专利名称：过电流保护装置及其制作方法
技术领域：
本发明是关于一种过电流保护装置及其制作方法，特别是关于一种具有快速散热效果的过电流保护装置及其制作方法。
背景技术：
随着目前便携式电子产品(例如手机、笔记本电脑、手提摄影机及个人数字助理器等)的广泛应用，为防止电路发生过电流(over-current)或是过高温(over-temperature)现象的过电流保护装置已受到明显重视。
已知的正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)元件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC元件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以正常运作。但是当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如104ohm以上)而将过量的电流反向抵消，以达到保护电池或电路元件的目的。因此该PTC元件已被整合于各种电路元件中，以防止过电流的损害。
图1所示为一已知的过电流保护装置10，其包含一正温度系数材料层101、两电极层102、两隔离层103、两导电柱104及两焊接电极层105。该两电极层102是叠设于该正温度系数材料层101的上、下表面，而该焊接电极层105是覆盖于该电极层102的表面。该导电柱104贯穿该正温度系数材料层101及两电极层102，以电气连接两电极层102及表面焊接电极层105。该隔离层103将电极层102分隔为左、右两部份，以阻断其电气连接。该过电流保护装置10形成左、右两电极端，可分别利用导线(未图示)连接至欲保护的电路或元件。
随着目前电子装置小型化的趋势，元件的散热成为一个重要的设计考虑因素。若无法有效散热，将大幅降低过电流保护装置的使用寿命及可靠性。
发明内容本发明的目的是提供一种过电流保护装置及其制作方法，可加速散发该过电流保护装置所产生的热量，以适用于日趋小型化的电子装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种过电流保护装置，其特征在于其包含至少一正温度系数元件，其包含一正温度系数材料层及叠设于该正温度系数材料层两侧的两电极层；至少一散热层；至少一连结胶层，连结该至少一正温度系数元件及至少一散热层，并作为正温度系数元件与散热层之间的热传导介质；至少两隔离层，将该散热层、连结胶层及电极层分隔为两部份，以阻断其电气连接。
所述的过电流保护装置，其特征在于该正温度系数材料层是由高分子正温度系数材料组成。
所述的过电流保护装置，其特征在于该散热层的材料是选自铝、铜或其合金。
所述的过电流保护装置，其特征在于该连结胶层是由银胶或铜胶组成。
所述的过电流保护装置，其特征在于该连结胶层是由树脂或环氧塑料组成。
所述的过电流保护装置，其特征在于该隔离层是由防焊剂组成。
所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含至少一导电柱，用于电气连接该二电极层。
所述的过电流保护装置，其特征在于该导电柱是由银或铜组成。
所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含两焊接电极层，其设置于该电极层或散热层的表面。
所述的过电流保护装置，其特征在于该焊接电极层的材料是选自锡、铅或其合金。
所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含两焊接电极层，其设置于该电极层或散热层的表面，且该导电柱另连接至该二焊接电极层。
本发明还提供一种过电流保护装置的制作方法，其特征在于其包含下列步骤(a)提供至少一正温度系数元件，其是由一正温度系数材料层叠设于两电极层之间组成；(b)在该至少一正温度系数元件表面形成至少一连结胶层；(c)在该至少一连结胶层表面形成至少一散热层；(d)在该散热层、连结胶层及电极层中形成至少两隔离层，用于阻断其电气连接。
所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含一制作至少一导电柱以连接该两电极层的步骤。
所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含在所述散热层或电极层表面制作两焊接电极层的步骤。
所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含一在散热层或电极层表面制作两焊接电极层的步骤，且该导电柱另连接至该两焊接电极层。
