本實(shí)用新型是關(guān)于一種高分子正溫度系數(shù)組件，特別是一種應(yīng)用在自限式發(fā)熱體與過電流保護(hù)的高分子正溫度系數(shù)組件。

背景技術(shù)：

高分子正溫度系數(shù)(Polymeric Positive Temperature Coefficient, PPTC)復(fù)合材料具有對(duì)溫度與電流敏感的特性，目前被廣泛運(yùn)用在電路上作為過電流保護(hù)與自限式加熱電纜使用。

高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料在常溫下(25℃)，具有極低的電阻值。當(dāng)應(yīng)用在過電流保護(hù)時(shí)，使得電路可以依照設(shè)計(jì)所需的功能運(yùn)作，而當(dāng)遇到偶發(fā)的過溫度(Over-temperature)或過電流(Over-current)的情況，高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料的高分子微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相變化，此時(shí)導(dǎo)電填充物會(huì)因?yàn)楦叻肿酉嗟南嘧兓?，產(chǎn)生較多的移動(dòng)空間，進(jìn)而使得電阻陡然上升，依據(jù)奧姆定律，此時(shí)電流會(huì)因?yàn)殡娮枭仙陆抵烈晃⑿顟B(tài)，進(jìn)而達(dá)成電路保護(hù)的功能。

當(dāng)高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料應(yīng)用在自限式發(fā)熱體時(shí)，只要供應(yīng)足夠的電流，促使高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料的高分子微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相變化，在電阻陡然上升的同時(shí)，高分子正溫度系數(shù)材料亦同時(shí)產(chǎn)生較環(huán)境溫度為高的表面溫度，但正常應(yīng)用下，其最高溫度會(huì)在高分子相熔點(diǎn)附近，而自限式發(fā)熱體的應(yīng)用即是利用此特性達(dá)成自限式發(fā)熱的功效。

然而，在自限式發(fā)熱體上，傳統(tǒng)高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料發(fā)熱體，皆為平行式電纜設(shè)計(jì)，是屬于大電壓大電流(≧120Vac)的應(yīng)用，并無法直接接觸人體使用，亦無法通過低電壓小電流(≦5V/2A)直接觸動(dòng)發(fā)熱，雖然現(xiàn)今市場(chǎng)已存在一次性暖暖包或是可重復(fù)使用充電式個(gè)人保暖用品或以白金觸媒與煤油燃燒式懷爐，但這些個(gè)人保暖產(chǎn)品皆存在安全或環(huán)保的隱憂。

傳統(tǒng)個(gè)人保暖用品，除了一次性使用的暖暖包及以白金觸媒與煤油燃燒式懷爐為非使用電力轉(zhuǎn)換成熱能使用，其余皆是將電力轉(zhuǎn)換成熱能使用在個(gè)人保暖的應(yīng)用上。這些使用電能轉(zhuǎn)換為熱能的個(gè)人保暖用品皆是將充電電池與發(fā)熱體設(shè)計(jì)合而為一，然而這樣的設(shè)計(jì)在目前看來是一種潛藏安全隱憂的設(shè)計(jì)。因?yàn)橐阅壳半姵夭牧峡萍寂c安全操作環(huán)境而言，電池的最高操作溫度通常設(shè)定在60℃，超過此溫度，電池材料易處于不穩(wěn)定且不安定反應(yīng)的狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生電池過熱而致燒毀，甚至于爆炸的情況。就此而言，將發(fā)熱體放在一個(gè)熱不安定的能源旁，是否是一個(gè)明智的安排，恐怕有待商榷。但如果將發(fā)熱體與電源分開配置，則需在這些發(fā)熱體加設(shè)升壓及溫度控制電路管理，才可以達(dá)到可使用性。所以，現(xiàn)實(shí)上，發(fā)熱體與電源無法分開，必須合而為一，以達(dá)成可使用化及可接受的成本?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)，無疑地消費(fèi)者必須承擔(dān)在使用的中的風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，此類充電式個(gè)人保暖用品常見以可撓式聚酰亞胺發(fā)熱體或鎳鉻合金絲電阻埋入硅膠片式發(fā)熱體為主，其制造過程與發(fā)熱原理皆相近，皆是以一導(dǎo)體的電阻所產(chǎn)生的電阻熱，而這個(gè)熱會(huì)不斷上升，因?yàn)閷?dǎo)體的電阻并不會(huì)因?yàn)閷?dǎo)體溫度改變而產(chǎn)生劇烈的變化，進(jìn)而限制電流而限制發(fā)熱。所以這一類的發(fā)熱體需要額外的控制電路才能使用在人體直接接觸。

