CN103106988B - 热敏电阻元件 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种热敏电阻元件，其包括薄板型电阻元件、第一绝缘层、第一电极、第二电极及第一导热层。薄板型电阻元件包含第一导电构件、第二导电构件及叠设于其间的高分子材料层，其中该高分子材料层具有正温度或负温度系数的特性。第一绝缘层设置于该第一导电构件上。第一电极电气连接该第一导电构件。第二电极电气连接该第二导电构件，且与第一电极电气隔离。第一导热层设置于该第一绝缘层表面，其导热率至少为30W/mK，且第一导热层的厚度为15～250μm。本发明能够大幅提升元件的热传效率，进而提升产品的维持电流。

Description

热敏电阻元件

技术领域

本发明涉及以导电高分子材料制成的表面黏着型(SMD)可变热敏电阻元件，如正温度系数(PTC)元件、负温度系数(NTC)元件，其可应用于印刷电路板(PCB)上，做过电流保护及异常温度环境的感测。

背景技术

由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性的导电复合材料的电阻对温度变化具有反应敏锐的特性，可作为电流感测元件的材料，目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少10²Ω以上)，而将过量的电流降低，以达到保护电池或电路元件的目的。

在高密度线路设计及制造中，对保护元件在尺寸的要求上，需达到轻、薄、微小的要求，而且在安装上需达到表面黏着型元件的设计。因此，以有机高分子材料制作的PTC元件，已被设计成不同型式的表面黏着型电子元件。然而，受到元件尺寸的限制，以及热传不良等因素，导致产品的维持电流(hold current)无法提升。另外，由于元件的绝热性过高，亦可能造成对环境温度的敏感性过低的问题。

发明内容

为了克服以上所设计的缺陷，本发明的特点在于热敏电阻元件表面增加导热层，以期快速导热。借此提升元件的维持电流与增加对于环境的温度感应。

根据本发明的一实施例，热敏电阻元件包括薄板型电阻元件、第一绝缘层、第一电极、第二电极、第一导热层。该薄板型电阻元件包含第一导电构件、第二导电构件及高分子材料层，其中该高分子材料层叠设于第一导电构件及第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性。第一绝缘层设置于该第一导电构件上，且该第一绝缘层的表面延伸构成第一平面。第一电极电气连接该第一导电构件。第二电极电气连接该第二导电构件，且与第一电极电气隔离。第一导热层设置于该第一绝缘层表面，其导热率至少为30W/mK，且第一导热层的厚度为15～250μm。一实施例中，部分的第一电极和第二电极形成于第一平面上，且和第一导热层形成热敏电阻元件的第一表面，且第一表面中该第一电极、第二电极和第一导热层的面积总和为第一表面的面积的40～90％。

一实施例中，热敏电阻元件另包含第二绝缘层及第二导热层，该第二绝缘层设置于该第二导电构件上，且该第二绝缘层的表面延伸构成第二平面。第二导热层设置于该第二绝缘层表面，其中部分的第一电极、第二电极形成于该第二平面上，且和第二导热层形成热敏电阻元件的第二表面，且该第二表面中第一电极、第二电极和第二导热层的面积总和为第二表面的面积的40～90％。

一实施例中，可利用导热连接件连接前述第一导电构件及第一导热层，或第二导电构件及第二导热层。

本发明借由改善传统的SMD产品外观，增加元件的导热面积或是导热/导电路径，亦可搭配具备热传效应的焊垫，以借此大幅提升元件的热传效率，进而提升产品的维持电流。另外，本发明亦可增加对于环境温度的敏感性，以提供电池元件保护与各式电子产品应用。

附图说明

图1A及图1B为本发明第一实施例的热敏电阻元件的示意图；

图2A及图2B为本发明第二实施例的热敏电阻元件的示意图；

图3为本发明第三实施例的热敏电阻元件的示意图；

图4为本发明第四实施例的热敏电阻元件的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20、30、40热敏电阻元件

