CN104616940A - 一种片式保护元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的片式保护元件及其制造方法，保护元件包括绝缘基板、形成于绝缘基板两端的电极部分、形成于绝缘基板正面的熔体和形成于绝缘基板上的绝缘保护层，所述电极部分与熔体形成电连接，熔体周围设置有至少一条消波带，所述消波带上具有若干突刺，所述突刺尖端朝向熔体，所述消波带与熔体之间具有距离，所述绝缘保护层覆盖于绝缘基板正面两端电极之间区域。本发明改进了熔体的形状，并设计了能够抵抗冲击的消波结构，有效提高了保护元件的分断性能和抗浪涌能力，制作工艺简单，适于批量生产。

Description

一种片式保护元件及其制造方法

技术领域

    本发明属于电气保护元件技术领域，具体涉及一种片式保护元件及其制作方法。

背景技术

随着科技的进步，全球电子产品体积不断缩小，这就要求电路中的所有元件不仅必须拥有紧凑的结构，还要具有更优越的性能。作为保护电子产品安全的最后一道防线，保护元件的安全性能极其重要。在设计保护元件时，不但要考虑结构的紧凑性，保证它的过电流和短路保护性能，对它的分断性能要求也越来越严格，并且在长期的使用中，保护元件还必须能够耐受频繁开关机以及间接雷电等浪涌的冲击，保持性能的长期稳定和有效。

现有技术中通常通过厚膜印刷和薄膜工艺制作片式保护元件，片式保护元件大大缩小了元件体积，适用于对元件小型化、集成化要求很高的电子产品领域中。然而，在缩小片式保护元件体积的同时，目前尚欠缺有效的方案同时提高其分断性能和抗浪涌能力。例如，宽度在6.5mm以下的片式熔断器无法承受220V以上电压，并且只能在dc(直流电)电路中使用。这就导致在市电（220V）或者更高电压的环境中，小型片式保护元件遭受瞬间大电流冲击时，熔体容易熔断成液态并快速冲破保护层喷射而出，会出现燃烧、爆炸等现象，污染其他部件；此外，在长期的使用过程中，保护元件经常耐受不住频繁的浪涌冲击而失效，从而产生安全隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种新型的片式保护元件及其制造方法，改进了熔体的形状，并设计了能够抵抗冲击的消波结构，有效提高了保护元件的分断性能和抗浪涌能力。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种保护元件，包括绝缘基板、形成于绝缘基板两端的电极部分、形成于绝缘基板正面的熔体和形成于绝缘基板上的绝缘保护层，所述电极部分与熔体形成电连接，熔体周围设置有至少一条消波带，所述消波带上具有若干突刺，所述突刺尖端朝向熔体，所述消波带与熔体之间具有距离，所述绝缘保护层覆盖于绝缘基板正面两端电极之间区域。

