专利名称：过电流保护元件及电池保护电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路保护技术，且特别涉及一种过电流保护元件及电池保护电路装置。
背景技术：
由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的导电复合材料的电阻对温度变化具有反应敏锐的特性，可作为电流感测元件的材料，目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少102 Ω以上)，而将过量的电流降低，以达到保护电池或电路元件的目的。在电池保护方面，现有技术将过电流保护元件以表面粘着方式设置于电路板表面，制作成保护电路模块(Protective Circuit Module ;PCM),再利用例如条状的外接电极件将PCM连接至电池的正、负极，形成保护电路回路。为提升制作上的效率，保护电路模块上的过电流保护元件尝试利用直接点焊或回焊的方式连接外接电极件。然而以点焊为例，焊接将造成局部温度有时高达1500°C以上，而高温将损害过电流保护元件的电气特性。为因应不同的过电流保护元件结构的设计并防止元件损害，亟需于针对高温所造成的可能影响做出有效突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过电流保护元件及电池保护电路装置，用于提供焊接外接电极件的需要，以避免元件因焊接时的损害。本发明的第一方面提供了一种过电流保护元件，该过电流保护元件用于设置于一电路板表面，作为电池保护之用。一实施例中，该过电流保护元件为层叠状结构，且包括电阻元件、至少一绝缘层以及焊接电极层。电阻元件具有正温度系数特性。绝缘层的厚度至少为0.03mm。焊接电极层用于焊接一条状连接件以电气连接至电池，且其厚度至少为
0.03mm。绝缘层及电阻元件叠设于该焊接电极层及电路板之间，且电路板、电阻元件及焊接电极层形成串接电路。绝缘层及焊接电极层组合的热质(thermal mass)足以承受焊接该条状连接件时不致损害该电阻元件。一实施例中，电阻元件包含一第一电极箔、一第二电极箔以及一叠设于该第一电极箔及第二电极箔间的正温度系数材料层。该正温度系数材料层与第一及第二电极箔沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一绝缘层形成于该第一电极箔表面，且该第一绝缘层的厚度至少为0.03_。焊接电极层形成于该第一绝缘层表面。一实施例中，过电流保护元件另外包含沿与第一方向垂直的第二方向延伸的导电连接件，以电气连接该焊接电极层及第一电极箔，且该导电连接件与该第二电极箔电气隔离。第二电极箔电气连接一电路板表面，而第一电极箔通过焊接电极层以焊接条状连接件，从而电气连接一电池的电极端。本发明的第二方面提供了一种电池保护电路装置。一实施例中，电池保护电路装置包含一电路板以及设置于该电路板表面的多个电子元件。电子元件中包含前述的过电流保护元件，而得以提供电路的过电流保护。电池保护电路装置可另包含一电池，该电池包含一第一外接电极件及一第二外接电极件，其中该第一外接电极件可包含该条状连接件，以焊接于该焊接电极层。该条状连接件可因应连接所需，而为直条形、弯曲形或L形等。
图1为本发明一实施例的电池保护电路装置的示意图；图2A及图2B为本发明第一实施例的电池保护电路装置中的保护电路模块(PCM)的应用不意图；图3A及3B为本发明第一实施例的过电流保护元件的示意图；图4为本发明一实施例的过电流保护元件的焊接电极层的示意图；图5为本发明第二实施例的过电流保护元件的示意图。其中，附图标记说明如下:10:电池保护电路装置11:电池12:电路板13:过电流保护元件14:焊垫15:电子元件16、17:外接电极件20:条状连接件22:第一部件24:第二部件31:电阻元件32:第一绝缘层33:第二绝缘层36:第一电极箔37:第二电极箔38:正温度系数材料层35、39:导电连接件40、50:缺口41、42:焊垫51:电阻元件52:第一绝缘层53:第二绝缘层54:焊接电极层56:第一电极箔57:第二电极箔58:正温度系数材料层
