专利名称：具有过流和esd双重防护的新型插件热敏元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电 子元器件的制造，尤其是一种具有过流和ESD双重防护的新型插件热 敏元件及其制造方法。
背景技术：
基于高分子芯材的正温度系数过流防护元件(PTC)已广泛地应 用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中，应用 于电路的过流保护设置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热 敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自复性保险 丝时，其温度会突然升高到"关断"温度，导致其电阻值变得很大， 这样就使电路处于一种近似"开路"的状态，从而保护了电路中其他 元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复 到低阻值状态。
基于高分子基的ESD元件由于其低电容的特点正在越来越多的 领域普及应用。
电子产品正在朝多功能、小型化的方向发展。在很多时候体积和 面积的减小起到的作用比其他的方面大的多。
本发明的申请人在其申请号200610148186.0中公开了一种具有 过流和ESD双重防护的表面贴装器件及其制造方法，在制成PTC复合 片材后，通过印刷线路板工艺制成表面贴装型元件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有过流和ESD双重 防护的新型插件热敏元件，能在同一元件上实现两种功能，为电子电 路节约很大的面积和体积，且成本比两种元件相加要低的多。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述具有过流和 ESD双重防护的新型插件热敏元件的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是 一种具有过流和 ESD双重防护的新型插件热敏元件，包括高分子PTC芯材或经层压构 成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接 引脚构成，其中，端电极、双面电极为金属箔片电极，电极上焊接有 引脚，双面电极的至少一部分覆盖有ESD芯材，且有至少一部分裸露 于ESD芯材之外。
具体的，所述的端电极、双面电极分别为单、双面经表面粗化黑 化的金属箔片电极。
在上述方案的基础上，所述的端电极，其经表面处理的一面与 PTC芯材复合、或与ESD芯材复合；双面电极两面均经过了表面处理， 其一面与PTC芯材复合，另一面与ESD芯材复合。
端电极外侧焊接有引脚，裸露于ESD芯材之外的双面电极上焊接 有引脚。
所述的插件型热敏元件，外包封有固化的环氧树脂层。
所述的PTC芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填 料和加工助剂制得，其中
所述的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯 乙烯中的一种或其共混物；
所述的导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物 粉末中的一种或其组合；
所述的纳米填料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化碳、碳酸
转中的一种或其组合；
所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种
或其组合；
所述的加工助剂包括抗氧剂、交联促进剂和偶联剂，其中，所述 的抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂AN0X70，交联促进 剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅 烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。
所述ESD芯材由高分子粘结剂、导电粒子、半导体粒子和绝缘粒 子混合制得，其中，
高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合； 导电粒子为镍粉、羟基镍、铝粉中的一种或其组合； 半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合； 绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。 针对上述具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件的制造 方法，包括下述步骤
第一步将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助 剂混合，制成PTC芯材；
第二步PTC芯材两表面分别复合PTC端电极和双面电极，制成PTC 复合片材，其中，端电极经表面处理的一面与PTC芯材复合;
第三步用Y射线(Co6Q)或电子束辐照交联，剂量为5 100Mmd;
第四步将ESD芯材桨料按设计图形印刷在元件基体的双面电极上， 固化制成ESD芯材，使与ESD芯材对应面的双面电极中至少 一部分覆盖有ESD芯材，且有一部分裸露于ESD芯材之外，
ESD芯材表面复合ESD端电极，单面电极经表面处理的一面 与ESD芯材复合；
第五步切片，且每个小片都包含ESD芯材及裸露的双面电极；
第六步在每个小片端电极外侧焊接引脚，在双面电极裸露于ESD芯
材之外的部分焊接引脚； 第七步用环氧树脂层包封小片，固化包封层成具有过流和ESD双重
防护的新型插件热敏元件制成品。
具体的，将芯材组分高分子聚合物、导电填料、纳米填料和其他
