CN101950715A - 一种慢断型表面贴装熔断器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种慢断型表面贴装熔断器及其制作工艺，熔断器包括玻璃陶瓷基体、设置在玻璃陶瓷基体内的熔丝以及设置在玻璃陶瓷基体两端部的金属端电极，其中，所述熔丝由相互平行排列的多个熔丝单元构成，且各熔丝单元的两端部分别与金属端电极相连接。熔断器的制作工艺是将玻璃陶瓷生坯与熔丝单元采用共烧的方式一次烧结成型。本发明可实现小尺寸大功率慢断型表面贴装熔断器，采用多个熔丝单元并联的结构有助于过载时的能量扩散，降低了能量密度，可确保熔断器熔断安全；同时，每个熔丝单元的制作过程不受其它层熔丝影响，产品质量的一致性好；此外，本发明熔断器还具有较好的抗脉冲能力和较高的分断能力。

Description

一种慢断型表面贴装熔断器及其制作工艺

技术领域

本发明属于电路保护用熔断器领域，特别涉及一种新型大功率慢断表面贴装熔断器及其制作工艺。

背景技术

当前，线路保护元件在越来越多的电路板中得到应用，而其中过流保护元件可有效降低过电流对元件器以及使用者的损伤，而提供这种过流保护功能的元件之一是表面贴装熔断器。因表面贴装熔断器可与片式电阻、电容、电感等元件采用相同的组装工艺组装到电路板上，因此其应用遍及通讯设备、电脑、视听设备以及电源变换器等。随着应用领域的逐步拓展，表面贴装熔断器的系列划分也有最初的快断型、慢断型衍生出抗高浪涌、大电流等类型。但表面贴装熔断器受其自身的尺寸及材料强度限制，较难制作出大功率高额定电流的慢断型熔断器产品。

中国发明专利ZL95193295.0《面上安装式保险丝》中提供了一种在FR4环氧树脂基片上制作熔断器的方法，此方法可制作小尺寸(EIA0603和EIA0402等)、低冷态电阻的熔断器，但其直线型的熔丝在过载电流的条件下熔断较快，无法实现慢速熔断。

中国发明专利ZL97196373.8《表面贴装熔断器及其制造方法》中提供了一种蛇形的熔丝结构，这种结构可以有效提高熔丝的散热面积，使得熔断器在过载时产生的热量能够及时向周围散发，进而在高过载条件下可以承受较大的脉冲冲击。但此方法只能在基片表面制作熔丝，且无法制作多层熔丝结构，使得熔断器的额定电流受到很大限制，用此方法目前无法制作EIA0603尺寸额定电流超过5A的慢断型表面贴装熔断器；同时，因熔丝只能制作在基片表面，熔丝熔断瞬间其周围介质的灭弧性能较差，四溅的飞弧存在一定的安全隐患。

中国实用新型专利ZL200820217547.7中公开了一种多层片式保险丝，其包括陶瓷基片、背电极、面电极、熔丝，保护层和金属端头，其中熔丝为多层，相邻层熔丝依次首尾相接，相接熔丝的两端头分别与基片两侧的面电极相接，每层熔丝上有保护层。该结构的熔断器是采用在陶瓷基片上印刷一层与面电极连接的熔丝，然后在电极上面印刷保护层，再在保护层上面印刷熔丝，如此交替印刷，实现相邻层熔丝首尾相连，相连熔丝的两个端头分别与基片两侧的面电极连接。此结构可实现多层熔丝的串联结构，优点是有效的提高了熔丝的散热面积，可实现熔断器慢速熔断的特性；缺点是交替式的熔丝结构工艺复杂，每层熔丝都需要经过干燥、烧结工艺才能完成。同时，因相邻层熔丝中间夹有保护层，保护层制作和烧结后的一致性将对上层熔丝结构以及相邻熔丝的连接产生较大影响。虽然本方法可实现多层熔丝结构，但其工艺复杂，较难实现大功率高额定电流、低冷态电阻的慢断型熔断器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的慢断型表面贴装熔断器，其制备工艺简单。

