過電流保護元件及電池保護電路裝置的製作方法
2023-07-21 18:26:41 4
專利名稱：過電流保護元件及電池保護電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電路保護技術，且特別涉及一種過電流保護元件及電池保護電路裝置。
背景技術：
由於具有正溫度係數(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的導電複合材料的電阻對溫度變化具有反應敏銳的特性，可作為電流感測元件的材料，目前已被廣泛應用於過電流保護元件或電路元件上。由於PTC導電複合材料在正常溫度下的電阻可維持極低值，使電路或電池得以正常運作。但是，當電路或電池發生過電流(over-current)或過高溫(over-temperature)的現象時，其電阻值會瞬間提高至一高電阻狀態(至少102 Ω以上)，而將過量的電流降低，以達到保護電池或電路元件的目的。在電池保護方面，現有技術將過電流保護元件以表面粘著方式設置於電路板表面，製作成保護電路模塊(Protective Circuit Module ;PCM),再利用例如條狀的外接電極件將PCM連接至電池的正、負極，形成保護電路迴路。為提升製作上的效率，保護電路模塊上的過電流保護元件嘗試利用直接點焊或回焊的方式連接外接電極件。然而以點焊為例，焊接將造成局部溫度有時高達1500°C以上，而高溫將損害過電流保護元件的電氣特性。為因應不同的過電流保護元件結構的設計並防止元件損害，亟需於針對高溫所造成的可能影響做出有效突破。
發明內容
本發明的目的在於提供一種過電流保護元件及電池保護電路裝置，用於提供焊接外接電極件的需要，以避免元件因焊接時的損害。本發明的第一方面提供了一種過電流保護元件，該過電流保護元件用於設置於一電路板表面，作為電池保護之用。一實施例中，該過電流保護元件為層疊狀結構，且包括電阻元件、至少一絕緣層以及焊接電極層。電阻元件具有正溫度係數特性。絕緣層的厚度至少為0.03mm。焊接電極層用於焊接一條狀連接件以電氣連接至電池，且其厚度至少為
0.03mm。絕緣層及電阻元件疊設於該焊接電極層及電路板之間，且電路板、電阻元件及焊接電極層形成串接電路。絕緣層及焊接電極層組合的熱質(thermal mass)足以承受焊接該條狀連接件時不致損害該電阻元件。一實施例中，電阻元件包含一第一電極箔、一第二電極箔以及一疊設於該第一電極箔及第二電極箔間的正溫度係數材料層。該正溫度係數材料層與第一及第二電極箔沿第一方向共同延伸為層疊狀結構。第一絕緣層形成於該第一電極箔表面，且該第一絕緣層的厚度至少為0.03_。焊接電極層形成於該第一絕緣層表面。一實施例中，過電流保護元件另外包含沿與第一方向垂直的第二方向延伸的導電連接件，以電氣連接該焊接電極層及第一電極箔，且該導電連接件與該第二電極箔電氣隔離。第二電極箔電氣連接一電路板表面，而第一電極箔通過焊接電極層以焊接條狀連接件，從而電氣連接一電池的電極端。本發明的第二方面提供了一種電池保護電路裝置。一實施例中，電池保護電路裝置包含一電路板以及設置於該電路板表面的多個電子元件。電子元件中包含前述的過電流保護元件，而得以提供電路的過電流保護。電池保護電路裝置可另包含一電池，該電池包含一第一外接電極件及一第二外接電極件，其中該第一外接電極件可包含該條狀連接件，以焊接於該焊接電極層。該條狀連接件可因應連接所需，而為直條形、彎曲形或L形等。
圖1為本發明一實施例的電池保護電路裝置的示意圖；圖2A及圖2B為本發明第一實施例的電池保護電路裝置中的保護電路模塊(PCM)的應用不意圖；圖3A及3B為本發明第一實施例的過電流保護元件的示意圖；圖4為本發明一實施例的過電流保護元件的焊接電極層的示意圖；圖5為本發明第二實施例的過電流保護元件的示意圖。其中，附圖標記說明如下:10:電池保護電路裝置11:電池12:電路板13:過電流保護元件14:焊墊15:電子元件16、17:外接電極件20:條狀連接件22:第一部件24:第二部件31:電阻元件32:第一絕緣層33:第二絕緣層36:第一電極箔37:第二電極箔38:正溫度係數材料層35、39:導電連接件40、50:缺口41、42:焊墊51:電阻元件52:第一絕緣層53:第二絕緣層54:焊接電極層56:第一電極箔57:第二電極箔58:正溫度係數材料層
