TWI490905B - 保險絲及其製造方法 - Google Patents

Description

保險絲及其製造方法

本發明關於保險絲及其製造方法，且特別有關於高耐用度之保險絲，這是因為使用具有高機械強度由陶瓷材料構成的非導電性元件以及陶瓷管，陶瓷管藉由銲接環與密封電極接合，且透過改善時間延遲特性，陶瓷管可以在高電壓穩定地使用。

保險絲通常設置於電子裝置之中，例如電視機、電腦、卡式收音機、小型電子裝置與類似電子裝置。當過電壓施加其中時，保險絲會熔化阻斷功率傳遞，避免電路及電子元件被過電壓傷害。

在正常情況下，即使最大額定電壓施加在保險絲上，保險絲不允許產生大量的熱，也不應該被燒斷(斷開)(blown out)。保險絲僅在異常情況下會被燒斷。保險絲需有極佳的時間延遲特性，當例為突波電壓之短暫高電壓通過其上時，保護其不被燒斷。

第10圖是習知保險絲的側視圖。參考第10圖，韓國專利申請公告號為1992-0007019之專利揭露一種保險絲，其製造方法係***一端具有彎曲部7之臨時套管6，並使 用內部中央有燈絲2之玻璃管1在一端與矽上螺旋器(silicon creeper)8互鎖；退回臨時套管6，將玻璃管1中的燈絲2對準，並且移動玻璃管1中的燈絲2’，暫時對齊玻璃管1中的燈絲2，形成對角線；將具有內引線4的金屬帽3設置於玻璃管1兩端，使用銲鐵9將金屬帽3焊接在暫時對齊的燈絲2兩端，形成對角線。

然而，這種習知的保險絲，使用的是玻璃管，且 玻璃管是用銲接接合的，所以耐用度很低。此外，由於內引線插在玻璃管中，所以燈絲長度有限。因此，習知的燈絲無法提供足夠的時間延遲以供高電壓操作。

因此，有鑑於上述問題，本發明提供一種保險絲，因為使用具有較佳機械強度之陶瓷材料形成非導電性元件且使用銲接環來接合陶瓷管和每一個密封電極，所以本發明保險絲具有較佳耐用度，本發明亦提供該保險絲之製造方法。

本發明提供一種保險絲，因為纏繞在非導電元件外表面的可熔元件具有足夠長度和足夠匝數，時間延遲特性可被改善，所以保險絲可穩定操作於高電壓，本發明亦提供該保險絲之製造方法。

本發明提供一種能夠改善銲接環之濕潤特性和接合強度的保險絲，其係藉由在銲接接面形成電鍍層而達成，本發明亦提供該保險絲之製造方法。

本發明提供一種保險絲，保險絲包括其內充有惰性氣體之陶瓷管；一對密封電極，設置於陶瓷管兩端且分別電 性連接至引線；保險絲單元，設置於陶瓷管之中，電性連接至密封電極，且包括非導電性元件、設置於非導電性元件兩端之端電極以及電性連接於端電極之可熔元件；以及複數銲接環，設置於陶瓷管與每一個密封電極之間。藉由熔化銲接環將陶瓷管與密封電極接合。

