专利名称：表面安装型高分子基电路保护装置及其制法的制作方法
一种表面安装型高分子基电路保护装置。尤指具有正温度系数热敏电阻(以下简称PTC)特性的表面安装型高分子基电路保护装置。
PTC装置已被广泛应用于温度检测、安全控制、温度补偿等领域。以往，热敏电阻装置主要是以陶瓷为材料，但陶瓷需要较高温度制造，制造温度多在摄氏九百度以上，需要消耗大量的能源，制造过程也比较复杂。而后，高分子基的热敏电阻装置被开发出来，由于高分子基材料的热敏阻抗装置，制造温度在摄氏三百度以下，加工、成型比较容易，能源消耗较少，工艺简单，成本低廉，因此应用领域日渐宽广。
在美国5852397号专利中，揭示一种利用导电填充材填充的高分子复合材料制成的PTC电路保护装置。因具有PTC特性的导电填充材料填充的高分子复合材料在常温时为低电阻状态，当流经高分子复合材料的电流过大造成高分子复合材料的温度达到一定的切换温度(Ts)时，导电填充材料填充的高分子复合材料的电阻迅速上升，因此可以应用于电流过载保护装置，以及温度开关装置的设计。这是因为导电填充材填充的高分子复合材料在常温时，高分子复合材料中的导电填充粒子是为相互连通的导电状态。当温度升高至切换温度Ts以上时，因高分子复合材料中的树脂基材体积膨胀，使高分子复合材料中的导电填充粒子由相互连通状态撑断变成不连续的状态，造成PTC电路保护装置电阻的迅速上升而切断电流，达到电流过载保护以及温度控制开关的目的。而其中常用的导电填充材为碳黑。
为配合具有PTC特性的导电性复合材料元件组成的PTC电路保护装置应用于印刷电路板表面安装组装的需要，具有PTC特性的导电性复合材料元件组成的PTC电路保护装置亦向表面安装型装置(以下简称SMD)方向发展。SMD型PTC电路保护装置和传统插件型PTC电路保护装置不同的地方在于SMD型PTC电路保护装置必须把装置的两个端电极都制作在装置的同一平面上。
请参
图1，在美国5852397号专利中，具有PTC特性的导电性复合材料元件12组成的PTC电路保护装置10，以镀通孔11(Plate-Through-Hole)将上面的电极13与下面的第一电极14形成电导通，再制作下面第一电极14与下面第二电极15间的阻绝层16。一般使用的电极材料镍金属及铜金属，其体积电阻在10-5欧姆厘米到10-6欧姆厘米之间。而碳黑的体积电阻在10-1欧姆厘米到10-2欧姆厘米之间；制成碳黑填充的高分子复合材料后，复合材料的常温体积电阻在10-1欧姆厘米到10-2欧姆厘米以上。当温度在切换温度Ts以上时，复合材料的体积电阻更会大幅提高，远大于金属电极的体积电阻。因此由下面第一电极14与下面第二电极15为两个端电极的电路保护装置10，在通过电流时，主要的电压降发生在电流流经上面第一电极13与下面第二电极15间的具有PTC特性的导电性复合材料元件12时。而镀通孔11，上面电极13，以及下面第一电极14上的每个位置，都具有相近的电位。而下面第二电极15上的每个位置，则存在另一相近的电位。
在美国第5900800号专利中，则揭示另一种SMD型，由具有PTC特性的导电性复合材料所制成的PTC电路保护装置的结构及工艺。请参图2，本专利以光阻蚀刻的方法，将具有PTC特性的导电性复合材料元件21，与其下面电极22与上面电极23组成的PTC电路保护装置20的周围，除了在下面电极22靠近一侧端部分24，以及上面电极23在靠近另一侧端部分25等区域形成电极裸露之外，而以第一阻绝层26与第二阻绝层27，将电路保护装置20与其它外界元件隔离。再制作第一侧面导电层28，经由裸露的下面电极22侧端部分24，与下面电极22形成电导通，同时制作第二侧面导电层29，经由裸露的上面电极侧端部分25，与上面电极23形成电导通。成功的将PTC电路保护装置20的上面电极23与下面电极22经由外部侧面导电层28、29导通成为同一平面上的两个端电极。
上述美国专利，都是使用第一电极与第二电极间导通的方式，制作表面安装型高分子基电路保护装置，而二者的差异，在于前者以镀通孔导通，而后者以侧面导电层制作导通机构导通。但是无论是镀通孔，或是侧面导电层，都会使得具有PTC特性的导电性复合材料，在温度上升时膨胀，受到限制，使得导电性复合材料，有时无法充份撑开，发挥最佳的不连续断电特性。
而且，上述工艺主要是直接使用金属箔与PTC特性的导电性复合材料加工，材料较软，加工容易翘曲、变形，尺寸稳定性较差，不易加工。
本发明主要目的之一，在于提供一种表面安装型高分子基电路保护装置，利用具有PTC特性的导电注复合材料元件本身，配合上下层电极，与电极间横向绝缘材料，不必经由上下层电极间的导通机构，即能制作表面安装型高分子基电路保护装置。
本发明的另一目的，在于提供一种表面安装型高分子基电路保护装置，使具有PTC特性的导电性复合材料元件，在电流过载时，具有PTC特性的导电性复合材料，得以因温度上升而充分膨胀，完全撑断成为不连续的状态，使具有PTC特性的导电性复合材料元件在电流过载时有最佳的断电特性。
本发明的又一目的，在于提供一种高分子基电路保护装置及其制法，使装置制作加工更为简单，减少尺寸稳定性的问题。
为达到上述发明目的，本发明所提供的表面安装型高分子基电路保护装置，包括一第一电极、一具有PTC特性的第一复合材料元件、一具有PTC特性的第二复合材料元件，一第二电极及一第三电极。其中该第一电极的第二表面与该第一复合元件第一表面以及该第二复合元件第一表面构成电连接。而该第二电极第一表面与该第一复合材料元件第二表面，构成电连接；第三电极第一表面与该第二复合材料元件第二表面，构成电连接。且第一复合材料元件第三表面与该第二复合材料元件第三表面，并未直接接触。使得电流依序经由第二电极、第一复合材料元件、第一电极、第二复合材料元件，再流至第三电极。
而本发明所提供的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，包括下述步骤先将一第一金属电极层、一具有PTC特性的第一复合材料层，以及一第二金属电极层等材料，依序排好后，进行热压，以制得一多层电路积层结构。而后，对该多层电路积层结构进行切割，使该第二金属电极层为被切割为一第二电极、第三电极，而该第一复合材料层，被切割为第一复合材料元件与第二复合材料元件。而该第二电极与该第三电极，以及该第一复合材料元件与该第二复合材料元件，以被切开的一肩槽作间隔。然后，对该第二电极与该第三电极，分别设置端电极。
其中，第一、第二、第三电极之间，并未设置导通机构，即能制得表面安装型高分子基电路保护装置。而且，因无内在或外在的导通机构，使具有PTC特性的导电性复合材料元件，在电流过载时，得以因温度上升而充分膨胀，完全撑断成为不连续的状态，在电流过载时有最佳的断电特性。
