專利名稱：對(duì)陶瓷芯片型熔斷器的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路保護(hù)器，更具體地說本發(fā)明涉及一種陶瓷芯片電路保護(hù)器，具有位于一個(gè)或多個(gè)基片層上的載流元件。本發(fā)明也涉及一種制造本發(fā)明的陶瓷芯片電路保護(hù)器的方法。
超小型電路保護(hù)器適合用于尺寸和空間限制顯得較為突出的應(yīng)用場(chǎng)合，例如電子設(shè)備的電路板，以實(shí)現(xiàn)電子電路的密集封裝和小型化。超小型電路保護(hù)器或者芯片型熔斷器與其他類型的熔斷器相比具有較小的“立足之地”，與常規(guī)的熔斷器相比，在電路板上需要較小的水平空間或“實(shí)地”。
隨著對(duì)熔斷器的電壓和電流要求的提高，通常需要提供具有較大尺寸的熔斷器，亦即具有較大長(zhǎng)度和直徑的熔斷器來滿足所需的容量。在這樣的情況下，在電路板和其他類似應(yīng)用場(chǎng)合下的尺寸和空間問題就變得更為突出。
陶瓷芯片型熔斷器的制造方式通常是在陶瓷或玻璃基片上設(shè)置金屬元件，將一層絕緣覆蓋層設(shè)置在上述被設(shè)置的層上，對(duì)所形成的的結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割或沖切，從而獲得單個(gè)的熔斷器。所述切割工序是較為困難和昂貴的。此外，通過設(shè)置薄膜熔斷元件來制作的超小型熔斷器通常限于較低的電壓和電流切斷容量。
本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單和相對(duì)低廉的適合于表面安裝的超小型電路保護(hù)器的制作方法。本發(fā)明還提供了一種超小型電路保護(hù)器，與具有類似尺寸的常規(guī)電路保護(hù)器相比，本發(fā)明的電路保護(hù)器具有改善了的短路電流切斷容量。
更具體地說，本發(fā)明提供了一種采用一塊基片材料來制作多個(gè)超小型電路保護(hù)器的方法，它有利于形成基片和迅速地將基片切割為單個(gè)的熔斷器單元。
本發(fā)明還提供了一種適合于高電壓和大電流使用的可在表面上安裝的超小型電路保護(hù)器，它結(jié)構(gòu)緊湊，且尺寸較小。本發(fā)明的可在表面上安裝的超小型熔斷器包括設(shè)置在一個(gè)基片上的熔斷元件，該熔斷元件在基片的兩端與與接觸焊盤相連接。此外，所述熔斷器可以包括多個(gè)陶瓷基片層，至少在某些層的表面上設(shè)置了可熔斷元件。根據(jù)熔斷器所需要的電壓和電流承受容量，可以將不同層上的可熔斷元件以串聯(lián)或并聯(lián)方式相互連接起來。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，至少在熔斷器的某些層上具有置于其上的單個(gè)熔斷元件。此外，可熔斷元件也可以設(shè)置在熔斷器的至少某些層上，并包括兩個(gè)或多個(gè)以串聯(lián)方式相互連接起來的可熔斷元件。多層的串聯(lián)可熔斷元件可以并聯(lián)起來，形成一個(gè)單個(gè)的芯片型熔斷器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可熔斷元件可以包括兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)起來的可熔斷元件。在一個(gè)單個(gè)的芯片型熔斷器中，可以將多層被連接起來的可熔斷元件以串聯(lián)方式連接起來。
根據(jù)本發(fā)明的方法，采用未經(jīng)燒結(jié)或未經(jīng)焙燒的陶瓷材料來制作基片。在基片的上表面上設(shè)置導(dǎo)電金屬薄膜，形成彼此相隔的等距平行列。在基片的上表面上以垂直于所述薄膜列的方式設(shè)置導(dǎo)電線或印刷元件形式的熔斷元件，它們排列成彼此相隔的等距平行行。在所述基片的所述薄膜列和熔斷元件行上層疊由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷制成的第二板。所述第二板覆蓋和封閉所述薄膜列和熔斷元件行。
此后，對(duì)所形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖切，沖切的方式是縱向通過金屬薄膜列，橫向位于熔斷元件行之間，從而使所獲得的單個(gè)熔斷器單元在其兩端具有金屬薄膜條，以及跨越所述金屬薄膜條之間的由一端延伸到另一端的熔斷元件。對(duì)沖切獲得的單個(gè)熔斷器單元進(jìn)行焙燒，以便使陶瓷基片和覆蓋板硬化，并在熔斷元件和金屬薄膜之間形成內(nèi)部金屬鍵。在單個(gè)熔斷器單元的端部涂覆導(dǎo)電材料，形成用于電路中連接的電氣端子。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以通過將線材滾壓在基片中來設(shè)置線狀熔斷元件。施加壓力能夠使得線狀熔斷元件埋入到基片中，并有利于線狀熔斷元件與金屬薄膜之間的接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對(duì)層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖切，使所形成的單個(gè)熔斷器單元具有彼此相對(duì)的端部表面和相對(duì)的橫向表面。位于每個(gè)單元的每個(gè)端部的金屬條延伸到一個(gè)端部表面和兩個(gè)橫向表面，從而使覆蓋在單元上的電氣端子能夠在所述端部表面和橫向表面處與所述金屬條相接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述端子涂覆層包括由銀或銀合金構(gòu)成的第一涂覆層，施加在所述第一覆蓋層上的由鎳構(gòu)成的第二涂覆層，以及施加在所述鎳覆蓋層上的由錫/鉛合金構(gòu)成的第三涂覆層。