作为优选，所述消波带设置在熔体上侧和/或下侧和/或左侧和/或右侧和/或四角和/或熔体自身空隙中。

作为优选，所述熔体弯曲呈蛇形。

作为优选，所述熔体弯折处为弧形。

作为改进，所述熔体中间具有一段细熔体，所述细熔体的宽度小于熔体其余部分本体宽度。

作为优选，所述消波带长度大于或等于熔体图案长度的一半，两消波带的中心与熔体的中心相对应。

作为改进，所述绝缘基板采用陶瓷基板，陶瓷基板与熔体、正面电极、消波带之间均具有隔热固定层。

进一步的，所述所述消波带长度大于或等于熔体图案长度。

本发明还提供了上述保护元件的一种制造方法，包括如下步骤：

步骤A，在绝缘基板正面贴装一层金属箔；

步骤B，在金属箔上蚀刻出熔体、正面电极、消波带；

步骤C，在绝缘基板两端电极之间印刷上绝缘保护层，绝缘保护层不覆盖正面电极的部分；

步骤D，在绝缘基板侧边形成侧面电极用于连结绝缘基板上的电极，在各电极上形成镀层形成电极部分。

进一步的，所述所述绝缘基板采用陶瓷基板，所述步骤A中在陶瓷基板贴装金属箔之前还包括在陶瓷基板上贴装隔热固定层的步骤。

此外，本发明还提供了上述保护元件的另一种制造方法，包括如下步骤：

步骤A，在绝缘基板上以网版印刷方式使用金属浆料在正面印出熔体、正面电极以及消波带的图案，形成阵列图形；

步骤B，在绝缘基板正面两端电极之间以网版印刷方式印上绝缘保护层，绝缘保护层不覆盖正面电极的部分；

步骤C，在绝缘基板侧边形成侧面电极用于连结绝缘基板上的电极，在各电极上形成镀层形成电极部分。

有益效果：

    本发明在熔体图案周围设置至少一条具有突刺的消波带并使其尖端部分朝向熔体，当保护元件在使用中遭受大电流、大电压冲击，熔体熔断造成热能喷溅冲击时，消波带的突刺能够破坏能量波形，并将冲击能量分散至四周从而达到消波（能量）的目的，特别是当消波带采用金属材料时，金属致密结构能够更快抵挡及吸附能量，效果更佳；消波带同时分散了热冲击，避免热冲击集中于一处造成最外面的保护层破裂，防止熔融状的金属液体极速外喷、燃烧，影响外观或烧毁其他部件，避免引起周围元器件污染，进而减少热冲击能量及速率对保护层的破坏，降低外喷溅、爆炸发生的可能性，消波带的设计可将小尺寸的保护元件的分断性能提高一倍以上。

此外，由于熔体采用弯形线路转角设计，熔体的每一段宽度都是均匀的，转折处没有折角，这样能够使瞬间浪涌顺利通过，熔体弯折处不易出现破损或断裂，提升了抗浪涌能力。

另一方面，当保护元件受到间接雷击浪涌带来的冲击时，即使熔体瞬间被熔断，由于上下两侧的消波带两端靠近于两侧电极，间接雷击浪涌作用熔体的同时，高压带电体周围的空气被电离，会产生导电特性，消波带承接此导电与两侧电极形成电连接，将一部分间接雷击浪涌的电流电压迅速导往负电极，分流了一部分作用在熔体上的能量，由此将整个保护元件抗雷击的能力提高一倍以上。本发明结构设计合理，性能稳定，安全性好，成本较低，制作工艺简单，适于批量生产。

附图说明

图1为实施例一提供的保护元件中绝缘基板一种正面结构示意图；

图2为实施例一提供的保护元件中绝缘基板另一种正面结构示意图；

图3为实施例一提供的保护元件部分剖开示意图；

图4为具有消波带和直线型熔体的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图5为熔体左右两侧设有消波带的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图6为熔体周围四角设有弧形消波带的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图7为消波带多段设置的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图8为消波带多段设置且突刺尺寸不一的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图9为消波带整条设置且突刺尺寸不一的保护元件中绝缘基板正面结构示意图；

图10为几种消波带的结构示例；

图11为实施例二提供的保护元件中绝缘基板正面结构示意图。

附图标记列表：

1-电极部分，11-正电极，12-侧电极，2-熔体，3-消波带，4-绝缘保护层，5-绝缘基板，6-熔体连接部分，a-熔体本体的宽度，c-消波带长度，d-熔体图案长度。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：

如图1、图2、图3、图4所示的保护元件，包括绝缘基板5、电极部分1、熔体2和绝缘保护层4，电极部分1形成于绝缘基板两端，绝缘保护层4覆盖于绝缘基板正面两端电极之间区域，能够露出电极部分1。具体地说，电极部分1不仅覆盖在绝缘基板5两端面上还延伸至绝缘基板5的正面和背面（本发明以图1中所展示出的绝缘基板一面为正面，与之相对的一面为背面），我们将形成于绝缘基板5正面的电极部分称为正电极，将形成于绝缘基板5背面的电极部分称为背电极，而覆盖于绝缘基板5两端侧面上的电极部分则称为侧电极，侧电极用于连结正面电极及背面电极。应当指出，背电极并非必需结构，当保护元件背面朝上安装时，绝缘基板背面无需形成背电极。绝缘基板正面形成有熔体2，熔体2两端与电极部分1形成电连接。熔体2周围设置有一条或多条消波带，消波带3上具有尖端朝向熔体的突刺31，突刺31尖端朝向熔体2，消波带3不与熔体2接触，当发生熔断和分断时，消波带上的突刺能够对熔体分断时产生的能量波和热冲击起到很好的分散作用。具体地说，熔体2通过熔体连接部分6与电极部分1连接，绝缘保护层4需覆盖于熔体2、连接部分6、消波带3之上（即两电极之间的区域）。

