专利名称：保护元件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电子装置中的保护元件，特别是涉及一种可防止过电流及 过电压的保护元件与其制作方法。
背景技术：
近年来，资讯科技突飞猛进，举凡手机、电脑及个人行动助理等资讯产品随处可 见，藉由它们的帮助，提供了人们在生活上食、衣、住、行、育、乐各方面的需求，也使人们对 资讯产品之依赖性与日俱增。然而，近来时常有关于手机等可携式电子产品的电池在充放 电的过程中爆炸的新闻。因此，业界开始加强电池在充放电的过程中的保护措施，以防止电 池在充放电的过程中因过电压或过电流而爆炸。
公知技术提出的保护元件的保护方式是使保护元件中的低熔点金属片与电池的 电路串联，且使保护元件中的低熔点金属片与加热元件电性连接至场效晶体管(FET)与集 成电路(IC)等所组成的控制单元。如此一来，当集成电路(IC)量测到的电压超过预设电 压值时会驱动场效晶体管(FET)，使电流通过保护元件中的加热元件而发热以熔断低熔点 金属片，进而使电池的电路呈断路的状态而达到过电压保护。此外，当通过低熔点金属片的 电流大于预设电流范围时，大量的电流流经低熔点金属片，会使低熔点金属片发热而熔断， 进而使电池的电路呈断路的状态而达到过电流保护。
图IA绘示公知的一种防护元件的剖面示意图，图IB绘示公知的另一种防护元件 的剖面示意图。请参照图IA所示，美国专利第5，712，610号揭露的公知的保护元件IOOa 具有一基板110、一加热元件120、一绝缘层130、一低熔点金属片140以及一内封止层150， 加热元件120配置于基板110上，绝缘层130覆盖加热元件120。低熔点金属片140配置于 绝缘层130上，且内封止层150覆盖低熔点金属片140。如此一来，加热元件120发热可直 接熔融低熔点金属片140，以使低熔点金属片140熔融而向加热元件120两侧的电极层160 流动。然而由于绝缘层130的表面近乎平坦，电极层160之相对于基板110的最大高度Hl 与绝缘层130之相对于基板110的最大高度H2差异不大，且熔融的低熔点金属片140依然 具有一定的粘度，因此，熔融的低熔点金属片140不易流动且无有效容纳空间，以致于加热 元件120无法有效熔断低熔点金属片140。
为改善绝缘层和电极层的相对高度差不大，导致熔融金属片不易流动且无有效容 纳空间的问题美国专利第7，286, 037号揭露具有悬空区域S的保护元件IOOb (请参照图 1B)，低熔点金属片141与绝缘层131之间藉由中间电极162的位置设置，使低熔点金属片 141和绝缘层131有一悬空高度H，且悬空高度H和低熔点金属片141的截面积的比值需大 于5X 10_5。然而，当保护元件尺寸要求缩小而耐电流要求不变时，随着低熔点金属片141的 截面积增加，需相对应增加悬空高度H的设计。换句话说，即需提高中间电极162或电极层 161、163的高度，造成保护元件高度无法同时缩小及制造成本增加。
此外，低熔点金属片上的内封止层在生产过程中，是先以点状助焊胶形成于低熔 点金属片上方中央处，待保护元件经由回焊(reflow)制造工艺焊接于电路板的同时，因内封止层的熔点较低而熔融流动覆盖低熔点金属片，防止低熔点金属片表面氧化，因此若点 状助焊胶于金属层上方涂布位置偏离中心点或回焊时之流动覆盖不完全，将影响低熔点金 属片之有效熔断稳定性。
由此可见，上述现有的保护元件及其制作方法在产品结构、制造方法与使用上，显 然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不 费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方 法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此 如何能创设一种新的保护元件及其制作方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业 界极需改进的目标。发明内容
本发明的目的在于，克服现有的保护元件存在的缺陷，而提供一种新的保护元件， 所要解决的技术问题是使其可有效防止过电流与过电压，非常适于实用。
