CN1342322A - 改进的导电聚合物器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子器件,具有夹在两个外电极和两个内电极之间的三个导电聚合物层,使上述电极错开以建立与第一端接触的第一组电极,该第一组电极和与第二端接触的第二组电极交错。通过下述步骤制造该器件:(1)提供:(a)第一叠层子结构,其包括夹在第一和第二金属层之间的第一聚合物层;(b)第二聚合物层;和(c)第二叠层子结构,其包括夹在第三和第四金属层之间的第三聚合物层;(2)隔离第二和第三金属层的选定区,以便分别形成内金属带的第一和第二阵列;(3)将第一和第二叠层子结构叠加到第二导电聚合物层的相反的两表面上,以形成叠层结构;(4)隔离第一和第四金属层的选定区,以分别形成外金属带的第一和第二阵列;(5)在外金属带的外表面上形成绝缘区;(6)形成多个第一端和第二端,每个第一端将第一内阵列中的金属带与第二外阵列中的金属带电连接,每个第二端将第一外阵列中的金属带与第二内阵列中的金属带电连接;和(7)将叠层结构分为多个器件,每个器件具有在第一和第二端之间并联连接的三个聚合物层。

Description

改进的导电聚合物器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是1998年3月5日提交的申请号为No.09/035,196的未决申请的部分继续申请。
背景技术
本发明一般涉及导电聚合物正温度系数(PTC)器件领域，具体涉及层状结构的导电聚合物PTC器件，具有多于一层的导电聚合物PTC材料，特别是形成适于表面安装的形状。
包含由导电聚合物制成的元件的电子器件已经越来越普遍地用于各种应用中，例如，它们广泛应用于过电流保护和自控加热器装置中，其中所用的聚合材料具有电阻的正温度系数。正温度系数(PTC)聚合材料的例子和包含这些材料的器件的例子公开于下列美国专利中：
3,823,217-Kampe
4,237,441-van Konynenburg
4,238,812-Middleman等
4,317,027-Middleman等
4,329,726-Middleman等
4,413,301-Middleman等
4,426,633-Taylor
4,445,026-Walker
4,481,498-McTavish等
4,545,926-Fouts，Jr等
4,639,818-Cherian
4,647,894-Ratell
4,647,896-Ratell
4,685,025-Carlomagno
4,774,024-Deep等
4,689,475-Kleiner等
4,732,701-Nishii等
4,769,901-Nagahori
4,787,135-Nagahori
4,800,253-Kleiner等
4,849,133-Yoshida等
4,876,439-Nagahori
4,884,163-Deep等
4,907,340-Fang等
4,951,382-Jacobs等
4,951,384-Jacobs等
4,955,267-Jacobs等
4,980,541-Shafe等
5,049,850-Evans
5,140,297-Jacobs等
5,171,774-Ueno等
5,174,924-Yamada等
5,178,797-Evans
5,181,006-Shafe等
5,190,697-Ohkita等
5,195,013-Jacobs等
5,227,946-Jacobs等
5,241,741-Sugaya
5,250,228-Baigrie等
5,280,263-Sugaya
5,358,793-Hanada等
导电聚合物PTC器件的一种普通结构类型被称为叠层结构。叠层导电聚合物PTC器件一般包括夹在一对金属电极之间的单层导电聚合物材料，前者最好是具有高导电性的薄金属箔。例如，参见美国专利Nos4,426,633-Taylor；5,089,801-Chan等；4,937,551-Plasko；4,787,135-Nagahori；5,669,607-McGuire等；和5,802,709-Hogg等；以及国际公开文本No.WO97/06660和WO98/12715。
这个技术领域中的近期发展是多层叠层器件，其中两层或更多层的导电聚合物材料被交替的金属电极层(一般是金属箔)分隔，最外层同样是金属电极。其结果是在单个组件中包括两个或更多个并联连接的导电聚合物PTC器件。与单层器件相比，这种多层结构的好处是减小了电路板上由该器件占用的表面积(“安装面积”)，得到了更高的电流承载能力。
