[发明专利]表面安装型高分子基电路保护装置及其制法

说明书

一种表面安装型高分子基电路保护装置。尤指具有正温度系数热敏电阻(以下简称PTC)特性的表面安装型高分子基电路保护装置。

PTC装置已被广泛应用于温度检测、安全控制、温度补偿等领域。以往，热敏电阻装置主要是以陶瓷为材料，但陶瓷需要较高温度制造，制造温度多在摄氏九百度以上，需要消耗大量的能源，制造过程也比较复杂。而后，高分子基的热敏电阻装置被开发出来，由于高分子基材料的热敏阻抗装置，制造温度在摄氏三百度以下，加工、成型比较容易，能源消耗较少，工艺简单，成本低廉，因此应用领域日渐宽广。

在美国5852397号专利中，揭示一种利用导电填充材填充的高分子复合材料制成的PTC电路保护装置。因具有PTC特性的导电填充材料填充的高分子复合材料在常温时为低电阻状态，当流经高分子复合材料的电流过大造成高分子复合材料的温度达到一定的切换温度(Ts)时，导电填充材料填充的高分子复合材料的电阻迅速上升，因此可以应用于电流过载保护装置，以及温度开关装置的设计。这是因为导电填充材填充的高分子复合材料在常温时，高分子复合材料中的导电填充粒子是为相互连通的导电状态。当温度升高至切换温度Ts以上时，因高分子复合材料中的树脂基材体积膨胀，使高分子复合材料中的导电填充粒子由相互连通状态撑断变成不连续的状态，造成PTC电路保护装置电阻的迅速上升而切断电流，达到电流过载保护以及温度控制开关的目的。而其中常用的导电填充材为碳黑。

为配合具有PTC特性的导电性复合材料元件组成的PTC电路保护装置应用于印刷电路板表面安装组装的需要，具有PTC特性的导电性复合材料元件组成的PTC电路保护装置亦向表面安装型装置(以下简称SMD)方向发展。SMD型PTC电路保护装置和传统插件型PTC电路保护装置不同的地方在于SMD型PTC电路保护装置必须把装置的两个端电极都制作在装置的同一平面上。

请参图1，在美国5852397号专利中，具有PTC特性的导电性复合材料元件12组成的PTC电路保护装置10，以镀通孔11(Plate-Through-Hole)将上面的电极13与下面的第一电极14形成电导通，再制作下面第一电极14与下面第二电极15间的阻绝层16。一般使用的电极材料镍金属及铜金属，其体积电阻在10^-5欧姆厘米到10^-6欧姆厘米之间。而碳黑的体积电阻在10^-1欧姆厘米到10^-2欧姆厘米之间；制成碳黑填充的高分子复合材料后，复合材料的常温体积电阻在10^-1欧姆厘米到10^-2欧姆厘米以上。当温度在切换温度Ts以上时，复合材料的体积电阻更会大幅提高，远大于金属电极的体积电阻。因此由下面第一电极14与下面第二电极15为两个端电极的电路保护装置10，在通过电流时，主要的电压降发生在电流流经上面第一电极13与下面第二电极15间的具有PTC特性的导电性复合材料元件12时。而镀通孔11，上面电极13，以及下面第一电极14上的每个位置，都具有相近的电位。而下面第二电极15上的每个位置，则存在另一相近的电位。

在美国第5900800号专利中，则揭示另一种SMD型，由具有PTC特性的导电性复合材料所制成的PTC电路保护装置的结构及工艺。请参图2，本专利以光阻蚀刻的方法，将具有PTC特性的导电性复合材料元件21，与其下面电极22与上面电极23组成的PTC电路保护装置20的周围，除了在下面电极22靠近一侧端部分24，以及上面电极23在靠近另一侧端部分25等区域形成电极裸露之外，而以第一阻绝层26与第二阻绝层27，将电路保护装置20与其它外界元件隔离。再制作第一侧面导电层28，经由裸露的下面电极22侧端部分24，与下面电极22形成电导通，同时制作第二侧面导电层29，经由裸露的上面电极侧端部分25，与上面电极23形成电导通。成功的将PTC电路保护装置20的上面电极23与下面电极22经由外部侧面导电层28、29导通成为同一平面上的两个端电极。

上述美国专利，都是使用第一电极与第二电极间导通的方式，制作表面安装型高分子基电路保护装置，而二者的差异，在于前者以镀通孔导通，而后者以侧面导电层制作导通机构导通。但是无论是镀通孔，或是侧面导电层，都会使得具有PTC特性的导电性复合材料，在温度上升时膨胀，受到限制，使得导电性复合材料，有时无法充份撑开，发挥最佳的不连续断电特性。