所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于该导电柱是利用电镀或充填导电膏制成。
所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于该隔离层是利用蚀刻、激光、切除或铣切的方式形成开口，并将该开口填充绝缘材料而成。
综上所述，本发明所揭示的过电流保护装置，其包含至少一正温度系数元件、至少一散热层、至少一连结胶层及至少两隔离层。该至少一正温度系数元件是由一正温度系数材料层叠设于两电极层之间组成。该至少一连结胶层设置于该至少一正温度系数元件及至少一散热层之间，用于连结两者并作为其两者间的热传导介质用。该至少两隔离层是将该散热层、连结胶层及电极层分隔为两部份以阻断其电气连接。
该过电流保护装置可另包含至少一导电柱，以连接该两电极层，实现电导通。此外，可在该电极层或散热层的表面覆盖两焊接电极层，以防止其氧化。
该散热层的作用类似一散热片(heat sink)，可将正温度系数元件所产生的热量迅速散发，而延长过电流保护装置的使用寿命，提高其可靠性，及扩展其应用范围。
本发明的过电流保护装置主要可依下列步骤(a)至(d)制作。在步骤(a)中，提供至少一正温度系数元件，其是由一正温度系数材料层叠设于二电极层之间组成。在步骤(b)中，在该至少一正温度系数元件表面形成至少一连结胶层。在步骤(c)中，在该至少一连结胶层表面形成至少一散热层。在步骤(d)中，在该散热层、连结胶层及电极层中形成至少两隔离层，用于阻断其电气连接。
图1是已知的过电流保护装置的示意图；图2(a)是本发明第一优选实施例的过电流保护装置的立体图图2(b)是图2(a)中沿1-1剖面线的剖面图；图3是本发明第二优选实施例的过电流保护装置的剖面图；图4是本发明第三优选实施例的过电流保护装置的剖面图；图5是本发明第四优选实施例的过电流保护装置的剖面图；图6(a)至6(g)示例本发明第五优选实施例的过电流保护装置的制作流程。
图中元件符号说明
具体实施方式本发明主要的技术手段是在过电流保护装置中增设散热层，以达到加速热量散发的目的。以下将利用几个实施例进行说明。
参照图2(a)及2(b)，其中图2(a)是本发明的第一优选实施例的过电流保护装置的立体图，图2(b)则为图2(a)中沿1-1剖面线的剖面图。一过电流保护装置20包含一正温度系数材料层201、两电极层202、一连结胶层203、一散热层204、两隔离层207和208、两导电柱209及两焊接电极层205和206。该正温度系数材料层201是叠设于该两电极层202之间而形成一个类似三明治结构的正温度系数元件21。该正温度系数材料层201可由高分子正温度系数材料(Polymer Positive Temperature Coefficient，PPTC)组成。该连结胶层203是介于该正温度系数元件21及散热层204之间，用于连结两者并作为其间的热传导介质。该连结胶层203可采用导电或不导电的材料，例如可导电的银胶、铜胶或不导电的树脂、环氧塑料等。该散热层204设置于该连结胶层203的表面，其可以使用散热性能好的铝、铜金属或其合金制成。当发生过电流或过高温时，该正温度系数元件21所产生的热量可经由该连结胶层203传导至该散热层204而快速散发。该隔离层207将该散热层204、连结胶层203及位于该正温度系数材料层201上方的电极层202分隔为两部份，以阻断两部份间的电气连接。隔离层208将位于该正温度系数材料层201下方的电极层202分隔为两部份，其目的同样是为了阻断电气连接。该导电柱209可先利用机械钻孔或激光贯穿形成穿孔，再以电镀铜、银或填充导电膏(例如铜膏或银膏等)等方式制成。该焊接电极层205覆盖于该散热层204的表面，而该焊接电极层206则覆盖于该正温度系数材料层201下方的电极层202的表面，以供该过电流保护装置20通过导线连接至欲保护的电路或元件。该焊接电极层205、206一般由不易氧化的锡、铅或其合金制成，因此可防止该散热层204及电极层202氧化。
在本实施例中，虽然该连结胶层203可由不导电的材料组成，但如此将造成该焊接电极层205不易电连接至该正温度系数元件21，使得导线(图中未标)仅能焊接至该焊接电极层206，因而降低制作上的弹性。然而，当该连结胶层203由不导电的材料组成，且两导线(未图示)分别连接该焊接电极层206的左、右部份时，即使没有位于左方的导电柱209，该两导线也可与该正温度系数元件2l形成电气串联而达到保护的效果，因此位于左方的导电柱209可以省略。
