本實(shí)用新型涉及一種過(guò)電流保護(hù)元件，特別是涉及一種有良好的電阻重現(xiàn)性的過(guò)電流保護(hù)元件。

背景技術(shù)：

聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料在正常溫度下可維持較低的電阻值，具有對(duì)溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，即當(dāng)電路中發(fā)生過(guò)電流或過(guò)高溫現(xiàn)象時(shí)，其電阻會(huì)瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，以達(dá)到保護(hù)電路元件的目的。因此可把聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料連接到電路中，作為電流傳感元件的材料，此類(lèi)材料已被廣泛應(yīng)用于電子線路保護(hù)元器件上。

聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料一般由聚合物和導(dǎo)電填料復(fù)合而成，導(dǎo)電填料宏觀上均勻分布于所述聚合物基材中。聚合物一般為聚烯烴及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而導(dǎo)電填料一般為碳黑、金屬粉或?qū)щ娞沾煞?。?duì)于以碳黑作導(dǎo)電填料的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，由于碳黑特殊的聚集體結(jié)構(gòu)且其表面具有極性基團(tuán)，使碳黑與聚合物的附著性較好，因此具有良好的電阻穩(wěn)定性。但是，由于碳黑本身的導(dǎo)電能力有限，無(wú)法滿(mǎn)足低電阻的要求。以金屬粉為導(dǎo)電填料的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，具有極低的電阻，然而金屬填料容易氧化，極易生成金屬氧化物，使得材料阻值大幅上升。為了有效降低過(guò)電流保護(hù)元件的電阻，克服碳黑本身的導(dǎo)電能力有限和金屬粉易氧化的弊端，行業(yè)內(nèi)逐漸趨向以金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼化物粉末作為低阻值聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電填料，且此類(lèi)材料已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。

隨著電子產(chǎn)品的性能飛速增長(zhǎng)，對(duì)過(guò)電流保護(hù)元件的要求日益提升，特別是對(duì)嚴(yán)酷環(huán)境下過(guò)電流保護(hù)元件的長(zhǎng)期電阻再現(xiàn)性提出了更高的要求。金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼化物粉末作為低阻值聚合物基導(dǎo)電填料在各種環(huán)境條件下性能穩(wěn)定，但是聚烯烴聚合物基體在長(zhǎng)期惡劣環(huán)境下卻容易受外部環(huán)境影響而劣化，特別是環(huán)境中氧氣、水和陽(yáng)光會(huì)破壞聚合物分子鏈，導(dǎo)致電阻大幅上升。為減緩聚合物基體的劣化過(guò)程，需要將過(guò)電流保護(hù)元件與外部環(huán)境隔離，以進(jìn)一步提升材料的電阻再現(xiàn)性和耐候性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種過(guò)電流保護(hù)元件，通過(guò)包含特定粒徑分布的金屬碳化物的聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料層，及采用該導(dǎo)電復(fù)合材料層被絕緣聚合物包覆層包覆的結(jié)構(gòu)，提高電阻再現(xiàn)性。

本實(shí)用新型通過(guò)下述方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：一種過(guò)電流保護(hù)元件，至少二個(gè)金屬電極片，以及夾固于金屬電極片之間的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層，其中，所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層為包含D₅₀粒徑不大于9mm金屬碳化物的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層，由絕緣聚合物包覆層貼合在聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層的裸露部位，將聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層與外部環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，在25℃時(shí)的體積電阻率不大于0.01Ω.cm，承載電流不小于0.25A/mm²，且至少兩個(gè)金屬電極片通過(guò)導(dǎo)電部件串接于被保護(hù)電路中形成導(dǎo)電通路。

本實(shí)用新型不但具有良好的電阻再現(xiàn)性，而且具有低室溫電阻率。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述導(dǎo)電部件是通過(guò)點(diǎn)焊、激光焊接、超聲波焊接、回流焊、電鍍、化學(xué)沉積、噴涂、濺射和導(dǎo)電粘合劑之中的一種或它們的組合方式與所述的金屬電極片連接。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述導(dǎo)電部件形狀是點(diǎn)狀，線狀、帶狀、層片狀、柱狀、全圓通孔、半圓通孔、弧形通孔、盲孔、其他不規(guī)則形狀或它們的組合體。

優(yōu)選導(dǎo)電通孔或者導(dǎo)電盲孔作為導(dǎo)電部件，導(dǎo)電通孔或者導(dǎo)電盲孔可以位于過(guò)電流保護(hù)元件的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面或者內(nèi)部。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述絕緣聚合物包覆層包覆元件六面中的一面或者其任意組合面。