为了满足电路板上更高元件密度的需要，作为节约空间的措施，在产业界，已经倾向于更多地使用表面安装元件。至今可以得到的表面安装导电聚合物PTC器件通常限于低于大约2.5安培的保持电流，板上安装面积通常大约9.5mm乘大约6.7mm。近来，安装面积大约为4.7mm乘大约3.4mm、保持电流大约为1.1安培的器件市场上已经能买到了。然而，由于目前的表面安装技术(SMT)水平，其安装面积仍是相当大的。
在非常小的SMT导电聚合物PTC器件的设计方面的主要限制因素是受限的表面积和电阻率的下限，上述电阻率是通过用导电填料(一般是碳黑)充填到聚合物材料中达到的。体电阻率低于大约0.2Ω-cm的有用器件的制造还没有实现。首先，在处理这么低的体电阻率时，在制造工艺方面存在固有的困难。第二，具有这么低的体电阻率的器件不会具有大的PTC效果，这样作为电路保护器件非常不实用。
对于导电聚合物PTC器件，可以给出的稳态传热公式：
   0＝[I2R(f(Td))]-[U(Td-Ta)]，           (1)其中I是通过器件的稳态电流；R(f(Td))为器件的电阻，是其温度的函数，以及它的“电阻/温度函数”或“R/T曲线”特性；U是器件的有效传热系数；Td是器件的温度；和Ta是环境温度。
可以将这种器件的“保持电流”定义为使该器件不会从低阻态跳到高阻态所需要的I值。对于给定的器件，U是固定的，提高保持电流的唯一方法是减小R值。
对于任何电阻性器件的电阻值，都可以表示为基本公式：
R＝ρL/A，                        (2)其中ρ是电阻性材料的体电阻率，单位是Ω-cm，L是流过器件的电流通路的长度，单位是cm，A是电流通路的有效截面积，单位是cm2。
这样，通过减小体电阻率ρ或增加器件的截面积A，都可以减小R值。
通过增加填充到聚合物中的导电填料的比例，可以降低体电阻率ρ值。然而，上面已经提到了这样做的实际限制。
减小电阻值R的更实际的做法是增加器件的截面积A。该方法除了相当容易实现外(无论从工艺角度还是从生产具有有用的PTC特性的器件的角度)，还具有另外的好处：通常，当器件的面积增加时，传热系数的值也增加，从而进一步增加保持电流的值。
然而，在SMT应用中，需要将器件的有效面积或安装面积减至最小。这就提出了对器件中的PTC元件的有效截面积的严格限制。这样，对于任何给定安装面积的器件，在可以得到的最大保持电流值上有一个固有的限制。从另一方面看，只有通过减小保持电流值，才能实际上实现减小安装面积。
这样，就渴望一种具有非常小的安装面积的SMT导电聚合物PTC器件，同时能得到相当高的保持电流。申请人的申请号为No.09/035,196的未审申请(将其公开内容引入本文，作为参考)公开了满足这些标准的多层SMT导电聚合物PTC器件以及制造这种器件的方法。然而，一直在寻求制造这种器件的更有效、更经济的方法。此外，对于给定的安装面积，仍然希望更高的保持电流。
发明综述
广泛地说，本发明是一种导电聚合物PTC器件，该器件在保持非常小的电路板安装面积的同时具有相当高的保持电流。上述结果是通过多层结构而实现的，对于给定的电路板安装面积，该多层结构提供了增加了电流通路的有效截面积A。实际上，在单个的、小安装面积的表面安装组件中，本发明的多层结构提供了并联电连接的三个或更多个PTC器件。
一方面，在最佳实施例中，本发明的导电聚合物PTC器件包括多个交替的金属箔层和PTC导电聚合物材料层，具有导电互连以形成三个或更多个彼此并联连接的导电聚合物PTC器件，并具有用于表面安装端子而构成的端子部件。
具体地说，两个金属层分别形成第一和第二外电极，而其余的金属层形成多个内电极，这些内电极体分隔并电连接三个或更多个位于外电极之间的导电聚合物层。第一和第二端要与所有导电聚合物层实体接触而形成。使上述电极错开，以建立两组交替电极：第一组与第一端电接触，第二组与第二端电接触。上述端子中的一个作为输入端，另一个作为输出端。
本发明的具体实施例包括第一、第二和第三导电聚合物PTC层。第一外电极与第二端和第一导电聚合物层的外表面电接触，该第一导电聚合物层的外表面是与面对第二导电聚合物层的表面相反的表面。第二外电极与第一端和第三导电聚合物层的外表面电接触，该第三导电聚合物层的外表面是与面对第二导电聚合物层的表面相反的表面。第一和第二导电聚合物层由与第一端电接触的第一内电极分隔，而第二和第三导电聚合物层由与第二端电接触的第二内电极分隔。