本发明的另一目的在于，克服现有的线路基板的制作方法存在的缺陷，而提供一 种新的线路基板的制作方法，所要解决的技术问题是使其可将助焊剂内埋于金属片与基板 之间，确保金属片的有效熔断稳定性，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种保护元件，包含一基板、一第一电极、一第二电极、一第一助焊剂以及一金属片。第一 电极配置于基板上。第二电极配置于基板上。第一助焊剂配置于基板上并位于第一电极与 第二电极之间。金属片连接第一电极与第二电极，其中第一助焊剂与位于基板与金属片之 间。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在本发明的一实施例中，基板具有一中心部以及环绕中心部的一第一周边部、一 第二周边部、一第三周边部以及一第四周边部，第一周边部相对于第二周边部，第三周边部 相对第四周边部，第一电极与第二电极分别位于第一周边部与第二周边部上，且第一助焊 剂位于中心部上。
在本发明的一实施例中，保护元件还包含一第三电极、一第四电极以及一发热层。 第三电极配置于基板的第三周边部上。第四电极配置于基板的第四周边部上。发热层配置 于基板上且连接于第三电极与第四电极之间。
在本发明的一实施例中，第三电极的一第一延伸部延伸至发热层上方并位于第一 电极与第二电极之间，且第一助焊剂位于第一延伸部的周边。
在本发明的一实施例中，发热层位于基板与金属片之间。
在本发明的一实施例中，保护元件还包含一绝缘层，其覆盖发热层，并位于发热层 与第一延伸部之间，以及位于发热层与第一助焊剂之间。
在本发明的一实施例中，基板位于发热层与金属片之间。
在本发明的一实施例中，基板具有相对的一第一表面与一第二表面，且金属片与 发热层分别位于第一表面与第二表面上，第三电极自第一表面延伸至第二表面，至少部分 第四电极位于第二表面上。
在本发明的一实施例中，金属片的截面积和第一助焊剂与第一电极、第一延伸部及第二电极的总接触面积的比值小于1. 3。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的 一种保护元件的制作方法如下所述。首先，提供一基板。接着，形成一第一电极、一第二电 极、一第三电极和一第四电极于基板上。然后，形成一发热层于基板上，且电连接第三电极 与第四电极。之后，形成一第一助焊剂于第一电极和第二电极之间。接着，提供一金属片， 金属片连接第一电极与第二电极，及覆盖部分第一助焊剂。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在本发明的一实施例中，保护元件的制作方法还包含形成一焊料层于第一电极与 金属片之间，以及于第二电极与金属片之间。
在本发明的一实施例中，形成第一助焊剂的方法还包含在将第一助焊剂形成在第 一电极与第二电极之间时，将第一助焊剂形成在焊料层上。
在本发明的一实施例中，当焊料层的材质包含一焊料合金与一助焊材料时，形成 第一助焊剂的方法包含加热焊料层，以使助焊材料软化而流到第一电极与第二电极之间。
借由上述技术方案，本发明保护元件及其制作方法至少具有下列优点及有益效 果由于本发明的保护元件内埋有助焊剂，且助焊剂是位于金属层与发热层之间，因此，当 发热层发热时，熔融的助焊剂可有效地帮助金属层熔融。
综上所述，本发明是有关于一种保护元件及其制作方法。该一种保护元件包括一 基板、一第一电极、一第二电极、一助焊剂以及一金属片。第一与第二电极分别配置于基板 上。助焊剂配置于基板上并位于第一电极与第二电极之间。金属片连接第一电极与第二电 极，其中助焊剂位于基板与金属片之间。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极 效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图IA绘示公知的一种防护元件的剖面示意图。
图IB绘示公知的另一种防护元件的剖面示意图。
图2A绘示本发明一实施例的保护元件的俯视图。
图2B绘示图2A的保护元件的仰视图。
图2C绘示图2A的保护元件沿1-1’剖面线段的剖面图。
图2D绘示图2A的保护元件沿11_11，剖面线段的剖面图。
图3绘示图2A中的金属片的一种变化结构。
图4A 图4C绘示本发明一实施例的保护元件的制造工艺俯视图。
图5A 图5C绘示图4A 图4C的制造工艺的仰视图。
图6A绘示本发明一实施例的保护元件的俯视图。
图6B绘示图6A的保护元件的仰视图。
图6C绘示图6A的保护元件沿1-1’剖面线段的剖面图。
图6D绘示图6A的保护元件沿11-11，剖面线段的剖面图。
IOOaUOOb 保护元件110,210基板
120加热元件130,131,290 绝缘.
