专利名称：有聚合物正温度系数电阻元件的电路保护器件组件的利记博彩app
本申请是申请号为95193092.3的专利申请的分案申请。
本发明涉及电路保护器件组件。
我们的国际申请No.PCT/US94/10137，提交于1994年9月13日(Docket MP1490)，公开了各种改进型电路保护器件(和制作这些电路保护器件的方法)，该电路保护器件包含夹在两个层状电极之间的层状电路保护元件，优选的PTC电阻元件是由导电聚合物组成的PTC电阻元件。这些改进型电路保护器件包括横向导电构件(常常称为交叉导体，Cross-conductor)，该构件透过该电路保护元件与一个电极相连，但不与另一个相连。最好，电路保护器件包含与交叉导体相连的第一层状电极，不与交叉导体相连的第二层状电极；和附加层状导电构件，它(i)与交叉导体相连，(ii)与第二电极固定在电路保护器件的同一面；(iii)与第二电极分离。例如，可以利用从层状导电构件上除去一个条形，从而把层状导电构件分成两部分的方法，制作附加导电构件和第二电极。
利用第二电极和附加导电构件的焊料连接，这些改进型电路保护器件特别适用于安装，例如，在印刷电路板上的安装。对于这种安装，附加导电构件和/或第二电极最好具有焊料外层。如申请No.PCT/US94/10137所公开的，在通过分割包含许多电路保护器件的经适当处理的叠层来制作电路保护器件时，优选的制备方法使得第一电极表面带有由相同焊料组成的外层。在连接过程中，附加导电构件和第一电极上的焊接层还可以流入孔内以提高(甚至于产生)交叉导体的导电能力。
现在我们已经发现在安装这些包含焊料层的电路保护器件的过程中，特别是安装在印刷电路板上，具有这样的危险熔化的焊料层不仅产生所期望的连接，而且还可能在电极之间产生短路。这些短路可以是由于焊料流过附加导电构件与第二电极之间的缝隙而产生的，和/或者由于焊料在电极间的流动而产生的。我们还发现如果第一(上)电极的外表面完全地被在安装过程中会熔化的焊料层所覆盖，这就不可能为电路保护器件提供用来在安装后识别电路保护器件的永久标记。
根据本发明，我们已经发现，通过使用为电路保护器件提供永久或暂时构件的掩膜和/或隔离材料，在安装过程中由于焊料流动所产生的问题可以得到缓解或解决，该构件(a)确保用于连接的焊料层只形成在所期望的位置，和/或(b)在安装该电路保护器件的过程中，防止(至少是延缓)导致电极短路的焊料流动，和/或(c)为识别标记在电路保护器件上提供一个方便的永久位置。如下面的详细讨论，最好，掩膜或隔离材料应用于以后将被分割成大量独立电路保护器件的组件。
本发明的第一方案提供了具有减小在安装过程中遭受由于焊料流动而产生短路的倾向的电路保护器件，它包含(1)具有第一面和第二面的层状PTC电阻元件；(2)具有(i)与PTC元件的第一面相接触的内表面和(ii)外表面的第一层状电极；(3)具有(i)与PTC元件的第二面相接触的内表面和(ii)外表面的第二层状电极；(4)附加层状导电构件，它(a)具有(i)与PTC元件的第二面相接触的内表面和(ii)外表面；且(b)与第二电极分离；该PTC元件、第一电极和附加导电构件限定了一个在第一电极和附加导电构件之间的、穿过PTC元件的孔；(5)横向导电构件，它(a)由金属组成，(b)位于该孔内，且(c)与第一电极和附加导电构件在物理上和电气上相连；(6)固定在附加导电构件外表面的第一焊料层；(7)固定在第二电极外表面的第二焊料层；(8)隔离构件，它(a)由固态的非导电材料组成，(b)位于第一和第二焊料层之间，且(c)在焊料层熔化的温度下仍保持固态。在电路保护器件安装过程中，例如安装到印刷电路板上，当焊料层被加热到使它们熔化的温度时，隔离构件可阻止第一和第二焊料层产生使电极之间短路的流动。
