集成的热敏电阻和金属元件器件以及方法

专利名称：集成的热敏电阻和金属元件器件以及方法
M的热敏电la^金属元件iw以^^法
狄领域
4^发明-^涉及电^"旨，^Mu兌涉^itJ充^^。
背景技术：
拟艮多情况下印刷电路板("PCB，，)级应用的保险，已经是可复位型保 险丝。原因在于，拟艮多情况下，PCB是高免g装(populated)的，这使得为 了断开的不可复位的保险丝而处理^yh PCB是不切实际的。将断开的不可复 位的保^r丝替换4ftL是不切实际的。该PCB有可淑Ai^j^几器、汽车、计算 机等的内部，从而几乎不可育繊及。即使能够触及，该PCB也可食yL个人^^J 的设备中，例如，计#^几、手才;0^^手^i殳备中，这使得维护变得困^p/或
一种已知的能够被l赋适宜PCB级应用的尺寸的可复位保险丝叫作正温 度系数("PTC")糾。PTC热敏电PJbH"^^与很多"HM^料有关的物理特 性，那狄，"Wt料的电阻率醋温度而增加。依靠^W其中的导电填充 材料而实现导电的晶态聚^^^出PTC^。这种聚^主要包^^烃， 例如聚乙烯、聚丙烯和乙烯/丙烯共聚物。某些絲陶瓷(例如^i^钡)hLWL 出PTC的特性。
导电填^N"州吏得PTC热敏电121#料的电阻率 材料温度升高而增大。 当温y^f氐于一^ft定值时，FTC热敏电阻材料表见出相对低的、恒定的电阻率。 然而，当PTC热敏电F^a^料的温^^itit一点时，很小的温度增量^^f吏得电 阻率急剧增大。
如果被ptc热敏电阻材^f恭护的负栽敏洛，那么流过ptc热敏电阻材料 的电沐增加，并且PTC热敏电阻^t料的温度(由于JJi的1211加热)'fei增加
到临界温度。在临界温度，ptc热敏电p^a^料消耗大量能量从而使得其发热的
速率大于其散热到周围的速率。这种能量消耗仅仅持续一小段时间(例如，几 分之一秒)。但是，增加的能量消顿高了温度和PTC热敏电PJ^料的电阻，
从而将电路中的电流限制到一个相对低的值。PTC热敏电^#料从而^^ 了保 险丝的作用。
一旦中断电路中的电流，或者将引^W的相应的糾消除，PTC热敏电
PMt料就^H卩到临界温度以下并'l^到正常运行的低电ia^态。因此是可复位
的过流电5^^材料。
即使PTC热敏电阻材料在正常情况下^^低电阻下运行，PTC热敏电阻
电阻高。与类^^定值的不可复位的金属保险^目比，更高的运行电阻导致通 过PTC热敏电阻材料的压降更高。对于致力于##定电路的驱动能力和电池寿 ^^大4匕的电路i殳计者而言，压I^功耗变4f^MM^重要。 因此，需^""种舰的PCB级的电路^^糾。

发明内容
本发明-"^:涉及电路保护，更M来说涉及过流狱。虽然导致事故的过 大电^N对罕见，尤其是在某些器件中，但这种情况仍然可以发生，因此必须 有针对它的保护'f^fe。然而，很明显由于导致事故的^^目对罕见，因;t沐 具有较^it行电阻的不可复位型保险丝元件(例如金属保险丝)与一个或多个 可复位型保险丝材料(例如正温度系数("PTC")热敏电阻)并联的糾和方 法，提供了一种理想的全面的电路，组合。
该并^aM致了总的組合的或等效的辦电阻，该电阻甚至低于金属保
险丝元件的运行电阻。在不常见的过大电i5ULl的情况下，金属保险丝元件断 开，PTC热敏电阻层的电阻增加，限制电流从而4朱护电路。当过流情;斌M ^W除时，PTC电阻降^^其正常的运行值，电M能'良复，尽管与金属保险 丝元件未被破坏前相tb^行电阻变高。这种^fe^供了这样的好处在it^情 ;;i^之前能够有较低的运行电阻，正如前iL^斤述，因为过流情况非常罕见， 所以在大多数情况下，较>(^^行电阻#^^电5§^寿命。
因此，在一个实施例中， 一种电路旨糾包括与PTC热敏电阻层并g 置的保险^ L件。该元件和PTC热敏电阻层被提供在一个或多个^H"底(例 如FR-4材料或l^i^^衬底)上。第""^第二"|*)^险^^# PTC热敏 电阻层并联电连接，从而电流(0初始在正常运行中流过保险丝元件和PTC
热敏电阻层，iM/^小的压降，(a )在保险^t件断开后的正常运行中流过ptc 热敏电阻层，it^A的压降。
如下所示，在一个实施例中的PTC热敏电P且层^^属^^r丝元件可以经配 置为具有近4財目同的时间-电流断开特性。得到的组合时间-电流断开特性更接近 于PTC热敏电阻材料，尤其是在高电流下。在低电流下，组合的时间-电流断 开特性比保险丝元# PTC热敏电卩^a^料的都艮。或者，PTC热敏电阻层和 金属保险丝元件^i^择为具有不同的额定值。例如，PTC ^f^"可以被it^^为具 有比金属保险itit件更低的额定值。
在一个实施例中，PTC热敏电阻层;I^骑基的。在#^实施例中，PTC 热敏电阻层是陶瓷。如下所显示和描述的，陶絲絲器件可以包括薄膜型金 属保险丝元件或金属丝保险丝元件。陶tt器件可以通过轴向或径向放置的导 线来安絲安^4面。
