本发明涉及一种过电流保护元件，特别涉及一种可耐高电压的表面粘着型(surfacemountabledevice；smd)的过电流保护元件。
背景技术：
：：过电流保护元件被用于保护电路，使其免于因过热或流经过量电流而损坏。过电流保护元件通常包含两电极及位在两电极间的电阻材料。此电阻材料具正温度系数(positivetemperaturecoefficient；ptc)特性，亦即在室温时具低电阻值，而当温度上升至一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，藉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，过电流保护元件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ptc过电流保护元件取代保险丝，而被更广泛运用在高密度电子电路上。一般而言，高分子聚合物型ptc导电复合材料是由一结晶性高分子聚合物及导电填料所组成，该导电填料是均匀分散于该高分子聚合物之中。该高分子聚合物一般为聚烯烃类聚合物，例如：聚乙烯，而导电填料一般为碳黑、金属或导电陶瓷填料。目前业界最广为使用的smd过电流保护元件如美国专利us6,377,467所掲露，其结构主要是通过垂直方向的导电通孔连接ptc元件表面的金属箔和位于元件上下表面两侧的电极，形成导电通路。传统上若要使用于例如6v或30v以上的高电压应用时，通常需要降低其中的导电填料如碳黑或导电陶瓷粉末。但是如此一来也将降低元件的维持电流(holdcurrent)，而无法符合同时兼具耐高电压和高维持电流的要求。通常smd过电流保护元件是通过印刷电路板(pcb)制程加以制作，需要利用蚀刻制程制作所需线路。然而若蚀刻位置不精确、蚀刻铜箔不完全、残余金属存在或导电通孔的连结没做好，可能发生电弧(arcing)的问题。此外，蚀刻液若有残留，也有可能会降低耐电压的效果。ptc保护元件在发生保护作用时，由于其电阻迅速增加，因此在产生保护作用时，往往承受了电源回路中绝大部分的电压。随着通信或车用设备要求ptc保护元件需承受线路中较大的故障电压时，现有的smd结构设计因为ptc材料层侧边接触导电通孔，容易发生电弧现象，导致ptc保护元件发生击穿、火花、燃烧等现象，引发安全事故。因此原有smd结构的设计，应设法使其具有较高的耐电压能力。中国专利cn201994151u公开了一种smd高分子ptc保护元件，利用嵌入包含ptc材料层和其上下层铜箔的ptc芯片的缺口的绝缘凸台来提高耐电弧的能力。制作该ptc芯片的缺口是使用盲孔的方式，盲孔的位置与ptc元件两端的缺口位置相对应，盲孔深度正好可以正面钻透上层铜箔和高分子ptc复合导电材料而不钻透下层铜箔，反面钻透下层铜箔和高分子ptc复合导电材料而不钻透上层铜箔。然而盲孔深度不易精确控制，很有可能会钻透该上层和下层铜箔造成电路断路，或者使得铜箔过薄而影响导电稳定性，导致良率降低或有电气特性不良的问题。此外，后续使用真空压合技术，将fr4流胶(prepreg)嵌入盲孔的过程当中，可能会有嵌入不完全或气泡问题的发生，也会造成对产品的不良影响。申言之，压合填孔对于大孔径、高深宽比(highaspectratio)与孔数多的盲孔，可能因为fr4流胶的含胶量不足以完全填充较大与较深孔径的盲孔，而造成塞孔气泡、凹陷与介质厚度不足等等问题的出现，此亦将影响产品整体的可靠度。fr4胶具有相对较高的热膨胀系数cte(coefficientofthermalexpansion)，过高的cte将促使填充材料在受热(如冷热冲击、热应力等信赖性测试)的过程中发生龟裂(crack)或分层(delamination)的情形，两种材料之间存在差异甚大的cte与内含塞孔气泡均为导致上述不良的主要原因。