61、62:焊垫63、64、65、66:导电连接件
具体实施例方式以下将配合图式，说明本发明的实施方式，以期清楚了解本发明的技术内容。惟相关揭露仅是实施例，而非本发明的限制。图1为本发明一实施例的电池保护电路装置的立体示意图。电池保护电路装置10包含电池11以及电路板12。电路板12的表面设置有各式电子元件15，其中包含过电流保护元件13，而形成电路保护模块(PCM)结构。过电流保护元件13具正温度系数特性，且其表面焊接条状的外接电极件16 —端，而外接电极件16的另一端则连接于电池11。电路板12中电路连接其表面设置的焊垫14，且焊垫14表面焊接外接电极件17的一端，而外接电极件17的另一端则连接于电池11。外接电极件16及17分别连接于电池11的正、负极或负、正极而形成保护回路。图2A至图2B显示本发明的电池保护电路装置的侧面示意图。为简化以利说明，图2A至图2B显示作为PCM的电路板12上的主要构件，而未显示电池。参照图2A，电路板12表面设置过电流保护元件13、电子元件15以及焊垫14等。为因应制造上的要求，过电流保护元件13表面可焊接条状连接件20，以连接至电池的电极端。扩展来说，一实施例中，条状连接件20即等同于外接电极件16，也即利用自电池11延伸出来的外接电极件16，直接焊接于过电流保护元件13表面。或者，电池11可设计延伸连接件(图未示)，据此条状连接件20—端焊接于过电流保护元件13表面，另一端则焊接于电池11的延伸连接件。也即利用2个电极片组合成图1所示的外接电极件16。综述之，外接电极件16包含条状连接件20，但可因应需求做不同的变化设计。图1所示实施例的外接电极件16是自电路板12的侧面延伸，然图2A所示的条状连接件20因应需求沿电路板12的轴向延伸的直条状构件。条状连接件20也可为弯曲形或如图2B所示的L形。以L形为例，条状连接件20包含焊接于过电流保护元件13的第一部件22以及与第一部件22成角度的第二部件24。角度介于45至135度，或较佳地介于60至120度。另一实施例中，条状连接件20也可自电路板12的侧面延伸，也即垂直于图面的方向。条状连接件20于延伸方向上的变化，端视欲搭配的电池连接所需，而均为本发明所涵盖。图3A为本发明一实施例的过电流保护元件13。如图1所示过电流保护元件13为设置于电路板12表面的矩形表面粘着型元件，图3B为图3A的上下翻转后型态。过电流保护元件13包括电阻元件31、第一绝缘层32、第二绝缘层33、焊接电极层34、导电连接件35、39以及焊垫41及42。电阻元件31包含第一电极箔36、第二电极箔37以及叠设于该第一电极箔36及第二电极箔37间的正温度系数材料层38。正温度系数材料层38与第一电极箔36、第二电极箔37沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一绝缘层32形成于第一电极箔36表面，且第一绝缘层32的厚度至少为0.03mm,特别是0.05至1.0mm,较佳地为0.1至
0.3mmο焊接电极层34形成于绝缘层32表面，且焊接电极层34的厚度至少为0.03mm,特别是0.05至1.0mm，较佳地为0.1至0.3mm。实际应用上，第一绝缘层32或焊接电极层34的厚度也可为0.06mm、0.08mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm。导电连接件35、39位于元件侧边，且沿与第一方向垂直的第二方向延伸。本实施例中，导电连接件35、39镀有导电层的半圆形导电通孔，然也可为其他型式，并不为本实施例所限制。导电连接件35电气连接该焊接电极层34及第一电极箔36，且该导电连接件35与第二电极箔37电气隔离。