61、62:焊墊63、64、65、66:導電連接件
具體實施例方式以下將配合圖式，說明本發明的實施方式，以期清楚了解本發明的技術內容。惟相關揭露僅是實施例，而非本發明的限制。圖1為本發明一實施例的電池保護電路裝置的立體示意圖。電池保護電路裝置10包含電池11以及電路板12。電路板12的表面設置有各式電子元件15，其中包含過電流保護元件13，而形成電路保護模塊(PCM)結構。過電流保護元件13具正溫度係數特性，且其表面焊接條狀的外接電極件16 —端，而外接電極件16的另一端則連接於電池11。電路板12中電路連接其表面設置的焊墊14，且焊墊14表面焊接外接電極件17的一端，而外接電極件17的另一端則連接於電池11。外接電極件16及17分別連接於電池11的正、負極或負、正極而形成保護迴路。圖2A至圖2B顯示本發明的電池保護電路裝置的側面示意圖。為簡化以利說明，圖2A至圖2B顯示作為PCM的電路板12上的主要構件，而未顯示電池。參照圖2A，電路板12表面設置過電流保護元件13、電子元件15以及焊墊14等。為因應製造上的要求，過電流保護元件13表面可焊接條狀連接件20，以連接至電池的電極端。擴展來說，一實施例中，條狀連接件20即等同於外接電極件16，也即利用自電池11延伸出來的外接電極件16，直接焊接於過電流保護元件13表面。或者，電池11可設計延伸連接件(圖未示)，據此條狀連接件20—端焊接於過電流保護元件13表面，另一端則焊接於電池11的延伸連接件。也即利用2個電極片組合成圖1所示的外接電極件16。綜述之，外接電極件16包含條狀連接件20，但可因應需求做不同的變化設計。圖1所示實施例的外接電極件16是自電路板12的側面延伸，然圖2A所示的條狀連接件20因應需求沿電路板12的軸向延伸的直條狀構件。條狀連接件20也可為彎曲形或如圖2B所示的L形。以L形為例，條狀連接件20包含焊接於過電流保護元件13的第一部件22以及與第一部件22成角度的第二部件24。角度介於45至135度，或較佳地介於60至120度。另一實施例中，條狀連接件20也可自電路板12的側面延伸，也即垂直於圖面的方向。條狀連接件20於延伸方向上的變化，端視欲搭配的電池連接所需，而均為本發明所涵蓋。圖3A為本發明一實施例的過電流保護元件13。如圖1所示過電流保護元件13為設置於電路板12表面的矩形表面粘著型元件，圖3B為圖3A的上下翻轉後型態。過電流保護元件13包括電阻元件31、第一絕緣層32、第二絕緣層33、焊接電極層34、導電連接件35、39以及焊墊41及42。電阻元件31包含第一電極箔36、第二電極箔37以及疊設於該第一電極箔36及第二電極箔37間的正溫度係數材料層38。正溫度係數材料層38與第一電極箔36、第二電極箔37沿第一方向共同延伸為層疊狀結構。第一絕緣層32形成於第一電極箔36表面，且第一絕緣層32的厚度至少為0.03mm,特別是0.05至1.0mm,較佳地為0.1至
0.3mmο焊接電極層34形成於絕緣層32表面，且焊接電極層34的厚度至少為0.03mm,特別是0.05至1.0mm，較佳地為0.1至0.3mm。實際應用上，第一絕緣層32或焊接電極層34的厚度也可為0.06mm、0.08mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm。導電連接件35、39位於元件側邊，且沿與第一方向垂直的第二方向延伸。本實施例中，導電連接件35、39鍍有導電層的半圓形導電通孔，然也可為其他型式，並不為本實施例所限制。