一种混合式保护开关及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种混合式保护开关及其制备方法，其包括具有双金属悬板(11)的第一保护开关，所述双金属悬板(11)具有热膨胀系数不同的支撑悬板(110)和紧贴在所述支撑悬板(110)上的金属悬板(111)；具有PTC元件(7)的第二保护开关；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接，所述金属悬板(111)形成并联结构的导通支路，所述PTC元件(7)形成并联结构的阻抗支路。根据本发明专利技术的保护开关，能够显著的抑制在过流和过热状态下产生的开关电弧，增强了开关的可靠性和寿命，可广泛用于电子设备电池的保护电路中。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式保护开关及其制备方法
本专利技术涉及传感
，特别涉及微电子机械(MEMS)系统技术，具体涉及一种微机械双金属热执行器与功能材料正温度系数电阻传感器相结合的混合式保护开关及其制备方法。
技术介绍
随着薄膜晶体管、集成电路等技术的发展，电子设备正在向集成、轻便、微小型化的便携式发展。便携式电子设备的发展带动了便携式电源或电池的发展。电池在使用放电的过程中，会导致电池温度升高，甚至有燃烧或爆炸的事故发生。随着便携电子设备的普及，特别是个人可穿戴设备的发展，微小型、低成本的电池过流过温保护显得特别的重要。当前，对应用于如无线电动工具、电动车等中的大型电池，一般采用大型、复杂或昂贵的保护技术设计保护电路，或者采用传统的双金属片保护器。然而，对于电池来说，大型、复杂或昂贵的保护技术则过于昂贵，传统的双金属片保护器则体积过大，均不适用于电池。例如，锂离子电池，作为一种被广泛应用于各种电子设备中的电源设备，在使用的过程中，锂离子电池的快速放电会导致电池温度升高，存在很大的危险隐患。大型的锂离子电池，一般采用如IC和金属氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)相结合等复杂的设计方案，或者采用传统的双金属片保护器来进行保护电路的设计。而IC和MOSFET相结合的设计方案过于昂贵，传统的双金属片保护器体积过大，均不适用于锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合式保护开关及其制备方法，其通过一个双金属片保护器和一个正温度系数(PTC)器件并联形成，可以提供可复位的过电流保护功能，有效避免在大电流条件下产生电弧，从而可以应用于电池的保护电路的设计中。根据本专利技术的一个方面，提供了一种混合式保护开关，包括：具有双金属悬板11的第一保护开关，所述双金属悬板11具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板110和紧贴在所述支撑悬板110上的金属悬板111，所述金属悬板111形成所述保护开关的导通支路；具有PTC元件7的第二保护开关，该PTC元件7形成所述保护开关的阻抗支路；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接。上述方案中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联结构包括：所述PTC元件7的顶面通过第三电极6连接到所述金属悬板111的中间部，所述PTC元件7的底面和一侧面通过第二电极10连接到保护开关的一电气端子；和所述金属悬板111的自由端可断开的电连接到所述保护开关的电气端子，其固定端电连接到所述保护开关的另一电气端子。上述方案中，所述第一保护开关还包括：第一硅片2，中间设置有凹槽，所述双金属悬板11的固定端固定在所述凹槽一侧内壁并向内延伸；第一连通柱14，贯穿于所述第一硅片2的一端，其一端部伸出所述第一硅片2并电连接于第二保护开关；第一焊点1，设置在所述第一连通柱14的另一端部；第二连通柱13，贯穿于所述第一硅片2的另一端，其一端部伸出所述第一硅片2并电连接于第二保护开关；第二焊点12，设置在所述第二连通柱13的另一端部。上述方案中，所述第二保护开关包括：第二硅片9，中间设置有凹槽；第二电极10，连续的分布在所述第二硅片9的凹槽底部及其一内侧面、以及第二硅片9一侧的表面；第二触点8，设置于所述第二电极10上，所述第二电极10通过所述第二触点8可断开的与第一保护开关的金属悬板111的自由端接触；PTC元件7，设置在所述第二硅片9的凹槽内，其底面和一侧面与与所述第二电极10接触；第一电极4，分布在所述第二硅片9的凹槽另一侧表面且不与PTC元件7接触；第一触点5，设置于所述第一电极4上，所述第一电极4通过该第一触点5与第一保护开关的金属悬板111的固定端接触；第三电极6，设置在所述PTC元件7的顶面和双金属悬板11的中间部之间并与二者接触。上述方案中，所述双金属悬板11的支撑悬板110形成为第一硅片2的一部分。上述方案中，所述第三电极6的面积设置等于或略小于所述PTC元件7的顶面面积。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种混合式保护开关的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，制备具有双金属悬板的第一保护开关；步骤S2，制备具有PTC元件的第二保护开关；步骤S3，将第一保护开关和第二保护开关以并联方式封装；其中，所述双金属悬板构成并联结构的导通支路，所述PTC元件构成并联结构的阻抗支路。