为清楚说明本发明的特性，及其它优点，以下仅以实施例，说明本发明的如下图1为一先有技术的说明示意图；图2为另一先有技术的说明示意图；图3为为本发明第一实施例的基础结构说明图4为本发明第一实施例的电路保护装置的铜镀镍箔剖面图；图5为本发明第一实施例的电路保护装置的多层电路积层结构剖面图；图6为本发明第一实施例的电路保护装置的一制作过程剖面图；图7为本发明第一实施例的电路保护装置的另一制作过程面图；图8为本发明第一实施例的电路保护装置；图9为本发明第二实施例的双面金属箔基板材料剖面图；图10为本发明第二实施例的金属铜箔剖面图；图11为本发明第二实施例的多层电路积层结构剖面图；图12为本发明第二实施例的电路保护装置剖面图；图13为本发明第三实施例的双面金属箔基板材料剖面图；图14为本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的一制作程剖面图；图15为本发明第三实施例的多层电路积层结构剖面图；图16为本发明第三实施例的电路保护装置的一制作过程剖面图；图17为本发明第三实施例的电路保护装置的再一制作过程剖面图18为本发明第三实施例的电路保护装置的又一制作过程面图；图19为本发明第三实施例的电路保护装置。
图中编码的简单说明11本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的镀通孔；12本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的有PTC特性的导电性复合材料元件；13本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的上面电极；14本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的下面第一电极；15本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的下面第二电极；16本发明第一参考例的PTC电路保护装置示意图上的阻绝层；20本发明第二参考例的PTC电路保护装置；21本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的具有PTC特性的导电性复合材料元件；22本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的下面电极；23本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的上面电极；24本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的下面电极在靠近一侧端部分；25本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的上面电极在靠近另一侧端部分；26本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的第一阻绝层；27本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的第二阻绝层；28本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的第一侧面导电层；29本发明第二参考例的PTC电路保护装置示意图上的第二侧面导电层；30本发明的电路保护装置示意图；31本发明的电路保护装置示意图上的上面电极的第一部分；32本发明的电路保护装置示意图上的具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分；33本发明的电路保护装置示意图上的绝缘阻绝层；34本发明的电路保护装置示意图上的上面电极的第二部分；35本发明的电路保护装置示意图上的具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分；36本发明的电路保护装置示意图上的下面电极；40本发明第一实施例的铜镀镍箔；41本发明第一实施例的铜镀镍箔上的金属柱状凸起层；50本发明第一实施例的多层电路积层结构；51本发明第一实施例的多层电路积层结构的具有PTC特性的导电性复合材料；51A本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的PTC第一部分；51B本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的PTC第二部分；52本发明第一实施例的多层电路积层结构的第一金属电极；53A本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的第二金属电极第二部分；53B本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的第二金属电极第一部分；54本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的环氧树脂含浸玻璃纤维布复合材料；60本发明第一实施例的电路保护装置的半成品；61本发明第一实施例的电路保护装置的半成品上的隔离槽；
71本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的第一端电极。位置；72本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的第二端电极位置；73本发明第一实施例的电路保护装置的半成品的绝缘层；80本发明第一实施例的电路保护装置；81本发明第一实施例的电路保护装置的第一端电极；82本发明第一实施例的电路保护装置的第二端电极；90本发明第二实施例的电路保护装置的双面金属箔基板材料；91本发明第二实施例的双面金属箔在板的下面的第一金属电极；92本发明第二实施例的双面金属箔基板的上面的第二金属电极；93本发明第二实施例的双面金属箔基板的镀通孔；94本发明第二实施例的双面金属箔基板的绝缘增强层；95本发明第二实施例的双面金属箔基板的下面绝缘层；100本发明第二实施例的金属铜箔；100A本发明第二实施例的电路保护装置的半成品的上层金属电极第二部分；