在这样的实施例中，如果第一端是输入端，第二端是输出端，电流通路是从第一端到第一内电极和第二外电极。从第一内电极，电流流经第一导电聚合物层和第一外电极以及流经第二导电聚合物层和第二内电极到第二端。从第二外电极，电流流经第三导电聚合物层和第二内电极到第二端。
这样，所得到的器件实际上是并联连接的三个PTC器件。这种结构与单层器件相比，在不增加安装面积的情况下，显著提高了电流通路的有效截面积。这样，对于给定的安装面积，可以得到更大的保持电流。
本发明的具体改进在于，在每个第一和第二外电极上的全金属化的外表面，分别为第一和第二端子的上和下端与第一和第二电极的附着提供了大的表面积。改进还在于，在第一和第二端的端部之间的金属化外电极表面上涂覆外绝缘层，以便在第一和第二端之间提供电绝缘，其中外绝缘层与端子的上端和下端平齐。
上面描述的改进相对于现有的多层导电聚合物PTC器件提供了数项好处，所有的好处都主要起源于能在端子的端部和外电极之间提供大的附着“区域”。具体地说，这个结构在端子和外电极之间提供了增强的焊料接合强度，增强了热扩散特性，降低了端子接合处的接触电阻。对于给定尺寸的器件，后两个特性导致了更高的保持电流。
另一方面，本发明提供一种制造上述器件的方法。对于具有三个导电聚合物PTC层的器件，该方法包括步骤：(1)提供(a)包括夹在第一和第二金属层之间的第一导电聚合物PTC层的第一叠层子结构，(b)第二导电聚合物层，和(c)包括夹在第三和第四金属层之间的第三导电聚合物PTC层的第二叠层子结构；(2)隔离第二和第三金属层的选定区，以便分别形成内金属带的第一和第二内阵列；(3)将第一和第二叠层子结构叠加到第二导电聚合物PTC层的相反的两个表面上，以形成叠层结构，该叠层结构包括：夹在第一和第二金属层之间的第一导电聚合物层、夹在第二和第三金属层之间的第二导电聚合物PTC层和夹在第三和第四金属层之间的第三导电聚合物PTC层；(4)隔离第一和第四金属层的选定区，以分别形成外金属带的第一和第二外阵列；(5)在每个外金属带的外表面上形成多个绝缘区；以及(6)形成多个第一端和第二端，每个第一端将第一内阵列中的一个内金属带与第二外阵列中的一个外金属带电连接，每个第二端将第一外阵列中的一个外金属带与第二内阵列中的一个内金属带电连接，其中每个第一端通过第一和第二外阵列的每个上的一个绝缘区与第二端分隔。
更具体地说，隔离第二和第三金属层的选定区的步骤包含：在第二和第三金属层的每个中蚀刻一组平行、线形内隔离间隙的步骤，以便形成隔离的平行金属带的第一和第二内阵列。使第二和第三金属层中的内隔离间隙错开，使得第一内阵列中的隔离金属带相对于第二内阵列中的隔离金属带错开。
隔离第一和第四金属层的选定区的步骤包括：(a)形成一组穿过叠层结构的平行线形沟槽，每个沟槽穿过第二或第三金属层中的一个内隔离间隙；(b)用导电金属镀层镀覆沟槽的侧壁以及第一和第四金属层的外表面；和(c)在第一和第四金属层(包含镀覆的金属镀层)的每个中蚀刻出一组平行、线形外隔离间隙，其中第一金属层中的隔离间隙与第一组沟槽相邻，第四金属层中的隔离间隙与和第一组交错的第二组沟槽相邻。这样，隔离金属带的第一外阵列包括第一金属层中的多个第一宽外金属带，每个都限定在沟槽和外隔离间隙之间，而隔离金属带的第二外阵列包括第四金属层中的多个第二宽外金属带，每个都限定在沟槽和外隔离间隙之间，其中第一外阵列中的宽外金属带位于离开第二阵列中的宽外金属带的沟槽的相对侧面上。此外，由于连续的沟槽之间的隔离间隙的不对称的布置，每个隔离间隙都将宽一个外金属带与窄外金属带分隔开来，每个沟槽都具有一侧上的窄金属带和另一侧上的宽金属带。
形成多个绝缘区的步骤包括沿着每个宽外金属带，在叠层结构的两个外表面上丝网印刷绝缘材料层的步骤。涂覆绝缘层要使隔离间隙被绝缘材料填充，但要留下沿着每个沟槽的每个宽外金属带的相当大的部分不被覆盖或使其暴露。也留下窄金属带不被覆盖。
形成第一和第二端的步骤包括在没有被绝缘层覆盖的金属镀覆的表面上覆盖焊料镀层的步骤。这样将焊料镀层镀覆到沟槽内壁表面上、窄金属带上和宽外金属带的暴露部分上。
制造工艺的最后步骤包括将叠层结构划分为多个单独的导电聚合物PTC器件的步骤，每个器件具有上述结构。具体地说，通过分割步骤，第一和第四金属层中的宽外金属带分别形成为多个第一和第二电极，而第一和第二内阵列中的隔离金属区分别形成为多个第一和第二内电极。
这里描述了具有三个导电聚合物PTC层的器件，应当理解根据本发明也能构造具有两个这样的层或四个或更多个这样的层的器件。这样，肯定可以修改上述制造方法，以制造具有两个导电聚合物PTC层或四个或更多个这样的层的器件。
