专利名称：保护电路板和其过电流保护元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保护电路板和其过电流保护元件(Over-Current Protection Device)。
背景技术：
常规的正温度系数(Positive Temperature Coefficient; PTC)元件的电阻值对温度变 化的反应相当敏锐。当PTC元件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以 正常运作。但是，当发生过电流或过高温的现象而使温度上升到临界温度时，其电阻值 会瞬间弹跳到高电阻状态(例如10、hm以上)而将过量电流反向抵销，以达到保护电池 或电路元件的目的。
美国专利US 6,713,210揭示一种具有过电流保护的电路板结构。IC元件2设置于保护 电路模块(Protective Circuit Module; PCM) l上，PTC元件3则以表面粘着方式固设于所 述PCM l表面。所述PTC元件3是层叠结构，PTC材料层6设置于镍箔(或镀镍铜箔)7、 7'之间，所述镍箔7、 7'作为PTC材料层6的电极箔。镍片4固接于所述镍箔7的上表面作为 外接电极之用。在镍箔7'的下表面(即相邻于PCM l的表面)另焊接铜电极5，相对于PCT 元件3成对称结构。
考虑到后续点焊(spot welding)时必须承受较大电压、电流，所述PTC元件3无法直 接进行点焊，而需要先行结合所述镍片4，其厚度优选地约需0.3mm以上，以避免后续点 焊时破坏PTC元件的镍箔7、 7'。然而，所述镍片4通常需要以人工的方式结合于所述PTC 元件，不利于大量制造和降低成本。
发明内容
本发明提供一种保护电路板和过电流保护元件，可应用于电池的保护电路模块 (PCM)。所述过电流保护元件可利用点焊进行与PCM或外接电极片的结合，而适于机械
化大量制造，进而可有效减少制造时间和成本。
本发明揭示一种过电流保护元件，可用于PCM的过电流保护，其包含PTC元件、至 少一个绝缘层、至少一个电极层和至少一个导电通道。所述PTC元件包含PTC材料层和贴 附于所述PTC材料层上、下表面的两个金属电极箔。所述绝缘层设于所述PTC元件的表面， 之后再叠置所述电极层。所述电极层使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面。所述PTC元件、绝缘层和电极层是层 叠结构。所述导电通道电气连接所述PTC元件和所述电极层，其可制作贯穿所述电极层 和绝缘层直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆盖至少一个导电层，作为 所述PTC元件与所述电极层间导电之用。
本发明的过电流保护元件不需要以人工方式在传统PTC元件外结合电极片，即可直 接进行点焊，而便于机械大量制造。不仅可简化制程，加速制作速度，非常便于元件的 后续制作。
常规的表面粘着型元件(SMD)其两个电极端位于同一平面上，以绝缘层使两个电 极端左右相隔，因而两个电极端可同时回焊在PCB板上。本发明的过电流保护元件的设 计不同于常规的表面粘着型元件，本发明元件的两个电极端分别在元件的上表面和下表 面上，因为两个电极端在不同的平面上，所以元件的下表面电极端可直接焊在PCM板子 上，而上表面电极端却无法同时焊在板子上，又因为上表面电极端在元件的最上层表面， 所以可以从上方以点焊的方式与其他金属电极片连结。
此外，将前述过电流保护元件固设在PCM表面即成为具有过电流保护功能的保护电 路板，非常适合制造上的应用。
图1是常规过电流保护元件在PCM的应用示意图； 图2是本发明实施例的过电流保护元件的示意图； 图3是本发明另一实施例的过电流保护元件的示意图； 图4是本发明的过电流保护元件在PCM的应用示意图；和 图5是图4的顶视图。
具体实施例方式
图2是本发明实施例的过电流保护元件的示意图。过电流保护元件20包含PTC元件 21、绝缘层22和电极层23。所述PTC元件21是层叠结构，其由PTC材料层212叠设于金属 电极箔211与213之间而组成，所述金属电极箔211或213的厚度介于0.025至0.5mm之间。 所述PTC材料层212由结晶性高分子材料与导电填充料混合而成。所述绝缘层22和电极层 23设置于所述PTC元件21两侧，即所述绝缘层22设置于所述PTC元件21的表面，而电极层 23则设置于所述绝缘层22的表面。所述电极层23的厚度介于0.025至0.5mm之间。
当PTC元件21、绝缘层22和电极层23结合后，可用激光或钻孔来制作贯穿所述电极 层23和绝缘层22到所述PTC元件21的金属电极箔211和213表面的盲孔24,并在所述盲孔24的表面利用电镀等方式形成导电层25，从而电气连接所述PTC元件21和电极层23。
所述绝缘层22可由聚丙烯(PP)、玻璃纤维FR4或环氧树脂(epoxy)组成。如果需 要提高导热效果，那么所述绝缘层22可另外添加导热填料，例如氧化铝(A1203)、氮化 硼(BN)或氮化铝(A1N)等，使得PTC元件21可更灵敏地感受温度。所述电极层23表 面可经化金处理(Ni-Au)，以便于后续锡膏附着或点焊处理。
图3是本发明另一实施例的过电流保护元件30的示意图，其与图2相比，仅在所述PTC 元件21的一侧设置绝缘层22和电极层23，而另一侧则没有。
图4是本发明的过电流保护元件应用于PCM的实施例，图5是图3的顶视图。图2所示 的过电流保护元件20的一侧可利用点焊或表面粘着的方式固设在包含电子元件44的PCM 40表面，另一侧则利用点焊结合电极片42作为外接电极。所述PCM40的另一侧表面则焊 接另一电极片43，作为另一外接电极。借此，即形成具有过电流保护的保护电路板50， 所述电极片42、 43可连接到电源以形成回路，且电气连接到所述过电流保护元件20的上、 下两电极层23,所述两个电极层23分别置于所述PTC元件21两侧。
由于点焊时需要施加较大的电压和电流，因而如前述传统PTC元件需要结合较厚电 极片。本发明的过电流保护元件因在PTC元件与电极层之间设有绝缘层，可在电极层表 面直接点焊而仍不致损坏PTC元件，且外接电极片如果为镍片，其厚度仅需0.127mm，而 如果为铜片，则其厚度甚至仅需0.035mm。
