[发明专利]过电流保护元件

说明书

一种过电流保护元件包括第一电极层、第二电极层以及一迭设于其间的PTC材料层。该PTC材料层包含高分子聚合物基材、导电陶瓷填料、含碳导电填料及内填料。高分子聚合物基材包含熔点高于150℃的含氟高分子聚合物。内填料选自氮化铝、碳化硅、氧化锆、氮化硼、石墨烯、氧化铝或任何上述材料的混和物的任一者，该内填料的体积百分比2～10％。该过电流保护元件可抑制元件触发后负温度系数效应，并具有高可承受电流及高可承受功率。

技术领域

本发明系关于一种过电流保护元件，更具体而言，关于一种具有抑制元件触发后负温度系数(Negative Temperature Coefficient；NTC)效应的过电流保护元件。

背景技术

由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性之导电复合材料之电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流感测元件之材料，且目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下之电阻可维持极低值，使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(overtemperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少10⁴Ω以上)，即所谓之触发(trip)，而将过量之电流反向抵销，以达到保护电池或电路元件之目的。

过电流保护元件是由PTC材料层及黏附于其两侧的电极所构成，其中PTC材料层包含高分子聚合物基材及均匀散布于该高分子聚合物基材中的导电填料。应用于高温环境所述的过电流保护元件通常会选用含氟高分子聚合物作为高分子聚合物基材。同时，为了使过电流保护元件具有低电阻值，导电填料可以选用导电陶瓷粉末。因导电陶瓷粉末与含氟之聚合物混合时于高温时易产生氢氟酸，一般会再添加氢氧化镁(Mg(OH)₂)以避免氢氟酸的产生及对元件特性的影响。然而，这样的PTC材料层系统，其包括含氟高分子聚合物、导电陶瓷粉末和氢氧化镁，在元件触发(trip)后，具有负温度系数效应的问题；即在元件触发后，随着温度逐渐升高，电阻值逐渐降低，这使得元件无法再完全截断电流。

另外，现今手持式电子产品对于轻薄短小的要求越来越高，同时也对于各主被动元件的尺寸与厚度的限制也更加严苛。然而，当PTC材料层的上视面积逐渐缩小时，元件的电阻值会跟着增加，并且元件可承受之电压随之下降。如此一来，过电流保护元件再也无法承受大电流和大功率。而且，当PTC材料层的厚度减薄时，元件的耐电压会不足。显然，小尺寸的过电流保护元件，在实际应用时，容易烧毁。

综上可知，对于习知过电流保护元件，必须抑制元件触发后NTC效应，并可承受大电流和大功率及维持足够耐电压，从而提供应用于高温环境之所需。

发明内容

本发明提供一种过电流保护元件，通过含氟高分子聚合物、导电陶瓷填料、含碳导电填料和内填料的导入，可有效抑制元件触发后NTC效应、增加过电流保护元件之可承受电流、可承受功率及耐电压特性。此外，元件尺寸缩小不会致使体积电阻率增加，非常适合用于小型化电子产品的应用。藉此，本发明所述的过电流保护元件可应用于易处于高温下之环境。

根据本发明的一实施例，一种过电流保护元件包括第一电极层、第二电极层以及一迭设于其间的PTC材料层。该PTC材料层的体积电阻率小于0.05Ω·cm，该PTC材料层包含高分子聚合物基材、导电陶瓷填料、含碳导电填料及内填料。高分子聚合物基材包含熔点高于150℃之含氟高分子聚合物，且该高分子聚合物基材的体积百分比45-60％。导电陶瓷填料散布于该高分子聚合物基材中，且该导电陶瓷填料的体积百分比40-45％，体积电阻率小于500μΩ·cm。含碳导电填料散布于该高分子聚合物基材中，该含碳导电填料的体积百分比0.5～5％。内填料选自氮化铝、碳化硅、氧化锆、氮化硼、石墨烯、氧化铝或任何上述材料的混和物的任一者，该内填料的体积百分比2～10％。该过电流保护元件于25℃时的可承受电流对其面积的比率为0.215～0.26A/mm²。该过电流保护元件于25℃时的可承受功率对其面积的比率为5.1～6.5W/mm²。