過電流保護元件的製作方法
2023-05-24 09:13:16
專利名稱：過電流保護元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種被動元件，且特別涉及ー種過電流保護元件。
背景技術：
熱敏電阻被用於保護電路，使其免於因過熱或流經過量電流而損壞。熱敏電阻通常包括兩電極及位於兩電極間的電阻材料。此電阻材料 在室溫時具低電阻值，而當溫度上升至ー臨界溫度或電路上有過量電流產生時，其電阻值可立刻跳升數千倍以上，以此抑制過量電流通過，以達到電路保護的目的。當溫度降回室溫後或電路上不再有過電流的狀況時，熱敏電阻可回復至低電阻狀態，而使電路重新正常操作。此種可重複使用的優點，使熱敏電阻取代保險絲，而被更廣泛運用在高密度電子電路上。熱敏電阻的觸發(trip)溫度主要取決於材料的種類，為因應例如電池的低溫エ作環境所需，常會採用觸發溫度較低的低溫材料，以致於造成熱敏電阻的維持電流(holdcurrent)下降。尤其是在電池的應用上,在較高的溫度下(例如60°C或70°C ),必須仍然要有相當高的維持電流，卻必須在80°C以下快速觸發，若單靠調整熱敏電阻的材料，是很難達到這樣的功能。因為若要在60-70°C達到高維持電流必須使用高溫材料(例如高密度聚こ烯HDPE)，但若使用高溫材料就不能夠達到80°C以下快速觸發的要求。但若使用低溫材料(例如低密度聚こ烯LDPE)是可以達到80°C以下快速觸發的要求，卻無法在60-70°C達到高維持電流。因此，如何達到高維持電流又同時具備低溫觸發的保護功能，成為現今技術難以兼顧的問題。
發明內容
本發明提供一種過電流保護元件，其可同時具備高維持電流的特性並可具備低溫觸發保護的功能。本發明ー實施例的過電流保護元件包括第一導電構件、第二導電構件、電阻元件及溫度檢測開關。第一導電構件包括在同一平面上的第一電極箔及第ニ電極箔。電阻元件疊設於該第一導電構件及第ニ導電構件之間，且具有正溫度或負溫度係數的特性。溫度檢測開關可根據溫度變化，切換該第一電極箔及第ニ電極箔間為電氣導通或限流(例如斷路)狀態，此溫度切換電氣導通或限流狀態被稱為臨界溫度。該溫度檢測開關的臨界溫度低於該電阻元件的觸發溫度。當該溫度檢測開關為導通時，電流流經該第一電極箔與第二電極箔、電阻元件及第二導電構件形成的導電路徑，當瞬間過電流通過該導電路徑時，觸發該電阻元件由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用，當過電流狀況解除後，該電阻元件又恢復原先低電阻狀態。當溫度檢測開關的溫度超過其臨界溫度時，該溫度檢測開關切換為限流狀態，電流瞬間流經該第一電極箔、電阻元件及第ニ導電構件形成的導電路徑，並產生高熱而觸發該電阻元件由低電阻狀態成為高電阻狀態，當溫度下降至低於該臨界溫度，該電阻元件又恢復原先低電阻狀態。本發明的過電流保護元件利用電極箔面積的不同，形成具有不同電阻值的導電路徑。由此，電阻元件可使用高溫材料而具備高維持電流的特性，且同時具備低溫觸發的功效，進而增進過電流保護元件的耐電壓特性及使用壽命。
圖IA所示為本發明第一實施例的過電流保護元件的立體結構圖。圖IB所示為本發明第一實施例的過電流保護元件的平面示意圖。圖IC所示為本發明第一實施例的過電流保護元件的電路示意圖。圖2所示為本發明第二實施例的過電流保護元件的結構示意圖。·
圖3所示為本發明第三實施例的過電流保護元件的結構示意圖。圖4所示為本發明第四實施例的過電流保護元件的結構示意圖。圖5所示為本發明第五實施例的過電流保護元件的結構示意圖。其中，附圖標記說明如下10、20、30、40、50 :過電流保護元件11、31、41 :電阻元件12、32、42 :第一導電構件12a、32a、42a :第一電極箔12b、32b、42b :第二電極箔13、33、43 :第二導電構件14:導電層15、35 :絕緣層16、36、46 :第一外接電極17、37、47 :第二外接電極18、18』 導電連接件19、39、49 :溫度檢測開關21 :第一電阻22:第二電阻38:導電柱51 :第一箔片52 :第二箔片53:第三箔片。