100B本发明第二实施例的电路保护装置的半成品的第二金属电极第二部分；101本发明第二实施例的金属铜箔的第一表面；111A本发明第二实施例的电路保护装置的半成品的PTC第一部分；111B本发明第二实施例的电路保护装置的半成品的PTC第二部分；120本发明第二实施例的电路保护装置；121本发明第二实施例的电路保护装置的第一端电极；122本发明第二实施例的电路保护装置的第二端电极；123本发明第二实施例的电路保护装置的表面绝缘层；130本证明第三实施例的双面金属箔基板材料；131本发明第三实施例的双面金属箔墓板材料的上层电极；132本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的下层电极；133本发明第三实施例的双面金属箔墓板材料的绝缘增强层；141本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的一电极被蚀刻部分；142本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的再一电极被蚀刻部分；143本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的又一电极被蚀刻部分；144本发明第三实施例的双面金属箔基板材料的另一电极被蚀刻部分；150本发明第三实施例的多层电路积层结构；151本发明第三实施例的多层电路积层结构的最上层金属电极；151A本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的最上层金属电极第一部分；151B本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的最上层金属电极第二部分；152本发明第三实施例的多层电路积层结构的上层具有PTC特性的导电性复合材料；152A本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的上层PTC第一部分；152B本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的上层PTC第二部分；153本发明第三实施例的多层电路积层结构的下层具有PTC特性的导电性复合材料；153A本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的下层PTC第一部分；153B本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的下层PTC第二部分；154本发明第三实施例的多层电路积层结构的最下层金属电极；154A本声明第三实施例的电路保护装置的半成品的最下层金属电极第一部分；154B本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的最下层金属电极第二部分；155本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的右侧镀通孔；156本发明第三实施例的电路保护装置的半成品的左侧镀通孔；160本发明第三实施例的电路保护装置的半成品；161本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的上层隔离槽；162本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的下层隔离槽；163本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的上层绝缘层；164本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的下层绝缘层；171本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的第一端电极位置；172本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的第二端电极位置；173本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的第三端电极位置；174本发明第三实施例的电路保护装置的半成品上的第四端电极位置；180本发明第三实施例的电路保护装置；181本发明第三实施例的电路保护装置的第一端电极；182本发明第三实施例的电路保护装置的第二端电极；183本发明第三实施例的电路保护装置的第三端电极；184本发明第三实施例的电路保护装置的第四端电极；第一实施例请参图3，为本发明第一实施例的基础结构说明图。在此实施例的PTC电路保护装置30中，上方电极的第一部分31和具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分32以绝缘阻绝层33与上方电极的第二部分34和具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分35形成绝缘阻绝。而以同一平面的上方电极的第一部分31与上方电极的第二部分34为两个端电极，使具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分32与具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分35经由下方电极36形成串联电路。
由于绝缘阻绝层33的电阻，远大于具有PTC特性的导电性复合材料元件32与35的电阻，使得具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分32与具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分35，并不会经由绝缘阻绝层33导通电流。因此，电流以上方电极的第一部分31为端电极流入，依序流经具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分32、下方电极36、再流入具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分35，最后再到达另一个端电极34。
请参考图4至图8，为本发明第一实施例的制作程序图。
在此实施例中，使用的具有PTC特性的导电性复合材料，为碳黑填充导电结晶性高分子复合材料，其常温体积电阻10-1欧姆厘米到102欧姆厘米之间。此导电结晶性高分子复合材料，可选用聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯或其共聚合物。在本实施例中，是为聚乙烯(PE)PetrOthene LB832(此为美国Equistar公司商品)。而碳黑为碳黑Raven450(此为美国Colulllbia公司商品)。两者以重量比例一比一，在摄氏二百一十度下以塑谱仪混合八分钟，再以热压成型机在摄氏一百七十五度下，热压成具有PTC特性厚度为0.5mm左右的板状导电性复合材料，再以铜镀镍箔(总厚度38微米)40，作为本实施例的金属电极。在此铜镀镍箔40上表片，为上层高度约为2微米至10微米的金属柱状凸起层41，其主要是使金属箔在与导电性复合材料中的碳黑导电填充粒子相接触时，有更佳的接触，而得以降低界面电阻。
