專利名稱：：表面貼裝熔斷器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種表面貼裝熔斷器及其制造方法，尤其涉及一種懸空熔絲型小型表面貼裝熔斷器及其制造方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，印刷電路板越來多地應(yīng)用在各種電氣及電子設(shè)備中。在這些印刷電路板上形成的電路一般都需要過電流保護(hù)。提供這種過電流保護(hù)的方式之一是使用固定在印刷電路板上的小型表面貼裝熔斷器。上述熔斷器的其中一種類型是懸空熔絲型，其將熔絲(導(dǎo)線)懸掛在中空的外殼中。熔絲的兩端用端頭電極以不同的方式固定。由于空氣的傳熱系數(shù)比大多數(shù)固體小得多，因此懸空熔絲型的熔斷器需要較少的能量就能將熔絲熔斷，其電阻亦可以較小。這一類的熔斷器在以下的美國(guó)專利中有詳細(xì)的說明=US5，617，069,5,648，750,5,214，406、5，926，084,6,147，585,6,903，649,4,920，327,4,467，308,3,460，086,6,798，330。這些發(fā)明專利描述了如何將熔絲固定在空腔中的不同方法，其目的多在于避免熔絲中段與腔壁的接觸，減小安裝時(shí)對(duì)熔絲所施加的應(yīng)力，增加熔絲與端頭連接的可靠性等。目前這一類的熔斷器采用陶瓷管與金屬帽部件逐個(gè)組裝而成，生產(chǎn)效率較低。美國(guó)專利US5，214，406揭示了一種典型的懸空熔絲型表面貼裝熔斷器的結(jié)構(gòu)。該熔斷器包括一個(gè)內(nèi)圓外方的外殼，兩個(gè)端頭金屬帽，及一根兩端焊接在兩端頭金屬帽上的熔絲。這種熔斷器具有懸空熔絲型熔斷器的特點(diǎn)，由于懸空熔絲(導(dǎo)線)向周邊的傳熱速率較低，所需的熔斷熱量較小，因此其電阻亦可做得較小。但正如上述文獻(xiàn)US5，214，406所述，許多懸空熔絲(導(dǎo)線)型熔斷器的熔絲細(xì)小易斷，在安裝時(shí)有一定困難。為了保證熔絲除兩端外不與外殼接觸以避免傳熱對(duì)熔斷特性的影響，又不得不將熔絲的兩端彎曲在兩對(duì)角的端面上加以固定。在壓入兩端銅帽時(shí)，銅帽與熔絲間的摩擦力會(huì)對(duì)熔絲產(chǎn)生張力。這些彎曲及張力都可能使細(xì)小易斷的熔絲產(chǎn)生變形或斷裂。該現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)采用兩端有一定斜度的外殼，以減少銅帽壓入時(shí)對(duì)熔絲產(chǎn)生的張力。但銅帽與外殼接觸要有足夠的摩擦力以保證銅帽在安裝及使用時(shí)不會(huì)脫落。這就必須使銅帽的內(nèi)部尺寸要小于與外殼接觸處的外部尺寸。這種熔斷器的設(shè)計(jì)可以減少、但不能消除在壓入兩端銅帽時(shí)對(duì)熔絲產(chǎn)生的張力。而且這種對(duì)熔絲產(chǎn)生的張力的減少是以銅帽與外殼接觸的摩擦力的減少及連接的可靠性為代價(jià)的。上述文獻(xiàn)中的改進(jìn)設(shè)計(jì)是以焊錫將熔絲兩端焊接在兩個(gè)端頭上。但這種改進(jìn)設(shè)計(jì)亦并不能消除因熔絲兩端彎曲而造成對(duì)熔絲可能的傷害。而且焊錫在熔融時(shí)會(huì)與常用的熔絲材料，如銅，形成低熔點(diǎn)合金。這種低熔點(diǎn)合金的形成會(huì)降低熔斷器熔斷特性的一致性。另外，這種熔斷器需要采用逐個(gè)組裝的方法裝配而成，生產(chǎn)效率較低。日本特許公開特開JP2006-244948揭示了用兩層電路板疊合制作懸空熔絲(導(dǎo)線)型表面貼裝熔斷器的方法。該方法制作的熔斷器具有熔絲延伸到外殼以外的特征，當(dāng)熔絲熔斷起弧時(shí)，有可能將電弧引致外殼以外。當(dāng)熔絲中段熔斷時(shí)，熔絲兩端的溫度可能會(huì)升至熔點(diǎn)以上。而且，熔絲的兩端僅通過端面與覆蓋電極形成點(diǎn)接觸，不能確保連接強(qiáng)度和足夠的可靠性。