金属保险丝元件经配置以提供期望的断开棒性。例如，金属元件(其可以 是铜)可以M面安装的元件，因此该it件的^1、 ；fvl^V或高;l净皮i经以提 供期望的断开特性。同样，可以使用^lr属(例如Metealf徵存、(spot))以达 到期望的断开特性。该异金属可以是镍、铟、4^^锡中的任意一或多种。
该保险丝元件也可以是单l^多股的金属丝保险丝元件。该^r属丝可以是 单一材料或M有^r属。该金属丝元件被接合(例如泮接)到形成第一和第
第 第二科中的^"个都包括延伸到金属保险丝元件和PTC热敏电 卩J4t料中的^个的焊盘或电极。电极可以例如是通itit^工艺在^H"^Ji 形成的。PTC热敏电阻层^^^IB5^电^^絲的衬^Ji。电极可以从一个 "!^的一端延伸穿过衬底的大部分到第二"f^的一端。电极的"ML被设计为保 证与PTC热敏电阻层的良好接触并允许PTC热敏电阻材料实SW望的功能。
在一个实施例中，保险^L件被提供^Wt底的HL，而ptc元件被 提供在该衬底的相反侧上。錄面安装器件的情况下，该元件可以通itit^工 艺，例如从铜层来形成，以具有薄的断开部#更宽的焊盘部分，该焊盘部分 延伸到形成^^末端初始层的端子焊盘。该铜焊盘lt^^Ji一层或多层例如电 ,和电幹錄。该电镀操作形威逸孔或沟槽(castellations)以在!W的^-端 上电连接该焊盘、电W^险^t件。在实施例中的该保险^b件具有狱层，
例如环，脂涂层。在实施例中的整个器件的该保险丝元件侧被配置为朝向
PCB安装，从而该元件断开时树的能:tR包含在该^N^亥PCB之间。
在一个实施例中，该器件包括多个^4#底。例如，该保险丝元件可以被 itl4^低的绝^t底的底侧。第一*包括敷没(例如，；L"f^过4^路径) 到底^H"底的顶侧的第一电极。该PTC热敏电阻层1^# :该到电极以及底部 衬底^^暴露的顶端。而后第二^^t^!B^^PTC热敏电阻层的顶端，该
第二^H"底具有例Mii^刻工艺形絲其底侧的第二电极。该第二电M 伸到第二#。
第二^H"底的顶侧包括铜端子焊盘。在一个实施例中该上面的端子焊盘 与下面的端子焊盘相同的被镀覆。该M因此可以被以任何方向安装，例如， 如果^4皮确定在一^#殊的情况下，即，彬^r丝元件朝向PCB来安装W^ 带iMl样的危险，即当该保险iiit件断开时会损害该M到PCB的连接的完整 性。
上面的^#底的顶侧还可以用适当的标志(例如额定值标志和制造商信 息)^m封己。jHW卜，在实施例中，该保险丝元件被提供在^^部的衬底的底侧。 在另外的一个替代实施例中，用上述的方i^加一个或多个附加PTC热敏
情况下嘲滇有^^^^作阵性的lJ件。增加PTC、热敏电阻层通常允许教降的 PTC侧具有更高的电流颠定值并可能需^ 皮制作以匹酉e^属保险Mit件的额定 值。
在各种实施例中，该器件被提供在1206型(0.120英寸x0.06英寸)和1812 型(0.180英寸x0.120英寸)封装中。
因此，本发明的一个优点在于提^^种^i的iti;充^^11^。
本发明的另一^^点在于提^""种可复位的过流IW， ^"有被制氐的内 ^Pit行压降。
本发明的再一*点在于提^"种可复位的具有金属保险丝元件的过流器件。
其余的特4E^优点扭bf皮描述，并将会由于以下的详细^i^附图而变得 显而易见。


图1 ^^发明的#^的可复#不可复位过流^^||^的一个实施例的顶 视图。
图2A是沿图1的A-A线的集成的可复位和不可复^it流^^象降的侧面 截面图，示出了沿着该||#的"~#败伸的端子。
图2B是沿图1的B-B线的絲的可复#不可复^±流^^糾的侧面 截面图，示出了在截面上没有沿着该||#的1']^伸的端子。
图3是图1的M的可复^不可复^it流旨ll^的;M见图。 图4是电游^示意图，示出了图1的器件的并联的可复^不可复^it流部 件的等效电阻实例。
图5是通iW图1中^的可复^不可复^it流^^M的样品进行测 ，到的时间-电流曲线。
图6是通iW图1中M的可复^it^錄象降的名浙样品进行测，到 的压降-电流的图。
图7是本发明的可替代的集成的可复位和不可复^±流#^恭降的侧面截
图8是本发明的集成的可复#不可复位过流保护恭降的一个实施例的侧 面截面图，了陶资可复^it流^^材料。
图9是本发明的M的可复^不可复^it流^^教fr的另一实施例的侧 面截面图，期^1 了陶覺可复^iU危旨材料。
图10是本发明的|^的可复#不可复^^危^^教降的又一实施例的侧 面截面图，^f^U 了陶乾可复^it流旨材料。
图ii是本发明的条氛的可复#不可复^;危旨象降的再一实施例的侧
面截面图，期^J 了陶乾可复^it流旨材料。
图12是iiJ/f封可一个实施例的,'舰图，示出了一个表面安絲造。
图13是使用了一对本发明的M的可复^it流^^H^的i^iit信电路的
电路示意图。
图14是4^] 了本发明的絲的可复纽流^^辦的数据总线电路的电路 示意图。
图15是"fM 了;^发明的H^的可复^it流
意图。
M实施方式
贿参照附图，尤其是附图l、 2A、 2B和3，糾10示出了本发明的絲 的可复位和不可复位电路旨W^目应方法的一个实施例。
