一种过流保护元件及其制备方法、过流保护电路技术

本发明专利技术公开了一种过流保护元件及其制备方法、过流保护电路。过流保护元件的制备方法包括以下步骤：S1，准备聚合物树脂作为基质，准备金属粉末，所述金属粉末的微观结构为三维辐射状结构的颗粒；将所述金属粉末均匀分散在所述基质中，制得复合材料；S2，将所述复合材料制成浆料，涂布在绝缘基材上，然后热处理所述浆料，使所述聚合物树脂固化，制得过流保护元件。根据上述方法制得的过流保护元件可应用于过流保护电路中。本发明专利技术的制备方法，制备工艺简便，可批量化制得微型结构的过流保护元件。

【技术实现步骤摘要】
一种过流保护元件及其制备方法、过流保护电路
本专利技术涉及过流保护元件，特别是涉及一种可简易印刷的微型过流保护元件及其制备方法以及过流保护电路。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，各种便携式电子设备，如手机、数码相机、摄像机、笔记本电脑、平板电脑等逐步深入人们的日常生活，并成为不可或缺的一部分。为了避免在产品的使用过程中发生安全事故，一般在电路设计时，均会增加各种保护元件，最常见的有过流保护元件，例如保险丝。当电路中电流过大时，保险丝的熔断体可以在规定时间内动作而切断电流，从而防止过量的电流引发严重后果。目前使用的保险丝按其作用原理主要有三种类型，第一种是易熔合金型，利用低熔点合金在动作温度下熔化而切断电路。第二种是利用双金属片中两种金属热膨胀系数的差异来切断或导通电路。第三种是有机物型，主要是通过壳体内有机物在预定温度下熔化而切断电路。这些保险丝通常被安装在陶瓷或玻璃管内，并带有引脚，占据体积大，难以满足电子元器件微小型化、集成化的发展趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种过流保护元件及其制备方法，制备工艺简便，可批量化制得微型结构的过流保护元件。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种过流保护元件的制备方法，包括以下步骤：S1，准备聚合物树脂作为基质，准备金属粉末，所述金属粉末的微观结构为三维辐射状结构的颗粒；将所述金属粉末均匀分散在所述基质中，制得复合材料；S2，将所述复合材料制成浆料，涂布在绝缘基材上，然后热处理所述浆料，使所述聚合物树脂固化，制得过流保护元件。本专利技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：一种根据如上所述的制备方法制得的过流保护元件。一种过流保护电路，包含如上所述的过流保护元件。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的过流保护元件的制备方法，利用微观结构为三维辐射状结构的颗粒的金属粉末的熔缩特性，将该微观结构的金属粉末分散在聚合物树脂中，并将其制成浆料，涂布在基材上，热处理后即制得过流保护元件。本专利技术的制备方法适于印刷成型，工艺简单、易于实现批量化制备，具有较高的线分辨率，有利于制备极微小的过流保护元件，例如保险丝的熔断体。此外，制得的元件在应用过程中通过金属颗粒熔缩而分断时，金属颗粒熔缩的热能可以快速被周围的有机树脂基体吸收，从而自身具有灭弧功能，应用时不需要额外增加一个灭弧装置。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式的实验例1中制备过流保护元件所用的具有三级枝晶结构的微纳米金属银颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像；图2是本专利技术具体实施方式的实验例1中制得的印刷式过流保护元件阵列的光学照片；图3是本专利技术具体实施方式的实验例1中复合材料的SEM图；图4是本专利技术具体实施方式的实验例1中制得的印刷式过流保护元件经过流熔断后的SEM图；图5是本专利技术具体实施方式的实验例2中制备过流保护元件所用的具有海星型结构的微纳米金属银-铜合金颗粒的SEM图像；图6是本专利技术具体实施方式的实验例2中制得的印刷式过流保护元件经过流熔断后的SEM图；图7是本专利技术具体实施方式的实验例3中制备过流保护元件所用的具有二级枝晶结构的微纳米金属镍颗粒的SEM图像；图8是本专利技术具体实施方式的实验例3中制得的印刷式过流保护元件经过流熔断后的SEM图；图9是本专利技术具体实施方式的实验例4中制备过流保护元件所用的具有花状结构的微纳米金属锡-银-铜合金颗粒的SEM图像；图10是本专利技术具体实施方式的实验例4中制得的印刷式过流保护元件经过流熔断后的SEM图；图11是本专利技术具体实施方式的实验例5中制备过流保护元件所用的具有海绵状结构的微纳米金属锡-铜合金颗粒的SEM图像；图12是本专利技术具体实施方式的实验例5中制得的印刷式过流保护元件经过流熔断后的SEM图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的构思是：纳米尺度效应赋予纳米金属更低的熔点，使其具有优异的低温烧结特性。烧结后，金属颗粒的末端连接在一起形成网络。这也是纳米金属颗粒的金属材料常用作导电填料的一个原因。