專利名稱：過電流保護裝置及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種過電流保護裝置及其制作方法，特別是關于一種具有快速散熱效果的過電流保護裝置及其制作方法。
背景技術：
隨著目前便攜式電子產品(例如手機、筆記本電腦、手提攝影機及個人數字助理器等)的廣泛應用，為防止電路發(fā)生過電流(over-current)或是過高溫(over-temperature)現象的過電流保護裝置已受到明顯重視。
已知的正溫度系數(Positive Temperature Coefficient，PTC)元件的電阻值對溫度變化的反應相當敏銳。當PTC元件在正常使用狀況時，其電阻可維持極低值而使電路得以正常運作。但是當發(fā)生過電流或過高溫的現象而使溫度上升至一臨界溫度時，其電阻值會瞬間彈跳至一高電阻狀態(tài)(例如104ohm以上)而將過量的電流反向抵消，以達到保護電池或電路元件的目的。因此該PTC元件已被整合于各種電路元件中，以防止過電流的損害。
圖1所示為一已知的過電流保護裝置10，其包含一正溫度系數材料層101、兩電極層102、兩隔離層103、兩導電柱104及兩焊接電極層105。該兩電極層102是疊設于該正溫度系數材料層101的上、下表面，而該焊接電極層105是覆蓋于該電極層102的表面。該導電柱104貫穿該正溫度系數材料層101及兩電極層102，以電氣連接兩電極層102及表面焊接電極層105。該隔離層103將電極層102分隔為左、右兩部份，以阻斷其電氣連接。該過電流保護裝置10形成左、右兩電極端，可分別利用導線(未圖示)連接至欲保護的電路或元件。
隨著目前電子裝置小型化的趨勢，元件的散熱成為一個重要的設計考慮因素。若無法有效散熱，將大幅降低過電流保護裝置的使用壽命及可靠性。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種過電流保護裝置及其制作方法，可加速散發(fā)該過電流保護裝置所產生的熱量，以適用于日趨小型化的電子裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種過電流保護裝置，其特征在于其包含至少一正溫度系數元件，其包含一正溫度系數材料層及疊設于該正溫度系數材料層兩側的兩電極層；至少一散熱層；至少一連結膠層，連結該至少一正溫度系數元件及至少一散熱層，并作為正溫度系數元件與散熱層之間的熱傳導介質；至少兩隔離層，將該散熱層、連結膠層及電極層分隔為兩部份，以阻斷其電氣連接。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該正溫度系數材料層是由高分子正溫度系數材料組成。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該散熱層的材料是選自鋁、銅或其合金。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該連結膠層是由銀膠或銅膠組成。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該連結膠層是由樹脂或環(huán)氧塑料組成。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該隔離層是由防焊劑組成。
所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含至少一導電柱，用于電氣連接該二電極層。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該導電柱是由銀或銅組成。
所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含兩焊接電極層，其設置于該電極層或散熱層的表面。
所述的過電流保護裝置，其特征在于該焊接電極層的材料是選自錫、鉛或其合金。
所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含兩焊接電極層，其設置于該電極層或散熱層的表面，且該導電柱另連接至該二焊接電極層。
本發(fā)明還提供一種過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其包含下列步驟(a)提供至少一正溫度系數元件，其是由一正溫度系數材料層疊設于兩電極層之間組成；(b)在該至少一正溫度系數元件表面形成至少一連結膠層；(c)在該至少一連結膠層表面形成至少一散熱層；(d)在該散熱層、連結膠層及電極層中形成至少兩隔離層，用于阻斷其電氣連接。
所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含一制作至少一導電柱以連接該兩電極層的步驟。
所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含在所述散熱層或電極層表面制作兩焊接電極層的步驟。