从下面的详细描述，本发明的上述以及其它优点将更容易被理解。
附图的详细说明
图1是叠层子结构和中间导电聚合物PTC层的截面图，说明根据本发明的第一最佳实施例，导电聚合物PTC器件制造方法的第一步；
图2是图1的第一(上)叠层子结构的顶平面图；
图3是分别在图1的叠层子结构的第二和第三金属层中建立隔离金属区的第一和第二内阵列的步骤完成之后，得到的与图1类似的截面图；
图3A是沿图3的3A-3A线得到的第二金属层的平面图；
图3B是沿图3的3B-3B线得到的第三金属层的平面图；
图3C是与图3类似的截面图，但显示了在将图3的子结构和中间导电聚合物PTC层层叠之后形成的叠层结构；
图3D是图3C的叠层结构的顶平面图，用虚线显示了在第二和第三金属层中蚀刻的隔离间隙；
图4是在形成穿过叠层结构的沟槽的步骤完成之后，得到的叠层结构的顶平面图；
图5是沿图4的5-5线得到的截面图；
图6是在金属镀覆沟槽的壁表面和叠层结构的外表面的步骤完成之后，得到的与图5类似的截面图；
图7是在叠层结构的外表面中形成隔离间隙的步骤完成之后，得到的与图6类似的截面图；
图8是在叠层结构的外表面上形成绝缘隔离区的步骤完成之后，得到的与图7类似的截面图；
图9是在形成端子的步骤完成之后，得到的叠层结构的局部平面图；
图10是沿图9的10-10线得到的截面图；
图11是从叠层结构分割后的多层、导电聚合物PTC器件的透视图；
图12是沿图11的12-12线得到的截面图；
本发明的详细描述
现在参考附图，图1说明了第一叠层子结构或箔材10和第二叠层子结构或箔材12。根据本发明，提供第一和第二箔材10、12是制造导电聚合物PTC器件工艺的第一步。第一叠层箔材10包括夹在第一和第二金属层16a、16b之间的第一导电聚合物PTC材料层14。在工艺的后续步骤中，在第一箔材10和第二箔材12之间提供了用于叠层的第二或中间导电聚合物PTC材料层18，如下所述。第二箔材12包括夹在第三和第四金属层16c、16d之间的第三导电聚合物PTC材料层20。导电聚合物PTC层14、18、20可由任意合适的导电聚合物PTC组合物制成，例如其中混合有一定量的碳黑的高密度聚乙烯(HDPE)，这种材料具有所需要的电工作特性。例如可以看转让给本发明的受让人的美国专利No.5,802,709-Hogge等，所公开的内容引入本文，作为参考。
金属层16a、16b、16c和16d可以由铜或镍箔制成，最好用镍制成第二和第三(内)金属层16b和16c。如果金属层16a、16b、16c和16d由铜箔制成，那些与导电聚合物层接触的铜箔的表面要用浸硫酸镍涂层(未示出)镀覆，以防止在聚合物和铜之间发生不希望的化学反应。最好还通过公知技术使这些聚合物接触表面“粒化”，以便提供粗糙表面，在金属和聚合物之间提供良好的粘附强度。这样，在所说明的实施例中，第二和第三(内)金属层16b、16c的两个表面都被粒化，而第一和第四(外)金属层16a和16d只在与相邻的导电聚合物层接触的一个表面上粒化。
叠层箔材10、12本身可以通过现有技术中公知的几个合适的工艺中的任一工艺形成，如通过下列美国专利所例举的：Nos.4,426,633-Taylor；5,089,801-Chan等；4,937,551-Plasko；和4,787,135-Nagahori，公开于美国专利No.5,802,709-Hogge等和国际公开No.wo97/06660中的工艺比较好。
为了进行制造工艺的后续步骤，在这一点提供一些保持箔材10、12和中间导电聚合物PTC层18的适当定向和定位的措施是有好处的。较好的措施是通过在箔材10、12和中间聚合物层18的角落形成(例如通过冲孔或钻孔)多个定位孔24，如图2所示。也可以采用本领域众所周知的其它定位技术。
在图3、3A和3B中说明了工艺的下一步。在这个步骤中，移去在第二和第三(内)金属层16b、16c的每一个中的金属图形，以便分别在内金属层16b、16c中形成隔离的平行金属带26b、26c的第一和第二内阵列。具体地说，在第二金属层16b中形成了第一组平行、线形内隔离间隙28，在第三金属层16c中形成了第二组平行、线形隔离间隙，分别在第二和第三金属层16b、16e中的内隔离间隙28之间确定了内金属带26b、26c。移去金属以便形成间隙28是通过用于印刷电路板的制造的标准技术，例如那些采用光致抗蚀剂和蚀刻方法的技术完成的。移去金属后在每个内金属层16b、16c中的相邻金属带26b、26c之间生成线形隔离间隙28。第二和第三金属层中的内隔离间隙28错开排列，使得第一内阵列(在第二金属层16b中)中的隔离金属带26b相对于第二内阵列(在第三金属层16c中)中的隔离金属带26c错开排列。