本发明同时还要提供一种工艺简单、成本低廉的慢断型表面贴装熔断器的制作工艺。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种慢断型表面贴装熔断器，其包括玻璃陶瓷基体、设置在玻璃陶瓷基体内的熔丝以及设置在玻璃陶瓷基体两端部的金属端电极，其中，所述熔丝由相互平行排列的多个熔丝单元构成，且各熔丝单元的两端部分别与金属端电极相连接。

优选地，所述多个熔丝单元沿着玻璃陶瓷基体的高度方向分布。熔丝单元的形状或图案优选为非直线型且包含至少两个大于等于90°的弯曲段。例如熔丝单元可以为蛇形或其它形状以提高散热面积。多个熔丝单元的形状可以相同或不同，优选相同。

所述金属端电极可以是本领域公知的三层结构，即从熔丝单元的端部自内而外依次设置的金属银层、保护镍层和锡层，每个熔丝单元与玻璃陶瓷基体、金属端电极连接紧密，产品可靠性高。

本发明采取的另一技术方案是：一种上述的慢断型表面贴装熔断器的制作工艺，熔断器包括位于底部的下玻璃陶瓷基体层、位于顶部的上玻璃陶瓷基体层、位于下玻璃陶瓷基体层和上玻璃陶瓷基体层之间的至少一个熔丝单元层，熔丝单元层包含至少一个所述熔丝单元，该制作工艺包括如下步骤：

(1)、制作毛坯体：在承载板上自下而上分别制作所述各层的生坯，其中，玻璃陶瓷基体层的生坯通过涂布含有玻璃陶瓷粉和第一粘合剂的第一浆料并固化形成，熔丝单元层的生坯通过丝网印刷或钢板印刷含有可熔金属导体粉和第二粘合剂的第二浆料并固化形成；

(2)、对毛坯体进行排胶和烧结处理以除去第一粘合剂和第二粘合剂；

(3)、在经过步骤(2)的毛坯体的两端上连接金属端电极。

步骤(3)的具体过程是：首先使毛坯体的两端部沾上银，烘干，烧银，使得毛坯体的两端上形成与之紧密连接的银层，然后在银层上依次电镀镍层和锡层。

所述第一粘合剂、第二粘合剂均为可紫外光固化或可干燥固化的粘合剂。

根据本发明，熔断器可以仅含一个包括有多个熔丝单元的熔丝单元层，也即，多个熔丝单元水平分布在玻璃陶瓷基体上。然而，具有多个熔丝单元层的熔断器是优选的，则熔断器还包括位于两相邻的熔丝单元层之间的中间玻璃陶瓷基体层，该中间玻璃陶瓷层的生坯也通过涂布含有玻璃陶瓷粉和第一粘合剂的第一浆料并固化形成。

根据本发明的制作工艺中，玻璃陶瓷基体的生坯的涂布固化形成方法以及熔丝单元的丝网或钢网印刷方法均可采用常规技术进行。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明熔断器采用多个熔丝单元并联的方式，提高了熔丝与周围基体材料的接触面积，实现较好的散热性能；并且因周围的基体材料具有较强的灭弧性能，使得熔丝熔断起弧的瞬间，电弧可以迅速被周围的材料吸收，实现瞬间灭弧的目的，从而提高了大功率慢断微型表面贴装熔断器的分断能力和安全性。