请参考图5，以前述两层铜镀镍箔40，分别作为第一金属电极52与第二金属电极53。此第一金属电极52与第二金属电极53之间夹合一导电性高分子复合材料层51，并以环氧树脂含浸的玻璃纤维布预浸材料作为第一金属电极52下表面的绝缘增强层54。此绝缘增强层可为环氧树脂层、聚酰亚胺树脂层、环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层，或是聚酰亚胺含浸的玻璃纤维布听形成的积层材料。在但本实施例，是用环氧树脂含浸的玻璃纤维布预浸材料。而该第二金属电极53、导电性高分子复合材料层51、第一金属电极52，以及绝缘增强层54四者构成多层电路积层结构50。
此多层电路积层结构50的制作方式，是先将铜镀镍箔52的平滑面与玻璃纤维布预浸材料54在摄氏一百八十度中进行热压九十含九十分钟，成为初步的积层材料。再将板状导电性复合材料51以及另一张铜镀镍箔53的粗糙面以慑氏一百七十五度进行热压十分钟，成为多层电路积层结构50。将此多层电路积层结构50，以钴60辐射线照射20Mad辐射剂量，使导电性复合材料中的聚乙烯，产主交联，让板状导电性复合材料51具有形状记忆性。
而多层电路积层结构50，可以使用习知的印刷电路板工艺，以进行各种光阻，蚀刻，钻孔，切沟槽及电镀。然后再切割成重复大小的高分子基电路保护装置来使用。以下直接以制作单一个高分子基电路保护装置以制造过程中的剖面图说明其制作过程。
请参考图6，首先在多层电路积层结构50上以钻石刀切割隔离槽，便高分子基电路保护装置半成品60上方的第二金属电极53，以及具有PTC特性的导电性复合材料51，被切割出隔离槽61，让隔离槽61的底部达到第一金属电极52表面，或者略为切割到第一金属电极52表面，但是绝对不可切割断第一金属电极52。此一步骤，亦可使用蚀刻，或是激光切割来完成隔离槽61制作。
由此隔离槽61使得第二金属电极53被分隔为第二金属电极第一部分53A以及第二金属电极第二部分53B，并将具有PTC特性的导电性复合材料51分隔为PTC第一部分51A以及PTC第二部分51B。
请参考图7，在隔离槽61填入绝缘材料绿漆，并使该绿漆形成绝缘层73，除了第一端电极位置71及第二端电极位置72之外，覆盖住整个第二金属电极第一部分53A与第二金属电极第二部分53B。
请参考图8，在第一端电极位置71及第二端电极位置72以锡膏网印制作可焊接的第一端电极81及第二端电极82。在完成所有上述制造程序以后，再以钻石刀切割搏整块多层电路积层结构，而制成个别的高分子基电路保护装置80，第二实施例请参考图9至图12，为本发明第二实施例的说明图。
请参考图9及图10，在本实施例中，作为金属电极的材料，是为图9所示的以铜箔电极厚度为35微米左右的双面金属箔基板90，以及图10所示厚度为35微米的金属铜箔100。
请先参考图9，在双面金属箔基板90上，将下面的第一金属电极91以镀通孔93经由绝缘增强层94，导通上面的第二金属电极92。而后，再以绝缘绿漆制作绝缘层95，使该绝缘层95覆盖第一金属电极91表面。
而后，在双面金属箔基板的第二金属电极92表面，以及图10所示的金属铜箔的第一表面101进行碳黑复合电镀处理。其中，每一升电镀液中，加入硼酸四十克、炭黑XC-72六克，及镍三十克(指氨基磺酸镍-Nickel Sulphamate镀液中镍金属重量)。而电镀温度为摄氏三十五度，电镀电流密度为5A/dm2，电镀时间为五分钟。使得双面金属箔基板的第二金属电极92表面，以及与金属铜箔的第一表面101，生成一层连续多孔性碳黑及金属的复合电镀层备用(图上未示)。利用此一连续多孔性结构，使金属电极和具有PTC特性的导电性复合材料间形成良好安装，并有较低的界面电阻。其中氨基磺酸镍可用德国Riedel-de Haen公司商品。阴极脱脂使用的脱脂剂，浓度为60克脱脂剂加上1升去离子水。酸洗用硫酸为浓度为10％硫酸。碳黑XC-72为美国Cabot公司商品。
本实施例使用的具有PTC特性的导电性复合材料，为碳黑填充导电结晶性高分子复合材料，与第一实施例相同。
请参考图11，将双面金属箔基板的第二金属电极92表面与金属铜箔的第一表面101与板状导电性复合材料111，以前述连续多孔碳黑及金属的复合电镀层为界面，在摄氏一百七十五度进行热压合十五分钟，成为多层电路积层结构110。
因为前述所采用的复合电镀处理，会将碳黑电镀至第二金属电极92表面，使之形成连续多孔性结构层。由于第二金属电极92表面以及板状导电性复合材料111之中都有碳黑的成份，在第二电极92表面的连续多孔性结构层以及板状导电性复合材料111中，碳黑以第一凝集体为基本单位，相互堆排存在于树脂基材中，在高碳黑含量时，碳黑的第一凝集体，会相互堆排成为第二凝集体，在复合材料中形成导电连续相。而该连续多孔性结构是由金属以及碳黑第一凝集体与第二凝集体所构成。而因使用复合电镀会使该碳黑第二凝集体表面附着有金属。再则，该连续多孔性结构会更进一步与板状导电性复合材料111再形成碳黑第二凝集体，使金属极和具有PTC特性的导电性复合材料(板状导电性复合材料111)间形成良好安装，并有较低之界面电阻。而碳黑第一凝集体的大小，随碳黑种类不同而异，平均约在0.1微米到0.5微米之间。而复合电镀层(连续多孔性结构)的厚度，最好在碳黑第一凝集体平均粒径二倍以上，亦即，连续多孔性结构的厚度在0.2微米以上较佳。
而后再将试片以钴60辐射线照射20Mad辐射剂量，使导电性复合材料中的聚乙烯产生交联，让板状导电性复合材料111具有形状记忆性，再以和第一实施例相同的工艺进行。
请参考图12，制作高分子基电路保护装置120。其中绝缘层123将上层的金属电极100，分隔为上层金属电极第一部分100A，以及上层金属电极第二部分100B。同时，亦将具有PTC特性的板状导电性复合材料111分隔为PTC第一部分111A与PTC第二部分111B。并焊接第一端电极121及第二端电极122，分别置于高分子基电路保护装置120上同一平面的两端。
在本实施例中，PTC第一部分111A与PTC第二部分111B之间的隔离槽切割深度范围将更具有弹性。隔离槽切割深度可达到双面金属箔基板的第二金属电极92表面，或是切断第二金属电极92直接达到双面金属箔基板的绝缘增强层94，由于双面金属箔基板的第一金属电极91及第二金属电极之间有镀通孔93设置，为电导通的状态，因此，不会影响高分子基电路保护装置120的电气特性。
第三实施例请参考图13至图19，为本发明第三实施例。
本实施例采用的金属电极，和本发明第二实施例相同，都是以铜箔电极厚度为35微米左右的双面金属箔基板以及35微米金属铜箔为装置的电极。不同的是，请参考图13，本实施例采用的双面金属箔墓板130在经过复合电镀处理之前，并未将上层电极131及下层电极132做成电导通，并且，本实施例采用的双面金属箔基板，在上下层电极131及132表面皆进行复合电镀处理。在复合电镀处理之前，请参考第14图，先将双面金属箔基板上下层电极131及132以印刷电路板制作，进行蚀刻处理，将不要的电极部分去除，使印刷电路基板绝缘材133上下面靠近两恻的位置141，142，143及144并不覆盖金属电极。而后将双面金属箔基板的上下层电极表面131，132及金属铜箔(图上未示)的第一表面，进行复合电镀处理后，以与第二实施例相同的导电性复合材料及相同的热压成型条件，制作多层电路积层结构130。