确保箔材10、12和中间导电聚合物PTC层18处于适当的定位，通过现有技术中公知的适当的层叠方法，在箔材10、12之间层叠中间导电聚合物PTC层18。例如，可以在适当的压力和高于导电聚合物的熔点的温度下进行层叠，从而使导电聚合物层14、18和20的材料流入并填充隔离间隙28。然后在保持压力的同时将上述叠层冷却到聚合物的熔点以下。得到的是叠层结构30，如图3C和3D所示。在这一点上，如果需要将器件用于特殊的应用，可以通过公知的方法交联叠层结构30中的聚合材料。
形成叠层结构30之后，穿过该叠层结构30形成平行、一组线形沟槽32，如图4和5所示。可以通过钻、铣或冲叠层结构30形成完全穿过四个金属层16a、16b、16c和16d以及三个聚合物层14、18和20的沟槽32。每个沟槽32经过第二金属层16b或第三金属层16c中的一个内隔离间隙28。
下一步，如图6所示，用导电金属的镀层34镀覆第一和第四(外)金属层16a、16d的暴露的外表面以及沟槽32的内壁表面，导电金属是例如锡、镍或铜，最好是铜。为了提高附着强度，镀层34可以包括一层铜覆在非常薄的镍基层(未示出)上。可以通过任何适当的工艺例如电沉积进行金属镀覆步骤。金属镀层34可以定义为具有镀在沟槽32的内壁表面上的第一部分和分别镀在第一和第四金属层16a、16d的外表面上的第二和第三部分。
图7说明了在每个包含镀覆上金属镀层34的第一和第四金属层16a、16d中形成一组平行、线形外隔离间隙36的步骤。第一金属层中的外隔离间隙36与第一组沟槽32相邻，第四金属层中的外隔离间隙36与和第一组交错的第二组沟槽32相邻。外隔离间隙36可以通过与如上讨论的形成内隔离间隙28一样的工艺形成。
外隔离间隙36将第一金属层16a划分为第一多个外金属带38a，每个都限定在沟槽32和外隔离间隙36之间。在第四金属层中，外隔离间隙36将第四金属层16d划分为第二多个外金属带38b，每个都限定在沟槽32和外隔离间隙36之间。其中第一阵列中的外金属带38a位于离开第二阵列中的外金属带38b的沟槽32的相反侧上。此外，由于连续的沟槽32之间的外隔离间隙36的不对称的布置，每个外隔离间隙36都分别将外金属带38a、38b中的一个与窄的外金属带40a、40b分隔开来，每个沟槽32都具有一侧上的窄金属带40a、40b和另一侧上的金属带38a、38b。每个金属带38a、38b和窄金属带40a、40b都包括内箔层和外金属镀覆层。
图8说明了在叠层结构30的两个主外表面(也就是上和下表面)上形成多个绝缘区42的步骤。这个步骤是通过沿着每个外金属带38a、38b，在叠层结构30的两个适当表面上丝网印刷绝缘材料层来进行的。绝缘区42的形状要使得外隔离间隙36被绝缘材料添充，但留下沿着每个沟槽32的每个金属镀覆的外金属带38a、38b的相当大的部分未被覆盖或使其暴露。尽管绝缘区42可以覆盖窄带40a、40b的很小的相邻部分，但留下每个窄带40a、40b的大部分(若不是全部)表面都不被绝缘层42覆盖。
然后，如图9和10所示，在上面结合图6讨论的步骤中用镀层34金属镀覆的区再用薄焊料镀层44镀覆。焊料镀层44最好用电镀镀覆，但也可以采用本领域已知的任何其他合适的工艺(例如回流焊或真空淀积)镀敷，焊料镀层44覆盖镀覆到沟槽32的内壁表面的金属镀层34部分，以及留下外带38a、38b和窄金属带40a、40b那些未被绝缘层42覆盖的部分。焊料镀层44与绝缘层42平齐是很重要的。因此，必须控制绝缘层42和焊料镀层44的厚度，以确保在叠层结构30的上和下表面上提供基本上平齐的表面，如图10所示。
最后，最好沿着划刻的格线(未示出)分割(通过已知的技术)叠层结构30，以便形成多个单个的导电聚合物PTC器件，其中之一示于图11和12，用标号50表示。分割后，器件包含由外金属带38a的一个第一外阵列形成的第一外电极52；由内金属带26b的一个第一内阵列形成的第一内电极54；由内金属带26c的一个第二内阵列形成的第二内电极56；和由外金属带38b的一个第二阵列形成的第二外电极58。由第一聚合物层14形成的第一导电聚合物PTC元件60位于第一外电极52和第一内电极54之间；由第二聚合物层18形成的第二导电聚合物PTC元件62位于第一内电极54和第二内电极56之间；而由第三聚合物层20形成的第三导电聚合物PTC元件64位于第二内电极56和第二外电极58之间。