非導電性元件可為圓柱形，且由陶瓷材料構成， 且可熔元件纏繞於非導電性元件之外表面。

銲接環可包括含銅(Cu)、銀(Ag)與鋅(Zn)之合金。

每一個密封電極包括接觸部，接觸部朝陶瓷管內 部突起且與保險絲單元接觸；以及接面部，接面部與銲接環接合。

銲接環之外表面設置於與陶瓷管之外表面等高之 處，且銲接環之內表面設置於朝陶瓷管內部延伸至比陶瓷管之內緣更內部之處。

銲接環包括與該陶瓷管一端接合之外部以及與保 險絲單元一端接合之內部。

保險絲更包括複數銲接元件，銲接元件會在接觸 部和每一個端電極之間熔化，並將接觸部和端電極接合在一起。

保險絲更包括含鎳(Ni)或鈦(Ti)之電鍍層，電鍍層 形成於接觸部、接面部與端電極之至少一者之上，並藉由銲接環或銲接元件之熔化過程改善接合強度。

本發明提供一種保險絲之製造方法，包括提供第 一密封電極；在第一密封電極上，依序堆疊第一銲接環與陶瓷 管；將保險絲單元***陶瓷管；在陶瓷管上，依序堆疊第二銲接環與第二密封電極；以及將組裝後之結構置入充有惰性氣體之腔室並熔化第一銲接環與第二銲接環，用以將陶瓷管與第一密封電極及第二密封電極之間密封。保險絲包括陶瓷管，陶瓷管之中設置有保險絲單元；第一密封電極與第二密封電極，第一密封電極與第二密封電極分別***陶瓷管兩端，用以與保險絲單元接合；以及第一銲接環與第二銲接環，第一銲接環與第二銲接環分別與第一密封電極與第二密封電極接合。

第一密封電極與第二密封電極包括接觸部，接觸 部朝陶瓷管內部突起且與保險絲單元接觸；以及接面部，接面部與第一銲接環與第二銲接環接合，且第一銲接環和第二銲接環可被***第一密封電極和第二密封電極之接面部。

第一銲接環與第二銲接環是由銀、銅、錫和鋅構 成；且銲接是在500℃至850℃熔化第一銲接環與第二銲接環。

本發明揭露之保險絲之製造方法，更包括將含鎳 或鈦之電鍍層進一步設置於接面部之表面上，藉由熔化第一銲接環與第二銲接環，改善接合強度。

1‧‧‧玻璃管

2、2’‧‧‧燈絲

3‧‧‧金屬帽

4‧‧‧引線

6‧‧‧臨時套管

7‧‧‧彎曲部

9‧‧‧銲鐵

100、100a、100b、100c、100d‧‧‧保險絲

110、110a‧‧‧保險絲單元

111‧‧‧非導電性元件

115、115a、115b‧‧‧可熔元件

117、117a‧‧‧端電極

120‧‧‧陶瓷管

130、130b、135‧‧‧密封電極

131‧‧‧接面部

133、133a‧‧‧接觸部

150‧‧‧第一銲接環

150a、150b、150c‧‧‧銲接環

151‧‧‧外表面

152‧‧‧內表面

153‧‧‧外部

154‧‧‧內部

155‧‧‧第二銲接環

160‧‧‧銲接元件

170‧‧‧引線

180、181、183、185‧‧‧電鍍層

G‧‧‧間隙

C‧‧‧腔室

本發明之實施例現在將參照所附示意圖式來更詳細敘述，其中：第1A圖至第1C圖是本發明保險絲單元的側視圖；第2圖是本發明第一實施例所揭露之保險絲的側視圖；第3圖是本發明第一實施例所揭露之保險絲的分解側視圖； 第4圖是本發明第二實施例之保險絲的側視圖；第5圖是本發明第三實施例之保險絲的側視圖；第6圖是本發明第四實施例之保險絲的側視圖；第7A圖和第7B圖是本發明第五實施例之保險絲的側視圖；第8A圖至第8F圖為本發明之一實施例，其說明保險絲的製造方法；第9圖是本發明之保險絲設置在基板表面的側視圖；以及第10圖是習知保險絲的側視圖。

本發明將搭配所附圖式說明如下。

當相關技術的詳細描述能避免非必要地混淆本發明的主題事項時，其描述將被省略。此外，下列術語，其定義考慮本發明的功能，這取決於使用者的意圖或司法判例時，術語可能會被改變。因此，基於本說明書的全部公開內容，每個術語的含義應當被解釋。

第1A圖至第1C圖是本發明保險絲單元的側視圖。第2圖是本發明第一實施例之保險絲的側視圖。第3圖是本發明第一實施例之保險絲的分解側視圖。

如第1A圖至第3圖所示，本發明揭露之保險絲100通常包括陶瓷管120、密封電極130、保險絲單元110與第一銲接環150。

舉例來說，本發明之保險絲100包括其內充有惰性氣體的陶瓷管120；一對密封電極130，密封電極130設置 於陶瓷管120兩端且分別與引線170電性連接；保險絲單元110，保險絲單元110設置於陶瓷管120之中且與密封電極130電性連接，且包括可熔元件115；以及第一銲接環150，第一銲接環150密封於陶瓷管120和每一個密封電極130之間。