11电阻元件

12第一导电构件

13第二导电构件

14高分子材料层

15第一绝缘层

16第二绝缘层

17第一电极

18第二电极

19第一导电连接件

20第二导电连接件

21第一导热层

22第二导热层

24第一表面

25防焊层

26第二表面

27第一导热连接件

28第二导热连接件

31第一平面

32第二平面

41电阻元件

42第一导电构件

43第二导电构件

44高分子材料层

45防焊层

46导电层

47第一电极

48第二电极

49导电连接件

51表面

53导热层

57导热连接件

61平面

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1A绘示本发明第一实施例的热敏电阻示意图。图1B绘示图1所示热敏电阻元件的俯视图。热敏电阻10包括薄板型电阻元件11、第一绝缘层15、第二绝缘层16、第一电极17及第二电极18。薄板型电阻元件11包含第一导电构件12、第二导电构件13及高分子材料层14，其中该高分子材料层14叠设于第一导电构件12及第二导电构件13之间，其中含有导电粒子，且具有正温度或负温度系数的特性。适用于本发明的高分子材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氟烯、前述的混合物及共聚合物等。导电粒子可为金属粒子、含碳粒子、金属氧化物、金属碳化物，或是前述材料的混合物。第一绝缘层15设置于第一导电构件12上，第二绝缘层16设置于第二导电构件13上。绝缘层15、16可包含聚丙烯、玻璃纤维或散热材料。其中散热材料包含热固型塑胶及纤维的高分子材料、具热塑型塑胶与热固型塑胶交互穿透结构的高分子材料，其揭露于中国台湾专利公开号200816235、公告号I339088以及公开号201101342，在此引入本文中。其中该高分子散热材料的导热率至少为0.5W/mK，且1W/mK、2W/mK、3W/mK、4W/mK或5W/mK以上为本发明的优选实施例。

第一电极17包含一部分设置于该第一绝缘层15上，亦即形成于第一绝缘层15表面的延伸的第一平面31上。第一电极17包含另一部分设置于该第二绝缘层16上，亦即形成于第二绝缘层16表面的延伸的第二平面32上。该第一电极17通过第一导电连接件19电气连接该第一导电构件12。类似地，第二电极18包含一部分设置于该第一绝缘层15或第一平面31上，以及包含另一部分设置于该第二绝缘层16或第二平面32上。该第二电极18通过第二导电连接件20电气连接该第二导电构件13，且与第一电极17电气隔离。本实施例中，相较于传统的电极设置，设置于第一绝缘层15表面的第一电极17部分向第二电极18方向延伸，作为第一导热层21。类似地，设置于第二绝缘层16表面的第二电极18部分向第一电极17方向延伸，形成第二导热层22。易言之，第一电极17可视为包含第一导热层21，该第一导热层21为第一电极17的延伸部分。第二电极18可视为包含第二导热层22，该第二导热层22为第二电极18的延伸部分。

第一导热层21和第二导热层28可采用金属镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金等导热率大于30W/mK的材料，尤以导热率大于200W/mK的铝(约238W/mK)及大于300W/mK的铜(约397W/mK)、银、金等具有更佳的热传导效率，而为本发明的较佳选择。

申言之，电阻元件11上下表面，分别设置有第一导电构件12与第二导电构件13，且各自延伸至薄板型电阻元件11的相对两端面。此导电构件12、13可由一平面金属簿膜，经一般蚀刻方式(如激光修整(Laser Trimming)，化学蚀刻或机械方式)产生上下面，一左一右各一，不对称的缺口(剥离金属膜产生的缺口)。上述导电构件的材料可为镍、铜、锌、银、金、及前述金属所组成的合金或多层材料。此外，所述缺口可为长方型、半圆形、三角形或不规则的形状及图案，唯此缺口面积以不超过单面总面积的25％较佳。

上述缺口经剥离金属膜成型后，可使用各式优良的接着性胶膜(即绝缘层15、16，如环氧树脂与玻璃纤维布制成的胶膜)，将此电阻元件11与外层上下各一片的金属铜膜经热压固化密合。之后，可将上下外层的铜膜经蚀刻方法，产生电极，如图中17、18所示。

左右两端电极17、18，可借由导电连接件19、20或全面性裁切面的电镀方式，将上下左右各区的电极选择性垂直导通相连。第一导热层21与第一和第二电极17、18间、或第二导热层22与第一和第二电极17、18间可利用蚀刻出间隔而形成电气隔离。其中该间隔至少为15μm、20μm或30μm。

一实施例中，第一电极17和第二导热层22间、第二电极18和第一导热层21间以绝缘的防焊层25作为隔离。虽然在本实施例中作为隔离的防焊层25为长方型，其他形状的隔离如半圆形、弧形、三角形或不规则形状及图案亦可适用于本发明。