本发明的第二方案提供了一种电路保护器件，该电路保护器件克服了在电路保护器件的整个上表面都被在电路保护器件安装时可熔化的焊料层所覆盖时，不能在电路保护器件上制作永久标记的难题。本发明第二方案的电路保护器件包含(1)具有第一面和第二面的层状PTC电阻元件；(2)具有(i)与PTC元件的第一面相接触的内表面和(ii)外表面的第一层状电极；(3)具有(i)与PTC元件的第二面相接触的内表面和(ii)外表面的第二层状电极；(4)附加层状导电构件，它(a)具有(i)与PTC元件的第二面相接触的内表面和(ii)外表面，(b)与第二电极分离；该PTC元件，第一电极和附加导电构件限定了一个在第一电极和附加导电构件之间的，穿过PTC元件的孔；(5)横向导电构件，它(a)由金属组成，(b)位于孔内，(c)与第一电极和附加导电构件机械地电连接；(6)固定在附加导电构件外表面的第一焊料层；(7)固定在第二电极外表面的第二焊料层；(8)环绕横向导电构件固定在第一电极的外表面的第三焊料层；和(9)掩膜构件，它(a)由固态材料组成，(b)固定在与第三焊料层毗连的第一电极的外表面。
在本发明的第二方案的一个实施方案中，掩膜构件可以在电路保护器件安装后保留在原处，它(a)延展得使第二和第三焊料层不会发生叠盖(在垂直于电路保护器件的主平面观看时)，和/或(b)带有识别标记。掩膜构件可以由非导电材料或导电材料组成。例如，熔点基本上比第一、第二和第三焊料层的焊料的熔点高的焊料。
在本发明的第二方案的另一个实施方案中，掩膜构件在电路保护器件安装前从第一电极上被剥离。在这种情况下，掩膜构件还能延展得使第二和第三焊料层不发生叠盖。在掩膜构件被剥离后，如果需要，识别标记可以放置在暴露出的第一电极的表面上，或者位于镀在其上的金属层上。
本发明的第一方案的电路保护器件最好包括环绕横向导电构件固定在第一电极的外表面的第三焊料层。第三层可以分布在第一电极的整个外表面，但是为了减小由于熔化的焊料滴在电路保护器件边缘而产生短路的危险，第三层最好只分布在第一电极的部分外表面，特别是第三焊料层不能叠盖第二焊料层(在垂直于电路保护器件的主平面观看时)。为了把第三焊料层限制在第一电极的优选区域，掩膜构件最好(a)在第三焊料层加在该处之前，固定在第一电极的外表面，和(b)在第一，第二和第三焊料层熔化的温度下，仍保持固态。掩膜构件可以由电绝缘材料组成，例如，交联有机聚合物，或者由导电材料组成，例如，熔点比第一，第二和第三焊料层高的焊料。掩膜构件还可以带有识别标记，例如，影印到有机聚合物掩膜构件上或者激光标记在高熔点的焊料掩膜构件上。
本发明还包括将根据本发明的第一或第二方案的电路保护器件安装到印刷电路板上或其它包含分离电导体的电子基片上的工艺。基片上的导体最好通过由于第一和第二焊料层熔化而形成的焊料连接分别与附加导电构件和第二电极相连。
本发明还包括印刷电路板和其它根据本发明的第一和第二方案与电路保护器件相连的包含分离电导体的电力基片，导体通过焊料连接分别与附加导电构件和第二电极相连。
如上所述，本发明的电路保护器件的优选制备工艺包含制备相应于大量电路保护器件的组件，紧接着处理由PTC电阻构件、上层和下层导电构件组成的叠层，这样就同时产生了电路保护器件的全部部件；此后，把组件分割成独立电路保护器件。依赖于在不同地点的便利条件，制作、运输和贮存的要求，和其它因素，组件可以在转化为独立电路保护器件的过程的不同阶段进行运输、出售和贮存。相应地，这些新颖的组件构成了本发明的一部分。处理工序包括至少清除一个导电构件上的条形，以便在最终电路保护器件中提供分离的附加导电构件和第二电极。这种清除最好通过清除两个导电构件上的条形来完成，以便确保组件具有平衡的物理性质。