具體實施例方式本發明第一實施例的過電流保護元件10的立體結構圖如圖IA所示，其為表面粘著型元件(SMD)。圖IB為過電流保護元件10的平面示意圖。過電流保護元件10包括電阻兀件11、第一導電構件12、第二導電構件13、導電層14、絕緣層15、第一外接電極16、第二外接電極17、導電連接件18以及溫度檢測開關19。電阻元件11為疊設於第一導電構件12及第ニ導電構件13之間。第一外接電極16及第ニ外接電極17設於第二導電構件13的同ー側，也即元件下方，作為外接電源的接ロ。第二導電構件13與第二外接電極17間以導電層14作電氣連接。第一導電構件12包括第一電極箔12a及第ニ電極箔12b,其中電極箔12a及12b之間以溝槽20隔離，其中第一電極箔12a與第二電極箔12b在同一平面上。一實施例中，第一電極箔12a的面積小於第二電極箔12b的面積。絕緣層15設於第一外接電極16及第ニ電極箔13之間，在兩者之間進行電氣隔離。導電連接件18在本實施例中為表面鍍有導電膜的半圓導電通孔，其連接第一外接電極16及第一電極箔12a，用於兩者之間的電氣導通。溫度檢測開關19設於第一導電構件12的表面。溫度檢測開關19具有ー臨界溫度，該臨界溫度低於電阻元件11的觸發溫度。一實施例中，溫度檢測開關19感應環境溫度而發生變化。當溫度檢測開關19的溫度小於臨界溫度時，溫度檢測開關19為導通，當溫度大於等於臨界溫度時，溫度檢測開關19將切換為限流狀態(例如高電阻狀態或斷路)。一實施例中，溫度檢測開關19為利用精密機械技術製作的金屬簧片開關，利用熱脹冷縮的原理，達到開關切換為導通或斷路的功能。另ー實施例中，溫度檢測開關19為另ー熱敏電阻元件，但選用低溫觸發材料，使其觸發溫度較電阻元件11的觸發溫度為低。具有低溫觸發材料的溫度檢測開關19觸發時，溫度檢測開關19的電阻將彈升，而大幅降低及限制其中 流經的電流，而達到「限流」狀態。擴展來說，斷路即為「限流」的極端狀態，完全不允許電 流流經溫度檢測開關19。當溫度檢測開關19為導通狀態時，理論上電流由第一外部電極16經導電連接件18後，將分別經由第一電極箔12a及第ニ電極箔12b進入電阻元件11，之後再經由導電層14及第ニ外接電極17流出。然而按電阻公式R= PXL/A(R為電阻，P為電阻係數，L為導線長度，A為導線面積)，當電流流經的面積愈大，其電阻將愈小。若將第一電極箔12a、電阻元件11及第ニ導電構件13的路徑設為第一導電路徑，第一電極箔12a的面積為Al，且第二電極箔12b、電阻元件11及第ニ導電構件13設為第二導電路徑，第二電極箔12b的面積為A2，其中第一電極箔12a的面積Al佔第一導電構件12總面積(A1+A2)的百分率是從5%至75%，較佳比率是從10%至50%。通常第一電極箔12a的面積較第二電極箔12b為小，故第一導電路徑的電阻將大於第二導電路徑的電阻。因此，當溫度檢測開關19導通時，整體電阻是在最低狀態R= P XIV(A1+A2)，電流同時通過該第一與第二導電路徑，因此元件有高的維持電流，也有高的觸發電流(Trip Current)。當瞬間過電流通過該第一及第二導電路徑時，觸發該電阻元件11由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用。當過電流狀況解除後，該電阻元件11恢復原先低電阻狀態。當溫度達到溫度檢測開關19的臨界溫度時，溫度檢測開關19將切換為限流狀態，使得電流瞬間流經第一電極箔12a、電阻元件11及第ニ導電構件13，也即流經電阻較大的第一導電路徑。此時，原本流經第二電極箔12b的電流將瞬間被迫流經第一電極箔12a，但因流經第一電極箔12a的第一導電路徑的電阻較大，電阻驟升至R = P XL/A1，電流將於第一導電路徑急劇產生熱量，當熱量提升溫度到達電阻元件11的觸發溫度時，將觸發該電阻元件11由低電阻狀態成為高電阻狀態，故第一導電路徑將成限流狀態，即阻絕大部份的電流流過。當溫度下降至低於其臨界溫度吋，電阻元件11恢復原先低電阻狀態。