保護元件的制作方法

專利名稱：保護元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于電子裝置中的保護元件，特別是涉及一種可防止過電流及 過電壓的保護元件。
背景技術：
近年來，資訊科技突飛猛進，舉凡手機、電腦及個人行動助理等資訊產品隨處可 見，藉由它們的幫助，提供了人們在生活上食、衣、住、行、育、樂各方面的需求，也使人們對 資訊產品的依賴性與日俱增。然而，近來時常有關于手機等可攜式電子產品的電池在充放 電的過程中爆炸的新聞。因此，業界開始加強電池在充放電的過程中的保護措施，以防止電 池在充放電的過程中因過電壓或過電流而爆炸。
現有習知技術提出的防護元件的防護方式是使防護元件中的溫度保險絲與電池 的電路串聯，且使防護元件中的溫度保險絲與加熱器電性連接至場效電晶體(FET)與積體 電路(IC)等控制單元。如此一來，當積體電路量測到在過電壓時會驅動場效電晶體，使電 流通過保護元件中的加熱器加熱以熔斷溫度保險絲，進而使電池的電路呈斷路的狀態而達 到過電壓保護。此外，當過電流時，大量的電流流經溫度保險絲會使溫度保險絲加熱而熔 斷，進而使電池的電路呈斷路的狀態而達到過電流保護。
圖1為現有習知的一種溫度保險絲封裝體的剖面示意圖。請參考圖1，現有習知的 溫度保險絲封裝體100具有一基板110、一加熱器120、一絕緣層130、一金屬層140以及一 助焊劑150。加熱器120配置于基板110上，絕緣層130覆蓋加熱器120。金屬層140配置 于絕緣層130上，且助焊劑150覆蓋于金屬層140。如此一來，加熱器120加熱可直接熔融 金屬層140，以使金屬層140熔融而向加熱器120兩側的電極層160流動。
然而，由于絕緣層130的表面近乎平坦，電極層160的相對于基板110的最大高度 Hl與絕緣層130的相對于基板110的最大高度H2差異不大，且熔融的金屬層140依然具 有一定的黏度。因此，熔融的金屬層140不易流動，以致于加熱器120無法有效熔斷金屬層 140，而無法達到過電壓保護的要求。
由此可見，上述現有的保護元件在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以 進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以 來一直未見適用的設計被發展完成，而一般又沒有適切的設計能夠解決上述問題，此顯然 是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新的保護元件，實屬當前重要研發課題 之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
有鑒于上述現有的保護元件存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多 年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新的 保護元件，能夠改進一般現有的保護元件，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經 過反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。

發明內容
本發明的主要目的在于，克服現有的保護元件存在的缺陷，而提供一種新的保護 元件，所要解決的技術問題是使其有效防止過電流與過電壓，非常適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出 的一種保護元件，其特征在于其包括一基板，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面； 一上電極，配置于該基板的該第一表面上，具有彼此相對的一第三子電極與一第四子電極； 一下電極，配置于該基板的該第二表面上；一端電極，連接該上電極與該下電極；一金屬 塊，配置于該基板的該第一表面上，且連接該第三子電極與該第四子電極；以及一焊料層， 配置于該金屬塊與該第三子電極之間及配置于該金屬塊與該第四子電極之間。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的保護元件，其中所述的第三子電極與該第四子電極的一具有一第一突出部。前述的保護元件，其中所述的第三子電極與該第四子電極的另一具有一第二突出 部，且該第一突出部與該第二突出部的間隔有一間距。前述的保護元件，其中所述的間距介于0. 1厘米至0. 4厘米之間。前述的保護元件，其更包含一助熔劑，配置于該基板的該第一表面上，并位于該第 三子電極與該第四子電極之間。前述的保護元件，其中所述的金屬塊的體積與該焊料層的面積的比值小于0. 16。