插件式过电流保护元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明系关于一种过电流保护元件，特别是关于一种插件式（radial-leaded type)过电流保护元件。
【背景技术】
[0002] 由于具有正温度系数（Positive Temperature Coefficient ;PTC)特性的导电 复合材料的电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测元件的材料，且 目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。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，即发生触发（trip)现象，从而降低流过的电流值。
[0003] PTC导电复合材料系由具结晶性的高分子聚合物及导电填料所组成，该导电填料 均匀分散于该结晶性高分子聚合物之中。该结晶性高分子聚合物一般为聚烯烃类聚合物或 含氟的聚烯烃类聚合物，例如：聚乙烯。导电填料一般为碳黑。
[0004] 该PTC导电复合材料的导电度视导电填料的种类及含量而定，传统上使用碳黑作 为导电填料。一般而言，以碳黑为导电填料的PTC材料体积电阻值较高，而无法得到相当低 的电阻值。尤其过大的体积电阻值不适用于小型化的元件。因碳黑所能提供的导电度较低， 以致于其维持电流（hold current)无法提升。该维持电流是指在特定温度下PTC导电复 合材料在不触发（trip)的状况下所能承受的最大电流。若要在小尺寸元件得到较大的维 持电流，必须要突破碳黑系统，而使用比碳黑更低电阻及更高导电度的导电填料才能达到。 不过，若使用金属填料，即使当PTC材料能达到低于0. 2 Ω -cm的体积电阻值时，常会因阻值 太低而失去耐电压的特性。
[0005] 随着元件小型化的趋势，元件本身的电阻不易进一步降低，且若要同时保有较高 的维持电流，实为当前技术亟欲突破的瓶颈。特别是在插件式过电流保护元件的应用，除了 PTC元件本身的电阻外，尚须搭配适合的外接电极接脚的材料、形状和尺寸，以期降低元件 整体的电阻值。
【发明内容】
[0006] 本发明揭露一种插件式过电流保护元件，其应用低电阻导电陶瓷填料，并搭配低 电阻的外接电极接脚设计，可提供低电阻、高维持电流的特性。本发明之插件式过电流保护 元件适合小型化，而提供各种需要低电阻和高维持电流场合之应用。
[0007] 本发明揭露一种插件式过电流保护元件，其包含PTC元件、第一电极接脚、第二 电极接脚和绝缘包覆层。PTC元件包含第一导电层、第二导电层及叠设于第一和第二导 电层间的PTC材料层。PTC材料层的体积电阻率小于0. 18 Ω -cm，该PTC材料层包含结晶 性高分子聚合物及均匀散布于其中的导电陶瓷填料，该导电陶瓷填料的体积电阻率小于 500μ Ω-cm，且占该PTC材料层的体积百分比在35-65%之间。第一电极接脚一端连接该 第一导电层，第二电极接脚一端连接该第二导电层。绝缘包覆层包覆该PTC元件以及第一 和第二电极接脚连接该PTC元件的一端。插件式过电流保护元件在25°C的维持电流除以 PTC元件面积在0. 027~0. 3A/mm2。当插件式过电流保护元件于25°C的维持电流为0. 05~ 2. 4A时，该电极接脚的截面积至少为0. 16mm2 ;当插件式过电流保护元件于25°C的维持电 流为2. 5~11. 9A时，该电极接脚的截面积至少为0. 5mm2 ;当插件式过电流保护元件于25°C 的维持电流为12~16A时，该电极接脚的截面积至少为0. 8mm2。
[0008] 一实施例中，PTC元件的面积小于300mm2,厚度在0. 2~2mm。
[0009] -实施例中，PTC元件的厚度除以第一和第二导电层总厚度之值约在1~30之间。
[0010] 一实施例中，插件式过电流保护元件的电阻值小于IOOm Ω。
[0011] 一实施例中，维持电流等于kl+AX k2,其中kl = 0. 9~6A，k2 = 0. 01~0. 03A/ mm2, A为单位为平方毫米之PTC元件面积。
[0012] -实施例中，该导电填料系选自：碳化钛、碳化鎢、碳化钥;、碳化锫、碳化银、碳化 钽、碳化钥、碳化铪、硼化钛、硼化钒、硼化锆、硼化铌、硼化钥、硼化铪、氮化锆、氮化钛或前 述材料之混合物、合金、固溶体或核壳体。
[0013] 一实施例中，该过电流保护元件的崩溃电压除以PTC元件厚度在50~lOOKV/mm 之间。
[0014] 一实施例中，第一和第二电极接脚的截面积在0. 16~Imm2之间。
[0015] 一实施例中，第一和第二电极接脚的长度除以截面积之值在20-30011^1。
[0016] 一实施例中，绝缘包覆层选自玻璃转换温度小于结晶性高分子聚合物的熔点的高 分子材料。
[0017] 一实施例中，第一和第二电极接脚连接该第一及第二导电层所使用焊锡的熔点大 于 190°C。
[0018] 一实施例中，各该第一及第二电极接脚的电阻值小于3πιΩ。
[0019] 一实施例中，第一和第二电极接脚系采用纯铜线镀锡。
[0020] 一实施例中，该PTC材料层经过电子束（E-beam)或γ射线（γ-ray)照射。
[0021] 综上，本发明的插件式过电流保护元件使用导电陶瓷填料，并搭配低电阻电极接 脚的使用，获得了较高的单位面积维持电流值，且具有低电阻率和良好的耐电压特性，特别 适合被动元件小型化的应用，例如形状因数（form factor)为1812、1210、1206、0805、0603 或0402等小型元件，或具有相当面积的圆形元件。
【附图说明】
[0022] 图1和图2绘示本发明第一实施例的插件式过电流保护元件。
[0023] 图3和图4绘示本发明第二实施例的插件式过电流保护元件。
[0024] 其中，附图标记说明如下：
[0025] 10、20过电流保护元件
[0026] 11、21 PTC 元件
[0027] 12、13、22、23 电极接脚
[0028] 14、24绝缘包覆层
[0029] 15、16、25、26 导电层
[0030] 17、27 PTC 材料层
【具体实施方式】
[0031] 为让本发明的上述和其他相关技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出 相关实施例，作详细说明如下。
[0032] 图1和图2显示本发明第一实施例的插件式过电流保护元件。图2为图1的右侧 视图。本发明的插件式过电流保护元件10包含PTC元件11、电极接脚12和13以及绝缘 包覆层14。PTC兀件11包含第一导电层15、第二导电层16及叠设于第一和第二导电层1