10包括上部 ^H"底12和下部^H"底14 (i!E共同称作^H"底12或通常，单独称作 ^H"底12)。在实施例中，^Nt底12以相同的材辨'J备，例如FR-4材料 或^ti!E胺。例如，衬底12可以是在FR-4材料的两个表面Ji^带有铜涂层。 在一个实施例中，该铜ft^f^]标准^'j工艺被刻蚀掉以形^^t电极图案。 例如，该铜4^可以被刻W"以形成作为端子36a和36b的^J层的上部铜层 20a。
如图2A和2B所示，第二铜层16从^4#底12上沿着M 10的右侧而 被刻^#。通iiit种方式，电极16不会直接电接触到形#11# 10右侧的端 子。类似的第三铜层或电极18在^H"底14的Ji^面上被刻蚀。这里，电极 18接触形### 10右侧的端子，^直接电接触形#11# 10左侧的勤以 的端子。第四铜层20b被用标准光刻工艺从绝,底14的底侧光刻蚀掉 (photo-etched away )。如图3的器件10的底视图所示，铜层20b被刻蚀成特 定的形状以形成器件10的金属保险丝元件。下，层20b同样延伸以形成端子 36a和36b的底,iM层。
分别具有被刻蚀的铜层16、 18、 20a和20b的绝^H"底12和14,被夹在 正温度系数("PTC")层30附近。适宜用作PTC热敏电阻层的一种PTC热敏 电卩i^^皮提供^^发明的最妙itA销售的Polyfus^ LF1206L辦中。该 H^bl^^基的。陶t^it^下面讨论。
在实施例中，PTC热敏电阻层30最^^Og:叠在两个大的绝^Mt底之间。 在似门纟1^之前，电极16、 18、 20a和20b被预先形結该大的^^H7lUi，
使得很多器件io可以用一个la^的阵列形成。器件io然后通过已知的分离或
独立(singulation)才iM^^t底和附接的PTC热敏电阻层的纽滚的P车列中 独立分离出来(singulated )。
图3示出了在一个实施例中金属保险^t件24被形^E^Mt底14的底 面上。铜层20b祐jfe^]蚀成特定的形状以形成保险^t件。被刻蚀的铜层20b
包^^辟盘区域22a和22b，其延伸到元件24。焊盘区域22a和22b々J4伸到铜 层20b的更大的端子区域26a和26b，其最终连同上，层20a —起被皿以 形成端子36a和36b。因》化一个实施例中用于保险丝元件24的该^i^^金属是 铜。
虽然辦10M常描述为財;5t^蚀的铜电极，但W当鄉，电极16、 18、 20a和20b可以用^te^r属制造絲过不同的工艺(例如电镀、、蹄、印 刷或层压)而被敷没。绝^^t底12可以用f^胺而非FR-4材料制得。不管 明附方法，电极16、 18、 20a和20b可以是一种或多种金属，例i碌、铜、镍、 锡及^^，通过如上所述的^f可^t方法敷^JiJ^yE胺的表面上。
元件24具有高度为h， "j^为l， ^为w的尺寸以产生作为W^MiL件 24的理想的断开特性。^j^L件24中高度h例如可以比焊盘22a和22b以及端 子区域26a和26b的高;1^薄。在实施例中元件24减薄的高度h通过削磨或另 外的刻蚀工艺形成。元件24在图3中被示出，其"^L具有笔直的M l。但是 应当衝醉，元件24也可以是4^状的或弯曲的，例4o^i的，以4娥需要增加 距离I从而产生元件24的理想的断开特性。
并且， 一个或多个^ir属徵存、28 (有B^f皮称作Metcalf徵泉)可以,Alt设 ^M^件24的对于元件断开而言理想的区域上，例如在该元件的中心。异金属斑 点28可以是镍、铟、4M^锡中的任意一种或多种。^r属徵泉28具有比保险 Mib件24的l^r属(例:^)更低的熔W显度。寸^^fW显toA 28溶化的 更决并扩僻U元件24的1^^属中。该^l^r属和^r属可以这^^择，即其 中一个到另 一个中的扩散导致了具有比J^b金属更低的熔化温度和更高电阻的 ^r属间相，这样迫使该元件在更低的过^^^Ht化，^^M的it热。
如图2和3所示，保护涂层32被敷i^^^l^^L件24和寸^r丝焊盘22a 和22b的-^P分上。在实施例中，涂层32是电,的环H^脂，^f皮印刷、 喷涂或，方法敷i5JiJ^H"底14鄉成^l^^b件24、焊盘区域22a和22b 以及端子区域26a和26b的铜层20b的底侧。
在实施例中，器件10被配置以便，保险丝元件24被朝向印刷电路板 ("PCB")安装。j^涂层32以及向下itE的安，造有助于限制从保险ii^ 件24的断开中g的能量。但U当贿，该糾10可以在^f^丝元件24朝 向PCB安M远离PCB安装的情况下i^行。图1示出了糾10的顶面。M， #^34明确了糾10的额定#制造 商信息。在实施例中才射己34被敷没(例如被印刷)到上部^H"底12的顶面 上。
H# 10可以是糾标准尺寸，例如1206型封装，其是0.120英寸x0.06英 寸即(3.2mm) x (1.6mm )。或者，糾10可以是1812型封装，其是大约0.179 英寸x().127英寸即(4.5mm) x (3.24mm)。但是应当理解，器件10可以才娥 需^R制作得更大或更小以提供具有期望额定值的糾。
