專利名稱：芯片型保險(xiǎn)絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片型保險(xiǎn)絲，可以表面貼裝方式固定在電路板上，特 別涉及一種在熔絲上方具備中空穴的芯片型保險(xiǎn)絲構(gòu)造及其制作方法。中空 穴更可以形成密封狀態(tài)，包含小于1個(gè)大氣壓力的氣體。
背景技術(shù)：
保險(xiǎn)絲廣泛應(yīng)用于電子和電機(jī)工業(yè)，保護(hù)產(chǎn)品免于過大電流的破壞和可 能發(fā)生的起火災(zāi)難。其原理是當(dāng)電流流經(jīng)具備適當(dāng)阻抗的導(dǎo)電熔絲，當(dāng)電流 超過額定規(guī)格時(shí)，熔絲因過熱而燒斷，隔絕電流進(jìn)入產(chǎn)品。而燒斷后的阻抗 愈高，則隔絕效果愈佳。通常熔絲的截面積愈大，則阻抗愈低，額定電流愈 高。保險(xiǎn)絲與被保護(hù)的電路串聯(lián)，在額定電流范圍內(nèi)使用時(shí)，電壓降與溫度 上升愈少愈好。而熔絲經(jīng)由過大電流加熱，在完全熔斷前會(huì)產(chǎn)生電弧，其是 瞬間且局部的高能量，破壞力很強(qiáng)，是保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)與制作上必須考慮的重要 因素。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲由中空的絕緣體構(gòu)成，成份是玻璃或陶瓷。絕緣體內(nèi)放置 細(xì)長(zhǎng)形的熔絲，使用的材料通常是銀和銅的合金。在絕緣體的兩端分別壓合 或黏結(jié)一個(gè)金屬蓋，并與熔絲的兩端分別對(duì)應(yīng)連接。電流經(jīng)過熔絲產(chǎn)生的熱 和過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的電弧，完全限制在中空的絕緣體內(nèi)。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲 必須通過焊接在電路板上的保險(xiǎn)絲座與電路串聯(lián)，亦可進(jìn)行替換，工業(yè)界已 使用多年，通常使用在電子和電機(jī)產(chǎn)品的電源輸入端。缺點(diǎn)是尺寸太大，常用的小尺寸規(guī)格(直徑x長(zhǎng)度)是5x20毫米(mm)，不適合現(xiàn)今電子產(chǎn)品輕薄短 小的需求。為了適應(yīng)電子產(chǎn)品輕薄短小的需要，工業(yè)界于近年來推出芯片型保險(xiǎn) 絲，特點(diǎn)是尺寸小，常用的長(zhǎng)度與寬度規(guī)格是1.6x0.8毫米(mm)與3.2x1.6 毫米(mm)，可以表面貼裝方式固定在電路板上。因其尺寸小，不僅可應(yīng)用于 電源輸入端，更可使用于產(chǎn)品內(nèi)部的電路板與線路，形成多層次的保護(hù)。另外因其可以自動(dòng)化機(jī)器生產(chǎn)，制造費(fèi)用比傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲更低。請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)的芯片型保險(xiǎn)絲1包含基板11、熔絲12、保護(hù)層 19、兩個(gè)端電極14和兩個(gè)末端墊16?；錶l電絕緣，通常是長(zhǎng)方形，其材質(zhì)是氧化鋁陶瓷、玻璃或高分子。熔絲12的成份是金、銀、鋁、銅、白金等金屬，以濺鍍、電鍍等薄膜制造工藝制作于基板11的表面。兩個(gè)金屬材料的末端墊16分別連接到熔絲12的兩端，其寬度較熔絲12大，厚度和熔 絲12—樣或更厚，材料可不同于熔絲12。為了制作方便，末端墊16的材料 和厚度，最好能和熔絲12相同，如圖1所示。用以導(dǎo)電的端電極14形成于基板11兩端的側(cè)邊，經(jīng)由末端墊16與熔 絲12的兩端分別對(duì)應(yīng)連接，是芯片型保險(xiǎn)絲1與電路板(未顯示)的接點(diǎn)。保 護(hù)層19涂布于熔絲12與基板11的表面，其材料是玻璃或耐溫高分子，隔 離或減少環(huán)境中的濕氣、氧氣與機(jī)械力等對(duì)熔絲12的腐蝕與破壞。上述現(xiàn)有技術(shù)的芯片型保險(xiǎn)絲1雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，但是保護(hù)層19與熔絲 12直接接觸，因此在額定電流范圍內(nèi)使用時(shí)，熔絲12所產(chǎn)生的高熱易造成 保護(hù)層19內(nèi)的局部高溫與熱應(yīng)力，因此會(huì)降低芯片型保險(xiǎn)絲1長(zhǎng)期使用的 可靠度。尤其在過大電流的負(fù)載下，熔絲12完全熔斷前所產(chǎn)生的高熱與電 弧，熔化或破壞保護(hù)層19，導(dǎo)致熔融狀態(tài)下的熔絲材料很可能飛濺出去，造 成鄰近金屬線路之間的短路，甚至引發(fā)起火意外。