专利名称：保护元件及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电子装置中的保护元件，且特别涉及一种可防止过电流及过电压的保护元件及电子装置。
背景技术：
近年来，信息科技突飞猛进，举凡手机、电脑及个人行动助理等信息产品随处可见，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，也使人们对信息产品的依赖性与日俱增。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。现有技术提出的防护元件的防护方式是使防护元件中的温度保险丝与电池的电路串联，且使防护元件中的温度保险丝与加热器电性连接至场效晶体管(FET)与集成电路 (IC)等控制单元。如此一来，当集成电路量测到在过电压时会驱动场效晶体管，使电流通过保护元件中的加热器加热以熔断温度保险丝，进而使电池的电路呈断路的状态而达到过电压保护。此外，当过电流时，大量的电流流经温度保险丝会使温度保险丝加热而熔断，进而使电池的电路呈断路的状态而达到过电流保护。图1为现有的一种防护元件的剖面示意图。该现有防护元件为一个温度保险丝封装体，请参考图1，温度保险丝封装体100具有一基板110、一加热器120、一绝缘层130、一金属层140以及一助焊剂150。加热器120配置在基板110上电连接两加热器电极125，绝缘层130覆盖加热器120和加热器电极125。金属层140配置在绝缘层130上，且助焊剂 150完全覆盖于金属层140。如此一来，加热器120加热可直接熔融金属层140，以使金属层 140熔融而向加热器120两侧的电极层160和中间电极165流动。然而，由于金属层140表面容易产生氧化，若助焊剂150没有完全包覆金属层140， 熔融的金属层140会在两侧电极层160与中间电极165间产生拉弧现象(fuse arcing)， 无法确保有效熔断的过电压保护要求。此外，为减少拉弧现象的产生、提高过电压保护的稳定性，还需控制金属层140的截面积、与中间电极165的面积的大小、电极层160与中间电极165之间的间距或金属层140与绝缘层130之间的间距等参数，造成产品尺寸缩小设计的限制、过电压熔断可靠度下降等问题。
发明内容
本发明提供一种保护元件，可有效防止过电流与过电压。本发明提供一种电子装置，其具有上述的保护元件，可有效防止过电流与过电压。本发明提出一种保护元件，其包括一基板、一上电极、一下电极、一端电极、一加热器、一金属块以及至少一桥接线。基板具有彼此相对的一第一表面与一第二表面。上电极配置在基板的第一表面上。上电极包括一第一子电极及彼此相对的一第三子电极与一第四子电极。下电极配置在基板的第二表面上。端电极连接上电极与下电极。加热器配置在基板上，且电性连接第一子电极。金属块配置在基板的第一表面上，且连接第三子电极与第四子电极。桥接线配置在金属块的上方并部分接触于金属块，且具有彼此相对的一第一端及一第二端。桥接线的第一端固定在第一子电极上。桥接线在基板的第一表面上的正投影与第一子电极在基板的第一表面上的正投影至少部份重叠。本发明还提出一种保护元件，其包括一基板、一上电极、一下电极、一端电极、一加热器、一金属块、至少一桥接线以及一辅助介质。基板具有彼此相对的一第一表面与一第二表面。上电极配置在基板的第一表面上。上电极包括一第一子电极及彼此相对的一第三子电极与一第四子电极。下电极配置在基板的第二表面上。端电极连接上电极与下电极。加热器配置在基板上，且电性连接第一子电极。金属块配置在基板的第一表面上，且连接第三子电极与第四子电极。桥接线配置在金属块的上方，且具有彼此相对的一第一端及一第二端。桥接线的第一端固定在第一子电极上。桥接线在基板的第一表面上的正投影与第一子电极在基板的第一表面上的正投影至少部份重叠。辅助介质配置在桥接线与金属块之间。