另外，兩層電路板的貫通孔在疊合前均已鉆好，在疊合粘接時(shí)難免會(huì)有膠進(jìn)入貫通孔及貫通孔中的熔絲上，造成電鍍連接的缺陷。貫通孔在兩層電路板疊合前已鉆好的加工方法的另外一個(gè)缺點(diǎn)是貫通孔的大小和位置不可避免的會(huì)有一定的偏差，使兩個(gè)疊合的貫通孔的表面難以形成光滑的圓柱孔，從而影響粘附于圓柱孔上的連接金屬層的機(jī)械與電連接的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是在上述現(xiàn)有技術(shù)以及中國(guó)專利第200810092353.3號(hào)申請(qǐng)基礎(chǔ)上的新發(fā)展，使制造出的熔斷器更可靠。本發(fā)明的目的是提供一種懸空熔絲(導(dǎo)線)型的小型表面貼裝熔斷器及其制造方法，以有效避免當(dāng)熔絲熔斷起弧時(shí)將電弧引致外殼以外的現(xiàn)象，并使得熔絲中段熔斷時(shí)，熔絲兩端的溫度保持在熔點(diǎn)以下。另外，通過該制造方法可使得在加工時(shí)準(zhǔn)確形成光滑的通孔，保證了電鍍質(zhì)量。本發(fā)明的第一方面提供一種表面貼裝熔斷器，該表面貼裝熔斷器包括絕緣體，該絕緣體具有對(duì)置設(shè)置并結(jié)合的兩塊蓋板，所述兩塊蓋板在相互對(duì)置一側(cè)均設(shè)有凹槽，所述凹槽共同結(jié)合形成空腔，所述絕緣體的兩端分別設(shè)有端電極，每個(gè)端電極具有形成電連接的外側(cè)端電極、中層端電極和形成在所述絕緣體端面?zhèn)鹊母采w電極，所述外側(cè)端電極形成在至少一塊所述蓋板的外側(cè)兩端，所述中層端電極形成在至少一塊所述蓋板的形成有凹槽的一側(cè)的兩端；以及熔絲，該熔絲夾設(shè)在兩塊蓋板之間，該熔絲的中段懸置于所述空腔中，該熔絲兩端與所述中層端電極形成電連接。優(yōu)選的是，該熔絲兩端的側(cè)面緊貼中層端電極，且該熔絲兩端的端面由覆蓋電極覆蓋連接。根據(jù)本發(fā)明的上述表面貼裝熔斷器，由于熔絲被覆蓋電極覆蓋，因此確保在熔絲熔斷時(shí)飛弧不會(huì)從兩端外泄。而且與熔絲兩端的側(cè)面緊貼的中層端電極增加了熔絲兩端的散熱速率，從而在熔絲中段熔斷時(shí)能保持其兩端的溫度在熔點(diǎn)以下，并使得熔絲與覆蓋電極的連接面增大至中層端電極和覆蓋電極整個(gè)接觸的周邊，提高了連接的強(qiáng)度和可靠性。本發(fā)明的第二方面涉及一種制造上述表面貼裝熔斷器的方法，該方法包括如下步驟(a)制備兩塊基板，每塊所述基板的一側(cè)形成有凹槽陣列，至少其中一塊基板的未形成凹槽陣列的一側(cè)形成外側(cè)端電極圖案，且至少其中一塊基板的形成凹槽陣列的一側(cè)形成與所述外側(cè)端電極圖案對(duì)應(yīng)的中層端電極圖案；(b)將兩塊基板的形成有凹槽陣列的一側(cè)對(duì)置粘合，并在兩塊基板之間夾設(shè)熔絲，使得熔絲通過由兩塊基板的凹槽陣列對(duì)置后形成的各空腔以及中層端電極圖案；(c)在各空腔兩側(cè)分別制成穿過兩塊基板和外側(cè)端電極圖案、中層端電極圖案及熔絲的通孔，并在通孔表面形成覆蓋電極；(d)根據(jù)所述通孔的位置進(jìn)行切割而制成單個(gè)表面貼裝熔斷器。在利用上述制造方法生產(chǎn)本發(fā)明的表面貼裝熔斷器時(shí)，由于連通孔是在上，下基板粘合后鉆通，孔內(nèi)不會(huì)有擠出的粘合劑，孔壁光滑清潔，通過電鍍，可在孔壁上形成致密的金屬圓柱體。為了減少連通電阻，金屬圓柱體的材料通常為較軟的純銅。該金屬圓柱體的上，下端面與端電極相連，中間與中層端電極和熔絲相連，比沒有中層內(nèi)電極的設(shè)計(jì)具有更高的強(qiáng)度。