请参考图15，其中152及153分别为具有PTC特性的导电性复合材料层，151与154为经复合电镀处理后的金属铜箔电极。而在进行压合过程中，152与153中具有PTC特性的导电性复合材料，因为受热熔化流动，填补蚀刻后金属箔基板绝缘材133上下表面因金属电极移除后所留下的空隙位置141，142，143及144。再以第二实施例相同的钴60辐射线照射处理，让具有PTC特性的导电性复合材料152及153具有形状记忆性。
请参考图16，而后，再以印刷电路板镀通孔工艺，制作镀通孔155及156，使最上层金属电极151以及最下层金属电极154形成电导通，与金属电极131及132并不形成电导通。
请参考图16与图17，以钻石刀在此多层电路积层结构上切割隔离槽，使高分子基电路保护装置半成品160上层的金属电极151以及具有PTC特性的导电性复合材料152被切割出隔离槽161，而隔离槽的底部达到上层金属电极131表面，或略为切割到上层金属电极131表面，但是不可切割断上层金属电极131。同时，在高分子基电路保护装置半成品160下层的金属电极154以及具有PTC特性的导电性复合材料153亦以钻石刀切割至出隔离槽162，隔离槽的底部达到金属电极132表面，或略为切割到下层金属电极132表面，但是不可切割断下层金属电极132。(此一切割步骤，亦可以使用蚀刻金属电极151及154再以激光切割导电性复合材料152及153来完成隔离槽161及162制作)。
隔离槽161将金属电极151分隔为最上层金属电极第一部分151A与最上层金属电极第二部分151B，且将具有PTC特性的导电性复合材料152分隔为PTC第一部分152A与PTC第二部分152B。而隔离槽162将金属电极154分隔为最下层金属电极第一部分154A以及最下层金属电极第二部分154B，并将具有PTC特性的导电性复合材料153分隔为PTC第一部分153A与PTC第二部分153B。
请参考第18图，在隔离槽161、最上层金属电极第一部分151A表面，以及最上层金属电极第二部分151B表面，除了空出第一端电极位置171及第二端电极住置172外，皆以绝缘绿漆制作绝缘层163覆盖。同时，在隔离槽162、最下层金属电极第一部分154A表面，以及最下层金属电极第二部分154B表面，除了空出第三端电极173位置及第四端电极位置174外，皆以绝缘绿漆制作绝缘层164覆盖。
请参考图19，在第一端电极位置171第二端电极位置172第三端电极位置173及第四端电极174位置，以锡膏网印制作焊接的第一端电极181、第二端电极182、第三端电极183及第四端电极184。在整个多层电路积层结构完成上述制造程序，最后再以钻石刀切割成一样大小的高分子基电路保护装置180。其中，第一端电极181与第三端电极183，以镀通孔155为电导通机构，第二端电极182与第四端电极184以镀通孔156为电导通机构。在此，也可不必用镀通孔方式，而是在切割成重复大小的高分子基电路保护装置180后，再以一般陶磁被动元件方式，制作两侧·端电极的方式来完成。
由端电极181流入的电流，先到达最上层金属电极第一部分151A，并经由镀通孔155电导通到达最下层金属电极第一部分154A，由于金属电极的导电性，远高于具有PTC特性的导电性复合材料元件(152A，153A)的导电性，因此最上层金属电极第一部分151A与最下层金属电极第一部分154A具有相同的电位。到达最上层金属电极第一部分151A以及最下层金属电极第一部分154A的电流，再分别流入PTC第一部分152A与PTC第一部分153A，再分别到达下层金属电极132与上层金属电极131。再分别经下层金属电极132与上层金属电极131电导通，再分别流入PTC第二部分152B与PTC第二部分153B后，分别到达最上层金属电极第二部分151B与最下层金属电极第二部分154B。其中最下层金属电极第二部分154B，先经由镀通孔156电导通，最后再到达另一个端电极182。因此本实施例描述的高分子基电路保护装置180相当于本发明第一实施例描述的高分子基电路保护装置的并联结构，而得以提高电流的流量。
由以上的说明可知，本发明所揭示的表面安装型高分子基电路保护装置，可以不设置如通孔或者外侧端电极等方式的导通机构，如图8所示的表面安装型高分子基电路保护装置，若电流由第二端电极82进入，其将依序经由第二金属电极第二部分53B、PTC第二部分51B、第一金属电极电极52、PTC第一部分51A、第二金属电极第一部分53A，最后到第一端电极81。因无内在(镀通孔)或外在(外侧端电极)的导通机构的限制，使具有PTC特性的导电性复合材料元件在电流过载时，得以因温度上升而充分膨胀，完全撑断成为不连续的状态，在电流过载时有最佳的断电特性。
又如图12所示，在制作本发明另一实施例的表面安装型高分子基电路保护装置时，第一金属电极91、绝缘增强层94与第二金属电极92等层，可直接采用双面金属箔基板套用，可以利用双层金属箔基板各种不同的电极导通方式，使高分子基电路保护装置的结构设计多元化。同时，因双面金属箔基板与习知技术直接使用金属箔与PTC特性的导电性复合材料的加工相较，强度更佳，不出现有加工中容易翘曲、变形，使得尺寸稳定性更佳。
并且，使用双面金属箔基板，可以直接利用印刷电路板的加工工艺，制作高分子基电路保护装置，使得高分子基电路保护装置的制作加工，更为简单。
再则，如图10的说明所述，双面金属箔基板的第二金属电极92表面，利用碳黑复合电镀形成一层连续多孔性碳黑及金属的复合电镀层。利用此一连续多孔性结构，使金属电极与具有PTC特性的碳黑填充导电高分子复合材料之间，由于碳黑与碳黑的第二凝集体结合而形成良好安装，并有更低的界面电阻，效果更为卓著。
本发明的保护范围，并不以上述的说明为限。对于熟悉此项技术的人士而言，可作各种修改，例如，改变选择的高分子材料、或添加不同的导电粒子、改变电镀条件，或是改变组成重量比率，而可达到相同的功效。但这些修改不脱离本发明的精神，仍属于本发明的保护范围内。本发明的保护范围，仍以权利要求所述为主。
权利要求
