CN103238199A - 熔断丝的制造方法 - Google Patents

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Abstract

制造熔断丝的方法涉及加工多层包覆箔，这种包覆箔具有适于形成熔断丝的第一层和适于形成一个或多个焊盘的第二层。在一些实施例中，该第一层是铝层，且该第二层是镍层。在该包覆箔上进行二步蚀刻工艺或单步蚀刻工艺以形成经过蚀刻的包覆箔，这种包覆箔具有用该第二层制成的多个突片以及用该第一层制成的一个或多个突片，该多个突片用作集流导体盘和电池单元导体盘，且该一个或多个突片形成铝导体。确定这些铝导体的形状和尺寸，以在该蚀刻工艺或随后的模压工艺期间形成铝可熔导体。可形成单熔断丝或熔断丝阵列。

Description

熔断丝的制造方法
技术领域
本发明涉及电池领域。具体来讲，本发明涉及使用熔断丝的电池和电池组以及制造这些熔断丝的方法。
背景技术
电池是将化学能转换成电能的设备。电池是一个或多个电化学单元的组合，每个单元由用导电电解质串联的两个半电池组成。一个半电池包括电解质和电极，带负电荷的离子向该电极移动，该电极例如为阳极或负电极。另一个半电池包括电解质和电极，带正电荷的离子向该电极移动，该电极例如为阴极或正电极。这些电极互不接触，但是由该电解质电气连接。许多单元使用具有不同电解质的两个半电池。在这种构造中，每个半电池由隔板分开。这种隔板允许离子通过但不允许电解质通过，这样就使离子能够通过但两个半电池之间的电解质不会混合。
电池组是一组连接起来的电池单元。电池单元可以串联、并联或串并联，以输送所希望的电压、容量或功率密度。电池组的组成部分包括这些单个的电池单元以及在它们之间提供电气导通的互连线。在许多电池组中，采用集流板来收集从电池组中的每个电池单元输出的电流。第一集流板连接到每个电池单元的阳极，且第二集流板连接到每个电池单元的阴极。
熔断丝是一种电熔丝。电池单元的至少一个电极通过熔断丝连接到电气端子。这种熔断丝典型地包括相对较细的金属线或金属带的短片，这种短片在加上过流时熔化，从而将该电池单元与该电气端子之间的连接切断。过流的原因通常有短路、过载或设备故障。将熔断丝的尺寸和结构确定为使标称电流所产生的热不会导致金属线熔化和电路断开。
形成电池单元电极与电气端子之间的熔断丝的方法通过熔丝线焊（fusible wire bond）来进行。熔丝线焊在过流时断开（熔化），从而使电流不能够流过故障电池单元并且将故障电池单元隔离。当用在电池组中时，该故障电池单元与电池组中的有效电池单元隔离。然而，这些线焊非常脆弱并且刚性附接到该电池单元以及集流元件。在冲击和振动负荷下，尤其是在使用电池组的电动车辆中所看到的冲击和振动负荷下，这些线焊易于断裂。一种解决方法是采用粘合剂将这些电池单元牢固地附接到该集流元件，以将二者之间的相对移动最小化。这增加了制造成本和复杂性。而且，这种解决方法丧失了服务于单个电池单元的能力，这是因为所有的电池单元都永久性地附接到该集流元件且不能够再度使用。
可采用各种焊接方法来将熔丝线焊连接到电池单元电极以及集流元件。这些焊接方法包括但不限于超声波焊接、电阻焊接以及激光焊接。铝是一种用于制造熔丝线焊的普通材料，因为其电阻相对较低且熔化温度相对较低。然而，电阻焊接和激光焊接在用于铝时并不是特别有效。而超声波焊接在用于铝时更加有效。不过，超声波焊接设备比用于电阻焊接和激光焊接的设备昂贵。电阻焊接和激光焊接在用于镍时更加有效。但是，镍具有相对较高的电阻率和高的熔化温度，尤其是在与铝相比较时，因此，将其用作熔丝线焊并不是特别有效。
发明内容
熔断丝的实施例包括集流元件、电池单元导体盘以及将该集流元件与该电池单元导体盘连接的至少一个可熔导体。该集流元件可以是集流导体盘、集流导体盘和集流板或熔丝片。电池单元具有阳极电极和阴极电极，至少一个熔断丝耦合到这些电极中的一个。该电池单元导体盘电气和机械地附接到熔断丝所耦合到的每个电池单元电极。该可熔导体在过流时断开，并且具有足够的工作环长度，该长度允许该电池单元电极与该集流元件之间的平面内和平面外的相对移动。可将这些熔断丝用于包括在电池组内的多个电池单元中的每一个。
可采用多种制造技术来制造该熔断丝。在一些实施例中，采用包括至少第一层和第二层的包覆箔。对这种包覆箔进行处理以形成第一部分和第二部分，该第一部分可起到该电池单元导体盘的作用，该电池单元导体盘电气和机械地耦合到这些电池单元电极中的一个，且该第二部分可取决于该集流元件的具体实施例而起到该集流导体盘或该熔丝片的作用。对该包覆箔进行进一步的处理以形成第三部分，该第三部分将该第一部分与该第二部分分离。可选择性地将该第三部分蚀刻以除去该第一层，从而留下该第二层，该第二层形成该可熔导体。在铝/镍包覆箔的情形中，在该第三部分中将该镍层蚀刻，且在该第三部分中留下的铝层形成该可熔导体。在该蚀刻步骤或随后的模压步骤期间可构造该可熔导体的形状。在一些实施例中，将在该包覆箔的第一部分内的第二层（如该铝层）选择性地蚀刻以形成用该第一层（如镍层）制成的突片。优选根据用于将带突片的第一层耦合到该电池单元电极的焊接方法来选择用于该层的材料。在一些实施例中，将在该包覆箔的第二部分内的第二层（如该铝层）选择性地蚀刻以形成用该第一层（如镍层）制成的另一个突片。可将该突片焊接到该集流板。
在一个方面，制造一个或多个熔断丝的方法包括提供包覆箔，该包覆箔包括第一层和第二层，其中，该第一层和第二层用不同的材料制成；将一个或多个掩模涂覆到该第一层，并且将一个或多个掩模涂覆到该第二层；选择性地对该第一层和第二层进行蚀刻，从而形成一个或多个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分，在该一个或多个第一部分中，将该第一层去除且留下该第二层，在该一个或多个第二部分中，将该第一层去除且留下该第二层，在该一个或多个第三部分中，将该第二层去除且留下该第一层，其中，每个第三部分将第一部分中的一个耦合到第二部分中的一个，且每个第一部分形成第一焊盘、每个第二部分形成第二焊盘；将一个或多个掩模从该第一层除去；将一个或多个掩模从该第二层除去；以及由每个第三部分形成一个或多个可熔导体。
