[发明专利]耐高电压过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高电压过电流保护元件，尤其涉及一种具有正温度系数(PositiveTemperature Coefficient；PTC)特性的耐高电压过电流保护元件。

背景技术

常规的PTC元件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC元件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以正常运作。但是当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如10⁴欧姆以上)而将过量的电流反向抵销，以达到保护电池或电路元件的目的。由于PTC元件可有效地保护电子产品，因此所述PTC元件已见集成于各式电路元件中，以防止过电流的损害。

应用在高电压(大于250伏)的常规PTC过电流保护元件，在触发时(tripped)在其PTC材料层会出现所谓的热线层(hot line)或热区(hot zone)。热线是因承受大部分的电压而产生高热所造成。此外，热线区域与PTC材料层其它区域相比较下具有较高的电阻值。当电流流经PTC材料层时，热线区域便以较快的速度被加热。当热线区域的温度升高时(其电阻值同时上升)，即使降低流经PTC材料层的电流，因热线区域所增加的电阻值将持续使得热线区域具有较快的加热速率而使得位于热线区域的高分子聚合物发生降解(degradation)现象，最终将导致过电流保护元件的耐电压特性丧失而损坏。

另外，关于应用在高电压的过电流保护元件的制程。美国专利US 5,227,946和US5,195,013所揭示的PTC过电流保护元件，其中所包含的聚合物(polymer)是经过放射线照射(radiation)以增强其物理和电气性质。藉此，可提高所述PTC过电流保护元件的耐高电压特性。然而，利用经放射线照射的聚合物常会伴随降解，将原本的高分子裂解成小分子，而失去原有的物理和电气特性。且利用放射线照射的方式常造成PTC材料层照射不均匀，导致耐电压特性变差。另外，如果是利用钴60γ射线进行照射，因其能量较低，必须花费相当多时间进行，而减低产率throughput)。如果是利用电子束E-beam)进行照射，往往会产生高热而导致内应力产生，且其制程不易控制而影响产品质量，而且其制作成本相对高昂。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高电压过电流保护元件，通过加入一高导热填料，使所述耐高电压过电流保护元件具有高散热特性并使其承受电压(大于250伏)能均匀分布在PTC导电散热层中。藉此，不仅可提升过电流保护元件耐高电压的特性，还可避免利用高剂量的放射线照射交链易造成降解及产生内应力等缺点。

为达到上述目的，本发明揭示一耐高电压过电流保护元件，其包含一PTC导电散热层及两个金属电极。所述PTC导电散热层包含至少一高分子聚合物、一导电填料及一导热填料。其中所述导电填料及所述导热填料均匀分布在所述高分子聚合物中。另外，为使所述PTC导电散热层具有高导热特性，其中所使用的导热填料的导热系数大于1W/mK且在触发时(tripped)所述PTC导电散热层具有一均匀电压分布。所述导热填料与导电填料的重量比是介于0.5至2.0之间。所述导热填料选用有高导热性的材料，主要使用5％至50％重量比的导热陶瓷粉，如：氮化物，氧化物，氢氧化物等。所述两个金属电极置于所述PTC导电散热层的上下表面，用以形成一导电通路。

与常规极高剂量(大于50Mrad)的放射线照射(radiation)制作的耐高电压过电流保护元件相比，本发明具有以下的优点：(1)不需使用放射线照射，所以在PTC导电散热层中不会造成高分子键断裂老化的现象；(2)不需使用放射线照射，所以其制程所需时间远少于常规的耐高电压材料必须经过高剂量放射线(大于50Mrad)照射所需时间，因此可以大幅度提升生产速度；(3)高剂量放射线照射常常因受到其它物件遮蔽而产生照射不均匀的问题，本发明可以完全消除此问题；(4)高剂量电子束(E-beam)放射线照射会产生区域性的高热，造成材料损毁，因此照射时材料温度的控制范围很窄(小于85℃)，但本发明所用的材料的制程条件不受此温度限制，材料质量受温度的影响所产生的变化，也可大幅度减少。

本发明的导电散热PTC可经由化学反应产生交联固化，还可经过较低剂量(不高于20Mrad)的放射线照射达到固化目的。

附图说明

图1为本发明的耐高电压过电流保护元件的示意图；

图2为各温度测量点的位置示意图；

图3(a)及3(b)分别为比较例及第三实施例进行耐高电压测试第3秒拍摄的热像图；