技术实现要素：为解决上述smd过电流保护元件不易耐高电压的问题，本发明公开了一种表面粘着型过电流保护元件，其具有更佳的电气绝缘效果，可避免不预期的电弧现象，因此可在保有高维持电流的条件下提供耐高电压效果，从而可提供例如6v以上或甚至30v以上的耐高压的过电流保护。根据本发明的一实施例，一种表面粘着型过电流保护元件包括ptc材料层、第一导电层、第二导电层、左电极、右电极、左导通件、右导通件、左绝缘件和右绝缘件。该ptc材料层包含相对的左端部和右端部，该左端部设有一个左缺口，该右端部设有一个右缺口。该第一导电层包含贴合于该ptc材料层的上表面的主要部分和延伸至该左缺口上方的次要部分。该第二导电层包含贴合于该ptc材料层的下表面的主要部分和延伸至该右缺口下方的次要部分。左电极电气连接该第一导电层，右电极电气连接该第二导电层。该左导通件连接左电极和第一导电层，且与第二导电层隔离。该右导通件连接右电极和第二导电层，且与第一导电层隔离。该左绝缘件填入该左缺口中，且位于该左导通件和ptc材料层之间，作为其间的隔离。该右绝缘件填入该右缺口中，且位于该右导通件和ptc材料层之间，作为其间的隔离。其中该ptc材料层和左、右导通件之间不形成物理接触，且该第一导电层和第二导电层的主要部分和次要部分的厚度不同。一实施例中，该第一导电层和第二导电层的主要部分较次要部分为厚。一实施例中，该第一导电层和第二导电层的主要部分为包含一第一金属层和一第二金属层的复合层，该第一导电层和第二导电层的次要部分包含该第二金属层。一实施例中，该第二金属层为贴合于该第一金属层表面的电镀层。一实施例中，该左绝缘件和右绝缘件为半圆柱形，且半圆柱形的高度除以半径的比值为1～15。一实施例中，该第一导电层右端设有和该右缺口对齐的缺口，该第二导电层左端设有和该左缺口对齐的缺口。一实施例中，该作左缺口和右缺口为半圆形或半椭圆形，且该左导通件和右导通件为半圆形或半椭圆形的导电通孔。一实施例中，该表面粘着型过电流保护元件另包含第一绝缘层和第二绝缘层。该第一绝缘层贴合于该第一导电层上表面，且自该左导通件延伸至右导通件。该第二绝缘层贴合于该第二导电层下表面，且自该左导通件延伸至右导通件。一实施例中，该左、右电极各有两个电极区域，分别贴合在该第一绝缘层上表面和贴合在该第二绝缘层下表面。一实施例中，该第一绝缘层和第二绝缘层包含预浸玻纤材料(prepreg)。一实施例中，该第一绝缘层和第二绝缘层所使用的材料和该左绝缘件和右绝缘件所使用的材料不同。一实施例中，该左绝缘件和右绝缘件于垂直向的cte小于第一绝缘层和第二绝缘层于垂直向的cte。一实施例中，该左绝缘件和右绝缘件包含绝缘树脂，其不含玻纤。一实施例中，该绝缘树脂tg点以下的cte(热膨胀系数)低于50ppm，且tg点大于等于140℃。一实施例中，该绝缘树脂于25℃的粘度为30～60pa·s。本发明的表面粘着型过电流保护元件利用左、右绝缘件使得ptc材料层和左、右导通件不形成物理接触，可增加其间的绝缘效果，进而提高其耐电压特性。该左、右绝缘件优选地可使用适合的绝缘树脂，具有特定的粘度和cte，适合大孔径和高深宽比的制程，可以改善传统压合制程填孔不全、气泡、龟裂和分层的问题。此外，本发明可制作包含并联多层ptc材料层的表面粘着型过电流保护元件，而得到较低的元件电阻值，同时兼具耐电压特性。附图说明图1a及图1b显示本发明第一实施例的表面粘着型过电流保护元件的立体图和分解示意图；图2a显示图1a中沿1-1剖面线的剖面示意图；图2b和图2c分别显示图1a的表面粘着型过电流保护元件的右侧视图和左侧视图；图3a至3e显示本发明一实施例的表面粘着型过电流保护元件的制作流程示意图；图4显示本发明第二实施例的表面粘着型过电流保护元件的剖面示意图；以及图5显示本发明第三实施例的表面粘着型过电流保护元件的剖面示意图。