专利名称：过电流保护元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种被动元件，且特别涉及ー种过电流保护元件。
背景技术：
热敏电阻被用于保护电路，使其免于因过热或流经过量电流而损坏。热敏电阻通常包括两电极及位于两电极间的电阻材料。此电阻材料 在室温时具低电阻值，而当温度上升至ー临界温度或电路上有过量电流产生时，其电阻值可立刻跳升数千倍以上，以此抑制过量电流通过，以达到电路保护的目的。当温度降回室温后或电路上不再有过电流的状况时，热敏电阻可回复至低电阻状态，而使电路重新正常操作。此种可重复使用的优点，使热敏电阻取代保险丝，而被更广泛运用在高密度电子电路上。热敏电阻的触发(trip)温度主要取决于材料的种类，为因应例如电池的低温エ作环境所需，常会采用触发温度较低的低温材料，以致于造成热敏电阻的维持电流(holdcurrent)下降。尤其是在电池的应用上,在较高的温度下(例如60°C或70°C ),必须仍然要有相当高的维持电流，却必须在80°C以下快速触发，若单靠调整热敏电阻的材料，是很难达到这样的功能。因为若要在60-70°C达到高维持电流必须使用高温材料(例如高密度聚こ烯HDPE)，但若使用高温材料就不能够达到80°C以下快速触发的要求。但若使用低温材料(例如低密度聚こ烯LDPE)是可以达到80°C以下快速触发的要求，却无法在60-70°C达到高维持电流。因此，如何达到高维持电流又同时具备低温触发的保护功能，成为现今技术难以兼顾的问题。
发明内容
本发明提供一种过电流保护元件，其可同时具备高维持电流的特性并可具备低温触发保护的功能。本发明ー实施例的过电流保护元件包括第一导电构件、第二导电构件、电阻元件及温度检测开关。第一导电构件包括在同一平面上的第一电极箔及第ニ电极箔。电阻元件叠设于该第一导电构件及第ニ导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性。温度检测开关可根据温度变化，切换该第一电极箔及第ニ电极箔间为电气导通或限流(例如断路)状态，此温度切換电气导通或限流状态被称为临界温度。该温度检测开关的临界温度低于该电阻元件的触发温度。当该温度检测开关为导通时，电流流经该第一电极箔与第二电极箔、电阻元件及第二导电构件形成的导电路径，当瞬间过电流通过该导电路径时，触发该电阻元件由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用，当过电流状况解除后，该电阻元件又恢复原先低电阻状态。当温度检测开关的温度超过其临界温度时，该温度检测开关切换为限流状态，电流瞬间流经该第一电极箔、电阻元件及第ニ导电构件形成的导电路径，并产生高热而触发该电阻元件由低电阻状态成为高电阻状态，当温度下降至低于该临界温度，该电阻元件又恢复原先低电阻状态。本发明的过电流保护元件利用电极箔面积的不同，形成具有不同电阻值的导电路径。由此，电阻元件可使用高温材料而具备高维持电流的特性，且同时具备低温触发的功效，进而增进过电流保护元件的耐电压特性及使用寿命。
图IA所示为本发明第一实施例的过电流保护元件的立体结构图。图IB所示为本发明第一实施例的过电流保护元件的平面示意图。图IC所示为本发明第一实施例的过电流保护元件的电路示意图。图2所示为本发明第二实施例的过电流保护元件的结构示意图。·
图3所示为本发明第三实施例的过电流保护元件的结构示意图。图4所示为本发明第四实施例的过电流保护元件的结构示意图。图5所示为本发明第五实施例的过电流保护元件的结构示意图。其中，附图标记说明如下10、20、30、40、50 :过电流保护元件11、31、41 :电阻元件12、32、42 :第一导电构件12a、32a、42a :第一电极箔12b、32b、42b :第二电极箔13、33、43 :第二导电构件14:导电层15、35 :绝缘层16、36、46 :第一外接电极17、37、47 :第二外接电极18、18’ 导电连接件19、39、49 :温度检测开关21 :第一电阻22:第二电阻38:导电柱51 :第一箔片52 :第二箔片53:第三箔片。