參考第1A圖，本發明揭露之保險絲單元110包括非導電性元件111；端電極117，端電極117設置於非導電性元件111兩端；以及可熔元件115，可熔元件115與端電極117電性連接。

非導電性元件111可為圓柱形，且可由例為鋁之陶瓷材料構成。此外，可熔元件115設置於非導電性元件111之外表面。

端電極117可由銅合金構成且設置於非導電性元件111兩端以電性連接密封電極130與保險絲單元110。

可熔元件115螺旋纏繞於非導電性元件111之外表面。因為可熔元件115的長度比第1B圖和第1C圖的可熔元件115a和115b的長度還長，所以保護保險絲100不被突波電壓燒斷的時間延遲特性得以改善。因此，保險絲100可穩定操作於例為250伏特(或更高)之高電壓。

當過電流施加於可熔元件115時，可熔元件115被熔斷(斷開)。此外，舉例而言，可熔元件115可由銅(Cu)、銀(Ag)、銅銀合金、鎳銅合金、鎳鐵合金、銅表面鍍銀、鐵、鉻(Cr)，以及主成分為鎳之鐵合金。

此外，參考第1B圖，本發明之保險絲單元110a包括中空圓筒狀之非導電性元件111；端電極117，端電極117 設置於非導電性元件111兩端；以及可熔元件115a，可熔元件115a電性連接至端電極117且穿過非導電性元件111。

此外，參考第1C圖，本發明之保險絲單元110b包括非導電性元件111；端電極117，端電極117設置於非導電性元件111兩端；以及可熔元件115b，可熔元件115b沿著長度方向設置於非導電性元件111外表面，以電性連接於端電極117。

因此，本發明揭露之保險絲單元110a能以多種形狀來形成，需視產品的用途和特定而定。

本發明揭露之陶瓷管120具有圓柱狀外型且由陶瓷材料構成。圓柱狀的陶瓷管120兩端具有密封電極130並以密封電極130加以密封。此外，陶瓷管120的兩端透過銲接接面和密封電極組裝在一起。

如上述，密封電極130設置於陶瓷管120兩端且分別電性連接於引線170。

此外，舉例來說，密封電極130可由銅合金構成。

舉例來說，每一個密封電極130可包括接觸部133，接觸部133朝陶瓷管120內部凸起並***陶瓷管120且與保險絲單元110和接合於第一銲接環150之接面部131接觸。

因為密封電極130之接觸部133朝內突起，所以密封電極130可有效地組裝於第一銲接環150或陶瓷管120。因為陶瓷管120內之保險絲單元110在銲接過程中會被擠壓，密封電極130和接觸部133之間的電性連接會被改善。

本發明之第一銲接環150會在陶瓷管120和每一 個密封電極130之間熔化，作為熔填金屬，密封電極130在銲接時作為連接陶瓷管120和密封電極130之本體金屬。

舉例來說，第一銲接環150可由包括銅(Cu)、銀(Ag)與鋅(Zn)之合金構成。

此外，銲接製程是以比第一銲接環150之熔點更高的溫度進行，作為熔填金屬，且比陶瓷管120和密封電極130的熔點更低的溫度進行，作為本體金屬。

用來表示熔填金屬和本體金屬之間親和度的濕潤特性是影響銲接接面的重要因素。換言之，當陶瓷管120和密封電極130之間的銲接環其濕潤特性不佳時，便無法形成其間的接面。因此，本發明使用具有極佳濕潤特性之陶瓷材料和熔填金屬來形成容納保險絲單元110的陶瓷管120，而非使用濕潤特性不佳的玻璃材料和熔填金屬來形成陶瓷管。

此外，因為第一銲接環150在陶瓷管120和密封電極130的表面上熔化時會發生毛細作用，所以使用第一銲接環150的銲接接面具有較佳之結合強度且具有極佳抗震特性(如震動或其他物理現象)。

同時，第一銲接環150的外表面151設置於與陶瓷管120之外表面等高之處，且第一銲接環150的內表面152設置於朝陶瓷管120內部延伸至比陶瓷管120內緣更內部之處。因此，能夠改善密封效率。