附图标记说明：10、30、50、70表面粘着型过电流保护元件；11、31、51ptc材料层；12、32、52第一导电层；13、33、53第二导电层；14、54左电极；15、55右电极；16、56左导通件；17、57右导通件；18、58左绝缘件；19、59右绝缘件；20第一绝缘层；21第二绝缘层；22左缺口；23右缺口；31ptc材料层；32、33第一金属层；34绝缘材料；35、36第二金属层；37第一绝缘层；38第二绝缘层；39、40电极层；41、43左电极区域；42、44右电极区域；45导通件；46孔洞；60、61缺口；121、131、521、531主要部分；122、132、522、532次要部分。具体实施方式为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合附图，作详细说明如下。图1a显示本发明第一实施例的表面粘着型过电流保护元件10的立体示意图，图1b为前述表面粘着型过电流保护元件10的分解示意图。图2a为图1a中沿1-1剖面线的剖面示意图，图2b为图1中表面粘着型过电流保护元件10的右侧示意图，图2c为图1中表面粘着型过电流保护元件10的左侧示意图。表面粘着型过电流保护元件10为一种包含多层材料的层迭结构，其包括ptc材料层11、第一导电层12、第二导电层13、左电极14、右电极15、左导通件16、右导通件17、左绝缘件18、右绝缘件19、第一绝缘层20和第二绝缘层21。该ptc材料层11包含相对的左端部和右端部，且该左端部设有一个左缺口22，可容纳该左绝缘件18，该右端部设有一个右缺口23，可容纳该右绝缘件19。该ptc材料层11可包含高分子聚合物和散布于其中的导电填料，该导电填料包含碳黑、金属或陶瓷导电粉末。该第一导电层12右端设有和该右缺口23对齐的缺口，该第二导电层13左端设有和该左缺口22对齐的缺口。该第一导电层12包含贴合于该ptc材料层11的上表面的主要部分121和延伸至左缺口22上方的次要部分122。更精确而言，该次要部分122是位于该左绝缘件18的表面。该第二导电层13包含贴合于该ptc材料层11的下表面的主要部分131和延伸至右绝缘件19下方的次要部分132。更精确而言，该次要部分132是位于该右绝缘件19的表面。该左电极14通过左导通件16连接该第一导电层12，形成电气导通。该右电极15通过右导通件17连接该第二导电层13，形成电气导通。申言之，左导通件16连接左电极14和第一导电层12，且与第二导电层13隔离。右导通件17连接右电极15和第二导电层13，且与第一导电层12隔离。该左绝缘件18填入该左缺口22中，且位于该左导通件16和ptc材料层11之间，作为其间的隔离。该右绝缘件19填入该右缺口23中，且位于该右导通件17和ptc材料层11之间，作为其间的隔离。第一绝缘层20贴合于该第一导电层12上表面，且自该左导通件16延伸至右导通件17。第二绝缘层21贴合于该第二导电层13下表面，且自该左导通件16延伸至右导通件17。一实施例中，ptc材料层11的左缺口22和右缺口23为半圆形或半椭圆形，且该左导通件16和右导通件17为半圆形或半椭圆形的导电通孔。实际应用上，左缺口和右缺口也可以为矩形，左导通件和右导通件也可以为全面形(fullface)导通。该左、右电极14和15各有两个电极区域，分别形成于该第一绝缘层20上表面和第二绝缘层21下表面，作为表面粘着至电路板的接口。本发明因为制程的关系，该第一导电层12和第二导电层13有特别的厚薄关系。该第一导电层12的主要部分121和次要部分122的厚度不同，特别是该第一导电层12的主要部分121较次要部分122为厚，亦即，第一导电层12贴合于ptc材料层11上表面的厚度较厚，而位于左绝缘件18上表面处略薄。类似地，第二导电层13的主要部分131和次要部分132的厚度不同，特别是第二导电层13的主要部分131较次要部分132为厚。亦即，第二导电层13贴合于ptc材料层11下表面的厚度较厚，而位于右绝缘件19下表面处略薄。