具体实施例方式本发明第一实施例的过电流保护元件10的立体结构图如图IA所示，其为表面粘着型元件(SMD)。图IB为过电流保护元件10的平面示意图。过电流保护元件10包括电阻兀件11、第一导电构件12、第二导电构件13、导电层14、绝缘层15、第一外接电极16、第二外接电极17、导电连接件18以及温度检测开关19。电阻元件11为叠设于第一导电构件12及第ニ导电构件13之间。第一外接电极16及第ニ外接电极17设于第二导电构件13的同ー侧，也即元件下方，作为外接电源的接ロ。第二导电构件13与第二外接电极17间以导电层14作电气连接。第一导电构件12包括第一电极箔12a及第ニ电极箔12b,其中电极箔12a及12b之间以沟槽20隔离，其中第一电极箔12a与第二电极箔12b在同一平面上。一实施例中，第一电极箔12a的面积小于第二电极箔12b的面积。绝缘层15设于第一外接电极16及第ニ电极箔13之间，在两者之间进行电气隔离。导电连接件18在本实施例中为表面镀有导电膜的半圆导电通孔，其连接第一外接电极16及第一电极箔12a，用于两者之间的电气导通。温度检测开关19设于第一导电构件12的表面。温度检测开关19具有ー临界温度，该临界温度低于电阻元件11的触发温度。一实施例中，温度检测开关19感应环境温度而发生变化。当温度检测开关19的温度小于临界温度时，温度检测开关19为导通，当温度大于等于临界温度时，温度检测开关19将切换为限流状态(例如高电阻状态或断路)。一实施例中，温度检测开关19为利用精密机械技术制作的金属簧片开关，利用热胀冷缩的原理，达到开关切换为导通或断路的功能。另ー实施例中，温度检测开关19为另ー热敏电阻元件，但选用低温触发材料，使其触发温度较电阻元件11的触发温度为低。具有低温触发材料的温度检测开关19触发时，温度检测开关19的电阻将弹升，而大幅降低及限制其中 流经的电流，而达到“限流”状态。扩展来说，断路即为“限流”的极端状态，完全不允许电 流流经温度检测开关19。当温度检测开关19为导通状态时，理论上电流由第一外部电极16经导电连接件18后，将分别经由第一电极箔12a及第ニ电极箔12b进入电阻元件11，之后再经由导电层14及第ニ外接电极17流出。然而按电阻公式R= PXL/A(R为电阻，P为电阻系数，L为导线长度，A为导线面积)，当电流流经的面积愈大，其电阻将愈小。若将第一电极箔12a、电阻元件11及第ニ导电构件13的路径设为第一导电路径，第一电极箔12a的面积为Al，且第二电极箔12b、电阻元件11及第ニ导电构件13设为第二导电路径，第二电极箔12b的面积为A2，其中第一电极箔12a的面积Al占第一导电构件12总面积(A1+A2)的百分率是从5%至75%，较佳比率是从10%至50%。通常第一电极箔12a的面积较第二电极箔12b为小，故第一导电路径的电阻将大于第二导电路径的电阻。因此，当温度检测开关19导通时，整体电阻是在最低状态R= P XIV(A1+A2)，电流同时通过该第一与第二导电路径，因此元件有高的维持电流，也有高的触发电流(Trip Current)。当瞬间过电流通过该第一及第二导电路径时，触发该电阻元件11由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用。当过电流状况解除后，该电阻元件11恢复原先低电阻状态。当温度达到温度检测开关19的临界温度时，温度检测开关19将切换为限流状态，使得电流瞬间流经第一电极箔12a、电阻元件11及第ニ导电构件13，也即流经电阻较大的第一导电路径。此时，原本流经第二电极箔12b的电流将瞬间被迫流经第一电极箔12a，但因流经第一电极箔12a的第一导电路径的电阻较大，电阻骤升至R = P XL/A1，电流将于第一导电路径急剧产生热量，当热量提升温度到达电阻元件11的触发温度时，将触发该电阻元件11由低电阻状态成为高电阻状态，故第一导电路径将成限流状态，即阻绝大部份的电流流过。当温度下降至低于其临界温度吋，电阻元件11恢复原先低电阻状态。換言之，若电阻元件11采用较高触发温度的高温材料，而温度检测开关19的临界温度较电阻元件11的触发温度为低，当温度检测开关19导通时，过电流保护元件10的作用如同一般高温材料元件而具有高维持电流的特性，而当温度检测开关19切换为限流状态时，因温度急剧升高，将进一歩触发电阻元件11，快速增加电阻值而抑制电流，进而达到低温触发的元件保护的功效。