一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件制造技术

本发明专利技术涉及一种以导电高分子聚合物复合材料为主材的具有优良的长期环境稳定性的高分子PTC过电流保护器件。本发明专利技术具有以下特点：1.元件主材为高分子聚合物与导电颗粒的复合材料；2.元件有导电孔，且导电孔位于元件内部；3.元件可由一层导电高分子复合片材组成，也可由多层复合片材叠加而成；4.元件可包含单焊接面和双焊接面两种表面贴装类型，也包含片式元件。

A PTC Overcurrent Protection Device for Long-term Environmental Stability Improvement

【技术实现步骤摘要】
一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件
本专利技术涉及一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，尤其是涉及一种导电孔位于元件内部，具有优良的长期环境稳定性的高分子PTC过电流保护器件。
技术介绍
高分子聚合物和分散于高分子聚合物中的导电颗粒组成的导电聚合物以及由此导电聚合物制备出的具有正温度系数(PTC)特征的过电流保护器件可用于电路中的过电流保护。通常，高分子PTC过电流保护器件在电路中，在室温或者通过小电流时具有低电阻值，而当温度上升至一临界温度或电路上有过量电流产生时，其电阻值可立刻跳升数千倍以上，藉此抑制过量电流通过，以达到保护电路的目的。当温度下降至室温或电路上不再有过电流的状况时，高分子PTC过电流保护元件可回复至低阻状态，从而电路重新正常运作。此种可重复使用的优点，使高分子PTC过流保护元件广泛应用在电子电路中。在现有公开的技术中，表面贴装型元件导电孔位于元器件两端，起导电与导锡作用。如本申请人专利号：201510080399.3公开了一种具有电阻正温度系数效应的表面贴装型电路保护元件,包含：具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层及贴覆于基层上下表面的上电极和下电极，三者共同组成导电复合层，其中至少有一高电阻导电复合层和一低电阻导电复合层，高电阻导电复合层与低电阻导电复合层的电阻比不小于5：1。与常规表面贴装型电路保护元件相比，该表面贴装型电路保护元件具有过流过压以及过温三重保护的特点。此种器件在应用中因长期通电或者多次发生保护后，因热胀冷缩效应，PTC芯材处于循环的膨胀与收缩过程中，内部分子排布产生较大变化，从而致使电阻不断升高，从而影响了使用功能。而片式元件更多采用单层三明治芯片无孔结构，两面电极焊接引脚而成，上述的缺点更加明显。
技术实现思路
本专利技术目的在于：提供一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，避免在应用中因长期通电或者多次发生保护后电阻不断升高而影响使用功能的缺点。本专利技术目的通过下述方案实现：一种可有效提高长期环境稳定性的高分子PTC过电流保护元件，为表面贴装型片式元件，至少包括具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材、导电电极、导电孔及端电极，所述的导电孔位于高分子PTC过电流保护元件内部，其中：1）至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：(a)具有电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，其体积电阻率不大0.001Ω.m，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1µΩ.m,粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，并具有相对的第一，第二表面；(b)第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；(c)第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；2）第一导电孔，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；所述的第一、二导电孔位于元件内部；3）第一端电极，位于整个表面贴装元件的最外层的一面或两面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的一极电气相连；第二端电极，与第一端电极同样位于整个表面贴装元件的最外层的同一面或两面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的另一极电气相连；或者，第一引脚，位于整个片式元件的一面，与第一金属箔、以及与第一金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二引脚，位于整个片式元件的另一面，与第二金属箔、以及与第二金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的已经与第一引脚电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一引脚不电气连接的导电电极电气连接；4）绝缘层，贴覆于上述非同一复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和金属箔之间，并用于电气隔离。所述的聚合物占所述导电复合材料基层的体积分数介于20%～75%之间，选自聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。所述的导电填料选自金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种或其混合物，其中，所述的金属粉末选自：铜、镍、钨、锡、银、金或其合金中的一种及其混合物；所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。所述的导电孔是由激光钻孔或机械钻孔工艺形成的，两极的导电孔为一个或者多个，所述的导电孔为通孔、盲孔，或者一极为通孔，另一极为盲孔；导电孔的表面附着导电金属层。所述的导电金属层是由锌、铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物组成，是通过化学沉积、喷涂、溅射、电镀或是这几种工艺复合使用形成的。所述的引脚为导电金属片，包括铜片、镍片、镀镍铜片等。本专利技术可以具体如下述结构：1）具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：(a)具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层，其体积电阻率小于0.001Ω.m，由高密度聚乙烯和分散于高密度聚乙烯的体积电阻率小于1µΩ.m、粒径为0.1μm～50μm的金属硼化物组成厚0.3mm高分子复合材料基层，并具有相对的第一，第二表面与铜箔复合形成复合片材；(b)第一导电电极为铜箔，位于导电复合材料基层的第一表面；(c)第二导电电极铜箔，位于导电复合材料基层的第二表面，形成的复合片材通过图形转移蚀刻使第一导电电极和第二导电电极分别蚀刻出绝缘槽；2）第一导电孔为通孔，与第二导电电极电气连接，与对应的第一导电电极不电气连接；第二导电孔为通孔，与第二导电电极不电气连接，与第一导电电极电气连接；且第一、二导电孔位于元件内部二侧；3）上下绝缘层，贴覆于复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极外表面，上绝缘层叠加于第一导电电极和第一金属箔之间，同时，下绝缘层叠加于第二导电电极和第二金属箔之间，用于电气隔离；4）第一端电极，位于整个表面贴装元件的最外层的上、下二面，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的一极电气相连；第二端电极，与第一端电极同样位于整个表面贴装元件的上下两面，与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的另一极电气相连，得到具有两个焊接面、环境可靠性高的目标表面贴装型高分子PTC过电流保护元件。或者，本专利技术还可以具体如下述结构：1）具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：(a)具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层，其体积电阻率小于0.001Ω.m，由高密度聚乙烯和分散于高密度聚乙烯的体积电阻率小于1µΩ.m、粒径为0.1μm～50μm的金属硼化物组成厚0.3mm高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，为表面贴装型片式元件，至少包括具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材、导电电极、导电孔及端电极，其特征在于：所述的导电孔位于高分子PTC过电流保护元件内部，其中:1）至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括： (a) 具有电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，其体积电阻率不大于0.001Ω.m，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1µΩ.m, 粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，并具有相对的第一，第二表面； (b) 第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面； (c) 第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；2）第一导电孔，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；所述的第一、二导电孔位于元件内部；3）第一端电极，位于整个表面贴装元件的最外层的一面或两面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的一极电气相连；第二端电极，与第一端电极同样位于整个表面贴装元件的最外层的同一面或两面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的另一极电气相连；或者，第一引脚，位于整个片式元件的一面，与第一金属箔、以及与第一金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二引脚，位于整个片式元件的另一面，与第二金属箔、以及与第二金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的已经与第一引脚电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一引脚不电气连接的导电电极电气连接；4）绝缘层，贴覆于上述非同一复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和金属箔之间，并用于电气隔离。...