1.一种高分子基电路保护装置，包括下方电极；具有PTC特性导电性复合材料元件的第一部分与具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分，该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分与该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分，分别设于该下方电极之上；上方电极第一部份，设于该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分之上；上方电极第二部份，设于该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分之上；绝缘阻绝层，设于该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分与该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分之间，以及该上方电极第一部份与该上方电极第二部份之间；通过该绝缘阻绝层，阻绝使该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分与该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分的直接接触，以及该上方电极第一部份与该上方电极第二部份的直接接触。
2.如权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中在该上方电极第一部份与该上方电极第二部份之上，还设有一绝缘层。
3.如权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中在该上方电极第一部份与该上方电极第二部份之上，分别设有端电极。
4，如权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中在该下方电极之下，还设有一绝缘增强层。
5.如权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中该绝缘阻绝层为绝缘绿漆。
6.如权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中该上方电极第一部份与该上方电极第二部份，是由铜箔、镍箔、白金、铜含金、镍含金与白金含金所组成的群组中选自其中至少一种材料。
7.如权利要求1的高分子基电路保护装置，其中该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分与该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分，是为碳黑填充导电性高分子复合材料。
8.如权利要求7所述的高分子基电路保护装置，其中该高分子材料为聚乙烯。
9.如权利要求7所述的高分子基电路保护装置，其中该高分子材料是选自由聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其共聚含物所组成的群组中至少一种材料。
10.如权利要求2所述的高分子基电路保护装置，其中该绝缘层为绝缘绿漆。
11.如权利要求4所述的高分子基电路保护装置，其中该绝缘增强层是环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料。
12.如权利要求4所述的高分子基电路保护装置，其中该绝缘增强层是选自由环氧树脂层、聚酰亚胺树脂层、环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层与聚酰亚胺含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层所组成的群组中至少一种材料。
13.如权利要求4所述的高分子基电路保护装置，其中在该绝缘增强层下方，还设有一层金属箔层。
14.如权利要求13所述的高分子基电路保护装置，其中在该金属箔层与该下方电极之间，设有镀通孔，使该金属箔层与该下方电极形成电导通。
15.权利要求13所述的高分子基电路保护装置，其中在该金属箔层下方，还设有一绝缘层。
16.权利要求15所述的高分子基电路保护装置，其中在该金属箔层下方，其中该绝缘层是为绝缘绿漆。
17.权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中该下方电极与该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分以及该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分接触的界面，设有一层电镀层。
18.权利要求17所述的高分子基电路保护装置，其中该电镀层是为一含有碳黑第二凝集体的多孔性结构。
19.权利要求1所述的高分子基电路保护装置，其中该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第一部分与该上方电极第一部份接触界面，以及该具有PTC特性的导电性复合材料元件的第二部分与该上方电极第二部份接触界面，还设有一电镀层。
20.权利要求19所述的高分子基电路保护装置，其中该电镀层是为一含有碳黑第二凝集体的多孔性结构。
21.一种表面安装型高分子基电路保护装置的制法，包括将一第一金属电极层、一具有PTC特性的第一复合材料层，以及一第二金属电极层等材料，依序排好后进行热压，制得一多层电路积层结构；对该多层电路积层结构进行切割，便该第二金属电极层被切割为一第二电极、第三电极，而该第一复合材料层被切割为第一复合材料元件与第二复合材料元件；且该第二电极与该第三电极以及该第一复合材料元件与该第二复合材料元件，是以一沟槽区隔；对该第二电极与该第三电极，分别设置端电极。
22.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中还包括对该沟槽填以绝缘材料的步骤。
23.权利要求22所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该沟槽的绝缘材料为绝缘绿漆。
24.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中还包括对该沟槽填以绝缘材料，并在该第二电极与该第三电极上设一绝缘层的步骤。
25.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中在该第一金属电极层的下，还设有一绝缘增强层。
26.权利要求25所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该绝缘增强层是环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料。
27.权利要求25所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该绝缘增强层是选自由环氧树脂层、聚酰亚胺树脂层、环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层与聚酰亚胺含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层所组成的群组中选自其中至少一种材料。