本实施例中的导电连接件19、20以半圆形导通孔为例作一说明。在导通孔的孔壁上可利用无电电镀或电镀方法镀上一层导电金属(如铜或金)，以达到连接上下电极的目的。除半圆形外，导通孔的截面形状可为圆形、1/4圆形、弧形、方形、菱形、长方形、三角形、或多边形等。

形成于该第一绝缘层15上(亦即第一平面31)的第一电极17、第二电极18和第一导热层21形成热敏电阻元件10的第一表面24；形成于第二绝缘层16上(亦即第二平面32)的第一电极17、第二电极18和第二导热层22形成热敏电阻元件10的第二表面26。

第一表面24中该第一电极17、第二电极18和第一导热层21的面积总和占整体第一表面24面积的百分比可为约40～90％，特别是45～85％，较佳为50～80％。实际应用上，前述百分比可为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％。类似地，第二表面26中该第一电极17、第二电极18和第二导热层22的面积总和占整体第二表面26面积的百分比可为约40～90％，特别是45～85％，较佳为50～80％。实际应用上，该比例可为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％。

图2A绘示本发明第二实施例的热敏电阻元件示意图。图2B绘示图2A所示热敏电阻元件的俯视图。类似于图1A及1B所示的热敏电阻元件10，热敏电阻元件20亦包括薄板型电阻元件11、绝缘层15和16、第一电极17、第二电极18等。与图1A和1B所示不同处在于第一导热层21并非第一电极17的延伸，而是单独设于第一绝缘层15上。第二导热层22并非第二电极18的延伸，而是单独设于第二绝缘层16上。一实施例中，第一导热层21与第一和第二电极17、18间是利用蚀刻形成间隔或以防焊层25进行隔离。第二导热层22与第一和第二电极17、18间亦可利用蚀刻形成间隔或以防焊层25进行隔离。第一电极17、第二电极18和第一导热层21的面积总和占整体第一表面24面积的比例和第一电极17、第二电极18和第二导热层22的面积总和占整体第二表面26面积的比例同样可参考第一实施例所述。

图3绘示本发明第三实施例的热敏电阻元件示意图。热敏电阻元件30相较于图2A所示的热敏电阻元件20是另外于第一导热层21与第一导电构件12间设置导热连接件27，以增加电阻元件11的热传导效率。同样地，于第二导热层22与第二导电构件13间可设置导热连接件28。导热连接件27、28可采用与导热层21、22相同的金属镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金等导热率大于30W/mK的材料，尤以导热率大于200W/mK的铝及大于300W/mK的铜、银、金或其合金具有最佳的热传导效率，而为本发明的较佳选择。

以上的设计及制作方式，可增加其中电阻元件层数至二层以上(即包含两个以上的电阻元件11)进行并联联结，达到多层并联式的表面黏着用电阻元件。此外，连接第一导热层21与第一导电构件12的导热连接件27，或连接第二导热层22与第二导电构件13的导热连接件28的数目可为多个，以增加导热效率。

图4绘示本发明第四实施例的热敏电阻元件示意图。热敏电阻40包括薄板型电阻元件41、绝缘层55、第一电极47及第二电极48。薄板型电阻元件41包含第一导电构件42、第二导电构件43及高分子材料层44，其中该高分子材料层44叠设于第一导电构件42及第二导电构件43之间，其中含有导电粒子，且具有正温度或负温度系数的特性。绝缘层55设置于第一导电构件42上。第一电极47通过导电层46电气连接至该第一导电构件42。第一电极47形成于绝缘层55表面的延伸平面61上。第二电极48设置于该绝缘层55上(亦即平面61)，并通过导电连接件49电气连接该第二导电构件43，且与第一电极47电气隔离。导热层53设置于绝缘层55表面。一实施例中，导热层53较佳地通过导热连接件57连接于第一导电构件42。其中形成于平面61上的第一电极47、第二电极48和导热层53形成热敏电阻元件40的表面51，且该第一电极47、第二电极48和导热层53的面积总和为表面51的面积的40～90％，特别是45～85％，较佳为50～80％。实际应用上，该比例可为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％。

