专利名称：表面贴装型高分子ptc元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于过电流防护的电子元器件及其制造方法，具体涉及一种表面贴装型高分子PTC元件及其制造方法。
背景技术：
功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有PTC特性的高分子复合导电材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子PTC 复合导电材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient “正温度系数”)电阻特性的高分子复合导电材料。也就是说，在一定的温度范围内，这种导电材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。这种过流过温保护元件由高分子材料填充导电粒子复合而成。所述的高分子材料包括热固性聚合物和热塑性聚合物，热塑性聚合物包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；热固性聚合物主要有环氧树脂。导电粒子包括碳黑、金属粉末和导电陶瓷粉，以及表面镀有金属的石墨、炭黑、陶瓷微珠、玻璃微珠。常用的金属粉末包括银粉、铜粉、铝粉、镍粉、 不锈钢粉。利用高分子PTC复合导电材料制成高分子过流过温保护元件，可以作为电路的过流过温保护装置。其串联在电路中使用，电路正常工作时，通过高分子过流过温保护元件的电流较低，其温度较低，呈现低电阻状态，不会影响电路正常工作。而当由电路故障引起的大电流通过此高分子过流过温保护元件时，其温度会突然升高，引起其自身电阻值骤然变大，这样就使电路呈现近似断路状态，从而起到保护电路作用。当故障排除后，高分子过流过温保护元件的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。因此，其实这是一种可以自动恢复的保险丝，已广泛地应用到计算机、通信设备、汽车电子、家用及工业控制电器设备等领域中。高分子过流过温保护元件在过流防护领域已经得到普遍应用，电子元器件的可表面贴装化是目前的发展趋势，这也对高分子过流过温保护元件的封装技术提出了更高的要求。目前普遍使用的表面贴装型高分子PTC元件，由于采用直接在PTC芯片表面的金属箔电极上蚀刻图形，并且在PTC芯片上钻通孔镀铜形成端头电极，这样如果金属箔蚀刻不完全， 残余的金属存在造成元件在通电时容易出现电弧燃烧，导致事故隐患。中国发明专利申请200710041075. 4也公开了另外一种表面贴装型过流过温保护元件及其制造方法。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种可以消除电弧燃烧隐患的表面贴装型 PTC元件，克服现有技术存在的上述缺陷。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种表面贴装型高分子PTC 元件，包括以下部分PTC芯片，左右两端各设有一个缺口 ；上极板，由导电材料制成，贴合在PTC芯片的上表面，上极板的左端设有一个与PTC芯片左端的缺口相对齐的缺口；上盖板，由绝缘材料制成，贴合在所述上极板的上面，从上盖板的左端向下延伸一左绝缘凸台并嵌入所述PTC芯片和上极板左端的的缺口中；下极板，由导电材料制成，贴合在PTC芯片的下表面，下极板的右端设有一个与PTC芯片右端的缺口相对齐的缺口 ；下盖板，由绝缘材料制成，贴合在所述下极板的下面，从下盖板的右端向上延伸一右绝缘凸台并嵌入所述PTC 芯片和下极板右端的的缺口中；左、右焊盘，贴合在至少一个盖板表面的左、右两端，左、右焊盘之间由阻焊膜绝缘分隔，所述盖板表面为上盖板的上表面和下盖板的下表面；左通孔， 贯穿所述左焊盘、上盖板、左绝缘凸台、下极板和下盖板，左通孔的内壁上设有左端头，左端头将所述左焊盘与下极板导通；右通孔，贯穿所述右焊盘、上盖板、上极板、右绝缘凸台和下盖板，右通孔的内壁上设有右端头，右端头将所述右焊盘与上极板导通。优选地，所述左、右焊盘各有两个，分别为贴合在上盖板上表面的左上焊盘和右上焊盘、贴合在下盖板下表面的左下焊盘和右下焊盘。优选地，所述PTC芯片、上极板和下极板上的缺口为半圆形或半椭圆形。优选地，所述左通孔、右通孔为半圆形或半椭圆形通孔。优选地，所述左端头、右端头由金属镀层构成。优选地，所述左、右焊盘由金属层构成。进一步地，所述金属层为内层是铜层、外层是镍层；或内层是铜层、外层是锡层； 或内层是铜层、中间层是镍层、外层是金层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是锡层。优选地，所述上盖板和下盖板采用复合树脂片制成。