中國(guó)臺(tái)灣發(fā)明專利第I407460號(hào)與中國(guó)臺(tái)灣新型專利第M325698號(hào)皆提出高分子正溫度系數(shù)材料的發(fā)熱體應(yīng)用在人體上。然而，此二專利皆為液態(tài)制程，且電極需預(yù)先埋入基材的中，再將含電極的基材以涂布或含浸的方式，將高分子正溫度系數(shù)材料附著在含電極的基材上。此二方法雖然改善傳統(tǒng)發(fā)熱體的問題，但仍然存在不易生產(chǎn)及因電阻較高需要較高電壓(≧12V)驅(qū)動(dòng)發(fā)熱的問題。且因此二專利所制造的發(fā)熱體為纖維狀，故機(jī)械強(qiáng)度不足，造成與電源的連接需以特殊方法接合，降低了可使用性。

現(xiàn)有技術(shù)的高分子正溫度系數(shù)材料是以制作成組件( Component)，輔以插件焊、表面黏著回焊、軸向點(diǎn)焊方式附加在電路板上，形成過電流保護(hù)回路；或是以平行電纜的結(jié)構(gòu)，連接市電電源(110Vac－240Vac)產(chǎn)生熱的方式，達(dá)到其設(shè)計(jì)功效與目的。

請(qǐng)參見圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的高分子正溫度系數(shù)組件的立體示意圖，現(xiàn)有技術(shù)的高分子正溫度系數(shù)組件900是將結(jié)晶性熱塑性高分子與導(dǎo)電材料及功能性添加劑，依據(jù)性能需要調(diào)整比例混合，藉由混煉設(shè)備進(jìn)行熔融混合后，得到成分均勻分散的導(dǎo)電復(fù)合材料，再將這些已經(jīng)經(jīng)過混煉的導(dǎo)電復(fù)合材料，藉由熱壓或是薄板壓出的方式形成高分子正溫度系數(shù)材料層901，將上電極902、下電極903均勻壓合在此高分子正溫度系數(shù)材料層901的正反表面，形成一三明治結(jié)構(gòu)的高分子正溫度系數(shù)組件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，通過電路結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)方式，因而具有可以直接或間接將電源接口與高分子正溫度系數(shù)材料層連接的特性，使得高分子正溫度系數(shù)材料不僅可以應(yīng)用在電路保護(hù)上，亦可做為可攜式重復(fù)使用的恒溫安全發(fā)熱體。

本實(shí)用新型的一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，至少包括有一高分子正溫度系數(shù)材料層、分設(shè)在高分子正溫度系數(shù)材料層的兩面的二電極組、二導(dǎo)通孔以電性連接兩同極電極、及一USB接口。其中每一電極組至少包括兩相鄰但不相連的正負(fù)極電極，且第一表面的正極電極與第二表面的負(fù)極電極的正交投影面積大于10%。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，第一表面和第二表面填敷有一導(dǎo)熱材，且導(dǎo)熱材的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還包括有一外殼。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，電極組的至少二電極互為柵狀交錯(cuò)設(shè)置在高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，一電極組還包括另一電極以形成一開路，此電極一端連接在電源接口的輸入端。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還連接在一控制電路或一需保護(hù)的電路。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件連接一電源后的加熱溫度低于70℃。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料層的任一表面還填敷一電路層。