在一些实施例中，通过在将一个或多个掩模从该第一层除去之后在每个第三部分上进行模压步骤或切割步骤来形成一个或多个可熔导体。在其它实施例中，通过在对该第一层选择性地进行蚀刻期间来形成一个或多个可熔导体，其中，对涂敷到该第一层的一个或多个掩模进行构造以形成一个或多个可熔导体。在一些实施例中，使用单步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻该第一层和第二层。在其它实施例中，使用二步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻该第一层和第二层，其中，在该二步法蚀刻工艺的第一蚀刻步骤中，采用第一蚀刻剂，该第一蚀刻剂将该第一层蚀刻但不蚀刻该第二层，并且在该二步法蚀刻工艺的第二蚀刻步骤中，采用第二蚀刻剂，该第二蚀刻剂将该第二层蚀刻但不蚀刻该第一层。在一些实施例中，将该包覆箔形成为单熔断丝，该单熔断丝包括形成电池单元电极盘的一个第一焊盘、形成集流导体盘的一个第二焊盘以及将一个第一焊盘耦合到一个第二焊盘的一个或多个可熔导体。在其它实施例中，将该包覆箔形成为具有熔断丝阵列的熔丝片，每个熔断丝用于耦合到电池组的一个电池单元电极。在一些实施例中，通过包括该第一层和第二层的第一包覆箔部分将每个第三部分耦合到第一焊盘中的一个，且通过包括该第一层和第二层的第二包覆箔部分将每个第三部分耦合到第二焊盘中的一个。与该第一层相比，该第二层具有较高的熔化温度和较高的电阻率。在一些实施例中，该第一层包括铝且该第二层包括镍。在一些实施例中，每个第一焊盘包括电池单元导体盘且每个第二焊盘包括集流元件。在一些实施例中，采用电阻焊接或激光焊接将一个或多个第一焊接突片焊接到电池单元电极，并且将一个或多个第二焊接突片焊接到集流板或电气端子。在一些实施例中，涂敷到该第一层的一个或多个掩模以及涂敷到该第二层的一个或多个掩模是物理掩模。在其它实施例中，采用光刻法将涂敷到该第一层的一个或多个掩模以及涂敷到该第二层的一个或多个掩模涂覆。每个可熔导体在流过该该可熔导体的电流达到阈值电流时断开。
在另一个方面，制造熔断丝组件的方法包括制造具有一个或多个第一焊接突片的熔断丝以及将一个或多个第一焊接突片中的每一个焊接到对应的一个电池单元电极。制造该熔断丝包括提供包覆箔，该包覆箔包括第一层和第二层，其中，该第一层和第二层用不同的材料制成；将一个或多个掩模涂覆到该第一层，并且将一个或多个掩模涂覆到该第二层；选择性地对该第一层和第二层进行蚀刻，从而形成一个或多个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分，在该一个或多个第一部分中，将该第一层去除且留下该第二层，在该一个或多个第二部分中，将该第一层去除且留下该第二层，在该一个或多个第三部分中，将该第二层去除且留下该第一层，其中，每个第三部分将第一部分中的一个耦合到第二部分中的一个，且每个第一部分形成第一焊盘、每个第二部分形成第二焊盘；将一个或多个掩模从该第一层除去；将一个或多个掩模从该第二层除去；以及由每个第三部分形成一个或多个可熔导体。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的包覆箔的截面侧视图。
图2示出了涂敷到图1中的包覆箔的掩模。
图3示出了进行了第一蚀刻步骤之后的图2中的包覆箔和掩模。
图4示出了将掩模去除之后的图3中的包覆箔。
图5示出了涂敷到图4中的包覆箔的掩模。
图6示出了进行了第二蚀刻步骤之后的图5中的包覆箔和掩模。
图7示出了将掩模去除之后的图6中的包覆箔。
图8示出了将所有的掩模涂敷到图1中的包覆箔。
图9示出了进行了一步蚀刻步骤之后的图8中的包覆箔和掩模。
图10示出了图7中的熔断丝的俯视图。
图11示出了图7中的熔断丝的仰视图。
图12示出了熔断丝的俯视图，该熔断丝用比图10中的铝导体窄的铝导体制造。
图13示出了包覆箔片和掩模的俯视图。
图14示出了图13中的包覆箔片和掩模的截面侧视图。
图15示出了进行了第一蚀刻步骤之后的图14中的包覆箔片和掩模。
图16示出了将掩模去除之后的图15中的包覆箔片。
图17示出了该包覆箔片和掩模的仰视图。
图18示出了图17中的包覆箔片和掩模的截面侧视图。
图19示出了进行了第二蚀刻步骤之后的图18中的包覆箔片和掩模。
图20示出了将掩模去除之后的图19中的包覆箔片。
图21示出了图20中的熔断丝的俯视图。
图22示出了进行了模压步骤之后的图21中的熔断丝的俯视图。
图23示出了一种替代构造，在这种构造中，该模压工艺形成一种单铝可熔导体。
图24示出了一种熔断丝的俯视图，在这种熔断丝中，对包括该铝导体的铝层进行处理，以形成铝柔性可熔导体。
图25示出了一种熔断丝的俯视图，该熔断丝类似于图24中的熔断丝，不同之处在于可替代地将图24中的外镍突片构造成环状镍突片。
图26示出了根据第一实施例的熔断丝组件的截面侧视图。
图27示出了电池组的截面侧视图，该电池组包括根据第一实施例的多个熔断丝。
图28示出了包覆箔片和涂覆到铝层的掩模的俯视图。
图29示出了包覆箔片和涂覆到镍层的掩模的仰视图。
图30示出了进行了二步法蚀刻工艺或单步蚀刻工艺并去除了掩模之后的沿着图28中的A-A线截取的蚀刻后的包覆箔的截面侧视图。
图31示出了电池组的截面侧视图，该电池组包括根据第一实施例的多个熔断丝。
参照几个附图对熔断丝及其制造方法的实施例进行描述。在适当的时候并且仅在相同的元件在多于一个附图中揭示并示出时，采用相同的附图标记来表示这些相同的元件。
具体实施方式
本申请的实施例涉及一种熔断丝及其制造方法。本领域普通技术人员会认识到下面所详细描述的熔断丝和制造方法仅仅是示例性的，且并不旨在以任何方式进行限制。受益于本申请的这些技术人员能够容易地想到熔断丝和制造方法的其它实施例。