上述焊料镀层44在器件50的相反的两个端面上提供了第一和第二导电端66、68。第一和第二端66、68形成整个端面和器件50的部分上和下表面。通过绝缘层42形成了器件50的上和下表面的其余部分，绝缘层42使第一和第二端66、68彼此电绝缘。
如图12所示，第一端66与第一内电极54和第二外电极58紧密体接触。第二端68与第一外电极52和第二内电极56紧密体接触。第一端66还与由上述窄金属带40a形成的顶部金属段70a接触，而第二端68与由另一窄金属带40b形成的第二金属段70b接触。金属段70a、70b具有如此小的面积，以致于可以忽略其电流承载能力，这样不起电极的作用，这一点从下面可以看出。
为了描述方便，可以认为第一端66是输入端，第二端68是输出端，但这些规定是任意的，也可采用相反设置。对于这样定义的端子66、68，流过器件50的电流通路如下：从输入端66，电流(a)流过第一内电极54、第一导电聚合物PTC层14和第一外电极52到输出端68；(b)流过第一内电极54、第二导电聚合物PTC层18和第二内电极56到输出端68；和(c)流过第二外电极58、第三导电聚合物PTC层20和第二内电极56到输出端68。这个电流通路等效于在输入和输出端66、68之间并联连接导电聚合物PTC层14、18和20。
可以看到根据上述制造工艺构成的器件是非常小巧的。具有小的安装面积，而得到了相当高的保持电流。
根据本发明的器件50的特征在于，在每个第一和第二外电极52、58的表面上的全金属化层34，分别为器件50的上和下表面上的第一和第二端66、68的上端和下端的附着提供了大的表面积。改进还在于，在第一和第二端66、68的端部之间的外电极52、58的金属化外表面上涂覆外绝缘层42，以便在第一和第二端66、68之间提供电绝缘，其中外绝缘层42与器件50的上和下表面上的端子66、68的焊料镀层平齐。
上面描述的改进相对于现有的多层导电聚合物PTC器件提供了数项好处，所有的好处都主要起源于能在端子的端部和和外电极52、58之间提供大的附着“区域”。具体地说，这个结构在端子66、68和外电极52、58之间提供了增强的焊料接合强度，增强了热扩散特性，降低了端子接合处的接触电阻。对于给定尺寸的器件，后两个特性导致了更高的保持电流。其中非常重要的一点是在顺序的电极之间提供了比至今在多层聚合物PTC器件中得到的覆盖面积更大的覆盖面积，从而增加了器件的有效电流承载截面积。结果对于给定的安装面积，进一步增加了保持电流。
应当意识到可以非常容易地对上述制造方法进行修改，以便制造包括夹在两个电极之间的单层导电聚合物层的器件，该器件具有与每个电极电连接的端子，端子被器件上和下外表面上的绝缘层彼此电绝缘。具体地说，这样的方法包括步骤：(1)提供叠层结构，包括夹在第一和第二金属层之间的第一导电聚合物层；(2)隔离第一和第二金属层的选定区，以便分别形成金属带的第一和第二阵列；(3)在第一阵列的每个金属带的外表面上形成多个第一绝缘区，在第二阵列的每个金属带的外表面上形成多个第二绝缘区；(4)形成多个第一端，每个与第一阵列中的一个金属带电连接，形成多个相应的第二端，每个与第二阵列中的一个金属带电连接，每个第一端和相应的第二端被多个第一绝缘区中的一个和多个第二绝缘区中的一个电绝缘；和(5)将叠层结构划分为多个器件，每个器件包括夹在第一电极和第二电极之间的导电聚合物层，其中第一电极由第一阵列中的一个金属带形成，第二电极由第二阵列中的一个金属带形成；第一端只与第一电极电接触；和第二端只与第二电极电接触。
在单层实施例中，隔离第一和第二金属层的选定区的步骤包括：(2)(a)形成一组穿过叠层结构的基本上平行、线形的沟槽；(2)(b)用导电金属镀层，镀覆沟槽的内侧壁以及第一和第二金属层的外表面；和(2)(c)在每个包含镀覆了金属镀层的第一和第二金属层中，蚀刻出一组基本上是线形的隔离间隙。形成绝缘区的步骤和形成端子的步骤与上面描述的多层实施例基本相同，但条件是形成的端子要使多个第一端中的每一个只与第一电极电接触，多个第二端中的每一个只与第二电极电接触。
在本说明书和附图中已经详细描述了示例性的实施例，可以理解所属领域的技术人员可以受到启发作出大量的修改和变化。例如，可以用很宽范围内的多种电特性的导电聚合物组合物实施这里描述的制造工艺，这样就并不限于那些具有PTC性能的导电聚合物。而且很清楚，可以很容易地将上述制造方法用于制造具有少于三层或多于三层导电聚合物层的器件。此外，在本发明非常有利于制造SMT器件的同时，可以很好地将其用于制造具有各种物理结构和板装配安排的多层导电聚合物器件。这些和其它的变化和修改被认为是这里清楚描述的相应结构或工艺步骤的等同物，从而落入下面权利要求所限定的本