在图示的实施例中，端子36a和36b通逸f示准电镀才t^形^IWl0的上 部和下部表面上。端子36a和36b可以是多/^lr属，例如电解铜、电解锡、银、 镍或所需要的其^^属或^r。端子36a和36b被^L^X寸制作以，ii^ 使M 10能够被以表面安装的方式安^E PCB上。
图2A示出了通过M 10中部的图1的截面A-A。由此，元件24和# 属徵泉28可以在图2A中示出。 一对孔46和48由鍵##料12和14制造，例 如，在M 10被从,阵列中单独分离出来以前。4^€端子36a和36b以M 孔46和48的侧面。因此，如图2A所示，端子沿着器件10的侧面在孔46和 48的表面延伸。如图2B所示，当器件10被单独分离出来时，端子36a和36b 不沿着M的直边延伸，例如，在图1的截面B-B中不沿着器件直边延伸。
图4示出了上迷讨论的糾10的等效电路。图4中示出的电阻仅^l^了 示例而并不意在限制后附的权利要求的范围。但是，it些电阻确实表示了当前 ,的实际值。因此PTC热敏电阻层30 (或多个PTC热敏电阻层30的条^) 被#^示作具有0.070欧姆的电阻。保臉丝元件24具有更低的电阻0.031欧姆。 如图4所示，并M图2中也应当看出，PTC热敏电l!a^30^l^^t^24 ;Ml并m置。才條并联教降的电阻公式，该器件10的等效电阻Eq等于PTC
的电阻Rat乘以保脸丝电阻Rf再除以Rat与Rf的和。在该例子中，这个公^
到的等效电阻Eq为0.022欧姆。该等效电P且甚至小于金属保险丝元件24的电 阻。器件10因jtb^有初始的^^行电阻。糾10还具有通过PTC热敏电阻层 30自己_1位的能力。
才Mt图4的等效电路，在itJ充情;;UA之前电^^刀始通过保险^L件24和 PTC热敏电阻层30， ^通iiit件24的电沐ii^断开因jH^JE常运行时电流 ^^組PTC热敏电阻层30。相信^Lt过流事^t^相对罕见的，尤其是对于
^U象fr 10的某些应用，这^M拟艮多情况下，在PCB的^寿命中IW 10将不^dt^过流情况。也^i说，很多象降10在PCB的^^寿命中^^ 行在低电阻和^a降的情况下。但是如^it^^真的发生，*10会发挥它 的功能，而安装了其的PCB就不需^I皮重^^替换。开始的低电阻和压降的优 势聘在了，但她細皮緣
It^参见图5，其示出了对象降10的断开时间对电流的测试结果。三条时 间-电流曲钱^皮示出，""^"是额定值为2安培的金属保险丝元件24， 一条是额
定值为2安培的ptc热敏电pj^ 30, "^bl两^sfmi:的过流"W (组合，
combo)的时间-电流曲线。该组合线倾向于沿着PTC热敏电阻层30的线， 其响应时间比保险丝元件24或PTC层30都长。
示出的教降10 ^JU具有翻i^定值的保险^L件24和PTC热敏电阻层 30。或者，糾10也可以^^]具有不同额定值的保险^L件24和PTC热敏电 阻层30。例如，PTC热敏电阻层30可以具有比^^iiit件24的2安培更低的 额定值，例如1,5安培。得到的糾10将具有更快的响应时间，例如，对于下 面#^细描述的数据总线的应用。下面描述的远辟Iit信和电池应用可能需^f亍 动^ti的，lW 10。
#参见图6，示出了才娥关于,10的^t导制得的四^分的压降-电流的测试结果。该图示出了四个部分的压降是相对可重复的，尤其;1>到约两 安培。然后，这些部分开始现出轻微的不一致。并且，在整个图示的电流范围 内该糾的等效电阻^M^目对恒定。而且，甚結3安培下所有四转分测试 的通过恭降10的压降^#在100毫〗犬以下。
雞参见图7，示出了可^^的多层PTC糾50。糾50包樹艮多相同 的上iiit件，例:M^r丝元件24(以W目应的焊盘22a和22b以及端子区域26a 和26b )。器件50也包紛口上所示的;^在Wr丝元件24以及保险丝元件焊盘 的^5分上的旨涂层32。在一个实施例中，IW 50被构造为以保险^W 24面对PCB的方式安装。或者，IW50可以以相反的方向安装。器件50还包 括上部l&^t底12,如上所述^^有例:N皮刻蚀的电极20a和16。在一个实施 例中，标签34被置于上部^H"底12的顶面上。器件50还包括下部绝^t底 14, ^^有例:M皮刻蚀的上部和下"W电极18和20b。如上所示内部电极16 和18越过他们相应的衬底12和14的至少一半5l伸，以为相邻的PTC热敏电
阻层30a和30b (这里共同^ft PTC热敏电阻层30或一般单独的称作PTC热 敏电阻层30)产生期望的断开特性。
H# 50包括三个PTC热敏电阻层30a、 30b和30c (统称为30 )。 H# 50 还包括两个额外的内部^#底52和54， ^^别具有例如上部和下部电极38、 40、 42和44，这些电极如同电极16和18—样，越过他们各自的绝^#底52、 52、 54和54的大部^^J^伸。电极16、 18、 20a、 30b、 38、 40、 42和44 中的^—个#5]"以如 另夕卜描述的被刻蚀或形成到各自的FR"4或^ilE胺 ^H"底12上。PTC热敏电阻层30通iiJi述^r方法被夹在带有各自电极的 ^HVMU、司。糾50，如同糾IO，可以被制成辦50的阵列，该P车列被 分离^^独的M。