铝及铜金属的热传导性(thermal conductivity)、热容(heat capacity)及电传导性(electrical conductivity)如表一所示。由表一可知，铝、铜皆兼具良好散热及导电特性，再加上铝、铜均较银便宜，因此以铝、铜或其合金(铝-铜合金)作为材料的散热层204可达到快速散发正温度系数元件21所产生的热量的目的。
表一
因本发明的其它实施例的过电流保护装置的立体外观均类似于图2(a)所示的结构，其中的差异仅是内部构造及厚度的变化。因此以下的实施例将省略显示其立体图，而仅以剖面图表示。
图3是本发明的第二优选实施例的过电流保护装置的剖面图。一过电流保护装置30包含一正温度系数材料层301、两电极层302、一连结胶层303、一散热层304、两隔离层307和308、两导电柱309及两焊接电极层305和306。该正温度系数材料层301叠设于该两电极层302之间而形成一正温度系数元件31。与第一优选实施例的过电流保护装置20相比，本实施例的过电流保护装置30是将该导电柱309延伸以连接上、下的焊接电极层305、306。如此一来，即使该连结胶层303采用非导电材料，也可电气连接该正温度系数元件31及该焊接电极层305。另外，就制作流程而言，本实施例可在该连结胶层303及散热层304层叠于正温度系数元件31后再进行钻孔及制作导电柱309，从而可增加制作上的弹性。
图4是本发明的第三优选实施例的过电流保护装置的剖面图，其揭示一包含双层散热层的过电流保护装置。一过电流保护装置40包含一正温度系数材料层401、两电极层402、两连结胶层403、两散热层404、两隔离层407、两导电柱409及两焊接电极层405。该正温度系数材料层401叠设于该两电极层402之间而形成一正温度系数元件41。该两连结胶层403、两散热层404及两焊接电极层405依次层叠于该正温度系数元件41的上、下表面。与第一优选实施例的过电流保护装置20相比，本实施例的过电流保护装置40主要是在该正温度系数元件41的一侧增加一散热层404，使得该正温度系数元件41可经由位于其两侧的散热层404而大幅度提高散热效率。
图5是本发明的第四优选实施例的过电流保护装置的剖面图。一过电流保护装置50包含一正温度系数材料层501、两电极层502、两连结胶层503、两散热层504、两隔离层507、两导电柱509及两焊接电极层505。该正温度系数材料层501及两电极层502组成一正温度系数元件51。第三优选实施例的过电流保护装置40与相比，本实施例的过电流保护装置50是将该导电柱509延伸以连接上、下的焊接电极层505、506，其优点与第二实施例的过电流保护装置30相同，不再重述。
除此之外，本发明的过电流保护装置还可包含若干个正温度系数元件，利用其相互并联的特性降低电阻值。以下即揭示一包含两个正温度系数元件的过电流保护装置，并通过此例揭示本发明的过电流保护装置的制作流程。
图6(a)至6(g)说明本发明的第五优选实施例的过电流保护装置的制作流程。参照图6(a)，首先提供两正温度系数元件61，各正温度系数元件61是由一正温度系数材料层601叠设于两电极层602之间组成。接着，利用蚀刻等方式在该两电极层602中切出缺口62，如图6(b)所示。请注意，为求附图简洁，图6(a)及6(b)中仅显示一正温度系数元件61作为代表。参照图6(c)，将该两正温度系数元件61以一连结胶层603加以叠合，而该缺口62则填入防焊剂等绝缘材料形成隔离层607、608。参照图6(d)，利用两连接胶层603将两散热层604分别结合于外露的电极层602。参照图6(e)，利用机械或激光钻孔等方式贯穿该两正温度系数元件61、两散热层604及其间的连结胶层603而形成两穿孔612。另外，利用蚀刻、激光、切除或铣切等方式将该散热层604、连结胶层603及该隔离层608切出两开口613。参照图6(f)，利用电镀或填充导电膏等方式制作两导电柱609，并将防焊剂填入该开口613形成两隔离层610。参照图6(g)，最后在该散热层604的表面覆盖焊接电极层605。
实际上，上述第一至第四优选实施例所揭示的过电流保护装置也可利用与第五优选实施例相同的原理加以制作，仅是制作次序不同，例如制作导电柱与散热层的次序不同。此外，上述图标的过电流保护装置均包含两导电柱，然而实际上若该连接胶层是由导电材料组成，且外接导线连接于该正温度系数元件两侧的焊接电极层，此时即使省略该两导电柱，该导线还可与该正温度系数元件形成电气串联而达到保护效果。