所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含一在散熱層或電極層表面制作兩焊接電極層的步驟，且該導電柱另連接至該兩焊接電極層。
所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于該導電柱是利用電鍍或充填導電膏制成。
所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于該隔離層是利用蝕刻、激光、切除或銑切的方式形成開口，并將該開口填充絕緣材料而成。
綜上所述，本發(fā)明所揭示的過電流保護裝置，其包含至少一正溫度系數元件、至少一散熱層、至少一連結膠層及至少兩隔離層。該至少一正溫度系數元件是由一正溫度系數材料層疊設于兩電極層之間組成。該至少一連結膠層設置于該至少一正溫度系數元件及至少一散熱層之間，用于連結兩者并作為其兩者間的熱傳導介質用。該至少兩隔離層是將該散熱層、連結膠層及電極層分隔為兩部份以阻斷其電氣連接。
該過電流保護裝置可另包含至少一導電柱，以連接該兩電極層，實現電導通。此外，可在該電極層或散熱層的表面覆蓋兩焊接電極層，以防止其氧化。
該散熱層的作用類似一散熱片(heat sink)，可將正溫度系數元件所產生的熱量迅速散發(fā)，而延長過電流保護裝置的使用壽命，提高其可靠性，及擴展其應用范圍。
本發(fā)明的過電流保護裝置主要可依下列步驟(a)至(d)制作。在步驟(a)中，提供至少一正溫度系數元件，其是由一正溫度系數材料層疊設于二電極層之間組成。在步驟(b)中，在該至少一正溫度系數元件表面形成至少一連結膠層。在步驟(c)中，在該至少一連結膠層表面形成至少一散熱層。在步驟(d)中，在該散熱層、連結膠層及電極層中形成至少兩隔離層，用于阻斷其電氣連接。

圖1是已知的過電流保護裝置的示意圖；圖2(a)是本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的立體圖圖2(b)是圖2(a)中沿1-1剖面線的剖面圖；圖3是本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖；圖4是本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖；圖5是本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖；圖6(a)至6(g)示例本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的制作流程。
圖中元件符號說明
具體實施方式本發(fā)明主要的技術手段是在過電流保護裝置中增設散熱層，以達到加速熱量散發(fā)的目的。以下將利用幾個實施例進行說明。
參照圖2(a)及2(b)，其中圖2(a)是本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的立體圖，圖2(b)則為圖2(a)中沿1-1剖面線的剖面圖。一過電流保護裝置20包含一正溫度系數材料層201、兩電極層202、一連結膠層203、一散熱層204、兩隔離層207和208、兩導電柱209及兩焊接電極層205和206。該正溫度系數材料層201是疊設于該兩電極層202之間而形成一個類似三明治結構的正溫度系數元件21。該正溫度系數材料層201可由高分子正溫度系數材料(Polymer Positive Temperature Coefficient，PPTC)組成。該連結膠層203是介于該正溫度系數元件21及散熱層204之間，用于連結兩者并作為其間的熱傳導介質。該連結膠層203可采用導電或不導電的材料，例如可導電的銀膠、銅膠或不導電的樹脂、環(huán)氧塑料等。該散熱層204設置于該連結膠層203的表面，其可以使用散熱性能好的鋁、銅金屬或其合金制成。當發(fā)生過電流或過高溫時，該正溫度系數元件21所產生的熱量可經由該連結膠層203傳導至該散熱層204而快速散發(fā)。該隔離層207將該散熱層204、連結膠層203及位于該正溫度系數材料層201上方的電極層202分隔為兩部份，以阻斷兩部份間的電氣連接。隔離層208將位于該正溫度系數材料層201下方的電極層202分隔為兩部份，其目的同樣是為了阻斷電氣連接。該導電柱209可先利用機械鉆孔或激光貫穿形成穿孔，再以電鍍銅、銀或填充導電膏(例如銅膏或銀膏等)等方式制成。該焊接電極層205覆蓋于該散熱層204的表面，而該焊接電極層206則覆蓋于該正溫度系數材料層201下方的電極層202的表面，以供該過電流保護裝置20通過導線連接至欲保護的電路或元件。該焊接電極層205、206一般由不易氧化的錫、鉛或其合金制成，因此可防止該散熱層204及電極層202氧化。
