CN104779130A - 具有偏置熔断元件的陶瓷晶片保险丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有偏置熔断元件的陶瓷晶片保险丝。具有偏置熔断元件的改进型陶瓷晶片保险丝包括：多个非导电层；熔断元件，其被布置在多个非导电层之中的一些层之间，使得相对于保险丝的垂直轴，在熔断元件上方的非导电层比在熔断元件下方的多；第一和第二导电端子，其电连接到熔断元件以将保险丝连接到要保护的电路和电力源。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年1月10日递交的美国临时专利申请序列号61/925,862的权益，这里通过引用将该申请全部并入。
技术领域
本公开概括而言涉及电路保护装置的领域，更具体而言涉及陶瓷晶片保险丝(ceramic chip fuse)。
背景技术
经常用作电路保护装置的保险丝提供电力源与要保护的电路组件之间的电连接。晶片保险丝——也称为薄膜保险丝、表面贴装保险丝或者SMD保险丝——是包括布置在材料的非导电层之间的可熔元件的一类保险丝。导电端子连接到可熔元件的每一端以提供在电路内连接保险丝的一种手段。在电路中发生指定的故障状况——例如过电流状况——时，可熔元件可以熔化或者以其他方式分离，以中断电路路径中的电流流动。电路的受保护部分从而被电隔离，并且对这种部分的损坏可被防止或者至少被减轻。
晶片保险丝经常用于对印刷电路板上的组件提供保护。将会明白，印刷电路板上的实体资源是非常有限的。另外，晶片保险丝经常用在高电压、高电流和/或高温环境中，从而不可避免地需要稳定性和性能可靠性。
一些晶片保险丝被安装在刚性基板(例如，FR4之类的)上和/或包封在刚性基板中以对保险丝提供支撑并且确保当熔断体(fuselink)响应于故障状况而中断时，保险丝主体不会破裂。保险丝主体的破裂可引起要保护的组件以及印刷电路板上的邻近组件的损坏。刚性基板也向晶片保险丝添加了额外的大小以及成本。
从而，需要一种晶片保险丝，其提供高电压和电流中断能力并且对于在高温环境中的使用是可靠的，但小到足以满足印刷电路板使用的设计约束。
发明内容
根据本公开，公开了一种保险丝。该保险丝可包括：多个非导电层；熔断元件，其被布置在多个陶瓷层中的一些层之间，使得在第一方向上在熔断元件上方的陶瓷层比在熔断元件下方的多；以及第一和第二导电端子，其电连接到熔断元件以将保险丝连接到要保护的电路和电力源。
在一些示例中，提供了一种陶瓷晶片保险丝，其由多个陶瓷层构成，其中熔断元件在垂直轴上被放置于偏离中心处。在一些示例中，熔断元件相对于垂直轴位于保险丝的中心线下方，使得熔断元件上方的陶瓷的厚度大于该元件下方的陶瓷的厚度。元件上方的额外陶瓷厚度确保了保险丝可以可靠地中断高电压。尤其，元件上方的额外陶瓷厚度确保了保险丝可以可靠地中断高电压，而不会破裂。
附图说明
作为示例，现在将参考附图描述公开的装置的具体实施例，附图中：
图1是晶片保险丝的框图；
图2是由于过电压状况而破裂的图1的晶片保险丝的示例；
图3—图5是晶片保险丝的图示，其中熔断元件布置在保险丝的垂直轴的中心线的下方；
图6是用于制造晶片保险丝的方法的流程图，全都是根据本公开的至少一些实施例布置的。
图7是用于制造晶片保险丝的另一种方法的流程图，全都是根据本公开的至少一些实施例布置的。
具体实施方式
图1是在没有刚性基板的情况下制造的晶片保险丝100的侧视图。晶片保险丝100包括布置在非导电层120之间并且电连接到导电端子130的熔断元件110。如图所示，熔断元件110在第一方向140(本文称为垂直方向)上在非导电层120之间居中，第一方向140对应于保险丝的垂直轴142。熔断元件110可在水平方向上以与每个导电端子130接触的形式延伸过非导电层120。熔断元件110与导电端子130接触以形成通过晶片保险丝100的电连接。晶片保险丝100或者熔断元件110可由一层或多层导电材料形成。另外，非导电层120可包括一个或多个内层，例如第一层，其可包括银或银合金的涂层。熔断元件110可被选择为具有期望的直径、宽度和配置以提供对电流和电压的预定响应。或者，熔断元件110可以是具有预定的特性的淀积膜或其他适当材料。