【技术特征摘要】
1.一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，为表面贴装型片式元件，至少包括具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材、导电电极、导电孔及端电极，其特征在于：所述的导电孔位于高分子PTC过电流保护元件内部，其中:1）至少具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：(a)具有电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，其体积电阻率不大于0.001Ω.m，由至少一种聚合物和至少一种分散于所述聚合物中的体积电阻率小于1µΩ.m,粒径为0.1μm～50μm的导电填料组成，并具有相对的第一，第二表面；(b)第一导电电极，位于导电复合材料基层的第一表面；(c)第二导电电极，位于导电复合材料基层的第二表面；2）第一导电孔，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二导电孔，与每个复合材料片材中的已经与第一导电孔电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一导电孔不电气连接的导电电极电气连接；所述的第一、二导电孔位于元件内部；3）第一端电极，位于整个表面贴装元件的最外层的一面或两面上，连接第一导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的一极电气相连；第二端电极，与第一端电极同样位于整个表面贴装元件的最外层的同一面或两面上，并与第一端电极电气隔断，并连接第二导电孔，作为焊盘使用，焊接至电路中后使元件与外电路的另一极电气相连；或者，第一引脚，位于整个片式元件的一面，与第一金属箔、以及与第一金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的其中一个导电电极电气连接，与对应的另一个导电电极不电气连接；第二引脚，位于整个片式元件的另一面，与第二金属箔、以及与第二金属箔电气连接的导电孔均电气连接，与每个复合材料片材中的已经与第一引脚电气连接的导电电极不电气连接，与每个复合材料片材中与第一引脚不电气连接的导电电极电气连接；4）绝缘层，贴覆于上述非同一复合材料片材上的第一导电电极和第二导电电极之间，以及元件最外层的导电电极和金属箔之间，并用于电气隔离。2.根据权利要求1所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于，所述的聚合物占所述导电复合材料基层的体积分数介于20%～75%之间，选自聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。3.根据权利要求1所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于所述的导电填料选自金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种或其混合物，其中，所述的金属粉末选自：铜、镍、钨、锡、银、金或其合金中的一种及其混合物；所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于，所述的导电孔是由激光钻孔或机械钻孔工艺形成的，两极的导电孔为一个或者多个，所述的导电孔为通孔、盲孔，或者一极为通孔，另一极为盲孔；导电孔的表面附着导电金属层。5.根据权利要求4所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于，所述的导电金属层是由锌、铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物组成，是通过化学沉积、喷涂、溅射、电镀或是这几种工艺复合使用形成的。6.据权利要求1所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于，所述的引脚为导电金属片，包括铜片、镍片、镀镍铜片等。7.据权利要求1至4之任一项所述的一种可有效提高长期环境稳定性的PTC过流保护器件，其特征在于，1）具有一个电阻正温度系数效应的复合材料片材，包括：(a)具有电阻正温度系数效应的高分子导电复合材料基层，其体积电阻率小于0.001Ω.m，由高密度聚乙烯和分散于高密度聚乙烯的体积电阻率小于1µΩ.m、粒径为0.1μm～50μm的金属硼化物组成厚0.3mm高分子复合材料基层，并具有相对的第一，第二表面与铜箔复合形成复合片材；(b)第一导电电极为铜箔，位于导电复合材料基层的第一表面；(c)第二导电电极铜箔，位于导电复合材料基层的第二表面，形成的复合片材通过图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉堂，夏坤，黄贺军，高道华，方勇，张伟，吴国臣，
申请(专利权)人：上海长园维安电子线路保护有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31