圖1是本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的立體圖；圖2是本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的剖視立體圖；圖3是在制造本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的過程中，將上下蓋板粘合后的剖視圖；圖4是在制造本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的過程中，經(jīng)鉆孔電鍍后的剖視圖；圖5是對(duì)于制造本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的過程中的切割工序的說明圖；圖6是三個(gè)額定電流的熔斷器實(shí)例的熔斷特性曲線圖。具體實(shí)施例方式下面，參照附圖1、2對(duì)本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明的表面貼裝熔斷器1400的立體圖。熔斷器1400的絕緣外殼由上蓋板100和下蓋板200組成，上、下蓋板的兩端分別設(shè)有外側(cè)端電極300、400、500和600。參見圖2，本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的上蓋板100的下側(cè)設(shè)有中層端電極310、510。中層端電極的下面與熔絲1000結(jié)合。熔絲的中段懸置于由上、下蓋板的凹槽910、920所構(gòu)成的空腔900中。熔斷器一端的外側(cè)端電極300、400、中層端電極310和熔絲1000的一端通過覆蓋電極700連接。熔斷器另一端的外側(cè)端電極500、600、中層端電極510和熔絲1000的另一端通過覆蓋電極800連接。中層端電極310、510將覆蓋電極700和800的中部加固，并將熔絲與覆蓋電極的連接面增大至中層端電極和覆蓋電極整個(gè)接觸的周邊，提高了連接的強(qiáng)度和可靠性。另外，中層端電極310、510也增加了熔絲兩端的散熱速率，在熔絲中段熔斷時(shí)，保持兩端的溫度在熔點(diǎn)以下。本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的兩個(gè)覆蓋電極700和800將熔絲的兩端密封于熔斷器內(nèi)。熔絲通常用銅(熔點(diǎn)1085°C)做成，兩個(gè)覆蓋電極700、800內(nèi)有較高熔點(diǎn)的鎳層(熔點(diǎn)1455°C)，使熔絲熔斷時(shí)，飛弧不會(huì)從兩端外泄。熔斷器在使用時(shí)，下蓋板200的兩個(gè)外側(cè)端電極400、600分別通過焊接而固定在電路板上，如遇電流達(dá)到預(yù)定值，熔絲1000就會(huì)熔斷斷開，從而對(duì)電路提供過電流保護(hù)。上述實(shí)施例中，在熔斷器1400的上、下兩側(cè)均形成有外側(cè)端電極，但外側(cè)端電極也可僅設(shè)在熔斷器的與印刷電路板貼合固定的一側(cè)，例如僅在下蓋板200的外側(cè)設(shè)置端電極400、600，而在上蓋板100的外側(cè)不設(shè)置端電極。另外，上、下蓋板100、200可通過膠粘劑1100粘結(jié)結(jié)合，也可以通過凹凸配合等形狀配合方式或其它適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一起。下面，參照附圖3-5對(duì)本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3示出了制造上述熔斷器1400的中間過程的中間部件的剖面圖。準(zhǔn)備兩塊將要形成上、下蓋板100、200的絕緣板(熱塑性或熱固性塑料等高分子材料板，或可機(jī)械加工的玻璃陶瓷板)，兩塊基板均沒有設(shè)置通孔。兩塊基板均在其中一側(cè)通過如銑、沖壓等機(jī)械方法加工出凹槽陣列。其中一塊基板在形成凹槽陣列的一側(cè)形成與凹槽陣列對(duì)應(yīng)的中層端電極圖案，兩塊基板均在沒有形成凹槽陣列的一側(cè)形成外側(cè)端電極圖案?？赏ㄟ^粘附銅箔形成外側(cè)端電極圖案和中層端電極圖案；也可將表面附有銅箔的電路板作為基板，并用電腐蝕、化學(xué)腐蝕或機(jī)械加工的方法將部分銅箔除去而制成外側(cè)及中層端電極圖案。