熔体2优选采用线路转角设计，其中部具有规则弯曲并盘旋呈蛇形图案，如图1所示。为了进一步提升本保护元件的抗浪涌能力，我们将熔体弯折转角处设计为如图2所示的弧形，能够使瞬间浪涌顺利通过，熔体弯折处不易出现破损或断裂。当然，熔体也可以采用本领域内常见的其他惯常结构（例如图4所示的直线型熔体）。

消波带3可以如图1、图2所示设置在熔体2上侧和/或下侧（优选上下两侧对称设置），也可以如图5所示设置在熔体2左侧和/或右侧（优选左右两侧对称设置），甚至可以设置在熔体2周围四角（在四角时，消波带3应优选为V形或弧形才易于使尖刺朝向熔体2，弧形设计方式如图6所示），上述这些位置可以任选其中一处或在几处同时设置消波带3。当消波带3设置在熔体2左侧和/或右侧时，消波带3可以紧贴电极设置（图5中熔体2左右两侧的消波带3即是与电极紧贴），也可以与电极保持一定的距离。当熔体2上侧、下侧设有消波带3时，还能够带来额外效果：当保护元件受到间接雷击浪涌带来的冲击时，即使熔体2瞬间被熔断，由于上下两侧的消波带3两端靠近于两侧电极，间接雷击浪涌作用熔体2的同时，高压带电体周围的空气被电离，会产生导电特性，消波带3承接此导电与两侧电极形成电连接，将一部分间接雷击浪涌的电流电压迅速导往负电极，分流了一部分作用在熔体2上的能量，由此将整个保护元件抗雷击的能力提高一倍以上。消波带3设在熔体2上下两侧时，若消波带3采用绝缘材料则可以和电极接触；但当消波带3采用金属材料时则必须和电极保持一定距离。消波带3优选为长条状，设置在熔体2上侧、下侧的消波带3两端可以向熔体2方向弯曲形成包围，以获得更为稳定的分散效果。由于熔断和分断行为可能会发生在熔体2的任何一个地方，因此消波带3要覆盖所有熔丝可能分断产生的地方， 当消波带3设置在熔体2上下两侧时，如图1、图2所示，消波带3的横向长度c应大于或等于熔体2图案的长度d。

事实上，消波带3可以设置在两电极之间熔体2周围的任意空白处，只要具有朝向熔体2的突刺31、并与熔体2保持一段距离即可满足本发明应用需求。在条件允许状况下，消波带3可以设置在熔体2本身形成的空隙处，消波带3不与熔体2接触，蛇形弯曲熔体2中弯曲的熔丝与熔丝之间具有一定的空白，在这些地方也可以设有消波带3，此处设置的消波带3两面均可以具有突刺31，从而对两侧的熔丝均产生分散效果。

消波带3可以分段设置，如图7所示，熔体2上侧和下侧的消波带3均为多段，每段之间具有一定距离，消波带3上分布大小一致的突刺31。如图8所示，上侧和下侧的消波带3均为多段，每段之间具有一定距离，每段消波带3上分布有突刺31，但位于消波带3中间位置的突刺31尺寸较大，而位于消波带3两端的突刺31尺寸较小，这是由于熔体2从中间熔断的情况居多（特别是当熔体2为蛇形时），因此通常熔体2中部分断能量较大，消波带3中部的大尺寸突刺31具备更好的分散效果。如图9所示，当熔体2上侧和下侧的消波带3均为一长条时，上面的突刺31也可以不均匀分布，图中位于消波带3中间位置的突刺31尺寸较大，而位于消波带3两端的突刺31尺寸较小，这说明同一条消波带3上也能够具有不同尺寸和形状突刺31。此外，上下两侧同时设置消波带3时，其突刺31形状未必上下对应，应以尽量适应熔体2形状为宜，左右两侧同时设置消波带3时也做同样考虑。