本实施例中，因温度检测开关19的临界温度(例如60-90°C，较佳是65-85 °C，最佳是70-80°C )较电阻元件11的触发温度(例如为90_160°C )为低，故电阻元件11可采用高温材料但具有低温触发的功效。图IC为本发明第一实施例的过电流保护元件的电路示意图，其中第一电极箔12a、电阻元件11及第ニ导电构件13的第一导电路径中包括第一电阻21，而第二电极箔12b、电阻元件11及第ニ导电构件13的第二导电路径中包括第二电阻22。本实施例中，当温度未达温度检测开关19的临界温度前，因第一电阻21的电阻值大于第二电阻22的电阻值，故大部分电流将流经温度检测开关19及第ニ电阻22。当有瞬间的过电流通过该第一及第二导电路径时，电阻21及22将由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用。当温度超过温度检测开关19的临界温度时，温度检测开关19将切换为限流状态，迫使电流瞬间流经第一电阻21，进而触发电阻元件11。当温度下降至低于其临界温度吋，电阻元件11恢复原先低电阻状态。
图2显示本发明另一实施例的过电流保护元件20的结构示意图，其构造大致与图IA-图IC所示的过电流保护元件10相同，只将位于元件端部的半圆形导电通孔以内设的导电连接件18’替代(本实施例为导电穿孔)，用于电气连接第一外接电极16及第一电极箔12a。由此，也可达到与过电流保护元件10相同的功效。图3显示本发明另一实施例的SMD型式的过电流保护元件的结构示意图。过电流保护元件30主要包括电阻元件31、第一导电构件32、第二导电构件33、第一外接电极36、第二外接电极37以及温度检测开关39。第一导电构件32包括第一电极箔32a及第ニ电极箔32b,其中第一电极箔32a与第二电极箔32b在同一平面上。一实施例中，第一电极箔32a的面积小于第二电极箔32b的面积。电阻兀件31叠设于第一导电构件32及第ニ导电构件33之间，且具有正温度或负温度系数的特性。第一电极箔32a及第ニ电极箔32b物理接触该电阻元件31的上表面，第二导电构件33物理接触该电阻元件31的下表面，第一电极箔32a及第ニ电极箔32b之间以沟槽隔离。第一外接电极36与第二导电构件33之间设有绝缘层35，且第二外接电极37与第一导电构件32间也设有绝缘层35，作为电气隔离之用。第一外接电极36及第ニ外接电极37分别设于过电流保护元件30的ニ端部，第一外接电极36物理接触第一电极箔32a，第二外接电极37物理接触第二导电构件33。第一外接电极36旁另设有电极延伸部36’，该电极延伸部36’可利用导电柱38或导电孔电气连接第ニ电极箔32b。电极延伸部36’与第一外接电极36间利用温度检测开关39进行电气导通及限流状态的切換。当温度未达温度检测开关39的临界温度时，温度检测开关39导通连接第一外接电极36及电极延伸部36’。同样因为第一电极箔32a面积小于第二电极箔32b面积的关系，大部分电流将流经由第一外接电极36、温度检测开关39、导电延伸部36’、导电柱38、第ニ电极箔32b、电阻元件31、第二导电构件33及第ニ外接电极37形成的导电路径。当瞬间过电流通过该导电路径时，将触发该电阻元件31由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用。当过电流状况解除后，该电阻元件31恢复原先低电阻状态。当温度超过温度检测开关39的临界温度时，温度检测开关39为限流状态，迫使电流瞬间流经第一外接电极36、第一电极箔32a、电阻元件31、第二导电构件33及第ニ外接电极37形成的导电通路，进而触发电阻元件31。当温度下降至低于其临界温度吋，电阻元件31恢复原先低电阻状态。图4显示本发明另一实施例的轴型过电流保护元件40的结构示意图。过电流保护元件40包括电阻元件41、第一导电构件42、第二导电构件43、第一外接电极46、第二外接电极47以及温度检测开关49。第一导电构件42包括第一电极箔42a及第ニ电极箔42b，其中第一电极箔42a与第二电极箔42b在同一平面上。