所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層中聚合物占體積分?jǐn)?shù)的30%～60%；金屬碳化物粉末占體積分?jǐn)?shù)的40%～70%，其金屬碳化物粉末的D₅₀粒徑不大于9μm，體積電阻率小于80μΩ.cm，其分子式為M_xC_y，其中：M元素為金屬元素H_f、V、Cr、Ti、Zr、W、Nb、Mo、Ta之中的一種，且M元素在M_xC_y中的質(zhì)量含量大于75%；C元素為碳元素；1≤x≤3，1≤y≤3。金屬碳化物粉末占所述聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料分散于所述聚合物基材中。

所述聚合物為：聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹(shù)脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述聚合物基材占所述導(dǎo)電復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)介于30%～60%之間，優(yōu)選為35%～55%之間，更優(yōu)為40%～50%之間。

所述金屬碳化物粉末選自碳化鉭、碳化釩、碳化鋯、碳化鈦、碳化鈮、碳化二鉬、碳化鉿、碳化鎢、碳化二鎢或二碳化三鉻之中的一種及其混合物。

所述金屬碳化物粉末的D₅₀粒徑為0.01μm～50μm，優(yōu)選為0.1μm～20μm，更優(yōu)為0.5μm～9μm。所述金屬碳化物粉末的D₅₀粒徑是使用激光粒度測(cè)試儀測(cè)得。

所述金屬碳化物粉末的體積電阻率小于200μΩ.cm，更優(yōu)為小于120μΩ.cm，最優(yōu)為小于80μΩ.cm。

所述金屬碳化物粉末中，金屬元素的質(zhì)量百分含量不小于75%。

所述金屬碳化物粉末占所述聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)的40%～70%，優(yōu)選為45%～65%，更優(yōu)為50%～60%，且分散于所述聚合物基材中。

所述聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料可含有其他組分，如抗氧劑、輻射交聯(lián)劑（常稱(chēng)為輻照促進(jìn)劑、交聯(lián)劑或交聯(lián)促進(jìn)劑，例如三烯丙基異氰脲酸酯）、偶聯(lián)劑、分散劑、穩(wěn)定劑、非導(dǎo)電性填料（如氫氧化鎂，碳酸鈣）、阻燃劑、弧光抑制劑或其他組分。這些組分通常至多占聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料總體積的15%，例如10%體積百分比。

所述導(dǎo)電部件基材選自鎳、銅、鋁、鋅、錫、鉍、銦、銀、金中的一種或它們的復(fù)合物。

本實(shí)用新型中，所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層中的金屬碳化物粉末的體積電阻值非常低，在25℃時(shí)過(guò)電流保護(hù)元件的體積電阻率小于0.01Ω.cm，且加工性能良好。其過(guò)電流保護(hù)元件在25℃的電阻率小于0.02Ω.cm，因此過(guò)電流保護(hù)元件產(chǎn)品在25℃的電阻很低，例如1.0mΩ～20 mΩ。

本實(shí)用新型中，通過(guò)聚合物包覆層將聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層與環(huán)境隔絕開(kāi)來(lái)，有效防止環(huán)境中氧氣和水對(duì)聚合物分子鏈的破壞，本發(fā)明中提供特定的聚合物包覆層，可以有效的將聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料和外部環(huán)境隔離。提高了產(chǎn)品的電阻重現(xiàn)性。

所述過(guò)電流保護(hù)元件，聚合物包覆層選自環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂中的一種或它們的復(fù)合物。

所述過(guò)電流保護(hù)元件，聚合物包覆層優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂，更優(yōu)選雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂或雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂。

所述聚合物包覆層可以包覆于過(guò)電流保護(hù)元件六面中的一面或者其任意組合面。包覆層的厚度主要介于0.01mm至2mm之間，優(yōu)選1mm以?xún)?nèi)，包覆的方式可以是貼合、噴涂、刷涂、點(diǎn)涂、浸潤(rùn)聚合物中的一種或它們的組合。

本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于：具有低室溫電阻率和良好的電阻再現(xiàn)性。

附圖說(shuō)明

圖1，實(shí)施例1中沒(méi)有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1a是導(dǎo)電通孔位于元件側(cè)面的過(guò)電流保護(hù)元件的立體結(jié)構(gòu)圖；圖1b是導(dǎo)電通孔位于元件側(cè)面的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖；

圖2導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖；

圖3非導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖；

圖4四面均有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖；

圖5為實(shí)施例2中沒(méi)有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖5a是導(dǎo)電通孔位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖5b是導(dǎo)電通孔位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖；

圖6是導(dǎo)電盲孔的孔位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖；

圖7靠近導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖；

圖8非靠近導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖；

圖9為圖5過(guò)電流保護(hù)元件四面均有聚合物包覆層的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記如下：

