专利名称：过温及过电流双保护元件及其制法的制作方法
过温及过电流双保护元件及其制法方法
技术领域：
本发明是关于过电流保护的元件，特别是一种过温及过电流双保护元件及其制法。背景技术：
一般电路设计时，为避免使用时发生危险或电子产品毁损，均会在电路中增加如 保险丝等电路保护元件。在各种电路保护元件中，一般均以保险丝作为过电流保护元件，以 定额1安培的保险丝为例，当固定通以1安培的电流时，保险丝寿命至少可维持若干小时； 但当电流倍增至2安培，则该保险丝将在数秒以内熔断；若再加倍而通以4安培的电流，则 该保险丝必须在数毫秒内烧断以阻断电流，避免过量的电流造成严重的后果。
另方面，电流量并非电子产品使用安全问题的唯一考量，如锂离子电池等，常 听闻因使用过程中产生高温、或因环境温度的提升而自行燃烧，此种安全风险亦不容忽 视。上述保险丝利用过载电流将保险丝加热并熔断而达到过电流的保护，仅对电流量敏 感，对于温度并无明显效应，无法达到过温保护。因此，业者提出以正温度系数(Positive Temperature Coeffient，以下简称PTC)电阻作为过温保护元件，藉由温度升高、电阻增大 的原理，使得温度超过额定时，电阻不断提高直到断路。然而，PTC元件不仅作用时间较长， 也对于瞬时过电流问题一筹莫展。
更进一步，亦可将部分检测元件与控制IC共同运作，提升反应速度与灵敏度，但 此种安全效果提升，不仅伴随成本暴增，尤其相较于上述解决方案都是被动元件，无须额外 耗能，此种侦测方式则是主动侦测与控制，必须持续耗费电能，对于电能有限的携带式电子 产品领域，尤其无法接受；何况控制IC有失效的风险，亦可能造成保护功能的丧失。
因此，若有一种在不大幅提升成本的前提下即可达到过温与过电流双保护的被动 元件，不仅无须额外耗电、亦可同时达成保险丝阻断过电流风险、以及环境温度过高时的断 路保障功效，将是现在电子业者的一大福音！
发明内容
因此，本发明之一目的，在于提供一种不仅可阻断在常温下的降低超额电流所造 成的风险，亦可避免环境温度过高时所可能产生危害的双保护元件。
本发明另一目的，在于提供一种更为灵敏的过温及过电流双保护元件。
本发明再一目的，在于提供一种被动式过温及过电流双保护元件，避免无谓耗能。
本发明又一目的，在于揭示制造一种可同时保障过温及过电流环境下电路安全的 双保护元件的方法。
所以本发明所揭示的一种过温及过电流双保护元件的制造方法，该方法包括下列 步骤a)在一片基板上设置多数组包括两个端部，以及并联于该二端部间的至少一个保险 丝、与至少一个正温度系数热敏电阻的电路装置；b)形成一层保护层，该保护层与该基板 共同形成一个至少被覆该保险丝及该正温度系数热敏电阻的腔室；C)将该基板依该电路装置的分布切割成粒；d)形成两个导接该二端部、且暴露于该腔室外的端电极。
本发明所揭示的过温及过电流双保护元件，包括一个具有绝缘及绝热表面的基 板；一组包括两个端部，及并联于该二端部间的至少一个保险丝、与至少一个正温度系数热 敏电阻的电路装置；一层与该基板共同形成一个至少被覆该保险丝及该正温度系数热敏电 阻的腔室的保护层；及两个导接该二端部、且暴露于该腔室外的端电极。
承上所述，本发明藉由将保险丝与正温度系数热敏电阻并联于单一元件中，一方 面当正常电流流经该元件时，电流将分流至正温度系数热敏电阻与保险丝两条路径，确保 电流正常导通，若环境温度过高，则正温度系数热敏电阻的电阻值随温度增大，致使流经保 险丝的分流逐渐增加，造成过电流而使并联线路中的保险丝烧断，原行经保险丝的电流反 向回到正温度系数热敏电阻，促使流经PTC热敏电阻的电流暴增而迅速增温，导致最终断 路，可达到过温的保护；另方面，当电流过大或电源所供应的电量极不稳定，由于一次式保 险丝的作动时间较快，过电流将于瞬间熔断保险丝，并将所有电流集中至PTC热敏电阻而 将其加热、并使其阻抗骤升，电流集中后的过载，更进一步加速PTC的截断时间，可以弥补 一般PTC作动时间过慢问题，同样达到截断电流的目的，以提供过电流保护作用。
藉此，本发明揭示的元件可以独立完成过温与过电流双重保护，且仍为一个被动 元件，不仅造价低廉更无须耗费额外能源，有效达成所有上述目的。
图1是本发明第一较佳实施例所用陶瓷基板立体示意图2是本发明第一较佳实施例制造方法的流程图3至图9是图2实施例于不同步骤的结构示意图10是本发明第二较佳实施例制造方法的流程图11至图沈是图10实施例于不同步骤的结构示意图；及
图27是本发明第三较佳实施例的侧视剖面图。
主要元件符号说明
10...陶瓷基板11...基板单元本体
11'...金属基板11”...绝缘表面的基板
13、13，...隔离层14、14，、14”...保护层
15、15，、15”...端電极
21 26、20，、211，、212，、213，、22，、23，、25，· · ·步骤
110...侧边切面131’...隔绝层
120、120，. · ·端部121、121，、121” · · ·保险丝
