多功能保護裝置與電子裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多功能保護裝置與電子裝置，特別是應用于行動電子產品中二次電池組或電子元件的多功能保護裝置與電子裝置，與主電路配合設計可用來防止如過電流、過電壓以及過溫等組合的多項保護功能。
【背景技術】
[0002]已知的保護元件如中國臺灣專利證書號:TW I385695BUTW I385696BUTWI452592B、TW I456617B、TW I456618B等所提出一種保護元件，該保護元件大部分的結構包含一基板;上電極；中間電極(或第一延伸部)；下電極;連接上與下電極的端電極以及連接下電極與中間電極(或第一延伸部)的端電極;金屬塊；以及加熱器(發熱電阻)來設計相關的保護元件，其等效電路使用兩個熔絲元件(或保險絲元件)串聯與一加熱器(發熱電阻)來組成，該保護元件是將加熱器設計在基板的下表面，問題一:當過電壓事件發生時，加熱器發熱，基板的厚度愈厚則熱阻愈大，其次是基板材料的導熱率，絕緣材質的導熱率都不佳，若要導熱率高一些的材料則成本大幅提升，且導熱率仍低于金屬材料很多，因此如何將加熱器產生的熱快速且集中的傳導至上表面的中間電極或第一延伸部，又不會均勻地擴散到基板內或其他電極，所以有的基板加了一些絕緣層或低導熱部，或在基板內的材料分成高導熱率與低導熱部的設計，為了讓加熱器產生的熱能快速且集中地將熱傳到中間電極或第一延伸部，基板結構過于復雜且成本增加許多，問題二:因加熱器在基板的下表面，須經由下電極、側電極、上電極或中間電極或第一延伸部連接金屬塊，因下電極、側電極、上電極或中間電極或第一延伸部都外露在基板表面，且特別是側電極(或端電極)最容易受外在溫度的影響，或容易散失熱能，使加熱器產生的熱需更多的時間或更多的熱能才能熔斷金屬塊，也就是保護元件的保護動作的時間變長或慢。問題三:當保護元件需要的額定電流增大時，勢必需加大金屬塊或低熔點金屬的截面積，也就是金屬塊或低熔點金屬的厚度需增加，如此加熱器所需產生的熱能就更難快速的熔斷金屬塊或低熔點金屬，甚至使保護元件的功能失效。
【發明內容】
[0003]本實用新型為了解決加熱器設計在第二表面或下表面，基板熱傳導不佳，無法集中到中間電極(或第一延伸部)的問題以及電氣連接加熱器與中間電極(或第一延伸部)的側電極外露在基板側表面，加熱器產生的熱在傳遞的路徑容易受外在環境溫度的影響或熱流失的問題，以及一樣厚度的低熔點金屬或金屬塊，增加了加熱器熔斷低熔點金屬或金屬塊的時間，甚至無法熔斷的問題。本實用新型為提供更多樣的選擇，本實用新型的多功能保護裝置的可熔導體與上電極的設計可分為兩種，第一種是其等效電路包含一保險絲(Fuse)元件，可熔導體只電氣連接第一上電極與第二上電極(沒有中間電極或第一延伸部)。第二種是其等效電路包含兩串聯的保險絲(Fuse)元件，可熔導體電氣連接第一上電極、集熱電極與第二上電極，且集熱電極配置在基板內并延伸至第一上電極與第二上電極之間的基板上，讓應用電路的設計者可依實際需要選擇本實用新型多樣選擇的多功能保護裝置。
[0004]本實用新型提供一種多功能保護裝置包括基板，基板是單層絕緣基板或多層絕緣基板;上電極，配置在基板上，包含第一上電極與第二上電極;下電極，配置在基板上，包含第三下電極;熱產生組件，配置在基板上，熱產生組件的一端電氣連接第二上電極，熱產生組件的另一端電氣連接第三下電極；以及至少一個可熔導體，配置在上電極上，且電氣連接第一上電極與第二上電極。特別值得一提的是熱產生組件的一端電氣連接第二上電極的方法是經由在基板內的傳導層電氣連接熱產生組件與第二上電極，如此熱傳遞的路徑不易受外在環境溫度的影響，先前的技術因熱傳遞路徑外露在基板的側表面，容易受外在環境溫度的影響，使熱能流失。第二上電極的形狀可以是任意的形狀或圖形，較佳的是該第二上電極包含集熱部、狹窄部以及外接部。本實用新型提供的多功能保護裝置其等效電路包含一保險絲(Fuse)元件與一發熱電阻。
[0005]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置其中所述第二上電極還包含內集熱部，第二上電極的內集熱部配置在基板內或延伸至基板內。內集熱部距離熱產生組件或加熱器非常的近，可以很快的聚集熱產生組件所產生的熱能，并傳導到在基板表面上的第二上電極，可以很快的熔斷可熔導體，達到改善或縮短多功能保護裝置保護動作的時間。
[0006]在本實用新型的一實施例中，可熔導體是單層的或多層的結構，多層的結構例如是分層式結構或是包覆式結構，其相鄰的各層的材料有不同的熔點溫度。
[0007]在本實用新型的一實施例中，所述多功能保護裝置還包含輔助材料，輔助材料配置在第二上電極上或在可熔導體上或在第二上電極與可熔導體上，且輔助材料的熔點或液化點溫度低于可熔導體的熔點或液化點溫度。
[0008]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置，還包含吸附線與輔助材料，吸附線配置在第二上電極上的一端且延伸跨越可熔導體至第二上電極上相反的另一端，輔助材料配置在吸附線與可熔導體之間，以及吸附線與第二上電極之間，且該輔助材料的熔點或液化點溫度低于可熔導體的熔點或液化點溫度。
[0009]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置，還包含絕緣外殼與下絕緣層，該下絕緣層配置在熱產生組件上，該絕緣外殼配置在基板上，且覆蓋基板上表面的所有物件。
[0010]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置，其中可熔導體包含寬薄部與窄厚部，寬薄部電氣連接第二上電極，窄厚部電氣連接第一上電極。
[0011]本實用新型提供一種多功能保護裝置，包括:基板，是多層絕緣基板，包含傳導層，配置在基板內；上電極，配置在基板上，包含第一上電極與第二上電極;集熱電極，配置在基板內且延伸到第一上電極與第二上電極之間的基板上；下電極，配置在基板上，包括第三下電極；熱產生組件，配置在基板上，熱產生組件的一端經由傳導層電氣連接集熱電極，熱產生組件的另一端電氣連接第三下電極，集熱電極與熱產生組件最近的距離介于0.001?