虽然，本领域的技术人员可依不同的结构需要有将上述各制作步骤的顺序互相对调的可能，但只要同样是应用本发明的原理，其仍为本发明的技术范畴所涵盖。
上述的焊接电极层并非本发明的过电流保护装置的必要元件。若过电流保护装置是应用于真空或其它无氧化忧虑的环境，该焊接电极层即可省略。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰。
权利要求
1.一种过电流保护装置，其特征在于其包含至少一正温度系数元件，其包含一正温度系数材料层及叠设于该正温度系数材料层两侧的两电极层；至少一散热层；至少一连结胶层，连结该至少一正温度系数元件及至少一散热层，并作为正温度系数元件与散热层之间的热传导介质；至少两隔离层，将该散热层、连结胶层及电极层分隔为两部份，以阻断其电气连接。
2.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于该正温度系数材料层是由高分子正温度系数材料组成。
3.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于该散热层的材料是选自铝或铜或其合金。
4.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于该连结胶层是由银胶或铜胶组成。
5.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于该连结胶层是由树脂或环氧塑料组成。
6.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于该隔离层是由防焊剂组成。
7.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含至少一导电柱，用于电气连接该二电极层。
8.如权利要求7所述的过电流保护装置，其特征在于该导电柱是由银或铜组成。
9.如权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含两焊接电极层，其设置于该电极层或散热层的表面。
10.如权利要求9所述的过电流保护装置，其特征在于该焊接电极层的材料是选自锡或铅或其合金。
11.如权利要求7所述的过电流保护装置，其特征在于其另包含两焊接电极层，其设置于该电极层或散热层的表面，且该导电柱另连接至该二焊接电极层。
12.一种过电流保护装置的制作方法，其特征在于其包含下列步骤(a)提供至少一正温度系数元件，其是由一正温度系数材料层叠设于两电极层之间组成；(b)在该至少一正温度系数元件表面形成至少一连结胶层；(c)在该至少一连结胶层表面形成至少一散热层；(d)在该散热层、连结胶层及电极层中形成至少两隔离层，用于阻断其电气连接。
13.如权利要求12所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含一制作至少一导电柱以连接该两电极层的步骤。
14.如权利要求12所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含在所述散热层或电极层表面制作两焊接电极层的步骤。
15.如权利要求13所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于其另包含一在散热层或电极层表面制作两焊接电极层的步骤，且该导电柱另连接至该两焊接电极层。
16.如权利要求13所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于该导电柱是利用电镀或充填导电膏制成。
17.如权利要求12所述的过电流保护装置的制作方法，其特征在于该隔离层是利用蚀刻、激光、切除或铣切的方式形成开口，并将该开口填充绝缘材料而成。
全文摘要
一种过电流保护装置及其制作方法，该过电流保护装置，包含至少一正温度系数元件，其包含一正温度系数材料层及叠设于该正温度系数材料层两侧的两电极层；至少一散热层；至少一连结胶层，用于连结该至少一正温度系数元件及至少一散热层，并作为其间的热传导介质；至少两隔离层，用于将该散热层、连结胶层及电极层分隔为两部分，以阻断其电气连接。本发明可快速散发该过电流保护装置所产生的热量，以适用于日趋小型化的电子装置。
文档编号H01C1/00GK1617415SQ20031011429
公开日2005年5月18日 申请日期2003年11月12日 优先权日2003年11月12日
发明者林贤明, 余锦汉 申请人:聚鼎科技股份有限公司