PTC热敏电阻层30a到30c中的^—个浙^同IW 10的PTC热敏电P且层 30—样运行，即，这些层a常运行电流负载下是导电的。当ii^'lf^使保险 丝元件24断开时，PTC热敏电阻层30发热使得其温度和电阻升高到阈值点， ^il一点温度和电阻成指数倍增加，从而形成一个高电阻的电-;M^，近似于 保险^ L件24的开路。对于给^X寸的封装，额外的PTC热敏电阻层增加了 糾50的PTC部件的额定值。因此，尽管糾50中示出了三个PTC热敏电
额定值的器件50。 PTC热敏电P且层30的^m定值与金属元件24相比可以相 同或有些i午差别，例44肖低。
S^参见图8， H^110示出了可替代的M的金属/PTC热敏电阻H^。 这里，PTC热敏电阻层130是陶錄的，而非Polyfus^LF1206L辦的聚合 材料。 "PTCThermistorMaterial，，的美国专利NO. 6^218,928中公开了一种 适宜的陶f^^热敏电PiL^料，在扉页上示出该专利被^ih^了 TDK公司(日本 东京)。
糾110包^^t底U2，其可以是例如陶乾材料或玻璃。上部和下部基
下表面上。电极120a和120b还可以用一种或多种金属形成，例:H艮、铜、镍、 锡及^^r，通itJi述的^f可方^Jb^^fJ^胺的表面上。
设计基础电极120b的形状以形成^i^^L件。电极120b例如包^#盘区 域122a和122b，如Jiil中电极20、焊盘区域22、元件24和端子区域26示出
的那样，其向内延伸到元件124且向夕卜延伸到更大的端子区域126a和126b。 端子区域126a和126b最终与上，层120a —同被镀覆以形成端子136a和 136b。象降110的金属^r^it件124可以具有任意形状、尺寸^口上文中所 讨，IW 10和50的元件24 的^r属。
陶乾PTC ("CPTC")热敏电阻层130位于绝^L座112的第Hh，例 如，通it^膜丝网印刷或旋转涂覆。如图所示，CPTC热敏电阻层130接触电 极120a的部分。上部絲层132a (例如，麟玻璃(fired glass))被敷^JiJ CPTC热敏电阻层130和电极120a的^^部分上。>f^f未示出，但是可以在
CPTC热敏电阻层130的顶面上提供标各(Jii:;斤述)并可以通itJi部^^
132a而看到。
下部M层132b (例如，；^#玻璃)被lti5J'j下部电极120b和衬底112 的暴露部分上。端子136a和136b被形^Mt底112、电极120a和120b以及 ;tA层132a和132b的侧边上。端子136a和136b还分别覆盖例如玻璃的;t^ 层132a和132b的顶部和底部表面部分。如上所述和示出的，端子136a和136b 可以包括多^T备化。而且，多层CPTC热敏电阻层130可以以与图7的聚合 物器件类似的方^^lti综多个^& 112之间。
^jfel^ftii程中，电沐从例如端子136a通itJi部和下部电极120a和120b以 及CPTC热敏电阻层130和并联的金属保险^iL件流到端子136b，直到^r丝 元件断开。当保验^L件断开后，CPTC热敏电阻层130电阻变高并限制电流 M子136a到136b的流动。当能量的急剧g消絲，CPTC热敏电阻层130 变成导电性的从而电流能够流过H^ 110。
S^参见图9， ■ 150示出了可^^的M的金属/CPTC热敏电阻IW。 M里，CPTC热敏电P且层130仍然是陶^的，而非Polyfuse LF1206L器 件的聚合材料。在IW150中，作为基^ft底，CPTC热敏电阻层130加倍， 以利用陶f^H"辨目对刚性的优点。
上部和下部J^Jl电极120a和120b通it^膜丝网印刷或'减射分别形^ CPTC热敏电阻层130的上部和下部表面上。电极120a和120b可以是—或 多种金属，例:H艮、铜、镍、锡及^^r,其以上述任意方^^lti5J'J CPTC 热敏电阻层130的表面上。
在辦150中，下部M电极120b没有形成金属^^r^L件，相反与CPTC
热敏电阻层130、上部^ij电极120a以及端子136a和136b —^t作以在正常 运行^^下允许电^M过CPTC热敏电阻层130。
薄絲层112 (例如玻璃)被敷^J'J下部基础电极120b和CPTC热敏电阻 层130的底面的任意J^区域之Ji。第三4呆险^t件电极152 ,械形4#底112 上以形成保险^L件。电极152可以，例如包樹目同焊盘区域122a和122b， 其向内延伸到元件124且向夕卜延伸到更大的端子区域126a和126b (如图8所 示)。器件150的金属保险丝元件可以具有任意形状、尺寸和上述讨论中,10 和50的元件24以及糾8的元件124的^r属。