根據(jù)制作多層熔斷器的方法，首先用未經(jīng)燒結(jié)或未經(jīng)焙燒的陶瓷材料制作基片。在所述基片的上表面上以等距的方式設(shè)置導(dǎo)電金屬薄膜，最好形成平行的列。在所述基片的上表面上以等距的方式設(shè)置導(dǎo)電薄膜形式的熔斷元件，最好形成平行的行，其延伸方向基本上與所述列相交叉，最好相垂直。將多個(gè)采用上述方式制作的基片堆放在一起，使所述列和行相互對(duì)齊，從而形成一種層疊結(jié)構(gòu)。將一個(gè)未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷覆蓋板層疊在最上面的基片上。采用適合的方法對(duì)所形成的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，其方式最好是縱向通過金屬薄膜列，橫向位于熔斷元件行之間，從而使所形成的單個(gè)芯片型熔斷器單元的相對(duì)兩端具有金屬條，在金屬薄膜條之間的空間上具有一個(gè)由熔斷器一端延伸到另一端的熔斷元件。對(duì)單個(gè)的熔斷器單元進(jìn)行燒結(jié)，以便使陶瓷基片層和覆蓋板硬化，并在熔斷亢件和金屬薄膜之間形成金屬鍵。在單個(gè)單元的端部采用通常的方法涂覆導(dǎo)電材料，以便形成電氣端子，用于連接熔斷元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，單個(gè)的芯片型熔斷器具有相對(duì)的端部表面和相對(duì)的橫向表面。對(duì)層疊結(jié)構(gòu)的切割方式使得每一個(gè)單元的每一個(gè)端部的金屬條延伸到一個(gè)端部表面和兩個(gè)橫向表面，從而使涂覆到單元上的電氣端子能夠與位于端部表面和橫向表面處的金屬條相接觸。這種方式可以將熔斷元件連接起來，形成一個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過適合的方式，例如沖壓、激光或者噴水等等，在未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷基片的適當(dāng)位置上形成孔。使所述孔金屬化，亦即采用真空抽吸或者其他適合的技術(shù)將導(dǎo)電金屬材料置于孔之中。將導(dǎo)電薄膜以一列單個(gè)焊盤的形式設(shè)置在基片表面上，從而使得該焊盤與預(yù)定的金屬化孔相接觸。熔斷元件材料被設(shè)置成與兩個(gè)焊盤相連接。此外，也可以首先設(shè)置熔斷元件材料，然后再設(shè)置薄膜，或者同時(shí)設(shè)置熔斷器材料和薄膜。將多個(gè)基片重疊起來形成層疊結(jié)構(gòu)，并使各層上的焊盤和熔斷元件彼此對(duì)齊。
對(duì)層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，從而使得焊盤、熔斷元件和金屬化孔的圖形形成一種電氣通道。對(duì)切割而成的單個(gè)熔斷器單元進(jìn)行燒結(jié)，使得陶瓷基片和覆蓋層硬化，并在相互接觸部位上的金屬化孔、熔斷元件和金屬薄膜之間形成金屬鍵。單個(gè)熔斷器單元的端部通常涂覆導(dǎo)電材料，形成電氣端子，以便完成每一個(gè)熔斷器中的串聯(lián)回路。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，在附圖中相同的元件將采用相同的附圖標(biāo)記表示，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法制作的電路保護(hù)器的透視圖；圖2是所述電路保護(hù)器沿著圖1中2-2線的剖視圖；圖3是所述電路保護(hù)器沿著圖2中3-3線的剖視圖；圖4是一個(gè)基片的頂視圖，顯示了本發(fā)明的設(shè)置步驟；圖5是圖4所示基片經(jīng)過一個(gè)隨后步驟之后的頂視圖；圖6是由圖4、5所示的基片和一個(gè)覆蓋層形成的層疊結(jié)構(gòu)的端視圖；圖7是上述層疊結(jié)構(gòu)與圖6所示視圖相垂直的端視圖；圖8是由圖6、7所示層疊結(jié)構(gòu)制成的單個(gè)熔斷器單元的透視圖；圖9是本發(fā)明的多層電路保護(hù)器的透視圖；圖10A是圖9所示電路保護(hù)器沿著該圖中10-10線的剖視圖，示出了本發(fā)明的電路保護(hù)器的第一種實(shí)施例；圖10B與圖10A相應(yīng)的剖視圖，示出了本發(fā)明的電路保護(hù)器的第二種實(shí)施例；圖11是本發(fā)明的電路保護(hù)器的分解視圖；圖12是具有兩個(gè)串聯(lián)熔斷元件的基片層的頂視圖；圖13是具有兩個(gè)并聯(lián)熔斷元件的基片層的頂視圖；圖14是一個(gè)基片的頂視圖，示出了如圖10A所示電路保護(hù)器的設(shè)置方法；圖15是一個(gè)基片的頂視圖，示出了如圖10B所示電路保護(hù)器的設(shè)置方法；圖16是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的多層電路保護(hù)器的剖視圖。