优选地，所述阻焊膜选自环氧树脂、聚酰胺或聚酯中的一种。与现有技术相比，本发明具有显著的有益效果，无需对PTC芯片两侧的上、下极板进行蚀刻，结构更简单、制造更方便，通过将左、右端头穿过上、下盖板后嵌入PTC芯片缺口部分的绝缘凸台内，不直接接触PTC芯片，耐电弧能力大大提高。本发明要解决的另一技术问题，是提供一种上述PTC元件的制造方法。该方法包括以下步骤I)将高分子PTC复合导电材料夹在两张一面粗糙化处理过的金属箔之间，金属箔的粗糙面向内，然后将其复合在一起，制成复合片材，两张金属箔形成PTC元件的上极板和下极板；2)取一张上述复合片材，在正反两面分别按照一定的排布打盲孔，盲孔的位置与 PTC元件两端的缺口位置相对应，正面盲孔的深度以钻透上层金属箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透下层金属箔为止，反面盲孔的深度以钻透下层金属箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透上层金属箔为止；3)将上述钻好盲孔的复合片材上下两面各盖上一张或多张半固化的复合树脂片， 上下两面的复合树脂片分别形成上盖板和下盖板，再在上盖板的上面和下盖板的下面各加上一张一面粗糙化处理过的金属箔，金属箔的粗糙面向内，然后通过加压加温压合在一起， 得到多层复合板材，并使部分熔化的树脂填充进入步骤2)所产生的盲孔内；4)在得到的多层复合板材上与步骤2)中的盲孔相对应的位置钻通孔，所述通孔与所述盲孔同轴并小于盲孔的尺寸；5)在所有通孔的内壁上镀铜，形成左、右端头；
6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在上盖板上表面和下盖板下表面的金属箔上雕刻出对应左、右焊盘的形状；7)在上盖板上表面和下盖板下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜；8)在上盖板上表面和下盖板下表面的左、右焊盘部位再镀金属保护层，形成焊盘， 同时，在通孔的内壁上再镀金属保护层；9)将步骤8)得到的多层复合板材按PTC元件为单元进行切割，得到独立的最终产品，在切割过程中，上述盲孔和通孔均被切割为两个半圆孔，分别形成PTC元件两端的缺口和左、右通孔。
图I是本发明表面贴装型高分子PTC元件一种实施例的结构分解图。图2是发明表面贴装型高分子PTC元件的一种立体外形图。图3是本发明PTC元件制造方法在完成步骤6)后的多层复合板材正面示意图。
具体实施例方式如图I、图2所示，本发明表面贴装型高分子PTC元件包括PTC芯片6，PTC芯片6 的左右两端各设有一个缺口 61、62。由导电材料制成的上极板5贴合在PTC芯片6的上表面，上极板5的左端设有一个与PTC芯片左端的缺口 61相对齐的缺口 51 ；由绝缘材料制成的上盖板4贴合在上极板5的上面，从上盖板4的左端向下延伸一左绝缘凸台41并嵌入上述PTC芯片6和上极板5左端的的缺口 61、51中；由导电材料制成的下极板7贴合在PTC 芯片6的下表面，下极板7的右端设有一个与PTC芯片右端的缺口 62相对齐的缺口 71 ;由绝缘材料制成的下盖板8贴合在下极板7的下面，从下盖板8的右端向上延伸一右绝缘凸台81并嵌入所述PTC芯片6和下极板7右端的的缺口 62、71中。上述PTC芯片6、上极板 5和下极板7上的缺口 61、62、51、71可以是方形、圆形等各种形状，但优选为半圆形或半椭圆形。左上焊盘2和右上焊盘3贴合在上盖板4上表面的左、右两端，左上焊盘2和右上焊盘3之间由阻焊膜I绝缘分隔；左下焊盘11和右下焊盘9贴合在下盖板8下表面的左、 右两端，左下焊盘11和右下焊盘9之间由阻焊膜10绝缘分隔。左、右焊盘2、3、9、11由金属层构成，优选地，金属层为内层是铜层、外层是镍层；或内层是铜层、外层是锡层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是金层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是锡层。阻焊膜I、 10可以选自环氧树脂、聚酰胺或聚酯中的一种。在PTC元件的左、右两端分别设有左通孔14和右通孔15，左通孔14贯穿所述左焊盘2、11、上盖板4、左绝缘凸台41、下极板7和下盖板8,左通孔14的内壁上设有左端头13, 左端头13将左焊盘2、11与下极板7导通；右通孔15贯穿所述右焊盘3、9、上盖板4、上极板5、右绝缘凸台81和下盖板8，右通孔15的内壁上设有右端头12，右端头12将右焊盘3、 9与上极板5导通。优选地，左端头13、右端头12由金属镀层构成。左通孔14、右通孔15 的形状可以为方形、圆形等各种形状，但优选为半圆形或半椭圆形。