如上所述，因為陶瓷管120是以較佳機械強度之陶瓷材料構成，且使用第一銲接環150來接合陶瓷管120和每一個密封電極130，所以本發明揭露之保險絲100耐用度較 佳，保險絲100可穩定操作於高電壓。

第4圖是本發明第二實施例之保險絲100a的側視圖。

參考第4圖，本發明之保險絲100a更包括銲接元件160，銲接元件160將每一個接觸部133與每一個端電極117連接起來。

舉例而言，銲接元件160可為板形且可由包括銅(Cu)、銀(Ag)和鋅(Zn)之合金構成。

如同第一銲接環150，銲接元件160會在接觸部133和端電極117之間熔化，並將接觸部133和端電極117接合在一起。

因此，藉由銲接元件160，保險絲單元110可與密封電極130更牢靠地接合，藉此改善保險絲100a的耐用度。

第5圖是本發明第三實施例之保險絲100b的側視圖。

參考第5圖，本發明揭露之保險絲100b的銲接環150a與陶瓷管120和保險絲單元110均接合。

換言之，銲接環150a包括與陶瓷管120一端接合之外部153；以及與保險絲單元110一端接合(例如端電極117)之內部154。

因此，銲接環150a的厚度可大於或等於接觸部133a的厚度。這是因為當銲接環150a的厚度大於接觸部133a的厚度時，銲接環150a會在熔化後與陶瓷管120和端電極117接合。

此外，相較於第2圖之第一銲接環150，銲接環150a的內部154朝更內部之處延伸，且相較於第2圖的接觸部133，接觸部133a的寬度更窄。

第6圖是本發明第四實施例之保險絲100c的側視圖。

參考第6圖，本發明揭露之保險絲100c更包括電鍍層180，以改善第一銲接環150或銲接元件160與本體金屬之間的濕潤特性。

舉例來說，電鍍層180(181、183和185)形成於接觸部133、接面部131與端電極117之至少一者之上，以改善第一銲接環150或銲接元件160之接合強度，並藉由熔化過程改善放電特性。

此外，電鍍層180可包括鎳(Ni)或鈦(Ti)，且可由例為Ni₃ P之化合所組成。

第7A圖和第7B圖是本發明第五實施例之保險絲100d的側視圖。

參考第7A圖和第7B圖，本發明每一個密封電極130b具有平板外形，而無突出的接觸部，這個特徵與第1圖至第6圖所示之密封電極不同。

此外，銲接環150b具有平板外形，使其能同時與陶瓷管120一端和端電極117接合(第7A圖)。

此外，銲接環150c具有空心環外形，使得密封電極130b直接與端電極117接觸(第7B圖)。

本發明揭露之一種保險絲的製造方法將作詳細說 明如下。

第8A圖至第8F圖為本發明之一實施例，其說明保險絲100的製造方法。

如上所述，本發明所揭露之保險絲100的製造方法包括陶瓷管120，保險絲單元110設置其中，第一密封電極130和第二密封電極135分別***陶瓷管120的兩端並和保險絲單元110連接，且第一銲接環150和第二銲接環155分別連接陶瓷管120和第一密封電極130和第二密封電極135。

首先，參考第8A圖，在步驟S1，形成第一密封電極130。第一密封電極130包括接觸部133，接觸部133朝陶瓷管120內部突起並被***陶瓷管120且和保險絲單元110接合；以及接面部131，接面部131與第一銲接環150接合。

因此，參考第8B圖，在步驟S2，第一銲接環150和陶瓷管120依序堆疊在第一密封電極130之上。

第一銲接環150設置於第一密封電極130之接面部131之上，且陶瓷管120設置在第一銲接環150之上。

因此，參考第8C圖，在步驟S3，保險絲單元110被***陶瓷管120之中。

保險絲單元110包括非導電性元件111；第一端電極117和第二端電極117a，第一端電極117和第二端電極117a設置於非導電性元件111兩端；以及可熔元件115，可熔元件115電性連接於第一端電極117和第二端電極117a。

