TW200425173A - Over-current protection apparatus with high voltage endurance - Google Patents

Description

200425173 玖、發明說明： 一、 發明所屬之技術領域 本發明係關於一過電流保護裝置，特別是關於一種耐高 電壓之過電流保護裝置。 二、 先前技術 習知之正溫度係數（Positive Temperature Coefficient， PTC)元件之電阻值對溫度變化的反應相當敏銳。當PTC元 件於正常使用狀況時，其電阻可維持極低值，使電路得以 正常運作。但是，當發生過電流或過高溫的現象而使溫度 · 上升至一臨界溫度或稱居里點（Curie point)時，其電阻值會 瞬間彈跳至一高電阻狀態（例如104〇hm以上），而將過量 之電流反向抵銷，以達到保護電池或電路元件之目的。因 此，該PTC元件已見整合於各式電路元件中，以防止過電 流的損害。 正溫度係數元件大致上可分為高分子正溫度係數 (Polymer Positive Temperature Coefficient，PPTC)元件及陶 籲 变正溫度係數（Ceramic Positive Temperature Coefficient， CPTC)元件兩大類。習知的PPTC元件觸發（trip)後之電阻 不易回復原始值，即阻抗衰減（resistance hysteresis)特性較 差’且不耐南電壓。雖然CPTC元件一般具有财南電壓的 特性，且其電阻可回復至較接近原始值，但因CPTC元件 本身之常態電阻較高，故導電性較差，因而限制其應用範 圍。 另外，一般應用於CPTC元件的電極層係由銀粉燒結而 H:\Hu\tys\ 聚鼎科技中說\85170\85170.doc -6- 200425173 成。因銀粉燒結後的緻密性不佳 笊抝句^ ^ 付泠书及導熱效果並 ““ 銀粉間的結合強度不佳，可能於後續銲 接時產生部份溶化的現象。因此，利用銀粉作為電㈣材 料：過電流保護裝置之常態電阻較高，而影響其應用範圍。

電以統今日已成為人類日常生活不可或缺的—部份， 舉凡電話、網路及錢通訊料係仰賴電㈣統進行訊號 傳輸。電㈣統中大多含有金屬等導電體以進行訊號輸 送’故其或有遭受雷擊的可能。如上所述，pptc元件因盆 不财高電壓’故不適合使用於此等高電壓的場合。然而， CP/TC元件制其本身之高f態電阻，亦不適合使用於電 4吕糸統以提供過電流發生時的保護。 換言之，目前市場上迫切需要一種耐高壓、易回復原始 值（resetable)且具常態電阻的過電流保護裝置。 三、發明内容 本發明之目的係提供一種耐高電壓之過電流保護裝置， 其同時具有低常態電阻且耐高電壓、高電流之特性，而可 供高電壓場合應用。 _ 本發明之耐高電壓之過電流保護裝置包含一第一電極 層、一第二電極層及一陶瓷電流感測層。該第一及第二+ I 电 極層係均勻且連續之結構，以增加其導電性及導熱性。該 陶瓷電流感測層係設置於該第一及第二電極層之間，其主 要係由基底（basic matrix)、摻雜物（doping material)、導電 物（conductor)及燒結物（sintering material)等混合組成。該 耐高電壓之過電流保護裝置於觸發前之電阻小於1 〇歐姆， H:\Hu\tys\ 聚鼎科技中說\85170\85170. doc 200425173 且其電阻彈升率（resistance jumping rati〇)小於 1.3 〇 該陶瓷電流感測層可採用鈦酸鋇（BaTi03)為基底，以锶 (Sr)、錯（Pb)、鈹（Be)、#5 (Ca)或石西（Se)為摻雜物，以鈦（Ti)、 鍅（Zr)、銳（Nb)或鈕（Ta)等之碳化物（carbide)或石夕化物 (silicide)為導電物，及採用矽（si)、鈦（Ti)或鍺（Ge)為燒結 物。 本發明之耐高電壓之過電流保護裝置可承受約8〇〇v之 電壓及50安培之電流而不致燒毀，故非常適用於高電壓場 合之應用。 四、實施方式 石舞（Ni-P)合金、銀（Ag)、紹「A】、人“、 、呂’姑（A1)、金（Au)、鎵-碘（Ga-I)告 孟及辞-銀（Zn-Ag)合金等。該陶咨+a ^ 成阄尤電流感測層13係設置於 該第一電極層n及第二電極 、 不电位層12之間，而形成一類似三 明治結構。於本實施例中， 古 μ耐回电壓之過電流保護裝置 1〇之厚度小於2.5mm，面積小於細職2。 圖1係本發明之耐高電壓之過電流保護裝置之示意圖， 該耐高電壓之過電流保護裝置10包含一第一電極層u、 一第二電極層12及一陶瓷電流感測層13。該第一及第二 電極層為-連續且均勻之結構，其材料可選用錄 表1例不該第一及第二電極岸 孕 層u、12之選用材料及其披 復於该陶瓷電流感測層1 3 # 万去。猎由選用表1中之電極 材料搭配其所對應之披覆方 了形成均勻且連續之第一及 弟二電極層U、12,而具有 , 义的蛤電性及導熱性，進而 了 I1牛低该耐兩電壓之過電流 呆4 4置1 〇整體之電阻值。 HAHlAtys\ 聚鼎科技中說\85 丨 70\85170.doc 200425173