前述的保護元件，其更包含一加熱元件及該上電極更包含一第一子電極，該第一 子電極具有一第一延伸部，該第一延伸部位于該第三子電極與該第四子電極之間且延伸至 該加熱元件的上方。前述的保護元件，其中所述的第一延伸部的寬度與該基板的寬度的比值小于0.8。前述的保護元件，其中所述的焊料層包含一第一焊料層以及一第二焊料層，其中 該第一焊料層配置于該金屬塊與該第一延伸部之間，該第二焊料層配置于該金屬塊與該第 三子電極之間以及該金屬塊與該第四子電極之間。前述的保護元件，其中所述的金屬塊的固相點大于該第二焊料層的熔接溫度，且 該第二焊料層的熔接溫度大于該保護元件的組裝溫度。前述的保護元件，其中所述的金屬塊的固相點大于該第二焊料層的熔接溫度，且 該第二焊料層的熔接溫度大于該第一焊料層的熔接溫度。前述的保護元件，其中所述的金屬塊的體積與該第一焊料層的面積加上該第二焊 料層的面積的比值小于0. 16。前述的保護元件，其更包含一加熱元件及該下電極具有彼此相對的一第五子電極 與一第六子電極，該加熱元件位于該第二表面上且連接該第五子電極與該第六子電極。前述的保護元件，其更包含一加熱元件及該上電極更包含彼此相對的一第一子電 極與一第二子電極，該加熱元件位于該第一表面上且連接該第一子電極和該第二子電極。前述的保護元件，其更包含一加熱元件及一絕緣層，該絕緣層覆蓋該加熱元件。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上可知，為達到上述目 的，本發明提供了一種保護元件，其包含一基板、一上電極、一下電極、一端電極、一金屬塊 以及一焊料層。基板具有彼此相對的一第一表面與一第二表面。上電極配置于基板的第一 表面上，且具有彼此相對的一第三子電極與一第四子電極。下電極配置于基板的第二表面上。端電極連接上電極與下電極。金屬塊配置于基板的第一表面上，且連接第三子電極與 第四子電極。焊料層配置于金屬塊與第三子電極之間及配置于金屬塊與第四子電極之間。基于上述，本發明的保護元件的助熔劑位于上電極的子電極與延伸部之間，且保 護元件的上電極具有突出部。因此，當加熱元件加熱時，熔融的助熔劑可有效地幫助金屬塊 熔融，而熔融的金屬會因表面張力的緣 故而往突出部流動，意即突出部可增加熔融的金屬 的流動空間與吸附面積，可避免熔融的金屬導通延伸部與子電極而產生短路問題。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式 作詳細說明如下。借由上述技術方案，本發明保護元件至少具有下列優點及有益效果1.本發明的保護元件的助熔劑是位于上電極的子電極與延伸部之間，且助熔劑是 配置于金屬塊與加熱元件之間。因此，當加熱元件加熱時，熔融的助熔劑可在金屬塊之下， 而有效地幫助金屬塊熔融。2.本發明的保護元件的上電極具有突出部，因此當加熱元件加熱時，突出部可增 加熔融態的金屬的流動空間與吸附面積，可以避免熔融的金屬導通延伸部與子電極而產生 短路問題。3.本發明的保護元件的第一延伸部的寬度與基板的寬度的比值小于0. 8，因此當 保護元件為了搭配小尺寸的電子產品而縮小其元件體積時，其亦能提供相應的電極面積或 彼此間的間距，可以確保金屬塊能迅速熔斷，具有較佳的可靠度。4.本發明的保護元件的金屬塊的體積與焊料層的面積的比值小于0. 16，可確保 金屬塊有效熔斷的可靠度。5.本發明的保護元件的金屬塊的的固相點大于第二焊料層的熔接溫度，且第二焊 料層的熔接溫度大于組裝保護元件于電路板上時的溫度(即組裝溫度)。因此，可以避免組 裝保護元件時產生金屬塊移位的情形，且組裝后亦不影響阻值。6.本發明的保護元件的金屬塊的固相點大于第二焊料層的熔接溫度，且第二焊料 層的熔接溫度大于第一焊料層的熔接溫度。因此，當加熱元件加熱時，第一焊料層會先與其 上方的金屬塊熔融接合，進而降低金屬塊的熔點，可減少金屬塊熔斷的時間。綜上所述，本發明是有關于一種保護元件，包含一基板、一上電極、一下電極、一端 電極、一金屬塊及一焊料層。上電極配置于基板的一第一表面上且具有一第三子電極及一 第四子電極。下電極配置于基板的一第二表面上。端電極連接上電極與下電極。金屬塊配 置于基板的第一表面上，且連接第三子電極與第四子電極。焊料層配置于金屬塊與第三子 電極之間及配置于金屬塊與第四子電極之間。本發明在技術上有顯著的進步，具有明顯的 積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1為現有習知的一種防護元件的剖面示意圖。圖2A為本發明的一實施例的一種保護元件的俯視示意圖。
圖2B為圖2A的保護元件的仰視示意圖。
圖2C為圖2A的保護元件沿線1-1’的剖面示意圖。
圖3A為本發明的另一實施例的一種保護元件的俯視示意圖。
圖;3B為圖3A的保護元件的仰視示意圖。
圖3C為圖3A的保護元件沿線11-11，的剖面示意圖。
圖4為本發明的另一實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖5A為本發明的另一實施例的一種保護元件的俯視示意圖。