140、141 低熔点金属片150 内封止层
160、161、163 电极层162 中间电极
200、600 保护元件212 第—-周边部
214第二周边部216 第Ξ周边部
218第四周边部220第-一电极
230第二电极240 第三电极
242第一延伸部244A-Ap - 弟-二延伸部
250第四电极252第JΞ延伸部
260发热层280,280a 金属片
270、F:助焊剂 C:中心部
H:悬空高度 HI、H2 最大高度
Rl 第一凹槽 R2第二凹槽
S 悬空区域 Sl第一表面
S2 第二表面具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的保护元件及其制作方法的具体实施方式
、结构、方 法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
图2A绘示本发明一实施例的保护元件的俯视图，图2B绘示图2A的保护元件的仰 视图，图2C绘示图2A的保护元件沿1-1’剖面线段的剖面图，图2D绘示图2A的保护元件 沿11-11’剖面线段的剖面图。图3绘示图2A中的金属片的一种变化结构的剖面图。
请同时参照图2A、图2B、图2C与图2D所示，本实施例的保护元件200包括一基板 210、一第一电极220、一第二电极230、一第三电极对0、一第四电极250、一发热层沈0、一 助焊剂270以及一金属片观0。第一电极220、第二电极230、第三电极240与第四电极250 皆分别配置于基板210上。
详细而言，在本实施例中，基板210具有一中心部C以及环绕中心部C的一第一 周边部212、一第二周边部214、一第三周边部216以及一第四周边部218，其中第一周边部 212相对于第二周边部214，第三周边部216相对第四周边部218。第一电极220、第二电极 230、第三电极240与第四电极250可分别位于第一周边部212、第二周边部214、第三周边 部216以及第四周边部218上。基板210可具有相对的一第一表面Sl与一第二表面S2，且 第一电极220、第二电极230、第三电极240与第四电极250皆可由第一表面Sl延伸至第二 表面S2。然并不以此为限，各电极也可依实际设计需求而决定有无或位于第一表面Sl或第 二表面S2上，在另一实施例中，第四电极250也可仅位于第二表面S2上。
此外，在本实施例中，第三电极240的一第一延伸部242与一第二延伸部244分别 配置于第一表面Sl与第二表面S2上，并分别延伸至中心部C上。在本实施例中，第一延伸 部242与第二延伸部244分别位于二实质上相互平行但不重叠的平面上。第四电极250的一第三延伸部252配置于第二表面S2上，并延伸至中心部C上。第一、第二与第三延伸部 242、244、252可分别位于第一电极220与第二电极230之间。
基板210的材质包括陶瓷(例如氧化铝)、玻璃环氧树脂、二氧化锆(ZrO2)、氮化硅 (Si3N4)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)或是其他无机材料。第一电极220、第二电极230、第三 电极240与第四电极250的材质例如为银、铜、金、镍、银钼合金与镍合金等导电性质良好的 材料。
发热层260配置于第二表面S2上并连接于第二延伸部244与第三延伸部252之 间，其中第三电极MO的第一延伸部242是位于发热层260上方(如图2C所示)。发热层 沈0的材质包括二氧化钌(RuO2)、碳黑(可掺杂于水玻璃等无机系粘着剂中或是热硬化树 脂等有机系粘着剂中)、铜、钛、镍铬合金与镍铜合金。此外，为保护发热层260不受后制造 工艺(即制程，以下均称为制造工艺)及外界湿气、酸碱环境影响，可在发热层260上覆盖 一绝缘层四0，其材质包括玻璃胶或环氧树脂(印oxy resin) 0
助焊剂270配置于基板210的第一表面Sl上并位于第一延伸部M2的周边。详 细而言，在本实施例中，助焊剂270是位于第一电极220、第二电极230与第一延伸部242之 间。具体而言，助焊剂270是填充于由第一电极220、第一延伸部M2以及基板210所构成 的一第一凹槽Rl中，以及填充于由第二电极230、第一延伸部242以及基板210所构成的一 第二凹槽R2中。助焊剂270的材质包括树脂或松脂等。
