[发明专利]表面贴装型过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面贴装型(SMD)过电流保护元件，更具体而言，涉及一种具有良好电阻再现性的表面贴装型过电流保护元件。

背景技术

由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使与其连接的电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少102Ω以上)，而将过量的电流反向抵消。由于具有PTC特性的导电复合材料的电阻具有上述对温度变化反应敏锐的特性，故可作为电流传感元件的材料，且目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上，以达到保护的目的。

以高分子PTC材料为例，通常使用炭黑作为导电填料，而将炭黑分散在结晶性高分子聚合物之间。这种晶体结构使得碳粒子集中分布在晶界中，它们之间排的非常紧密，电流可以经由这些“碳链”流过绝缘的塑料聚合物。在正常室温条件下，这些高分子聚合物中存有相当数量的碳链，因此构成了导电通道。

当过电流使得元件温度上升直到超过高分子聚合物的相变温度(例如熔点)，一但超过了这个相变温度，高分子聚合物会膨胀，使得那些结晶性结构会被破坏，变成了不规则状态。这样一来导电碳链通道被破坏，故不能再传导电流，使得电阻也随之急剧上升，即所谓的“触发(trip)”现象。

当温度回复至低于其相变温度时，聚合物会重新结晶，导电碳链也再重新形成。但实务上因高分子聚合物膨胀无法完全回复的关系，使得导电碳链并无法维持原有的导电性，因此电阻无法回复至原来的低阻值。另外，多次触发后有电阻值大幅增加的现象，亦即有电阻回复性或电阻再现性不佳的问题。

发明内容

本发明提供一种过电流保护元件，通过增加PTC材料层表面导电层的厚度，抑制或避免PTC材料的过度膨胀，从而提供元件较佳的电阻回复性或电阻再现性。

PTC聚合物材料于触发时，会产生相当大的体积变化率，其热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion；CTE)会到达5000ppm/K以上，因此造成PTC元件在多次触发后电阻值大幅度上升的情形。然而在SMD结构中PTC材料层表面接触的导电层大部分采用例如镍箔、铜箔或镀镍铜箔等金属导电材料，其中铜箔及镀镍铜箔的热膨胀系数约为17ppm/K，镍箔的热膨胀系数为13ppm/K，均远小于PTC聚合物材料的热膨胀系数。此外上述导电层表面通常会在其表面层迭设置绝缘层，该绝缘层可采用含玻璃纤维的环氧树脂，例如预浸玻纤材料FR-4。在低于玻璃化转变温度时，FR-4于Z轴的热膨胀系数约在60ppm/K以上；高于玻璃化转变温度时，其于Z轴的热膨胀系数约在310ppm/K以上。由此可见，PTC聚合物材料与其他导电层及绝缘层材料的热膨胀系数有相当大的差异，本发明即利用该材料间热膨胀系数的差异特性，以改善PTC聚合物材料的体积/电阻值回复性。

因此，本发明提供一种表面贴装型过电流保护元件，包含：

至少一PTC材料层，具有相对的第一表面及第二表面，该PTC材料层包含至少一结晶性高分子聚合物及分散于该结晶性高分子聚合物中的至少一导电填料；

一第一导电层，设于该第一表面；

一第二导电层，设于该第二表面；

一第一电极，电气连接该第一导电层；

一第二电极，电气连接该第二导电层；以及

至少一绝缘层，设置于该第一及第二电极之间，以电气隔离该第一电极及第二电极；

其中该结晶性高分子聚合物对应一熔点温度，在该熔点温度时，该结晶性高分子聚合物的热膨胀系数大于该第一及第二导电层的热膨胀系数达100倍以上，且至少该第一导电层及第二导电层中之一者的厚度大到足以使得该表面贴装型过电流保护元件的电阻再现性R3/Ri小于1.4，Ri为表面粘着型贴装型过电流保护元件的起始电阻值，R3为触发3次后的电阻值。

在本发明一实施方式中，该第一或第二导电层的厚度介于38至200μm之间。

在本发明另一实施方式中，该PTC材料层厚度与第一和第二导电层厚度的比值在0.3～12.5之间。

在本发明另一实施方式中，该结晶性高分子聚合物选自：高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚乙烯蜡、乙烯聚合物、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯等、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物或烯烃类单体与乙烯醇类单体的共聚物。