換言之，若電阻元件11採用較高觸發溫度的高溫材料，而溫度檢測開關19的臨界溫度較電阻元件11的觸發溫度為低，當溫度檢測開關19導通時，過電流保護元件10的作用如同一般高溫材料元件而具有高維持電流的特性，而當溫度檢測開關19切換為限流狀態時，因溫度急劇升高，將進一歩觸發電阻元件11，快速增加電阻值而抑制電流，進而達到低溫觸發的元件保護的功效。本實施例中，因溫度檢測開關19的臨界溫度(例如60-90°C，較佳是65-85 °C，最佳是70-80°C )較電阻元件11的觸發溫度(例如為90_160°C )為低，故電阻元件11可採用高溫材料但具有低溫觸發的功效。圖IC為本發明第一實施例的過電流保護元件的電路示意圖，其中第一電極箔12a、電阻元件11及第ニ導電構件13的第一導電路徑中包括第一電阻21，而第二電極箔12b、電阻元件11及第ニ導電構件13的第二導電路徑中包括第二電阻22。本實施例中，當溫度未達溫度檢測開關19的臨界溫度前，因第一電阻21的電阻值大於第二電阻22的電阻值，故大部分電流將流經溫度檢測開關19及第ニ電阻22。當有瞬間的過電流通過該第一及第二導電路徑時，電阻21及22將由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用。當溫度超過溫度檢測開關19的臨界溫度時，溫度檢測開關19將切換為限流狀態，迫使電流瞬間流經第一電阻21，進而觸發電阻元件11。當溫度下降至低於其臨界溫度吋，電阻元件11恢復原先低電阻狀態。
圖2顯示本發明另一實施例的過電流保護元件20的結構示意圖，其構造大致與圖IA-圖IC所示的過電流保護元件10相同，只將位於元件端部的半圓形導電通孔以內設的導電連接件18』替代(本實施例為導電穿孔)，用於電氣連接第一外接電極16及第一電極箔12a。由此，也可達到與過電流保護元件10相同的功效。圖3顯示本發明另一實施例的SMD型式的過電流保護元件的結構示意圖。過電流保護元件30主要包括電阻元件31、第一導電構件32、第二導電構件33、第一外接電極36、第二外接電極37以及溫度檢測開關39。第一導電構件32包括第一電極箔32a及第ニ電極箔32b,其中第一電極箔32a與第二電極箔32b在同一平面上。一實施例中，第一電極箔32a的面積小於第二電極箔32b的面積。電阻兀件31疊設於第一導電構件32及第ニ導電構件33之間，且具有正溫度或負溫度係數的特性。第一電極箔32a及第ニ電極箔32b物理接觸該電阻元件31的上表面，第二導電構件33物理接觸該電阻元件31的下表面，第一電極箔32a及第ニ電極箔32b之間以溝槽隔離。第一外接電極36與第二導電構件33之間設有絕緣層35，且第二外接電極37與第一導電構件32間也設有絕緣層35，作為電氣隔離之用。第一外接電極36及第ニ外接電極37分別設於過電流保護元件30的ニ端部，第一外接電極36物理接觸第一電極箔32a，第二外接電極37物理接觸第二導電構件33。第一外接電極36旁另設有電極延伸部36』，該電極延伸部36』可利用導電柱38或導電孔電氣連接第ニ電極箔32b。電極延伸部36』與第一外接電極36間利用溫度檢測開關39進行電氣導通及限流狀態的切換。當溫度未達溫度檢測開關39的臨界溫度時，溫度檢測開關39導通連接第一外接電極36及電極延伸部36』。同樣因為第一電極箔32a面積小於第二電極箔32b面積的關係，大部分電流將流經由第一外接電極36、溫度檢測開關39、導電延伸部36』、導電柱38、第ニ電極箔32b、電阻元件31、第二導電構件33及第ニ外接電極37形成的導電路徑。當瞬間過電流通過該導電路徑時，將觸發該電阻元件31由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用。當過電流狀況解除後，該電阻元件31恢復原先低電阻狀態。當溫度超過溫度檢測開關39的臨界溫度時，溫度檢測開關39為限流狀態，迫使電流瞬間流經第一外接電極36、第一電極箔32a、電阻元件31、第二導電構件33及第ニ外接電極37形成的導電通路，進而觸發電阻元件31。當溫度下降至低於其臨界溫度吋，電阻元件31恢復原先低電阻狀態。圖4顯示本發明另一實施例的軸型過電流保護元件40的結構示意圖。過電流保護元件40包括電阻元件41、第一導電構件42、第二導電構件43、第一外接電極46、第二外接電極47以及溫度檢測開關49。