本发明还提出一种电子装置，其包括如上述所述的保护元件、一电池以及一侦测控制器。电池耦接至保护元件。侦测控制器耦接至保护元件与电池。当侦测控制器侦测到一过电压状态时，侦测控制器会提供一电压至保护元件，而驱动保护元件的加热器通电发热，以熔断金属块。基于上述，本发明的保护元件具有桥接线，因此当加热器加热而使金属块呈现熔融状态时，熔融态的金属会因表面张力与毛细现象的缘故而往所接触的桥接线以及第一子电极的第一延伸部流动，如此一来，可达到切断电路而达成有效防止过电压或过电流。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为现有的一种防护元件的剖面示意图。 图2A为本发明的一实施例的一种保护元件的俯视示意图。 图2B为图2A的保护元件的仰视示意图。 图2C为图2A的保护元件沿线I-I的剖面示意图。 图2D为图2A的保护元件沿线II-II的剖面示意图。 图3A为本发明的另一实施例的一种保护元件的剖面示意图。 图3B为本发明的又一实施例的一种保护元件的剖面示意图。 图4A 图4D为本发明一实施例的保护元件的工艺俯视图。 图5A为本发明的另一实施例的一种保护元件的俯视示意图。 图5B为图5A的保护元件的仰视示意图。 图5C为图5A的保护元件沿线III-III的剖面示意图。 图6为本发明的另一实施例的一种保护元件的剖面示意图。 图7为本发明的一实施例的一种电子装置的方块示意图。 主要元件符号说明
100 温度保险丝封装体； 110 基板；
120 加热器；125 加热器电极；
130 色缘层；140 金属层；150:助辉剂；160:电极层；165:中间电极；210:基板；212 第一表面；214 第二表面；216:侧表面；220、320:上电极；222.322 第一子电极；222a、32^i 本体部；222b.322b 第一延伸部； 222c 第二延伸部；224:第二子电极；2Ma:第三延伸部；226、326 第三子电极；228、328 第四子电极；230、330:下电极；232、332 第五子电极；23加、322(；第二延伸部； 234、334 第六子电极；234a.324a 第三延伸部； 236、336 第七子电极；238、338 第八子电极；M0、340 端电极；250 加热器；260 第一助熔剂；265 第二助熔剂；269 辅助介质；270 金属块；^0、^0a、285 桥接线；282a 第一端；第二端；292 辉料层；294 绝缘层；296 壳体；323 接合部；400 电子装置； 410 电池；430 侦测控制器；520 电源供应器；D、Dl:间隔距离；200a、200b、200b，、200c、200d 保护元件。
具体实施例方式图2A为本发明的一实施例的一种保护元件的俯视示意图。图2B为图2A的保护 元件的仰视示意图。图2C为图2A的保护元件沿线I-I的剖面示意图。图2D为图2A的保 护元件沿线II-II的剖面示意图。请同时參考图2A、图2B、图2C以及图2D，在本实施例中， 保护元件200a包括一基板210、一上电极220、一下电极230、一端电极MO、一加热器250、 一第一助熔剂沈0、一金属块270以及至少一桥接线观0(图2A中仅示意地示出一条)。详细而言，基板210具有彼此相対的一第一表面212与一第二表面214以及连接 第一表面212与第二表面214的一侧表面216。在本实施例中，基板210的材质包括陶瓷(例 如氧化招)、塑胶薄膜(plastic film)、玻璃环氧树脂、ニ氧化错(Zr02)、氮化娃(Si^N^)、氮 化招(AlN)、氮化硼(BN)或是其他无机材料。上电极220配置在基板210的第一表面212上，且具有彼此相対的一第一子电极 222与一第二子电极224以及彼此相対的一第三子电极226与一第四子电极228。需注意 的是，在其他实施例中，上电极220也可不包含第二子电极224，且不影响过电流及过电压 保护效果。较佳地，第一子电极222还具有一本体部22 以及一与本体部22 相连接的 第一延伸部222b，其中第一延伸部222b位于第三子电极2 ^与第四子电极2 之间。