现在对示于附图中的熔断丝和制造方法的实施进行详细描述。相同的附图标记在整个附图以及下面的详细描述中用于指代相同或相似的部分。为了清楚起见，并不示出和描述本文所述实施方式的所有常规特征。当然，将会理解，在任何实际上的实施方式的开发中，必须决定多种具体实施方式，以实现开发人员的具体目的，如符合与应用和业务有关的限制，以及这些具体目标会随着一种实施方式到另一种实施方式或一个开发人员到另一个开发人员而变化。而且，将会理解，这种开发努力可能会复杂而耗时，但对于受益于本申请的这些技术人员而言仍然是工程的常规任务。
熔断丝的实施例涉及电池单元导体盘、集流器和将该电池单元导体盘与该集流器连接起来的至少一个可熔导体。电池单元包括阳极电极和阴极电极。在一些实施例中，该电池单元固定在电池单元架内，该电池单元架具有至少一个用于进入该阳极电极的开口和用于进入该阴极电极的开口。在一些实施例中，熔断丝耦合到这些电池单元电极中的一个，而非熔断丝耦合到另一个电极。在其它的实施例中，第一熔断丝耦合到该阳极电极，且第二熔断丝耦合到该阴极电极。熔断丝具有电气和机械耦合到该电池单元电极的电池单元导体盘。在一些实施例中，该集流器是一种集流导体盘。在一些实施例中，该集流导体盘机械耦合到该电池单元架。集流导体盘在对应的电池单元电极的开口附近耦合到该电池单元架。
在其它实施例中，该集流器包括集流板和集流导体盘。在一些实施例中，该集流板机械耦合到该电池单元架。该集流板具有与该电池单元架中的开口和该电池单元的电极中的一个对齐的至少一个板开口。若将具有集流板的第二熔断丝耦合到另一个电极，则另一个集流板具有与该电池单元架中的开口和该电池单元的电极中的另一个对齐的至少一个板开口。在此实施例中，该集流导体盘电气和机械耦合到该集流板。该集流导体盘在该电池单元电极在该集流板开口附近耦合到该集流板。在一种示范性构造中，该电池单元具有圆柱形的形状，该集流导体盘具有环状形状，该电池单元导体盘具有圆形的形状，且该集流导体盘、电池单元导体盘和电池单元同心。
至少一个可熔导体耦合在该集流导体盘与该电池单元导体盘之间。电流经由该可熔导体在该电池单元导体盘与该集流导体盘之间流动。在过流时，每个可熔导体熔化并因此而断开。这样，该可熔导体就起到保险丝的作用并停止电流流入和流出该电池单元。
在一些实施例中，将多个电池单元电气连接成电池组。该电池组包括多个电池单元、电池单元架和多个熔断丝，至少一个熔断丝耦合到该电池组中的每个电池单元的至少一个电极。在一些实施例中，至少一个集流板耦合到多个电池单元的第一电极。在一些实施例中，这些集流导体盘耦合到该集流板。在另一些实施例中，第一熔丝片耦合到该集流板。该熔丝片替代所有的集流导体盘。该熔丝片是具有布置成阵列的可熔导体的导电片。每个可熔导体的第一端部与该熔丝片整体形成，且每个熔断丝的第二端部形成该电池单元导体盘，该电池单元导体盘耦合到该电池单元电极。
多种焊接方法可用于将电池单元导体盘连接到电池单元电极、将集流导体盘连接到电引线、将集流导体盘连接到集流板、以及将熔丝片连接到集流板。这些焊接方法包括但不限于超声波焊接、电阻焊接以及激光焊接。所采用的具体的焊接方法类型部分地取决于所焊接的材料的类型。在一些实施例中，包括这些电池单元电极的电池单元外壳用镀镍Fe（铁或钢）制成，且该熔断丝用Al（铝）制成。电阻焊接和激光焊接在用于铝时并不是特别有效。在这种情形中，超声波焊接更加有效。不过，超声波焊接设备比用于电阻焊接和激光焊接的设备昂贵。电阻焊接和激光焊接在用于镍时更加有效。然而，镍具有比铝高的电阻率和熔化温度，因此，将其用作熔断丝并不是特别有效。
包覆箔具有用一种金属制成的第一层，该第一层接合到用不同的金属制成的第二层。在一些实施例中，包覆箔包括接合到铝层的镍层。可对这种包覆箔进行处理以形成镍突片和铝可熔导体，这些铝可熔导体用作该熔断丝或用作该熔断丝的一部分。电阻焊接或激光焊接可用于在这些镍突片处将该熔断丝适当地焊接。
制造该熔断丝的方法涉及加工一种多层包覆箔，这种多层包覆箔具有至少一个适于形成熔断丝的第一层和适于形成一个或多个焊盘的第二层。在一些实施例中，该第一层是铝层，且该第二层是镍层。在该包覆箔上进行二步蚀刻工艺或单步蚀刻工艺来形成具有仅有镍的第一部分、仅有镍的第二部分和仅有铝的第三部分的蚀刻后的包覆箔，该仅有镍的第一部分形成用作集流导体盘的一个或多个镍盘，该仅有镍的第二部分形成用作电池单元导体盘的一个或多个镍盘，且该仅有铝的第三部分形成铝导体。确定这些铝导体的形状和尺寸以形成铝可熔导体。在一些实施例中，采用模压工艺将这些铝导体形成为铝可熔导体。在其它的实施例中，在该蚀刻工艺中形成这些铝可熔导体。在这种可替代的情形中，采用专用于这些可熔导体的形状和尺寸的掩模。这种制造方法可用于形成单熔断丝或形成熔断丝阵列。
图1示出了根据一个实施例的包覆箔的截面侧视图。包覆箔2包括铝层4和镍层6。在图2中，将掩模10涂敷到铝层4。掩模10可以是一种物理掩模，或者可采用光刻法来涂覆掩模10。采用一种蚀刻剂来进行第一蚀刻步骤，该蚀刻剂将铝蚀刻但不蚀刻镍，从而形成经过蚀刻的铝层14，如图3所示。如图4所示，将掩模10除去。在图5中，将掩模20和掩模22涂敷到镍层6。掩模20和22可以是物理掩模，或者可采用光刻法来涂覆掩模20和22。采用一种蚀刻剂来进行第二蚀刻步骤，该蚀刻剂将镍蚀刻但不蚀刻铝，从而形成经过蚀刻的镍层16和18，如图6所示。如图7所示，将掩模20和22除去。在其它的实施例中，在该第二蚀刻步骤之前并不将掩模10除去。相反，在该第二蚀刻步骤期间将掩模10保留在适当的位置，在该第二蚀刻步骤之后将掩模10、20和22除去。其结果是得到一种熔断丝12，该熔断丝包括通过铝层14以热和机械方式耦合的镍层16和镍层18。镍层16的一部分与铝层14的一部分重叠。镍层16的已将铝去除的其余部分形成镍突片26。类似地，镍层18的一部分与铝层14的一部分重叠。镍层18的已将铝去除的其余部分形成镍突片28。铝层14的已将镍去除的其余部分形成铝导体24。在一些实施例中，镍突片28形成要耦合到电池单元电极的电池单元导体盘，且镍突片26形成要耦合到电气端子的集流导体盘。