122、122，、122”. · ·热敏电阻 123，、123”···分隔层具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳 实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
本发明第一较佳实施例的双保护元件是选择采用例如图1所示的陶瓷基板10，由 于其材质并非电或热的良导体，因此不具导电性或导热性。在本例中，陶瓷基板10上以阵列状分布有多个单元，且每一单元均例释为长方形的基板单元本体11，短边方向定义为行 方向，长边方向则定义为列方向。且为求简化，在以下说明流程的图式中，均仅绘示出单一 单元的结构。
本发明第一较佳实施例的制造流程如图2所示，是将图3所示的基板单元本体11 先于步骤21时，在每一基板单元本体11上形成如图4及图5所示，分别沿着上述列方向设 置一组彼此并联的保险丝121及正温度系数热敏电阻122，使各组保险丝121及热敏电阻 122两端分别形成一个导电端部120，且在本例中，保险121的端部120与热敏电阻122的 端部120此时具有一间隔而并未导通，藉此，操作人员可以分别以探针检测保险丝121与热 敏电阻122的电气特性而不相干扰。以下为利于说明，将上述每组保险丝121与热敏电阻 122称为一组电路装置。
请一并参考图6图7，当完成该等电路装置后，为确保外部环境的温度等不致影响 其运作，随后在步骤22，在每一组保险丝121及热敏电阻122上方，分别形成覆盖其上的隔 离层13，在本例中，隔离层13也是绝缘与绝热材料所制成。为避免外部的灰尘、空气、湿气 或外物刮伤等影响，在各隔离层13之上，更于步骤23分别形成一层保护层14，每一保护层 14与对应的基板单元本体11共同将各组对应电路装置密闭包覆其中，为便于叙述，以下定 义该保护层14与基板单元本体11所共同形成的空间为一个腔室(图未示)。
此时，基板10上形成的所有电路装置并未分离，仅在各电路装置之间形成有阡陌 交织的凹槽，且电路装置均成型于基板10的顶面，而各保险丝121与热敏电阻122的端部 120彼此亦不相连。故在步骤M时，对基板10沿上述行方向成型的凹槽施加例如轻微敲击 使其断裂，并如图8所示，沿着列方向使该等电路装置相互分离成多行，各行对应各电路装 置的各侧边切面110均被暴露。
故可随后于步骤25，请一并参考图9，在各侧边切面110上以例如溅镀的方式，在 二侧边切面110上形成一层分别导接该二端部120、且暴露于保护层14之外的薄金属层，再 以例如滚镀等方式将薄金属层加厚而形成两个端电极15。最后，于步骤沈将该等行沿每一 列方向敲击凹槽，使所有晶粒个别分离，即完成个别元件。
如此制造的双保护元件，结构相当简单，制造成本相较于既有的晶片保险丝或晶 片型正温度系数热敏电阻相去不远，但一方面可同时具备两种保护效果，另方面所占用体 积却远小于分别将晶片保险丝与晶片型热敏电阻分别安装之所需，且安装流程亦为分别安 装晶片保险丝与晶片型热敏电阻的一半。对于电路工程师，无疑是更佳的选择。
当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，上述陶瓷基板仅为选择之一，无论陶 瓷、高分子、两者的混合物、甚至金属基板，都无碍于本发明技术的实施。以下将以金属基板 为例，说明其制造流程，另方面，本发明的元件也未必局限于以阵列方式制造，即使是单颗 生产，仍属本发明的范畴。
本案第二较佳实施例如图10及图11所示，是将双保护元件直接单独成型于对应 的金属基板11’上，为避免金属基板11’的导电性及导热性影响双保护元件的运作，先于步 骤20’如图12及13所示，在其顶面上设置一层导电性不佳的隔绝层131’，在本例中是以 将金属基板11，表面完全氧化使生成不导电的金属氧化物层为例，当然，亦可采用在基板上 涂布绝缘材料或压印人工橡胶等方式形成导电性与导热性都不佳的隔绝层；请一并参考图 14，于步骤211，在金属基板及隔绝层131，上形成两金属端部120，，并如图15及16所示，在端部120’间的隔绝层131’上压印正温度系数热敏电阻122’。
随后如图17及18所示，于步骤212’在热敏电阻122’上方设置一层绝缘与绝热 的分隔层123’ ；并如图19及20，在步骤213’时，于分隔层123’上形成一个保险丝121’。 如图21及22所示，于步骤22’则在保险丝121’上方设置一层隔离层13’。接着，如图23 及M所示的步骤23’，于隔离层13’上方再设置如上例所述的保护层14’，在保护层14’及 金属基板(未标号)间形成一腔室(未标号)。最后，于步骤25’如图25及沈所示，在金 属基板11’的侧边形成端电极15’。
当然，上述保险丝与热敏电阻上下重叠设置时，亦可相互异位，如图27所示，在具 有绝缘表面的基板11”上形成一个保险丝121”，保险丝上方则依序是分隔层123”、热敏电 阻122”及保护层14”，并于两侧边形成端电极15”。本发明利用上述并联结构设计，将电流 分流至单一双保护元件中的正温度系数热敏电阻与保险丝，如此，不论在过温或过电流任 一条件超过额定时，均会迫使其中的保险丝短路，而促使流经热敏电阻的电流骤增，进而迅 速产生截断电流的效果，达到保护使用者安全的目的。