上部M层132a (例如玻璃)被敷i5JiJ上部基础电极120a和CPTC热敏 电阻层130的暴露部分上。尽管没有示出，但是可以在上部絲电极120a的顶 面上提供标l (如上所述)，并且其能够通iih部;M^ 132a可见。
下部絲层132b (例如玻璃)被敷i5J"保险iiiL件电极152和衬底112的 ;^^部分上。端子136a和136b被形錄CPTC热敏电阻层130、衬底U2、电 极120a、 120b和152以;S^tA层132a和132b的侧Ui。端子136a和136b还 分别覆盖了例如玻璃的^^ 132a和132b的顶部和底部表面的-~^分。如上 il^斤讨论和图示的，端子136a和136b可以包括多^r属化。
在器件150的运行中，电流从例如端子136a通iUi部电极120a、 CPTC热 敏电阻层130、电极120b和金属保险^L件层150流到端子136b，直到^l^r丝 元件断开。在保险丝元件断开后，CPTC热敏电阻层130变成非导电的从而防 止电^ 子136a a^，J端子136b。当能量的急剧秋消^， CPTC热敏电 阻层130变成导电的，从而电流再次可以流过糾150。
St^参见图10，示出了可^^的CPTC浙軟电阻I1^160。 CPTC热敏电 阻象降160有利地^^J上部和下部M电极120a和120b以接触CPTC热敏电 阻层130g险丝元件162，在该示出的实施例中，保险ii^L件162是厚膜、薄 膜或导^^的保险丝元件。保险^L件162， ^ 示为垂直的放置，沿着 CPTC热敏电阻层130的iEi^w—个^电极120a延伸到另一个基础电极 120b。这种1呆险^L件的角度、形状和|*:*#可以变4匕。^i^出电极120a和120b 同样通过任意适宜的技术，由任意合适的一种或多种JJi金属形^^CPTC热 敏电阻层130的两侧上。
在图示的实施例中糾160还包括引线164和166,其可以被沿着径向或轴向;M以适应不同的安^S己置。在糾160的运行中，电^tA例如上部电极120a (引线164)通过并联的CPTC热敏电阻层130和保险MiL件162 ^U'J下部电 极120b(引线166)，直到保险^t件断开。在保险丝元件断开后，CPTC热敏 电阻层130变成非导电的并PiLiL电;^UUi部电极120a (引线164) i^JlJ下部电 极120b (引线166 )。当負&量的急剧絲消絲，CPTC热敏电阻层130变成导 电的，从而电流再次可以流过器件160。
iyt参见图11，示出了可昝R的CPTC热敏电阻糾170,除了 CPTC热 敏电阻层130包括或限定出一个更;UL径的洞或孔138以用来接财角^ti:的 ^^r^L件172夕卜，其与11#160相同。如图所示^^r丝元件172是,W^或 电连接到位于孔138相反两侧上的J^电极120a和120b。元件172被示为对 角地越过该孔而延伸。这种对角延伸^ L件172得以延长，这可以有利于调整
尺寸。
^4皮 _分别)1^#或连接到基础电极120a和120b上。端板174和176覆盖孔 138， ^MH呆险iiiL件172并电连舰险^L件到引线164和166上。并且，该 端^ti情后部分被保护材料(例如环ll^M脂)覆盖，以在孔138中保留一个 空间，其改a险丝元件172的熔断性能。引线164和166被示出M板174 和176以;W^^伸。或者，引线164和166^板174和176以轴向方向延 伸，例如，如图10所示。
金属丝^^rMit件CPTC热敏电阻象降160和170与薄膜CPTC热敏电阻 ■ 110和150 —样的运行，其至少与上ii聚^^基PTC热敏电阻器^^^^一 样的运行。^iE常运行下电流流过CPTC热敏电P且层130以及保险丝元件124、 152、 162或172,直到过流事^A。扭时，做丝元件断开，CPTC热敏 电P且层130变成非导电的，这样教降IIO、 150、 160或170不允许过大电沐通 it^象降下游的电子部件中。当itJ充事故消除后，CPTC热軟电P且层130自己 复位到导电状态，允^^皮保护的电路继续工作，尽管通过IW 110、 150、 160 或170的压降变大了。
图12示出了图10或11中示出的糾的表面安絲造。， PTC或CPTC M包M板182和184， ^-"个^^有焊盘区域180，焊盘区域180被构造 为回^L^^或波动,到印刷电^Ji。图示的实施例中示出了 CPTC盘130
(存在^r丝it^Ha^可见)，其中端板182和184和焊盘区域180将CPTC 盘130和保险^L件电连接到印刷电5^的路径图案(tracepattern)上。
贿参见图13，电路60示出了IWl0、 50、 110、 150、 160、 170 (方<更 ^L^后简称为IWl0)的一个适宜的应用，即远禾lit信旨应用。远牙lii信 保护电路60包括数^ff息转换器线路(digital transcriber line) ("DSL")驱动 器62，其可以是i棘下游i^^it信设备(未示出)和图8中示出的姿t据m^ 间的接口卡。i^flit信设备可以包括用于中心局交换机(central office switch) 的设备，其交换从一点到另一点的呼叫，例如交换数字声音或互联网数据。