第一導電構件42包括第一電極箔42a及第ニ電極箔42b，其中第一電極箔42a與第二電極箔42b在同一平面上。一實施例中，第一電極箔42a的面積小於第二電極箔42b的面積。電阻兀件41疊設於第一導電構件42及第ニ導電構件43之間，且具有正溫度或負溫度係數的特性。第一電極箔42a及第ニ電極箔42b物理接觸該電阻元件41的上表面，第二導電構件43物理接觸該電阻元件41的下表面，該第一電極箔42a及第ニ電極箔42b之間以溝槽隔離。當溫度未達溫度檢測開關49的臨界溫度時，溫度檢測開關49導通連接第一電極箔42a及第ニ電極箔42b。因為第一電極箔42a面積小於第二電極箔42b面積的關係，大部 分電流將流經由第一外接電極46、溫度檢測開關49、第二電極箔42b、電阻元件41、第二導電構件43及第ニ外接電極47形成的導電路徑。當有瞬間的過電流通過該導電路徑時，將觸發該電阻元件41由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用。當過電流狀況解除後，該電阻元件41恢復原先低電阻狀態。當溫度超過溫度檢測開關49的臨界溫度時，溫度檢測開關49將成為限流狀態，迫使電流將流經第一外接電極46、第一電極箔42a、電阻元件41、第二導電構件43及第ニ外接電極47形成的導電通路，進而觸發電阻元件41。當溫度下降至低於其臨界溫度吋，電阻元件41恢復原先低電阻狀態。參照圖5，過電流保護元件50為圖I所示的過電流保護元件10的變化形式，其中大部分構件均與過電流保護元件10相同，除了第二電極箔12b是由溝槽分離的第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53構成，且都利用溫度檢測開關19連接至第一電極箔12a。若第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53面積的總和等同於圖I所示的第二電極箔12b，當溫度檢測開關19導通時，按分流原理，大部分電流流經第一箔片51、第二箔片52及第三箔片53，之後再經過電阻元件11、第二導電構件12形成導電路徑。此導電路徑實質上即等同於前述過電流保護元件10的第二導電路徑，故可提供與圖I的過電流保護元件10等同的功效。實際上，第一電極箔12a也可能分割成數片，只要形成實質相同的第一導電路徑，SP可提供等同功效。本發明的第一電極箔的面積為包括第一導電構件在第一導電路徑中的有效面積，而第二電極箔的面積則包括第一導電構件在第二導電路徑中的有效面積。本發明的過電流保護元件在低溫或正常狀態使用時，大部分電流將流經電阻較小的導電路徑。然而溫度超過溫度檢測開關的臨界溫度時，溫度檢測開關將形成限流狀態，迫使電流瞬間流經電阻較大的導電路徑，進而觸發電阻元件，而達到防止過電流的目的。擴展來說，本發明的過電流保護元件利用電極箔面積的不同，形成具有不同電阻值的導電路徑。由此，電阻元件可使用高溫材料而具備高維持電流的特性，且另具有低溫觸發的功效。以上所述，僅為本發明的具體實施例的詳細說明與圖式，惟本發明的特徵並不局限於此，本發明的所有範圍應以下述的申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍的精神與其類似變化的實施例，皆應包括於本發明的範疇中，任何熟悉該項技術者在本發明 的領域內，可輕易進行變化或修飾都可涵蓋在以下本案的專利範圍。
權利要求
1.一種過電流保護元件，其特徵在於，包括 一第一導電構件，包括第一電極箔及第二電極箔，其中第一電極箔與第二電極箔在同一平面上； 一第二導電構件； 一電阻元件，疊設於該第一導電構件及第二導電構件之間，且具有正溫度或負溫度係數的特性；以及 一溫度檢測開關，根據溫度變化，切換該第一電極箔及第二電極箔間為電氣導通或限流狀態； 其中該溫度檢測開關的臨界溫度低於該電阻元件的觸發溫度； 其中當該溫度檢測開關為導通時，電流流經該第一電極箔與第二電極箔、電阻元件及第二導電構件形成的導電路徑，當瞬間過電流通過該導電路徑時，觸發該電阻元件由低電阻狀態成為高電阻狀態而達到過電流保護的作用，當過電流狀況解除後，該電阻元件恢復原先低電阻狀態； 當溫度檢測開關的溫度超過其臨界溫度時，該溫度檢測開關切換為限流狀態，電流瞬間流經該第一電極箔、電阻元件及第二導電構件形成的導電路徑，並產生高熱而觸發該電阻元件由低電阻狀態成為高電阻狀態，當溫度下降至低於其臨界溫度，該電阻元件恢復原先低電阻狀態。