本實(shí)用新型的另一種高分子正溫度系數(shù)材料組件，至少包括有：

一高分子正溫度系數(shù)材料層，其包括有一第一表面和一第二表面；

一第一電極組，設(shè)置在第一表面，并包括有一第一電極和一第二電極，第一電極和第二電極柵狀交錯(cuò)分布在第一表面；

一第二電極組，設(shè)置在第二表面，并包括有一第三電極和一第四電極，第三電極和第四電極柵狀交錯(cuò)分布在第二表面；

一第一導(dǎo)通孔，電性連接第一電極和第三電極；

一第二導(dǎo)通孔，電性連接第二電極和第四電極；及

一電源接口，包括有一輸入端和一輸出端，輸入端連接在第一電極，輸出端連接在第二電極；

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，第一電極組的第一電極和第二電極組的第四電極正交投影區(qū)域大于10%，第一電極組的第二電極和第三電極組正交投影區(qū)域大于10%。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，第一表面和第二表面填敷有一導(dǎo)電熱材，且導(dǎo)電熱材的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件還包括有一外殼。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，電源接口為一USB組件。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，第一電極組還包括一第五電極以形成一開路，第五電極的一端連接在電源接口的輸入端，另一端具有一第三導(dǎo)通孔。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件經(jīng)由第三導(dǎo)通孔還串連接在一控制電路或一需保護(hù)的電路。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料組件連接一電源后的表面溫度低于70℃。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)材料層的任一表面還填敷一電路層。

本實(shí)用新型的高分子正溫度系數(shù)材料組件在連接電源后，可以快速升溫，并在持續(xù)供給電能下，穩(wěn)定的保持加熱狀態(tài)，并不會(huì)有溫度突升或突降狀況，且加熱溫度低于70℃，可以充分的發(fā)揮保暖功效，也不致于會(huì)造成使用者的燙傷。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的高分子正溫度系數(shù)組件的立體示意圖。

圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件的俯視圖。

圖3為圖2沿2’-2’切線的剖面圖。

圖4為本實(shí)用新型第一實(shí)施例在通電的狀態(tài)下溫度變化曲線圖。

圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件的俯視圖。

圖6為圖5沿5’-5’切線的剖面圖。

【主要組件符號(hào)說明】

100 高分子正溫度系數(shù)組件

101 高分子正溫度系數(shù)材料層

1011 第一表面

1012 第二表面

102 第一電極

103 第二電極

104 第三電極

105 第四電極

106 第一導(dǎo)通孔

107 第二導(dǎo)通孔

108 電源接口

109 第五電極

110 第三導(dǎo)通孔

900高分子正溫度系數(shù)組件

901 高分子正溫度系數(shù)材料層

902 上電極

904 下電極。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參考圖2及圖3所示，其中圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件100的俯視圖，圖3為圖2沿2-2’切線的剖面圖。

本實(shí)施例中，高分子正溫度系數(shù)組件100包括有高分子正溫度系數(shù)材料層101、第一電極102、第二電極103、第三電極104、第四電極105、第一導(dǎo)通孔106、第二導(dǎo)通孔107和電源接口108。

其中高分子正溫度系數(shù)材料層101具有第一表面1011和第二表面1012。第一電極102和第二電極103以柵狀交錯(cuò)方式設(shè)置在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一表面1011。第三電極104和第四電極105亦以柵狀交錯(cuò)方式設(shè)置在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第二表面1012。且第一電極102與第四電極105的正交投影面積大于10%，且第一電極102和第三電極104通過穿透高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一導(dǎo)通孔106得以電性相連。第二電極103與第三電極104的正交投影面積大于10%，而第二電極103和第四電極105則是通過穿透高分子正溫度系數(shù)材料層101的第二導(dǎo)通孔107得以電性相連。電源接口108包括有設(shè)置在第一表面1011上的輸出端和輸入端，輸入端相連在第一電極102，而輸出端則相連在第二電極103，且輸出端和輸入端相鄰不相連。在一態(tài)樣下，電源接口108為一USB接口。