DSL驱动器62调节信号并^Kf号重建到开关或^^flii信设备的装置。 DSL驱动器62是双向的JJiL^机，其调节通过尖端(tip)絲64和环形(ring) 銜吝66发出的两个方向的信号。t医器68防jh^jt^^^器"H^的直流电
("DC")被传播到^器的另H妙器68还防止了来自皿的并因ilt^ 共的邻^^的^^p^或信号串淑ij尖端和环形^。 ^器68因jW^了
差动信号。
瞬态电压抑制器70包^it!i保护象降，例如闸流晶体管。抑制器70可以 例:H吏用与闸流晶体管-"^置的多个"^L管以减少沿着^^T逸吝(例如从尖 端錄洛64到环形*66,尖端^64到接地72，接地72到环形^66)的 电容。处该^^L管和闸流晶体管使^"H^t^都至少有三次电^f氐，从 而^^，^艮大的^^圣，该5^圣将电^€步 1^#^—个很低的水平使其不 会削弱或Pi^f^:^号。
集成的併^riM^件/PTC 10被itl^环形銜吝64和尖端^吝66中以 防止由例如能量交叉情况导致的过流',发生，这时电话线或数据线与电源线 相感应的^^在"^，产生持续的ita情形。瞬态电压抑制器70将it^钳制在 一个^4^0'j，消耗大量能量并)lil过流IW 10。
如果仅仅寸^I金属元件，电路60中相应的保险丝!l^^iL^换。如果仅1M PTC元件，PTC元件的电阻^Ui较高，从而限制了 DSL驱动器62負fe够将 DSL信号驱动到尖端64或环形66鹏的距离。由于能量交3W^tW并不常 见，器件10提供了初始在低电阻下运，可复位的器件。如果能量交叉情iW 实发生了，则该^r丝元件断开且PTC^ft跳闸并最终复位，这样电路60仍 然能够工作，至少在一个受限的数4i^播范围内。
财参见图14，电路80示出了絲的保险^it件/PTC辦10的另一个 应用，即数提总线电路。示出的数据总线电路^^1 IEEE 1394控制器82，其与 计^Mp^f^设备(例:i^聂影才脉电缆箱(cable boxes))—同<^ 。相应的1394 连接器84不大，利于上迷应用。电路80使用两条)Ki^ TPA和TPB，其中每 一个都錄制器82和连接器84之间双向传输数据。
电路80包括穿过数据线到接地88放置的瞬态电压抑制器86。电压抑制器 86抑制静电放电("ESD，，)事故在数据线TPA和TPB J^L生。电路80也包括 变阻器90，餅制ESD或^^jt在电压絲V^92上的瞬时现象。V^是例 如33VDC电源，控制器82 ^^期区动电压下^ft^92以为^^T连接到连接器 84上的设备(例如，打印44调制解调器)供电。
上的i^充'lf^影响。itX，期望器件10具有尽可能低的电阻，从而通过该糾 的压降尽可能低，M而尽可能多的能量可以初OMt制器82传^JU连接器84 辆目关的I^K恭降IO因itbmit^l种应用，因为銜洛92不大可肯^t^过流卿。
器件10可以同样有效的适用于通用串行总线("USB，，)数据电路和应用中。 并且，该器件可以初UU^"动力的以太网电路中。在以太网供电电路中，Cat3/5 电缆中的四条j^i^中的两^逸电力并且也可以^i^数据。这种电路的电力 传输能力是有限的，使得11# 10 4^it合于该应用。
贿参见图15，电路100示出了 ！I^保险^L件/PTC的辦10的进一步 的应用，即，电Jife4^电路。电路100与例如手机96的充电器94一同工作。 电池組电路100的控制电路102感应由充电器94提供的电压。如果，例如，电 压的极性出错，或者电压值出错，则控制器102断开冗余的场效应晶体管 ("FET，，)开关104以阻止任何电流通过电路100流到电池108中。控制电路 102还可以监测温度以进械热。这里，电路102通过开关104切断到电池108 的电流。
PTC保险丝器件10提供冗余电路狱层。例如，如絲制电路102运行 4t^FET104敏洛，则PTC保险丝H^10提供i^充保护的备用层。电自 100的电池106的直流电压波动使得器件10的低电阻限重要。例如，如^it^充 ^fr在一个3VDC的电J^y且中l^f氐1/4VDC，则该过流辦消耗了电池可^^)
时间的百分之八。电池108可以具有一个^电压，低于此电压手;tW会工作， 这使得Jiii可使用时间消耗的百分比变的更高。因此，图6中压降在毫伏范围 内的IW 10 mii^ii种应用。
应当iW, ^M页^a^A员m^易对Ji^M实施例进行^t变^^M务改。
这些变4t^^务改可以在不偏离本M的主旨和范围也不影响其有利效果的前提 下实现。因此，这些变^^^^落A^斤附的;M，J^求的范围内。
权利要求
1、一种电路保护器件，包括电绝缘衬底；设置的该衬底上的保险丝元件；连接到该衬底的正温度系数(“PTC”)热敏电阻层，该保险丝元件比该PTC热敏电阻层的电阻低，以及第一和第二导体，与该保险丝元件和该PTC热敏电阻层并联电连接，使得电流(i)初始在正常运行下流过该保险丝元件和该PTC热敏电阻层，以及(ii)该保险丝元件断开后在正常运行下流过该PTC热敏电阻层。