图10给出了消波带3结构的几种实例，其中图10（A）、（B）、（C）中所示的消波带中的突刺连成一体，大体呈锯齿形，图10（A）中两个相邻的齿峰之间的谷部为圆弧形，图10（B）中的突刺为等腰三角形，图10（C）中的突刺为直角三角形，突刺为三角形时，应选尖端为锐角的三角形为佳；图10（D）所示消波带的突刺彼此之间相互独立并不连为一体，但仍排布成一列，图10（E）所示消波带具有锯齿形线条轮廓，轮廓内部中空。可以看出，消波带中突刺的形状可以变化为多种形状，只需具有突刺尖端且这些突刺均匀分布在消波带上即可满足本发明要求，突刺可以彼此独立也可连为一体。经过试验，以上五种结构均能达到本发明预期的效果，其中图10（A）中消波带结构达到的效果为最优。一条消波带上可以设有多种形状的突刺。

本发明还提供了上述保护元件的制作方法，包括如下步骤：

Step1，采用印刷电路板作为绝缘基板5，在一整块绝缘基板5一面贴装一层金属箔（贴装金属箔的一面即为绝缘基板正面），优选使用铜箔。

Step2，在金属箔上形成光阻层，利用黄光工艺曝光后将光罩图形转印至光阻层，经显影将光阻图形显现出，并遮蔽需要形成的熔体、正面电极、消波带图案部分（包括熔体和正面电极之间的熔体连接部分），裸露出非图案区域，在金属箔上蚀刻出横纵多组所需要的图案(熔体、正面电极、消波带图案)后，去除光阻层，从而在绝缘基板5正面形成阵列式分布的熔体2、正面电极以及消波带3的图案（包括熔体和正面电极之间的熔体连接部分）。

Step3，将绝缘基板5翻至背面，利用网版印刷方式在绝缘基板5背面印出所需背电极图形，并烧结成型。当无需形成背电极时，该步骤可省略。

Step4，将绝缘基板5翻至正面，在绝缘基板两端电极之间印刷上绝缘保护层4，绝缘保护层4覆盖在熔体2以及消波带3之上（包括熔体和正面电极之间的熔体连接部分），不覆盖绝缘基板上正面电极的部分。

Step5，将一整块的绝缘基板切割成条状，侧边排列整齐后溅射一层金属层作为侧面电极，用于连结正面电极及背面电极，再将条状绝缘基板切割成最终粒状保护元件产品，利用表面处理方式增加正面电极、背面电极及侧面电极的镀层，整体形成电极部分1，即完成保护元件产品的制作。当无需形成背电极时，侧面电极仅连结正面电极，镀层也只需覆盖在正面电极和侧面电极上形成电极部分1。

通过上述方法制成的带有消波带的新型保护元件产品能够将小尺寸的保护元件的分断性能和抗雷击性能提升一倍以上。例如尺寸为6.4mmx3.25mmx0.75mm、额定电流为2A的片式熔断器，按照现有设计的结构无法承受220V以上电压，只能在dc(直流电)电路中使用，仅能达到125V/50A dc的分断能力，并且只能承受抗雷击浪涌0.5KV。而本发明制备的相同尺寸额定电流为2A的新型保护元件能达到250V / 100A ac（交流电）或250V / 100A dc（直流电）的分断能力，抗雷击浪涌能力提升到1KV。

实施例二：

作为实施例一的改进，如图11所示，为了进一步提高保护元件的分断性能，在设计熔体2的图案时，将正中间一段设置为宽度较窄的细熔体，以便引导熔断、分断等行为从熔体最中间开始进行，不会整体偏向两侧。此时上下两侧的消波带也可以相应的减小长度，c大概为熔体图案横向长度d的一半以上即可，两消波带的中心与熔体的中心相对应，两消波带的中心与熔体的中心在垂直方向上重合、即在一条直线上。本实施例中保护元件的其余结构特征与实施例一相同，保护元件的制作方法与实施例一相同。

实施例三：

作为实施例一或实施例二的改进，本例中的绝缘基板采用陶瓷基板，因为陶瓷基板硬度较高、与金属箔层的结合性不够好，且陶瓷基板使用中导热性较好，所以在陶瓷基板和熔体之间、陶瓷基板和消波带之间、陶瓷基板和正电极之间均具有隔热固定层，隔热固定层优选使用PI（聚酰亚胺材料），能够增加金属箔和陶瓷基板之间的结合性，并起到隔热保温的作用，增加熔断稳定性。本例中保护元件的其余技术特征与实施例一或实施例二相同。