美國(guó)專利公告第5,726,621號(hào)與第6，034，589號(hào)公開一種芯片型保險(xiǎn)絲， 提供局部改進(jìn)技術(shù)，對(duì)原本為一條的熔絲結(jié)構(gòu)，改成多條熔絲并聯(lián)的結(jié)構(gòu)， 并以絕緣層隔絕相鄰的兩條熔絲。其以"絕緣層-熔絲-絕緣層-熔絲----絕緣層" 的多層堆疊方式，將電流分散至多處，其中的絕緣層由玻璃和陶瓷材料構(gòu)成。 這些發(fā)明減少上述公知技術(shù)的熱應(yīng)力與保護(hù)層破壞問題，但是熔絲仍然與絕 緣層直接接觸，上述熱應(yīng)力與保護(hù)層破壞的問題并未徹底解決，而且多層堆 疊方式的制造成本較高。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在熔絲上方具備中空穴的芯片型保險(xiǎn) 絲，以解決上述問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有中空穴的芯片型保險(xiǎn)絲。本發(fā)明以電絕5緣材料為基板，將導(dǎo)電熔絲制作在基板之上；保護(hù)層形成于熔絲的上方，且 在熔絲的外圍與基板黏結(jié)，因此在熔絲與保護(hù)層之間形成中空穴。該中空穴 阻絕保護(hù)層和熔絲的直接接觸，所以在額定電流范圍內(nèi)使用時(shí)，保護(hù)層內(nèi)不 會(huì)形成局部高溫與熱應(yīng)力，提高長(zhǎng)期使用的可靠度。該中空穴還可以避免熔 絲在過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的高熱和電弧熔化或破壞保護(hù)層，以確保零件的完 整與使用安全。中空穴還可以形成密封狀態(tài)，將小于1個(gè)大氣壓力的氣體密 封在內(nèi)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有密封中空穴的芯片型保險(xiǎn)絲的制 作方法。首先，提供一片配置有很多個(gè)相同的熔絲的大基板。接著，在每一 個(gè)熔絲上面覆蓋以高分子為主的犧牲層，再以含有玻璃材料的保護(hù)層覆蓋犧 牲層。然后，加熱去除犧牲層，于是就在原來犧牲層的位置形成- -個(gè)中空穴。 接著，提高溫度以熔化整個(gè)保護(hù)層，保護(hù)層因此在熔絲的外圍與基板黏結(jié)， 冷卻后密封中空穴。最后，制作端電極，并以鉆石刀片或激光，將芯片型保 險(xiǎn)絲自基板切割分離。本發(fā)明的另一目的在于提供一種薄膜和厚膜的整合技術(shù)，以低成本的方 法制作低阻抗的精細(xì)厚膜熔絲。本發(fā)明在一片大基板的表面，以厚膜印刷方 式，形成一層銀和玻璃復(fù)合的導(dǎo)電膜，涵蓋基板的表面。然后，涂布光刻膠， 并以曝光、顯影、蝕刻等薄膜制造工藝，形成具有精細(xì)熔絲的導(dǎo)電膜，其中， 熔絲的寬度可以小至20微米。銀和玻璃復(fù)合的導(dǎo)電膜是以銀作為導(dǎo)電媒介， 玻璃作為黏結(jié)的媒介。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種芯片型保險(xiǎn)絲，包含基板；熔絲， 配置于該基板之上；保護(hù)層，形成于該熔絲的上方，且在該熔絲的外圍與該 基板黏結(jié)；中空穴，形成于該熔絲與該保護(hù)層之間，至少包含一部分該熔絲； 以及至少一個(gè)端電極，與該熔絲電連接。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該基板電絕緣，成份是純度90%以上的 氧化鋁。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該熔絲具有導(dǎo)電性，其成份包含銀和玻 璃的復(fù)合材料。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層特性均勻且電絕緣，其成份包 含玻璃。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層至少一部分經(jīng)由至少一個(gè)中間 層，間接與該基板黏結(jié)。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層以整體熔化的方式，在該熔絲 的外圍與該基板黏結(jié)。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該中空穴包含氣體，且該氣體的壓力小 于1個(gè)大氣壓。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中所述至少一個(gè)端電極形成于該基板兩端 的側(cè)邊，且在該基板的邊緣與該熔絲電連接。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含隔熱層，形成于該基板與該熔絲 之間。