CN101620954B

CN101620954B - 表面贴装熔断器的制造方法和表面贴装熔断器

Info

Publication number: CN101620954B
Application number: CN200810130656XA
Authority: CN
Inventors: 李向明; 张海明; 汪立无; 孙建英; 杨永林
Original assignee: AEM SCIENCE AND TECHNOLOGY (SUZHOU) Co Ltd
Current assignee: AEM Science and Technology (Suzhou) Co., Ltd.
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: CN101620954A

Abstract

本发明提供一种表面贴装熔断器的制造方法和表面贴装熔断器，该方法包括步骤：准备由玻璃陶瓷粉末和第一粘合剂组成的第一浆料和由导电材料粉末和第二粘合剂组成的第二浆料；将第一浆料涂布在承载基板上并固化；将第二浆料涂布在固化后的第一浆料上形成与制成后的熔丝对应的预定图案，并使第二浆料固化；将第一浆料涂布在固化后的第二浆料上并使其固化；将形成的熔断器毛坯阵列切割成单个的熔断器毛坯；将熔断器毛坯从承载基板或基带剥离；经过排胶将毛坯的第一和第二浆料中的粘合剂除去，之后烧结成为内含熔丝的玻璃陶瓷器件；在玻璃陶瓷器件的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头导电材料层与熔丝端头电连接而形成熔断器的端电极。

Description

表面贴装熔断器的制造方法和表面贴装熔断器

技术领域

本发明涉及一种表面贴装熔断器的制造方法和表面贴装熔断器，尤其涉及一种微型表面贴装大电流熔断器的制造方法和由该方法制造的表面贴装熔断器。

背景技术

当前，印刷电路板越来多地应用在各种电气及电子设备中。在这些印刷电路板上形成的电路一般都需要过电流保护。提供这种过电流保护的方式之一是使用固定在印刷电路板上的表面贴装熔断器。

目前市面上的微型表面贴装熔断器主要用两类材料，即用有机和无机材料，来做熔断器的基体材料。而熔丝均用金属材料做成。

美国专利5,943,764公开了目前生产微型表面贴装熔断器的一个方案。该方案在有机高分子板材上用薄膜电路的加工方法制作熔断器的金属熔丝和端电极。目前用该方案生产的微型表面贴装熔断器的最大额定电流不超过7A。该方案只能生产单层熔丝的表面贴装熔断器。其将覆盖在熔丝表面的灭弧和保护层的结构和材料局限于薄的高分子涂层。当熔丝熔断起弧时，灭弧和保护层通常不能将电弧迅速压灭，而导致冒烟和损坏。这一缺陷也限制了用这一技术所能制造的熔断器的最大额定电流。

美国专利5,166,656公开了另一个技术方案。该技术方案是采用无机陶瓷和玻璃基板做熔断器基体，熔丝是用金属材料经薄膜电路加工的光刻技术加工而成。这种熔断器只有单层的熔丝结构。本申请人用该技术制成的EIA1206尺寸的熔断器的最大额定电流为3A。

中国专利95195031.2提出另一种技术方案。该方案的特征在于在未经烧结的陶瓷材料基片上制造导电薄膜。然后叠层烧结以制成具有单个和多个熔丝的微型表面贴装熔断器。未经烧结的陶瓷材料基片是由陶瓷粉末与有机粘结剂制成。有机粘结剂通常在排胶时以热分解的方式先行除去。除去有机粘结剂的陶瓷粉末在烧结时要有较大的收缩才能使陶瓷粉末紧密地烧结成瓷。而导电薄膜为金属制成，在烧结时不但没有收缩，还会膨胀。另外，该技术方案采用陶瓷而非玻璃陶瓷材料做熔断器的基体材料。陶瓷的灭弧性能不如玻璃陶瓷材料。可以预料，这一技术方案不能制成实用的熔断器。该专利为1995年申请。目前，本申请人未能用该技术方案制成具有多个熔丝的微型表面贴装熔断器。