0.1mm之間；以及至少一個可熔導體，配置在上電極與集熱電極上，且電氣連接第一上電極、集熱電極以及第二上電極。集熱電極的技術特征是它配置在基板內且延伸至基板上，基板內集熱電極的材質是金屬材料，有很高的熱傳導率，較之前技術中的基板的熱傳導率高很多，且距離熱產生組件非常的近，可以很快的聚集熱產生組件所產生的熱能，并傳導到基板的表面上，可以很快的熔斷可熔導體。本實用新型的多功能保護裝置其等效電路包含兩串聯的保險絲(Fuse)元件與一發熱電阻，該發熱電阻的一端電氣連接兩串聯保險絲(Fuse)元件的共接點或串接點。
[0012]本實用新型提供一種多功能保護裝置，包括:低溫共燒陶瓷(LTCC)基板，是多層絕緣基板，包含第一上電極、集熱電極、第二上電極、傳導層以及多個貫孔，第一上電極與第二上電極配置在基板上，集熱電極配置在基板內且延伸到第一上電極與第二上電極之間的基板上，傳導層與部分集熱電極配置在不同的貫孔內，該低溫共燒陶瓷(LTCC)基板是以低溫共燒陶瓷(LTCC)材料與制程技術以及燒結制程共燒制成，燒結溫度在100°C至1100°C之間，且該低溫共燒陶瓷(LTCC)基板的絕緣材料的熱傳導率小于5W/m.K，較佳的是小于2W/m.K;第三下電極，配置在基板上；熱產生組件，配置在基板上，該熱產生組件的一端經由傳導層電氣連接集熱電極，熱產生組件的另一端電氣連接第三下電極，集熱電極與熱產生組件最近的距離介于0.001?0.1mm之間；以及至少一個可熔導體，配置在第一上電極、集熱電極與第二上電極上，且電氣連接第一上電極、集熱電極以及第二上電極。
[0013]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置，其中該可熔導體包含中間的寬薄部與兩端的窄厚部，中間的寬薄部電氣連接集熱電極，兩端的窄厚部分別各自電氣連接第一上電極與第二上電極。
[0014]在本實用新型的一實施例中，上述的多功能保護裝置，還包含一抑制電弧層，配置在第一上電極與第上二電極之間的可熔導體表面上。
[0015]本實用新型的基板的種類可包含有機系基板或玻纖環氧基板(如:FR4或FR5)或玻纖環氧印刷電路基板或無機系基板或陶瓷基板(如:LTCC基板或HTCC基板)等，較佳的包含氧化鋁基板或低溫共燒陶瓷(LTCC)基板，最佳或最適合本實用新型所有多功能保護裝置的基板是低溫共燒陶瓷(LTCC)基板，它是以低溫共燒陶瓷(LTCC)的材料與制程來制作，其制程具有如下之步驟:采用包含無機陶瓷粉、玻璃粉與有機粘結劑等材料混合成泥狀的漿料，經過刮刀成型干燥后制成一張張的薄生胚或一張厚生胚；在各層薄生胚打出所需要的貫孔;填入傳導層材料，可供上電極與下電極之間或內電極與上電極之間或內電極與集熱電極之間的電流與熱能的傳遞;再利用網版印刷將內電極材料、熱產生元件、上電極材料、下電極材料印在所需的各層薄生胚上面;再將多層薄生胚堆迭;后再經燒結爐以低于1100°C的溫度一次或多次共燒完成。
[0016]本實用新型還提出一種電子裝置，包括:電源供應器或負載;儲能裝置;異常檢測控制電路;開關元件；以及如本實用新型所述的多功能保護裝置。其中電源供應器或負載例如是負責提供充電電壓與電流的電源供應器或接收放電電流的負載;其中儲能裝置包含一個或多個可充放電的電池;其中異常檢測控制電路負責檢測儲能裝置或被保護元件的電壓或溫度，若有異常，則輸出一信號給開關元件;其中在正常時，開關元件關閉多功能保護裝置內的熱產生組件的電流路徑，收到異常檢測控制電路的信號時，開關元件開啟熱產生組件的電流路徑，熱產生組件因電流流過而發熱；其中多功能保護裝置的第一上電極電氣連接電源供應器或負載，第二上電極電氣連接儲能裝置，第三下電極電氣連接開關元件，異常發生時熔斷第一上電極與第二上電極之間的電流路徑。
【附圖說明】
[0017]圖1是第一實施例的多功能保護裝置100的等效電路圖。
[0018]圖1A是本實用新型第一實施例的多功能保護裝置100的俯視示意圖。
[0019]圖1B是本實用新型第一實施例的多功能保護裝置100的仰視示意圖。
[0020]圖1C顯示為圖1A的多功