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該隔熱層含有玻璃成份。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含電弧抑制層，覆蓋于該熔絲之上， 介于該熔絲與該中空穴之間。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該電弧抑制層含有玻璃成份。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含至少一個(gè)末端墊，配置于該基板 上，電連接該熔絲至該基板的邊緣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種芯片型保險(xiǎn)絲，包含基板；隔熱 層，形成于該基板之上；熔絲，配置于該隔熱層之上；保護(hù)層，形成于該熔 絲的上方，且于該熔絲的外圍與該隔熱層黏結(jié)；以及中空穴，形成于該熔絲 與該保護(hù)層之間，至少包含一部分該熔絲。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層至少--部分經(jīng)由至少- 個(gè)中間 層，間接與該隔熱層黏結(jié)。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層以整體熔化的方式，在該熔絲 的外圍與該隔熱層黏結(jié)。如上所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含電弧抑制層，覆蓋于該熔絲之上， 介于該熔絲與該中空穴之間。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種芯片型保險(xiǎn)絲的制造方法，包含 (a)提供基板；(b)形成含有銀和玻璃的導(dǎo)電膜于該基板之上；(C)形成光刻 膠圖案于該導(dǎo)電膜之上；(d)蝕刻未被該光刻膠圖案保護(hù)的導(dǎo)電膜；以及(e) 去除該光刻膠圖案，形成具有精細(xì)熔絲的導(dǎo)電膜。如上所述的制造方法，其中該熔絲的寬度介于20微米至200微米之間， 且其厚度介于1微米至20微米之間。本發(fā)明可以避免熔絲在過大電流負(fù)載 下產(chǎn)生的高熱和電弧熔化或破壞保護(hù)層，以確保零件的完整與使用安全。關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附附圖得到進(jìn) 一步的了解。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)的立體示意圖；圖2為本發(fā)明第一優(yōu)選具體實(shí)施例的立體示意圖；圖3為本發(fā)明第一優(yōu)選具體實(shí)施例的截面圖；圖4為本發(fā)明第二優(yōu)選具體實(shí)施例的立體示意圖；圖5為本發(fā)明第二優(yōu)選具體實(shí)施例的截面圖；圖6為本發(fā)明的隔熱層與烙絲制作方法的俯視圖；圖7為本發(fā)明的電弧抑制層制作方法的俯視圖；圖8為本發(fā)明的犧牲層制作方法的俯視圖；圖9為本發(fā)明的保護(hù)層與中空穴制作方法的俯視圖；圖10A-圖10C為本發(fā)明的保護(hù)層與中空穴制作方法的程序截面圖；以及圖11A-圖11B為本發(fā)明的端電極制作方法與組件分離的俯視圖。 其中，附圖標(biāo)記說明如下1:芯片型保險(xiǎn)絲11:基板12:熔絲14:端電極16:末端墊19:保護(hù)層2、 3:芯片型保險(xiǎn)絲21:基板22:熔絲24:端電極26:末端墊27:中空穴29:保護(hù)層31:隔熱層33:電弧抑制層51:基板52:熔絲53:犧牲層54:端電極55:未密封的中空穴56:末端墊 59:保護(hù)層 63:電弧抑制層90-1、 90-2、…、90-N: 95-1、 95-2、…、95-N:57:中空穴 61:隔熱層縱向的切割分離線 橫向的切割分離線具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選具體實(shí)施例的芯片型保險(xiǎn)絲 2的立體示意圖。保護(hù)層29在長(zhǎng)度方向和寬度方向部分切開，以清楚顯示內(nèi) 部構(gòu)造。圖3為圖2沿著寬度的中心線(l-l線)切幵的截面圖。芯片型保險(xiǎn)絲 2包含基板21、熔絲22、中空穴27、保護(hù)層29、兩個(gè)端電極24和兩個(gè)末端 墊26?；?1是電絕緣，其材料是純度90%以上的氧化鋁、玻璃、或其它電 絕緣陶瓷材料，其中以純度96%的氧化鋁最適用，厚度約0.2至1.0毫米(mm)。熔絲22是一層導(dǎo)電膜，其成份是金、銀、鋁、銅、白金等純金屬或合 金，也可以是銀和玻璃復(fù)合的導(dǎo)體，制作于基板21的上表面。