本发明的组件最好包含(1)具有第一面和第二面的层状PTC电阻构件；(2)多个上层层状导电构件，该上层构件呈现为相互平行的分离的条形的形式，毗邻的一对上层构件和中间的电阻元件部分限定了多个上层平行的槽，每个上层构件具有(i)与PTC构件的第一面相接触的内表面和(ii)外表面；(3)多个下层层状导电构件，下层构件呈现为相互平行的分离的条形的形式，毗邻的一对下层构件和中间的电阻元件部分限定了多个下层平行槽，每个所述下层构件具有(i)与PTC构件的第一面相接触的内表面和(ii)外表面；PTC构件和层状导电构件限定了多个位于至少一个上层导电构件和至少一个下层导电构件之间的穿过PTC构件的分离的孔。
(4)多个分离的横向导电构件，它(a)由金属组成，(b)位于一个所述的孔内，(c)与至少一个上层导电构件和至少一个下层导电构件机械地电连接；(5)多个分离的非导电隔离构件，隔离构件呈现为相互平行的，且平行于上层、下层构件的条形的形式，每个隔离构件填充一个上层或下层平行槽，并且分布在限定了槽的构件的部分外表面；(6)多个分离的非导电掩膜构件，掩膜构件呈现为分离条形的形式，该条形(i)相互平行，且平行于上、下层构件，(ii)和隔离构件交替排列，且和它们是分离的，这样，毗邻的隔离和掩膜构件与中间的电阻元件部分限定了多个接触区域，每个接触区域至少包括一个所述孔。在这种优选的组件中，交叉导体最好通过把金属电镀到孔的内表面上来制作。在孔上的电镀最好在清除上和下导电构件上的条形以产生上、下槽之前制作在组件上。这在至少部分(最好全部)上、下层构件的外表面上产生电镀层。在上、下槽产生后，例如，把条形从上、下导电构件(可以是经过电镀以后的构件)上腐蚀掉，隔离构件就完成了(例如，通过在光刻胶的选定区域光致聚合，然后去除非聚合材料)，然后，将焊料用例如电镀的方法加在隔离构件之间的接触区域上。
下面，将主要参照PTC电路保护器件和这种电路保护器件的制作对发明进行描述，该电路保护器件包含由PTC导电聚合物组成的层状PTC元件和直接固定在PTC元件上的两个层状电极。然而，可以理解，只要条件允许，该描述还可以应用于包含PTC导电聚合物元件的其它电子电路保护器件，包含PTC陶瓷元件的电电路保护器件，和包含两个层状电极及在它们之间的层状元件的其它电电路保护器件。
如下面的描述和权利要求，及附图中的示例，本发明可以使用一些具体特征。当这种特征被公开于具体章节或作为具体组合的一部分时，它也可以用于其它章节或其它组合中，例如，包含两种或更多种这些特征的其它组合。
适于隔离构件和掩膜构件使用的材料包括聚酯和其它各种聚合物，可以任选地与其它配料相混合。这种材料以及利用它们制作所需厚度和形状的构件的方法是众所周知的，例如，使用光刻胶和光成像技术。
应用于本发明的PTC组合物最好是导电聚合物，它包含晶状聚合物成份和分布在聚合物成份中的包含导电填料(例如，碳黑或金属)的特殊填料成份。组合物还能够包含一种或更多种其它成份，例如，非导电填料，抗氧化剂，交联剂，耦合剂或弹性材料。对于在电路保护器件中的应用，PTC组合物在23℃的电阻率最好小于50Ω-cm，特别是小于10Ω-cm，尤其是小于5Ω-cm。例如，适于本发明使用的导电聚合物公开于美国专利Nos.4,237,441，4,304,987，4,338,607，4,514,620，4,534,889，4,545,926，4,560,498，4,597,700，4,724,417，4,774,024，4,935,156，和5,049,850。
PTC电阻元件最好是层状元件，能够由一个或更多个导电聚合物构件组成，其中至少有一种构件是由PTC材料组成的。当存在一种以上导电聚合物构件时，电流最好按顺序流过不同的组合物，例如，每一组合物都呈现为分布在整个电路保护器件的层状。在存在一种以PTC组合物时，PTC构件常常通过连接在一起来制备。例如，利用加热和加压，把不同组合物元件制成叠层结构。例如，PTC元件可以包含两个由第一PTC成份组成的层状元件和夹在它们中间的，由比第一成份电阻率更高的第二PTC成份组成的一个层状元件。