實(shí)施例1中：

11、21、22、23——SMD產(chǎn)品一、二、三、四；

1-1——第一電極；

1-2——第二電極；

1-3、1-3’——上、下絕緣層；

1-4——聚合物導(dǎo)電材料層；

1-5、1-5’——上、下金屬電極片；

1-6、1-6’——上、下防焊絕緣層；

1-7、1-7’——左、右導(dǎo)電通孔；

2-1、2-2——左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層；

2-3、2-4——非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層；

實(shí)施例2中：

31、32、41、42、43——SMD產(chǎn)品一、二、三、四、五；

3-1——第一電極；3-2——第二電極；

3-3、3-3’——上、下絕緣層；

3-4——聚合物導(dǎo)電材料層；

3-5、3-5’——上、下金屬電極片；

3-6、3-6’——上、下防焊絕緣層；

3-7、3-7’——左、右導(dǎo)電通孔；

3-8——導(dǎo)電盲孔；

4-1、4-2——左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層；

4-3、4-4——非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)用新型一種過(guò)電流保護(hù)元件，由在元件左右上、下表面金屬電極和左右導(dǎo)電通孔構(gòu)成的第一、第二電極1-1、1-2，以及夾固于金屬電極片之間的聚合物導(dǎo)電材料層1-4，其中，

所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層為包含D₅₀粒徑不大于9mm金屬碳化物的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層，本實(shí)施例中，所述聚合物為高密度聚乙烯，其熔融溫度為131℃，密度為0.954g/cm³；金屬碳化物粉末為WC粉，D₅₀粒徑為2.0μm。

過(guò)電流保護(hù)元件的制備過(guò)程如下：將密煉機(jī)溫度設(shè)定在180℃，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，先加入聚合物密煉3分鐘后，然后加入金屬碳化物粉末繼續(xù)密煉15分鐘，得到聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料。將熔融混合好的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料通過(guò)開(kāi)煉機(jī)壓延，得到厚度為0.20-0.25mm的聚合物導(dǎo)電材料層1-4，將材質(zhì)相同的金屬電極片1-5置于聚合物導(dǎo)電材料層1-4上下對(duì)稱(chēng)位置，上、下金屬電極片1-5、1-5’與聚合物導(dǎo)電材料層1-4緊密結(jié)合。通過(guò)熱壓合的方法將聚合物導(dǎo)電材料層1-4和金屬電極片緊密結(jié)合在一起，在上、下金屬電極片1-5、1-5’的外側(cè)有材質(zhì)相同的上、下絕緣層1-3、1-3’。熱壓合的溫度為180℃，先預(yù)熱5分鐘，然后以5MPa的壓力熱壓3分鐘，再以12MPa的壓力熱壓10分鐘，然后在冷壓機(jī)上冷壓8分鐘，將制備好的芯片通過(guò)PCB工藝制備成如圖1a和圖1b所示的SMD產(chǎn)品一11，設(shè)有上、下防焊絕緣層1-6、1-6’和左、右導(dǎo)電通孔1-7、1-7’。圖1a是導(dǎo)電通孔位于元件側(cè)面的過(guò)電流保護(hù)元件的立體結(jié)構(gòu)圖和圖1b是導(dǎo)電通孔位于元件側(cè)面的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖所示，構(gòu)成沒(méi)有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件。

如圖2導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖所示，為了進(jìn)一步改善本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)元件的耐候性，需要將聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料和外部環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，在圖1基礎(chǔ)上，在SMD產(chǎn)品一11外部包覆聚合物，包覆方式選了有導(dǎo)電通孔的相對(duì)兩側(cè)包覆，聚合物包覆層選自雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，將涂覆完成的SMD產(chǎn)品放置100℃的烘箱中25-30min固化成型。如圖2所示，左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層2-1、2-2貼合在聚合物導(dǎo)電材料層1-4的裸露部位中有導(dǎo)電通孔的面上，構(gòu)成SMD產(chǎn)品二21。

如圖3非導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖所示，在SMD產(chǎn)品一11外部包覆聚合物，包覆方式選了無(wú)導(dǎo)電通孔的相對(duì)兩側(cè)包覆，聚合物包覆層選自雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，將涂覆完成的SMD產(chǎn)品放置100℃的烘箱中20-30min固化成型，如圖3所示，將非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層2-3、2-4貼合在聚合物導(dǎo)電材料層1-4的裸露部位中前后位置，構(gòu)成SMD產(chǎn)品三22。

如圖4四面均有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖所示在SMD產(chǎn)品一11的外部包覆聚合物，包覆方式優(yōu)選側(cè)面環(huán)繞包覆，聚合物包覆層選自雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，將涂覆完成的SMD產(chǎn)品放置100℃的烘箱中20-30min固化成型，如圖4所示，將左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層2-1、2-2和非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層2-3、2-4貼合在聚合物導(dǎo)電材料層1-4四周裸露部位，構(gòu)成SMD產(chǎn)品四23。

