[发明专利]插件式过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明系关于一种过电流保护元件，特别是关于一种插件式(radial-leaded type)过电流保护元件。

背景技术

由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性的导电复合材料的电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测元件的材料，且目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态，即发生触发(trip)现象，从而降低流过的电流值。

PTC导电复合材料系由具结晶性的高分子聚合物及导电填料所组成，该导电填料均匀分散于该结晶性高分子聚合物之中。该结晶性高分子聚合物一般为聚烯烃类聚合物或含氟的聚烯烃类聚合物，例如：聚乙烯。导电填料一般为碳黑。

该PTC导电复合材料的导电度视导电填料的种类及含量而定，传统上使用碳黑作为导电填料。一般而言，以碳黑为导电填料的PTC材料体积电阻值较高，而无法得到相当低的电阻值。尤其过大的体积电阻值不适用于小型化的元件。因碳黑所能提供的导电度较低，以致于其维持电流(hold current)无法提升。该维持电流是指在特定温度下PTC导电复合材料在不触发(trip)的状况下所能承受的最大电流。若要在小尺寸元件得到较大的维持电流，必须要突破碳黑系统，而使用比碳黑更低电阻及更高导电度的导电填料才能达到。不过，若使用金属填料，即使当PTC材料能达到低于0.2Ω-cm的体积电阻值时，常会因阻值太低而失去耐电压的特性。

随着元件小型化的趋势，元件本身的电阻不易进一步降低，且若要同时保有较高的维持电流，实为当前技术亟欲突破的瓶颈。特别是在插件式过电流保护元件的应用，除了PTC元件本身的电阻外，尚须搭配适合的外接电极接脚的材料、形状和尺寸，以期降低元件整体的电阻值。

发明内容

本发明揭露一种插件式过电流保护元件，其应用低电阻导电陶瓷填料，并搭配低电阻的外接电极接脚设计，可提供低电阻、高维持电流的特性。本发明之插件式过电流保护元件适合小型化，而提供各种需要低电阻和高维持电流场合之应用。

本发明揭露一种插件式过电流保护元件，其包含PTC元件、第一电极接脚、第二电极接脚和绝缘包覆层。PTC元件包含第一导电层、第二导电层及叠设于第一和第二导电层间的PTC材料层。PTC材料层的体积电阻率小于0.18Ω-cm，该PTC材料层包含结晶性高分子聚合物及均匀散布于其中的导电陶瓷填料，该导电陶瓷填料的体积电阻率小于500μΩ-cm，且占该PTC材料层的体积百分比在35-65％之间。第一电极接脚一端连接该第一导电层，第二电极接脚一端连接该第二导电层。绝缘包覆层包覆该PTC元件以及第一和第二电极接脚连接该PTC元件的一端。插件式过电流保护元件在25℃的维持电流除以PTC元件面积在0.027～0.3A/mm²。当插件式过电流保护元件于25℃的维持电流为0.05～2.4A时，该电极接脚的截面积至少为0.16mm²；当插件式过电流保护元件于25℃的维持电流为2.5～11.9A时，该电极接脚的截面积至少为0.5mm²；当插件式过电流保护元件于25℃的维持电流为12～16A时，该电极接脚的截面积至少为0.8mm²。

一实施例中，PTC元件的面积小于300mm²，厚度在0.2～2mm。

一实施例中，PTC元件的厚度除以第一和第二导电层总厚度之值约在1～30之间。

一实施例中，插件式过电流保护元件的电阻值小于100mΩ。

一实施例中，维持电流等于k1+A×k2，其中k1＝0.9～6A，k2＝0.01～0.03A/mm²，A为单位为平方毫米之PTC元件面积。

一实施例中，该导电填料系选自：碳化钛、碳化鵭、碳化钒、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钼、碳化铪、硼化钛、硼化钒、硼化锆、硼化铌、硼化钼、硼化铪、氮化锆、氮化钛或前述材料之混合物、合金、固溶体或核壳体。

一实施例中，该过电流保护元件的崩溃电压除以PTC元件厚度在50～100KV/mm之间。

一实施例中，第一和第二电极接脚的截面积在0.16～1mm²之间。