当PTC电路保护器件关断时，通常，降落在电路保护器件上的大部分电压降落在被称为热线(hot line)、热面(hot plane)或热区域(hot zone)的电路保护器件的相对很小的一部分上。在本发明的电路保护器件中，PTC元件可以有一个或更多个通常与两个电极分离的，使热线形成在预期位置的部件，本发明中，适于这种应用的部件公开于，例如，美国专利Nos.4,317,027，4,352,083，4,907,340，和4,924,072。
特别有用的电路保护器件包含两个金属箔电极和夹在它们之间的PTC导电聚合物元件，尤其是这种用作电路保护器件且在23℃时具有通常是小于10Ω特别是小于3Ω，尤其是小于0.5Ω的低电阻的电路保护器件。特别适宜的箔电极是微观粗糙的金属箔电极，特别是包括在公开于美国专利4,689,475和4,800,253中的电子淀积镍箔和镍层电子淀积铜箔电极。根据本发明可以改进的各种层状电路保护器件公开于美国专利Nos.4,238,812，4,255,978，4,272,471，4,315,237，4,317,027，4,330,703，4,426,633，4,475,138，4,724,417，4,780,598，4,845,838，4,907,430，和4,924,074。该电极可以经调整以产生预期的热效应。
电极最好直接固定于PTC电阻元件。孔和交叉导体术语“孔”在这里用来表示一个开口，它(a)具有闭合的横截面，例如，一个圆，一个椭圆，或一个通常的矩形，或者(b)具有开口的内凹的横截面，它(i)的深度至少是横截面最大宽度的0.15倍，最好至少是0.5倍，特别地是1.2倍，例如，1/4圆弧或半圆弧或端面开口的狭缝，和/或(ii)相对边至少有部分是相互平行的。在本发明的能够分割为多个电子电路保护器件的组件中，孔通常具有封闭的横截面，但是如果有一条或更多条分割线通过具有封闭横截面的孔，那么，在最终得到的电路保护器件中的孔将具有开口横截面。
孔可以是一个圆孔，对于许多情况，在独立电路保护器件和电路保护器件组件中这都可得到满足。
在使交叉导体具有必须的电流运载能力的条件下，孔可以尽可能地小。对于电路保护器件，孔的直径为0.1至5mm，最好为0.15至1.0mm，例如，0.2至0.5mm，通常是令人满意的。通常，单个交叉导体就可以满足从电路保护器件的另一面到第一电极的电气连接的全部需要。然而，两个或更多个交叉导体可以用于产生同样的连接。
孔最好利用钻孔法制作，或利用其它适宜的技术，然后镀上一种金属或金属混合物，特别是焊料，以提供交叉导体。
对于能够用于本发明的PTC组合物、层状电极、孔和交叉导件、组件和工艺的补充组节和本发明的电路保护器件的尺寸、电阻和安装的补充组节，可以参照国际申请Nos.PCT/US94/10137，但为了使用，根据本发明对掩膜材料和/或隔离材料做一些改进的是必须的。
本发明示例于附图之中，其中为了清晰的目的，孔的尺寸和部件的厚度都已被放大。
图1至5是从叠层板转变为能够沿着虚线和与虚线垂直的线(图中未示出)切割成为多个本发明的独立电路保护器件的组件的过程的图解部分剖面图。图3中的组件的图解部分平面图显示在国际申请Nos.PCT/US94/10137的图7中。