熔絲22的兩 端分別連接到兩個(gè)金屬材料的末端墊26，末端墊26的寬度通常比熔絲22大， 厚度和熔絲22—樣或更厚，材料可不同于熔絲22。為了制作方便，末端墊 26的材料和厚度，最好能和熔絲22相同，如圖2和圖3所示。熔絲22的寬度約20至200微米0im)，厚度約0.2至20微米(,)，依額 定電流的大小而不同。熔絲22的寬度愈大，厚度愈厚，則電阻愈低且額定 電流愈高。以寬度70微米0im)，厚度5微米Oim)的銀質(zhì)熔絲為例，其額定 電流約是2安培。熔絲22可以是直線、彎曲線條或是其它不規(guī)則形狀的線 條。熔絲22的總長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則電阻值愈高。熔絲22可以只是一條直線，也可以由多條材料與尺寸完全相同的直線并聯(lián)而成。在熔絲22的上方有中空穴27，其邊長(zhǎng)約200至2000微米0im)，包含整 個(gè)熔絲22。保護(hù)層29的主要成份是玻璃，熔化溫度最好是介于攝氏400至 600度之間。保護(hù)層29涂布于熔絲22的上方，且于熔絲22的外圍，直接或 經(jīng)由末端墊26間接與基板21黏結(jié)，并將中空穴27封住。中空穴27可以是非密封狀態(tài)，內(nèi)部維持1個(gè)大氣壓力的空氣，與周圍環(huán)境相同。但是中空穴27最好能形成密封狀態(tài)，以填充低于1個(gè)大氣壓力 的干燥空氣、氮?dú)狻⑵渌鼩怏w或是真空狀態(tài)，其中以填充干燥空氣作為緩沖氣體的制作成本為最低。密封狀態(tài)的中空穴27，為熔絲22提供一個(gè)安全與 穩(wěn)定的環(huán)境，免于受到環(huán)境中的濕氣、氧氣與化學(xué)物等的腐蝕。中空穴27 的邊長(zhǎng)可以小至200微米Oim)，也就是0.2毫米(mm)，因此適用于1.6x0.8毫 米(mm)或更小型的芯片型保險(xiǎn)絲的制作。中空穴27完全隔絕保護(hù)層29與熔絲22接觸，故在額定電流范圍內(nèi)使 用時(shí)，保護(hù)層29內(nèi)不會(huì)形成局部高溫與熱應(yīng)力。而中空穴27內(nèi)的氣體是非 常好的緩沖材料，因此熔絲22在過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的高熱和電弧不會(huì)熔 化保護(hù)層29，同時(shí)避免局部高溫的熱應(yīng)力造成保護(hù)層29破裂。另外密封狀 態(tài)的中空穴27，因其內(nèi)部的氣體壓力低于1個(gè)大氣壓，還可以降低氣體因?yàn)?高溫造成的壓力上升。中空穴27有一適當(dāng)?shù)母叨?，?0至500微米0im)較 適宜，若高度太低則無(wú)法發(fā)揮預(yù)期的功能；而過高的高度則會(huì)增加制作成本。端電極24形成于該基板21兩端的側(cè)邊，經(jīng)由末端墊26與熔絲22的兩 端分別對(duì)應(yīng)連接。端電極24是芯片型保險(xiǎn)絲2與電路板(未顯示)結(jié)合的接觸 點(diǎn)，通常是由三層材料構(gòu)成，底層是銀和玻璃的復(fù)合材料，或是與基板21 黏結(jié)性好的金屬薄膜，例如鈦、鉻或其合金；中間層是鎳，外層則是錫?，F(xiàn)以額定電流2安培的銀質(zhì)熔絲22為測(cè)試樣品，說明比較本發(fā)明的實(shí) 施例與現(xiàn)有技術(shù)的差異。測(cè)試的方法是施加30安培的過大電流負(fù)載(電壓維 持32伏特)，量測(cè)熔絲22的熔斷時(shí)間，熔斷后的電阻，以及在顯微鏡下觀察 其測(cè)試后的外觀。實(shí)驗(yàn)組本實(shí)施例，中空穴27的邊長(zhǎng)約200-400微米Oim)，高度約50-200 微米(pm)，填充空氣，氣壓約300毫米水銀柱(mmHg)，玻璃材質(zhì)的保護(hù)層 29密封整個(gè)中空穴27。比較組1:圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)，在熔絲12的上面，直接覆蓋玻璃材質(zhì) 的保護(hù)層19，厚度是10-20微米Oim)。比較組2:圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)，在熔絲12的上面，直接覆蓋玻璃材質(zhì) 的保護(hù)層19，厚度是100-200微米0im)。因?yàn)闇y(cè)試電流是額定電流的15倍，熔絲的熔斷時(shí)間非常短，遠(yuǎn)低于1 毫秒(ms);熔斷后的電阻大于10，000歐姆，三組之間的差異并不明顯。但是10測(cè)試后的外觀變化，三組之間差異很大。比較組1的保護(hù)層較薄，測(cè)試后被 熔化，熔絲部分外露。比較組2的保護(hù)層較厚，測(cè)試后破裂，部分保護(hù)層彈 開，暴露熔絲。本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)組，測(cè)試后外觀完整，保護(hù)層無(wú)任何熔化或 破裂跡象。