CN101447370B - 一种高可靠性片式保险丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于熔断器领域，具体涉及一种用于保护电子元器件的贴片保险丝的制备方法。具体是：先在基板上形成背电极，然后在基板上根据保险丝金属熔体的形状，采用丝网印刷法或沉积电镀掩膜蚀刻的方法在绝缘基板上形成第一金属层；将金属漏网贴在基板上，第一金属层的两端被遮挡，用汽相沉积法沉积一绝缘层；移开金属漏网，用丝网印刷法在绝缘层上印刷第二金属层，再将保护层覆盖在基板的除两端电极所在部位的上表面，以保护熔体；最后形成形成端头内电极和端电极，即得成品。该方法工艺简单，制备的保险丝能确保所需的速断性、耐脉冲性等熔断特性，其在长期的使用中不易老化，熔断的曲线更为稳定。

Description

一种高可靠性片式保险丝的制备方法

技术领域

本发明属于熔断器领域，具体涉及一种用于保护电子元器件的贴片保险丝的制备方法。

背景技术

现有的片式保险丝及其制作可分为三大类，即独石工艺制作的保险丝、片阻工艺法制作的保险丝以及在绝缘体内穿金属丝的保险丝。独石工艺方法是在陶瓷生坯基板上通过厚膜印刷一层或多层熔体，经过横向和纵向切割形成单个元件的生坯，再经过共烧、封端及电镀得到，其优点是灭弧能力较强，且能达到较大的分断能力，缺点是它的制作周期较长，且较难在保险丝芯片上形成标记；在绝缘体内穿金属丝的保险丝最常见的是在陶瓷体内留下孔洞，将熔丝穿入孔洞后再与端电极相联，其优点是该保险丝分断能力很大，且一致性也较好，缺点是要预先开膜，且陶瓷体穿丝的工艺复杂效率低下，很难进行大批量的制作；而片阻工艺法是一个很成熟的工艺，其基本工艺是首先提供具有正反面的绝缘基片，基片上有横向和纵向的切槽，从而将基片分割成多个矩形单元，随后在基片上的各单元上分别形成面电极、背电极和熔体以及覆盖熔体的保护层，将基片沿纵向切槽分割为多条基片，在各条基片的两侧端面上形成端头内电极，最后将各基片按横向切槽分割成多个矩形单元从而得到所需要的芯片，制造流程简单，且每一流程的制作周期都很短，大大提高了产量降低了制造成本，因而得到了广泛的采用。用片阻工艺法制片式保险丝在现阶段分为三种方法，一种是厚膜工艺法，其特点是用丝网直接在基片上印刷熔体；一种是薄膜工艺法，其运用了表面沉积、电镀、光刻等技术使基片表面形成熔体；最后一种是多元金属法，往往是先进行厚膜印刷得到一特定熔体图形(有时会先在绝缘基板上形成一隔热层)，烧结后再在其上用薄膜法形成不同材料的第二或第三金属层。多元金属法充分运用到了低熔点金属在融化时对高熔点金属的合金效用，既提高了抗浪涌能力，又能保证其在过载时速断性，是目前使用得最多的一种片式保险丝的制作方法。

上述多元金属法片式保险丝的一种现有结构如图3所示，包括：绝缘基片100，基片下表面两背电极101，基片上面积小于基片的隔热层102，第二金属层103，第一金属层105为铜金属层，顶层107为锡金属层，第一保护层108，第二保护层109，端头内电极110，端电极111。