在其它的实施例中，进行单蚀刻步骤而不是进行分开的第一蚀刻步骤和第二蚀刻步骤。图8示出了将所有的掩模10、20和22涂敷到包覆箔12。通过采用将铝和镍都蚀刻的蚀刻剂来进行单蚀刻步骤，从而形成经过蚀刻的铝层14和经过蚀刻的镍层16和18，如图9所示。在该单蚀刻步骤之后将掩模10、20和22除去。
图10示出了图7中的熔断丝12的俯视图。图11示出了图7中的熔断丝12的仰视图。在示于图10和11的示范性构造中，熔断丝12形成一种带，这种带具有在该带的一个端部上的镍突片28和在该带的另一个端部上的镍突片26。在此情形中，示于图1中的原来的包覆箔2是一种带。如图10和11所示，铝导体24的宽度与镍突片26和28的宽度相同。根据包覆箔带2（图1）的尺寸和在运行期间流过熔断丝12的标称电流，铝导体24的形状和/或尺寸可足以或不足以起到可熔导体的作用。可根据用途定制铝导体24的形状和/或尺寸。例如，可相对于示于图10和11中的铝导体24将该铝导体变窄。图12示出了熔断丝22的俯视图，该熔断丝用比图10中的铝导体24窄的铝导体24′制造。在一些实施例中，通过在熔断丝12的铝导体24上进行模压步骤来制造熔断丝22。在其它的实施例中，通过在示于图3或图9中的铝蚀刻步骤期间进行蚀刻来形成铝导体24′。在此情形中，掩模10由构造成用于形成示于图12中的铝导体24′的掩模所取代。应当理解，该铝导体的形状、尺寸和取向可不同于示于图11和12中的形状、尺寸和取向。
上述制造方法适用于包覆箔，这种包覆箔开始是一种带状包覆箔或者是更大片的包覆箔，其中，这种带状包覆箔在构造上类似于示于图10和11中的熔断丝12，而这种更大片的包覆箔例如通过使用切割、蚀刻或其它的常规方法最终形成一种带。还构思出了以替代方式构造的熔断丝。
在一些实施例中，用包覆箔片形成熔断丝，该包覆箔片比用在图1-12中的包覆箔带大。图13示出了包覆箔片32的俯视图。包覆箔32包括铝层34和镍层36，如图14中的截面侧视图所示。将掩模40涂敷到铝层34。如图14所示，掩模40呈环状。在其它的实施例中，该掩模也可为其它的形状。一般来讲，确定掩模40的形状以形成铝可熔导体或中间铝导体，该中间铝导体随后可例如通过施加于该中间铝导体的模压步骤形成铝可熔导体。
采用一种蚀刻铝但不蚀刻镍的蚀刻剂来进行第一蚀刻步骤，从而形成经过蚀刻的铝层44，如图15所示。如图16所示，将掩模40除去。在图17中，将掩模50和掩模52涂敷到镍层36。图17示出了图16中的镍层36的仰视图。虚线表明图16中铝层44的相对位置。图18示出了图17中的结构的截面侧视图。采用一种蚀刻镍但不蚀刻铝的蚀刻剂来进行第二蚀刻步骤，从而形成经过蚀刻的镍层46和48，如图19所示。如图20所示，将掩模50和52除去。在其它的实施例中，在该第二蚀刻步骤之前并不将掩模40除去。相反，在该第二蚀刻步骤期间将掩模40保留在适当的位置，在该第二蚀刻步骤之后将掩模40、50和52除去。其结果是一种得到熔断丝52，该熔断丝包括通过铝层44以热和机械方式耦合的镍层46和镍层48。镍层46的一部分与铝层44的一部分重叠。镍层46的已将铝去除的其余部分形成镍突片56。图21示出了图20中的熔断丝52的俯视图。在示于图17-21的实施例中，镍突片56包围环状铝层44。类似地，镍层48的一部分与铝层44的一部分重叠。镍层48的已将铝去除的其余部分形成镍突片48。在示于图17-21的实施例中，在铝层44的中心孔内将镍突片58形成为圆形。铝层44的已将镍去除的其余部分形成铝导体54。在一些实施例中，镍突片58形成要耦合到电池单元电极的电池单元导体盘，且镍突片56形成要耦合到电气端子的集流导体盘。
在其它的实施例中，进行单蚀刻步骤而不是进行分开的第一蚀刻步骤和第二蚀刻步骤。例如，将所有的掩模40、50和52涂敷到包覆箔52。通过采用将铝和镍都蚀刻的蚀刻剂来进行单蚀刻步骤，从而形成经过蚀刻的铝层44和经过蚀刻的镍层46和48。在该单蚀刻步骤之后将掩模40、50和52除去。
对铝导体54进行处理以形成具有特定用途的形状和尺寸的铝可熔导体。在一些实施例中，对铝导体54应用模压步骤以形成该铝可熔导体。图22示出了进行了模压步骤之后的图21中的熔断丝52的俯视图。在一些实施例中，仅对铝层44的铝导体54进行该模压步骤。在其它的实施例中，对铝层44应用该模压步骤，包括该铝层的形成铝导体54的部分以及该铝层的与镍层46和/或镍层48重叠的部分。在这种情形中，镍层46和48的与铝层44的已模压部分重叠的任何部分也被模压。该模压工艺形成铝可熔导体。在示于图22的示范性构造中，这种模压工艺形成两个铝可熔导体64和66。图23示出了一种替代构造，在这种构造中，该模压工艺形成单个铝可熔导体68。
在其它的实施例中，通过在示于图15的铝蚀刻步骤期间进行蚀刻形成该/这些铝可熔导体。在此情形中，掩模40由一种掩模所替代，这种掩模构造成形成该/这些铝可熔导体，如图22中的铝可熔导体64和66或者图23中的铝可熔导体68。
可替代地构造这些铝可熔导体的形状和尺寸。图24示出了一种熔断丝的俯视图，其中，对包括该铝导体的铝层进行处理，以形成铝柔性可熔导体74和76。这些柔性可熔导体74和76构造成允许耦合到铝突片58的电池单元电极和耦合到镍突片56的集流元件相对移动。这种柔性可熔导体的实例在美国专利申请序列号12/779,884中进行了描述，该申请于2010年5月13日提交，发明名称为“柔性熔断丝、系统和方法”，并且通过引用整体结合在本申请中。
还可替代地构造这些镍突片的形状和尺寸。图25示出了一种熔断丝的俯视图，该熔断丝类似于图24中的熔断丝，其不同之处在于可替代地将图24中的镍突片56构造成环状镍突片78。在这些蚀刻步骤期间和/或在这些模压步骤期间可替代地确定这些镍突片的形状。一般来讲，应理解示于图22-25中的这些铝可熔导体的数量、形状和尺寸以及这些镍突片的数量、形状和尺寸仅用于示范，也可构思出可替代的构造。