图2是晶片保险丝100的示例的顶视图(例如，第一方向140从纸穿出)。示出了非导电层120之一(例如，顶层)，以及导电端子130。然而，晶片保险丝100在高电压下可能不提供可靠的保护。更具体而言，高电压可引起晶片保险丝100破裂(例如，150)，这可引起被保护的电路以及周围组件的损坏。例如，与晶片保险丝100类似的晶片保险丝可在超过63伏时破裂。这样，这些保险丝不适合于用在电压高于63伏的环境中。
一般地，本公开提供了一种陶瓷晶片保险丝，其由多个陶瓷层构成，其中熔断元件在垂直轴上被放置于偏离中心处。换言之，本公开提供了与熔断元件堆叠在一起的非导电材料(例如陶瓷)层，其中熔断元件在该堆叠的垂直方向上被布置为偏离中心。在一些示例中，熔断元件相对于垂直轴位于保险丝的中心线下方，使得熔断元件上方的陶瓷的厚度大于该元件下方的陶瓷的厚度。元件上方的额外陶瓷厚度确保了保险丝可以可靠地中断高电压。
图3是根据本公开的至少一些实施例布置的晶片保险丝300的侧视图。晶片保险丝300包括布置在非导电层320之间的熔断元件310。在一些示例中，非导电层320可以是陶瓷、陶瓷玻璃化合物或者LTCC陶瓷玻璃混合物。在一些示例中，非导电层320可被称为“生瓷带层”(green-tape ceramic layer)，其是在制造期间与熔断元件310一起共烧的(例如，参考图5和图6)。
晶片保险丝300被描绘为包括层320-1至320-8，其中熔断元件310布置在(例如，“夹在”)层320-6和320-7之间。换言之，熔断元件310布置在非导电层320之间，使得在熔断元件310上方的非导电层320比下方的多。也就是说，熔断元件310布置在晶片保险丝300的垂直轴342的中心线下方。
图4是根据本公开的至少一些实施例布置的晶片保险丝301的侧视图。此晶片保险丝301包括熔断元件310、非导电层320和端子330(例如，第一和第二端子332和334)。如图所示，熔断元件310布置在层320-7和320-8之间。换言之，熔断元件310布置在非导电层320之间，使得在熔断元件310上方的非导电层320比下方的多。也就是说，熔断元件310布置在晶片保险丝301的垂直轴342的中心线下方。
一般地，熔断元件310可以是具有期望的导电属性的任何材料。在一些示例中，熔断元件310可以是镍、铜、银、金、锡或合金或者包括镍、铜、银、金或锡的混合物。对于一些示例，熔断元件310可具有0.02到5密耳之间的厚度。此外，对于一些示例，非导电层320可以是陶瓷，例如氧化铝。对于一些示例，非导电层320可具有0.5到20密耳之间的厚度，并且端子可由任何导电材料形成，例如银、铜、锡、镍或者这样的材料的任何组合。
要明白，图3和图4中描绘的层数目是为了促进理解而给出的，而并不打算进行限定。更具体而言，各种实施例可包括比描绘的更多或更少的非导电层320。另外，将会明白，在制造出的装置中可能无法在非导电层320之间进行区分。更具体而言，一些示例规定非导电层320由低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic，LTCC)材料形成。LTCC材料被与熔断元件共烧，并且一旦被烧制，非导电层320就相互结合以实质上变成单一层，使得它们彼此不可区分。然而，如上所述，熔断元件在垂直轴(例如，342)上被定位成使得与在熔断元件下方相比在熔断元件上方有更多的与非导电层320相对应的LTCC材料。在一些示例中，与这些层相对应的材料中多于65％将在熔断元件上方而不是下方。对于一些示例，与这些层相对应的材料中的65％到99％将在熔断元件上方而不是下方。