除AEM公司的产品外，目前市面上的微型表面贴装熔断器的熔丝均为单层设计。而AEM公司的微型表面贴装熔断器的额定电流均不超过8A。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型表面贴装熔断器及其制造方法，制作可承受大电流的熔断器。该熔断器采用多层的熔丝结构，提高了单位体积熔丝与周围灭弧材料的接触面积。当熔丝熔断起弧时，电弧的等离子体可以快速地向周围的灭弧材料扩散，达到短时间内灭弧的目的。从而提高了微型表面贴装熔断器的大电流分断能力。

本发明采用了AEM公司的专利技术(US 6,034,589)的多层熔丝和多层灭弧材料的设计，并加以改进，从而制成EIA1206/EIAJ3216尺寸的，其额定电流达20A的新型大电流型表面贴装熔断器。

本发明的第一方面提供了一种表面贴装熔断器的制造方法，该方法包括如下步骤：

(a)准备第一浆料和第二浆料，该第一浆料由玻璃陶瓷粉末和第一粘合剂组成，该第二浆料由导电材料粉末和第二粘合剂组成；

(b)将所述第一浆料涂布在承载基板或基带上并使其固化；

(c)将所述第二浆料涂布在固化后的第一浆料上以形成与制成后的熔丝对应的预定图案，并使该第二浆料固化；

(d)将所述第一浆料涂布在固化后的第二浆料上并使其固化；

(e)将通过以上步骤形成的熔断器毛坯阵列切割成单个的熔断器毛坯；在切割之前或之后将熔断器毛坯从所述承载基板或基带剥离；

(f)经过排胶将毛坯的第一浆料和第二浆料中的粘合剂除去；

(g)将所述排胶后的熔断器毛坯烧结成为内含熔丝的玻璃陶瓷器件；

(h)在所述玻璃陶瓷器件的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头导电材料层与熔丝端头电连接而形成所述熔断器(100)的端电极。

本发明第二方面提供了一种表面贴装熔断器(100)的制造方法，该方法包括如下步骤：

(b)将所述第一浆料涂布在承载基板或基带上并使其固化而制成固化的多个薄带，并在预定的薄带上印刷第二浆料形成与制成后的熔丝对应的预定图案，并使该第二浆料固化，之后将形成有第二浆料图案的第一浆料薄带从所述承载基板或基带剥离；

(c)将不带有第二浆料图案的第一浆料薄带和带有第二浆料图案的第一浆料薄带按需要以一定的数量及次序叠置，使得第二浆料图案夹在两条第一浆料薄带之间，经加热加压制成熔断器毛坯阵列；

(d)将通过以上步骤形成的熔断器毛坯阵列切割成单个的熔断器毛坯；在切割之前或之后将熔断器毛坯从所述承载基板或基带剥离；

(e)经过排胶将第一浆料和第二浆料中的粘合剂除去；

(f)将所述排胶后的熔断器毛坯烧结成为内含熔丝的玻璃陶瓷器件；

(g)在所述玻璃陶瓷器件的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头导电材料层与熔丝端头电连接而形成所述熔断器(100)的端电极。

根据本发明上述方面生产的表面贴装熔断器采用玻璃陶瓷材料做灭弧及结构材料，使之具有玻璃的良好灭弧性能及陶瓷材料的机械性能。该方法可制造EIA1206/EIAJ3216尺寸、额定的电流达20A的微型表面贴装大电流熔断器。EIA1206和EIAJ3216分别是表面贴装电子元器件长宽尺寸的美国标准和日本标准。1206定义为0.126英寸×0.063英寸。3216指相对应的公制尺寸，即3.2mm×1.6mm。

本发明的第三方面提供了一种通过上述第一方面或第二方面所述的方法制成的表面贴装熔断器。该表面贴装熔断器具有多层结构、内含单个或多个熔丝，其中熔丝由上述第二浆料制成，而熔丝的上下面设有由上述第一浆料制成的灭弧和结构层。在该表面贴装熔断器的两端设有端电极。