这种制成的熔断丝用于将电池单元的电极电气和机械耦合到电气端子。在一些实施例中，起到该集流导体突片作用的镍突片用作耦合到该电气端子的集流元件。图26示出了根据第一实施例的熔断丝组件的截面侧视图。该熔断丝组件包括位于电池单元架70内的电池单元80。电池单元80具有第一电极82和第二电极84。在一种示范性构造中，第一电极82是阳极电极，第二电极84是阴极电极。在一些实施例中，电池单元架70包括电池单元室，该电池单元室具有适于在其中容纳电池单元的形状因数。该电池单元室的形状因数为与该电池单元相适应的形状，以最小化或避免该电池单元相对于该电池单元架移动。电池单元架70包括开口78和开口76。这些开口76和78与该电池单元室对齐，尤其是与位于该电池单元室内的电池单元80的阳极电极82和阴极电极84对齐。在一些实施例中，电池单元架70用具有电阻和热传导性的材料制成。在一些实施例中，电池单元架70的一个或多个侧表面构造成允许进入该电池单元室，以对电池单元进行维护或更换。例如，该电池单元架的一个或多个侧面是用螺钉、锁闩或铰链附接的板。
在一些实施例中，将熔断丝耦合到这些电池单元电极中的每一个。在其它的实施例中，将熔断丝耦合到这些电池单元电极中的一个并且将非熔断丝耦合到另一个电池单元电极。图26示出了这种示范性情形，在这种情形中，将熔断丝耦合到这些电池单元电极中的每一个。第一熔断丝耦合到电池单元架70和电池单元80的阳极电极82。第二熔断丝耦合到电池单元架70和电池单元80的阴极电极84。在一种示范性构造中，这些熔断丝中的每一个构造成示于图23中的熔断丝。在这种构造中，每个熔断丝包括镍突片58、铝可熔导体68和镍突片56，镍突片58起到电池单元导体盘的作用，且镍突片56起到集流导体盘的作用。该第一熔断丝的电池单元导体盘电气和机械耦合到阳极电极82。该集流导体盘机械耦合到电池单元架70的表面。该集流导体盘位于电池单元架70中的开口78附近。在该集流导体盘具有圆形内周的示范性构造中，如图22所示，该集流导体盘位于开口78的周围。
第二熔断丝的电池单元导体盘电气和机械耦合到阴极电极84。第二熔断丝的集流导体盘机械耦合到电池单元架70的表面。该集流导体盘位于电池单元架70中的开口76附近。在该集流导体盘44具有圆形内周的示范性构造中，如图22所示，该集流导体盘位于开口76的周围。该第一熔断丝的集流导体盘耦合到电气引线以形成负端子，且该第二熔断丝的集流导体盘耦合到电气引线以形成正端子。正负端子可耦合到外部元件。
可采用各种方法将电池单元导体盘连接到电池单元电极。将电池单元导体盘连接到电池单元电极的方法包括但不限于电阻焊接、激光焊接、超声波焊接、机械紧固件以及导电粘合剂。可采用各种方法将集流导体盘连接到该电池单元架。将集流导体盘连接到该电池单元架的方法包括但不限于粘合剂、机械紧固件以及焊接。在应用于该熔断丝时，用作该电池单元导体盘以及该集流导体盘的这些镍突片特别适于电阻焊接和激光焊接。
在其它的实施例中，将该集流导体盘耦合到另外的集流元件，如集流板，接着将这种另外的集流元件耦合到电气端子。集流板用于从例如电池组中的多个电池单元集流。图27示出了电池组的截面侧视图，该电池组包括根据第一实施例的多个熔断丝。为了简单起见，图27示出了包括两个电池单元的一种示范性构造。应当理解，这种理念可扩大到多于两个电池单元。
该电池组包括位于电池单元架170内的电池单元180和181。电池单元180具有第一电极182和第二电极184，且电池单元181具有第一电极183和第二电极185。在一种示范性构造中，第一电极182和183是阳极电极，且第二电极184和185是阴极电极。在一些实施例中，电池单元架170包括多个电池单元室，每个电池单元室具有适于在其中容纳电池单元的形状因数。该电池单元室的形状因数的形状与该电池单元相适应，以最小化或避免该电池单元相对于该电池单元架的移动。电池单元架170包括开口176、177、178和179。开口176和178与第一电池单元室对齐，尤其是与位于该第一电池单元室内的电池单元180的阴极电极184和阳极电极182对齐。开口177和179与第二电池单元室对齐，尤其是与位于该第二电池单元室内的电池单元181的阴极电极185和阳极电极183对齐。在一些实施例中，电池单元架170用具有电阻和热传导性的材料制成。在一些实施例中，电池单元架170的一个或多个侧表面被构造成允许进入这些电池单元室，以对电池单元进行维护或更换。例如，该电池单元架的一个或多个侧面是用螺钉、锁闩或铰链附接的板。
该电池组还包括第一集流板190和第二集流板192，每个集流板耦合到电池单元架170。每个集流板具有与电池单元架170内的对应开口对齐的多个通孔。如图27所示，集流板190具有与电池单元架170内的开口178和179对齐的通孔，且集流板192具有与电池单元架170内的开口176和177对齐的通孔。因此，每个集流板中的通孔的数量与该集流板所耦合的电池单元架170的对应表面内的开口的数量相匹配。当集流板190耦合到电池单元架170时，集流板190中的一个通孔和电池单元架170中的开口178与电池单元180的电极182对齐，且集流板190中的另一个通孔和电池单元架170中的开口179与电池单元181的电极183对齐。类似地，当集流板192耦合到电池单元架170时，集流板192中的一个通孔和电池单元架170中的开口176与电池单元180的电极184对齐，且集流板192中的另一个通孔和电池单元架170中的开口177与电池单元181的电极185对齐。