圖5B為圖5A的保護元件的仰視示意圖。
圖5C為圖5A的保護元件沿線III-III’的剖面示意圖。
圖6為本發明的另一實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
100 溫度保險絲封裝體
110:基板
120:加熱器
130 絕緣層
140 金屬層
150 助焊劑
160 電極層
200a 200e 保護元件
210 基板
212 第一表面
214 第二表面
220、320:上電極
222、322 第一子電極
222a、32^i 第一延伸部
224、324 第二子電極
226、326 第三子電極
2^a、326a 第一突出部
228、328 第四子電極
2^a、328a 第二突出部
230、330:下電極
232、332 第五子電極
232a,322b 第二延伸部
234、334 第六子電極
2!34a、324a 第三延伸部
236、336 第七子電極
238、338 第八子電極
M0:端電極
250 加熱元件
260 助熔劑
270 金屬塊
280 焊料層
282 第一焊料層
沘4:第二焊料層
285 絕緣層
290 殼體
D:間距
H1、H2:最大高度
Rl 第一凹槽
R2 第二凹槽具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的保護元件其具體實施方式
、特征及其功效，詳細說 明如后。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚的呈現。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的元件以相同 的編號表示。
圖2A為本發明的一實施例的一種保護元件的俯視示意圖。圖2B繪示為圖2A的 保護元件的仰視示意圖。圖2C繪示為圖2A的保護元件沿線1-1’的剖面示意圖。請同時 參考圖2A、圖2B以及圖2C，在本實施例中，保護元件200a包括一基板210、一上電極220、 一下電極230、一端電極對0、一加熱元件250、一助熔劑沈0以及一金屬塊270。
詳細而言，基板210具有彼此相對的一第一表面212與一第二表面214以及連接 第一表面212與第二表面214的一側表面216。上電極220配置于基板210的第一表面212 上，且具有彼此相對的一第一子電極222與一第二子電極224以及彼此相對的一第三子電 極2 與一第四子電極228。需注意的是，于其他實施例中，上電極220也可不包含第二子 電極224，且不影響過電流及過電壓保護效果。第一子電極222具有一第一延伸部22加，且 第一延伸部22 位于第三子電極226與第四子電極2 之間。特別是，第一延伸部22 的寬度與基板210的寬度的比值小于0. 8，例如當基板210的寬度為3. 21厘米時，第一延伸 部22 的寬度可為0. 25厘米。
第三子電極2 具有一第一突出部M6a，第四子電極2 具有一第二突出部 228a。第一突出部226a與第二突出部228a皆位于第一延伸部22 與第二子電極2M之 間，且第一突出部226a與第二突出部228a的間隔有一間距D。在本實施例中，間距D較佳 地是介于0. 1厘米至0. 4厘米之間，可以避免第三子電極2 與第四子電極2 產生短路。 下電極230配置于基板210的第二表面214上。端電極240連接上電極220與下電極230， 且覆蓋基板210的側表面216。
加熱元件250配置于基板210的第二表面214上，且連接下電極230。在本實施例 中，下電極230具有彼此相對的一第五子電極232與一第六子電極234以及彼此相對的一 第七子電極236與一第八子電極238。第五子電極232、第六子電極234、第七子電極236、第八子電極238依序對應第一子電極222、第二子電極224、第三子電極226以及第四子電 極228配置。第五子電極232具有一第二延伸部232a，第六子電極234具有一第三延伸部 234a。第二延伸部232a與第三延伸部234a位于第七子電極236與第八子電極238之間并 彼此平行且不重迭，而加熱元件250連接于第二延伸部232a與第三延伸部234a之間。然 而，于其他實施例中，加熱元件250也可直接連接于第五子電極232和第六子電極234之 間，而不需有第二延伸部232a與第三延伸部234a。基板210的材質包括陶瓷(例如氧化鋁)、玻璃環氧樹脂、二氧化鋯(Zr02)、氮化 硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)或是其他無機材料。上電極220與下電極230的材 質例如為銀膠、銀鉬合金、鎳、鎳合金、銅、金等導電性質良好的材料。端電極240的材質例 如是鎳、金、銅及其組合等導電性質良好的材料。