一实施例中，该第一导电层12和第二导电层13是包含二层金属层的结构，特别是该第一导电层12和第二导电层13的主要部分121和131为包含第一金属层和第二金属层的复合层，该第一导电层12和第二导电层13的次要部分122和132包含该第二金属层。图3a至图3e是本发明实施例的过电流保护元件一实施例的制作流程示意图。首先将高分子ptc复合导电材料压制成例如厚0.38mm、长200mm、宽200mm的ptc材料层31，然后，在ptc材料层31两面各贴覆厚度0.035mm的第一金属层32和33。第一金属层32和33将高分子ptc材料层31夹在中间，且通过热压形成一基板，如图3a所示。该第一金属层32和33可为贴合于该ptc材料层11的铜箔或其他金属箔。参照图3b，接着在该基板于约等间隔的位置钻出或冲压出多个穿孔，并于穿孔中填入绝缘材料34，例如不含玻纤的绝缘树脂等。填孔可采用网板印刷或刮刀涂布方式。绝缘材料34可包含填料，该填料包含例如sio2,tio2,al2o3,al(oh)3,mg(oh)2或其混合物，从而减缓绝缘材料34的膨胀而有较低的cte。绝缘材料34填入后可能会有开孔处凸出的问题，需进一步研磨整平。参照图3c，一实施例中是以电镀方式形成第二金属层35和36于基板的上下表面。参照图3d，以例如蚀刻的方式去除相对于绝缘材料34的位置的第二金属层35和36，以暴露出单侧的绝缘材料34。本实施例中，相邻的绝缘材料34是于不同侧进行蚀刻去除其表面上的第二金属层35和36。之后，可利用例如压合的方式，于基板上下表面按序形成第一绝缘层37和第二绝缘层38、以及电极层39和40。第一绝缘层37和第二绝缘层38的材料可选用预浸玻纤材料。参照图3e，于垂直方向于各个绝缘材料34所处位置进行钻孔形成孔洞46，这次钻孔的孔洞46孔径必须小于前次钻孔所形成穿孔的孔径，也就是要小于绝缘材料34的直径。在尽可能降低误差的前提下，此次钻孔定位中心必须和前次钻孔定位中心一致，以确保孔洞46位于绝缘材料34的中央部位。之后于孔洞46侧壁电镀导电层，形成导通件45。上方的电极层39蚀刻掉中央部分区域，形成左电极区域41和右电极区域42。下方的电极层40蚀刻掉中央部分区域，形成左电极区域43和右电极区域44。之后，进行切割，其中切割孔洞46中央，而形成两个半圆孔或半椭圆孔，形成表面粘着型过电流保护元件30。该左电极区域41和43的组合形成左电极，且通过导通件45连接该第二金属层35，形成电气导通。该右电极区域42和44的组合形成右电极，且通过导通件45连接该第二金属层36，形成电气导通。该表面粘着型过电流保护元件30是实质相同于图1所示的该表面粘着型过电流保护元件10，然而为清楚说明本发明的过电流保护元件的制作方式，图3a至图3e所示者的尺寸仅为示意，而可能略不同于图1a至图2c所示者。本实施例中，表面粘着型过电流保护元件30中左侧的绝缘材料34对应于表面粘着型过电流保护元件10的左绝缘件18，右侧的绝缘材料34对应于表面粘着型过电流保护元件10的右绝缘件19。表面粘着型过电流保护元件30中第一金属层32和第二金属层35的组合对应于该表面粘着型过电流保护元件10的第一导电层12。表面粘着型过电流保护元件30中第一金属层33和第二金属层36的组合对应于该表面粘着型过电流保护元件10的第二导电层13。特而言之，绝缘材料34中绝缘树脂的选用，较佳地可考量皆需具备下列特性：(1)不允许任何溶剂的存在并且需具备较低的cte，以防止因受热的过程中发生龟裂或分层的不良情形，绝缘树脂的玻璃转换温度tg点以下的cte必须低于50ppm。(2)绝缘材料34塞孔研磨后需有平整的表面，不可存在任何凹陷。(3)绝缘材料34与作为导通件45的镀铜孔壁之间需有良好的附着力。(4)tg点大于140℃以上。(5)25℃的粘度为30～60pa·s，以提供填孔时良好的流动性。因绝缘材料34有相异于第一绝缘层37和第二绝缘层38的上述特性，不会有填孔不完全、气泡、龟裂或分层问题的发生。