與現(xiàn)有技術(shù)相較，本實(shí)施例確實(shí)可以避免熔絲在過大電流負(fù)載下 產(chǎn)生的高熱和電弧，熔化或破壞保護(hù)層，以確保零件的完整與使用安全。圖4和圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選具體實(shí)施例的芯片型保險(xiǎn)絲3的示意圖。圖4是立體示意圖，保護(hù)層29在長(zhǎng)度方向和寬度方向部分切開， 以清楚顯示內(nèi)部構(gòu)造。圖5為圖4沿著寬度的中心線(l-l線)切開的截面圖。 芯片型保險(xiǎn)絲3包含基板21、熔絲22、中空穴27、保護(hù)層29、兩個(gè)端電極 24和兩個(gè)末端墊26，與上述的第一優(yōu)選具體實(shí)施例相同。第二優(yōu)選具體實(shí)施例的芯片型保險(xiǎn)絲3與第一優(yōu)選具體實(shí)施例的芯片型 保險(xiǎn)絲2的主要不同之處在于芯片型保險(xiǎn)絲3另包含隔熱層31，介于基板 21與熔絲22之間；以及具有電弧抑制作用的電弧抑制層33，覆蓋于熔絲22 的上面，介于熔絲22與中空穴27之間?；?1電絕緣，其材料是純度卯％以上的氧化鋁、玻璃、或其它絕緣 陶瓷材料，其中以純度96%的氧化鋁最適用，厚度約0.2至1.0毫米(mm)。 純度96%的氧化鋁耐高溫、耐腐蝕而且價(jià)格合理，但是氧化鋁的導(dǎo)熱性很好， 所以電流經(jīng)過熔絲22產(chǎn)生的熱，有一部分是經(jīng)由基板21傳導(dǎo)散開，所以在 過大電流負(fù)載下，熔絲22需要更大電流和更長(zhǎng)的時(shí)間方能熔斷。因此針對(duì)快速反應(yīng)型的保險(xiǎn)絲，則需要在熔絲22與氧化鋁基板21之間， 制作隔熱層31，以阻隔熔絲22與基板21之間的熱傳導(dǎo)。隔熱層31含有玻 璃成份，熔點(diǎn)約攝氏600至1000度。玻璃的導(dǎo)熱性較氧化鋁低很多，是很 適用的耐高溫隔熱材料。因?yàn)楦魺釋?1的作用，電流流經(jīng)熔絲22產(chǎn)生的熱，得以集中于加熱熔 絲22，其熔斷時(shí)間因而縮短，故得以快速反應(yīng)過大電流的負(fù)載。另外傳導(dǎo)至 基板21的熱能大為減少，基板21承受的熱應(yīng)力降低，還可以提升長(zhǎng)期使用 的可靠度。隔熱層31的厚度約5至100微米Omi)，厚度愈厚，隔熱效果愈 好，但制作成本則愈高?，F(xiàn)以額定電流1安培的銀質(zhì)熔絲22為例，在4安培的過大電流負(fù)載下， 若熔絲22直接黏結(jié)在96%氧化鋁基板21上面，熔斷時(shí)間約25毫秒(ms)。相同條件下，如果在熔絲22與基板21之間，介入含有玻璃的隔熱層31，厚 度10-20微米Oim)，則熔斷時(shí)間減少為1毫秒(ms)。隔熱層31顯著提升熔絲 22對(duì)過大電流負(fù)載的反應(yīng)速度。隔熱層31可以布滿基板21的表面，也可以局部性的制作在基板21的 表面，只要其范圍能夠阻隔熔絲22與基板21的直接接觸即可達(dá)到效果。玻 璃或其它隔熱性良好的材料構(gòu)成的基板，則不需要隔熱層31;慢速反應(yīng)型的 保險(xiǎn)絲也不需要隔熱層31。電弧抑制層33是由玻璃或玻璃與陶瓷的復(fù)合材料構(gòu)成，至少涵蓋整個(gè) 熔絲22，熔點(diǎn)約為攝氏500至700度，但是必須低于熔絲22的熔點(diǎn)，其目 的是降低熔絲22在過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的電弧強(qiáng)度。當(dāng)熔絲22在過大電流 負(fù)載下加熱，并自某一點(diǎn)開始熔化而產(chǎn)生微細(xì)的間隙，電流經(jīng)由此微細(xì)的間 隙放電形成電弧，其為瞬間的局部高能量，足以破壞熔絲22及其鄰近的材 料。通常電流愈大，電壓愈高，則產(chǎn)生的電弧愈強(qiáng)?，F(xiàn)以純銀材質(zhì)的熔絲22為例，說明電弧抑制層33的工作原理。熔絲22 在過大電流負(fù)載下，溫度快速升高并傳導(dǎo)至電弧抑制層33。當(dāng)溫度超過其熔 點(diǎn)時(shí)，電弧抑制層33熔化成液體狀態(tài)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高至純銀的熔點(diǎn)(攝氏 960度)時(shí)，熔絲22自某一點(diǎn)開始熔化而產(chǎn)生微細(xì)的間隙，液體狀態(tài)的電弧 抑制層33則流入此微細(xì)的間隙，阻隔電流自微細(xì)的間隙放電，因而降低電 弧的強(qiáng)度。電弧抑制層33的厚度約5至100微米0im)，厚度愈厚則電弧抑制效果 愈好。電弧抑制層33可以只是覆蓋在熔絲22之上，包含在中空穴27之內(nèi)， 也可以擴(kuò)開覆蓋在中空穴27以外的區(qū)域，介于保護(hù)層29與隔熱層31之間， 或保護(hù)層29與末端墊26之間。