上述方案中，所述步骤S1进一步包括：步骤a，形成第一保护开关的基片；步骤b，在基片上形成双金属悬板；步骤c，在双金属悬板下方形成凹槽；和步骤d，在基片上双金属悬板的两侧形成连通孔。上述方案中，所述步骤S2进一步包括：步骤e，形成第二保护开关的基片；步骤f，在基片上形成凹槽；步骤g，在基片表面形成PTC元件的下电极；步骤h，在凹槽中形成PTC元件；步骤i，形成PTC元件的上电极及触点。上述方案中，所述步骤S3进一步包括：步骤j，在所述第二保护开关的四周涂覆封框胶；步骤k，粘接第一保护开关和第二保护开关；步骤l，在第一保护开关的连通孔中形成连通柱和焊点。如上所述，根据本专利技术的混合式保护开关，通过具有双金属悬板的第一保护开关和具有聚合物正温度系数PTC元件形成的第二保护开关组成并联电路结构，实现为混合式保护开关，能够显著的抑制在过流和过热状态下产生的开关电弧，增强了开关的可靠性和寿命。另外，通过本专利技术的制备方法制备出的开关具有贴片式结构特征，形成为一种紧凑、稳健的电路保护器件，轻薄、体积小，大幅降低了制造成本，在超薄电池的保护电路的设计中具有显著的优势。采用本专利技术的保护开关用于制备电子设备电池的保护电路时，可制备成贴片式或其他超薄的样式，因而可广泛用于生产超薄电池。附图说明图1是本专利技术优选实施例的混合式保护开关原理图；图2是本专利技术优选实施例的混合式保护开关结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的第一硅片结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的第二硅片结构示意图；图5示意性显示了本专利技术的混合式保护开关的工作原理图；图6是本专利技术优选实施例的混合式保护开关的制备工艺流程图；图7是本专利技术优选实施例的第一硅片制备工艺流程图；图8是本专利技术优选实施例的第二硅片制备工艺流程图；图9是本专利技术优选实施例的封装工艺流程图。附图标记说明：1—第一焊点；2—第一硅片；3—封框胶；4—第一电极；5—第一触点；6—第三电极；7—PTC元件；7-1—第二硅片的凹槽；8—第二触点；9—第二硅片；10—第二电极；11—双金属悬板；110-支撑悬板；111-金属悬板；11-1—金属薄膜；11-2—第一硅片的第一区域；11-3—第一硅片的凹槽；12—第二焊点；13—第二连通柱；13-1—第二连通孔；14—第一连通柱；14-1—第一连通孔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1是本专利技术优选实施例的混合式保护开关电路图。如图1所示，本专利技术的混合式保护开关包括相互并联的第一保护开关SW1和第二保护开关SW2，用于对电池C提供保护。其中，第一保护开关SW1主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式保护开关，其特征在于，所述保护开关包括：具有双金属悬板(11)的第一保护开关，所述双金属悬板(11)具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板(110)和紧贴在所述支撑悬板(110)上的金属悬板(111)，所述金属悬板(111)形成所述保护开关的导通支路；具有PTC元件(7)的第二保护开关，该PTC元件(7)形成所述保护开关的阻抗支路；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接。

【技术特征摘要】
2014.06.13 CN 201410265178.91.一种混合式保护开关，其特征在于，所述保护开关包括：具有双金属悬板(11)的第一保护开关，所述双金属悬板(11)具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板(110)和紧贴在所述支撑悬板(110)上的金属悬板(111)，所述金属悬板(111)形成所述保护开关的导通支路；具有PTC元件(7)的第二保护开关，该PTC元件(7)形成所述保护开关的阻抗支路；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接；所述第一保护开关与所述第二保护开关并联结构包括：所述PTC元件(7)的顶面通过第三电极(6)连接到所述金属悬板(111)的中间部，所述PTC元件(7)的底面和一侧面通过第二电极(10)连接到保护开关的一电气端子；所述金属悬板(111)的自由端可断开的电连接到所述保护开关的电气端子，其固定端电连接到所述保护开关的另一电气端子。2.根据权利要求1所述的保护开关，其特征在于，所述第一保护开关还包括：第一硅片(2)，中间设置有凹槽，所述双金属悬板(11)的固定端固定在所述凹槽一侧内壁并向内延伸；第一连通柱(14)，贯穿于所述第一硅片(2)的一端，其一端部伸出所述第一硅片(2)并电连接于第二保护开关；第一焊点(1)，设置在所述第一连通柱(14)的另一端部；第二连通柱(13)，贯穿于所述第一硅片(2)的另一端，其一端部伸出所述第一硅片(2)并电连接于第二保护开关；第二焊点(12)，设置在所述第二连通柱(13)的另一端部。3.根据权利要求1所述的保护开关，其特征在于，所述第二保护开关包括：第二硅片(9)，中间设置有凹槽；第二电极(10)，连续的分布在所述第二硅片(9)的凹槽底部及其一内侧面、以及第二硅片(9)一侧的表面；第二触点(8)，设置于所述第二电极(10)上，所述第二电极(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵湛，毛光普，
申请(专利权)人：江苏中科国腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32