在一些实施例中，将熔断丝耦合到这些电池单元电极中的每一个。在其它的实施例中，将熔断丝耦合到每个电池单元的一个电池单元电极并且将非熔断丝耦合到另一个电池单元电极。图27示出了这种示范性情形，在这种情形中，将熔断丝耦合到这些电池单元电极中的每一个。第一熔断丝耦合到电池单元架170和电池单元180的电极182。第二熔断丝耦合到电池单元架170和电池单元180的电极184。第三熔断丝耦合到电池单元架170和电池单元181的电极183。第四熔断丝耦合到电池单元架170和电池单元181的电极185。在一种示范性构造中，这些熔断丝中的每一个构造成示于图23中的熔断丝。在这种构造中，每个熔断丝包括镍突片58、铝可熔导体68和镍突片56，其中，镍突片58起到电池单元导体盘的作用，且镍突片56起到集流导体盘的作用。该第一熔断丝的电池单元导体盘电气和机械耦合到电极182。该集流导体盘电气和机械耦合到集流板190。该集流导体盘位于电池单元架170中的开口178附近。在该集流导体盘具有圆形内周的示范性构造中，如图22所示，该集流导体盘位于开口178的周围。
该第二熔断丝类似地耦合到电池单元电极184和集流板192，该第三熔断丝类似地耦合到电池单元电极183和集流板190，且该第四熔断丝类似地耦合到电池单元电极185和集流板192。集流板190耦合到电气引线以形成负端子，且集流板192耦合到电气引线以形成正端子。正负端子可耦合到外部元件。
可采用各种方法将集流导体盘连接到集流板。将集流导体盘连接到集流板的方法包括但不限于电阻焊接、激光焊接、超声波焊接、铜焊、锡焊、机械紧固件以及导电粘合剂。可采用各种方法将集流板连接到该电池单元架。将集流导体板连接到电池单元架的方法包括但不限于粘合剂、机械紧固件以及焊接。在一些实施例中，包括这些电池单元电极的电池单元外壳用镀镍Fe（铁或钢）制成，且该熔断丝用Al（铝）制成。在一些实施例中，该集流板用镍制成。在其它的实施例中，该集流板镀镍，如镀镍铝集流板。在应用于该熔断丝时，用作该电池单元导体盘以及该集流导体盘的这些镍突片特适于施加到镀镍电池单元电极和镀镍集流板的电阻焊接和激光焊接。
替代实施例涉及用耦合到每个集流板的熔丝片取代这些单个的熔断丝。用具有至少两个导电层的包覆箔制造熔丝片。用该包覆箔整体形成熔断丝阵列。这些熔断丝的数量和位置该电池单元架中的开口和该熔丝片所耦合的集流板中的通孔相匹配。在一种示范性构造中，每个熔断丝包括一个或多个可熔导体以及一个电池单元导体盘。每个单个熔断丝的集流导电盘（如图27中的集流导电盘56）整体上由该熔丝片所取代。该熔丝片与集流板对齐，以将该熔断丝阵列与该集流板中的通孔阵列对齐。可采用与上述用于将集流导电盘耦合到集流板相同的方法中的一个来将该熔丝片耦合到该集流板。
用类似于图13-20中所示处理包覆箔32的方式来加工包覆箔片。作为结合图13-20所描述二步蚀刻工艺或单步蚀刻工艺的一部分来将掩模涂敷到该包覆箔片。图28示出了包覆箔片132和涂覆到铝层134的掩模的俯视图。图29示出了包覆箔片132和涂覆到镍层136的掩模的仰视图。应当理解，这些掩模的数量、形状和尺寸仅出于示范目的。示于图28和29中的这些示范性掩模和包覆箔被构造成用于制造具有四个熔断丝的熔丝片。应当理解，这种制造工艺可用于形成多于或少于四个的熔断丝。将掩模140、141、142和143涂敷到铝层134。如图28所示，这些掩模140、141、142和143中的每一个呈环状。在其它的实施例中，每个掩模可确定为其它的形状。一般来讲，确定掩模140、141、142和143的形状以形成铝可熔导体或中间铝导体，随后可例如通过施加于该中间铝导体的模压步骤将中间铝导体形成为铝可熔导体。将掩模150、152、153、154和155涂敷到镍层136。图29中的虚线表明图28中的掩模140、141、142和143的相对位置。
图30示出了进行了二步法蚀刻工艺或单步蚀刻工艺并去除了掩模之后的沿着图28中的沿A-A线截取的蚀刻后的包覆箔的截面侧视图。该蚀刻后的包覆箔包括蚀刻后的铝层144和145以及蚀刻后的镍层146、148和149，蚀刻后的铝层144和145分别具有掩模140和141的形状，且蚀刻后的镍层146、148和149分别具有掩模150、152和153的形状。
镍层146的第一部分与铝层144的一部分重叠。镍层146的第二部分与铝层145的一部分重叠。镍层146的已将铝除去的第三部分形成镍突片156。在示于图28-30的实施例中，这些镍突片156包围环状铝层144和145。类似地，镍层148的一部分与铝层144的一部分重叠，且镍层149的一部分与铝层145的一部分重叠。镍层148的已将铝去除的其余部分形成镍突片158，且镍层149的已将铝去除的其余部分形成镍突片159。在示于图28-30的实施例中，镍突片158是对应于铝层144的中心孔的圆，且镍突片159是对应于铝层145的中心孔的圆。铝层144的已将镍去除的其余部分形成铝导体164，且铝层145的已将镍去除的其余部分形成铝导体165。在一些实施例中，镍突片158和159形成要耦合到电池单元电极的电池单元导体盘，且这些镍突片156形成要耦合到集流板的集流导体盘。
对铝导体164和165进行处理以形成具有特定用途的形状和尺寸的铝可熔导体。因此，示于图30中的这些铝导体也表示铝可熔导体。对铝导体164和165应用模压步骤以形成这些铝可熔导体。在一些实施例中，仅对铝层144和145的形成铝导体164和165的部分进行该模压步骤。在其它的实施例中，对整个铝层144和145应用该模压步骤，包括这些铝层的形成铝导体164和165的部分以及这些铝层的与镍层146、148和149重叠的部分。在这种情形中，镍层146、148和149的与铝层144和145的已模压部分重叠的任何部分也被模压。该模压工艺形成铝可熔导体。在示于图22的示范性构造中，这种模压工艺形成这些铝可熔导体。在一种示范性构造中，这种模压工艺形成两个铝可熔导体，如类似于示于图22中的可熔导体64和66构造的铝可熔导体。应当理解，可形成其它数量和形状的可熔导体。也可用其它方式构造这些镍突片的形状和尺寸。
在其它的实施例中，在该蚀刻步骤期间通过蚀刻形成该/这些铝可熔导体。在此情形中，掩模140、141、142和143由掩模所替代，这些掩模构造成形成该/这些铝可熔导体，如图22中的铝可熔导体64和66。