2、 如权利要求1所述的电路^^糾，其中该保险^t件和PTC热敏电 P且层具有至少相似的电;細定值。
3、 如权利要求1所述的电路^^器件，其中该保险iiit件是选自下列组中 的至少一种类型(i)金属丝，(ii)表面安装的，(iii)单独的一种金属，以及iv)多种金属的。
4、 如权利要求l所述的电路保护器件，其中该第一和第二端子包插&自下 列组中的至少一种属性(i)第一和第二末端端子，(ii)延伸到该电绝^H"底的 第—第二侧上，以及(iii)由不同的金属制成。
5、 如权利要求1所述的电路^^IW，其中该保险^t件和PTC热敏电 阻錄于该^H"底的相反侧上。
6、 如权矛J^求1所述的电路^^IW,其中该衬底由选自下列组的材秦，J 成FR"4， ^biE絲玻璃。
7、 如权利要求1所述的电路保护,，该PTC热敏电阻层是选择下列组 中的类型聚^4勿的和陶瓷的。
8、 如^U'漆求1所述的电路^^H^，其包括多个^H"底和多个该PTC 热敏电阻层。
9、 如库W虔求8所述的电路保护象降，其中该第4第二#中的^"个 电连接到该PTC热敏电阻层中的^"""个。
10、 一种电路狱糾，包括 第一电^H"底； 保险^ L件，位于该第一^H"底的第HL;第一正温度系数("PTC")热敏电阻层，具有与该第一衬底的第二,條触 的第U;笫二电绝##底，具有与该第一PTC热敏电阻层的第二,展触的第一侧； 第二PTC热敏电阻层，与该第二^Nt底的第二烦'J^触；以及 第一第二#,与该保险^L件以及该第-"^第二PTC热敏电阻层并联 电连接。
11 、 N5U'J要求10所述的电路保护,，该保险丝元件^选自下组中的 至少一种属性O)絲面安狄件；(ii)具有^r属；(iii)是导线齡型的； 以及(iv)具有与该第一和第二PTC热敏电阻层的^^定值至少相似的额定 值。
12、 如权矛漆求10所述的电路保护M，其包括第三电绝^H"底，该第二 PTC热敏电阻层具有与该第二^H"底的第二,展触的第"H!^和与该第三电绝 ^t^^触的第二侧。
13、 力^M'J要求10所述的电路保护教ft,其中该第4第二导沐中的^" 个包括至少一个接触该保险丝元件以及该第""^第二PTC热敏电阻层的电极。
14、 如权矛漆求10所述的电路旨恭降，其中该第一^笫二导沐中的^-" 个包括至少越过该第一和第二PTC热敏电阻层之一的一半延伸的电极。
15、 如^'J要求14所述的电路^^,，其中该第一第二导沐中的#-个包括至少一个接触该电极的金^f匕端帽。
16、 一种电路狱器件，包括 陶瓷的正温度系数("CPTC")热敏电I2^;保险丝元件，由该CPTC热敏电P且层支撑，该保险丝元件的电阻低于该 CPTC热敏电阻层的电阻；以及第4第二*，与该保险丝元^CPTC热敏电阻层并联电连接，使得 电流(i )初始扭常运行下i^t该^I^丝元^i玄CPTC热敏电阻层，以及(ii) 在该保险丝元件断开后，扭常运行下舰该CPTC热敏电P线
17、 H5U'j要求16所述的电路^lW，其中该寸呆险^L件是净rt:i5JiJ该 CPTC热敏电阻层上的表面安装保险丝元件。
18、 如^U'j要求16所述的电路^^糾，其中该保险^t件是固定到电极 上的金属丝元件，该电极5ficlt设到该CPTC热敏电阻层上。
19、 一种电路保护方法，包括通过具有相对较低电阻的不可复位的保险丝装置来保护M中的第一电流 ilj^;以及通过具有相对较高电阻的可复位的保险丝装置来保护与该第一电沐ii^并联的该H^中的第二电流it^，使得电流0)初始"常运行下以较低的电压 降^it该可复位的和不可复位的保险丝装置二者，以及(ii)在该不可复位的保 险丝装置断开后，"常运行下以较高的电压降^Ut该可复位的保险丝装置。
20、 如权利要求19所述的电路保护方法，其中该可复位的保险丝装置包括 多个正温度系lt^。
21、 如权利要求19所述的电路保护方法，包細己置该M用于^fei^Iit信 电路的尖端或环形g中运行。
22、 如权利要求19所述的电路保护方法，包^S己置该教泮用于在lt据总线 控制器和数据总线连接恭之间的电压供给銜洛中运行。
23、 如权利要求19所述的电路保沪方法，包棚己置该恭降用于在电池组的 充电^中运行。
全文摘要
一种电路保护器件，包括与PTC热敏电阻层并联放置的保险丝元件。该元件和PTC热敏电阻层被提供在一个或多个绝缘衬底上，例如FR-4或聚酰亚胺衬底。第一和第二导体并联电连接该保险丝元件和PTC热敏电阻层，使得电流(i)初始在正常运行下以较低的电压降主要流过该保险丝元件和PTC热敏电阻层以及(ii)在该保险丝元件断开后在正常运行下以较高的电压降流过该PTC热敏电阻层。
文档编号H01C7/13GK101354937SQ20081016111
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年7月26日
发明者J·A·科尔比, S·惠特尼, 杜耀盛 申请人:保险丝公司