在25℃時(shí)的體積電阻率不大于0.01Ω.cm，承載電流不小于0.25A/mm²，且至少兩個(gè)金屬電極片通過(guò)導(dǎo)電部件串接于被保護(hù)電路中形成導(dǎo)電通路。

本實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)的過(guò)電流保護(hù)元件體積電阻率小于0.01Ω.cm，由其制備的過(guò)電流保護(hù)元件具有較低的室溫電阻率。表一是本實(shí)施例所示的過(guò)電流保護(hù)元件聚合物包覆方式，表二是不同包覆方式過(guò)電流保護(hù)元件的電氣性能比較，其中R_500h表示電路保護(hù)元件在85℃，85%RH的環(huán)境中放置500小時(shí)，然后在25℃的溫度環(huán)境里放置1小時(shí)后所測(cè)得的電阻值。通過(guò)對(duì)元件不同的聚合物包覆方式比較，發(fā)現(xiàn)未包覆聚合物的元件在85℃，85%RH的環(huán)境中放置500小時(shí)，其電阻從毫歐上升到歐姆級(jí)別，如果將R_500h/R₀比值作為電阻再現(xiàn)性值，未包覆聚合物的過(guò)電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性值為66.3，與包覆聚合物元件進(jìn)行試驗(yàn)比較，無(wú)論是側(cè)面環(huán)繞包覆還是相對(duì)側(cè)面包覆聚合物材料，阻值上升幅度遠(yuǎn)小于未包覆聚合物材料的SMD產(chǎn)品一。有導(dǎo)電通孔的相對(duì)兩側(cè)包覆聚合物的過(guò)電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性為3.6，無(wú)導(dǎo)電通孔的相對(duì)兩側(cè)包覆聚合物的過(guò)電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性為3.2，而元件外部側(cè)面環(huán)繞包覆聚合物材料的過(guò)電流保護(hù)元件的電阻再現(xiàn)性值為2.8，說(shuō)明在85℃，85%RH的環(huán)境中放置500小時(shí)這樣嚴(yán)苛的環(huán)境下，聚合物包覆層將聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料和外部環(huán)境隔離開(kāi)，所述過(guò)電流保護(hù)元件電阻上升幅度極小，極大的改善了過(guò)電流保護(hù)元件的耐候性能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，導(dǎo)電通孔位于過(guò)電流保護(hù)元件的內(nèi)部，以增加可焊性，如圖5a是導(dǎo)電通孔3-2位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的立體結(jié)構(gòu)圖和圖5b是導(dǎo)電通孔位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖所示：

由在元件左右上、下表面金屬電極和左右導(dǎo)電通孔構(gòu)成的第一、第二電極3-1、3-2，以及夾固于上、下金屬電極片3-5、3-5’之間的聚合物導(dǎo)電材料層3-4，在上、下金屬電極片3-5、3-5’外側(cè)有上、下絕緣層3-3、3-3’，制備方法與實(shí)施例1，將制備好的芯片通過(guò)PCB工藝制備成如圖5a和圖5b所示的SMD產(chǎn)品一31，SMD產(chǎn)品一31的上下也設(shè)有上、下防焊絕緣層3-6、3-6’。

所述的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層為包含D₅₀粒徑不大于9mm金屬碳化物的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料層，本實(shí)施例中，所述聚合物為高密度聚乙烯，其熔融溫度為131℃，密度為0.954g/cm³；金屬碳化物粉末為WC粉，D₅₀粒徑為2.0μm。

或者共中的一個(gè)導(dǎo)電通孔改為導(dǎo)電盲孔3-8，圖6是導(dǎo)電盲孔的孔位于元件內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)元件的剖面示意圖，將左導(dǎo)電通孔3-7改為了導(dǎo)電盲孔3-8。其構(gòu)成的SMD產(chǎn)品二32效果和功能與SMD產(chǎn)品一31相同。

可以如圖7靠近導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖所示，在靠近導(dǎo)電通孔所在面，設(shè)有左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層；4-1、4-2，構(gòu)成SMD產(chǎn)品三41。

也可以如圖8非靠近導(dǎo)電通孔所在面有聚合物包覆層的過(guò)電流保護(hù)元件示意圖所示，在非靠近導(dǎo)電通孔所在面；設(shè)有非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層4-3、4-4，構(gòu)成SMD產(chǎn)品四42。

或者，如圖9為圖5過(guò)電流保護(hù)元件四面均有聚合物包覆層的結(jié)構(gòu)示意圖所示，在SMD產(chǎn)品一31的四周分別設(shè)有左、右導(dǎo)電通孔所在面的聚合物包覆層4-1、4-2和非導(dǎo)電通孔所在面的前、后聚合物包覆層4-3、4-4構(gòu)成SMD產(chǎn)品五43。