在对应于在图30的截面侧视图中未示出的其它两个熔断丝（例如用掩模142、143、154和155形成的两个熔断丝）的区域中对包覆箔132进行类似的处理。
图31示出了电池组的截面侧视图，该电池组包括根据第一实施例的多个熔断丝。图31中的电池组类似于图27中的电池组，其不同之处在于图27中的熔断丝由熔丝片所取代，所述熔丝片例如为用示于图30中的蚀刻后的包覆箔制造的熔丝片。为了简单起见，图31中仅示出了每个电池单元的一个电极。应当理解，也可将熔丝片类似地用于每个电池单元的另一个电极。图31中的电池组包括图27中的电池单元架170和集流板190。该电池组还包括耦合到集流板190的熔丝片。除了图27中的单个的熔断丝由熔丝片取代之外，示于图31中的截面侧视图与示于图27中的截面侧视图相同，该熔丝片具有电池单元导体盘158和159、可熔导体166、167、168和169以及集流导体盘156。在一些实施例中，将具有熔断丝的熔丝片仅耦合到这两个集流板中的一个，且将具有非熔断丝的导电片耦合到另一个集流板。
结合图27和31所描述的电池组的实施例涉及单阳极集流板和单阴极集流板。在其它的实施例中，可采用一个以上的阳极集流板和一个以上的阴极集流板。结合图28－31所描述的电池组的实施例涉及单阳极侧熔丝片和单阴极侧熔丝片。在其它的实施例中，可采用一个以上的阳极侧熔丝片和一个以上的阴极侧熔丝片。
以上将制造熔断丝的方法描述为加工具有铝层和镍层的包覆箔。应当理解，这种制造方法能够应用于以其它形式构造的包覆箔。例如，可采用一种包覆箔，这种包覆箔包括至少一个适于形成可熔导体的层和适于形成焊盘的第二层。用于每个层的材料的类型是专用的并且取决于要进行的焊接的类型以及所希望的可熔导体的额定电流。
通过具体实施例结合细节对熔断丝进行了描述，以便于对熔断丝的结构和操作的原理进行理解。本文中对具体实施例及其细节的参考并不旨在对所附权利要求的范围进行限制。本领域技术人员将会明白，可对选择用于例示的实施例进行修改，而并不背离该熔断丝的精神和范围。

Claims (35)

1.一种制造一个或多个熔断丝的方法，所述方法包括：
a.提供包覆箔，所述包覆箔包括第一层和第二层，其中，所述第一层和第二层用不同的材料制成；
b.将一个或多个掩模涂覆到所述第一层，并且将一个或多个掩模涂覆到所述第二层；
c.选择性地对所述第一层和第二层进行蚀刻，从而形成一个或多个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分，在所述一个或多个第一部分中，将所述第一层去除且留下所述第二层，在所述一个或多个第二部分中，将所述第一层去除且留下所述第二层，在所述一个或多个第三部分中，将所述第二层去除且留下所述第一层，其中，每个第三部分将所述第一部分中的一个耦合到所述第二部分中的一个，并且其中每个第一部分形成第一焊盘、每个第二部分形成第二焊盘；
d.将所述一个或多个掩模从所述第一层除去；
e.将所述一个或多个掩模从所述第二层除去；以及
f.由每个第三部分形成一个或多个可熔导体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在将所述一个或多个掩模从所述第一层除去之后在每个第三部分上进行模压步骤或切割步骤来形成所述一个或多个可熔导体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在对所述第一层选择性地进行蚀刻期间来形成所述一个或多个可熔导体，其中，对涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模进行构造以形成所述一个或多个可熔导体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用单步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻所述第一层和第二层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用二步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻所述第一层和第二层，其中，在所述二步法蚀刻工艺的第一蚀刻步骤中，采用第一蚀刻剂，所述第一蚀刻剂将所述第一层蚀刻但不蚀刻所述第二层，并且在所述二步法蚀刻工艺的第二蚀刻步骤中，采用第二蚀刻剂，所述第二蚀刻剂将所述第二层蚀刻但不蚀刻所述第一层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述包覆箔形成为单熔断丝，所述单熔断丝包括形成电池单元电极盘的一个第一焊盘、形成集流导体盘的一个第二焊盘以及将所述一个第一焊盘耦合到所述一个第二焊盘的一个或多个可熔导体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述包覆箔形成为具有熔断丝阵列的熔丝片，每个熔断丝用于耦合到电池组的一个电池单元电极。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过第一包覆箔部分将每个第三部分耦合到所述第一焊盘中的一个，所述第一包覆箔部分包括所述第一层和第二层，且通过第二包覆箔部分将每个第三部分耦合到所述第二焊盘中的一个，所述第二包覆箔部分包括所述第一层和第二层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述第一层相比，所述第二层具有较高的熔化温度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述第一层相比，所述第二层具有较高的电阻率。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层包括铝。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层包括镍。