发明的范围内。

Claims (35)

1.一种电子器件的制造方法，包括步骤：
(1)提供：(a)第一叠层子结构，其包括夹在第一和第二金属层之间的第一导电聚合物层，(b)第二导电聚合物层，和(c)第二叠层子结构，其包括夹在第三和第四金属层之间的第三导电聚合物层；
(2)隔离第二和第三金属层的选定区，以便分别形成内金属带的第一和第二内阵列；
(3)将第一和第二叠层子结构叠加到第二导电聚合物层的相反的两表面上，以形成叠层结构；
(4)隔离第一和第四金属层的选定区，以分别形成外金属带的第一和第二外阵列；
(5)在每个外金属带的外表面上形成多个绝缘区；和
(6)形成多个第一端和第二端，每个第一端将第一内阵列中的一个内金属带与第二外阵列中的一个外金属带电连接，每个第二端将第一外阵列中的一个外金属带与第二内阵列中的一个内金属带电连接。
2.如权利要求1所述的方法，其中导电聚合物层具有PTC特性。
3.如权利要求1所述的方法，其中金属层由从镍箔和镀镍的铜箔所构成的组中选出的材料制成。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，还包括步骤：
(7)将叠层结构分为多个器件，每个器件包括：
夹在第一外电极和第一内电极之间的第一导电聚合物层，其中第一外电极由第一外阵列中的一个外金属带形成，第一内电极由第一内阵列中的一个内金属带形成；
夹在第一内电极和第二内电极之间的第二导电聚合物层，其中第二内电极由第二内阵列中的一个内金属带形成；和
夹在第二内电极和第二外电极之间的第三导电聚合物层，其中第二外电极由第二外阵列中的一个外金属带形成；
其中第一端只与第一内电极和第二外电极电接触，第二端只与第一外电极和第二内电极电接触。
5.如权利要求1、2或3所述的方法，其中隔离第二和第三金属层的选定区的步骤包括在第二和第三金属层的每层中蚀刻出一组基本上平行的、线形的隔离间隙的步骤，以便形成内金属带的第一和第二内阵列。
6.如权利要求5所述的方法，其中第二和第三金属层中的隔离间隙彼此错开，使得第一内阵列中的内金属带相对于第二内阵列中的内金属带错开。
7.如权利要求6所述的方法，其中隔离第一和第四金属层的选定区的步骤包括：
(4)(a)形成一组穿过叠层结构的基本上平行的线形沟槽，每个沟槽穿过第二或第三金属层中的一个内隔离间隙；
(4)(b)在沟槽的内侧壁以及第一和第四金属层的外表面上镀敷导电金属镀层；和
(4)(c)在包含镀覆在其上的金属镀层的第一和第四金属层的每层中蚀刻出一组基本上是线形的外隔离间隙。
8.如权利要求7所述的方法，其中进行所述的蚀刻一组外隔离间隙的步骤，以使在第一金属层中形成的外隔离间隙与第一组沟槽相邻，在第四金属层中形成的外隔离间隙与和第一组交错的第二组沟槽相邻。
9.如权利要求7所述的方法，其中形成多个绝缘区的步骤包括在第一和第四金属层的外表面上的导电金属镀层上淀积绝缘材料层的步骤，以使绝缘材料填充到外隔离间隙内，并且留出第一和第四金属层的与每个沟槽相邻的部分，使这些部分具有暴露的在镀覆步骤形成的金属镀层。
10.如权利要求9所述的方法，其中形成多个第一和第二端的步骤包括在镀覆的沟槽内壁上以及第一和第四金属层的具有暴露的金属镀层的部分上淀积焊料层的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其中进行所述的淀积焊料层的步骤，以使淀积在第一和第四金属层上的焊料层部分基本上与绝缘材料层平齐。
12.一种电子器件，具有第一和第二相反的端面，该器件包括：
第一、第二和第三导电聚合物层，每层都具有第一和第二相反的两表面；
第一和第二导电聚合物层由第一内电极分隔，该第一内电极与第一导电聚合物层的第二表面和第二导电聚合物层的第一表面电接触；
第二和第三导电聚合物层由第二内电极分隔，该第二内电极与第二导电聚合物层的第二表面和第三导电聚合物层的第一表面电接触；
第一外电极，具有外表面和与第一导电聚合物层的第一表面电接触的内表面；
第二外电极，具有外表面和与第三导电聚合物层的第二表面电接触的内表面；
导电金属层，具有分别覆盖器件的第一和第二端面的第一和第二端部，使得分别与第一和第二内电极电接触，顶和底部分别覆盖第一和第二外电极的外表面；
第一端，形成在第一端部和导电聚合物层的底部的部分上，使其与第一内电极和第二外电极电接触；和
第二端，形成在第二端部和金属层的顶部的部分上，使其与第二内电极和第一外电极电接触。
13.如权利要求12所述的电子器件，其中电极部件由金属箔制成。