优选的是，所述端电极为分层结构，由内到外分别为与熔丝接触的银层、起保护作用的镍层和提高端电极可焊性的焊锡层。当然，可以根据需要用其它金属或合金代替银而形成导电层。

附图说明

图1是表示本发明的表面贴装熔断器的立体图。

图2是表示图1的表面贴装熔断器的纵向剖视图。

图3-6是表示根据本发明的生产表面贴装熔断器方法的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图1-6对本发明的表面贴装熔断器的具体结构和制造方法进行详细说明。

参见图1和图2，大致为平行六面体的表面贴装熔断器100由基体10和在基体10的相对的两个侧端处的端电极20、30构成。

基体10由多个灭弧层70(图2中示出为三层)和两个灭弧层70之间的熔丝80构成，其中熔丝80延伸至设有端电极20、30的两个侧端而与端电极20、30形成电连接。

端电极20、30为分层结构，并包围基体10两侧端的外周表面。端电极20、30由内到外分别为与熔丝80接触的银层40、起保护作用的镍层50和提高端电极20、30可焊性的焊锡层。当然，可以根据需要用其它金属或合金代替银而形成导电层40。也可以视情况不设置镍层和/或焊锡层。

下面参照图3-6介绍生产本发明的表面贴装熔断器100的方法。

首先制备第一浆料和第二浆料。第一浆料由玻璃陶瓷粉末和紫外线固化粘合剂构成，第二浆料由导电材料粉末和紫外线固化粘合剂构成。所述导电材料为金属或合金，或金属和合金的混合物，优选为银或银合金。也可以在导电材料粉末中添加非金属粉末，例如玻璃陶瓷粉末，以增强其灭弧性能。

如图3所示，利用涂布机将第一浆料2涂布在一块承载基板1上。然后用紫外线将该第一浆料2固化。这一涂布和固化的过程可以进行一次，也可以重复多次。

在上述第一浆料和第二浆料中，可以用有机溶剂型或水溶剂型的粘合剂代替紫外线固化粘合剂。在固化步骤中的紫外线固化也相应地用加热干燥来代替。

如图4所示，可用丝网印刷或者钢板印刷的方法将第二浆料3按一定的图案涂布在固化后的第一浆料2上，然后用紫外线将该第二浆料3固化。第二浆料3涂布的图案确定了制成后熔丝80的形状。第二浆料3涂布的图案可以是如图5、6所示的若干平行条状。

在固化有第二浆料3的第一浆料2层上再次涂布第一浆料2，然后用紫外线将该第一浆料2固化。这一涂布和固化的过程可以进行一次，也可以重复多次。

上述第一浆料2和第二浆料3的涂布及固化可以反复进行，以制成多层结构。在该多层结构中，每一个第二浆料3的涂层均夹在两个第一浆料2的涂层之间。

在完成上述的涂布和固化步骤后形成多层结构的熔断器阵列毛坯，将该熔断器阵列毛坯沿图5、6所示的横向、纵向切割线4、5切割成单个的熔断器毛坯，然后将切割后的熔断器毛坯从承载基板1上剥离。也可以先将熔断器阵列毛坯从承载基板1上剥离，然后再将剥离的熔断器阵列毛坯沿图5、6所示的横向、纵向切割线4、5切割或单个的熔断器毛坯。

将单个的熔断器毛坯经过排胶处理。经过排胶后的熔断器毛坯的第一浆料和第二浆料中的粘合剂以氧化及热分解的方式除去，之后经烧结成为内含单个或多个熔丝的玻璃陶瓷器件。由于第一浆料和第二浆料内均有一定量的粘合剂，因此经过排胶后的第一浆料和第二浆料内的玻璃陶瓷粉末和银的粉末均有一定的孔隙率，在烧结时玻璃陶瓷粉末和银的粉末能以接近的收缩率烧结成玻璃陶瓷体和银的熔丝，形成“独石”结构。

