一种小尺寸表面贴装电路保护元器件及其生产方法与流程

本发明属于过电流保护电子元器件材料，具体涉及一种小尺寸表面贴装电路保护元器件及其生产方法。

背景技术：

1、电阻温度系数特性的技术包含聚合物正温度系数（polymer positivetemperature coefficient，简称pptc）、陶瓷正温度系数（ceramic positive temperaturecoefficient，简称cptc）和负温度系数（negative temperature coefficient，简称ntc），对电流和温度具有快速的响应，主要用于过流、过温保护，也可用于温度开关和温度指示。因此，基于上述技术制成的表面贴装电路保护元器件被广泛用于电路的过流过温保护装置，串联在电路中使用。表面贴装ptc过电流保护元件至少包括pptc材料、电极和导电部件，通过表面贴装工艺制备。

2、保护元件的核心部件是高分子导电复合材料（pptc材料）和连接该材料的电极。保护元件的核心部件在室温下处于低阻状态，电子线路呈通路状态；当温度升高或电路出现故障大电流时，其电阻跃迁至数千倍以上，起到保护电路的作用。当温度恢复或故障电流排除后，保护元件的电阻恢复正常。

3、现有的表面贴装电路保护元器件尺寸较大，结构相对稳定且工艺成熟，装配及应用中的热过程（例如：回流焊接、涂层热固化、注塑成型的温度和应力）对产品的材料和结构的影响较小，且环境中的温度和湿度等环境因素的影响也比较小，因此其性能和长期可靠性都比较好。

4、但是，由于新兴市场（新兴的消费性电子、可穿戴设备，集成电路（ic）、电源充电线的过流和过温保护应用）对功率和装配空间的需求，过电流保护元件也趋向于更小更薄的小型化发展，对小尺寸保护器件需求越来越多，常规的1206、0805等封装尺寸已经逐渐无法满足应用需求。但是小尺寸的元器件（例如0603、0402、0201、甚至01005），如果采用类似大尺寸元器件的设计结构和加工工艺，已经无法实现，且小尺寸产品结构的稳定性较差，装配及应用中的热过程（例如：回流焊接、涂层热固化、注塑成型的温度）容易造成结构变形，进而对产品的性能造成影响。由于尺寸相对较小，其温度和湿度也容易对材料和产品的结构造成影响，进而影响产品的长期使用的可靠性。

5、因此，基于以上技术加工的小尺寸表面贴装器件，必须要解决三个问题：新结构具有可加工性；结构的热稳定性问题；环境因素的影响造成的产品可靠性的问题。

6、中国专利文献cn111640548a公开了一种小型封装尺寸的表面贴装高分子ptc过电流保护元件，包括ptc芯片、绝缘层、端电极，至少一导电件，其中，在第一导电电极设计分割间隙，形成第一、二导电区，导电件设置在ptc芯片的第一导电区侧的边缘处或至少一角；第一导电电极的分割间隙包含的主要部分与第一端电极和第二端电极的纵向平行。但该文献的ptc芯片均暴露在环境中，没有与外界环境隔离开，因此采用一些碳化钨，碳化钛类似的陶瓷导电材料容易受到环境因素温度和湿度的影响，其导电特性会受到影响，进而影响pptc材料的导电特性及可靠性；而且该文献是传统设计，如果做超小尺寸（例如0201、01005）的产品时，该结构无法实现。

7、中国专利文献cn111681845a公开了一种表面贴装过流保护元件，其至少一个电阻正温度效应导电复合材料芯材，且至少一面直接覆有金属电极；至少有一导电引线部件，一端与所述芯材一部分电气导通，另一端与一金属电极电气导通；所述导电复合材料芯材的至少一部分和所述导电引线部件的一部分被塑封包覆，与外界环境隔绝。但是，该文献在产品小型化的问题，尤其限于制造工艺限制，也无法满足小尺寸0402、0201以及更小尺寸表面贴产品的制造。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种小尺寸表面贴装电路保护元器件及其制备方法，以解决小尺寸保护产品的结构热稳定性和由于环境因素的影响造成的产品长期可靠性下降等问题。