下电极230配置在基板210的第二表面214上。端电极240连接上电极220与下电极230，且覆盖基板210的部分侧表面216。在本实施例中，上电极220、下电极230与端电极MO的材质例如为银胶、镍和金的多层堆叠结构，此外也可以银钼合金、镍合金、铜、锡等导电性质良好的材料来替代。在本实施例中，加热器250配置在基板210的第二表面214上，且连接下电极230。 下电极230具有彼此相对的一第五子电极232与一第六子电极234以及彼此相对的一第七子电极236与一第八子电极238。第五子电极232、第六子电极234、第七子电极236、第八子电极238依序对应第一子电极222、第二子电极224、第三子电极226以及第四子电极228 配置。第五子电极232具有一第二延伸部232a，第六子电极234具有一第三延伸部23如。 第二延伸部23 与第三延伸部23 位于第七子电极236与第八子电极238之间并彼此平行且不重叠，而加热器250连接在第二延伸部23 与第三延伸部23 之间。然而，在其他实施例中，加热器250也可直接连接在第五子电极232和第六子电极 234之间，而不需有第二延伸部23 与第三延伸部23如。而且，在再一实施例中，加热器 250也可配置在基板210的第一表面212上，且连接在上电极220的第一子电极222和第二子电极2M之间(未示出)。此外，在本实施例中，加热器250的材质包括二氧化钌(RuO2)、 碳黑(可掺杂在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等，可分别利用厚膜印刷、溅镀、压合贴合或薄膜微影工艺等形成。再者， 为保护加热器250不受外界环境的污染或氧化，可在加热器250上覆盖一绝缘层四4，其材质包括玻璃胶或环氧树脂(印oxy resin)等。第一助熔剂260配置在基板210的第一表面212上，并位于第一延伸部222b与第三子电极2 之间，以及位于第一延伸部222b与第四子电极2 之间。在本实施例中，第一助熔剂260是由松脂(rosin)、软化剂、活性剂(activeagent)以及合成橡胶(synthetic rubber)所组成。金属块270配置在基板210的第一表面212上，且连接第三子电极226、第一延伸部222b与第四子电极228。具体来说，金属块270覆盖部分第三子电极226、第一助熔剂沈0、第一延伸部222b与第四子电极228。当加热器250加热而使第一助熔剂沈0与金属块270皆处在熔融状态时，因第一助熔剂260可避免金属块270受热熔融开始流动的表面在放置或一般电流通过时产生氧化薄膜，因此可以提高确保金属块270熔断的效果。此外， 本实施例的金属块270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。本实施例的保护元件200a包括桥接线观0，其中桥接线280配置在金属块270的上方并部分接触在金属块270，且具有彼此相对的一第一端观加及一第二端^2b。特别是， 桥接线观0的第一端观加固定在第一子电极222的本体部22 上，然并不以此为限，桥接线观0的第一端观加也可固定在第一子电极222的第一延伸部222b与本体部22 连接的一端。此外，桥接线280在基板210的第一表面212上的正投影与第一延伸部222b在基板210的第一表面212上的正投影至少部份重叠。换言的，本实施例的桥接线280跨接在金属块270的上方，且桥接线观0的形状例如是弧形。具体来说，在本实施例中，为了让桥接线280发挥其较佳的效能，较佳地，是将桥接线观0的第二端固定在第一子电极222的第一延伸部222b远离本体部22 的一端上。