其后的加工方式与业内熟知的独石电容和独石电感的方法无异，即在独石结构的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头金属层与银的熔丝端头连接，并经电镀镀上镍的保护层及焊锡层。

在第一浆料中，有机粘结剂的重量％为5％-35％.其余为玻璃陶瓷。在玻璃陶瓷中，玻璃的重量％为20％-85％，其余为陶瓷。玻璃和陶瓷可以混合粉末的形式与粘结剂混合，以制成第一浆料。为了使结构和性能更为一致，可将玻璃和陶瓷粉末先在高温下熔混，再冷却并粉碎成粉末，然后再与粘结剂混合，以制成第一浆料。玻璃和陶瓷，或者玻璃陶瓷粉末的优选粒径为1-3微米。第一浆料中的玻璃的优选软化点为500-900℃.

在第二浆料中，有机粘结剂的重量％为5％-45％，其余为金属粉、或合金粉、或金属与合金混合粉。在上述粉末中还可以加入玻璃或陶瓷或玻璃陶瓷粉末以增强灭弧效果及调整烧结后的电阻。金属或合金粉在混合粉末中的重量％的优选范围为70％-100％。粉末的优选粒径为1-3微米。金属或合金的优选材料为银或银的合金。

另外，上述利用第一、第二浆料的涂布及固化处理生产熔断器毛坯阵列的过程也可以用以下处理步骤代替。

首先，在承载基板上将第一浆料制成干燥好或固化好的薄带；在某些干燥好或固化好的薄带上印刷第二浆料的图案，并将其干燥或固化，之后将形成有第二浆料图案的第一浆料薄带从所述承载基板剥离。

而后，根据设计要求，将第一浆料制成的薄带和印有第二浆料图案的第一浆料的薄带按一定的组合，经加热加压制成毛坯。

本技术方案能制成体积小而额定电流高，灭弧性能好而结构可靠的微型表面贴装大电流熔断器。

以下为根据本发明的上述方法生产两种实际型号的熔断器的实例。

实例1

在基板上涂布厚度为0.01英寸的第一浆料，用紫外线固化。

在固化的第一层浆料上涂布厚度为0.011英寸的第二层第一浆料，用紫外线固化。

在固化的第二层浆料上印刷用第二浆料做的熔丝图案，用紫外线固化。

在面上涂布厚度为0.004英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在固化的浆料上印刷用第二浆料的熔丝图案，用紫外线固化。

在面上涂布厚度为0.01英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在面上涂布厚度为0.011英寸的第一浆料，用紫外线固化.

将基板上的毛坯切割成单个的熔断器。

将切割成单个的熔断器毛坯经300-400℃排胶和850-910℃烧结，制成独石结构的内含两个熔丝的玻璃陶瓷体，并经上银端、镀镍和镀焊锡，制成额定电流为10A的熔断器。其平均电阻为0.007欧姆，在250％的额定电流，即25A时的熔断时间为1-3.92秒。

实例2

在基板上涂布厚度为0.01英寸的第一浆料，用紫外线固化。

在固化的第一层浆料上涂布厚度为0.006英寸的第二层第一浆料，用紫外线固化。

在固化的第二层浆料上印刷用第二浆料的熔丝图案，用紫外线固化。

在面上涂布厚度为0.005英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在面上涂布厚度为0.004英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在面上涂布厚度为0.005英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在面上涂布厚度为0.006英寸的第一浆料，用紫外线固化.

在面上涂布厚度为0.01英寸的第一浆料，用紫外线固化.