圖1是采用本發(fā)明的方法制造的超小型電路保護(hù)器或熔斷器10的透視圖。熔斷器10并不是按照比例來予以顯示的，為了清楚起見，對(duì)熔斷器10以及將要將要說明和示出的其他實(shí)施例的各個(gè)元件的大小和厚度做了夸張。
圖1示出了熔斷器的第一種實(shí)施例，它具有一個(gè)置于基片層上的熔斷元件。熔斷器10包括彼此層疊在一起的上板20和下板22。置于熔斷器10相對(duì)兩端的端子30、32與熔斷器10的圖中未示的內(nèi)部元件電連接。上述端子30、32也使得該熔斷器10能夠與一個(gè)電路相連接。
圖2是熔斷器10沿著圖1中2-2線的剖視圖。圖3是沿著圖2中3-3線的剖視圖。在熔斷器10的上板20與下板22之間設(shè)有一個(gè)熔斷元件24，該熔斷元件24由熔斷器的一個(gè)端面12延伸到與之相對(duì)的另一個(gè)端面14。在這一實(shí)施例中，所述的熔斷元件24采用熔斷線的形式。金屬薄膜帶26、28被置于熔斷器10的端部，與線狀熔斷元件24的兩端相接觸。所述金屬帶26、28中的每一個(gè)由熔斷器10的一個(gè)端部表面12(或14)延伸到兩個(gè)橫向表面16、18。所述金屬帶26、28在端部表面12、14和橫向表面16、18處與端子30、32相連接，從而通過熔斷器10形成電連接。
端子30、32由三層導(dǎo)電金屬形成。其中第一層或者內(nèi)層34由銀或者銀合金涂層構(gòu)成，第二層36由鎳構(gòu)成，第三層38由錫/鉛合金構(gòu)成，這有利于通過焊接或者其他適合方式將熔斷器10連接在電路中。
可以選取線狀熔斷元件24，使之具有所需的直徑，從而對(duì)電流和電壓產(chǎn)生預(yù)期的響應(yīng)。此外，熔斷元件也可以采用具有所需特性的沉積薄膜或其他適合的材料來形成。
圖4-7示出了制造本發(fā)明的熔斷器10的方法。這種方法能夠采用單個(gè)的基片來制造多個(gè)熔斷器。圖4是陶瓷基片40的頂視圖，顯示了所述方法的起始步驟。根據(jù)本發(fā)明，首先采用未經(jīng)燒結(jié)或未經(jīng)焙燒的陶瓷材料來制作具有上表面42的基片40。在上表面42上以多個(gè)彼此相隔的平行列44的方式設(shè)置導(dǎo)電金屬薄膜。所述金屬薄膜縱列44可以采用絲網(wǎng)印刷方式或者其他適合方法來形成。
圖5是圖4所示基片40的頂視圖，它顯示了本發(fā)明方法的隨后步驟。在上表面42上形成了金屬薄膜44之后，將多個(gè)線狀元件50以垂直于金屬薄膜列44的方式置于上表面42上，并使多個(gè)線狀元件彼此相隔。所述線狀元件跨過金屬薄膜縱列44并與之相接觸。在本發(fā)明方法的一種最佳實(shí)施例中，所述線狀元件50由一種滾壓敷設(shè)器來予以設(shè)置，該敷設(shè)器在基片40的橫向方向上運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)的過程中將線狀元件50埋入到基片之中。也可以采用其他適合的方式來設(shè)置線狀元件50。
線狀元件50也可以被壓入到基片40的上表面42中。未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料是軟的，具有柔性，因此在設(shè)置線狀元件50時(shí)能夠使線狀元件50埋入到基片40中，這有利于將線狀元件50固定到位。對(duì)線狀元件50施加壓力也有利于在線狀元件50與金屬薄膜44之間產(chǎn)生良好的接觸。
當(dāng)金屬薄膜縱列44和線狀元件50在基片40的上表面42上設(shè)置到位之后，如圖6和圖7所示，將第二層未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料板48疊放在下板40的上表面42上。圖6和圖7是層疊結(jié)構(gòu)60的端視圖。所述第二板48覆蓋包封線狀元件50和金屬薄膜縱列44。如圖6和圖7所示，線狀元件50和金屬薄膜縱列44延伸到層疊結(jié)構(gòu)60的端部表面處。
隨后將層疊結(jié)構(gòu)60沖切為單個(gè)的熔斷器單元。圖8示出了由層疊結(jié)構(gòu)60沖切下來的一個(gè)熔斷器單元70。采用一個(gè)鋼制標(biāo)準(zhǔn)模具或者其他適合的工具沿著圖6和圖7中的虛線來沖切上述層疊結(jié)構(gòu)60。每一個(gè)由此產(chǎn)生的單個(gè)熔斷器單元70在其兩端都具有金屬薄膜條26、28，同時(shí)具有一個(gè)由一個(gè)端面12延伸到另一個(gè)端面14的線狀元件24。如圖所示，金屬薄膜條26、28也延伸到熔斷器單元的端部表面12、14以及彼此相對(duì)的橫向表面16、18。