***後的保險絲單元110，其第一端電極117設置於第一密封電極130之接觸部133之上。在第一端電極117的 內表面和非導電性元件111之間形成間隙G或空間。當第二密封電極135和第一端電極117接合時(如後述)，並且透過步驟S5所述之銲接製程，施加於其上的壓力會讓間隙G或空間消失。間隙G或空間可在保險絲單元110的組裝過程中自然地或人為地形成。

然後，參考第8D圖，在步驟S4，第二銲接環155 和第二密封電極135依序堆疊於陶瓷管120之上。

在銲接接面之前，透過步驟S1至步驟S4，組裝保 險絲100。

然後，將經歷步驟S1至步驟S4之保險絲100設 置在充滿惰性氣體的腔室C之中，並且在步驟S5，透過熔化第一銲接環150和第二銲接環155，將陶瓷管120和第一密封電極130和第二密封電極135密封。

步驟S5可在其內充有惰性氣體之腔室C內進行， 且密封後之陶瓷管120內部充有惰性氣體。此外，惰性氣體避免保險絲單元110氧化並改善耐用度。

保險絲100被垂直置入縱向站立的腔室C(第8E 圖)。加熱腔室C以熔化第一銲接環150和第二銲接環155，藉此完成接面(第8F圖)。

將腔室C加熱至比第一密封電極130、第二密封電 極135(第一和第二密封電極作為本體金屬)與陶瓷管120之熔點還低的溫度，以避免本體金屬解離。加熱的溫度可視第一銲接環150和第二銲接環155的材料在500℃至850℃的範圍內調整。舉例來說，當第一銲接環150和第二銲接環155的成分 為包含銅和銀之合金(例如Ag₂₅ Cu)時，腔室C被加熱至800℃至850℃。可熔元件115可以銲接後不會燒斷的材料構成，舉例來說，鎳銅合金或鎳鐵合金。

此外，當第一銲接環150和第二銲接環155由含 金、銅、鋅和錫之合金構成時，例如Ag₅₆ CuZnSn，銲接的溫度介於600℃至650℃。因此，除了鎳銅合金或鎳鐵合金之外，可熔元件115亦可由在800℃至850℃燒斷之銅、銀與銅銀合金構成。

換言之，藉著將第一銲接環150和第二銲接環155 的銲接溫度由800℃至850℃的範圍降低至600℃至650℃的範圍，習知可熔元件之主要元素亦可使用，例如銅、銀、銅銀合金與類似合金。因此，保險絲的構成元素有很多選擇。此外，在800℃(或更高)時，可熔元件115即使沒有被燒斷，其亦會被熱所劣化。然而，當銲接過程在600℃至650℃的相對低溫進行時，因熱所導致之效能和品質劣化將會降低。

接著，加熱後的第一銲接環150和第二銲接環155 熔化以在密封狀態下透過毛細作用接合本體金屬的表面，從而減少厚度。然後，將引線連接至密封電極的外表面，然後保險絲100便製造完成。

第9圖是本發明之保險絲100a設置在基板表面的 側視圖。

參考第9圖，引線並未圖示，且本發明保險絲100a 之密封電極130與焊球接合。因此，保險絲100a可為表面接著裝置(SMD)。

如上所述，本發明揭露一種保險絲的製造方法， 使用較佳機械強度的陶瓷材料作為陶瓷管，且使用銲接環連接陶瓷管和密封電極，因此保險絲的接合強度和耐用度得以改善。

此外，藉著將可熔元件纏繞於非導電性元件的外 表面，時間延遲特性可以被改善，所以保險絲可以穩定地操作於高電壓。

此外，藉著將銲接製程的溫度降低至600℃至650 ℃的範圍，即使在上述溫度範圍使用習知材料，可熔元件也不會燒斷。

如上所述，根據本發明揭露之保險絲的製造方 法，其透過銲接製程製造一種具有高耐用度且能穩定操作於250伏特(或更高)之保險絲。

由上述說明可知，本發明揭露一種保險絲及其製 造方法，因為使用較佳機械強度的陶瓷材料作為非導電性元件且使用陶瓷管，且使用銲接環接合陶瓷管和每一個密封電極，所以可以改善保險絲的耐用度。