将基板上的毛坯切割成单个的熔断器。

将切割成单个的熔断器毛坯经300-400℃排胶和850-910℃烧结，制成独石结构的内含四个熔丝的玻璃陶瓷体，并经上银端、镀镍和镀焊锡，制成额定电流为20A的熔断器。其平均电阻为0.0029欧姆，在250％的额定电流，即50A时的熔断时间为0.72-2.86秒。

Claims

1.一种表面贴装熔断器的制造方法，该方法包括如下步骤：

(a)准备第一浆料和第二浆料，该第一浆料由玻璃陶瓷粉末和第一有机粘合剂组成，其中，第一有机粘结剂的重量％为5％-35％，其余为玻璃陶瓷粉末，在所述玻璃陶瓷粉末中，玻璃的重量％为20％-85％，其余为陶瓷，将玻璃和陶瓷粉末先在高温下熔混，再冷却并粉碎成粉末，然后再与粘结剂混合，以制成第一浆料，其中玻璃陶瓷粉末的粒径为1-3微米，玻璃的软化点为500-900℃，

该第二浆料由含导电材料粉末的混合粉末和第二有机粘合剂组成，其中，第二有机粘结剂的重量％为5％-45％，其余为含导电材料粉末的混合粉末，该导电材料粉末为金属粉、或合金粉、或金属与合金混合粉，其中所述金属或合金粉末在含导电材料粉末的混合粉末中的重量％的范围为70％-100％，其余为玻璃或陶瓷或玻璃陶瓷粉末，导电材料粉末的粒径为1-3微米，其中金属或合金的材料为银或银的合金；

(b)将所述第一浆料涂布在承载基板或基带上并使其固化；

(d)将所述第一浆料涂布在固化后的第二浆料上并使其固化；

(f)经过排胶将毛坯的第一浆料和第二浆料中的粘合剂除去；

(h)在所述玻璃陶瓷器件的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头导电材料层与熔丝端头电连接而形成所述熔断器的端电极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤(b)-(d)中，所述第一浆料和/或第二浆料的涂布和固化处理重复进行一次以上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，重复上述步骤(c)和(d)一次以上，以制成含有多层第二浆料涂层的结构，且每一个第二浆料的涂层均夹在两个第一浆料涂层之间。

4.一种表面贴装熔断器的制造方法，该方法包括如下步骤：

(e)经过排胶将第一浆料和第二浆料中的粘合剂除去；

(g)在所述玻璃陶瓷器件的两端沾上端头导电材料浆料，经烧结使端头导电材料层与熔丝端头电连接而形成所述熔断器的端电极。

5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述第一粘合剂和/或第二粘合剂为紫外线固化粘合剂，在步骤(b)-(d)中利用紫外线固化实现对所述第一浆料和第二浆料的固化。

6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述第一粘合剂和/或第二粘合剂为有机溶剂或水溶剂型粘合剂，在步骤(b)-(d)中利用加热干燥实现对所述第一浆料和第二浆料的固化。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，用丝网印刷或者钢板印刷的方法将第二浆料按一定的图案涂布在固化后的第一浆料上。

8.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，第一浆料由液态的有机粘结剂和玻璃陶瓷粉末混合而成。

9.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，第二浆料由液态的有机粘结剂和导电材料粉末混合而成。

10.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述导电材料为金属、合金、或金属与合金的混合物。

11.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在所述第二浆料中加入玻璃或陶瓷或玻璃陶瓷粉，与导电材料粉末形成混合粉末。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(h)之后，在所述端电极的表面经电镀镀上镍的保护层和焊锡层。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(h)中使用的端头导电材料浆料中的导电材料为金属或金属合金。

14.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤(g)之后，在所述端电极的表面经电镀镀上镍的保护层和焊锡层。

15.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤(g)中使用的端头导电材料浆料中的导电材料为金属或金属合金。

16.一种通过上述权利要求1或4所述方法制成的具有多层结构、内含单个或多个熔丝的表面贴装熔断器，其中熔丝由上述第二浆料制成，而熔丝的上下面设有由上述第一浆料制成的灭弧层。