請(qǐng)參閱圖6至圖9與參考圖IOA至圖IOC，詳細(xì)說明本發(fā)明的芯片型保 險(xiǎn)絲的制作方法。芯片型保險(xiǎn)絲的尺寸通常很細(xì)小，大量生產(chǎn)的制作方法是 在一片大基板上布置并制作很多個(gè)相同的元件，最后再分離成個(gè)別的元件。如圖6所示，先提供一片大基板51，其為一種電絕緣且耐高溫材料，是 純度達(dá)90%以上的氧化鋁、玻璃或其它電絕緣的陶瓷材料?；?1的外型 通常是長(zhǎng)方形，邊長(zhǎng)約50至150毫米(mm)，所以一片基板上可布置幾百個(gè) 甚至幾千個(gè)元件，依元件尺寸大小而不同。首先，在基板51的表面上制作隔熱層61,其作法是將玻璃粉末，或玻 璃與陶瓷粉末，與溶劑、黏結(jié)劑混合成膏狀物，再以網(wǎng)版或鋼版印制在基板51的表面，并經(jīng)由攝氏50至150度烘烤去除溶劑。重復(fù)印制與烘烤過程， 可以增加隔熱層61的厚度。然后，將基板51置入高溫爐中，加熱至玻璃的 熔點(diǎn)，最好是介于攝氏600至1000度之間，冷卻后形成含有玻璃成份的隔 熱層61。再制作熔絲52與末端墊56于隔熱層61的表面，熔絲52是導(dǎo)電膜，厚 度約0.2至20微米Oim)，寬度約20至200微米Oim)，依額定電流大小而不 同，其成分是金、銀、鋁、銅、白金等純金屬或其合金。其制作方法是工業(yè) 界常用的薄膜制造工藝，例如濺鍍、蒸鍍等方式。濺鍍的成本很高r比較適 用于1微米Oim)以下的膜厚。1微米Omi)以上的膜厚，可以先用濺鍍制作底 層薄膜，再以電鍍方式增大其膜厚。其程序首先是在基板51的表面，布滿 熔絲薄膜，再以曝光、顯影等方法形成光刻膠圖案并進(jìn)行化學(xué)蝕刻，制作出預(yù)先設(shè)計(jì)的熔絲。但是熔絲52的厚度是5微米Oim)以上，即使以上述的濺鍍和電鍍的復(fù) 合制作方法制作，程序太復(fù)雜且成本太高。以厚膜印刷制作厚度5微米0im) 以上導(dǎo)體是一個(gè)程序簡(jiǎn)單且成本低的解決方案，但是精細(xì)度不夠，線寬至少 是200微米0im)以上。因此，要制作厚度5微米(pm)以上，寬度約20至200微米Oim)的熔絲 52，厚膜和薄膜的技術(shù)整合，是一種可行的解決方案。其作法是以網(wǎng)版印刷 方式，將含有銀粉末與玻璃粉末的銀膏印制在隔熱層61上，涵蓋隔熱層61 的表面；再經(jīng)由烘烤去除溶劑和高溫熔化玻璃的過程，形成一層銀和玻璃復(fù) 合的導(dǎo)電膜。主要以銀作為導(dǎo)電媒介，玻璃作為黏結(jié)媒介，玻璃對(duì)銀的重量 比通常是低于15%。然后，涂布光刻膠于導(dǎo)電膜之上，并進(jìn)行曝光、顯影程序，產(chǎn)生預(yù)定的 光刻膠圖案。再以化學(xué)溶液，蝕刻未被光刻膠圖案保護(hù)的導(dǎo)電膜；最后以丙 酮或其它溶劑去除光刻膠圖案，形成具有精細(xì)熔絲的導(dǎo)電膜。其中光刻膠的 厚度必須比一般的薄膜制造工藝的厚，因?yàn)橐跃W(wǎng)版印刷方式制作的銀和玻璃 復(fù)合的導(dǎo)電膜，顆粒較粗大而且表面較不平整。純金屬的蝕刻比較單純，蝕刻液也已經(jīng)商業(yè)化。兩種以上不同屬性成份組成的合金或復(fù)合物，蝕刻工藝?yán)щy很多，蝕刻液必須能夠溶解每一種成份。 銀和玻璃復(fù)合的導(dǎo)電膜，蝕刻液必須特別調(diào)制，以硝酸、氫氟酸等為基本溶 液，方能同時(shí)蝕刻銀和玻璃。以此種厚膜和薄膜的整合技術(shù)制作熔絲52，程序簡(jiǎn)易且成本低。厚度5微米0im)的銀和玻璃復(fù)合的導(dǎo)電膜，蝕刻后的寬度 可以精細(xì)至20微米。末端墊56分別連接熔絲52的兩端，將熔絲52與端電極作電連接，連 接處就在末端墊56厚度的截面，因此末端墊56的寬度通常比熔絲52大， 除了增大連接的面積，還可以降低電阻。為了制作方便，末端墊56的材料 和厚度，最好能和熔絲52相同，如圖6所示。但是如果末端墊56的厚度太 薄，例如l微米Oim)以下，連接的面積太小，造成連接的強(qiáng)度不足，因此需 要以電鍍或厚膜印制方式，增大末端墊56的厚度。如圖7所示，熔絲52與末端墊56制作完成后，接著在每一個(gè)熔絲52 的上面制作電弧抑制層63。其制作方法是將玻璃膏，以網(wǎng)版或鋼版印制在熔 絲52之上，包含整個(gè)熔絲52，并經(jīng)由攝氏50至150度烘烤去除溶劑。重復(fù) 印制與烘烤過程，可以增加電弧抑制層63的厚度。然后將基板51置入高溫 爐中，加熱至玻璃的熔點(diǎn)，最好是介于攝氏500至700度之間，冷卻后形成 含有玻璃成份的電弧抑制層63。請(qǐng)參閱圖8，電弧抑制層63制作完成后，接著在每一個(gè)電弧抑制層63 的上面制作犧牲層53。犧牲層53主要是高分子樹脂材料，其要求是容易成 形，且可以在攝氏400度以下與氧氣完全作用揮發(fā)消失。壓克力樹脂是很好 的選擇，其可以和松油醇(Terpineol)等適當(dāng)?shù)娜軇┗旌铣筛酄钚蛻B(tài)，以網(wǎng)版 或鋼版印刷方式印制在電弧抑制層63之上。