導電連接件35電氣連接該焊接電極層34及第一電極箔36，且該導電連接件35與第二電極箔37電氣隔離。第二電極箔37通過導電連接件39和焊墊42電氣連接電路板12表面。焊接電極層34鄰近該導電連接件39處設有環型缺口 40，而與導電連接件39處形成電氣隔離。第一電極箔36通過焊接電極層34以焊接條狀連接件20，而得以電氣連接電池11的電極端。焊墊42可以表面粘著或回焊等方式連接於電路板12的電路。焊墊41則僅作為固定焊接於電路板12之用，並不連接其中電路。基此，焊墊42和焊接電極層34作為上下電極，而適於分別焊接於電路板12及條狀連接件20，而構成導電通路。此外，圖3A的第一絕緣層32或可省略，而將焊接電極層34直接連接第一電極箔36。或將第二絕緣層33及焊墊41、42省略，而利用第二電極箔37直接表面粘著或回焊於電路板12表面。綜述之，絕緣層32及33中的至少一者及電阻元件31是疊設於該焊接電極層34及電路板12之間，且電路板12、電阻元件31及焊接電極層34形成串接電路。參照圖4，焊接電極層34可於兩端表面覆上防焊漆43，且圖3A及圖3B的焊墊41、42可利用如圖4的塗布防焊漆43的焊接電極層34替代，作為表面粘著於電路板12的介面。但電極層34靠近導電連接件35需製作類似的缺口，作為兩者間的電氣隔離。基此，元件13上下表面均為如圖4的塗布防焊漆的對稱設計，故焊接於條狀連接件20及電路板12時，不必有方向性的考慮。第一絕緣層32及/或第二絕緣層33與焊接電極層34組合的熱質足以承受焊接該條狀連接件20時的力量、溫度、電壓及能量而不致損害該電阻元件31。因此，本發明針對絕緣層32、33及焊接電極層的厚度有如上至少為0.03mm的限制。愈大的厚度自然有較佳的抵抗性，但將不利於元件小型化的需求。一實施例中，可承受焊接的電壓為I 5V、1.3 4V或較佳為1.6 3V。焊接方式至少包含點焊、回焊、電阻焊、雷射焊中的一者。絕緣層32、33可包含聚丙烯、玻璃纖維或散熱材料。其中散熱材料包含熱固型塑膠及纖維的高分子材料、具熱塑型塑膠與熱固型塑膠交互穿透結構的高分子材料，其揭露於中國臺灣專利公開號200816235、公告號1339088以及公開號201101342，在此引入本文中。一實施例中，焊接電極層34包含銅箔、鎳箔、鍍鎳銅箔、鍍錫銅箔或鍍鎳不鏽鋼。圖5為本發明另一實施例的過電流保護元件13的立體示意圖。如圖1所示過電流保護元件13為設置於電路板12表面的矩形表面粘著型元件，而與圖3A及3B所示者主要的不同在於導電連接件是設於矩形元件的轉角處。過電流保護元件13包括電阻元件51、第一絕緣層52、第二絕緣層53、焊接電極層54、導電連接件63、64、65、66以及焊墊61及62。電阻兀件51包含第一電極箔56、第二電極箔57以及疊設於該第一電極箔56及第二電極箔57間的正溫度係數材料層58。正溫度係數材料層58與第一、第二電極箔56、57沿第一方向共同延伸為層疊狀結構。第一絕緣層52形成於電極箔56表面，且第一絕緣層52的厚度至少為0.03mm,特別是0.05至0.5mm,或較佳地為0.1至0.3mm。一實施例中，焊接電極層54形成於絕緣層52表面,該焊接電極層54的厚度至少為0.03mm,較佳為0.05mm至0.5mm,或更佳為0.1mm至0.3mm。導電連接件65、66沿與第一方向垂直的第二方向延伸，以電氣連接該焊接電極層54及第一電極箔56，且該導電連接件65、66與該第二電極箔57電氣隔離。第二電極箔57通過導電連接件63、64和焊墊61電氣連接電路板12表面。焊接電極層54鄰近該導電連接件63、64處設有環型缺口 40，而與導電連接件63、64形成電氣隔離。第一電極箔56通過焊接電極層54以焊接條狀連接件20，而得以電氣連接電池11的電極端。焊墊62靠近導電連接件66處形成缺口 50，作為兩者間的電氣隔離。類似地，焊墊61靠近導電連接件65處也形成作為電氣隔離的缺口。