一实施例中，第一电极箔42a的面积小于第二电极箔42b的面积。电阻兀件41叠设于第一导电构件42及第ニ导电构件43之间，且具有正温度或负温度系数的特性。第一电极箔42a及第ニ电极箔42b物理接触该电阻元件41的上表面，第二导电构件43物理接触该电阻元件41的下表面，该第一电极箔42a及第ニ电极箔42b之间以沟槽隔离。当温度未达温度检测开关49的临界温度时，温度检测开关49导通连接第一电极箔42a及第ニ电极箔42b。因为第一电极箔42a面积小于第二电极箔42b面积的关系，大部 分电流将流经由第一外接电极46、温度检测开关49、第二电极箔42b、电阻元件41、第二导电构件43及第ニ外接电极47形成的导电路径。当有瞬间的过电流通过该导电路径时，将触发该电阻元件41由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用。当过电流状况解除后，该电阻元件41恢复原先低电阻状态。当温度超过温度检测开关49的临界温度时，温度检测开关49将成为限流状态，迫使电流将流经第一外接电极46、第一电极箔42a、电阻元件41、第二导电构件43及第ニ外接电极47形成的导电通路，进而触发电阻元件41。当温度下降至低于其临界温度吋，电阻元件41恢复原先低电阻状态。參照图5，过电流保护元件50为图I所示的过电流保护元件10的变化形式，其中大部分构件均与过电流保护元件10相同，除了第二电极箔12b是由沟槽分离的第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53构成，且都利用温度检测开关19连接至第一电极箔12a。若第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53面积的总和等同于图I所示的第二电极箔12b，当温度检测开关19导通时，按分流原理，大部分电流流经第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53，之后再经过电阻元件11、第二导电构件12形成导电路径。此导电路径实质上即等同于前述过电流保护元件10的第二导电路径，故可提供与图I的过电流保护元件10等同的功效。实际上，第一电极箔12a也可能分割成数片，只要形成实质相同的第一导电路径，SP可提供等同功效。本发明的第一电极箔的面积为包括第一导电构件在第一导电路径中的有效面积，而第二电极箔的面积则包括第一导电构件在第二导电路径中的有效面积。本发明的过电流保护元件在低温或正常状态使用时，大部分电流将流经电阻较小的导电路径。然而温度超过温度检测开关的临界温度时，温度检测开关将形成限流状态，迫使电流瞬间流经电阻较大的导电路径，进而触发电阻元件，而达到防止过电流的目的。扩展来说，本发明的过电流保护元件利用电极箔面积的不同，形成具有不同电阻值的导电路径。由此，电阻元件可使用高温材料而具备高维持电流的特性，且另具有低温触发的功效。以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明与图式，惟本发明的特征并不局限于此，本发明的所有范围应以下述的申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何熟悉该项技术者在本发明 的领域内，可轻易进行变化或修饰都可涵盖在以下本案的专利范围。
权利要求
1.一种过电流保护元件，其特征在于，包括 一第一导电构件，包括第一电极箔及第二电极箔，其中第一电极箔与第二电极箔在同一平面上； 一第二导电构件； 一电阻元件，叠设于该第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性；以及 一温度检测开关，根据温度变化，切换该第一电极箔及第二电极箔间为电气导通或限流状态； 其中该温度检测开关的临界温度低于该电阻元件的触发温度； 其中当该温度检测开关为导通时，电流流经该第一电极箔与第二电极箔、电阻元件及第二导电构件形成的导电路径，当瞬间过电流通过该导电路径时，触发该电阻元件由低电阻状态成为高电阻状态而达到过电流保护的作用，当过电流状况解除后，该电阻元件恢复原先低电阻状态； 当温度检测开关的温度超过其临界温度时，该温度检测开关切换为限流状态，电流瞬间流经该第一电极箔、电阻元件及第二导电构件形成的导电路径，并产生高热而触发该电阻元件由低电阻状态成为高电阻状态，当温度下降至低于其临界温度，该电阻元件恢复原先低电阻状态。