2.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該臨界溫度介於60-90°C。
3.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該臨界溫度介於65-85°C。
4.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該觸發溫度介於90-160°C。
5.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該第一電極箔、電阻元件及第二導電構件形成第一導電路徑，該第二電極箔、電阻元件及第二導電構件形成第二導電路徑，該第一電極箔的面積包括第一導電構件在第一導電路徑中的有效面積，而第二電極箔的面積包括第一導電構件在第二導電路徑中的有效面積。
6.根據權利要求5所述的過電流保護元件，其特徵在於，該第一電極箔的面積佔第一導電構件的面積為5%至75%。
7.根據權利要求5所述的過電流保護元件，其特徵在於，該第一電極箔的面積佔第一導電構件的面積為10%至50%。
8.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該第一電極箔及第二電極箔物理接觸該電阻元件的上表面，第二導電構件物理接觸該電阻元件的下表面，該第一電極箔及第二電極箔之間以溝槽隔離。
9.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該溫度檢測開關設於該第一導電構件的表面。
10.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該過電流保護元件為表面粘著型元件或軸型元件。
11.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，還包括一第一外接電極及一第二外接電極，其中該第一外接電極電氣連接該第一電極箔，該第二外接電極電氣連接該第二導電構件。
12.根據權利要求11所述的過電流保護元件，其特徵在於，還包括一導電連接件，連接該第一外接電極及第一電極箔。
13.根據權利要求11所述的過電流保護元件，其特徵在於，該第一外接電極及第二外接電極位於第二導電構件的同一側。
14.根據權利要求11所述的過電流保護元件，其特徵在於，還包括一電極延伸部，該電極延伸部電氣連接第二電極箔，該第一外接電極及第二外接電極分別設於過電流保護元件的二端部，該第一外接電極物理接觸第一電極箔，第二外接電極物理接觸第二導電構件，該電極延伸部與該第一外接電極間利用該溫度檢測開關進行電氣導通或限流狀態的切換。
15.根據權利要求14所述的過電流保護元件，其特徵在於，該電極延伸部及第二電極箔之間以導電柱進行電氣連接。
16.根據權利要求14所述的過電流保護元件，其特徵在於，該溫度檢測開關設於該第一外接電極及電極延伸部表面。
17.根據權利要求I所述的過電流保護元件，其特徵在於，該溫度檢測開關為金屬簧片 開關或熱敏電阻元件開關。
全文摘要
本發明公開了一種過電流保護元件，包括第一導電構件、一第二導電構件、一電阻元件及一溫度檢測開關。第一導電構件包括在同一平面上的第一電極箔及第二電極箔。電阻元件疊設於該第一導電構件及第二導電構件之間，且具有正溫度或負溫度係數的特性。溫度檢測開關可根據溫度變化，切換該第一電極箔及第二電極箔間為電氣導通或限流狀態。該溫度檢測開關的臨界溫度低於該電阻元件的觸發溫度。
文檔編號H02H9/02GK102832604SQ20111016709
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者王紹裘, 曾郡騰 申請人:聚鼎科技股份有限公司