上述多元金属法片式保险丝的制造方法包括如下步骤：

一：提供基片，材质为氧化铝；

二：形成背电极：在基片下表面的左右两侧形成两背电极，材质为银；

三：形成隔热层：于基片上表面中央形成隔热层，其面积小于基片，材质为矽橡胶；

四：形成第二金属层：以薄膜沉积法形成覆盖基片上表面的第二金属层，材质为钛钨合金和铜；

五：形成第一光刻抗蚀剂层：于第二金属层上形成第一光刻抗蚀剂层；

六：暴光显影：对第一光致抗蚀剂层进行暴光显影，移除第一光致抗蚀剂层中的左右两侧及衔接两侧的中间部份，使预备形成的第一金属层对应位置部分第二金属层裸露；

七：形成第二金属层：将基片放置于电镀槽中，于裸露的第二金属层上形成第一金属层；

八：除去剩余的第一光致抗蚀剂层：将不需要的第一光致抗蚀剂层移除，使原被第一光致抗蚀剂层覆盖的第二金属层裸露；

九：蚀刻第二金属层：蚀刻移除未被第一金属层覆盖的第二金属层裸露部分；

十：形成第二光致抗蚀剂层；

十一：暴光显影：进行暴光显影，第二光致抗蚀剂层剩下覆盖第一金属层两侧端的两第二光致抗蚀剂块层，使第一金属层的中间部分完全裸露；

十二：形成顶层金属层：在第一金属层中间裸露部分电镀顶层金属层；

十三：除去第二光致抗蚀剂层块：除去第二光致抗蚀剂层块；

十四：形成第一保护层：以矽橡胶形成至少覆盖熔断体层的第一保护层；

十五：形成第二保护层：以环氧树脂形成第二保护层；

十六：形成端头内电极：以溅镀方式在基片的左右端面形成端头内电极；

十七：形成端电极：以滚镀方式形成端电极。

上述多元金属法制作的保险丝存在一个致命的缺点是容易老化。由于铜金属层与锡金属层之间是紧密接触的，在接触的时候往往伴随着相互的渗透，而渗透的程度与时间和温度相互正关系，即随着时间的增加渗透的程度愈厉害、随着温度的增加渗透的程度愈厉害，而且在正常的工作中往往是伴随着较多的发热，特别是当保险丝有非常瞬间的浪涌时(此浪涌电流不足以使保险丝在该时刻熔断)，锡金属层由于熔点较低产生部分融化，该融化的锡加速了对高熔点金属铜的渗透，久而久之，本来属于不同层的两层金属逐步形成了一个合金层，这时，当一个正常的浪涌电流通过时，由于铜锡合金的熔点较低，这时可能会出现意外的熔断现象。当然，铜锡两层金属形成了一个合金层是一个极端的假设，但随着合金层的从无到有，从小到大的过程实际上确是抗浪涌能力逐渐降低的过程。

上述多元金属法制作的保险丝另一个缺点是：由于锡层与铜层是紧密接触的，在工作时它参与了电流的分配，这对于熔断特性的一致性来说是一个不利的因素，因为在制作过程中不同芯片的铜层或锡层的厚度、宽度及均匀性总存在着差异，这些差异在操作过程中唯一能被方便检测的是通过芯片冷电阻的测量，而且一般地，在同一种型号的片式保险丝里，我们就是通过检测内阻来筛选合格的产品的，这样，针对这种由两层金属参与导电的保险丝就存在这么一个问题：总电阻相等的两个保险丝，可能一个保险丝的铜电阻相对于另一个保险丝的铜电阻大，而其锡电阻相对另一个保险丝的锡电阻则小。众所周知，铜的电阻率、密度、导热性等与锡有着很大的差别，这就造成了可能通过冷电阻严格分选出的“合格”的保险丝其熔断特性会有较大的差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种贴片保险丝的制备方法，该方法制备的保险丝能确保所需的速断性、耐脉冲性等熔断特性，更主要的是，由于其在长期的使用中不易老化，熔断的曲线更为稳定，可有效地使用在诸如航天、军工等要求严酷的设备中。

本发明所采用的技术方案是：

一种高可靠性片式保险丝的制备方法是：先在基板上形成背电极，然后在基板上根据保险丝金属熔体的形状，采用丝网印刷法或沉积电镀掩膜蚀刻的方法在绝缘基板上形成第一金属层；将金属漏网贴在基板上，第一金属层的两端被遮挡，用汽相沉积法沉积一绝缘层；移开金属漏网，用丝网印刷法在绝缘层上印刷第二金属层，再将保护层覆盖在基板的除两端电极所在部位的上表面，以保护熔体；最后形成形成端头内电极和端电极，即得成品。

本发明方法中，第一金属层的材质为银、铜或金。所说的绝缘层的厚度为1-5微米，材质为导热性和绝缘性均好的金属氧化物或氧化物的混合物，其软化点温度小于第一金属层的熔点温度但高于第二金属层的熔点。第二金属层的材质为锡，其图形的线条与第一金属层的部分线条在俯视下重合。保护层材料为玻璃浆料、硅树脂、聚酰胺或环氧树脂等。

由上述方法制得的贴片保险丝，包括陶瓷基片1、第一金属层2、绝缘层3、第二金属层4、封装层5、背电极6和金属端头。第一金属层2和第二金属层4之间有一绝缘层相隔开，且绝缘层的软化点温度在第一金属层和第二金属层之间。所说的金属端头包括端头内电极7、端电极镍8和端电极锡9。其优点在于：第二金属层锡与第一金属层相隔开，在正常的状态下二者不会相互渗透而形成合金层，避免了前面所讲到的老化现象；由于第二金属层在常态下不参与电流的分配，在冷态下所测量到的电阻完全是第一金属层的电阻，这样通过阻值筛选出的合格的保险丝，其熔断特性更为一致。另外，相对于现有方法而言，本发明制作过程简单，制造成本亦相应大大降低。

第一金属层使用了厚膜印刷方式，比使用光刻腐蚀方式更加简单，效率更高，而且控制精度并不会比光刻低，在该产品上使用该技术能力已足够。

本发明方法制得的贴片保险丝，其工作原理主要是：随着保险丝过负载时间的增加或过负载的继续变大，第一金属层发热，温度上升，当达到绝缘层的软化点时，绝缘层撕开一缺口，这时，已经熔融的第二金属层锡迅速进入到第一金属层，使第一金属层瞬间熔断，从而达到了保护电路的目的。