2.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该临界温度介于60-90°C。
3.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该临界温度介于65-85°C。
4.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该触发温度介于90-160°C。
5.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该第一电极箔、电阻元件及第二导电构件形成第一导电路径，该第二电极箔、电阻元件及第二导电构件形成第二导电路径，该第一电极箔的面积包括第一导电构件在第一导电路径中的有效面积，而第二电极箔的面积包括第一导电构件在第二导电路径中的有效面积。
6.根据权利要求5所述的过电流保护元件，其特征在于，该第一电极箔的面积占第一导电构件的面积为5%至75%。
7.根据权利要求5所述的过电流保护元件，其特征在于，该第一电极箔的面积占第一导电构件的面积为10%至50%。
8.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该第一电极箔及第二电极箔物理接触该电阻元件的上表面，第二导电构件物理接触该电阻元件的下表面，该第一电极箔及第二电极箔之间以沟槽隔离。
9.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该温度检测开关设于该第一导电构件的表面。
10.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该过电流保护元件为表面粘着型元件或轴型元件。
11.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，还包括一第一外接电极及一第二外接电极，其中该第一外接电极电气连接该第一电极箔，该第二外接电极电气连接该第二导电构件。
12.根据权利要求11所述的过电流保护元件，其特征在于，还包括一导电连接件，连接该第一外接电极及第一电极箔。
13.根据权利要求11所述的过电流保护元件，其特征在于，该第一外接电极及第二外接电极位于第二导电构件的同一侧。
14.根据权利要求11所述的过电流保护元件，其特征在于，还包括一电极延伸部，该电极延伸部电气连接第二电极箔，该第一外接电极及第二外接电极分别设于过电流保护元件的二端部，该第一外接电极物理接触第一电极箔，第二外接电极物理接触第二导电构件，该电极延伸部与该第一外接电极间利用该温度检测开关进行电气导通或限流状态的切换。
15.根据权利要求14所述的过电流保护元件，其特征在于，该电极延伸部及第二电极箔之间以导电柱进行电气连接。
16.根据权利要求14所述的过电流保护元件，其特征在于，该温度检测开关设于该第一外接电极及电极延伸部表面。
17.根据权利要求I所述的过电流保护元件，其特征在于，该温度检测开关为金属簧片 开关或热敏电阻元件开关。
全文摘要
本发明公开了一种过电流保护元件，包括第一导电构件、一第二导电构件、一电阻元件及一温度检测开关。第一导电构件包括在同一平面上的第一电极箔及第二电极箔。电阻元件叠设于该第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性。温度检测开关可根据温度变化，切换该第一电极箔及第二电极箔间为电气导通或限流状态。该温度检测开关的临界温度低于该电阻元件的触发温度。
文档编号H02H9/02GK102832604SQ20111016709
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者王绍裘, 曾郡腾 申请人:聚鼎科技股份有限公司