，將相對應(yīng)的無
法接觸到ESD漿料印刷區(qū)域的電極掏空，使端電極的形狀與ESD漿料 印刷區(qū)域完全吻合。
在上述方案的基礎(chǔ)上，在ESD芯材的制備過程中，可以先用高速 攪拌器將高分子粘接劑攪拌均勻，然后依次添加導(dǎo)電粒子，半導(dǎo)體粒 子，絕緣粒子。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的熱敏元件在同一元件上實現(xiàn)具有 過流和ESD雙重防護功能，為電子電路節(jié)約很大的面積和體積，且成 本比兩種元件相加要低的多；另外，相比通過印刷線路板工藝制成的 表面貼裝型熱敏元件，工藝更為簡便。


圖1為電路設(shè)計中應(yīng)用本發(fā)明的原理圖。
圖2為本發(fā)明PTC芯材復(fù)合電極的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明新型插件型熱敏元件的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明新型插件型熱敏元件的引腳焊接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明具有多層PTC芯材的新型插件型熱敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標(biāo)號說明
1一PTC端電極 2、 2， 一PTC芯材
3、 3， 一雙面電極 4一印刷區(qū)域 5—ESD芯材 6， 7—切割線
8—ESD端電極 9， 10， ll一引腳
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
請參閱圖1為電路設(shè)計中應(yīng)用本發(fā)明的原理圖所示，其中，虛線
內(nèi)部分為本發(fā)明具有過流和ESD雙重防護的插件型熱敏元件。 實施例1
請參閱圖2為本發(fā)明PTC芯材復(fù)合電極的層狀結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 為本發(fā)明新型插件型熱敏元件的層狀結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明新型 插件型熱敏元件的引腳焊接結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖3， 一種具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件，包 括高分子PTC芯材2， PTC芯材2兩表面復(fù)合金屬箔片電極，外側(cè)焊 接引腳構(gòu)成，其中，所述的熱敏元件，依次復(fù)合有PTC端電極1、 PTC 芯材2、雙面電極3、 ESD芯材5和ESD端電極8，所述PTC端電極1、 ESD端電極8為單面經(jīng)過表面處理的金屬箔片電極，雙面電極3分別 雙面均經(jīng)表面處理的金屬箔片電極，其中，如圖2所示，雙面電極3 的一部分覆蓋有ESD芯材5，且有至少一部分雙面電極3裸露于ESD 芯材5之外。
如圖4所示，PTC端電極1、 ESD端電極8外側(cè)分別焊接有引腳 11， 9，裸露于ESD芯材5之外的雙面電極3上焊接有引腳10。 所述的插件型熱敏元件，外包封有固化的環(huán)氧樹脂層。 具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件的制造方法，包括 下述步驟
第一步將高密度聚乙烯、碳黑、納米碳酸鈣、氫氧化鎂和酚類抗氧 劑AN0X70按比例在高速混合起中混合10分鐘，然后將混合 物在180。C下于密煉機中混合均勻，經(jīng)冷卻、將混合料放在 壓模中，壓力5Mpa，溫度18(TC條件下壓制成面積200cm2, 厚O. 2mm的PTC芯材；
第二步用熱壓機在PTC芯材兩表面分別復(fù)合PTC端電極1和雙面電
極3，其中，端電極1經(jīng)表面處理過的一面貼覆在PTC芯材 2上，制成PTC復(fù)合片材，在真空烘箱中8(TC熱處理48小 時；
第三步用Y射線(Co6°)輻照交聯(lián)，劑量為15Mrad;
在制備PTC復(fù)合片的過程中或前后制備ESD芯材漿料，具體過程 包括取Dow Corning公司的有機硅樹脂A， B組分，按照1: 1的質(zhì) 量比，用高速攪拌器將樹脂攪拌至顏色均勻為止，依序?qū)⑾确Q量的鎳 粉、碳化硅、二氧化硅粒子混入攪拌好的樹脂中，將其在樹脂中攪拌 均勻，制成ESD芯材漿料。
第四步將ESD芯材漿料通過特定圖形的鋼網(wǎng)按設(shè)計圖形印刷在元件 基體雙面電極3的印刷區(qū)域4上形成多數(shù)個漿料涂層區(qū)，見 圖2，多數(shù)個ESD芯材漿料層區(qū)互不相連，用15(TC固化1小 時制成ESD芯材5，其中，雙面電極的一部分覆蓋有ESD芯 材5，且有一部分裸露于ESD芯材5之外，ESD芯材表面復(fù)合 ESD端電極8，其中，ESD端電極8經(jīng)表面處理的一面貼覆在 ESD芯材5上，ESD端電極8為端電極大片，其在具有ESD芯 材5區(qū)域的對應(yīng)位置處設(shè)有端電極，其余部分不設(shè)端電極；
第五步按切割線6， 7將片材切割成14ramX7mm的小片，且每個小 片都包含ESD芯材5及裸露的雙面電極3 (見圖3);
第六步在PTC端電極1、 ESD端電極8外側(cè)焊接引腳11， 9，在雙 面電極3裸露于ESD芯材5之外的部分焊接引腳IO(見圖4);
第七步用環(huán)氧樹脂層包封，固化包封層。
實施例2
請參閱圖5為本發(fā)明具有多層PTC芯材的新型插件熱敏元件的結(jié)
構(gòu)示意圖所示，制造方法均與實施例l相同，只是PTC芯材為經(jīng)層壓 構(gòu)成的二層高分子PTC芯材，二層PTC芯材2、 2'之間設(shè)置有雙面 電極3'，位于最外側(cè)的PTC芯材2外復(fù)合PTC端電極1， PTC端電極 1經(jīng)表面處理的一面與最外層的PTC芯材2復(fù)合，制成二層PTC復(fù)合 片材，弓l腳11焊接在PTC端電極1外側(cè)。
多層PTC復(fù)合片材的的制造方法與上述相同。
權(quán)利要求