2、本发明熔断器中的熔丝单元可与玻璃陶瓷基体一起采用共烧的方式一次烧结成型，工艺简单。

3、本发明熔断器的制作工艺简单、成本低廉。

附图说明

图1为实施例1熔断器的立体示意图；

图2为实施例1熔断器的主视剖视示意图；

图3为实施例1熔断器的熔丝单元的俯视示意图；

图4为实施例1熔断器的毛坯体的制作工艺流程图；

图5为实施例2熔断器的熔丝单元的俯视示意图；

图6为实施例3熔断器的熔丝单元的俯视示意图；

图7为实施例4熔断器的熔丝单元的俯视示意图；

其中：1、玻璃陶瓷基体；10、下玻璃陶瓷基体层(下生坯层)；11、上玻璃陶瓷基体层(上生坯层)；12、中间玻璃陶瓷基体层(中间生坯层)；2、熔丝；20、熔丝单元；21、熔丝单元层；3、金属端电极；30、银层；31、镍层；32、锡层；4、承载板。

具体实施方式

本发明涉及的表面贴装熔断器，包括玻璃陶瓷基体、熔丝以及金属端电极。其熔丝为多个熔丝单元构成的多层并联结构，每个熔丝单元均处在玻璃陶瓷基体内，并与玻璃陶瓷基体采用共烧的方式一次烧结成型，形成独石结构。每个熔丝单元的两端分别与两个金属端电极连接。所说的金属端电极可以是业内熟知的三层结构，从与熔丝相连处从内向外依次是金属银(也可以是其他导电金属)层、保护镍层和锡层。每个熔丝与玻璃陶瓷基体、端头电极连接紧密，产品可靠性高。

采用本发明结构的熔断器可制作EIA0603尺寸慢断型表面贴装熔断器，其额定电流可达8A，额定电压32Vdc，额定电压下的分断电流最高可达80A。

根据本发明大功率慢断微型表面贴装熔断器的制作工艺，需要包含玻璃陶瓷粉末和第一粘合剂的第一浆料与包含可熔金属粉末(银或银合金)用以形成熔丝单元的第二浆料。下面以熔丝由两个熔丝单元构成的熔断器为例，其制作工艺的具体步骤是：

(1)、在承载板或基带上通过涂布的方式制作一定厚度的第一浆料并固化，形成下玻璃陶瓷基体的生坯，此层涂布厚度可一次完成也可分多次完成；

(2)、在下玻璃陶瓷基体的生坯上通过丝网或钢板印刷第二浆料形成特定形状的图案并固化，形成第一熔丝单元的生坯，熔丝单元的长度与单个产品长度相同；

(3)、在熔丝单元的生坯上采用涂布的方式制作一定厚度的第一浆料并固化，形成中间玻璃陶瓷基体的生坯，此层涂布厚度也可一次完成也可分多次完成；

(4)、在中间玻璃陶瓷基体的生坯上通过丝网或钢板印刷第二浆料蛇形图案并固化，形成第二熔丝单元的生坯，第二熔丝单元的图案可以与步骤(2)中形成的第一熔丝单元的图案相同，也可是非直线型的其它类型图案。第二熔丝单元的长度与单个产品长度相同；

(5)、在第二熔丝单元的生坯上采用涂布的方式制作一定厚度的第一浆料并固化，形成上玻璃陶瓷基体的生坯，此层涂布厚度可一次完成也可分多次完成。

本领域的技术人员应当理解，熔丝单元的个数可根据实际需要进行增减。即可通过(1)、(2)、(3)、(4)、(5)步完成，或第一浆料和第二浆料重复多次上述操作实现具有更多层熔丝单元的结构。

在完成上述的涂布和固化步骤后形成多层结构的熔断器阵列毛坯，将毛坯经过横向和纵向切割后形成单个产品，剥离后将单个毛坯装入承载板中进行排胶和烧结处理。排胶和烧结过程中通过挥发，分解，或氧化过程等去除毛坯中的第一粘合剂和第二粘合剂，烧结后形成熔丝与玻璃陶瓷基体紧密结合的“独石”结构。

其后续加工过程如本领域技术人员所知，将烧结后的产品两端沾银、烘干、烧银，使得产品的两个端头银层与每层熔丝的两端形成紧密连接。最后进行电镀形成端头镍层和锡层。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1、2所示，本实施例的熔断器包括玻璃陶瓷基体1、熔丝2以及连接在玻璃陶瓷基体1两端的金属端电极3，其中熔丝2由沿着玻璃陶瓷基体1的高度方向分布的两个相互平行的熔丝单元20构成，每个熔丝单元20的两端部均分别与金属端电极3的银层31相连接。参见图3，两个熔丝单元20的形状相同，均为蛇形，且具有两个大于或等于90°的弯曲段。