惟，以上所述者，仅为本发明实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。即， 大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本 发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种过温及过电流双保护元件的制造方法，其特征在于，包括下列步骤a)在一片基板上，设置至少一组包括两个端部，以及并联于该二端部间的至少一个保 险丝、及至少一个正温度系数热敏电阻的电路装置；b)形成一层保护层，该保护层与该基板共同形成一个至少被覆该保险丝及该正温度系 数热敏电阻的腔室；c)形成两个导接该二端部、且暴露于该腔室外的端电极。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，其中该步骤a)是形成多个电路装置在 该基板上，且该方法更包含在该步骤b)后，将该形成有该等电路装置的基板，依各该电路 装置的分布分离成晶粒的步骤d)。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，其中该等电路装置是以上述各该二端 部连线方向为一列方向，该等电路装置则以彼此沿着与该列方向夹一角度的行方向平行配 置，并于该基板上形成多行的矩阵配置，且该步骤d)更包括下列次步骤dl)将该等电路装置沿该等列方向分离成多行；及 d2)将该等行沿该行方向分离成个别晶粒。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，其中该步骤dl)是将该等由该基板分离 而成的多行的各侧边切面暴露，供形成该步骤c)的该等端电极。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，更包含在该步骤a)前，在该基板将形成 该保险丝及该正温度系数热敏电阻处，先形成一层隔绝层的步骤e)。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，更包含在该步骤a)及步骤b)间，形成 一层隔离层的步骤f)。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的制造方法，其特征在于，其中该步骤a)是在该基 板上同时形成该保险丝及该正温度系数热敏电阻。
8.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的制造方法，其特征在于，其中该步骤a)更包括下 列次步骤al)在该基板上形成该保险丝；及a2)在该保险丝上方形成该正温度系数热敏电阻。
9.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的制造方法，其特征在于，其中该步骤a)更包括下 列次步骤al)在该基板上形成该正温度系数热敏电阻；及 a2)在该正温度系数热敏电阻上方形成该保险丝。
10.一种过温及过电流双保护元件，其特征在于，包括 一个基板；一组包括两个端部，及并联于该二端部间的至少一个保险丝、与至少一个正温度系数 热敏电阻的电路装置；一层与该基板共同形成一个至少被覆该保险丝及该正温度系数热敏电阻的腔室的保 护层；及两个导接该二端部、且暴露于该腔室外的端电极。
11.如权利要求10所述的双保护元件，其特征在于，该基板更包括一层本体、及一层朝 向该电路装置方向形成于该本体上的一绝热层。
12.如权利要求10所述的双保护元件，其特征在于，该基板更包括一层本体、及一层朝 向该电路装置方向形成于该本体上的一绝缘层。
13.如权利要求10所述的双保护元件，其特征在于，其中该基板是一陶瓷基板。
14.如权利要求10、11、12或13所述的双保护元件，其特征在于，其中，该保险丝与该正 温度系数热敏电阻间，更形成有一分隔层。
15.如权利要求10、11、12或13所述的双保护元件，其特征在于，其中，该保险丝是形成 于该基板上、且该正温度系数热敏电阻系形成于该保险丝上。
16.如权利要求10、11、12或13所述的双保护元件，其特征在于，其中，该正温度系数热 敏电阻系形成于该基板上、且该保险丝系形成于该正温度系数热敏电阻上。
全文摘要
本发明揭示一种过温及过电流双保护元件及其制法，藉由在单一的保护元件中，并联设置一个保险丝与一个正温度系数热敏电阻，使得当电流过大时，保险丝将先熔断而使全部电流流经该热敏电阻，迫使其电流增大而升温，终至完全截断流经该元件的电流。相对在环境温度过高时，则由热敏电阻先受热提高阻值，迫使电流全部经由保险丝而致超过其额定范围，使保险丝熔断后，电流再度流回热敏电阻而导致全面断路效果。如此，可以藉由单一的被动元件，以低廉单价完成双重保护的效果，同时减少空间耗费，增加市场竞争力与接受度。
文档编号H02H3/08GK102035175SQ20091017735
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者余长欣, 吴怡萱 申请人:瑷司柏电子股份有限公司