第二电极箔37通过导电连接件39和焊垫42电气连接电路板12表面。焊接电极层34邻近该导电连接件39处设有环型缺口 40，而与导电连接件39处形成电气隔离。第一电极箔36通过焊接电极层34以焊接条状连接件20，而得以电气连接电池11的电极端。焊垫42可以表面粘着或回焊等方式连接于电路板12的电路。焊垫41则仅作为固定焊接于电路板12之用，并不连接其中电路。基此，焊垫42和焊接电极层34作为上下电极，而适于分别焊接于电路板12及条状连接件20，而构成导电通路。此外，图3A的第一绝缘层32或可省略，而将焊接电极层34直接连接第一电极箔36。或将第二绝缘层33及焊垫41、42省略，而利用第二电极箔37直接表面粘着或回焊于电路板12表面。综述之，绝缘层32及33中的至少一者及电阻元件31是叠设于该焊接电极层34及电路板12之间，且电路板12、电阻元件31及焊接电极层34形成串接电路。参照图4，焊接电极层34可于两端表面覆上防焊漆43，且图3A及图3B的焊垫41、42可利用如图4的涂布防焊漆43的焊接电极层34替代，作为表面粘着于电路板12的介面。但电极层34靠近导电连接件35需制作类似的缺口，作为两者间的电气隔离。基此，元件13上下表面均为如图4的涂布防焊漆的对称设计，故焊接于条状连接件20及电路板12时，不必有方向性的考虑。第一绝缘层32及/或第二绝缘层33与焊接电极层34组合的热质足以承受焊接该条状连接件20时的力量、温度、电压及能量而不致损害该电阻元件31。因此，本发明针对绝缘层32、33及焊接电极层的厚度有如上至少为0.03mm的限制。愈大的厚度自然有较佳的抵抗性，但将不利于元件小型化的需求。一实施例中，可承受焊接的电压为I 5V、1.3 4V或较佳为1.6 3V。焊接方式至少包含点焊、回焊、电阻焊、激光焊中的一者。绝缘层32、33可包含聚丙烯、玻璃纤维或散热材料。其中散热材料包含热固型塑胶及纤维的高分子材料、具热塑型塑胶与热固型塑胶交互穿透结构的高分子材料，其揭露于中国台湾专利公开号200816235、公告号1339088以及公开号201101342，在此引入本文中。一实施例中，焊接电极层34包含铜箔、镍箔、镀镍铜箔、镀锡铜箔或镀镍不锈钢。图5为本发明另一实施例的过电流保护元件13的立体示意图。如图1所示过电流保护元件13为设置于电路板12表面的矩形表面粘着型元件，而与图3A及3B所示者主要的不同在于导电连接件是设于矩形元件的转角处。过电流保护元件13包括电阻元件51、第一绝缘层52、第二绝缘层53、焊接电极层54、导电连接件63、64、65、66以及焊垫61及62。电阻兀件51包含第一电极箔56、第二电极箔57以及叠设于该第一电极箔56及第二电极箔57间的正温度系数材料层58。正温度系数材料层58与第一、第二电极箔56、57沿第一方向共同延伸为层叠状结构。第一绝缘层52形成于电极箔56表面，且第一绝缘层52的厚度至少为0.03mm,特别是0.05至0.5mm,或较佳地为0.1至0.3mm。一实施例中，焊接电极层54形成于绝缘层52表面,该焊接电极层54的厚度至少为0.03mm,较佳为0.05mm至0.5mm,或更佳为0.1mm至0.3mm。导电连接件65、66沿与第一方向垂直的第二方向延伸，以电气连接该焊接电极层54及第一电极箔56，且该导电连接件65、66与该第二电极箔57电气隔离。第二电极箔57通过导电连接件63、64和焊垫61电气连接电路板12表面。焊接电极层54邻近该导电连接件63、64处设有环型缺口 40，而与导电连接件63、64形成电气隔离。第一电极箔56通过焊接电极层54以焊接条状连接件20，而得以电气连接电池11的电极端。焊垫62靠近导电连接件66处形成缺口 50，作为两者间的电气隔离。类似地，焊垫61靠近导电连接件65处也形成作为电气隔离的缺口。焊垫61或62中的一者可以表面粘着(例如利用回焊)方式连接于电路板12的电路，另一者则作为固定焊接于电路板12之用，并不连接其中电路。