印制后再施以攝氏50至150度的烘烤以去除溶劑，形成預(yù)設(shè)形狀和大 小的樹脂。重復(fù)上述印制和烘烤的工藝，可以增大厚度。光刻膠或其它感光 性高分子材料也可以用來制作犧牲層53，以曝光及顯影方式成形，尺寸細(xì)小且精密，但是生產(chǎn)成本較高。針對(duì)圖2與圖3的第一優(yōu)選具體實(shí)施例，隔熱層61與電弧抑制層63并 不需要，因此熔絲52與末端墊56直接制作于基板51的表面。犧牲層53則 覆蓋在熔絲52之上，包含整個(gè)熔絲52。請(qǐng)參閱圖9，說明保護(hù)層59與中空穴57的制作方法；而圖10A、 IOB、10C為保護(hù)層59在熔絲52的中心線(3-3線)的截面圖。保護(hù)層59的主要成 份是玻璃，熔點(diǎn)最好是介于攝氏400至600度之間。制作程序首先是以網(wǎng)版 或鋼版印制由玻璃粉末、黏結(jié)劑與溶劑組成的膏狀物，完全包覆犧牲層53。 如圖10A所示，印制后再以攝氏50至150度的烘烤去除溶劑，形成預(yù)設(shè)的 形狀和尺寸，其為玻璃粉末和黏結(jié)劑的組合；重復(fù)印制和烘烤的工藝以得到 要求的厚度。然后將整個(gè)基板51置入高溫爐中，分兩個(gè)階段加熱。第一階段溫度設(shè) 定在攝氏300至400度之間，在l個(gè)大氣壓的空氣下，目的是去除犧牲層。 請(qǐng)參閱圖IOB，犧牲層53的高分子樹脂和空氣中的氧氣作用而形成二氧化 碳和水蒸氣而揮發(fā)不見，因此原先犧牲層53的位置就成為一個(gè)未密封的中 空穴55。黏結(jié)玻璃粉末的黏結(jié)劑也同時(shí)氧化消失，只留下玻璃粉末。如圖10C所示，第二階段溫度設(shè)定在玻璃的熔點(diǎn)，最好是攝氏400至 600度，氣體是等于或小于1個(gè)大氣壓的空氣、氮?dú)饣蚱渌鼩怏w，依需求而 定。玻璃粉末熔化，厚度降低而成致密的玻璃，冷卻后密封整個(gè)中空穴57。 玻璃熔化的過程會(huì)讓中空穴57的高度和外型有些變化，但是對(duì)長(zhǎng)度和寬度 的改變很有限。依據(jù)氣體定律， 一個(gè)固定體積的密閉空間，其內(nèi)部的氣體壓力和絕對(duì)溫 度成正比。例如保護(hù)層59的玻璃在攝氏400至600度高溫以及1個(gè)大氣壓(760 毫米水銀柱)下熔化，所以冷卻到室溫后，中空結(jié)穴57內(nèi)的氣壓低于1個(gè)大 氣壓，約為300毫米水銀柱(mmHg)。圖IIA與圖IIB是制作端電極與元件自基板切割分離的制作方法說明。 請(qǐng)參閱圖9，首先是以鉆石刀片或激光切割保護(hù)層59與基板51 。并行線95-1 、95-2.....95-N是橫向的切割線，其間距也就是芯片型保險(xiǎn)絲的寬度。并行線90-l、 90-2.....90-N是縱向的切割線，其間距也就是芯片型保險(xiǎn)絲的長(zhǎng)度。首先是依95-l、 95-2、 ...、 95-N的切割線作橫向切割，切開保護(hù)層59， 但不切穿基板51。接著以90-l、 90-2、...、卯-N的切割線作縱向切割，切 幵保護(hù)層59并切穿基板51。如圖IIA所示，基板51因此分離成多個(gè)條狀 小基板。接著在切開的條狀小基板的兩端制作端電極54的底層金屬，其作 法是以濺鍍方式，制作一層與基板黏結(jié)性好的金屬薄膜，例如鈦、鉻或其合金。底層金屬也可以使用浸沾或滾沾方式沾銀膏，并烘烤燒結(jié)成一層銀薄膜。 接著以電鍍方式，在底層金屬上面制作一層鎳，最后再將錫電鍍?cè)阪嚿厦妫?完成整個(gè)端電極54的制作過程。請(qǐng)參閱圖11B,然后依圖IIA所示的切割線95-1、 95-2、 ...、 95-N折斷，分離成一顆顆芯片型保險(xiǎn)絲，完成整個(gè)芯片型保險(xiǎn)絲的制作過程。通過以上優(yōu)選具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與 精神，而并非以上述所公開的優(yōu)選具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的范圍加以限制。 相反地，其目的是希望能將各種改變及等效的變型涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍應(yīng)該根據(jù)上述的說明作最寬廣的 解釋，以使其涵蓋所有可能的改變以及其等效的變型。
權(quán)利要求
1. 一種芯片型保險(xiǎn)絲，包含基板；熔絲，配置于該基板之上；保護(hù)層，形成于該熔絲的上方，且在該熔絲的外圍與該基板黏結(jié)；中空穴，形成于該熔絲與該保護(hù)層之間，至少包含一部分該熔絲；以及至少一個(gè)端電極，與該熔絲電連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該基板電絕緣，成份是純 度卯％以上的氧化鋁。