陶瓷覆蓋層48和基片40的未經(jīng)焙燒的狀態(tài)有利于對(duì)層疊結(jié)構(gòu)60進(jìn)行沖切，因?yàn)樗鼈冊(cè)谶@種狀態(tài)下較軟，從而易于進(jìn)行切割。與常規(guī)的加工方法相比，本發(fā)明的沖切操作所需要的動(dòng)力較小。此外，由于未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷沒有經(jīng)過燒制的陶瓷那樣脆，從而減少了在切割過程中由于陶瓷破裂所造成的損耗。
隨后對(duì)經(jīng)過沖切的單個(gè)熔斷器單元進(jìn)行燒結(jié)，以便使陶瓷材料硬化。在燒制的過程中，加熱導(dǎo)致在線狀元件50和金屬薄膜44之間形成金屬間鍵，從而形成可靠的連接。
然后為單個(gè)的熔斷器單元涂覆端子，從而形成如圖1-3所示的熔斷器。根據(jù)本發(fā)明的一種最佳實(shí)施例，采用常規(guī)振動(dòng)分檢裝置將單個(gè)的熔斷器單元置于一夾具中，該夾具具有多個(gè)用于置放熔斷器單元的孔。熔斷器單元平行地置于夾具中，通過一個(gè)或多個(gè)步驟在線狀元件50終止的兩端端部12、14上浸漬和涂覆導(dǎo)電金屬材料。
圖9是一個(gè)超小型電路保護(hù)器或者芯片型熔斷器100的透視圖，它具有多個(gè)基片層和熔斷元件，以便獲得較高的電壓和/或電流容量。
所述熔斷器100包括一個(gè)上層或覆蓋層120，底層126和中間層122、124。層122-126和覆蓋層120層疊在一起形成一種芯片結(jié)構(gòu)。如上所述，最好將端子30、32置于熔斷器100的兩端，使之與熔斷器10的內(nèi)部元件實(shí)現(xiàn)電氣連接，在圖9中沒有示出所述內(nèi)部元件。
盡管圖9所示的熔斷器100具有一層覆蓋層120和三個(gè)下部層122、124、126，但是所示的層數(shù)僅僅是示意性的，而不是一種限制。根據(jù)下面的說明將可以看出，本發(fā)明的熔斷器可以包括一個(gè)覆蓋層和多個(gè)下部層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，位于覆蓋層之下的每一下部層都包括一個(gè)熔斷元件。如下面所述，這些熔斷元件可以連接成串聯(lián)方式，也可以連接成并聯(lián)方式，還可以是串聯(lián)和并聯(lián)的組合。
圖10A顯示了本發(fā)明熔斷器的第一種實(shí)施例112，在這種實(shí)施例中，熔斷元件被連接成串聯(lián)形式。圖10A是沿著圖9中10-10線的剖視圖。圖11是熔斷元件以串聯(lián)方式連接的芯片型熔斷器112的分解透視圖。下面的說明是針對(duì)上述兩個(gè)附圖來進(jìn)行的。
如圖所示，下部層122A、124A、126A分別具有可熔斷元件140A、142A、144A?？扇蹟嘣?40A、142A、144A彼此連接在一起，最好通過通道150、152、154、156與端子30、32相連接，以便形成由一個(gè)端子30到另一個(gè)端子32的串聯(lián)連接。通道150-156是在每一層的適當(dāng)位置上形成并金屬化的孔，亦即在孔中填充導(dǎo)電金屬。由圖11可以看出，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，可熔斷元件140A、142A、144A被分別設(shè)置在相應(yīng)的層122A、124A、126A中，除了通過通道150和156之外，不與端子30、32相接觸，通道150和156被連接到最上面的可熔斷元件140A和最下面的熔斷元件144A。然而，根據(jù)另一實(shí)施例，如果希望或者有必要，如圖10A和圖11中的虛線所示，而不是如圖10A所示的實(shí)施例那樣采用通道150和156，可以使焊盤146A直接延伸到端子30和32。如果希望或者有必要，如圖10A所示，熔斷元件可以延伸到端子，也可以不延伸到端子。另外，也可以完全省略端子30、32，讓通道150和156或者延伸到基片端部的焊盤146A直接連接在采用芯片型熔斷器的電路中。
由圖11清晰可見，可熔斷元件140A、142A、144A中每一個(gè)以彼此間隔的方式來形成，擴(kuò)大的焊盤部分146A由窄條148A連接。上述窄條148A或熔斷元件采用根據(jù)對(duì)電壓和/或電流的響應(yīng)特性而選擇出的金屬材料制成的薄膜。焊盤部分146A由金屬材料制成，盡管焊盤部分146A和熔斷元件148A可以通過單一的印刷工藝來形成，從而使得它們具有相同的厚度，但是焊盤部分146A的面積最好大于熔斷元件148A。
如圖10A所示，熔斷元件148A被置于焊盤部分146A之下，亦即在焊盤部分146A之前形成。然而，根據(jù)本發(fā)明，也可以同時(shí)形成熔斷元件和焊盤部分，亦即在同一個(gè)印刷工序中(如圖11所示)，或者在形成焊盤部分之前或之后形成(如圖11中的虛線所示)。
如圖10A和圖11所示，芯片型熔斷器112可以形成這樣一種熔斷器，其熔斷元件的有效長(zhǎng)度是各個(gè)層122A、124A、126A中的熔斷元件148A長(zhǎng)度的總和。這樣就能夠使得所獲得的熔斷器112與相同電壓額的已知熔斷器相比具有較短的長(zhǎng)度和更為緊湊的結(jié)構(gòu)。