其中，高分子正溫度系數(shù)材料層101由結(jié)晶性熱塑型高分子、結(jié)晶性熱塑型高分子的衍生聚合物和至少一種導(dǎo)電材料所組成。結(jié)晶性熱塑型高分子細(xì)選自包括有聚烯烴類高分子、氟化聚合物類高分子和熱塑性彈性體的群組，衍生聚合物系指結(jié)晶性熱塑型高分子的共聚、接枝衍生物，而導(dǎo)電材料可選擇自，碳類(碳粉、石墨等)、金屬類(鎳粉、銅粉、鐵粉等)、金屬碳化物(碳化鈦、碳化鎢、碳化鉬等)、金屬氮化物(氮化鈦、氮化鉻等)、金屬硼化物(二硼化鈦、二硼化鉻、二硼化釩等)與金屬硅化物(二硅化鈦、二硅化鉻、二硅化鉬等)。高分子正溫度系數(shù)材料層101還選擇性添加的功能性添加劑，如交鏈助劑、抗氧化劑、電弧抑制劑、填充劑等。以上材料經(jīng)熔融混煉的過程將所有成分混合在一起，使得導(dǎo)電材料與添加劑均勻分在在結(jié)晶性熱塑性高分子材料中，形成一高分子正溫度系數(shù)復(fù)合材料。

在制造高分子正溫度系數(shù)組件100時(shí)，是將以上材料經(jīng)熔融混煉的過程將所有成分混合在一起，使得導(dǎo)電材料與添加劑均勻分在結(jié)晶性熱塑性高分子材料中，并以薄板押出機(jī)押出成薄片材，形成一高分子正溫度系數(shù)材料層101。

隨后，再以滾輪壓合或熱壓的方式將金屬電極貼附在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一和第二表面(1011、1012)，進(jìn)而形成一類似于三明治的夾層迭合結(jié)構(gòu)。

其中，電極(102、103、104、105) 是以印刷電路板常用的鉆孔、曝光、顯影、蝕刻、電鍍等步驟，將電極圖案化，并同時(shí)將電源接口連接位置一并在此步驟完成。且電源接口直接或間接附著在高分子正溫度系數(shù)材料任一面電極上為相鄰但不相連的位置結(jié)構(gòu)上，進(jìn)而形成電源的輸入與輸出，與高分子正溫度系數(shù)材料層形成一完整電路回路。

當(dāng)本實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件100連接一電源(圖中未示)時(shí)，電流會(huì)自電源接口108的輸入端分流進(jìn)入第一電極102并經(jīng)由第一導(dǎo)通孔106進(jìn)入電三電極。電流進(jìn)入第一電極102后隨后經(jīng)過高分子正溫度系數(shù)材料層101，再進(jìn)入第四電極105，藉由第二導(dǎo)通孔107，將電流導(dǎo)通至第二電極103并連接第二電極103上的電源接口108的輸出端；電流自電源接口108輸入端輸入并經(jīng)由第一導(dǎo)通孔106進(jìn)入第三電極104，隨后在經(jīng)過高分子正溫度系數(shù)材料層101后，進(jìn)入第二電極103。并接通連接在第二電極103上的電源接口108的輸出端，進(jìn)而形成一完整并聯(lián)回路，通過市電或行動(dòng)電源的電能供給就可以觸發(fā)高分子正溫度系數(shù)材料的發(fā)熱功能。

本實(shí)用新型的高分子正溫度系數(shù)組件100還包括有一導(dǎo)熱材 (圖中未示)或一外殼 (圖中未示)。導(dǎo)熱材是填敷在高分子正溫度系數(shù)材料層101的第一表面1011和第二表面1012，且填敷的面積至少等于高分子正溫度系數(shù)材料層101的面積，導(dǎo)熱材可以輔助高分子正溫度系數(shù)組件100將通電后產(chǎn)生的熱能均勻?qū)С鲋帘韺?，一般較常被選用的導(dǎo)熱材軟質(zhì)的硅膠。外殼是裝設(shè)高分子正溫度系數(shù)組件100，且外殼根據(jù)使用的目的與溫度，材質(zhì)可選用硬式的金屬、塑料或軟式的硅膠類材料。