本实施例的元件基本上为对称结构，因此焊接时具有不需考量方向性的优点。基此，焊垫61或62和焊接电极层54作为上下电极，而适于分别焊接于电路板12及条状连接件20，而构成导电通路。类似地，第一绝缘层52或可省略，而将焊接电极层54直接连接电极箔56。或将第二绝缘层53及焊垫61、62省略，而直接利用电极箔57直接表面粘着(例如利用回焊)方式固定于电路板12表面。另外，焊接电极层54两端表面也可覆上防焊漆，而提供等同功效。关于表面粘着型的过电流保护元件13的其他结构型态也揭露于中国台湾专利公告号415624及公告号1282696。上述各专利的相关结构型态揭露在此引入本文中。本发明测试使用的点焊设备为SEIWA制造公司的MSW-412型微点焊机电源供应器、VB-S+ZH-32型双端焊接头及SMC G36-10-01压力表。点焊条件为方形波(squarewaveform)，其顺序为IV持续I毫秒(ms)，0V持续1.3毫秒，最后施加1.9V持续1.9毫秒。焊接头压力为0.3MPa。本实施例中，进行测试的元件尺寸分别为2920及1812型式或
2.3mmX6mm，使用的焊接电极层为镀锡铜箔，绝缘层则使用聚乙烯(PP)，而点焊前及点焊后的电阻值如表一所列。表一
权利要求
1.一种过电流保护元件，用于设置于一电路板表面，作为电池保护之用，该过电流保护元件为层叠状结构，且包括: 一电阻元件，具有正温度系数特性； 至少一绝缘层，厚度至少为0.03mm ；以及 一焊接电极层，用于焊接一条状连接件以电气连接至电池，且其厚度至少为0.03mm ；其中该至少一绝缘层及电阻元件叠设于该焊接电极层及电路板之间，且电路板、电阻元件及焊接电极层形成串接电路； 其中该至少一绝缘层及焊接电极层组合的热质足以承受焊接该条状连接件时不致损害该电阻元件。
2.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该绝缘层的厚度为0.05至1.0_，该焊接电极层的厚度为0.05至1.0mm。
3.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该绝缘层设置于该电阻元件上表面，且叠设于该电阻元件及焊接电极层之间。
4.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该绝缘层有2层且分别设置于该电阻元件的上、下表面。
5.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该焊接电极层和条状连接件的焊接方式至少包含点焊、回焊、电阻焊、激光焊中的一者。
6.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该绝缘层是聚丙烯绝缘层、玻璃纤维绝缘层、具有热塑型塑胶与热固型塑胶交互穿透结构的高分子材料绝缘层，或是具有热固型塑胶及纤维的高分子材料绝缘层。
7.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该焊接电极层是铜箔电极层、镍箔电极层、镀镍铜箔电极层或镀镍不锈钢电极层。
8.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其中该条状连接件为直条形、弯曲形或L形。
9.一种过电流保护元件,包括: 一电阻元件，包含一第一电极箔、一第二电极箔以及一叠设于该第一电极箔及第二电极箔间的正温度系数材料层，该正温度系数材料层与第一及第二电极箔沿第一方向共同延伸为层叠状结构； 一第一绝缘层，形成于该第一电极箔表面，该第一绝缘层的厚度至少为0.03mm ； 一焊接电极层，形成于该第一绝缘层表面，该焊接电极层的厚度至少为0.03_ ;以及至少一第一导电连接件，沿与第一方向垂直的第二方向延伸，以电气连接该焊接电极层及第一电极箔，且该第一导电连接件与该第二电极箔电气隔离； 其中该第二电极箔用于电气连接一电路板，第一电极箔通过焊接电极层以焊接一条状连接件，从而电气连接一电池的电极端； 其中该第一绝缘层及焊接电极层组合的热质足以承受焊接该条状连接件时不致损害该电阻元件。