也就是说，桥接线观0的第一端观加与第二端分别固定在第一子电极222的本体部22 与第一延伸部222b上，且桥接线280所呈现的形状例如是拱形。值得一提的是，本发明并不限定桥接线观0的形状、数量与型态，虽然此处所提及的桥接线观0的形状具体化为弧形或拱形，且具体化为一条金属线。但，在其他实施例中， 请参考图3A，保护元件200b的桥接线^Oa所呈现的形状亦可为弯折状，例如是帽子形或其他适当的形状；或者是，保护元件200a可具有二或二条以上的桥接线观0 或者是，桥接线 280是由许多条绞线(未示出)所卷曲所构成，仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。在本实施例中，由于桥接线280与金属块270之间仅有部分接触，且桥接线280的最高点与金属块270的远离基板210的一侧表面相隔一间隔距离D，例如间隔距离D可小于等于0. 25mm，较佳地，可介于Omm至0. Imm之间。因此，可在桥接线280与金属块270之间配置第二助熔剂265，来做为引导熔融的金属块270流动的媒介，第二助熔剂沈5的材料除可使用与第一助熔剂260相同的松脂等材料外，亦可为一焊料层或其组合。换言之，第一助熔剂260与第二助熔剂沈5的材质可依使用需求而采用相同或不同材料。此外，配置在桥接线观0与金属块270之间的第二助熔剂265亦具有避免金属块270氧化的效果。另外， 桥接线观0的第一端观加与第一子电极222的本体部22 连接处以及桥接线观0的第二端与第一子电极222的第一延伸部222b的连接处亦可涂布第二助熔剂沈5，可避免桥接线观0的第一端观加与第二端产生氧化，以加强桥接线洲0的结构强度。由于本实施例的保护元件200a具有桥接线观0，因此当加热器250加热而使金属块270呈现熔融状态时，熔融的金属块270会因表面张力与毛细现象的缘故而吸附在所接触的桥接线280上，且可进一步往第一延伸部222b流动，来达到切断电路而达成有效防止过电压或过电流。也就是说，熔融的金属块270经由桥接线观0的吸附，不易导通第一延伸部222b与第三子电极2 或第一延伸部222b与第四子电极228，故可避免保护元件200a 产生短路的现象，使其具有较佳的可靠度。值得一提的是，在其他实施例中，请参考图:3B，桥接线285亦可不接触金属块270。 详细来说，在图3B的实施例中，桥接线285的形状例如是一π字型，其中桥接线285与金属块270不接触，且一辅助介质269位于桥接线285与金属块270之间。在本实施例中，辅助介质269例如是一助溶剂或一焊料层。当加热器250加热而使金属块270呈现熔融状态时，熔融的金属块270会因表面张力与毛细现象的缘故透过辅助介质269而吸附在的桥接线285上，来达到切断电路而达成有效防止过电压或过电流。再者，由于金属块270的熔断区域仅发生在金属块270与桥接线280在基板210 的第一表面212上的正投影相互重叠的区域及其周围，因此只需在金属块270与桥接线280 的之间配置第二助熔剂265来形成金属块270的表面抗氧化层。如此一来，金属块270的表面无需完全涂布第二助熔剂265，可减少第二助熔剂沈5的使用量，以降低生产成本。在另一方面，由于金属块270的熔化量减少，因此可缩短本实施例的保护元件200a在过电压保护作动所需时间，亦可降低熔融的金属块270导通第一延伸部222b与第三子电极2 或第一延伸部222b与第四子电极2 而产生短路的现象，而使本实施例的保护元件200a具有较佳的可靠度。此外，在本实施例中，桥接线观0的材质例如是一单一金属、一双层金属或一合金，其中单一金属例如是金、银、锡、镍、铝或铜，双层金属例如是由银、金或锡包覆铜所组成，而合金例如是铜银合金、铜镍合金、镍锡合金或铜镍锡合金，本发明并不以此为限。在此必须说明的是，桥接线观0的外表面需与熔融的金属层270具有较佳的润湿性(Wetting) 与吸附性(例如焊锡性(Solderability))，因此桥接线观0的材质亦可由具有良好焊锡性的外金属层和具有较佳热传导的内金属层所组成，例如铜镀银、铜镀镍、铜镀锡、镍镀锡、铜镀金等材料。