3、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該熔絲具有導(dǎo)電性，其成 份包含銀和玻璃的復(fù)合材料。
4、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層特性均勻且電絕 緣，其成份包含玻璃。
5、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層至少一部分經(jīng)由 至少一個(gè)中間層，間接與該基板黏結(jié)。
6、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層以整體熔化的方 式，在該熔絲的外圍與該基板黏結(jié)。
7、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該中空穴包含氣體，且該 氣體的壓力小于1個(gè)大氣壓。
8、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中所述至少一個(gè)端電極形成 于該基板兩端的側(cè)邊，且在該基板的邊緣與該熔絲電連接。
9、 如權(quán)利要求1所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含隔熱層，形成于該 基板與該熔絲之間。
10、 如權(quán)利要求9所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該隔熱層含有玻璃成份。
11、 如權(quán)利要求l所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含電弧抑制層，覆蓋 于該熔絲之上，介于該熔絲與該中空穴之間。
12、 如權(quán)利要求11所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該電弧抑制層含有玻璃成份。
13、 如權(quán)利要求l所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含至少一個(gè)末端墊， 配置于該基板上，電連接該熔絲至該基板的邊緣。
14、 一種芯片型保險(xiǎn)絲，包含 基板；隔熱層，形成于該基板之上； 熔絲，配置于該隔熱層之上；保護(hù)層，形成于該熔絲的上方，且于該烙絲的外圍與該隔熱層黏結(jié)；以及中空穴，形成于該熔絲與該保護(hù)層之間，至少包含一部分該熔絲。'
15、 如權(quán)利要求14所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層至少一部分經(jīng) 由至少一個(gè)中間層，間接與該隔熱層黏結(jié)。
16、 如權(quán)利要求14所述的芯片型保險(xiǎn)絲，其中該保護(hù)層以整體熔化的 方式，在該熔絲的外圍與該隔熱層黏結(jié)。
17、 如權(quán)利要求14所述的芯片型保險(xiǎn)絲，進(jìn)一步包含電弧抑制層，覆 蓋于該熔絲之上，介于該熔絲與該中空穴之間。
18、 一種芯片型保險(xiǎn)絲的制造方法，包含(a) 提供基板；(b) 形成含有銀和玻璃的導(dǎo)電膜于該基板之上；(c) 形成光刻膠圖案于該導(dǎo)電膜之上；(d) 蝕刻未被該光刻膠圖案保護(hù)的導(dǎo)電膜；以及(e) 去除該光刻膠圖案，形成具有精細(xì)熔絲的導(dǎo)電膜。
19、 如權(quán)利要求18所述的制造方法，其中該熔絲的寬度介于20微米至 200微米之間，且其厚度介于1微米至20微米之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種芯片型保險(xiǎn)絲及其制造方法。該芯片型保險(xiǎn)絲以電絕緣材料為基板，熔絲配置于基板之上。保護(hù)層形成于熔絲的上方，且在熔絲的外圍與基板黏結(jié)，因此在熔絲與保護(hù)層之間形成中空穴。此中空穴隔絕保護(hù)層和熔絲直接接觸，避免熔絲在過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的高熱和電弧，熔化或破壞保護(hù)層。中空穴還可以成為密封狀態(tài)，將小于1個(gè)大氣壓力的氣體密封在內(nèi)。芯片型保險(xiǎn)絲進(jìn)一步包含隔熱層與電弧抑制層，以分別降低在過大電流負(fù)載下的反應(yīng)時(shí)間和電弧強(qiáng)度。本發(fā)明還提供一種芯片型保險(xiǎn)絲的制造方法，尤其是形成熔絲與中空穴的方式。本發(fā)明可以避免熔絲在過大電流負(fù)載下產(chǎn)生的高熱和電弧熔化或破壞保護(hù)層，以確保零件的完整與使用安全。
文檔編號(hào)H01H85/055GK101261914SQ200710085540
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
發(fā)明者蔡聰明 申請(qǐng)人:誠(chéng)佑科技股份有限公司