本专利技术中，不再研究导电互联特性方面的应用，而是研究其在断路场合的应用。经研究，发现在三维空间内呈辐射状结构的金属颗粒具有优异的熔缩效应，尤其是颗粒表面具有丰富纳米结构时，能够在极低的热量下，由外至内发生熔缩。熔缩后的表现是辐射状的微观结构消失，转变为分散开的球状结构。因此，本专利技术将具有上述微观结构的金属材料分散于树脂基质中形成的复合材料，后续经固化后形成的材料能够对电路中电流产生的焦耳热快速响应。当电路中有过电流流过时，材料中的金属颗粒快速熔缩成为球形或者分散颗粒，使导通电路断开，从而快速切断电流。因此将上述颗粒的材料用于制作过流保护元件，以应用于电路中，保护电路中的重要电子元器件。本具体实施方式的过流保护元件的制备方法包括以下步骤：S1，准备聚合物树脂作为基质，准备金属粉末，所述金属粉末的微观结构为三维辐射状结构的颗粒；将所述金属粉末均匀分散在所述基质中，制得复合材料。该步骤中，使用微观结构为三维辐射状结构的颗粒的金属粉末。在三维空间方向上以一个点为中心，向周围辐射的辐射状结构包括三级枝晶结构、二级枝晶结构、花椰菜状、草莓状、绒球状、海绵状、海胆状、海星状、花状结构中的一种或者多种的混合。金属粉末可为银、铜、锡、金、铂、钯、铝、钛、铬、铁、钴、镍、锌、钼、钌、铑、钨、铼、铱中的一种或者多种的混合物或合金。金属粉末的微观结构中颗粒的平均直径在100纳米～30微米的范围内。分散时，使用的聚合物树脂可为热固性聚合物树脂或者热塑性聚合物树脂。热固性聚合物树脂可为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、氰酸酯、聚硅氧烷中的一种或者多种的混合物。热塑性聚合物树脂可为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚硅氧烷、聚酰亚胺预聚物中的一种或者多种的混合物。上述复合材料是后续制得的过流保护元件的主要成分，复合材料中各组分的含量配比会直接影响到后续过流保护元件的额定电流值大小。优选地，复合材料中金属粉末的质量分数为15％～70％，基质的质量分数为30％～85％。按照上述范围配比，金属粉末的含量不至于太少，导致分散在基质中后颗粒间无法形成有效的连接网络。同时，含量也不会太多，以至于分散时难以均匀分散开。优选地，在配制成复合材料时，还可以在其中添加辅料，所述辅料为固化剂、交联剂、稀释剂、稳定剂、分散剂、消泡剂、离型剂、脱模剂、表面活性剂、流变控制剂中的一种或多种的混合。S2，将所述复合材料制成浆料，涂布在绝缘基材上，然后热处理所述浆料，使所述聚合物树脂固化，制得过流保护元件。该步骤中，将上述复合材料配制成浆料后涂覆在绝缘基材上。涂覆时，可通过点胶、丝网印刷或者孔板印刷方式进行涂布。涂覆后，通过热处理使聚合物树脂固化，最终制得过流保护元件。固化时的热处理温度以及时间可根据复合材料中采用的树脂基质来调整确定。在涂覆时，可在绝缘基材上设置金属电极，将所述浆料涂布在绝缘基材上的金属电极之间。这样，形成的过流保护元件直接连接在金属电极上，从而便于后续应用到电路中。由于本申请中通过印刷固化等方式形成元件，因此可制得微型结构的元件。因此，可设置金属电极的间距为20μm～20mm，电极宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过流保护元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，准备聚合物树脂作为基质，准备金属粉末，所述金属粉末的微观结构为三维辐射状结构的颗粒；将所述金属粉末均匀分散在所述基质中，制得复合材料；S2，将所述复合材料制成浆料，涂布在绝缘基材上，然后热处理所述浆料，使所述聚合物树脂固化，制得过流保护元件。

【技术特征摘要】
1.一种过流保护元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，准备聚合物树脂作为基质，准备金属粉末，所述金属粉末的微观结构为三维辐射状结构的颗粒；将所述金属粉末均匀分散在所述基质中，制得复合材料；S2，将所述复合材料制成浆料，涂布在绝缘基材上，然后热处理所述浆料，使所述聚合物树脂固化，制得过流保护元件。2.根据权利要求1所述的过流保护元件的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述三维辐射状结构包括三级枝晶结构、二级枝晶结构、花椰菜状、草莓状、绒球状、海绵状、海胆状、海星状、花状结构中的一种或者多种的混合。3.根据权利要求1所述的过流保护元件的制备方法，其特征在于：所述三维辐射状结构的颗粒中至少30％的表面积上分布有尺寸在5～50nm的纳米级微观结构。4.根据权利要求1所述的过流保护元件的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述复合材料中，金属粉末的质量分数为15％～70％，基质...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚，杨瑞，崔晓亚，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44