加熱元件250的材質包括二氧化釕(RuO2)、 碳黑(可摻雜于水玻璃等無機系黏著劑中或是熱硬化樹脂等有機系黏著劑中)、銅、鎳鉻合 金、鈦與鎳銅合金等。此外，為保護加熱元件250不受外界環境的污染或氧化，可在加熱元 件250上覆蓋一絕緣層285，其材質包括玻璃膠或環氧樹脂(印oxy resin)。助熔劑260配置于基板210的第一表面212上，并位于第一延伸部222a與第三子 電極226之間，以及位于第一延伸部222a與第四子電極228之間。具體而言，助熔劑260 是填充于由第三子電極226、第一延伸部222a以及基板210所構成的一第一凹槽Rl中，以 及填充于由第四子電極228、第一延伸部222a以及基板210所構成的一第二凹槽R2中。 此外，本實施例的助熔劑260是由松脂(rosin)(約占50% 80% )、軟化劑(約占5% 20% )、活性劑(active agent)(約占 0· 5% 4% )以及合成橡膠(synthetic rubber) (約占5% 20% )所組成。金屬塊270配置于基板210的第一表面212上，且連接第三子電極226、第一延伸 部222a與第四子電極228。具體來說，金屬塊270覆蓋部分第三子電極226、助熔劑260、第 一延伸部222a與第四子電極228。在本實施例中，由于助熔劑260與第一延伸部222a皆位 于加熱元件250與金屬塊270之間，因此當加熱元件250加熱時，助熔劑260可有效地幫助 其上方的金屬塊270熔斷，而達成有效防止過電壓或過電流。當加熱元件250加熱而使助熔劑260與金屬塊270皆處于熔融狀態時，因助熔劑 260可避免金屬塊270受熱熔融開始流動的表面產生氧化薄膜，因此可以確保金屬塊270 熔斷的效果。由于本實施例的上電極220的第三子電極226與第四子電極228分別具有第 一突出部226a與第二突出部228a，因此熔融的金屬會因表面張力的影響而往第一突出部 226a與第二突出部228a流動。也就是說，第一突出部226a與第二突出部228b可增加熔融 的金屬的流動空間與吸附面積。如此一來，熔融的金屬不會堆積或滯留于第三子電極226 與第一延伸部222a之間以及第四子電極228與第一延伸部222a之間，可以避免產生短路 的現象。此外，金屬塊270的材質包括錫鉛合金(錫2.5%，鉛97.5%)、錫銀鉛合金(錫 5%，銀2. 5%，鉛92. 5% )、錫銦鉍鉛合金、錫銻合金、錫銀銅合金等低熔點合金。 值得一提的是，本實施例的第一延伸部222a的寬度與基板210的寬度選用特定范 圍的比值，意即第一延伸部222a的寬度與基板210的寬度的比值小于0.8。因此，當保護元 件200a為了搭配小尺寸的電子產品而縮小其元件體積時，上電極220的第一子電極222、第 二子電極224、第三子電極226以及第四子電極228亦能提供相應的電極面積或彼此間的間 距，來確保金屬塊270能迅速熔斷。如此一來，除了可增加保護元件200a的應用范圍外，亦可提高保護元件200a的可靠度。

此外，在此須說明的是，本發明并不限定第三子電極226與第四子電極228的型 態，雖然此處所提及的第三子電極226與第四子電極228具體化為分別具有第一突出部 226a與第二突出部228a，但于其他未繪示的實施例中，第三子電極226與第四子電極228 中亦可僅有一突出部或多個大小不一的突出部，仍屬于本發明可采用的技術方案，不脫離 本發明所欲保護的范圍。圖3A為本發明的另一實施例的一種保護元件的俯視示意圖。圖3B繪示為圖3A 的保護元件的仰視示意圖。圖3C繪示為圖3A的保護元件沿線11-11’的剖面示意圖。請 同時參考圖3A、圖3B以及圖3C，在本實施例中，圖3A 圖3C的保護元件200b與圖2A 圖2C的保護元件200a相似，惟二者主要差異之處在于圖3A 圖3C的保護元件200b更 包括一焊料層280于第三子電極226、第四子電極228與第一延伸部222a之上。詳細而言，部分的焊料層280配置于金屬塊270與第三子電極226之間、配置于金 屬塊270與第四子電極228之間以及配置于金屬塊270與第一延伸部222a之間。如此一 來，當加熱元件250加熱而使助熔劑260、金屬塊270以及焊料層280皆處于熔融狀態時， 熔融的金屬會因熔融狀態的焊料層280與助溶劑260具有潤濕效果，且同時藉由表面張力 的影響而往第一突出部226a與第二突出部228a流動。也就是說，熔融狀態的焊料層280 與助溶劑260可更進一步使得熔融的金屬不會堆積或滯留于第三子電極226與第一延伸部 222a之間以及第四子電極228與第一延伸部222a之間，可以避免產生短路的現象。換言 之，可更進一步提高保護元件200b的可靠度。此外，焊料層280的材質包括錫銀合金(錫 96. 5%，銀3.5% )、金、銀、錫、鉛、鉍、銦、鎵、鈀、鎳、銅等金屬材料，且焊料層280可更包含 助熔劑。此外，為了更進一步確保金屬塊270可有效熔斷，因此本實施例針對金屬塊270的 體積V(立方厘米)與焊料層280的面積A(平方厘米)之間的關系做實驗。由表一可得 知當金屬塊270的體積與焊料層280的面積的比值(V/A)小于0. 16時，功率于7瓦特的 加熱元件250可確實熔斷金屬塊270。另外，由于熔融的焊料層280其潤濕性較佳，因此當 金屬塊270熔斷時，會聚集于熔融的焊料層280上，可以確保熔融的金屬不會讓第一延伸部 222a與第三子電極226或第四子電極228產生短路現象。如此一來，可進一步確保金屬塊 270可有效地被熔斷，而達成有效防止過電壓或過電流。簡言之，當金屬塊270的體積與焊 料層280的面積的比值(V/A)小于0. 16，可提高金屬塊270有效熔斷的可靠度。表一
