表面貼裝型過電流保護元件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過電流保護元件及其制造方法，尤其是涉及一種具有電阻正溫度效應(yīng)的表面貼裝型過電流保護元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于導(dǎo)電復(fù)合材料的正溫度系數(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)。
[0003]隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對表面貼裝型過流保護元件的要求是小型化、薄型化、低電阻化、大保持電流化。即單位面積單位厚度的保持電流值要不斷的提高。提高保持電流的方法主要有如下幾種方法:(a)尋找和開發(fā)更高導(dǎo)電率的導(dǎo)電填料，來降低導(dǎo)電復(fù)合PTC材料電阻率；(b)提高導(dǎo)電復(fù)合PTC材料的轉(zhuǎn)折溫度；(c)采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，用多層堆疊導(dǎo)電復(fù)合PTC材料層的方式，達(dá)到提高保持電流的效果，但是這種方法增加了產(chǎn)品厚度，限制了其應(yīng)用范圍；(d)增加散熱，采用表面貼裝和焊接引腳結(jié)合的形式，增加散熱，另外通過引腳
臺灣聚鼎公司專利CN201210028641.9和CN200610000389.5中提到了使用各種方式來提高過電流保護元件的保持電流。CN201210028641.9和CN200610000389.5中提到一種多層堆疊結(jié)構(gòu)的過流元件結(jié)構(gòu)，且CN200610000389.5發(fā)明了一種多層堆疊的結(jié)構(gòu)，但是其導(dǎo)電復(fù)合PTC材料層之間有絕緣層，這種結(jié)構(gòu)不僅額外增加了產(chǎn)品的厚度，而且降低了過電流保護元件的傳熱和過電流保護元件內(nèi)部兩并聯(lián)部分的傳熱，一旦某一部分溫度過高，就會導(dǎo)致整體的動作，不利于過電流保護元件保持電流的提高和其單位面積單位厚度的承載電流的提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種表面貼裝型過電流保護元件，該元件采用芯片疊層并聯(lián)結(jié)構(gòu)和引腳/表面貼裝的混合結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的再一目的在于:提供所述表面貼裝型過電流保護元件的制造方法。
[0006]本發(fā)明目的通過下述方案實現(xiàn):一種表面貼裝型過電流保護元件:
I)上下結(jié)構(gòu)疊層的兩具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料芯片；
上層芯片包括:
(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的上導(dǎo)電復(fù)合材料基層，其具有上下表面；
(b)第一導(dǎo)電電極,置于上導(dǎo)電復(fù)合材料基層的上表面；
(C)第二導(dǎo)電電極,置于上導(dǎo)電復(fù)合材料基層的下表面； 下層芯片包括:
(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的下導(dǎo)電復(fù)合材料基層，其具有上下表面；
(b)第三導(dǎo)電電極,置于下導(dǎo)電復(fù)合材料基層的上表面；
(C)第四導(dǎo)電電極,置于下導(dǎo)電復(fù)合材料基層的下表面；
2)第一導(dǎo)電連接孔，電氣連接第一導(dǎo)電電極和第三導(dǎo)電電極，與第二導(dǎo)電電極和第四導(dǎo)電電極不直接電氣連接；
3)第二導(dǎo)電連接孔，電氣連接第二導(dǎo)電電極和第四導(dǎo)電電極，與第一導(dǎo)電電極和第三導(dǎo)電電極不直接電氣連接；
4)粘結(jié)層，置于上層芯片和下層芯片之間，使上層芯片和下層芯片牢固結(jié)合。
[0007]本發(fā)明采用芯片疊層并聯(lián)結(jié)構(gòu)和引腳/表面貼裝的混合結(jié)構(gòu)，通過芯片并聯(lián)結(jié)構(gòu)能加倍保持電流；引腳可以增加散熱、搭接其他需要保護的元件，且更容易感測到溫度，使過熱保護更有效。本發(fā)明同時具有貼片式結(jié)構(gòu)有緊湊、安裝方便的特點，和引腳式結(jié)構(gòu)容易熱傳導(dǎo)和散熱的特點。
[0008]在上述方案基礎(chǔ)上，所述具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料基層由聚合物和導(dǎo)電填料組成，所述聚合物占所述導(dǎo)電復(fù)合材料基層的體積分?jǐn)?shù)介于20%?75%之間，優(yōu)選為25%-70%之間，更優(yōu)為30%-65%之間，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。
[0009]在上述方案基礎(chǔ)上，所述導(dǎo)電填料選自碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管、金屬粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末之間的一種及其混合物，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(dǎo)電填料占所述導(dǎo)電復(fù)合材料基層體積分?jǐn)?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。