圖10B示出了芯片型熔斷器114的第二種實(shí)施例，其中熔斷元件以并聯(lián)方式相連接，而不是如圖10A所示那樣以串聯(lián)方式相連接。每一層122B、124B、126B分別具有可熔斷元件140B、142B、144B?？扇蹟嘣?40B-144B中的每一個(gè)的兩端都具有通過薄的熔斷元件148B相互連接起來的焊盤部分146B。所述焊盤部分146B延伸到每一層122B、124B、126B的端部，與位于芯片型熔斷器114兩端的相鄰端子30、32相接觸。焊盤部分146B還橫向延伸到每一層的橫向邊緣，以便與覆蓋所述橫向邊緣的端子相接觸，從而在三個(gè)側(cè)邊上實(shí)現(xiàn)與端子30、32的接觸。
如圖10B所示，每一層的可熔斷元件140B、142B、144B中的每一個(gè)與兩個(gè)端子30、32相連接。因此，芯片型熔斷器144就具有多個(gè)并聯(lián)連接的熔斷元件。這樣，如圖10B所示的芯片型熔斷器114由于提供了多個(gè)并聯(lián)的電流通道，因而能夠具有更大的電流承受容量。
如上面結(jié)合單層熔斷器10所述那樣，芯片型熔斷器112和114中的每一種最好都采用由三層導(dǎo)電金屬材料制成的端子30、32。同樣，也可以整個(gè)省略端子30、32，將芯片型熔斷器通過通道150、156或者延伸到端部的焊盤部分146A或146B直接連接到電路中。此外，如果希望或者有必要，可以在接近芯片型熔斷器端部的部位上覆蓋銀或者銀合金，使之與所述通道或焊盤部分相接觸，可以將芯片型熔斷器插入到一個(gè)插座中或者一個(gè)芯片中，以便與電路相連接。
圖12是用于本發(fā)明另一種實(shí)施例的芯片型熔斷器的基片160的頂視圖。其中的熔斷元件由兩個(gè)以串聯(lián)方式相連接的熔斷元件162、164構(gòu)成。位于基片160兩端的焊盤部分146C延伸到基片160的端部邊緣和兩個(gè)橫向邊緣。第三焊盤166大致置于基片160的中心部位。兩個(gè)熔斷元件162和164與兩個(gè)端部焊盤164C和中心焊盤166相連接，以形成兩個(gè)相互串聯(lián)的可熔斷元件。多個(gè)基片層160可以采用如圖10B所示的方式，在一個(gè)單個(gè)的芯片型熔斷器中層疊在一起，亦即將每一個(gè)層中的熔斷元件并聯(lián)連接。這樣，采用基片160的芯片型熔斷器就實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合。
圖13是本發(fā)明另一種實(shí)施例的基片層170的頂視圖。由導(dǎo)電材料薄膜制成的焊盤被置于基片170的兩端。兩個(gè)熔斷元件172和174以平行的方式置于基片170的上表面上，并與兩個(gè)焊盤146D相連接。在基片層170的預(yù)定位置上，采用如圖10A所示的方式，形成了金屬化的孔?？梢圆捎萌?0A所示的方式將多個(gè)基片層170組裝在一起，以便形成一個(gè)具有并聯(lián)與串聯(lián)相組合的芯片型熔斷器。
圖14、15示出了制造多層熔斷器112、114的方法。圖14涉及的是結(jié)合圖10A所述的芯片型熔斷器112的制造方法，圖15涉及的是結(jié)合圖10B所述的芯片型熔斷器的制造方法。根據(jù)所述方法，從制作多個(gè)基片層開始制作多個(gè)單獨(dú)的熔斷器。
參見圖14，提供一個(gè)由未經(jīng)燒結(jié)或未經(jīng)焙燒的陶瓷材料制成的基片層180，它具有上表面182。將多個(gè)焊盤184和熔斷元件186以彼此相隔的位置關(guān)系置于所述上表面182上。熔斷元件186與兩個(gè)相鄰的焊盤相連接，從而形成上面所述的單個(gè)基片層的可熔斷元件。所述焊盤和熔斷元件可以采用絲網(wǎng)印刷方法或者其他適合的方法在不同步驟中分別形成，也可以在同一個(gè)步驟中同時(shí)形成。在基片層180上也可以印制如圖13所示的多個(gè)熔斷元件172、174和焊盤146D。
制作多個(gè)基片層180，例如以便如圖10A和圖11所示提供多個(gè)層122A、124A、126A。對(duì)各個(gè)基片層進(jìn)行穿孔，為金屬化通道150-156形成孔，用于實(shí)現(xiàn)各基片層上的熔斷元件的互連。參見圖11，根據(jù)一個(gè)基片層在所形成的芯片型熔斷器中的位置，可以在基片層上沖出具有不同形狀的孔，以便于熔斷元件的互連。
可以采用真空方式將導(dǎo)電金屬膏吸入孔內(nèi)或者其他適合方式，使孔金屬化。盡管也可以在形成孔和使孔金屬化之前或者在對(duì)所形成的孔進(jìn)行金屬化之前施加焊盤和熔斷元件，但是最好在形成焊盤和熔斷元件之前進(jìn)行沖孔并予以金屬化。
將多個(gè)基片層180堆積在一起并予以定位，從而如圖11中所示的單個(gè)芯片型熔斷器那樣，使得焊盤184和熔斷元件186以重疊的方式定位。在多個(gè)基片層的最上面一個(gè)上施加由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層。可以在將多個(gè)基片層組裝在一起之前或者之后施加所述由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層。按照?qǐng)D14中的虛線，將組裝起來的基片切割或沖切為單個(gè)的熔斷器單元，從而使得每一個(gè)單元都具有堆積在一起的多個(gè)熔斷元件。