由于桥接线280的材质为金属或合金，因此桥接线280具有散热的功能，可提高保护元件200a的散热效果。另外，在本实施例中，保护元件200a还包括一焊料层292在第三子电极226、第四子电极228与第一延伸部222b之上，藉以固定金属块270在第三子电极226、第四子电极 228与第一延伸部222b之上，然并不以此为限，金属块270也可以现有的其他焊接技术固定而没有焊料层。在本实施例中，焊料层四2的材质可包括锡银合金、锡铅合金等焊接材料。为了更进一步确保熔融的金属块270可因表面张力与毛细现象的缘故而吸附在所接触的桥接线280上以及往第一延伸部222b流动，来达到切断电路而达成有效防止过电压或过电流，因此本实施例针对金属块270、桥接线观0以及第一子电极222的第一延伸部 222b之间的关系作实验。其中，第一延伸部222b所在的区域定义为一有效电极面积，而金属块270在第一延伸部222b的延伸方向(此方向与电流方向实质上垂直)的长度乘上金属块270的厚度所得的乘积定义为一金属块截面积。由表一可得知当桥接线观0的纵切面的面积与有效电极面积的比值大于等于 0. 36，且桥接线观0的纵切面的面积与金属块截面积的比值大于等于2. 6时，加热器250可确实熔断金属块270。当桥接线280的纵切面的面积越大时，其吸附熔融的金属块270的吸附量也越多。再者，由于金属块270的尺寸决定金属块截面积，因此当金属块270的尺寸越大时，保护元件200a所需的桥接线280尺寸也需更大。另外，由于熔融的焊料层292其润湿性较佳，因此当金属块270熔断时，会聚集于熔融的焊料层292上，且熔融的金属块270会因表面张力与毛细现象的缘故而吸附在所接触的桥接线280上以及往第一延伸部222b流动，可以确保熔融的金属不会让第一延伸部 222b与第三子电极2 或第四子电极2 产生短路现象。如此一来，可进一步确保金属块 270可有效地被熔断，而达成有效防止过电压或过电流。简言之，当桥接线观0的纵切面的面积与有效电极面积的比值大于等于0. 36，且桥接线观0的纵切面的面积与金属块截面积的比值大于等于2. 6时，可提高金属块270有效熔断的可靠度。由于本实施例的桥接线280的纵切面的面积与有效电极面积选用特定范围的比值，且桥接线观0的纵切面的面积与金属块截面积选用特定范围的比值。因此，当保护元件200a为了搭配小尺寸的电子产品而缩小其元件体积时，上电极220的第一子电极 222的第一延伸部222b亦能提供相应的电极面积且可透过选用适当尺寸的桥接线观0来搭配，即可确保金属块270能迅速熔断。如此一来，除了可增加保护元件200a的应用范围外， 亦可提高保护元件200a的可靠度。表一
权利要求
1.一种保护元件，包括一基板，具有彼此相对的一第一表面与一第二表面；一上电极，配置在该基板的该第一表面上，包括一第一子电极及彼此相对的一第三子电极与一第四子电极；一下电极，配置在该基板的该第二表面上；一端电极，连接该上电极与该下电极；一加热器，配置在该基板上，且电性连接该第一子电极；一金属块，配置在该基板的该第一表面上，且连接该第三子电极与该第四子电极；以及至少一桥接线，配置在该金属块的上方并部分接触于该金属块，且具有彼此相对的一第一端及一第二端，其中该桥接线的该第一端固定在该第一子电极上，且该桥接线在该基板的该第一表面上的正投影与该第一子电极在该基板的该第一表面上的正投影至少部份重叠。
2.根据权利要求1所述的保护元件，其中该第一子电极具有一本体部以及与该本体部相连接的一第一延伸部，且该第一延伸部位于该第三子电极与该第四子电极之间。
3.根据权利要求2所述的保护元件，其中该桥接线的该第二端固定在该第一延伸部上。
4.根据权利要求2所述的保护元件，其中该桥接线的该第一端固定在该本体部上，该第二端固定在该第一延伸部上。