关于其他表面黏着型的热敏电阻元件的其他结构型态亦揭露于中国台湾专利公告号415624及公告号I282696。上述各专利的相关结构型态揭露在此引入本文中。以上各种结构的热敏电阻元件均可应用本发明增设导热层或进一步增设导热连接件，而增加散热效果。另外，前述导热层的厚度介于15～250μm之间，且亦可为18μm、35μm、70μm、140μm或210μm，其中较厚的导热层具有较佳的导热效果。

本发明相较于原有SMD元件架构，增加作为导热层的例如铜箔电路的尺寸与/或增加作为导热连接件的例如铜柱架构，使SMD元件于通电时，能将多余的热源传导到电路，或所使用的电路基板上。在有效抑制温升的情形下，可大幅提升热敏电阻元件的维持电流，并满足大电流需求，同时借由电路设计，亦可提升热量的传递，能有效提升元件对于外界温度的敏感性。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求范围所涵盖。

Claims (17)

1.一种热敏电阻元件，其特征在于，包括：

一薄板型电阻元件，包含第一导电构件、第二导电构件及高分子材料层，其中该高分子材料层叠设于该第一导电构件及该第二导电构件之间，且具有正温度或负温度系数的特性；

一第一绝缘层，设置于该第一导电构件上；

一第一电极，电气连接该第一导电构件；

一第二电极，电气连接该第二导电构件，且与该第一电极电气隔离；以及

一第一导热层，设置于该第一绝缘层表面，该第一导热层导热率至少为30W/mK，且其厚度介于15～250μm；

其中该第一绝缘层的表面延伸构成第一平面，部分的该第一电极以及部分的该第二电极形成于该第一平面上，且和该第一导热层形成该热敏电阻元件的第一表面，且该第一表面中该第一电极、该第二电极和该第一导热层的面积总和为该第一表面的面积的40～90％；

该第一表面中第一电极和第一导热层所占的面积总和大于第二电极所占的面积；该第一导热层位于形成于所述第一平面上的所述部分的第一电极和形成于所述第一平面上的部分的第二电极之间。

2.根据权利要求1的热敏电阻元件，其还包含一第二绝缘层及一第二导热层，该第二绝缘层设置于该第二导电构件上，且该第二导热层设置于该第二绝缘层表面。

3.根据权利要求2的热敏电阻元件，其中该第二绝缘层的表面延伸构成第二平面，部分的该第一电极及部分的该第二电极形成于该第二平面上，且和该第二导热层形成该热敏电阻元件的第二表面，且该第二表面中该第一电极、该第二电极和该第二导热层的面积总和为该第二表面的面积的40～90％，该第二表面中第二电极和第二导热层所占的面积总和大于第一电极所占的面积，该第二导热层位于形成于所述第二平面上的所述部分的第一电极和形成于所述第二平面上的部分的第二电极之间。

4.根据权利要求2的热敏电阻元件，其中该第一电极及该第二电极形成于该第一绝缘层及该第二绝缘层表面。

5.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一导热层为该第一电极的延伸部分。

6.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一导热层设置于该第一平面上的该第一电极及该第二电极之间。

7.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一导热层与该第一电极和该第二电极间为电气隔离。

8.根据权利要求7的热敏电阻元件，其中该第一导热层与该第一电极或该第二电极间之间隔至少为15μm。

9.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一导热层与该第一电极和该第二电极间是以防焊层进行隔离。

10.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一导热层包含镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金。

11.根据权利要求1的热敏电阻元件，其还包含通过该第一绝缘层的导热连接件，该导热连接件连接该第一导热层及该第一导电构件。

12.根据权利要求11的热敏电阻元件，其中该导热连接件的导热率至少为30W/mK。

13.根据权利要求11的热敏电阻元件，其中该导热连接件包含镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金。

14.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一绝缘层包含聚丙烯、玻璃纤维或散热材料。

15.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一绝缘层的导热率至少为0.5W/mK。

16.根据权利要求1的热敏电阻元件，其还包含第一导电连接件及第二导电连接件，其中该第一导电连接件用于电气连接该第一电极及该第一导电构件，该第二导电连接件用于连接该第二电极及该第二导电构件。

17.根据权利要求1的热敏电阻元件，其中该第一表面中该第一电极、该第二电极和该第一导热层的面积总和为第一表面的面积的50～80％。