最好采用鋼制標(biāo)準(zhǔn)模具或者其他適合的工具，采用上面所述的制作單層熔斷器10的方式，將上述層疊結(jié)構(gòu)切割為單個(gè)的單元。
此后，采用上面所述的方式對(duì)單個(gè)的熔斷器單元進(jìn)行燒制，以便使陶瓷材料硬化。在燒制的過程中，熱量會(huì)使得在金屬通道150-156和金屬薄膜焊盤146A之間形成金屬鍵合，從而獲得可靠的電連接。
然后按照上面所述的方式為單個(gè)的熔斷器單元被覆以端子，從而形成如圖9和圖10A所示的熔斷器100。
圖15顯示了一種制作如圖10B所示熔斷器芯片的方法。提供一個(gè)具有上表面192的由未經(jīng)燒結(jié)或未經(jīng)焙燒的陶瓷材料制成的基片層190。在所述上表面192上淀積導(dǎo)電金屬薄膜形成多個(gè)彼此相隔的平行列194，從而提供如圖10所示的加工完畢的芯片型熔斷器中的端部焊盤146B。
在所述上表面192上淀積另外的導(dǎo)電金屬薄膜形成多個(gè)彼此相隔的平行行196，這些行196與上述列194相互垂直。這些行196例如可以構(gòu)成如圖10B所示的加工完畢的芯片型熔斷器中的熔斷元件140B、142B、144B?；瑢?90上也可以印制如圖12所示的熔斷元件162、164和中心焊盤166。
可以將多個(gè)基片層190堆積在一起，使各層上的所述行和列相互對(duì)齊。在最上面的基片層上施加由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層，以便形成一個(gè)組裝結(jié)構(gòu)。可以在施加由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層之前或之后將基片層壓在一起，以便使之彼此結(jié)合。最好在加熱和加壓條件下將基片層190和由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層120B結(jié)合在一起。采用上面所述的方式，如圖15中的虛線所示，對(duì)組裝而成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割或沖切，以便形成單個(gè)的熔斷器單元。
對(duì)單個(gè)的熔斷器單元進(jìn)行燒制，以便使陶瓷硬化，采用上面所述的方式在經(jīng)過燒制的單元上被覆以端子。
本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，即熔斷元件被置于每一個(gè)基片層上。如圖16所示，芯片型熔斷器212包括串聯(lián)連接的熔斷元件240A、242A、244A(它們也可以并聯(lián)連接)，可以省略基片層222、224A、226A 228A中的一個(gè)或多個(gè)上的熔斷元件，這種省略可能是所希望的，例如以便將熔斷元件之間產(chǎn)生放弧現(xiàn)象的可能性減到最小程度。此外，如果希望或者需要，可以在單個(gè)基片層222A、224A、226A、228A的兩側(cè)印制熔斷元件，這一點(diǎn)在為了增加串聯(lián)連接的熔斷元件的長(zhǎng)度時(shí)是需要的，或者在同一個(gè)芯片型熔斷器中某一基片層的頂側(cè)和另一層的底側(cè)印制熔斷元件。
上述介紹了本發(fā)明的原則，最佳實(shí)施例和操作模式，然而本發(fā)明并于限于上面所述的具體實(shí)施例。上面所述的實(shí)施例僅僅是舉例性的，而不是限定性的，本技術(shù)領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員在下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)還可以對(duì)本發(fā)明作出種種改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種制作芯片型熔斷器的方法，其特征在于，包括如下步驟采用未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成至少一個(gè)基片元件；在至少一個(gè)所述基片元件的上表面上用導(dǎo)電薄膜形成多個(gè)彼此相隔的列和行，所述導(dǎo)電薄膜行基本上與所述導(dǎo)電薄膜列的延伸方向相垂直；在所述基片的上表面上施加由未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料制成的覆蓋層，以便形成一個(gè)層疊結(jié)構(gòu)；分割所述的層疊結(jié)構(gòu)，形成多個(gè)單個(gè)的芯片型熔斷器，其中每一個(gè)芯片型熔斷器包括一個(gè)熔斷元件，該熔斷元件包括位于兩個(gè)端部的由導(dǎo)電薄膜形成的金屬薄膜焊盤，以及連接所述焊盤的由導(dǎo)電金屬薄膜形成的導(dǎo)電元件；對(duì)所述芯片型熔斷器進(jìn)行燒結(jié)，以便使所述未