金属片280配置于第一电极220、第一延伸部242与第二电极230上，且覆盖部分 的助焊剂270，其中助焊剂270与第一延伸部M2皆位于发热层260与金属片280之间，且 助焊剂270的熔点低于金属片观0的熔点。如此一来，当控制单元(未显示)侦测到过电 压状态，驱动发热层260发热熔断金属片280时，由于助焊剂270被金属片280覆盖且被第 一电极220、第二电极230与第一延伸部M2围绕，故助焊剂270可有效地帮助其上方的金 属片280熔断，使保护元件达到过电压保护目地。换言之，由于本实施例的助焊剂270是内 埋在保护元件200之中，可避免金属片280受热熔融开始流动的表面产生氧化薄膜，进而有 助于金属片280熔断。此外助焊剂270也可提供熔融金属片280和各电极间有较佳的润湿 性，且可增加熔融的金属片280本身的内聚力，使熔融金属片280可流动且聚集于各电极 上，进而达到有效熔断。
金属片观0的材质包括锡铅合金、锡银铅合金、锡铟铋铅合金、锡锑合金、锡银铜 合金等低熔点合金。此外，在其他实施例中，金属片^Oa可内埋有一助焊剂F(如图3所 示)，以利于金属片^Oa受热而熔断。需注意的是，虽然本发明在此是以具有发热层而可同 时提供过电压及过电流保护的保护元件结构进行说明，然而本发明所属技术领域中具有通 常知识者当知，本发明具有助焊剂270于金属片280下方帮助熔断稳定性的特征，亦可应用 在没有发热层的结构中，帮助金属片280在过电流通过而发热熔融时的熔断稳定性。
在本实施例中，由于助焊剂270可帮助金属片280熔融，因此需适当地调整金属片 280的截面积和助焊剂270与各电极的总接触面积的比值，以达到较佳的熔断稳定性。举例 来说，金属片观0的截面积和助焊剂270与各电极的总接触面积的比值可小于1. 3。详细 而言，当保护元件尺寸缩小而耐电流要求不变时，可依照金属片280和助焊剂270与各电极 的总接触面积比值进行调整，以达到较佳的设计。进一步举例说明，在本实施例中，金属片 280的截面积为与流经金属片观0的电流方向垂直的面的面积(例如图2D所示的截面)；助焊剂270与各电极的总接触面积是指助焊剂270于第一凹槽Rl和第二凹槽R2中分别与 第一电极220、第一延伸部242和第二电极230接触的表面的总表面积(如图2A及图2C所 示)°
此外，为了更进一步说明金属片280可有效熔断，因此本实施例提供数个实施范 例说明具有不同宽度或厚度的金属片观0的截面积A(mm2)和助焊剂270与各电极的总接 触面积F(mm2)之间的关系。各实施范例中所使用发热层沈0的发热功率为3. 5W，并以是否 熔断结果及熔断时间120秒为熔断与否(0K或NG)判定依据。实施范例10为未添加助焊 剂270的测试范例。
表一
权利要求
1.一种保护元件，其特征在于其包含一基板；一第一电极，配置于该基板上；一第二电极，配置于该基板上；一第一助焊剂，配置于该基板上并位于该第一电极与该第二电极之间；以及一金属片，连接该第一电极与该第二电极，其中该第一助焊剂位于该基板与该金属片 之间。
2.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于其中该基板具有一中心部以及环绕该中 心部的一第一周边部、一第二周边部、一第三周边部以及一第四周边部，该第一周边部相对 于该第二周边部，该第三周边部相对该第四周边部，该第一电极与该第二电极分别位于该 第一周边部与该第二周边部上，且该第一助焊剂位于该中心部上。
3.如权利要求2所述的保护元件，其特征在于其还包含一第三电极，配置于该基板的该第三周边部上；一第四电极，配置于该基板的该第四周边部上；以及一发热层，配置于该基板上且连接于该第三电极与该第四电极之间。
4.如权利要求3所述的保护元件，其特征在于其中该第三电极的一第一延伸部延伸至 该发热层上方并位于该第一电极与该第二电极之间，且该第一助焊剂位于该第一延伸部的 周边。