为便于描述的目的，将在制作熔断器过程中位于熔丝单元20上方的上玻璃陶瓷基体层11的生坯称为“上生坯层”，位于熔丝单元20下方的下玻璃陶瓷基体层10的生坯称为“下生坯层”，将位于两熔丝单元20之间的玻璃陶瓷基体层12的生坯称为“中间生坯层”。下面详细介绍具有该结构的熔断器的制作工艺。

按照本实施例的熔断器的制作工艺包括如下步骤：

(1)、制作毛坯体：

a、在承载板4上采用涂布的方式制作一定厚度的带有可紫外光固化的第一粘合剂和玻璃陶瓷粉的第一浆料，紫外固化该第一浆料形成下生坯层10(见图4(a))，；

b、在下生坯层10上采用丝网印刷的方式印刷含有可紫外光固化的第二粘合剂和银或银合金粉末的第二浆料，并通过紫外光固化形成呈蛇形的熔丝单元层21(见4(b))；

c、在熔丝单元层21上涂布一定厚度的第一浆料，并通过紫外光固化形成中间生坯层12，中间生坯层12在固化过程中将与下生坯层10和熔丝单元层21形成具有一定结合力的整体(见4(c))；

d、在中间玻璃陶瓷基体层12上采用丝网印刷的方式印刷第二浆料，并通过紫外光固化形成蛇形的熔丝单元层21，该熔丝单元层21的形状与上述的熔丝单元层21的形状相同，以便于平均分布两层熔丝在工作时的承载电流(见4(d))；

e、在熔丝单元层21上涂布一定厚度的第一浆料，并通过紫外光固化形成上生坯层11，该上生坯层11与其接触的熔丝单元层21和中间生坯层12形成具有一定结合力的整体，至此得到生坯(见图4(e))；

f、将生坯经过切割处理切割成单个产品，然后将单个产品从承载板4上剥离得到毛坯体；

(2)、采用本领域技术人员熟知的排胶和烧结工序，去除毛坯体中含有的第一粘合剂和第二粘合剂，形成玻璃陶瓷基体与多层熔丝紧密结合的坯体。

(3)、采用业内熟知的片式电容、电阻的沾银工艺，将坯体两端沾上导电银浆，并经过干燥、烧结工艺，将端电极银层30与坯体内部的蛇形熔丝单元20的两端实现紧密连接，然后经过电镀镍和电镀锡工艺，在端电极银层30外形成电镀镍层31和锡层32，如图2所示。

本实施例可实现小尺寸大功率慢断型表面贴装熔断器，采用蛇形熔丝多层并联的结构有助于在过载时的能量扩散，降低了能量密度，可确保熔断器熔断安全；同时，每层熔丝的制作过程不受其他层熔丝影响，产品质量的一致性好；并且，第一浆料烧结后具有较好的灭弧性能，使得此微型表面贴装熔断器具有较好的抗脉冲能力和较高的分断能力。

实施例2

按照本实施例的熔断器的结果基本同实施例1，不同的是熔丝单元20的形状为图5所示的表面积更大的蛇形形状。

实施例3

按照本实施例的熔断器的结果基本同实施例1，不同的是熔丝单元20的形状为图6所示的横向弯曲形状。

实施例4

按照本实施例的熔断器的结果基本同实施例1，不同的是熔丝单元20的形状为图7所示的形状。

采用上述实施例1的结构和制作工艺做出了0603SB-5A、0603SB-8A产品。因目前市面上EIA0603尺寸大功率慢断微型表面贴装熔断器的最大额定电流为5A，无8A产品，所以只能将用上述实施例1制作的0603SB-5A与传统产品进行电性能对比，而根据本发明制作的0603SB-8A产品只能在与上述测试采用相同的测试指标的前提下列举测试结果。具体结果参见本说明书第8页的表1。