1、一種具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件，包括高分子PTC芯材或經(jīng)層壓構(gòu)成的多層高分子PTC芯材，芯材兩表面復(fù)合金屬箔片電極，外側(cè)焊接引腳構(gòu)成，其特征在于所述的熱敏元件，依次復(fù)合有PTC端電極、PTC芯材、雙面電極、ESD芯材和ESD端電極，其中，端電極、雙面電極為金屬箔片電極，電極上焊接有引腳，雙面電極的至少一部分覆蓋有ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件，其特征在于所述的端電極，其經(jīng)表面處理的一面與PTC芯材、 ESD芯材復(fù)合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件，其特征在于所述的端電極外側(cè)焊接有引腳，裸露于ESD芯材 之外的雙面電極上焊接有引腳。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有過流和ESD雙重防護的新型 插件熱敏元件，其特征在于所述的插件型熱敏元件，外包封有固化 的環(huán)氧樹脂層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件，其特征在于所述的PTC芯材由高分子聚合物、導(dǎo)電填料、納 米填料、其他填料和加工助劑制得，其中，高分子聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中 的一種或其共混物；導(dǎo)電填料為碳黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬氧化物粉末中 的一種或其組合；納米填料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、二氧化碳、碳酸鈣中的 一種或其組合；所述的其他填料為陶土、氫氧化鎂、氫氧化鋁、滑石粉中的一種 或其組合；所述的加工助劑包括抗氧劑、交聯(lián)促進劑和偶聯(lián)劑，其中，所述 的抗氧劑為酚類或胺類化合物，包括酚類抗氧劑AN0X70，交聯(lián)促進 劑為多官能團不飽和化合物，包括三烯丙基異氰尿酸酯，偶聯(lián)劑為硅 烷或鈦酸酯類有機化合物，包括鈦偶聯(lián)劑TCF。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件，其特征在于所述ESD芯材由高分子粘結(jié)劑、導(dǎo)電粒子、半導(dǎo) 體粒子和絕緣粒子制得，其中，高分子粘結(jié)劑為有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、橡膠中的一種或其組合; 導(dǎo)電粒子為鎳粉、羥基鎳、鋁粉中的一種或其組合； 半導(dǎo)體粒子為氧化鋅、鈦酸鋇、碳化硅中的一種或其組合； 絕緣粒子為二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂中的一種或其組合。
7、 針對權(quán)利要求1至6之一所述的具有過流和ESD雙重防護的新型 插件熱敏元件的制造方法，其特征在于包括下述步驟第一步將高分子聚合物、導(dǎo)電填料、納米填料、其他填料和加工助劑混合，制成PTC芯材；第二步PTC芯材兩表面分別復(fù)合PTC端電極和雙面電極，端電極經(jīng) 表面處理的一面與PTC芯材復(fù)合，制成PTC復(fù)合片材；第三步用Y射線(Co6°)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 100Mrad;第四步將ESD芯材漿料按設(shè)計圖形印刷在元件基體的雙面電極上， 固化制成ESD芯材，其中，雙面電極的至少一部分覆蓋有 ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外，ESD芯材 表面復(fù)合ESD端電極，端電極經(jīng)表面處理的一面與ESD芯材 叉口 ；第五步切片，且每個小片都包含ESD芯材及裸露的雙面電極； 第六步在端電極外側(cè)焊接引腳，在雙面電極裸露于ESD芯材之外的 部分焊接引腳；第七步用環(huán)氧樹脂層包封，固化包封層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件的制造方法，其特征在于第二步中所述的PTC芯材為將多數(shù)個PTC芯材經(jīng)層壓制成的多層PTC芯材。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件的制造方法，其特征在于第四步中所述的按設(shè)計圖形印刷包括 印刷多數(shù)個互不相連的ESD芯材漿料層。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏 元件的制造方法，其特征在于第四步中所述的ESD端電極為端電極 大片，其在具有ESD芯材區(qū)域的對應(yīng)位置處設(shè)有端電極，其余部分不 設(shè)端電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的電子元器件的制造，尤其是一種具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件及其制造方法。一種具有過流和ESD雙重防護的新型插件熱敏元件，包括高分子PTC芯材或經(jīng)層壓構(gòu)成的多層高分子PTC芯材，芯材兩表面復(fù)合金屬箔片電極，外側(cè)焊接引腳構(gòu)成，所述的熱敏元件，依次復(fù)合有PTC端電極、PTC芯材、雙面電極、ESD芯材和ESD端電極，其中，端電極、雙面電極為金屬箔片電極，電極上焊接有引腳，雙面電極的至少一部分覆蓋有ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外。本發(fā)明的熱敏元件在同一元件上實現(xiàn)具有過流和ESD雙重防護功能，產(chǎn)品小型且成本比兩種元件相加要低的多，且工藝更為簡便。
文檔編號H01C7/00GK101183575SQ20071017225
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者偉 劉, 劉正平, 劉玉堂, 吳國臣, 軍 王 申請人:上海維安熱電材料股份有限公司