5.根据权利要求2所述的保护元件，其中该第一延伸部所在的区域定义为一有效电极面积，而该桥接线的纵切面的面积与该有效电极面积的面积的比值大于等于0. 36。
6.根据权利要求2所述的保护元件，其中该金属块在该第一延伸部的延伸方向的长度乘上该金属块的厚度所得的乘积定义为一金属块截面积，而该桥接线的纵切面的面积与该金属块截面积的比值大于等于2. 6。
7.根据权利要求2所述的保护元件，其中该第一延伸部延伸至该加热器的上方，且该桥接线在该基板的该第一表面上的正投影与该第一延伸部在该基板的该第一表面上的正投影至少部份重叠。
8.根据权利要求1所述的保护元件，其中该桥接线的最高点与该金属块远离该基板的一侧表面相隔一间隔距离，该间隔距离介于Omm至0. 25mm之间。
9.根据权利要求1所述的保护元件，还包含一第一助熔剂，配置在该基板的该第一表面上，并位于该第三子电极以及该第四子电极之间。
10.根据权利要求1所述的保护元件，还包含一第二助熔剂配置在该桥接线与该金属块之间。
11.根据权利要求1所述的保护元件，其中该桥接线的形状为一弧形或一弯折状。
12.根据权利要求1所述的保护元件，其中该加热器位于该基板的该第二表面上，且连接该下电极。
13.根据权利要求12所述的保护元件，其中该下电极具有彼此相对的一第五子电极与一第六子电极，该第五子电极对应该第一子电极配置，且该加热器连接该第五子电极与该第六子电极。
14.根据权利要求1所述的保护元件，其中该上电极还包括一第二子电极，而该加热器位于该第一表面上且连接该第一子电极和该第二子电极。
15.根据权利要求1所述的保护元件，还包括一绝缘层，覆盖该加热器。
16.根据权利要求1所述的保护元件，还包括一壳体，配置在该基板的该第一表面上， 且覆盖该金属块。
17.一种保护元件，包括一基板，具有彼此相对的一第一表面与一第二表面；一上电极，配置在该基板的该第一表面上，包括一第一子电极及彼此相对的一第三子电极与一第四子电极；一下电极，配置在该基板的该第二表面上；一端电极，连接该上电极与该下电极；一加热器，配置在该基板上，且电性连接该第一子电极；一金属块，配置在该基板的该第一表面上，且连接该第三子电极与该第四子电极；至少一桥接线，配置在该金属块的上方，且具有彼此相对的一第一端及一第二端，其中该桥接线的该第一端固定在该第一子电极上，且该桥接线在该基板的该第一表面上的正投影与该第一子电极在该基板的该第一表面上的正投影至少部份重叠；以及一辅助介质，配置在该桥接线与该金属块之间。
18.根据权利要求17所述的保护元件，其中该辅助介质为一助熔剂或一焊料层。
19.一种电子装置，包括根据权利要求1或第17所述的保护元件；一电池，耦接至该保护元件；以及一侦测控制器，耦接至该保护元件与该电池，其中当该侦测控制器侦测到一过电压状态时，该侦测控制器会提供一电压至该保护元件，而驱动该保护元件的该加热器通电发热， 以熔断该金属块。
全文摘要
本发明提供一种保护元件及电子装置。其中保护元件，其包括一基板、一上电极、一下电极、一端电极、一加热器、一金属块以及至少一桥接线。基板具有彼此相对的一第一表面与一第二表面。上电极配置在基板的第一表面上且包括一第一子电极、一第三子电极及一第四子电极。下电极配置在基板的第二表面上。端电极连接上电极与下电极。加热器配置基板上且电性连接第一子电极。金属块配置在基板的第一表面上且连接第三子电极与第四子电极。桥接线配置在金属块的上方且部分接触于金属块，且桥接线的一第一端固定在第一子电极上。桥接线与第一子电极在第一表面上的正投影至少部份重叠。
文档编号H02H3/08GK102237674SQ20101015419
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者刘春条, 林鸿铭, 王钟雄, 罗文翔, 陈国枢 申请人:乾坤科技股份有限公司