28.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该第一金属电极层是由铜箔、镍箔、白金、铜合金、镍含金与白金合金所组成的群组中选自其中至少一种材料。
29.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该第二金属电极层是由铜箔、镍箔、白金、铜合金、镍合金与白金合金所组成的群组中选自其中至少一种材料。
30.权利要求21所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该具有PTC特性的第一复合材料层为碳黑填充导电性高分子复合材料。
31.权利要求30所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该高分子材料为聚乙烯。
32.权利要求30所述的表面安装型高分子基电路保护装置的制法，其中该高分子材料是选自由聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其共聚含物所组成的群组中至少一种材料。
33.一种表面安装型高分子基电路保护装置，包括一第一金属层，该第一金属层设有一第一表面和一第二表面；一具有PTC特性的第一复合材料元件，该第一复合材料元件具有一第一表面、一第二表面及一第三表面，且设该第一复合元件第一表面和第一金属层的第二表面构成电连接；一具有PTC特性的第二复合材料元件，该第二复合材料元件具有一第一表面、一第二表面及一第三表面，且设该第二复合元件第一表面和第一金属层的第二表面构成电连接；一第一电极；该第一电极设有一第一表面与一第二表面，且该第一电极第一表面与该第一复合材料元件第二表面构成电连接；一第二电极；该第二电极设有一第一表面与一第二表面，且该第二电极第一表面与该第二复合材料元件第二表面构成电连接；而该第一复合材料元件第三表面与该第二复合材料元件第三表面并未直接接触。
34.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一复合材料元件第三表面与该第二复合材料元件第三表面之间，设有一第一绝缘层隔离。
35.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一复合材料元件第三表面与该第二复合材料元件第三表面，分别与该第一绝缘层连接。
36.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一电极第二表面上设有第一端电极；而该第二电极第二表面设有一第二端电极。
37.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一金属层之下还设有一绝缘增强层。
38.如权利要求34所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该绝缘层为绝缘绿漆。
39.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一电极与该第二电极是由铜箔、镍箔、白金、铜含金、镍含金与白金合金所组成的群组中选自其中至少一种材料。
40.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一复合材料元件与该第二复合材料元件是为碳黑填充导电性高分子复合材料。
41.如权利要求40所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该高分子材料为聚乙烯。
42.如权利要求40所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该高分子材料是选自由聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其共聚合物所组成的群组中至少一种材料。
43.如权利要求37所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该绝缘增强层是环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料。
44.如权利要求37所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该绝缘增强层是选自由环氧树脂层、聚酰亚胺树脂层、环氧树脂含浸的玻璃纤维布所形成的积层村料层与聚酰亚胺含浸的玻璃纤维布所形成的积层材料层所组成的群组中其中至少一种材料。
45.如权利要求37所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中在该绝缘增强层下方还设有一层金属箔层。
46.如权利要求45所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中在该金属箔层与该第一金属层之间设有镀通孔，使该金属箔层与该下方电极形成电导通。
47.如权利要求45所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中在该金属箔层下方设有一绝缘层。
48.如权利要求47所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该绝缘层为绝缘绿漆。
49.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一金属层与该第一复合材料元件以及该第二复合材料元件接触的界面设有一层电镀层。
50.如权利要求49所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该电镀层是为一含有碳黑第二凝集体的多孔性结构。
51.如权利要求33所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一复合材料元件与该第一电极接触界面以及该第二复合材料元件与该第二电极接触界面设有一电镀层。
52.如权利要求51所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该电镀层为一含有碳黑第二凝集体的多孔性结构。
53.如权利要求37所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该绝缘增强层下方设有一第二金属层。