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，每个第一焊盘包括电池单元导体盘，且每个第二焊盘包括集流元件。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，采用电阻焊接或激光焊接将所述一个或多个第一焊接突片焊接到电池单元电极，并且将所述一个或多个第二焊接突片焊接到集流板或电气端子。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模以及涂敷到所述第二层的所述一个或多个掩模是物理掩模。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，采用光刻法将涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模以及涂敷到所述第二层的所述一个或多个掩模涂覆。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，每个可熔导体在流经该可熔导体的电流达到阈值电流时断开。
18.一种制造熔断丝组件的方法，所述方法包括：
a.制造熔断丝，包括：
i.提供包覆箔，所述包覆箔包括第一层和第二层，其中，所述第一层和第二层用不同的材料制成；
ii.将一个或多个掩模涂覆到所述第一层，并且将一个或多个掩模涂覆到所述第二层；
iii.选择性地对所述第一层和所述第二层进行蚀刻，从而形成一个或多个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分，在所述一个或多个第一部分中，将所述第一层去除且留下所述第二层，在所述一个或多个第二部分中，将所述第一层去除且留下所述第二层，在所述一个或多个第三部分中，将所述第二层去除且留下所述第一层，其中，每个第三部分将所述第一部分中的一个耦合到所述第二部分中的一个，并且其中每个第一部分形成第一焊盘、每个第二部分形成第二焊盘；
iv.将所述一个或多个掩模从所述第一层除去；
v.将所述一个或多个掩模从所述第二层除去；以及
vi.由每个第三部分形成一个或多个可熔导体；以及
b.将所述一个或多个第一焊接突片中的每一个焊接到对应的一个电池单元电极。
19.根据权利要求19所述的方法，其中，通过在将所述一个或多个掩模从所述第一层除去之后在每个第三部分上进行模压步骤或切割步骤来形成所述一个或多个可熔导体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，通过在对所述第一层选择性地进行蚀刻期间来形成所述一个或多个可熔导体，其中，对涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模进行构造以形成所述一个或多个可熔导体。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，使用单步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻所述第一层和第二层。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，使用二步法蚀刻工艺来选择性地蚀刻所述第一层和第二层，其中，在所述二步法蚀刻工艺的第一蚀刻步骤中，采用第一蚀刻剂，所述第一蚀刻剂将所述第一层蚀刻但不蚀刻所述第二层，并且在所述二步法蚀刻工艺的第二蚀刻步骤中，采用第二蚀刻剂，所述第二蚀刻剂将所述第二层蚀刻但不蚀刻所述第一层。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述包覆箔形成为单熔断丝，所述单熔断丝包括形成电池单元电极盘的一个第一焊盘、形成集流导体盘的一个第二焊盘以及将所述一个第一焊盘耦合到所述一个第二焊盘的一个或多个可熔导体。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述包覆箔形成为具有熔断丝阵列的熔丝片，每个熔断丝用于耦合到电池组的一个电池单元电极。
25.根据权利要求19所述的方法，其中，通过第一包覆箔部分将每个第三部分耦合到所述第一焊盘中的一个，所述第一包覆箔部分包括所述第一层和第二层，且通过第二包覆箔部分将每个第三部分耦合到所述第二焊盘中的一个，所述第二包覆箔部分包括所述第一层和第二层。
26.根据权利要求19所述的方法，其中，与所述第一层相比，所述第二层具有较高的熔化温度。
27.根据权利要求19所述的方法，其中，与所述第一层相比，所述第二层具有较高的电阻率。
28.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一层包括铝。
29.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第二层包括镍。
30.根据权利要求19所述的方法，其中，每个第一焊盘包括电池单元导体盘，且每个第二焊盘包括集流元件。
31.根据权利要求19所述的方法，其中，采用电阻焊接或激光焊接将所述一个或多个第一焊接突片焊接到电池单元电极。
32.根据权利要求19所述的方法，还包括采用电阻焊接或激光焊接将所述一个或多个第二焊接突片焊接到集流元件。
33.根据权利要求19所述的方法，其中，涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模以及涂敷到所述第二层的所述一个或多个掩模是物理掩模。
34.根据权利要求19所述的方法，其中，采用光刻法将涂敷到所述第一层的所述一个或多个掩模以及涂敷到所述第二层的所述一个或多个掩模涂覆。
35.根据权利要求19所述的方法，其中，每个可熔导体在流经该可熔导体的电流达到阈值电流时断开。
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