在本實施例中，雖然該連結膠層203可由不導電的材料組成，但如此將造成該焊接電極層205不易電連接至該正溫度系數元件21，使得導線(圖中未標)僅能焊接至該焊接電極層206，因而降低制作上的彈性。然而，當該連結膠層203由不導電的材料組成，且兩導線(未圖示)分別連接該焊接電極層206的左、右部份時，即使沒有位于左方的導電柱209，該兩導線也可與該正溫度系數元件2l形成電氣串聯而達到保護的效果，因此位于左方的導電柱209可以省略。
鋁及銅金屬的熱傳導性(thermal conductivity)、熱容(heat capacity)及電傳導性(electrical conductivity)如表一所示。由表一可知，鋁、銅皆兼具良好散熱及導電特性，再加上鋁、銅均較銀便宜，因此以鋁、銅或其合金(鋁-銅合金)作為材料的散熱層204可達到快速散發(fā)正溫度系數元件21所產生的熱量的目的。
表一
因本發(fā)明的其它實施例的過電流保護裝置的立體外觀均類似于圖2(a)所示的結構，其中的差異僅是內部構造及厚度的變化。因此以下的實施例將省略顯示其立體圖，而僅以剖面圖表示。
圖3是本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖。一過電流保護裝置30包含一正溫度系數材料層301、兩電極層302、一連結膠層303、一散熱層304、兩隔離層307和308、兩導電柱309及兩焊接電極層305和306。該正溫度系數材料層301疊設于該兩電極層302之間而形成一正溫度系數元件31。與第一優(yōu)選實施例的過電流保護裝置20相比，本實施例的過電流保護裝置30是將該導電柱309延伸以連接上、下的焊接電極層305、306。如此一來，即使該連結膠層303采用非導電材料，也可電氣連接該正溫度系數元件31及該焊接電極層305。另外，就制作流程而言，本實施例可在該連結膠層303及散熱層304層疊于正溫度系數元件31后再進行鉆孔及制作導電柱309，從而可增加制作上的彈性。
圖4是本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖，其揭示一包含雙層散熱層的過電流保護裝置。一過電流保護裝置40包含一正溫度系數材料層401、兩電極層402、兩連結膠層403、兩散熱層404、兩隔離層407、兩導電柱409及兩焊接電極層405。該正溫度系數材料層401疊設于該兩電極層402之間而形成一正溫度系數元件41。該兩連結膠層403、兩散熱層404及兩焊接電極層405依次層疊于該正溫度系數元件41的上、下表面。與第一優(yōu)選實施例的過電流保護裝置20相比，本實施例的過電流保護裝置40主要是在該正溫度系數元件41的一側增加一散熱層404，使得該正溫度系數元件41可經由位于其兩側的散熱層404而大幅度提高散熱效率。
圖5是本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的剖面圖。一過電流保護裝置50包含一正溫度系數材料層501、兩電極層502、兩連結膠層503、兩散熱層504、兩隔離層507、兩導電柱509及兩焊接電極層505。該正溫度系數材料層501及兩電極層502組成一正溫度系數元件51。第三優(yōu)選實施例的過電流保護裝置40與相比，本實施例的過電流保護裝置50是將該導電柱509延伸以連接上、下的焊接電極層505、506，其優(yōu)點與第二實施例的過電流保護裝置30相同，不再重述。
除此之外，本發(fā)明的過電流保護裝置還可包含若干個正溫度系數元件，利用其相互并聯的特性降低電阻值。以下即揭示一包含兩個正溫度系數元件的過電流保護裝置，并通過此例揭示本發(fā)明的過電流保護裝置的制作流程。
圖6(a)至6(g)說明本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的過電流保護裝置的制作流程。參照圖6(a)，首先提供兩正溫度系數元件61，各正溫度系數元件61是由一正溫度系數材料層601疊設于兩電極層602之間組成。接著，利用蝕刻等方式在該兩電極層602中切出缺口62，如圖6(b)所示。請注意，為求附圖簡潔，圖6(a)及6(b)中僅顯示一正溫度系數元件61作為代表。參照圖6(c)，將該兩正溫度系數元件61以一連結膠層603加以疊合，而該缺口62則填入防焊劑等絕緣材料形成隔離層607、608。參照圖6(d)，利用兩連接膠層603將兩散熱層604分別結合于外露的電極層602。參照圖6(e)，利用機械或激光鉆孔等方式貫穿該兩正溫度系數元件61、兩散熱層604及其間的連結膠層603而形成兩穿孔612。另外，利用蝕刻、激光、切除或銑切等方式將該散熱層604、連結膠層603及該隔離層608切出兩開口613。參照圖6(f)，利用電鍍或填充導電膏等方式制作兩導電柱609，并將防焊劑填入該開口613形成兩隔離層610。參照圖6(g)，最后在該散熱層604的表面覆蓋焊接電極層605。
實際上，上述第一至第四優(yōu)選實施例所揭示的過電流保護裝置也可利用與第五優(yōu)選實施例相同的原理加以制作，僅是制作次序不同，例如制作導電柱與散熱層的次序不同。此外，上述圖標的過電流保護裝置均包含兩導電柱，然而實際上若該連接膠層是由導電材料組成，且外接導線連接于該正溫度系數元件兩側的焊接電極層，此時即使省略該兩導電柱，該導線還可與該正溫度系數元件形成電氣串聯而達到保護效果。