此外，本發明揭露一種保險絲及其製造方法，因 為纏繞在非導電元件外表面的可熔元件具有足夠長度和足夠匝數，時間延遲特性可被改善，所以保險絲可穩定操作於高電壓。

此外，本發明揭露一種保險絲及其製造方法，因 為在銲接接面有電鍍層，所以可以進一步改善濕潤特性和接合強度。

本發明較佳實施例已由說明書搭配所附圖式揭露如上，本領域具有通常知識者應能知悉，在不脫離本發明及申請專利範圍揭露之範疇及精神的前提下，當能作些許變動、增刪及替換。

100‧‧‧保險絲

110‧‧‧保險絲單元

120‧‧‧陶瓷管

130‧‧‧密封電極

150‧‧‧銲接環

170‧‧‧引線

111‧‧‧非導電性元件

115‧‧‧可熔元件

117‧‧‧端電極

Claims (13)

1. 一種保險絲，包括：一陶瓷管；一對密封電極，設置於該陶瓷管兩端且分別電性連接至引線；一保險絲單元，設置於該陶瓷管之中，電性連接至該等密封電極，且包括一非導電性元件、設置於該非導電性元件兩端之複數端電極，以及電性連接至該等端電極之一可熔元件；以及複數銲接環，設置於該陶瓷管與每一個該等密封電極之間，其中藉由熔化該銲接環將該陶瓷管與該等密封電極接合。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之保險絲，其中：該非導電性元件為圓柱形，且由陶瓷材料構成；及該可熔元件纏繞於該非導電性元件之外表面。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之保險絲，其中該等銲接環包括含銅(Cu)、銀(Ag)與鋅(Zn)之合金。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之保險絲，其中每一個該等密封電極包括一接觸部，該接觸部朝該陶瓷管內部突起且被***該陶瓷管而與該保險絲單元接觸；以及一接面部，該接面部與該銲接環接合。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之保險絲，其中該銲接環之一外表面設置於與該陶瓷管之一外表面等高之處，且該銲接環之一內表面設置於朝該陶瓷管內部延伸至比該陶瓷管之一內緣更內部之處。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之保險絲，其中該銲接環包括與該陶瓷管一端接合之一外部以及與該保險絲單元一端接合之一內部。
7. 根據申請專利範圍第4項所述之保險絲，更包括複數銲接元件，該等銲接元件會在該接觸部和每一個該端電極之間熔化，並將該接觸部和該端電極接合在一起。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之保險絲，更包括含鎳(Ni)或鈦(Ti)之一電鍍層，該電鍍層形成於該接觸部、該接面部與該端電極之至少一者之上，並藉由該銲接環或該銲接元件之熔化過程改善接合強度。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之保險絲，其中在密封後之該陶瓷管與該保險絲單元之間的空間充有惰性氣體。
10. 一種保險絲之製造方法，該保險絲包括一陶瓷管，該陶瓷管之中設置有一保險絲單元；一第一密封電極與一第二密封電極，該第一密封電極與該第二密封電極分別***該陶瓷管兩端，用以與該保險絲單元接合；以及一第一銲接環與一第二銲接環，該第一銲接環與桿第二銲接環密封於該陶瓷管與每一個該密封電極之間，該製造方法包括：提供該第一密封電極；在該第一密封電極上，依序堆疊該第一銲接環與該陶瓷管；將該保險絲單元***該陶瓷管；在該陶瓷管上，依序堆疊該第二銲接環與該第二密封電極；以及將組裝後之結構置入一腔室並熔化該第一銲接環與該第二 銲接環，用以將該陶瓷管與該第一密封電極及該第二密封電極之間密封。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中：該第一密封電極與該第二密封電極包括一接觸部，該接觸部朝該陶瓷管內部突起且與該保險絲單元接觸；以及一接面部，該接面部與該第一銲接環與該第二銲接環接合。
12. 根據申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中：該第一銲接環與該第二銲接環是由Ag₂₅ CuZnSn構成，Ag₂₅ CuZnSn為銀、銅、鋅和錫組成之合金；及該銲接是在500℃至850℃熔化該第一銲接環與該第二銲接環。
13. 根據申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中：將含鎳或鈦之一電鍍層進一步設置於該接面部之表面上，藉由熔化該第一銲接環與該第二銲接環，改善接合強度。