图1显示了包含由PTC导电聚合物组成的层状PTC元件、并且具有与金属箔3相连的第一面和与金属箔5相连的第二面的组件。多个按规则图案排列的圆孔钻通在组件上。图2显示了用在孔表面上形成交叉导体1和在箔3、5外表面上形成金属层2的金属电镀之后的图1中的组件。图3显示了在刻蚀金属箔3、5以便把它们分割成多个上层构件30和多个下层构件50之后图2中的组件，毗邻的一对这种构件和PTC元件7的部分限定了多个上、下平行槽。图4显示了利用光刻工艺，在形成了(a)多个添充上、下槽并且分布在毗邻构件30或50的部分外表面的平行隔离构件8和(b)多个放置得使毗邻的隔离构件、掩膜构件和PTC元件限定了多个接触区域的平行掩膜构件9之后的图3中的组件。图5显示了在用焊料电镀以便在接触区域上形成焊料层61、62和在交叉导体上形成焊料层之后的图4中的组件。可以看到，接触区域被放置得使焊料层在通过分割组件制备独立电路保护器件时只叠盖在交叉导体附近，因此在电路保护器件安装时，如果任何焊料从电路保护器件顶部流到电路保护器件底部，使得焊料不会与第二电极的焊料层相接触。
图6至10是从平面图看具有矩形或正方形形状的本发明电路保护器件的图解剖面图。在图6至10的每一个图中，电路保护器件包括具有与第一金属箔电极13相接的第一面和与第二金属箔电极15相接的第二面的层状PTC元件。与电极15在电气上不相连的附加金属箔导电构件49也和PTC元件的第二面相接。交叉导体51位于由第一电极13、PTC元件17和附加构件49限定的孔内。交叉导体是一个通过电镀工艺形成的空心管，该工艺还使在电镀工艺中暴露的电极13、电极15和附加构件49的表面分别产生电镀层。另外，焊料层64，65，66，67分别出现在(a)交叉导体51区域内的第一电极13上，(b)附加构件49上，(c)第二电极15上，和(d)交叉导体51上。
图6还显示了由熔点基本上比焊料层64，65，66和67高的焊料组成的掩膜构件81。掩膜构件81在层64，65，66和67之前放置好，这样可以掩蔽电极13以便焊料层64不叠盖焊料层66。构件81还能够作为电路保护器件永久标记位置。另外，构件81可以由在电路保护器件安装时不流动的电绝缘材料组成。
图7是一种通过清除掩膜构件81，进而暴露出能够作为电路保护器件永久标记位置的电镀第一电极13的一部分，而从图6所示的电路保护器件获得的产品。
图8与图7相似，但是还包括隔离构件85，它(a)由电绝缘材料85组成，(b)填充第二电极15和附加构件49之间的槽，(c)分布在电极15和构件49的部分表面，以便减小焊料层65、66的延展。
图9除了还包含由电绝缘材料组成的掩膜构件82之外，和图8是相同的。
图10与图9相似，但它是一个能够以电路保护器件的任何一面以相同方式连接的对称电路保护器件。
本发明通过下例说明。实施例导电聚合组合物这样制备，预混合按重量占48.6％的高密度聚乙烯(PetrotheneTMLB 832，可从USI获得)和按重量占51.4％的碳黑(RavenTM430，可从Columbian Chemicals获得)，用BanburyTM搅拌机搅拌混合料，模压混合物使它成为片形，通过3.8cm(1.5英寸)的挤压机模压片形以产生厚度为0.25mm(0.010英寸)的薄层。模压后的薄层分割为0.31×0.41米(12×16英寸)的坯料，每块坯料被迭加在两块0.025mm(0.001英寸)厚的电子淀积镍箔(从Fukuda获得)之间。各层通过加热和加压被压制成厚度大约为0.25mm(0.010英寸)的板。每一块板经受10Mrad的辐照。每一块板通过下面工艺来制备大量的电路保护器件。
直径0.25mm(0.01英寸)的孔按照为每一个电路保护器件提供一个孔的规则图案钻通在板上。在清洗孔之后，板得到处理以便使金属箔和孔的暴露出的表面得到无电铜镀，然后是大约0.076mm(0.003英寸)厚的电解铜镀层。
在清洗完电镀板后，光刻胶用来在除了相应于电路保护器件的附加导电构件和第二电极之间的槽的平行条形之外的镀箔表面产生掩膜。暴露出的条形经过腐蚀以清除那些区域上的镀箔，然后去除掩膜。