需要说明的是，以上实施例中左、右焊盘各有两个，分别为贴合在上盖板4上表面的左上焊盘2和右上焊盘3、贴合在下盖板8下表面的左下焊盘11和右下焊盘9。由于左上焊盘2和右上焊盘3分别与上极板5、下极板7导电连接，左下焊盘11和右下焊盘9也分别与上极板5、下极板7导电连接，因此，不论以PTC元件的上表面还是下表面作为贴装表面，都能将PTC元件的两极有效地连接在电路中。但本发明也可以只有一对左、右焊盘，比如只有上面的的一对焊盘2、3或者只有下面的一对焊盘9、11，以具有焊盘的表面为贴装表面，也能将PTC元件的两极有效地连接在电路中。上盖板4和下盖板8可采用复合树脂片制成。复合树脂片由高分子树脂与填充材料构成，也可以没有填充材料。高分子树脂可以选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、 聚四氟乙烯树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、热固性聚苯醚类树脂或聚酯树脂等；填充材料可以为纸、玻璃纤维布或芳酰胺纤维非织布等；复合树脂片可以是一层，也可以是由上述几种不同材料构成的多层板。上述一种表面贴装型高分子PTC元件可以通过如下方法制造I)将高分子PTC复合导电材料压制成厚O. 38mm，长300mm，宽200mm的片材，然后利用平板硫化机在两面各贴覆一张一面粗糙化处理过的厚度O. 035mm铜箔，铜箔的粗糙面向内，将高分子PTC复合导电材料夹在中间，热压成形，得到总厚度O. 45mm的复合片材，利用电子加速器或者Co60放射源辐射交联，这两张铜箔将形成PTC元件的上极板和下极板。2)取一张上述复合片材，在正反两面分别按照一定的排布打盲孔，盲孔的位置与 PTC元件两端的缺口位置相对应，盲孔直径2. 0mm，孔深O. 415mm。这一盲孔深度正好可以使正面钻透上层铜箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透下层铜箔，反面钻透下层铜箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透上层铜箔。3)将上述钻好盲孔的复合片材上下两面各盖上一张或多张环氧玻纤布半固化片作为上盖板和下盖板，再在上盖板的上面和下盖板的下面各加上一张一面粗糙化处理过的厚度O. 018mm铜箔，铜箔的粗糙面向内，利用真空热压机热压复合在一起，得到多层复合板材，在压合过程中，并使部分熔化的树脂填充进入步骤2)所产生的盲孔内。如果只有单面有焊盘，本步骤中可以只加一张铜箔。4)在得到的多层复合板材上与步骤2)中的盲孔相对应的位置钻通孔，通孔与上述盲孔同轴，通孔直径O. 6mm。5)将所有通孔的内壁镀铜，镀层厚度O. 025-0. 05mm，形成左、右端头。6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在上盖板上表面和下盖板下表面的铜箔上雕刻出对应左、右焊盘的形状，如图3所示；蚀刻前用干膜保护非蚀刻区，蚀刻完后退除保护层。7)在上盖板上表面和下盖板下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜，然后加热固化，根据需要可以在阻焊膜表面印刷字符。8)在上盖板上表面和下盖板下表面的左、右焊盘部位再镀金属保护层，形成焊盘； 还可以经过喷锡或者镀金处理，在通孔内及焊盘区形成金属保护层。9)将步骤8)得到的多层复合板材按PTC元件为单元进行切割，得到独立的最终产品。在切割过程中，上述盲孔和通孔均被切割为两个半圆孔，分别形成PTC元件两端的缺口和左、右通孔。
权利要求
1.一种表面贴装型高分子PTC元件，其特征是，包括以下部分PTC芯片(6)，左右两端各设有一个缺口(61，62)；上极板(5),由导电材料制成,贴合在PTC芯片(6)的上表面,上极板(5)的左端设有一个与PTC芯片左端的缺口(61)相对齐的缺口(51)；上盖板(4)，由绝缘材料制成，贴合在所述上极板(5)的上面，从上盖板(4)的左端向下延伸一左绝缘凸台(41)并嵌入所述PTC芯片和上极板左端的的缺口(61，51)中；下极板(7)，由导电材料制成，贴合在PTC芯片(6)的下表面，下极板(7)的右端设有一个与PTC芯片右端的缺口(62)相对齐的缺口(71)；下盖板(8)，由绝缘材料制成，贴合在所述下极板(7)的下面，从下盖板(8)的右端向上延伸一右绝缘凸台(81)并嵌入所述PTC芯片和下极板右端的的缺口(62，71)中；左、右焊盘(2、3，11、9)，贴合在至少一个盖板表面的左、右两端，左、右焊盘之间由阻焊膜(1，10)绝缘分隔，所述盖板表面为上盖板(4)的上表面和下盖板(8)的下表面；左通孔(14)，贯穿所述左焊盘(2、11)、上盖板(4)、左绝缘凸台(41)、下极板(7)和下盖板(8)，左通孔(14)的内壁上设有左端头(13)，左端头(13)将所述左焊盘(2、11)与下极板(7)导通；右通孔(15)，贯穿所述右焊盘(3、9)、上盖板(4)、上极板(5)、右绝缘凸台(81)和下盖板(8)，右通孔(15)的内壁上设有右端头(12)，右端头(12)将所述右焊盘(3、9)与上极板(5)导通。