10.根据权利要求9所述的过电流保护元件，其中该第一绝缘层的厚度介于0.05mm至1.0mm,焊接电极层的厚度为0.05mm至1.0mm。
11.根据权利要求9所述的过电流保护元件，其中该第一绝缘层是聚丙烯绝缘层、玻璃纤维绝缘层、具有热塑型塑胶与热固型塑胶交互穿透结构的高分子材料绝缘层、或是具有热固型塑胶及纤维的高分子材料绝缘层。
12.根据权利要求9所述的过电流保护元件，其中该焊接电极层是铜箔电极层、镍箔电极层、镀镍铜箔电极层或镀镍不锈钢电极层。
13.根据权利要求9所述的过电流保护元件，其还包含一第二绝缘层及沿该第二方向延伸的至少一第二导电连接件，该第二绝缘层形成于该第二电极箔表面，第二导电连接件电气连接第二电极箔及电路板中的电路。
14.根据权利要求13所述的过电流保护元件，其还包含焊垫，该焊垫设置于第二绝缘层表面，该第二电极箔通过该第二导电连接件及焊垫，电气连接至该电路板。
15.根据权利要求13所述的过电流保护元件，其中该第一及第二导电连接件设置于过电流保护元件侧边或转角处。
16.根据权利要求9所述的过电流保护元件，其中该条状连接件为直条形、弯曲形或L形。
17.根据权利要求16所述的过电流保护元件，其中该L形包含第一部件及第二部件，其中第一部件焊接于该焊接电极层。
18.根据权利要求17所述的过电流保护元件，其中该第一部件及第二部件间的角度介于60至120度之间。
19.一种电池保护电路装置，包含一电路板以及设置于该电路板表面的多个电子元件，该电子元件中包含 一过电流保护元件，该过电流保护元件包含: 一电阻元件，具有正温度系数特性； 至少一绝缘层，厚度至少为0.03mm ； 一焊接电极层，用于焊接一条状连接件以电气连接至电池，且其厚度至少为0.03mm ； 其中该至少一绝缘层及电阻元件叠设于该焊接电极层及电路板之间，且电路板、电阻元件及焊接电极层形成串接电路； 其中该至少一绝缘层及焊接电极层组合的热质足以承受焊接该条状连接件时不致损害该电阻元件。
20.根据权利要求19所述的电池保护电路装置，其还包含一电池，该电池包含一第一外接电极件及一第二外接电极件，其中该第一外接电极件包含该条状连接件，以焊接于该焊接电极层。
21.根据权利要求20所述的电池保护电路装置，其中该至少一绝缘层及焊接电极层组合的热质足以承受以电压I 5V点焊该条状连接件于该焊接电极层时不致损害该电阻元件。
22.根据权利要求20所述的电池保护电路装置，其中该第二外接电极件连接于该电路板的电路，形成电池保护回路。
23.根据权利要求19所述的电池保护电路装置，其中该条状连接件为直条形、弯曲形或L形。
24.根据权利要求23所述的电池保护电路装置，其中该L形包含第一部件及第二部件，其中第一部件焊接于该焊接电极层，且该第一部件及第二部件间的角度介于60至120度之间。
全文摘要
本发明公开了一种过电流保护元件及电池保护电路装置，该过电流保护元件用于设置于一电路板表面，作为电池保护之用。过电流保护元件包括电阻元件、至少一绝缘层以及焊接电极层。电阻元件具有正温度系数特性。绝缘层的厚度至少为0.03mm。焊接电极层用于焊接一条状连接件以电气连接至电池，且其厚度至少为0.03mm。其中该至少一绝缘层及电阻元件叠设于该焊接电极层及电路板之间，且电路板、电阻元件及焊接电极层形成串接电路。绝缘层及焊接电极层组合的热质足以承受焊接该条状连接件时不致损害该电阻元件。
文档编号H01C7/02GK103106989SQ20111037056
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者王绍裘, 朱复华, 曾郡腾 申请人:聚鼎科技股份有限公司