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷材料硬化，并在所述導(dǎo)電金屬與導(dǎo)電金屬薄膜焊盤之間形成金屬鍵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在每一個(gè)基片元件上施加列和行的步驟包括在未經(jīng)燒結(jié)的陶瓷基片的上表面上印制多個(gè)彼此相隔的導(dǎo)電薄膜列；在基片的上表面上印制多個(gè)彼此相隔的導(dǎo)電元件，該元件的方向基本上與所述薄膜列的方向相垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的施加薄膜列的步驟包括印制導(dǎo)電金屬薄膜構(gòu)成的單個(gè)焊盤列；淀積所述導(dǎo)電元件與兩個(gè)焊盤相互連接。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為至少兩個(gè)基片層制備導(dǎo)電薄膜列和導(dǎo)電元件行，所述基片層被置于多個(gè)層中，以便形成一個(gè)層疊結(jié)構(gòu)，并使每一層的導(dǎo)電元件彼此對(duì)齊；在選定的位置上使層間的彼此對(duì)齊的列相互連接，以便在它們之間形成電氣連接。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在層間對(duì)彼此對(duì)齊的列進(jìn)行互連的步驟包括根據(jù)薄膜列的位置，在每一基片的預(yù)定位置上形成孔；使得所述孔金屬化，其中金屬化的孔在堆積層的預(yù)定位置上與所述列相接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)各層的彼此對(duì)齊的列所進(jìn)行的互連將每一個(gè)芯片型熔斷器中的熔斷元件以串聯(lián)方式連接在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括如下步驟在燒制步驟之后，在熔斷器的兩端部位上設(shè)置端子；將位于所述熔斷元件串一端的焊盤以電氣連接的方式與所述端子中的一個(gè)相連接，將位于熔斷元件串另一端的焊盤以電氣連接方式與所述端子中的另一個(gè)相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述焊盤與端子相連接的步驟包括為每一個(gè)焊盤在孔中提供一導(dǎo)體，該導(dǎo)體由所述焊盤通過其間的基片通向所述端子。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，設(shè)置端子的步驟包括在最內(nèi)層施加一層銀合金，在上述最內(nèi)層上覆蓋一層鎳，然后在上述鎳層上覆蓋一層含錫/鉛的合金。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在燒制步驟之后在熔斷器的兩端設(shè)置端子，該端子與位于熔斷器兩端部位上的至少一個(gè)焊盤實(shí)現(xiàn)電氣接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，設(shè)置端子的步驟包括在最內(nèi)層施加一層銀合金，在上述最內(nèi)層上覆蓋一層鎳，然后在上述鎳層上覆蓋一層含錫/鉛的合金。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在熔斷器的兩端設(shè)置一涂層，其最內(nèi)層為一層銀合金，在上述最內(nèi)層上覆蓋一層鎳，然后在上述鎳層上覆蓋一層含錫/鉛的合金，從而形成端子。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分割層疊結(jié)構(gòu)的步驟使得所形成的每一個(gè)芯片型熔斷器具有相對(duì)的端面和相對(duì)的橫向側(cè)面，并使得每一層上的每個(gè)金屬薄膜焊盤延伸到其中一個(gè)端面和兩個(gè)橫向側(cè)面；使所述端子與位于每一層兩端部位上的焊盤相連接，從而使每一個(gè)芯片型熔斷器中的多個(gè)熔斷元件以并聯(lián)方式相連接。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的設(shè)置多個(gè)熔斷元件的步驟包括在基片上軋制多個(gè)線狀熔斷元件。
15.一種芯片型熔斷器，其特征在于，包括多個(gè)由陶瓷材料制成的基片，每一個(gè)基片具有一個(gè)上表面，將所述多個(gè)基片堆積在一起，具有至少一個(gè)最上部的基片層和最下部的基片層；在兩個(gè)或多個(gè)所述基片層上表面設(shè)置由導(dǎo)電材料制成的熔斷元件；一個(gè)覆蓋所述最上部基片層的上表面的陶瓷覆蓋層，其中所述基片層和覆蓋層形成一個(gè)具有第一端部和第二端部的層疊結(jié)構(gòu)；用于將所述多個(gè)基片層的熔斷元件電互連的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，進(jìn)一步包括接近所述層疊結(jié)構(gòu)的第一和第二端部的用導(dǎo)電材料制成的端子；將至少最上部的熔斷元件與第一端子電連接的裝置；將至少最下部的熔斷元件與第二端子電連接的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的芯片型熔斷器，其特征在于，所述每一個(gè)基片層上的熔斷元件由第一端部的第一邊緣延伸到該基片層的第二端部的相對(duì)第二邊緣；位于所述第一和第二端部的端子與每一個(gè)基片層上的所述熔斷元件電連接，其中所述熔斷元件由所述端子電互連。