14.如如权利要求13所述的电子器件，其中金属箔由从镍箔和镀镍的铜箔所构成的组中选出的材料制成。
15.如权利要求12所述的电子器件，其中第一、第二和第三导电聚合物层由具有PTC特性的材料制成。
16.如权利要求12所述的电子器件，其中第一和第二端是由镀覆到导电金属层上的焊料层而形成的。
17.如权利要求12、13、14、15或16所述的电子器件，还包括：
导电金属层的每个顶和底部上的绝缘层，将该绝缘层定位成使第一和第二端彼此绝缘。
18.如权利要求17所述的电子器件，其中第一和第二端以及导电聚合物层的顶和底部确定了器件的基本上平齐的上和下表面。
19.如权利要求12、13、14、15或16所述的电子器件，其中第一、第二和第三导电聚合物层通过第一和第二内电极以及第一和第二外电极并联连接在第一和第二端之间。
20.一种电子器件的制造方法，包括步骤：
(1)提供叠层结构，包括夹在第一和第二金属层之间的第一导电聚合物层；
(2)隔离第一和第二金属层的选定区，以便分别形成金属带的第一和第二阵列；
(3)在金属带的第一阵列的每个外表面上形成多个第一绝缘区，在金属带的第二阵列的每个外表面上形成多个第二绝缘区；和
(4)形成多个第一端，每个与第一阵列中的一个金属带电连接，并形成多个相应的第二端，每个与第二阵列中的一个金属带电连接，每个第一端和相应的第二端被多个第一绝缘区中的一个和多个第二绝缘区中的一个隔离开来。
21.如权利要求20所述的方法，其中导电聚合物具有PTC特性。
22.如权利要求20所述的方法，其中金属层由从镍箔和镀镍的铜箔所构成的组中选出的材料制成。
23.如权利要求20、21或22所述的方法，还包括步骤：
(5)将叠层结构分为多个器件，每个器件包括：
夹在第一电极和第二电极之间的导电聚合物层，其中第一电极由第一阵列中的一个金属带形成，第二电极由第二阵列中的一个金属带形成；
第一端只与第一电极电接触；和
第二端只与第二电极电接触。
24.如权利要求20、21或22所述的方法，其中隔离第一和第二金属层的选定区的步骤包括：
(2)(a)形成一组穿过叠层结构的基本上平行的线形的沟槽；
(2)(b)在沟槽的内侧壁以及第一和第二金属层的外表面上镀敷导电金属镀层；和
(2)(c)在每个包含镀覆在其上的金属镀层的第一和第二金属层中，蚀刻出一组基本上是线形的隔离间隙。
25.如权利要求24所述的方法，其中进行蚀刻隔离间隙组的步骤，使得在第一金属层中形成的隔离间隙与第一组沟槽相邻，在第二金属层中形成的隔离间隙与和第一组交错的第二组沟槽相邻。
26.如权利要求24所述的方法，其中形成多个第一和第二绝缘区的步骤包括分别在第一和第二金属层的外表面上的导电金属镀层上淀积第一和第二绝缘材料层的步骤，使得绝缘材料填充到隔离间隙内，并且留出第一和第二金属层的与每个沟槽相邻的部分，使这些部分具有暴露的从镀覆步骤形成的金属镀层。
27.如权利要求26的方法，其中形成多个第一和第二端的步骤包括在沟槽的镀覆了的内壁上以及在第一和第二金属层的具有暴露的金属镀层的部分上淀积焊料层的步骤。
28.如权利要求27所述的方法，其中进行淀积焊料层的步骤，使得淀积在第一和第二金属层上的焊料层部分与绝缘材料基本上平齐。
29.一种电子器件，具有第一和第二相反的端面，该器件包括：
导电聚合物层，其具有相反的第一、第二两表面；
第一电极，具有外表面和与导电聚合物层的第一表面电接触的内表面；
第二电极，具有外表面和与导电聚合物层的第二表面电接触的内表面；
导电金属层，具有分别覆盖器件的第一和第二端面的第一和第二端部，和分别覆盖第一和第三电极的外表面的顶和底部；
第一端，形成在第一端部和导电金属层的部分底部上，使其与第二电极电接触；和
第二端，形成在第二端部和金属层的部分顶部上，使其与第一电极电接触。
30.如权利要求29所述的电子器件，其中电极部件由金属箔制成。
31.如权利要求30所述的电子器件，其中金属箔由从镍箔和镀镍的铜箔所构成的组中选出的材料制成。
32.如权利要求29所述的电子器件，其中导电聚合物层由具有PTC特性的材料制成。
33.如权利要求29所述的电子器件，其中第一和第二端是通过镀覆到导电金属层上的焊料层而形成的。
34.如权利要求29、30、31、32或33所述的电子器件，还包括：
导电金属层的每个顶和底部上的绝缘层，将该绝缘层定位成使第一和第二端彼此绝缘。
35.如权利要求34所述的电子器件，其中第一和第二端以及导电聚合物层的顶和底部确定了器件的基本上平齐的上和下表面。
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