雖然，本領域的技術人員可依不同的結構需要有將上述各制作步驟的順序互相對調的可能，但只要同樣是應用本發(fā)明的原理，其仍為本發(fā)明的技術范疇所涵蓋。
上述的焊接電極層并非本發(fā)明的過電流保護裝置的必要元件。若過電流保護裝置是應用于真空或其它無氧化憂慮的環(huán)境，該焊接電極層即可省略。
本發(fā)明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域的技術人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾。
權利要求
1.一種過電流保護裝置，其特征在于其包含至少一正溫度系數元件，其包含一正溫度系數材料層及疊設于該正溫度系數材料層兩側的兩電極層；至少一散熱層；至少一連結膠層，連結該至少一正溫度系數元件及至少一散熱層，并作為正溫度系數元件與散熱層之間的熱傳導介質；至少兩隔離層，將該散熱層、連結膠層及電極層分隔為兩部份，以阻斷其電氣連接。
2.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于該正溫度系數材料層是由高分子正溫度系數材料組成。
3.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于該散熱層的材料是選自鋁或銅或其合金。
4.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于該連結膠層是由銀膠或銅膠組成。
5.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于該連結膠層是由樹脂或環(huán)氧塑料組成。
6.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于該隔離層是由防焊劑組成。
7.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含至少一導電柱，用于電氣連接該二電極層。
8.如權利要求7所述的過電流保護裝置，其特征在于該導電柱是由銀或銅組成。
9.如權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含兩焊接電極層，其設置于該電極層或散熱層的表面。
10.如權利要求9所述的過電流保護裝置，其特征在于該焊接電極層的材料是選自錫或鉛或其合金。
11.如權利要求7所述的過電流保護裝置，其特征在于其另包含兩焊接電極層，其設置于該電極層或散熱層的表面，且該導電柱另連接至該二焊接電極層。
12.一種過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其包含下列步驟(a)提供至少一正溫度系數元件，其是由一正溫度系數材料層疊設于兩電極層之間組成；(b)在該至少一正溫度系數元件表面形成至少一連結膠層；(c)在該至少一連結膠層表面形成至少一散熱層；(d)在該散熱層、連結膠層及電極層中形成至少兩隔離層，用于阻斷其電氣連接。
13.如權利要求12所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含一制作至少一導電柱以連接該兩電極層的步驟。
14.如權利要求12所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含在所述散熱層或電極層表面制作兩焊接電極層的步驟。
15.如權利要求13所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于其另包含一在散熱層或電極層表面制作兩焊接電極層的步驟，且該導電柱另連接至該兩焊接電極層。
16.如權利要求13所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于該導電柱是利用電鍍或充填導電膏制成。
17.如權利要求12所述的過電流保護裝置的制作方法，其特征在于該隔離層是利用蝕刻、激光、切除或銑切的方式形成開口，并將該開口填充絕緣材料而成。
全文摘要
一種過電流保護裝置及其制作方法，該過電流保護裝置，包含至少一正溫度系數元件，其包含一正溫度系數材料層及疊設于該正溫度系數材料層兩側的兩電極層；至少一散熱層；至少一連結膠層，用于連結該至少一正溫度系數元件及至少一散熱層，并作為其間的熱傳導介質；至少兩隔離層，用于將該散熱層、連結膠層及電極層分隔為兩部分，以阻斷其電氣連接。本發(fā)明可快速散發(fā)該過電流保護裝置所產生的熱量，以適用于日趨小型化的電子裝置。
文檔編號H01C1/00GK1617415SQ20031011429
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權日2003年11月12日
發(fā)明者林賢明, 余錦漢 申請人:聚鼎科技股份有限公司