18.如權(quán)利要求17所述的芯片型熔斷器，其特征在于，每一個(gè)所述熔斷元件包括置于所述基片的第一和第二端部的用導(dǎo)電材料制成的焊盤，所述焊盤至少延伸到所述第一和第二邊緣，以及在所述焊盤之間設(shè)置并與所述焊盤電連接的可熔斷的元件。
19.如權(quán)利要求18所述的芯片型熔斷器，其特征在于，位于所述基片上的每一焊盤進(jìn)一步延伸到第一和第二端部的橫向邊緣。
20.如權(quán)利要求17所述的芯片型熔斷器，其特征在于，每個(gè)所述熔斷元件包括置于基片層的第一和第二端部的由導(dǎo)電材料制成的焊盤，該焊盤至少延伸到所述第一和第二邊緣，由導(dǎo)電材料制成的第三焊盤被置于位于所述第一和第二端部的焊盤之間，并與之相隔離，第一可熔斷元件被置于位于第一端部的焊盤與第三焊盤之間并與它們電連接，第二可熔斷元件被置于位于第二端部的焊盤與第三焊盤之間并與它們電連接。
21.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，每個(gè)所述熔斷元件包括分別置于所述第一基片的第一和第二端部的用導(dǎo)電材料制成的焊盤，至少一個(gè)可熔斷元件電連接所述焊盤。
22.如權(quán)利要求21所述的芯片型熔斷器，其特征在于，用于電互連熔斷元件的裝置包括多個(gè)導(dǎo)體，每個(gè)導(dǎo)體置于多個(gè)孔中的一個(gè)之中，該孔在預(yù)定的位置上穿過基片層，以便將相鄰的基片熔斷元件電連接起來。
23.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，每個(gè)所述熔斷元件包括置于所述第一基片的第一和第二端部的用導(dǎo)電材料制成的焊盤，至少一個(gè)可熔斷元件與所述焊盤電連接；用于電互連熔斷元件的裝置為多個(gè)導(dǎo)體，每一個(gè)導(dǎo)體置于多個(gè)孔中的一個(gè)之中，該孔在預(yù)定的位置上穿過基片層，以便將相鄰的基片熔斷元件電連接起來；用于至少將最上部的熔斷元件與位于第一端部的端子電連接的裝置包括置于一個(gè)孔之中的導(dǎo)體，該孔由位于最上部的基片層上的焊盤穿過最上部的基片層和中間基片層延伸到所述端子；用于至少將最下部的熔斷元件與位于第二端部的端子電連接的裝置包括置于一個(gè)孔之中的導(dǎo)體，該孔由置于最下部的基片層上的焊盤穿過最下部的基片層和中間基片層延伸到位于第二端部的端子。
24.如權(quán)利要求23所述的芯片型熔斷器，其特征在于，最下部基片的第一和第二端部的底表面包括導(dǎo)電金屬層，以利于所述導(dǎo)體與端子之間的電連接。
25.如權(quán)利要求16所述的芯片型熔斷器，其特征在于，所述每一個(gè)端子包括有銀/銀合金制成的最內(nèi)層，由鎳制成的中間層，和含錫/鉛材料制成的最外層。
26.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，至少一個(gè)熔斷元件的一端延伸到所述層疊結(jié)構(gòu)的第一和第二端部之一。
27.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，一個(gè)熔斷元件被置于每個(gè)所述基片層的上表面上。
28.如權(quán)利要求15所述的芯片型熔斷器，其特征在于，每個(gè)所述基片層具有一個(gè)下表面，一個(gè)熔斷元件被置于至少一個(gè)基片層的下表面上。
全文摘要
超小型電路保護(hù)器包括至少一具有至少一個(gè)熔斷元件的陶瓷材料層和一覆蓋層，構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu)。其兩端設(shè)有導(dǎo)電端子。其中一層具有一個(gè)以上的熔斷元件，該元件可并聯(lián)或串聯(lián)。單層的每個(gè)熔斷元件可包括兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的熔斷元件。其制造方法包括在多個(gè)未燒結(jié)的陶瓷材料基片上印制多個(gè)熔斷元件，將基片堆積形成一層疊結(jié)構(gòu)，將層疊結(jié)構(gòu)切成單個(gè)單元，并在該單元兩端覆蓋導(dǎo)電材料，形成端子。
文檔編號(hào)H01H85/0445GK1159249SQ95195031
公開日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1995年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月12日
發(fā)明者斯蒂芬·惠特尼, 基思·斯波爾丁, 瓊·溫尼特, 瓦林達(dá)·卡爾拉 申請(qǐng)人:庫珀工業(yè)公司