填料及加工助剂在高速混合机内混合，然后将混合物在100 200°C 温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100 1000cm2，厚 0. 1 3.0mm的芯材；再用热压的方法在热压机上把PTC端电极、双 面金属箔片分别复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再 将此复合片材用Y射线(Co6o)或电子束辐照交联，剂量为5 100Mrad。 将预先制备的ESD芯材浆料按设计图形通过预先开好的钢网印刷在 双面电极片的特定位置，固化成ESD芯材，再在ESD芯材上边贴覆上 特殊外形处理过的ESD端电极，组成复合芯材。用划片机将复合芯材 划成长方形小片，通过插片焊接工艺，分别在PTC端电极、ESD端电 极以及裸露在外的双面电极上焊接引脚，最后环氧包封、固化包封层。
在上述方案的基础上，第二步中所述的PTC芯材为将多数片PTC 芯材经层压制成的多层PTC芯材。
在上述方案的基础上，第四步中所述的按设计图形印刷包括印刷 多数个互不相连的ESD芯材浆料层。
在上述方案的基础上，第四步中所述的ESD端电极为端电极大 片，其在具有ESD芯材区域的对应位置处设有端电极，其余部分不设 端电极。也就是说对ESD端电极进行特殊的外形处理，将相对应的无
法接触到ESD浆料印刷区域的电极掏空，使端电极的形状与ESD浆料 印刷区域完全吻合。
在上述方案的基础上，在ESD芯材的制备过程中，可以先用高速 搅拌器将高分子粘接剂搅拌均匀，然后依次添加导电粒子，半导体粒 子，绝缘粒子。
本发明的有益效果是本发明的热敏元件在同一元件上实现具有 过流和ESD双重防护功能，为电子电路节约很大的面积和体积，且成 本比两种元件相加要低的多；另外，相比通过印刷线路板工艺制成的 表面贴装型热敏元件，工艺更为简便。
图1为电路设计中应用本发明的原理图。
图2为本发明PTC芯材复合电极的层状结构示意图。
图3为本发明新型插件型热敏元件的层状结构示意图。
图4为本发明新型插件型热敏元件的引脚焊接结构示意图。
图5为本发明具有多层PTC芯材的新型插件型热敏元件的结构示意图。
附图中标号说明
1一PTC端电极 2、 2， 一PTC芯材
3、 3， 一双面电极 4一印刷区域 5—ESD芯材 6， 7—切割线
8—ESD端电极 9， 10， ll一引脚
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1为电路设计中应用本发明的原理图所示，其中，虚线
内部分为本发明具有过流和ESD双重防护的插件型热敏元件。 实施例1
请参阅图2为本发明PTC芯材复合电极的层状结构示意图，图3 为本发明新型插件型热敏元件的层状结构示意图，图4为本发明新型 插件型热敏元件的引脚焊接结构示意图。
如图3， 一种具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件，包 括高分子PTC芯材2， PTC芯材2两表面复合金属箔片电极，外侧焊 接引脚构成，其中，所述的热敏元件，依次复合有PTC端电极1、 PTC 芯材2、双面电极3、 ESD芯材5和ESD端电极8，所述PTC端电极1、 ESD端电极8为单面经过表面处理的金属箔片电极，双面电极3分别 双面均经表面处理的金属箔片电极，其中，如图2所示，双面电极3 的一部分覆盖有ESD芯材5，且有至少一部分双面电极3裸露于ESD 芯材5之外。
如图4所示，PTC端电极1、 ESD端电极8外侧分别焊接有引脚 11， 9，裸露于ESD芯材5之外的双面电极3上焊接有引脚10。 所述的插件型热敏元件，外包封有固化的环氧树脂层。 具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件的制造方法，包括 下述步骤
第一步将高密度聚乙烯、碳黑、纳米碳酸钙、氢氧化镁和酚类抗氧 剂AN0X70按比例在高速混合起中混合10分钟，然后将混合 物在180。C下于密炼机中混合均匀，经冷却、将混合料放在 压模中，压力5Mpa，温度18(TC条件下压制成面积200cm2, 厚O. 2mm的PTC芯材；
第二步用热压机在PTC芯材两表面分别复合PTC端电极1和双面电
极3，其中，端电极1经表面处理过的一面贴覆在PTC芯材 2上，制成PTC复合片材，在真空烘箱中8(TC热处理48小 时；
第三步用Y射线(Co6°)辐照交联，剂量为15Mrad;
在制备PTC复合片的过程中或前后制备ESD芯材浆料，具体过程 包括取Dow Corning公司的有机硅树脂A， B组分，按照1: 1的质 量比，用高速搅拌器将树脂搅拌至颜色均匀为止，依序将先称量的镍 粉、碳化硅、二氧化硅粒子混入搅拌好的树脂中，将其在树脂中搅拌 均匀，制成ESD芯材浆料。
第四步将ESD芯材浆料通过特定图形的钢网按设计图形印刷在元件 基体双面电极3的印刷区域4上形成多数个浆料涂层区，见 图2，多数个ESD芯材浆料层区互不相连，用15(TC固化1小 时制成ESD芯材5，其中，双面电极的一部分覆盖有ESD芯 材5，且有一部分裸露于ESD芯材5之外，ESD芯材表面复合 ESD端电极8，其中，ESD端电极8经表面处理的一面贴覆在 ESD芯材5上，ESD端电极8为端电极大片，其在具有ESD芯 材5区域的对应位置处设有端电极，其余部分不设端电极；
第五步按切割线6， 7将片材切割成14ramX7mm的小片，且每个小 片都包含ESD芯材5及裸露的双面电极3 (见图3);
第六步在PTC端电极1、 ESD端电极8外侧焊接引脚11， 9，在双 面电极3裸露于ESD芯材5之外的部分焊接引脚IO(见图4);
第七步用环氧树脂层包封，固化包封层。
实施例2
请参阅图5为本发明具有多层PTC芯材的新型插件热敏元件的结
构示意图所示，制造方法均与实施例l相同，只是PTC芯材为经层压 构成的二层高分子PTC芯材，二层PTC芯材2、 2'之间设置有双面 电极3'，位于最外侧的PTC芯材2外复合PTC端电极1， PTC端电极 1经表面处理的一面与最外层的PTC芯材2复合，制成二层PTC复合 片材，弓l脚11焊接在PTC端电极1外侧。
多层PTC复合片材的的制造方法与上述相同。
权利要求