當(dāng)然，外側(cè)和中層端電極圖案也可以由其它導(dǎo)電材料形成。在兩塊基板的形成有凹槽陣列的表面上涂布膠粘劑1100，將熔絲1000放置于其中一塊基板的形成有凹槽陣列的一側(cè)并使熔絲通過各凹槽。將兩塊基板對(duì)正粘合，熔絲的一部分懸置于由凹槽陣列形成的各空腔900中，一部分與中層端電極圖案緊貼。熔絲1000在安裝過程中不會(huì)受到彎曲和擠壓。圖4示出了隨后的制造過程的中間部件的剖面圖，顯示了覆蓋電極700、800。覆蓋電極的制作方法為(1)將膠粘劑固化，并在粘合固化后的基板上根據(jù)凹槽陣列的布置鉆出通孔；通孔穿過外側(cè)端電極圖案和中層端電極圖案；鉆孔時(shí)一并將熔絲1000的與中層端電極圖案緊貼的部分切斷；通孔光滑垂直，并露出外側(cè)端電極圖案、中層端電極圖案的金屬環(huán)及熔絲端頭的金屬面。(2)將通孔的表面活化，并用電鍍或化學(xué)鍍形成金屬的覆蓋電極700、800；覆蓋電極將熔絲1000封閉于熔斷器內(nèi)，并將外側(cè)端電極圖案、中層端電極圖案和熔絲1000形成機(jī)械和電連接?？赏ㄟ^化學(xué)鍍或電鍍的方法在經(jīng)表面活化后的通孔中鍍上銅和/或鎳而形成覆蓋電極。其他金屬鍍覆亦可以采用，鍍覆金屬具有比焊錫更高的熔點(diǎn)，從而形成比焊錫有更好耐熱性能的連接。另外，采用金屬鍍覆連接亦避免了通過焊接連接而引起的焊錫與熔絲形成低熔點(diǎn)合金的可能，從而使熔斷器的熔斷特性更為一致。另外，還可在端電極和覆蓋電極表面用電鍍鍍上焊錫層，以保證電極的可焊性。在端電極和覆蓋電極由銅形成的情況下，還可在焊錫層和銅之間鍍上一層起保護(hù)作用的鎳。圖5描述了隨后將整片的熔斷器部件切割成單個(gè)熔斷器的示意圖，其中1200為橫向切割線，1300為縱向切割線。在上述制造方法中，在兩塊基板上均形成有外側(cè)端電極圖案，但也可以僅在其中一塊基板上形成外側(cè)端電極圖案，以減少成本。另外，也可以在兩塊基板的形成有凹槽陣列的一側(cè)均形成與凹槽陣列對(duì)應(yīng)的中層端電極圖案，以進(jìn)一步增強(qiáng)熔絲與中層端電極的接合，從而進(jìn)一步提高可靠性。實(shí)例數(shù)據(jù)表1根據(jù)本發(fā)明的表面貼裝熔斷器的三個(gè)實(shí)例的數(shù)據(jù)。額定電流(安培)I標(biāo)稱電阻(歐姆)II2ti0.00熔絲材料~L250.068L060.08mm銅、合金絲7.000.00891420.119mm銅絲20.00.0031128.60.202mm銅絲其中I2t為熔斷時(shí)間為0.001秒時(shí)電流平方與熔斷時(shí)間的乘積。三個(gè)實(shí)例所用的上蓋板均為0.7mm的PC板，兩面均有0.035mm的銅箔；下蓋板均為的PC板，下面有0.035mm的銅箔。熔斷器的尺寸為長(zhǎng)6.Imm,寬2.5mm,厚2_。圖6示出了具有本發(fā)明的熔斷器結(jié)構(gòu)的1.25、7、和20安培熔斷器的熔斷特性曲線。為了檢驗(yàn)本發(fā)明的熔斷器的可靠性，特對(duì)其進(jìn)行了5次再流焊接和2mm彎曲測(cè)試。測(cè)試的結(jié)果列于表2中。表2中的數(shù)據(jù)顯示，熔斷器的電阻值在經(jīng)歷了5次再流焊接和2mm彎曲測(cè)試后，電阻值基本無變化。熔絲和端電極，內(nèi)部中層端電極，及覆蓋電極的連接是可靠的。