在清洗已腐蚀的镀板之后，掩膜材料被影印、固化到板的一面，然后再影印、固化到板的另一面。影印掩膜材料近似等于最终所需的图案，但稍稍大一点。最后的图案这样制作，利用掩膜精确地光固化所需的掩膜材料部分，然后洗去没有彻底固化的掩膜材料。在板的两面，安全固化的材料掩蔽(a)相应于每个电路保护器件中的第一电极，除包含交叉导体的条形之外的区域，(b)被腐蚀的条形，(c)相应于第二电极，除远离交叉导体的条形之外的区域，和(d)相应于附加导电构件，除与交叉导体的毗邻的条形之外的区域。
掩膜材料然后通过影印在相应于第一电极(它提供了已安装电路保护器件的上表面)的区域上、紧接着被固化的油墨来标记(例如，带有额定电功率和/或一组数字)。
然后，没有被掩膜材料覆盖的板区镀以0.025mm(0.001英寸)厚的锡/铅(63/37)焊料。
最后，板被切割为独立电路保护器件。
权利要求
1.一种有聚合物正温度系数电阻元件的电路保护器件组件，它包括(1)具有第一面和第二面的层状PTC电阻构件(7)，它含有呈现PTC特性的导电聚合物；(2)与PTC元件的第一面相接触的上层层状导电构件；和(3)与PTC元件的第二面相接触下层层状导电构件；特征在于(A)所述上层层状导电构件的形式为多个上层层状导电构件(30)，所述多个上层构件呈现为相互平行的、分离的条形的形式，毗邻的一对上层构件和中间的电阻元件部分限定了多个上层平行槽，每个上层构件具有(i)与PTC构件的第一面相接触的内表面和(ii)外表面；(B)所述下层层状导电构件的形式为多个下层层状导电构件(50)，所述多个下层构件呈现为相互平行的、分离的条形的形式，并且平行于上层构件，毗邻的一对下层构件和中间的电阻元件部分限定了多个下层平行槽，每个下层构件具有(i)与PTC构件的第一面相接的内表面和(ii)外表面；PTC构件(7)和层状导电构件(30，50)限定了多个分离的孔，每个孔位于至少一个上层导电构件(30)和至少一个下层导电构件(50)之间并穿过PTC构件(7)；和该组件还包括(4)多个分离的横向导电构件(1)，每个横向导电构件(a)由金属组成，(b)位于一个孔内，且(c)与至少一个上层导电构件(30)和至少一个下层导电构件(50)机械地电连接，(5)多个分离的非导电的隔离构件(8)，隔离构件(8)呈现为相互平行的条形的形式，且平行于上、下层构件，每个隔离构件填充一个上或下层平行槽，并且分布在限定了槽的导电构件(30，50)的部分外表面上。
2.根据权利要求1的电路保护器件组件，其特征在于该组件还包含(6)多个分离的非导电的掩膜构件(9)，掩膜构件呈现为分离的条形的形式，该条形(i)相互平行，且平行于上、下层构件，(ii)和隔离构件交替排列，且和它们是分离的，这样，毗邻的隔离和掩膜构件与其中间的电阻元件部分规定了多个接触区域，每个接触区域至少包括一个孔。
3.根据权利要求1的电路保护器件组件，特征在于所述层状导电构件(30，50)是金属箔，每个横向导电构件(1)包含镀在孔上的金属箔，其中上、下层导电构件(30，50)的外表面镀有相同的金属层。
4.根据权利要求1的电路保护器件组件，特征在于所述孔基本为矩形形状。
全文摘要
有聚合物正温度系数电阻元件的电路保护器件,包括两个层状电极(13、15),以及它们之间的PTC元件(17),和穿过器件层只与两个电极中的一个相接触的交叉导体。这允许在电路保护器件的同一边连接两个电极。该电路保护器件还包括用于连接的器件表面上的焊料层(64,65,66,67),隔离构件和/或掩膜构件,该构件(a)在电路保护器件的安装过程中可减少由于焊料流动而产生短路的危险,和/或提供用于器件永久标记的位置。
文档编号H01C7/02GK1275778SQ99117738
公开日2000年12月6日 申请日期1999年8月12日 优先权日1994年5月16日
发明者M·张, S·-M·方 申请人:雷伊化学公司