1、一种具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件，包括高分子PTC芯材或经层压构成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，其特征在于所述的热敏元件，依次复合有PTC端电极、PTC芯材、双面电极、ESD芯材和ESD端电极，其中，端电极、双面电极为金属箔片电极，电极上焊接有引脚，双面电极的至少一部分覆盖有ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外。
2、 根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件，其特征在于所述的端电极，其经表面处理的一面与PTC芯材、 ESD芯材复合。
3、 根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件，其特征在于所述的端电极外侧焊接有引脚，裸露于ESD芯材 之外的双面电极上焊接有引脚。
4、 根据权利要求1或2或3所述的具有过流和ESD双重防护的新型 插件热敏元件，其特征在于所述的插件型热敏元件，外包封有固化 的环氧树脂层。
5、 根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件，其特征在于所述的PTC芯材由高分子聚合物、导电填料、纳 米填料、其他填料和加工助剂制得，其中，高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中 的一种或其共混物；导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物粉末中 的一种或其组合；纳米填料为二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化碳、碳酸钙中的 一种或其组合；所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种 或其组合；所述的加工助剂包括抗氧剂、交联促进剂和偶联剂，其中，所述 的抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂AN0X70，交联促进 剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅 烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。
6、 根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件，其特征在于所述ESD芯材由高分子粘结剂、导电粒子、半导 体粒子和绝缘粒子制得，其中，高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合; 导电粒子为镍粉、羟基镍、铝粉中的一种或其组合； 半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合； 绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。
7、 针对权利要求1至6之一所述的具有过流和ESD双重防护的新型 插件热敏元件的制造方法，其特征在于包括下述步骤第一步将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料和加工助剂混合，制成PTC芯材；第二步PTC芯材两表面分别复合PTC端电极和双面电极，端电极经 表面处理的一面与PTC芯材复合，制成PTC复合片材；第三步用Y射线(Co6°)或电子束辐照交联，剂量为5 100Mrad;第四步将ESD芯材浆料按设计图形印刷在元件基体的双面电极上， 固化制成ESD芯材，其中，双面电极的至少一部分覆盖有 ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外，ESD芯材 表面复合ESD端电极，端电极经表面处理的一面与ESD芯材 叉口 ；第五步切片，且每个小片都包含ESD芯材及裸露的双面电极； 第六步在端电极外侧焊接引脚，在双面电极裸露于ESD芯材之外的 部分焊接引脚；第七步用环氧树脂层包封，固化包封层。
8、 根据权利要求7所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件的制造方法，其特征在于第二步中所述的PTC芯材为将多数个PTC芯材经层压制成的多层PTC芯材。
9、 根据权利要求7所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件的制造方法，其特征在于第四步中所述的按设计图形印刷包括 印刷多数个互不相连的ESD芯材浆料层。
10、 根据权利要求7所述的具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏 元件的制造方法，其特征在于第四步中所述的ESD端电极为端电极 大片，其在具有ESD芯材区域的对应位置处设有端电极，其余部分不 设端电极。
全文摘要
本发明涉及一种以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件的制造，尤其是一种具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件及其制造方法。一种具有过流和ESD双重防护的新型插件热敏元件，包括高分子PTC芯材或经层压构成的多层高分子PTC芯材，芯材两表面复合金属箔片电极，外侧焊接引脚构成，所述的热敏元件，依次复合有PTC端电极、PTC芯材、双面电极、ESD芯材和ESD端电极，其中，端电极、双面电极为金属箔片电极，电极上焊接有引脚，双面电极的至少一部分覆盖有ESD芯材，且有至少一部分裸露于ESD芯材之外。本发明的热敏元件在同一元件上实现具有过流和ESD双重防护功能，产品小型且成本比两种元件相加要低的多，且工艺更为简便。
文档编号H01C7/00GK101183575SQ20071017225
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者伟 刘, 刘正平, 刘玉堂, 吴国臣, 军 王 申请人:上海维安热电材料股份有限公司