表2:5次再流焊接和2mm彎曲測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求一種表面貼裝熔斷器(1400)，該表面貼裝熔斷器包括絕緣體，該絕緣體具有對(duì)置設(shè)置并結(jié)合的兩塊蓋板(100，200)，所述兩塊蓋板(100，200)在相互對(duì)置一側(cè)均設(shè)有凹槽(910，920)，所述凹槽(910，920)共同結(jié)合形成空腔(900)；所述絕緣體的兩端分別設(shè)有端電極，每個(gè)端電極具有外側(cè)端電極(300，500；400，600)、中層端電極(310，510)和形成在所述絕緣體端面?zhèn)鹊母采w電極(700，800)，所述外側(cè)端電極形成在至少一塊所述蓋板的外側(cè)兩端，所述中層端電極形成在至少一塊所述蓋板的形成有凹槽的一側(cè)的兩端，所述外側(cè)端電極、中層端電極和覆蓋電極之間相互形成電連接；以及熔絲(1000)，該熔絲夾設(shè)在兩塊蓋板(100，200)之間，該熔絲(1000)的中段懸置于所述空腔(900)中，該熔絲(1000)兩端與所述中層端電極(310，510)形成電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面貼裝熔斷器(1400)，其特征在于，該熔(1000)兩端的側(cè)面緊貼所述中層端電極(310，510)，且該熔絲(1000)兩端的端面與所述覆蓋電極(700，800)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面貼裝熔斷器(1400)，其特征在于，所述兩塊蓋板(100，200)通過粘結(jié)劑(1100)粘結(jié)結(jié)合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面貼裝熔斷器(1400)，其特征在于，所述兩塊蓋板(100，200)由具有絕緣性的高分子材料、高分子和絕緣無機(jī)物的復(fù)合材料、或可機(jī)械加工的玻璃陶瓷材料制成；所述外層端電極(300,500；400，600)、中層端電極(310，510)、覆蓋電極(700,800)和熔絲(1000)由具有導(dǎo)電性的金屬或合金材料制成。5.一種制造如權(quán)利要求1所述的表面貼裝熔斷器(1400)的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)制備兩塊基板，每塊所述基板的一側(cè)形成有凹槽陣列，至少其中一塊基板的未形成凹槽陣列的一側(cè)形成外側(cè)端電極圖案，且至少其中一塊基板的形成凹槽陣列的一側(cè)形成與所述外側(cè)端電極圖案對(duì)應(yīng)的中層端電極圖案；(b)將兩塊基板的形成有凹槽陣列的一側(cè)對(duì)置粘合，并在兩塊基板之間夾設(shè)熔絲，使得熔絲通過由兩塊基板的凹槽陣列對(duì)置后形成的各空腔以及中層端電極圖案；(c)在各空腔兩側(cè)分別制成穿過兩塊基板和外側(cè)端電極圖案、中層端電極圖案及熔絲的通孔陣列，并在各通孔表面形成覆蓋電極，該覆蓋電極與外側(cè)端電極圖案、中層端電極圖案和熔絲形成電連接；(d)基于所述通孔陣列對(duì)所述基板進(jìn)行切割而制成單個(gè)表面貼裝熔斷器。全文摘要本發(fā)明提供一種表面貼裝熔斷器及制造方法，該表面貼裝熔斷器包括絕緣體，該絕緣體具有對(duì)置設(shè)置并結(jié)合的兩塊蓋板，兩塊蓋板在相互對(duì)置一側(cè)均設(shè)有凹槽，凹槽共同形成空腔，絕緣體的兩端分別設(shè)有端電極，每個(gè)端電極具有形成電連接的外側(cè)端電極、中層端電極和形成在絕緣體端面?zhèn)鹊母采w電極，外側(cè)端電極形成在至少一塊蓋板的外側(cè)兩端，中層端電極形成在至少一塊蓋板的形成有凹槽的一側(cè)的兩端；熔絲，該熔絲夾設(shè)在兩塊蓋板之間，熔絲的中段懸置于空腔中，熔絲兩端與中層端電極形成電連接。該熔斷器能夠確保在熔絲熔斷時(shí)飛弧不會(huì)從兩端外泄，在熔絲中段熔斷時(shí)保持其兩端的溫度在熔點(diǎn)以下。文檔編號(hào)H01H69/02GK101807500SQ20091000715公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2009年2月13日優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日發(fā)明者李向明,汪立無申請(qǐng)人:Aem科技(蘇州)有限公司;Aem控股公司