2、本发明的目的，是采用以下技术方案解决的。

3、本发明的一种小尺寸表面贴装电路保护元器件，包括以下部分：平板形绝缘基材；上电极和下电极，分别贴覆在所述绝缘基材的上下表面；

4、其特征在于，所述上电极是由各自具有2～4个指形交叉但又互相绝缘的左上极板和右上极板构成；所述下电极由分居在绝缘基材两端的左下极板和右下极板构成；左导电膜将所述左上极板和所述左下极板连接在一起形成左电极，右导电膜将所述右上极板和所述右下极板连接在一起形成右电极；采用聚合物正温度系数材料制成的pptc薄膜，贴覆在所述上电极的指形交叉区域，将左电极和右电极连接在一起形成具有过流和过温保护功能的器件；绝缘保护层贴覆在pptc薄膜的上表面。

5、优选地，在所述左上极板和右上极板未被覆盖的部分设有左上焊盘和右上焊盘，在左下极板和右下极板的外表面设有左下焊盘和右下焊盘。

6、优选地，所述绝缘基材由绝缘复合树脂或陶瓷片材制成。所述绝缘复合树脂为酚醛树脂、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、聚酯树脂中的一种或多种。

7、优选地，所述所述左上极板、右上极板、左下极板和右下极板均由金属箔构成均由金属箔构成；所述金属箔为铜箔或银箔。

8、优选地，所述左导电膜和右导电膜为平面、半圆孔形、半椭圆孔形、长方孔形或正方孔形，由金属镀层构成。

9、所述pptc薄膜的厚度为0.05～0.15mm。

10、优选地，所述聚合物正温度系数材料包括高分子聚合物基体，分散在所述高分子聚合物基体中的导电填料和非导电填料；所述高分子聚合物选自结晶性或半结晶性的聚烯烃、乙烯-酯类共聚物、含氟聚合物中的一种多两种以上；所述导电填料为炭黑、石墨烯粉、碳纳米管微粉、导电陶瓷粉中的一种或几种；所述非导电填料为纳米二氧化硅与无机阻燃填料的组合物。所述聚烯烃可以举例为聚乙烯、聚丙烯、或乙烯和丙烯的共聚物；所述乙烯-酯类共聚物可以举例为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；所述含氟聚合物可以举例为聚偏氟乙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物。

11、所述绝缘保护层是由环氧树脂、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯树脂或聚酯树脂制成。

12、本发明的一种小尺寸表面贴装电路保护元器件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

13、（1）绝缘的复合树脂或陶瓷片材作为绝缘基材，通过热压或粘合的方式在绝缘基材的上下表面贴覆金属箔，形成复合片材；

14、（2）通过蚀刻、激光雕刻或机械切割的方式，将复合片材上表面的金属箔材制成各自具有2～4个指形交叉但又互相绝缘的左上极板和右上极板，在复合片材下表面的金属箔材分离成左下极板和右下极板；

15、（3）在所述上电极的指形交叉区域，通过热压或印刷的方法，贴覆高分子复合导电材料制成的pptc薄膜，用于将左上极板和右上极板通过所述pptc薄膜导通，从而形成具有过流和过温保护功能的器件；

16、（4）通过印刷或喷涂的方式，在所述pptc薄膜的外表面包裹绝缘保护层，再通过热或紫外光使其固化在pptc薄膜的上面；

17、（5）通过钻孔或冲压方式，分别在复合片材左右两端的相应位置加工通孔；

18、（6）分别在上电极未被绝缘保护层覆盖的表面、下电极表面以及左右两侧通孔的内壁表面镀铜；左侧通孔内形成左导电膜将左上极板和左下极板连接在一起分别形成左电极，右侧通孔内形成右导电膜将右上极板和右下极板连接在一起分别形成右电极；

19、（7）继续分别在所述上电极和下电极的镀铜面上电镀镍锡或镍金形成上下焊盘，得到复合板材；

20、（8）将步骤（7）得到的复合板材按规定的单元进行切割，得到最终的产品。

21、进一步地，所述步骤（5）与所述步骤（3-4）的完成顺序可以颠倒。

22、与现有技术的产品结构相比，本发明具有以下优点：

23、本发明的小尺寸表面贴装电路保护元器件的电流、导电方向从上下结构，变成左右结构，更适应于产品的小型化和超小型化，能够生产出0201以及更小尺寸表面贴产品；而且，本发明的产品中聚合物正温度系数材料（pptc材料）被保护在绝缘保护层内，免受环境因素的影响，具备更好的耐候性。