54.如权利要求53所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第二金属层是由铜箔、镍箔、白金、铜含金、溴含金与白金合金所组成的群组中自其中至少一种材料。
55.如权利要求53所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第二金属层下方设有一具有PTC特性的第三复合材料元件以及一具有PTC特性的第四复合材料元件。
56.如权利要求55所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第三复合材料元件与该第四复合材料元件为碳黑填充导电性高分子复合材料。
57.如权利要求56所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该高分子材料为聚乙烯。
58.如权利要求56所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该高分子材料是选自由聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其共聚含物所组成的群祖中至少一种材料。
59.如权利要求55所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第三复合材料元件与该第四复合材料元件之间，设有第二绝缘层隔离。
60.如权利要求55所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第三复合材料元件下方设有一第三电极；而该第四复合材料元件下方设有一第四电极。
61.如权利要求60所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一电极第二表面上，设有第一端电极；该第二电极第二表面，设有一第二端电极；该第三电极下方一端，设有一第三端电极；而该第四电极下方一端，设有一第四端电极。
62.如权利要求61所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一端电极与该第三端电极之间，设有一第一镀通孔，使第一端电极与第三端电极为电导通而该第二端电极与该第四端电极之间，设有一第二镀通孔，使第二端电极与第四端电极为电导通。
63.如权利要求61所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中还设有一第一外侧端电极将该第一端电极与该第三端电极导通，以及设一第二外侧端电极，该第二端电极与该第四端电极导通。
64.如权利要求53所述的表面安装型高分子基电路保护装置，其中该第一金属层、该绝缘增强层与该第二金属层是由一双面金属箔基板所构成。
65.一种高分子基电路保护装置的制法，包括提供一具有第一金属层、一第二金属层及一绝缘增强层的双面金属箔基板；对该双面金属箔基板的该第一金属层与该第二金属层进行加工，去除该第一金属层与该第二金属层两端的一部份；对该第一金属层表面与该第二金属层表面，进行复合电镀，将碳黑电镀至该第一金属层表面与该第二金属层表面上，分别形成一第一复合电镀层与一第二复合电镀层；使用碳黑填充导电性高分子复合材料，对该第一复合电镀层与该第二复合电镀层进行热压，使该第一金属层上方覆盖一第一碳黑填充导电性高分子复合材料层，该第二金属层下方覆盖第二碳黑填充导电性高分子复合材料层，而制得一多层电路积层结构；在该第一碳黑填充导电性高分子复合材料层上方，设置一上方电极层，并在该第二碳黑填充导电性高分子复合材料层下方，设置一下方电极层；对该上方电极、该第一碳黑填充导电性高分子复合材料层、该下方电极以及该第二碳黑填充导电性高分子复合材料层进行切割，使该上方电极分为一第一电极、一第二电极；该第一碳黑填充导电性高分子复合材料层区分为一第一复合材料元件、一第二复合材料元件，并得到一第一沟槽；并使该下方电极区分为一第三电极、一第四电极；该第二碳黑填充导电性高分子复合材料层，区分为一第三复合材料元件、一第四复合材料元件，得到一第二沟槽。
66.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中在对该第一复合电镀层与该第二复合电镀层进行热压后制得的该多层电路积层结构，还包括一使用钴60辐射线对该第一碳黑填充导电性高分子复合材料层与第二碳黑填充导电性高分子复合材料层进行照射处理的步骤，让该第一碳黑填充导电性高分子复合材料层与第二碳黑填充导电性高分子复合材料层具有形状记忆性。
67.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中还包括对该第一沟槽与该第二沟槽填以绝缘材料的步骤。
68.如权利要求67所述的高分子基电路保护装置的制法，其中该沟槽的绝缘材料是为绝缘绿漆。
69.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中还包括对该第一沟槽与第二沟槽填以绝缘材料，并在该第一电极与该第二电极上设一第一绝缘层、在该第三电极与该第四电极下设一第二绝缘层的步骤。
70.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中该高分子材料为聚乙烯。
71.如权利要求70所述的高分子基电路保护装置的制法，其中该高分子材料是选自由聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯及其共聚合物所组成的群组中至少一种材料。
72.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中还包括在该第一电极上设一第一端电极、该第二电极上设第二端电极、该第三电极下设第三端电极，以及往该第四电极下设第四端电极的步骤。
73.如权利要求72所述的高分子基电路保护装置的制法，其中还包括在该第一电极与第三电极间设一镀通孔，及在该第二电极与该第四电极间设镀通孔的步骤。
74.如权利要求65所述的高分子基电路保护装置的制法，其中该第一复合电镀层与该第二复合电镀层包括金属与碳黑第二凝集体。
75.如权利要求74所述的高分子基电路保护装置的制法，其中该第一复合电镀层的厚度与该第二复合电镀层的厚度在0.2微米以上。
全文摘要
本发明是利用具有PTC特性的导电性复合材料元件本身,配合上层电极,下层电极与电极间绝缘材料的组合搭配,不必经由上层电极与下层电极间的导通机构,即能制作表面安装型高分子基电路保护装置。
文档编号H01C7/02GK1381850SQ01109780
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月20日 优先权日2001年4月20日
发明者黄乾杉, 林建荣, 黄仁豪 申请人:宝电通科技股份有限公司