[0010]在上述方案基礎(chǔ)上，所述金屬粉末可選自:銅、鎳、鈷、鐵、錫、鉛、銀、金、鉬或它們的合金中的一種及其混合物。所述導(dǎo)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。。
[0011]在上述方案基礎(chǔ)上，所述具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)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(dǎo)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(dǎo)電復(fù)合材料總體積的15%，例如5%體積百分比。
[0012]本發(fā)明提供一種所述的表面貼裝型過流保護元件的制造方法，包含以下步驟:
I)將第一導(dǎo)電電極、具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料基層、第二導(dǎo)電電極通過熱壓合工藝制成具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料芯片，即上層芯片；將第三導(dǎo)電電極、具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料基層、第四導(dǎo)電電極通過熱壓合工藝制成具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料芯片，即下層芯片； 2)除去第二導(dǎo)電電極的部分區(qū)域，使第二導(dǎo)電電極與第一導(dǎo)電連接孔斷開；除去第三導(dǎo)電電極的部分區(qū)域，使第三導(dǎo)電電極與第二導(dǎo)電連接孔斷開；
3)采用層壓工藝制備上下結(jié)構(gòu)疊層的芯片復(fù)合層，芯片復(fù)合層疊層自上而下依次為:上層芯片、粘結(jié)層，下層芯片，其中上層芯片的第一導(dǎo)電電極朝上，下層芯片的第四導(dǎo)電電極朝下，通過熱壓合后，使粘接層與上下層芯片緊密粘合，得到新的芯片復(fù)合層；
4)鉆孔，并在孔內(nèi)壁上形成金屬層，得到第一導(dǎo)電連接孔和第二導(dǎo)電連接孔；第一導(dǎo)電連接孔電氣連接第一導(dǎo)電電極和第三導(dǎo)電電極，與第二導(dǎo)電電極和第四導(dǎo)電電極不直接電氣連接；第二導(dǎo)電連接孔電氣連接第二導(dǎo)電電極和第四導(dǎo)電電極，與第一導(dǎo)電電極和第三導(dǎo)電電極不直接電氣連接。
[0013]本發(fā)明所述的表面貼裝型過電流保護元件的制造方法，可以進一步包含如下步驟:
1)在第一導(dǎo)電電極或第四導(dǎo)電電極表面上形成焊接材料層；
2)在焊接材料層上焊接至少一個導(dǎo)電引腳。
[0014]所述的除去第二和第三導(dǎo)電電極的部分區(qū)域的加工方式為化學(xué)蝕刻、激光燒蝕或機械雕刻中的一種或幾種。
[0015]所述的鉆孔的加工方式為機械鉆孔、機械銑槽、激光加工的一種或是幾種。
[0016]所述的在孔內(nèi)壁形成金屬層，是通過化學(xué)沉積、噴涂、濺射、電鍍或是這幾種工藝復(fù)合使用形成的。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)越性在于:芯片并聯(lián)結(jié)構(gòu)能加倍保持電流；引腳可以增加散熱來增加保持電流；引腳還可以搭接需要保護的元件，更容易感測到溫度，使過熱保護更有效。同時，引腳式結(jié)構(gòu)具有容易熱傳導(dǎo)和散熱的特點，貼片式結(jié)構(gòu)具有緊湊，安裝方便的特點，此混合結(jié)構(gòu)能結(jié)合兩者的優(yōu)點，同時具有熱傳導(dǎo)、散熱、結(jié)構(gòu)緊湊和安裝方便的特點。
【附圖說明】
[0018]圖1基本結(jié)構(gòu)過流保護元件的立體圖；
圖2為圖1的A-A剖面視圖；
圖3導(dǎo)電復(fù)合材料復(fù)合層截面圖；
圖4蝕刻后導(dǎo)電復(fù)合材料復(fù)合層截面圖；
圖5壓合后的導(dǎo)電復(fù)合材料復(fù)合層截面；
圖6鉆孔后的導(dǎo)電復(fù)合材料復(fù)合層截面；
圖7成品過流保護元件的截面圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1基本結(jié)構(gòu)過流保護元件的立體圖、圖2為圖1的A-A剖面視圖和圖7成品過流保護元件的截面圖所示，一種表面貼裝型過電流保護元件，包含:
I)上下結(jié)構(gòu)疊層的兩個具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料芯片，在保護元件上焊接金屬引腳1，其中:
上層芯片a包括:
(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的上導(dǎo)電復(fù)合材料基層4a，其具有上下表面； (b)第一導(dǎo)電電極3a,置于上導(dǎo)電復(fù)合材料基層的上表面；
(C)第二導(dǎo)電電極6a,置于上導(dǎo)電復(fù)合材料基層的下表面；
下層芯片b包括:
(a)具有電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)的下導(dǎo)電復(fù)合材料基層4b，其具