相较于传统利用压合将fr4流胶填孔，本发明的绝缘材料34更适合于大孔径、高深宽比(highaspectratio)的填孔制程。一实施例中，在基板钻孔的孔径(相当于绝缘材料34的直径)约为0.4～3mm，ptc材料层31和上下第一金属层32和33的厚度(相当于绝缘材料34的厚度)约为0.2～3mm。在板材切割时，绝缘材料34切割形成的左绝缘件和右绝缘件通常为半圆柱形，且半圆柱形的高度除以其半径比值(即深宽比)为1～15，或特别是1.5、2、3、5、10。图1b所示的一实施例中，该左绝缘件18和右绝缘件19可为中间有缺口的半圆柱形。一实施例中，绝缘材料34(包含左绝缘件和右绝缘件)于垂直向的cte要小于第一绝缘层37和第二绝缘层38于垂直向的cte，可避免绝缘材料34本身的龟裂和分层以及第二金属层35和36的变形。图4显示本发明第二实施例的表面粘着型过电流保护元件50的剖面示意图。表面粘着型过电流保护元件50为一种包含多层材料的层迭结构，其包括ptc材料层51、第一导电层52、第二导电层53、左电极54、右电极55、左导通件56、右导通件57、左绝缘件58以及右绝缘件59。该ptc材料层51包含相对的左端部和右端部，且该左端部设有一个左缺口，可容纳该左绝缘件58，该右端部设有一个右缺口，可容纳该右绝缘件59。该第一导电层52包含贴合于该ptc材料层51上表面的主要部分521和延伸至左缺口或左绝缘件58上方的次要部分522。该第二导电层53包含贴合于该ptc材料层51下表面的主要部分531和延伸至右缺口或右绝缘件59下方的次要部分532。一实施例中，第一导电层52和第二导电层53的表面可覆盖防焊层。该左电极54包含上、下电极区域，且通过左导通件56连接该第一导电层52，形成电气导通。该右电极55包含上、下电极区域，且通过右导通件57连接该第二导电层53，形成电气导通。申言之，左导通件56连接左电极54和第一导电层52，且与第二导电层53隔离。右导通件57连接右电极55和第二导电层53，且与第一导电层52隔离。本实施例中，该第一导电层52有缺口60，而与右电极55隔离。该开口60优选地位于该右绝缘件59上方，以确保上方的右电极55和ptc材料层51之间没有因物理接触而形成导电通路。该第二导电层53有缺口61，而与左电极54隔离。一实施例中，该开口61位于该左绝缘件58下方，以确保下方的左电极54和ptc材料层51之间没有因物理接触而形成导电通路。该左绝缘件58位于该左导通件56和ptc材料层51之间，作为其间的隔离。该右绝缘件59位于该右导通件57和ptc材料层51之间，作为其间的隔离。本实施例类似于前述第一实施例，但没有绝缘层的设置，因而可以增加散热效果，提升元件的维持电流(holdcurrent)，且可以进一步降低元件高度。图5显示本发明第三实施例的表面粘着型过电流保护元件70的剖面示意图。该表面粘着型过电流保护元件70类似包含2个层迭的如第一实施例所述的表面粘着型过电流保护元件10，不过共用两侧的左导通件16和右导通件17，形成并联两个ptc材料层11的元件结构。亦即并联两个ptc电阻，从而可进一步降低元件电阻值。表面粘着型过电流保护元件70包括两个ptc材料层11、各该ptc材料层11上下表面设有第一导电层12和第二导电层13。各该第一导电层12表面设有第一绝缘层20，各该第二导电层13表面设有第二绝缘层21。各该ptc材料层11包含相对的左端部和右端部，且该左端部设有一个左缺口，可容纳该左绝缘件18，该右端部设有一个右缺口，可容纳该右绝缘件19。各该第一导电层12右端设有和该右缺口对齐的缺口，各该第二导电层13左端设有和该左缺口对齐的缺口。各该第一导电层12包含贴合于该ptc材料层11的上表面的主要部分121和延伸至左缺口上方的次要部分122。更精确而言，该次要部分122是位于该左绝缘件18的表面。