權利要求
1.一種保護元件，其特征在于其包括一基板，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面；一上電極，配置于該基板的該第一表面上，具有彼此相對的一第三子電極與一第四子 電極；一下電極，配置于該基板的該第二表面上；一端電極，連接該上電極與該下電極；一金屬塊，配置于該基板的該第一表面上，且連接該第三子電極與該第四子電極；以及一焊料層，配置于該金屬塊與該第三子電極之間及配置于該金屬塊與該第四子電極之間。
2.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其中所述的第三子電極與該第四子電 極的一具有一第一突出部。
3.根據權利要求2所述的保護元件，其特征在于其中所述的第三子電極與該第四子電 極的另一具有一第二突出部，且該第一突出部與該第二突出部的間隔有一間距。
4.根據權利要求3所述的保護元件，其特征在于其中所述的間距介于0.1厘米至0. 4 厘米之間。
5.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其更包含一助熔劑，配置于該基板的 該第一表面上，并位于該第三子電極與該第四子電極之間。
6.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其中所述的金屬塊的體積與該焊料層 的面積的比值小于0. 16。
7.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其更包含一加熱元件及該上電極更包 含一第一子電極，該第一子電極具有一第一延伸部，該第一延伸部位于該第三子電極與該 第四子電極之間且延伸至該加熱元件的上方。
8.根據權利要求7所述的保護元件，其特征在于其中所述的第一延伸部的寬度與該基 板的寬度的比值小于0.8。
9.根據權利要求7所述的保護元件，其特征在于其中所述的焊料層包含一第一焊料層 以及一第二焊料層，其中該第一焊料層配置于該金屬塊與該第一延伸部之間，該第二焊料 層配置于該金屬塊與該第三子電極之間以及該金屬塊與該第四子電極之間。
10.根據權利要求9所述的保護元件，其特征在于其中所述的金屬塊的固相點大于該 第二焊料層的熔接溫度，且該第二焊料層的熔接溫度大于該保護元件的組裝溫度。
11.根據權利要求9所述的保護元件，其特征在于其中所述的金屬塊的固相點大于該 第二焊料層的熔接溫度，且該第二焊料層的熔接溫度大于該第一焊料層的熔接溫度。
12.根據權利要求9所述的保護元件，其特征在于其中所述的金屬塊的體積與該第一 焊料層的面積加上該第二焊料層的面積的比值小于0. 16。
13.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其更包含一加熱元件及該下電極具 有彼此相對的一第五子電極與一第六子電極，該加熱元件位于該第二表面上且連接該第五 子電極與該第六子電極。
14.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其更包含一加熱元件及該上電極更 包含彼此相對的一第一子電極與一第二子電極，該加熱元件位于該第一表面上且連接該第 一子電極和該第二子電極。
15.根據權利要求1所述的保護元件，其特征在于其更包含一加熱元件及一絕緣層，該 絕緣層覆蓋該加熱元件。
全文摘要
本發明是關于一種保護元件，包含一基板、一上電極、一下電極、一端電極、一金屬塊及一焊料層。上電極配置于基板的一第一表面上且具有一第三子電極及一第四子電極。下電極配置于基板的一第二表面上。端電極連接上電極與下電極。金屬塊配置于基板的第一表面上，且連接第三子電極與第四子電極。焊料層配置于金屬塊與第三子電極之間及配置于金屬塊與第四子電極之間。本發明有效防止過電流與過電壓，非常適于實用。
文檔編號H01H85/05GK102034655SQ200910178809
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者林鴻銘, 江朗一, 王鐘雄, 羅文翔, 陳國樞 申請人:乾坤科技股份有限公司