請(qǐng)參考圖4所示，圖4為本實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件100在通電的狀態(tài)下溫度變化曲線圖。其中線段A為室溫變化圖，線段B為本實(shí)用新型的高分子正溫度系數(shù)組件施以市電或行動(dòng)電源的電能后溫度變化。由圖中可看出，本實(shí)用新型的高分子正溫度系數(shù)組件100在供給電能(本測(cè)試使用行動(dòng)電源為電能來源，5V/2A)約30秒后，便開始緩慢升溫，并在第15分鐘左右，溫度便達(dá)恒定，且只要持續(xù)供給電能，高分子正溫度系數(shù)組件100就可以穩(wěn)定的保持發(fā)熱狀態(tài)，并不會(huì)有溫度突升或突降的現(xiàn)象。

請(qǐng)參考圖5和圖6所示，其中圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的高分子正溫度系數(shù)組件200的俯視圖，圖6為圖5沿5-5’切線的剖面圖。

本實(shí)施例與第一實(shí)施例十分類似，差別在于本實(shí)施例是在高分子正溫度系數(shù)組件100的第一表面1011增設(shè)一條第五電極109，第五電極109的一端與電源接口108的輸入端相連，另一端則設(shè)有一第三導(dǎo)通孔110。藉此在高分子正溫度系數(shù)組件100上形成一開路，以便與一外部電路(例如:保護(hù)電路或控制電路)串聯(lián)，以產(chǎn)生控制或電路保護(hù)的功能。

應(yīng)用本實(shí)施例時(shí)，外部電路(例如:被保護(hù)電路或控制電路，圖中未示)是通過第一導(dǎo)通孔106和第三導(dǎo)通孔110與高分子正溫度系數(shù)組件100形成串聯(lián)。供電電流會(huì)由電源接口108的輸入端流入第五電極109，并先由第三導(dǎo)通孔110流入外部電路再由第一導(dǎo)通孔106流回高分子正溫度系數(shù)組件100，以導(dǎo)通第一電極102和第三電極104，并通過高分子正溫度系數(shù)材料層101，接著由第四電極105與第二導(dǎo)通孔107導(dǎo)通的第二電極103，回到電源接口108的輸出端上，完成一完整的回路。

以連接控制組件為例，通過這樣的布局，可以藉由后方串連的控制組件通電與否，進(jìn)行對(duì)高分子正溫度系數(shù)材料加熱行為的控制，例如，環(huán)境溫度太低時(shí)，控制電路啟動(dòng)電流，高分子正溫度系數(shù)材料開始發(fā)熱，或是，當(dāng)環(huán)境溫度足夠時(shí)，控制電路關(guān)閉電流，高分子正溫度系數(shù)材料停止發(fā)熱:亦或是藉由此這樣的布局，利用高分子正溫度系數(shù)材料對(duì)前后方回路進(jìn)行過電流保護(hù)。

本實(shí)施例還可在高分子正溫度系數(shù)組件100的任一表面填敷一電路層(圖中未示)，此電路層可選用以傳統(tǒng)印刷電路板迭壓方式外加在高分子正溫度系數(shù)材料層，且電路層是以直接或間接方式與電源接口108以焊錫方式連接，最后再施以一外保護(hù)層密封，以隔離水氣與灰塵，以應(yīng)用在電路保護(hù)上，例如，應(yīng)用在USB電纜上，當(dāng)USB接頭不論是在對(duì)行動(dòng)裝置充電或傳輸時(shí)，可實(shí)時(shí)感測(cè)異常狀況進(jìn)而升高電阻值，避免因高電流產(chǎn)生的熱或是外力造成的短路所造成的使用風(fēng)險(xiǎn)。