焊墊61或62中的一者可以表面粘著(例如利用回焊)方式連接於電路板12的電路，另一者則作為固定焊接於電路板12之用，並不連接其中電路。本實施例的元件基本上為對稱結構，因此焊接時具有不需考量方向性的優點。基此，焊墊61或62和焊接電極層54作為上下電極，而適於分別焊接於電路板12及條狀連接件20，而構成導電通路。類似地，第一絕緣層52或可省略，而將焊接電極層54直接連接電極箔56。或將第二絕緣層53及焊墊61、62省略，而直接利用電極箔57直接表面粘著(例如利用回焊)方式固定於電路板12表面。另外，焊接電極層54兩端表面也可覆上防焊漆，而提供等同功效。關於表面粘著型的過電流保護元件13的其他結構型態也揭露於中國臺灣專利公告號415624及公告號1282696。上述各專利的相關結構型態揭露在此引入本文中。本發明測試使用的點焊設備為SEIWA製造公司的MSW-412型微點焊機電源供應器、VB-S+ZH-32型雙端焊接頭及SMC G36-10-01壓力表。點焊條件為方形波(squarewaveform)，其順序為IV持續I毫秒(ms)，0V持續1.3毫秒，最後施加1.9V持續1.9毫秒。焊接頭壓力為0.3MPa。本實施例中，進行測試的元件尺寸分別為2920及1812型式或
2.3mmX6mm，使用的焊接電極層為鍍錫銅箔，絕緣層則使用聚乙烯(PP)，而點焊前及點焊後的電阻值如表一所列。表一
權利要求
1.一種過電流保護元件，用於設置於一電路板表面，作為電池保護之用，該過電流保護元件為層疊狀結構，且包括: 一電阻元件，具有正溫度係數特性； 至少一絕緣層，厚度至少為0.03mm ；以及 一焊接電極層，用於焊接一條狀連接件以電氣連接至電池，且其厚度至少為0.03mm ；其中該至少一絕緣層及電阻元件疊設於該焊接電極層及電路板之間，且電路板、電阻元件及焊接電極層形成串接電路； 其中該至少一絕緣層及焊接電極層組合的熱質足以承受焊接該條狀連接件時不致損害該電阻元件。
2.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該絕緣層的厚度為0.05至1.0_，該焊接電極層的厚度為0.05至1.0mm。
3.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該絕緣層設置於該電阻元件上表面，且疊設於該電阻元件及焊接電極層之間。
4.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該絕緣層有2層且分別設置於該電阻元件的上、下表面。
5.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該焊接電極層和條狀連接件的焊接方式至少包含點焊、回焊、電阻焊、雷射焊中的一者。
6.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該絕緣層是聚丙烯絕緣層、玻璃纖維絕緣層、具有熱塑型塑膠與熱固型塑膠交互穿透結構的高分子材料絕緣層，或是具有熱固型塑膠及纖維的高分子材料絕緣層。
7.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該焊接電極層是銅箔電極層、鎳箔電極層、鍍鎳銅箔電極層或鍍鎳不鏽鋼電極層。
8.根據權利要求1所述的過電流保護元件，其中該條狀連接件為直條形、彎曲形或L形。
9.一種過電流保護元件,包括: 一電阻元件，包含一第一電極箔、一第二電極箔以及一疊設於該第一電極箔及第二電極箔間的正溫度係數材料層，該正溫度係數材料層與第一及第二電極箔沿第一方向共同延伸為層疊狀結構； 一第一絕緣層，形成於該第一電極箔表面，該第一絕緣層的厚度至少為0.03mm ； 一焊接電極層，形成於該第一絕緣層表面，該焊接電極層的厚度至少為0.03_ ;以及至少一第一導電連接件，沿與第一方向垂直的第二方向延伸，以電氣連接該焊接電極層及第一電極箔，且該第一導電連接件與該第二電極箔電氣隔離； 其中該第二電極箔用於電氣連接一電路板，第一電極箔通過焊接電極層以焊接一條狀連接件，從而電氣連接一電池的電極端； 其中該第一絕緣層及焊接電極層組合的熱質足以承受焊接該條狀連接件時不致損害該電阻元件。