2.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述左、右焊盘各有两个，分别为贴合在上盖板(4)上表面的左上焊盘(2)和右上焊盘(3)、贴合在下盖板(8)下表面的左下焊盘(11)和右下焊盘(9)。
3.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述PTC芯片、上极板和下极板上的缺口(61、62、51、71)为半圆形或半椭圆形。
4.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述左通孔(14)、右通孔(15)为半圆形或半椭圆形通孔。
5.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述左端头(13)、右端头(12)由金属镀层构成。
6.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述左、右焊盘由金属层构成。
7.根据权利要求6所述的PTC元件，其特征是，所述金属层为内层是铜层、外层是镍层； 或内层是铜层、外层是锡层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是金层；或内层是铜层、中间层是镍层、外层是锡层。
8.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述上盖板(4)和下盖板(8)采用复合树脂片制成。
9.根据权利要求I所述的PTC元件，其特征是，所述阻焊膜(1、10)选自环氧树脂、聚酰胺或聚酯中的一种。
10.一种权利要求I所述PTC元件的制造方法，其特征是，包括以下步骤I)将高分子PTC复合导电材料夹在两张一面粗糙化处理过的金属箔之间，金属箔的粗糙面向内，然后将其复合在一起，制成复合片材，两张金属箔形成PTC元件的上极板和下极板；2)取一张上述复合片材，在正反两面分别按照一定的排布打盲孔，盲孔的位置与PTC 元件两端的缺口位置相对应，正面盲孔的深度以钻透上层金属箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透下层金属箔为止，反面盲孔的深度以钻透下层金属箔和高分子PTC复合导电材料而不钻透上层金属箔为止；3)将上述钻好盲孔的复合片材上下两面各盖上一张或多张半固化的复合树脂片，上下两面的复合树脂片分别形成上盖板和下盖板，再在上盖板的上面和下盖板的下面各加上一张一面粗糙化处理过的金属箔，金属箔的粗糙面向内，然后通过加压加温压合在一起，得到多层复合板材，并使部分熔化的树脂填充进入步骤2)所产生的盲孔内；4)在得到的多层复合板材上与步骤2)中的盲孔相对应的位置钻通孔，所述通孔与所述盲孔同轴并小于盲孔的尺寸；5)在所有通孔的内壁上镀铜，形成左、右端头；6)利用化学蚀刻、激光切割或机械切割的方法,在上盖板上表面和下盖板下表面的金属箔上雕刻出对应左、右焊盘的形状；7)在上盖板上表面和下盖板下表面的非焊盘部位印刷或喷涂阻焊膜；8)在上盖板上表面和下盖板下表面的左、右焊盘部位再镀金属保护层，形成焊盘，同时，在通孔的内壁上再镀金属保护层；9)将步骤8)得到的多层复合板材按PTC元件为单元进行切割，得到独立的最终产品， 在切割过程中，上述盲孔和通孔均被切割为两个半圆孔，分别形成PTC元件两端的缺口和左、右通孔。
全文摘要
本发明公开了一种表面贴装型高分子PTC元件及其制造方法，PTC元件包括PTC芯片，左右两端各设有一个缺口；上极板贴合在PTC芯片的上表面，左端设有一个的缺口；上盖板贴合在上极板的上面，从上盖板的左端向下延伸一左绝缘凸台并嵌入PTC芯片和上极板左端的缺口中；下极板贴合在PTC芯片的下表面，右端设有一个缺口；下盖板贴合在下极板的下面，从下盖板的右端向上延伸一右绝缘凸台并嵌入PTC芯片和下极板右端的缺口中；左、右焊盘，贴合在至少一个盖板表面的左、右两端；左通孔的内壁上设有左端头，将左焊盘与下极板导通；右通孔的内壁上设有右端头，将右焊盘与上极板导通。本发明结构简单、制造方便，耐电弧能力大大提高。
文档编号H01C7/13GK102610341SQ201110025880
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者侯李明, 傅坚, 刘锋 申请人:上海神沃电子有限公司