相应的，制作上述保护元件时，在实施例一方法步骤A中陶瓷基板上贴装金属箔之前还需要多贴装一层隔热固定层，其他制作步骤均与实施例一相同。

实施例四：

本实施例提供了保护元件的另一种生产方法，包括如下步骤：

Step1，在一整块绝缘基板5上以网版印刷方式使用金属浆料在正面印出横纵多组熔体2、正面电极以及消波带3的图案（包括熔体和正面电极之间的熔体连接部分），形成阵列图形，金属浆料优选使用银浆料，绝缘基板5可采用陶瓷材料或印刷电路板。

Step2，翻面后利用网版印刷方式印出背电极的阵列图形，烧结成型。当无需形成背电极时，该步骤可省略。

Step3，在绝缘基板5正面两端电极之间以网版印刷方式印上绝缘保护层4，绝缘保护层4覆盖在熔体2以及消波带3之上（包括熔体和正面电极之间的熔体连接部分），不覆盖绝缘基板上正面电极的部分。

Step4，将一整块的绝缘基板切割成条状，每条绝缘基板上纵向分布有若干个保护元件的中间产品，将各条绝缘基板侧边排列整齐后在基板两端侧边溅射一层金属层作为侧面电极，用于连结正面电极及背面电极，再将条状绝缘基板切割成最终粒状保护元件产品，利用表面处理方式增加正面电极、背面电极及侧面电极的镀层，整体形成电极部分1，完成保护元件。当无需形成背电极时，侧面电极仅连结正面电极，镀层也只需覆盖在正面电极和侧面电极上形成电极部分1。

本例中的方法适用于实施例一、实施例二、实施例三中所述结构的保护元件的制造。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种片式保护元件，包括绝缘基板、形成于绝缘基板两端的电极部分、形成于绝缘基板正面的熔体和形成于绝缘基板上的绝缘保护层，所述电极部分与熔体形成电连接，其特征在于：熔体周围设置有至少一条消波带，所述消波带上具有若干突刺，所述突刺尖端朝向熔体，所述消波带与熔体之间具有距离，所述绝缘保护层覆盖于绝缘基板正面两端电极之间区域。

2.根据权利要求1所述的片式保护元件，其特征在于：所述消波带设置在熔体上侧和/或下侧和/或左侧和/或右侧和/或四角和/或熔体自身空隙中。

3.根据权利要求1或2所述的片式保护元件，其特征在于：所述熔体弯曲呈蛇形。

4.根据权利要求3所述的片式保护元件，其特征在于：所述熔体弯折处为弧形。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的片式保护元件，其特征在于：所述熔体中间具有一段细熔体，所述细熔体的宽度小于熔体其余部分本体宽度。

6.根据权利要求5所述的片式保护元件，其特征在于：所述消波带长度大于或等于熔体图案长度的一半，所述两消波带的中心与熔体的中心相对应。

7.根据权利要求1所述的片式保护元件，其特征在于：所述绝缘基板采用陶瓷基板，陶瓷基板与熔体、正面电极、消波带之间均具有隔热固定层。

8.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于：所述消波带的长度大于或等于金属熔体图案的长度。

9.片式保护元件的一种制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A，在绝缘基板正面贴装一层金属箔；

步骤B，在金属箔上蚀刻出熔体、正面电极、消波带；

步骤C，在绝缘基板正面两端电极之间印刷上绝缘保护层，绝缘保护层不覆盖正面电极的部分；

步骤D，在绝缘基板侧边形成侧面电极用于连结绝缘基板上的电极，在各电极上形成镀层形成电极部分。

10.根据权利要求6所述的片式保护元件的制造方法，其特征在于：所述所述绝缘基板采用陶瓷基板，所述步骤A中在陶瓷基板贴装金属箔之前还包括在陶瓷基板上贴装隔热固定层的步骤。

11.片式保护元件的另一种制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A，在绝缘基板上以网版印刷方式使用金属浆料在正面印出熔体、正面电极以及消波带的图案，形成阵列图形；

步骤B，在绝缘基板正面两端电极之间以网版印刷方式印上绝缘保护层，绝缘保护层不覆盖绝缘基板上正面电极的部分；

步骤C，在绝缘基板侧边形成侧面电极用于连结绝缘基板上的电极，在各电极上形成镀层形成电极部分。