各该第二导电层13包含贴合于该ptc材料层11的下表面的主要部分131和延伸至右绝缘件19下方的次要部分132。更精确而言，该次要部分132是位于该右绝缘件19的表面。该左电极14通过左导通件16连接各该第一导电层12，形成电气导通。该右电极15通过右导通件17连接各该第二导电层13，形成电气导通。申言之，左导通件16连接左电极14和两个第一导电层12，且与两个第二导电层13隔离。右导通件17连接右电极15和两个第二导电层13，且与两个第一导电层12隔离。各该左绝缘件18填入其对应的左缺口中，且位于该左导通件16和其对应的ptc材料层11之间，作为其间的隔离。各该右绝缘件19填入其对应的右缺口中，且位于该右导通件17和其对应的ptc材料层11之间，作为其间的隔离。各该第一绝缘层20贴合于其所对应的第一导电层12上表面，且自该左导通件16延伸至右导通件17。各该第二绝缘层21贴合于其所对应的该第二导电层13下表面，且自该左导通件16延伸至右导通件17。本实施例中，该左、右电极14和15各有两个电极区域，分别贴合在上方的第一绝缘层20上表面和下方的第二绝缘层21下表面，作为表面粘着至电路板的接口。本实施例是将各ptc元件11的上表面电气连接至左电极16，而各ptc元件11的下表面连接至右电极17，以形成并联。此外，也可以将上方ptc元件11的上表面以及下方ptc元件11的下表面电气连接至左电极16，上方ptc元件的下表面以及下方ptc元件的上表面电气连接至右电极17，同样可以形成并联结构，而为本发明所涵盖。有一种现有的smd过电流保护元件是利用导电盲孔连接外电极和ptc元件的导电层。然而设计在多层ptc层的结构时，因为导电盲孔只能作为最外层的ptc元件的导电层和外电极的连接，内层的ptc元件的导电层无法连接至外电极或左、右导通件。因此，该导电盲孔的设计方式，并不适合应用于多层ptc层的结构，而有使用上的限制。相对地，本发明在制作上，将如图3c所示结构作为基板，取两个基板经过后续绝缘层形成、堆叠、电极层形成、钻孔等步骤即可形成并联的表面粘着型过电流保护元件，而可突破前述导电盲孔的限制。利用相同原理，本发明可以形成3层以上的多层并联ptc材料层的表面粘着型过电流保护元件。以2oz铜箔(70μm厚)作为第一和第二导电层的主要部分，制作成板厚0.62mm且为smd2920尺寸的如前述第一实施例的表面粘着型过电流保护元件，其中ptc材料层的导电填料选择导电陶瓷碳化钨。经测试其可通过30v/30a4,000次循环寿命(cyclelife)测试。然而，若采用没有绝缘件的原有smd结构的设计，其仅能通过16v测试，而在30v/30a测试中，在约第50次测试时，元件将因耐电压不足而烧毁。根据测试结果，在特别是ptc材料层使用金属(例如镍)或导电陶瓷粉末(例如碳化钛或碳化钨)作为导电填料时，本发明的表面粘着型过电流保护元件可具备30v或30v以上的耐高压特性，其相较于无左右绝缘件的传统设计，可以提高约1.5倍以上的耐电压效果。针对传统的smd结构设计，因为ptc材料层中包含导电填料，在高电压的环境下，可能会有电弧发生的危险。本发明ptc材料层并无直接接触该左导通件和右导通件，等于多了一层绝缘防护机制，故可加强电气隔离，从而提升耐电压效果。此外，作为间隔的该左、右绝缘件优选地可使用适合的绝缘树脂，具有特定的粘度和cte，适合大孔径和高深宽比的制程，可以改善传统压合制程填孔不全、气泡、龟裂和分层的问题。本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及公开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公开的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。当前第1页12当前第1页12