10.根據權利要求9所述的過電流保護元件，其中該第一絕緣層的厚度介於0.05mm至1.0mm,焊接電極層的厚度為0.05mm至1.0mm。
11.根據權利要求9所述的過電流保護元件，其中該第一絕緣層是聚丙烯絕緣層、玻璃纖維絕緣層、具有熱塑型塑膠與熱固型塑膠交互穿透結構的高分子材料絕緣層、或是具有熱固型塑膠及纖維的高分子材料絕緣層。
12.根據權利要求9所述的過電流保護元件，其中該焊接電極層是銅箔電極層、鎳箔電極層、鍍鎳銅箔電極層或鍍鎳不鏽鋼電極層。
13.根據權利要求9所述的過電流保護元件，其還包含一第二絕緣層及沿該第二方向延伸的至少一第二導電連接件，該第二絕緣層形成於該第二電極箔表面，第二導電連接件電氣連接第二電極箔及電路板中的電路。
14.根據權利要求13所述的過電流保護元件，其還包含焊墊，該焊墊設置於第二絕緣層表面，該第二電極箔通過該第二導電連接件及焊墊，電氣連接至該電路板。
15.根據權利要求13所述的過電流保護元件，其中該第一及第二導電連接件設置於過電流保護元件側邊或轉角處。
16.根據權利要求9所述的過電流保護元件，其中該條狀連接件為直條形、彎曲形或L形。
17.根據權利要求16所述的過電流保護元件，其中該L形包含第一部件及第二部件，其中第一部件焊接於該焊接電極層。
18.根據權利要求17所述的過電流保護元件，其中該第一部件及第二部件間的角度介於60至120度之間。
19.一種電池保護電路裝置，包含一電路板以及設置於該電路板表面的多個電子元件，該電子元件中包含 一過電流保護元件，該過電流保護元件包含: 一電阻元件，具有正溫度係數特性； 至少一絕緣層，厚度至少為0.03mm ； 一焊接電極層，用於焊接一條狀連接件以電氣連接至電池，且其厚度至少為0.03mm ； 其中該至少一絕緣層及電阻元件疊設於該焊接電極層及電路板之間，且電路板、電阻元件及焊接電極層形成串接電路； 其中該至少一絕緣層及焊接電極層組合的熱質足以承受焊接該條狀連接件時不致損害該電阻元件。
20.根據權利要求19所述的電池保護電路裝置，其還包含一電池，該電池包含一第一外接電極件及一第二外接電極件，其中該第一外接電極件包含該條狀連接件，以焊接於該焊接電極層。
21.根據權利要求20所述的電池保護電路裝置，其中該至少一絕緣層及焊接電極層組合的熱質足以承受以電壓I 5V點焊該條狀連接件於該焊接電極層時不致損害該電阻元件。
22.根據權利要求20所述的電池保護電路裝置，其中該第二外接電極件連接於該電路板的電路，形成電池保護迴路。
23.根據權利要求19所述的電池保護電路裝置，其中該條狀連接件為直條形、彎曲形或L形。
24.根據權利要求23所述的電池保護電路裝置，其中該L形包含第一部件及第二部件，其中第一部件焊接於該焊接電極層，且該第一部件及第二部件間的角度介於60至120度之間。
全文摘要
本發明公開了一種過電流保護元件及電池保護電路裝置，該過電流保護元件用於設置於一電路板表面，作為電池保護之用。過電流保護元件包括電阻元件、至少一絕緣層以及焊接電極層。電阻元件具有正溫度係數特性。絕緣層的厚度至少為0.03mm。焊接電極層用於焊接一條狀連接件以電氣連接至電池，且其厚度至少為0.03mm。其中該至少一絕緣層及電阻元件疊設於該焊接電極層及電路板之間，且電路板、電阻元件及焊接電極層形成串接電路。絕緣層及焊接電極層組合的熱質足以承受焊接該條狀連接件時不致損害該電阻元件。
文檔編號H01C7/02GK103106989SQ20111037056
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者王紹裘, 朱復華, 曾郡騰 申請人:聚鼎科技股份有限公司