附图说明

图1是本发明制备方法流程图

图2为本发明方法制得的贴片保险丝结构示意图

1.基板　2.第一金属层　3.绝缘层　4.第二金属层　5.封装层　6.背电极7.端头内电极　8.端电极镍　9.端电极锡

图3是现有多元金属法片式保险丝的结构示意图

具体实施方式

实施例1：贴片保险丝的制备

制备流程如图1，具体操作如下：

一：提供基板1，材质以氧化铝或滑石瓷为主

二：形成背电极

在基板1下表面的左右两侧，通过丝网印刷导电浆料形成背电极图形6，导电浆料材质含银；

三、放入干燥炉中干燥(温度：150℃时间：15min)

四：形成正面电极

在基板1的正面通过丝网印刷形成正面电极2，材质含银；

五、放入干燥炉中干燥(温度：150℃时间：15min)

六、放入烧结炉中烧结(最高温度：600℃^-850℃ 时间：60min)

七、形成熔丝图形

在两个面电极之间通过丝网印刷方式将熔丝浆料印刷在陶瓷片上，熔丝的两头分别搭接在面电极上面，与面电极形成电气连接。熔丝的图形可以是直线形，也可以是其他任何形状，一般常见的还有蛇形等。熔丝浆料的成分主要是一些导电金属，一般可以由银、钯、铜、铂等材料中的一种或多种组成。

该图形还可以和面电极图形一起设计成一个整体的“工”字形，在印刷时两个图形一次印刷成型。

为了便于图示说明，这里将熔丝和面电极合二为一后统称为面电极，即一个“工”字形的面电极。

八、放入烧结炉中烧结(最高温度：600℃^-850℃ 时间：60min)

九：形成绝缘层

用金属漏网对齐贴在基板的正面；

将贴有金属漏网的基板通过汽相沉积法在基板1和正面电极2上被上一层很薄的氧化物材料；

十：形成第二金属层

通过丝网印刷在绝缘层3上形成第二金属层4，其范围小于绝缘层3，材质为锡；

十一：形成保护层(封装层5)

通过丝网印刷方式在覆盖有以上图形的表面上印刷一层保护材料(可以是环氧树脂或酚醛树脂等材料)，该图形的长度小于陶瓷片的长度，印刷在正中位置，将面电极露出来；

十二：形成端头内电极

以溅镀方式在基板1左右端面镀上内电极7，材质为Ni-Cr合金；

十三：形成端电极

以滚镀方式形成覆盖背、正面电极、端头内电极的端电极8和9，材质分别是镍和锡。

经上述步骤制得的片式保险丝结构如图2，包括陶瓷基片1、第一金属层2、绝缘层3、第二金属层4、封装层5、背电极6和金属端头，第一金属层2和第二金属层4之间绝缘层3。

实施例2：

通过上述实施例1做出S1206-V-2A产品，按照GB9364.4-2006及GB9364.1-1997检验项目和技术要求进行测试，完全满足性能要求，特别是老化试验结果相对于传统的多元金属法更是大有改善，其两倍电流和十倍电流的熔断时间的散差远远低于前者。为了便于说明，列出上述试验的对照表：

表一：老化试验对比

注：老化试验条件为：各取样品20只，在温度为30℃湿度为60％通以额定电流200h，样品结束后分别做两倍电流和十倍电流的熔断时间。

本试验所用到仪器：BXC-35A熔断测试仪，DS5062M数字示波器，HWS-08A高温高湿恒温炉。

Claims (4)

1.一种高可靠性片式保险丝的制备方法，是：先在绝缘基板上形成背电极，然后在绝缘基板上根据保险丝金属熔体的形状，采用丝网印刷法或沉积电镀掩膜蚀刻的方法在绝缘基板上形成第一金属层；将金属漏网贴在基板上，第一金属层的两端被遮挡，用汽相沉积法沉积一绝缘层；移开金属漏网，用丝网印刷法在绝缘层上印刷第二金属层，再将保护层覆盖在绝缘基板的除两端电极所在部位的上表面，以保护所述保险丝金属熔体；最后形成端头内电极和端电极，即得成品。

2.根据权利要求1所说的高可靠性片式保险丝的制备方法，其特征在于，第一金属层(2)的材质为银、铜或金。

3.根据权利要求2所说的高可靠性片式保险丝的制备方法，其特征在于，所说的绝缘层的厚度为1-5微米，材质为导热性和绝缘性均好的金属氧化物或氧化物的混合物，其软化点温度小于第一金属层的熔点温度但高于第二金属层的熔点。

4.根据权利要求3所说的高可靠性片式保险丝的制备方法，其特征在于，第二金属层的材质为锡。

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