[发明专利]过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明关于一种热敏电阻，且特别是关于一种过电流保护元件。

背景技术

过电流保护元件被用于保护电路，使其免于因过热或流经过量电流而损坏。过电流保护元件通常包含两电极及位在两电极间的电阻材料。此电阻材料具正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性，也即在室温时具低电阻值，而当温度上升至一临界温度或电路上有过量电流产生时，其电阻值可立刻跳升数千倍以上，以此抑制过量电流通过，以达到电路保护的目的。当温度降回室温后或电路上不再有过电流的状况时，过电流保护元件可回复至低电阻状态，而使电路重新正常操作。此种可重复使用的优点，使PTC过电流保护元件取代保险丝，而被更广泛运用在高密度电子电路上。

未来的电子产品，将朝着具有轻、薄、短、小的趋势发展，以使得电子产品能更趋于迷你化。例如以手机而言，过电流保护元件设置于保护电路模组(Protective Circuit Module；PCM)上，其外接电极片将占据一定的空间，因此薄型化的过电流保护元件有其强烈需求。在表面粘着元件(Surfacemountable device；SMD)的过电流保护应用上，如何降低保护元件厚度，实为当今技术上的一大挑战。

举例而言，依照SMD0201的规格要求，长度为0.6±0.03mm，宽度为0.3±0.03mm，厚度为0.25±0.03mm。制作时长、宽尺寸较无问题，但厚度要求则不易达到。目前压板线碳黑板材可压至最薄为0.20mm，但在陶瓷粉板材则最薄为0.2~0.23mm，若仍采用含预浸玻纤材料(prepreg；PP层)及内、外层铜线路的设计（参我国专利公告号第415624号），不仅厚度不符合要求，如果厚度接近或甚至大于宽度，后续生产包装及客户使用时，将出现因厚度过厚造成元件翻转问题。另外，现有SMD产品的设计因包含双层PP结构，且分为内层线路及外层线路（参美国专利US6,377,467），在制作小尺寸产品时，易有内、外层线路对位不准确问题，生产良率将一并受到影响。

美国专利US8,044,763教导如何使用低电阻导电材料(如：金属粉末或金属碳化物)制备SMD元件，以突破碳黑导电填料的限制，并将元件的单位面积维持电流值（维持电流不触发下能承受的最大电流值）突破0.16A/mm²，甚至大幅提高至最高可达1A/mm²。但因行动装置的突飞猛进，除了体积要求更轻更小，功能却是要求越来越大，操作时所需的电流也越来越大。因此在PTC过电流保护的技术层面上，1A/mm²的极限值已经不能满足新技术的需求。PTC装置必须在技术上要更上一层楼，使元件拥有更高单位面积的维持电流，才能做出更小面积更大电流的元件。

因此，如何在元件逐渐小型化的情况下仍能制作出大电流的元件，同时兼顾元件结构的简化以利减少制造工序及降低制作成本，实为产业界的一大挑战。

发明内容

本发明关于一种过电流保护元件，其可符合薄型化的需求。另外，按本发明的设计，特别适用于小型过电流保护元件，而仍得以提供较大的单位面积维持电流。

根据本发明的一种过电流保护元件，其包括：PTC材料层、第一电极层及第二电极层。PTC材料层具有第一表面、第二表面、第一端面及第二端面。第二表面位于该第一表面相对侧，第二端面位于第一端面的相对侧。第一电极层物理接触该PTC材料层的第一表面，并延伸至该第一端面。第二电极层物理接触该PTC材料层的第一表面，并延伸该第二端面，且与该第一电极层间以第一间隔形成电气隔离。该第一电极层和第二电极层形成实质上左右对称的结构，且分别作为应用时电流流入过电流保护元件和流出过电流保护元件的界面。

一实施例中，过电流保护元件还包含第三电极层，其形成于PTC材料层的第二表面。第三电极层于垂直方向上和第一电极层及第二电极层有重叠部分，藉此过电流保护元件可形成包含两个PTC热敏电阻的等效电路。

本发明可直接以PTC基板作设计，较佳地不需增加PP绝缘层及外层电极层，仅将其中一边的电极面蚀刻隔离线，区分成左右电极即可。

一实施例中，电极层包含铜层，另外可将不需镀锡部分以防焊层覆盖，之后于未覆盖部份镀锡作为回焊接合的界面。故本发明的设计的元件厚度除PTC材料层本身的厚度外，仅会增加镀铜、镀锡及防焊层厚度。因此，本发明的设计无需经过压合工艺且无内、外层线路之分，故无内、外层电极的对位问题，可提升生产良率。