从表1可见，本额定电流为5A的熔断器的2倍额定电流过载和10倍额定电流过载熔断时间均较传统慢断型熔断器熔断慢，这说明采用发明的熔断器结构具有较好的散热环境，在相同能量的脉冲测试条件下，本发明的熔断器可以承受较大的脉冲冲击。同时，采用本发明制作的额定电流为8A的慢断型熔断器，其在32Vdc条件下分段电流可高达80A，这也充分体现了本发明熔断器的多层熔丝结构具有较好的灭弧性能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种慢断型表面贴装熔断器，包括玻璃陶瓷基体(1)、设置在所述玻璃陶瓷基体(1)内的熔丝(2)以及设置在所述玻璃陶瓷基体(1)两端部的金属端电极(3)，其特征在于：所述熔丝(2)由相互平行排列的多个熔丝单元(20)构成，各所述熔丝单元(20)的两端部分别与所述金属端电极(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的慢断型表面贴装熔断器，其特征在于：所述多个熔丝单元(20)沿着所述玻璃陶瓷基体(1)的高度方向分布。

3.根据权利要求2所述的慢断型表面贴装熔断器，其特征在于：所述熔丝单元(20)为非直线型，且包含至少两个大于等于90°的弯曲段。

4.根据权利要求3所述的慢断型表面贴装熔断器，其特征在于：所述熔丝单元(20)为蛇形。

5.根据权利要求1或3所述的慢断型表面贴装熔断器，其特征在于：多个所述熔丝单元(20)的形状相同或不同。

6.根据权利要求1所述的慢断型表面贴装熔断器，其特征在于：所述端电极包括与所述玻璃陶瓷基体(1)和所述熔丝单元(20)的端部相连接的银层(30)、电镀在所述银层(30)外表面上的镍层(31)以及电镀在所述镍层(31)外表面上的锡层(32)。

7.一种权利要求1所述的慢断型表面贴装熔断器的制作工艺，所述熔断器包括位于底部的下玻璃陶瓷基体层(10)、位于顶部的上玻璃陶瓷基体层(11)、位于所述下玻璃陶瓷基体层(10)和上玻璃陶瓷基体层(11)之间的至少一个熔丝单元层(21)，所述熔丝单元层(21)包含至少一个所述熔丝单元(20)，其特征在于：该制作工艺包括如下步骤：

(1)、制作毛坯体：在承载板上自下而上分别制作所述各层的生坯，其中，玻璃陶瓷基体层(10，11)的生坯通过涂布含有玻璃陶瓷粉和第一粘合剂的第一浆料并固化形成，熔丝单元层(21)的生坯通过丝网印刷或钢板印刷含有可熔金属导体粉和第二粘合剂的第二浆料并固化形成；

(2)、对毛坯体进行排胶和烧结处理以除去第一粘合剂和第二粘合剂；

(3)、在经过步骤(2)的毛坯体的两端上连接金属端电极。

8.根据权利要求7所述的制作工艺，其特征在于：步骤(3)的具体过程是：首先使毛坯体的两端部沾上银，烘干，烧银，使得毛坯体的两端上形成与之紧密连接的银层(30)，然后在银层(30)上通过电镀形成镍层(31)和在镍层(31)上电镀形成锡层(32)。

9.根据权利要求7所述的制作工艺，其特征在于：所述第一粘合剂、第二粘合剂为可紫外光固化或可干燥固化的粘合剂。

10.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于：所述熔丝单元层(21)有多个，所述熔断器还包括位于两相邻的熔丝单元层(21)之间的中间玻璃陶瓷基体层(12)，所述中间玻璃陶瓷层(12)的生坯也通过涂布含有玻璃陶瓷粉和第一粘合剂的第一浆料并固化形成。

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