图2所示的过电流保护元件20因PTC元件两侧均设有绝缘层，故其均可利用点焊连接 PCM和外接电极片。实际上，通过本发明的设计，可提供许多制造上的弹性。例如表 面粘着方式也可为其选用的结合方式，而所述过电流保护元件20或30可直接点焊或结合 电极片后再行点焊，均为可行的方式。
图3所示的过电流保护元件30因PTC元件仅有一侧具有绝缘层，其使用时没有绝缘层 和电极层的一侧可以表面粘着(Surface Mounting)的方式固定于PCM,另一侧则可以点 焊的方式结合外接电极片，所述过电流保护元件30的上、下表面的金属电极可电气连在 电源的正负电源端而形成回路，即电源的一端电气连接在所述元件30的上电极层23，电 源的另一端电气连接在所述元件30的下金属电极箔213，使所述过电流保护元件30串联在 回路中。
传统的PTC元件如果要与金属电极片(如:镍片)结合，因为无法直接利用点焊，所 以需要以锡膏回焊的方式进行结合，而回焊的复流(reflow)温度通常需要大于23(TC， 造成PTC的电阻大幅度提升，进而将影响PTC元件的回复性质。本发明的过电流保护元件因利用点焊，且因绝缘层的保护，其PTC材料层不会有升到高温的现象，所以PTC的电阻 可以保持稳定，而不会因点焊制程造成电阻大幅度提升，因此本发明的设计能使PTC元 件以点焊方式与金属电极片结合，而不致于影响PTC元件的电阻和回复性质。
另外，如果要将PTC元件固着于PCM板子上，PTC元件通常必须经过回焊制程，因回 焊制程会造成PTC元件高温触发(trip)，因此电阻回复性质是判定PTC元件优或劣的重要 考虑因素。将传统与本发明的过电流保护元件各取30个进行电气测试比较，其均经250 'C的回焊，且触发(trip)回复后测量电阻的变化，即测量触发回复后的电阻与原始电阻
的比值Rjump，也就是(Rfinal/Rinitial)。传统过电流保护元件的Rjump值为2.42，而本发明过
电流保护元件的Rj^p值为2.18，显然本发明的过电流保护元件具有优选的触发回复特性。 本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示而作种种不脱离本发明精祌的替换和修饰。因此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并为所附权利要 求书所涵盖。
权利要求
1.一种过电流保护元件，其特征在于包含正温度系数(PTC)元件，其包含PTC材料层和贴附于所述PTC材料层上、下表面的两个金属电极箔；至少一个绝缘层，其设置于所述PTC元件的表面；至少一个电极层，其设置于所述绝缘层的表面，使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面；和至少一个导电通道，其电气连接所述PTC元件和所述电极层，所述导电通道包含至少一个盲孔，其贯穿所述电极层和绝缘层到所述PTC元件表面；和至少一个导电层，其覆盖所述盲孔，作为所述PTC元件与所述电极层导电之用；其中所述PTC元件、绝缘层和电极层是层叠结构。
2. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述盲孔是用激光制作的。
3. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述PTC元件的上、下表面均依 序设置所述绝缘层和电极层。
4. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于固定设在保护电路模块(PCM) 的表面。
5. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述电极层的厚度介于0.025至 0.5mm之间。
6. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述电极层以点焊结合外接电 极片。
7. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述PTC材料层是通过结晶性高 分子材料与导电填充料混合而成的。
8. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述金属电极箔的厚度介于 0.025至0.5mm之间。
9. 根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层是由聚丙烯、玻璃 纤维或环氧树脂组成的。
10..根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层的导热系数大于 lW/m陽K。
11.根据权利要求l所述的过电流保护元件，其特征在于所述绝缘层包含导热填料。
12. 根据权利要求ll所述的过电流保护元件，其特征在于所述导热填料选自氧化铝、氮 化硼或氮化铝。
13. —种保护电路板，其特征在于包含保护电路模块(PCM);和根据权利要求l所述的过电流保护元件，其固定设在所述PCM的表面。
14. 根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于所述过电流保护元件的电极层的厚 度介于0.025至0.5mm之间。
15. 根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于另包含电极片，以点焊的方式结合 在所述过电流保护元件的电极层表面。
16. 根据权利要求13所述的保护电路板，其特征在于所述过电流保护元件的绝缘层是由 聚丙烯、玻璃纤维或环氧树脂组成的。
全文摘要
本发明的过电流保护元件可应用于保护电路模块(PCM)，其包含正温度系数(PTC)元件、至少一个绝缘层、至少一个电极层和至少一个导电通道。所述绝缘层设置于所述PTC元件的表面上，之后再叠置所述电极层。所述电极层使所述绝缘层设置于所述电极层与所述PTC元件之间，并作为所述过电流保护元件的至少一个表面。所述导电通道电气连接所述PTC元件和所述电极层，其可制作贯穿所述电极层和绝缘层直到所述PTC元件表面的盲孔，且在所述盲孔表面覆盖至少一个导电层，作为所述PTC元件与所述电极层的电气连接之用。
文档编号H01C7/13GK101295570SQ20071009796
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者余锦汉, 王绍裘, 陈葆萱 申请人:聚鼎科技股份有限公司