5.如权利要求3所述的保护元件，其特征在于其中该发热层位于该基板与该金属片之间。
6.如权利要求5所述的保护元件，其特征在于其中该第三电极的一第一延伸部延伸至 该发热层上方并位于该第一电极与该第二电极之间，且该第一助焊剂位于该第一延伸部的 周边。
7.如权利要求6所述的保护元件，其特征在于其还包含一绝缘层，覆盖该发热层，并位于该发热层与该第一延伸部之间，以及位于该发热层与 该第一助焊剂之间。
8.如权利要求6所述的保护元件，其特征在于其中该第三电极还具有一第二延伸部， 该第四电极具有一第三延伸部，该第二延伸部与该第三延伸部延伸至该中心部上并位于该 第一电极与该第二电极之间，且该发热层配置于该中心部上并连接于该第二延伸部与该第 三延伸部之间。
9.如权利要求8所述的保护元件，其特征在于其还包含一绝缘层，覆盖该发热层、该第一延伸部以及该第二延伸部，并位于该发热层与该第一 延伸部之间，以及位于该发热层与该第一助焊剂之间。
10.如权利要求6所述的保护元件，其特征在于其中该金属片的截面积和该第一助焊 剂与该第一电极、该第一延伸部及该第二电极的总接触面积的比值小于1. 3。
11.如权利要求3所述的保护元件，其特征在于其中该基板位于该发热层与该金属片 之间。
12.如权利要求11所述的保护元件，其特征在于其中该基板具有相对的一第一表面与 一第二表面，且该金属片与该发热层分别位于该第一表面与该第二表面上，该第三电极自该第一表面延伸至该第二表面，至少部分该第四电极位于该第二表面上。
13.如权利要求12所述的保护元件，其特征在于其中该第三电极的一第一延伸部延伸 至该发热层上方并位于该第一电极与该第二电极之间，该第一助焊剂位于该第一电极、该 第二电极与该第一延伸部之间。
14.如权利要求13所述的保护元件，其特征在于其中该金属片的截面积和该第一助焊 剂与该第一电极、该第一延伸部及该第二电极的总接触面积的比值小于1. 3。
15.如权利要求13所述的保护元件，其特征在于其中该第三电极还具有一第二延伸 部，该第四电极具有一第三延伸部，该第二延伸部与该第三延伸部位于该第二表面上并位 于该第一电极与该第二电极之间，且该发热层连接于该第二延伸部与该第三延伸部之间。
16.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于其中该金属片的截面积和该第一助焊 剂与该第一电极及该第二电极的总接触面积的比值小于1. 3。
17.一种保护元件的制作方法，其特征在于其包含提供一基板；形成一第一电极、一第二电极、一第三电极和一第四电极于该基板上；形成一发热层于该基板上，且电连接该第三电极与该第四电极；形成一第一助焊剂于该第一电极和该第二电极之间；以及提供一金属片，该金属片连接该第一电极与该第二电极，及覆盖部分该第一助焊剂。
18.如权利要求17所述的保护元件的制作方法，其特征在于其还包含形成一焊料层于 该第一电极与该金属片之间，以及于该第二电极与该金属片之间。
19.如权利要求18所述的保护元件的制作方法，其特征在于其中形成该第一助焊剂的 方法还包含在将该第一助焊剂形成在该第一电极与该第二电极之间时，将该第一助焊剂形成在该 焊料层上。
20.如权利要求18所述的保护元件的制作方法，其特征在于其中当该焊料层的材质包 含一焊料合金与一助焊材料时，形成该第一助焊剂的方法包含加热该焊料层，以使该助焊材料软化而流到该第一电极与该第二电极之间。
全文摘要
本发明是有关于一种保护元件及其制作方法。该保护元件包括一基板、一第一电极、一第二电极、一助焊剂以及一金属片。第一与第二电极分别配置于基板上。助焊剂配置于基板上并位于第一电极与第二电极之间。金属片连接第一电极与第二电极，其中助焊剂位于基板与金属片之间。由于本发明的保护元件内埋有助焊剂，且助焊剂是位于金属层与发热层之间，因此，当发热层发热时，熔融的助焊剂可有效地帮助金属层熔融。
文档编号H02H7/18GK102035185SQ200910178808
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者林鸿铭, 江朗一, 王钟雄, 罗文翔, 陈国枢 申请人:乾坤科技股份有限公司