電極材料 形成方法 "* -^ 電鍍 電漿或火焰噴佈 超音波焊搶 尽膜網印 鎳-碟合金、銀 鋁、金 錄•峨合金 辞_銀合金 電物及燒結物四大部份混合組成，其中該摻雜物可調整= ::居里點’該j電物用於導電，該燒結物則作為調整燒 結溫度之用。本實施例之陶瓷電 70 .^ ^ 、，， L 4州層13係採用鈦酸鋇 為基底，以銷、錯、鈹、詞或而么 ^及硒為摻雜物，以鈦、鍅、鈮 或钽等之碳化物或矽化物為導 电初及抹用矽、鈦或鍺為 燒結物，其材料組成歸納如表2所示

基底 摻雜物 導電物 燒結物 鈦酸鋇 銷、鉛、鈹、鈣、石西 欽、錯、銳、鈕之碳化物或矽化物 梦、鈦、鍺 圖2顯不本發明之耐高電壓之過電流保護裝置〗〇之製作 級転。首先將表2之材料研磨成粉末，並於模子中壓製成 形。之後，經燒結結合形成該陶瓷電流感測層13。接著， 將該陶瓷電流感測層13利用表〗所示之方法彼覆第一及第 琶極層1 1、12 ’而形成該耐高電壓之過電流保護裝置】〇。 H:\Hu\tys\聚鼎科技中說奶 170\85l70.doc 本發明之耐高電壓之過電流保護裝置10於600V之測試 電壓下，當電流增至50安培時，其並無燒毀之現象發生。 备電μ增至60安培時，該耐高電壓之過電流保護裝置】〇 中之陶变電流感測@ 13僅發生裂痕，但仍無燒毀現象發 生。在同樣的600V及60安培之測試條件下，以ppTC製 作之過電流保護裝i已燒毀，_見本發明K高電壓之過 電流保護裝置10可承受高電壓、高電流之負載，而不易毀 損故特別適合應用於兩電壓之場合。該耐高電壓之過電 a保4 1置1 0另經測試，其於電壓提高至8〇〇v，且電流 支曰至50安培日守仍可正常工作，而無燒毁現象發生。 表3顯不以CPTC製成之耐高電壓之過電流保護裝置1〇 傳、、先之以PPTC製成之過電流保護裝置之電阻彈升率之 測試結果。若«阻彈升率I 表示電阻經觸發後仍可 回復原阻值，若為丨·卜表示經觸發且回復後，其電阻為原 阻值1·1倍。表3中之測試條件係符合1⑽9 :範’在同樣600V之電壓下，該耐高電壓之過電流保護 裝置ίο分別以i安培電流通電i秒鐘並重覆6〇次、以2.2 安i口電/爪通屯i秒鐘，及以3安培電流通電i秒鐘進行測 試’其電阻彈升率分別為〇.92、1〇47及i 158,均小於i 3。 於㈣測試條件下，以ppTC製成之過電流保護裝置之電 阻彈升率則刀別為1〇〇8、1479及1·5】6，顯見本發明可 大幅改善電阻彈升率之效果。

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600 V/1A 600V/2.2A 600V/3A ~__1秒/60次 1秒/1次 1秒/1次 本發明 0.92 1.047 1158

本發明之耐高電壓之過電流保護裝置1〇經測試，其觸發 所之常態電阻約介於6至10歐姆之間，而其居里點小於 85C。由此可見，本發明之耐高電壓之過電流保護裝置ι〇 不僅具有優良的電阻彈升率，且因其耐高電壓及低常態電 阻之特性，非常適合於電信傳輸或其他高電壓場合之應用。 本發明之技術内容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 五、 圖式簡要說明

圖1係本發明之耐高電壓之過電流保護裝置之示意圖； 及 U 圖2係本發明之耐高電壓之過電流保護裝置製作流程 圖。 六、 元件符號說明 益 H:\Hu\tys\聚鼎科技中說\85丨70\85】70.doc -11 -

Claims (1)

1. 200425173 拾、申請專利範圍： 種耐高電壓之過電流保護裝置，包含： 一第一電極層，其為均勻且連續之結構； 第二電極層，其為均勻且連續之結構；及 一陶瓷電流感測層，設置於該第一及第二電極層之 間’其包含基底、摻雜物、導電物及燒結物； 其中該耐高電壓之過電流保護裝置具有以下特性： (a) 於觸發前之常態電阻小於丨〇歐姆； (b) 電阻彈升率小於13 ;及

   2. (c)尽度小於2.5mm。 如申請專利範圍第1項之耐高電壓之過電流保護裝置， 其面積小於200mm2。 3. 如申明專利範圍第丨項之耐高電壓之過電流保護裝置， 其居里點小於85。(：。 4. 如申凊專利範圍第丨項之耐高電壓之過電流保護裝置， 其中該基底係由鈦酸鋇組成。 女申明專利乾圍第丨項之耐高電壓之過電流保護裝置，

   6. 成诊雜物係 7. 〜 ^ 从々四丫 4 一可 如申凊專利範圍第1頂^ 貞之耐回電壓之過電流保護裝 其中該導電物係選自鈦、 ^ 鈮及鈕中一者之碳化^ 如申請專利範圍第】項之而十古+广 发 耐同電壓之過電流保護裝 其中该導電物係選自鈦、鈐、 ^ Φ ^ 〇 、匕及鈕中—者之矽化4專利補帛1項之耐高電壓之過電流保„ 、中錢結物係、選自秒、鈦及錯中之一者。 8. 200425173 9. 如申請專利範圍第1項之对南電壓之過電流保護裝置’ 其中該第一及第二電極層係採用鎳-磷合金、銀、鋁、金、 鎵-碘合金及辞-銀合金中之一者。 10. 如申請專利範圍第1項之耐高電壓之過電流保護裝置， 其中該第一及第二電極層係採用電鍍、電漿喷佈、火焰 喷佈、超音波焊槍及厚膜網印中之一者製作。