图5图示了通过烧制非导电层320和熔断元件310形成的保险丝主体360的示例。可以看出，保险丝主体包括布置在熔断元件310下方的非导电材料的第一部分322和布置在熔断元件310上方的非导电材料的第二部分324。非导电材料的第一部分322对应于在第一方向140上布置在熔断元件310下方的层(例如，层320-7至320-8、层320-8等等)，而非导电材料的第二部分324对应于在第一方向140上布置在熔断元件上方的(一个或多个)层(例如，层320-1至320-6、层320-1至320-7等等)。
图6是根据本公开的一些实施例的用于制造保险丝的方法600的流程图。方法600可开始于方框610。在方框610，熔断元件可被放置在非导电材料的第一层上。例如，熔断元件310可被印刷在非导电层320之一(例如，层320-7或层320-8)上。
继续到方框620，数个其他层被堆叠到第一层上。例如，层320-1至320-6被堆叠在图4中的层320-7的顶上。此外，第一层可被堆叠到一个或多个层上。
继续到方框630，这些层和熔断元件被烧制以形成保险丝主体。例如，非导电层320和熔断元件310可被烧制以形成图5中所示的保险丝主体360。在一些示例中，这些层和保险丝在500到1000摄氏度之间的温度下被烧制1分钟到90分钟之间。此外，可执行其他烧制过程(例如，烧结、烧尽等等)。
继续到方框640，可在保险丝主体上形成第一和第二保险丝端子。例如，可在保险丝主体360上形成第一和第二导电端子332和334。在一些示例中，可通过浸渍和/或电镀保险丝主体的末端来形成这些材料(例如，这些材料是通过浸渍和/或电镀形成的第一和第二保险丝端子)。
图7是根据本公开的一些实施例的用于制造保险丝的方法700的流程图。方法700可开始于方框710。在方框710，可在非导电材料的第一层上布置熔断元件，第一层是非导电材料的至少一层或多层。例如，熔断元件310可被印刷在非导电层320中的一层或多层(例如，层320-7和/或层320-8)上。
继续到方框720，数个额外的层(它们形成第二层)可被堆叠到熔断元件和第一层上，使得第二层非导电材料在厚度/宽度上大于非导电材料的第一部分。额外的次层(第二层)和第一层围绕并保护熔断元件。例如，层320-1至320-6被堆叠在图4中的层320-7的顶上。此外，第一层可被堆叠到一层或多层上。
继续到方框730，这些层和熔断元件被利用多种烧制过程之一在500到1000摄氏度之间的温度下烧制10分钟到90分钟之间以形成保险丝主体。例如，非导电层320和熔断元件310可被共烧以形成图5中所示的保险丝主体360。温度和时机可以变化并且取决于非导电材料和熔断元件的材料。烧制过程可包括烧结、烧尽，等等。
继续到方框740，可在保险丝主体上形成第一和第二保险丝端子。例如，可在保险丝主体360上形成第一和第二导电端子332和334。在一些示例中，可通过浸渍和/或电镀保险丝主体的末端来形成这些材料。
鉴于前述内容，很明显，提供一种由多个陶瓷层构成并且其中熔断元件被放置在垂直轴上偏离中心处的陶瓷晶片保险丝确保了保险丝可以可靠地中断高电压。换言之，通过让非导电材料(例如陶瓷)层与熔断元件堆叠在一起并且熔断元件在该堆叠的垂直方向上被布置为偏离中心，例如将熔断元件相对于垂直轴布置在保险丝的中心线下方，使得熔断元件上方的陶瓷的厚度大于该元件下方的陶瓷的厚度，允许了保险丝确保当熔断体响应于故障状况而中断时，保险丝主体不会破裂。另外，如本文描述的陶瓷晶片保险丝防止了保险丝主体破裂，而不向晶片保险丝添加额外的大小以及成本。因此，该陶瓷晶片保险丝提供了高电压和电流中断能力并且对于高温环境中的使用是可靠的，但小到足以满足印刷电路板使用的设计约束。
本公开的范围不受本文描述的具体实施例所限。实际上，根据以上描述和附图，本领域普通技术人员将会清楚除了本文描述的那些以外的本公开的其他各种实施例和修改。从而，这种其他实施例和修改打算落在本公开的范围内。另外，虽然本文已在特定环境中的出于特定目的的特定实现方式的上下文中描述了本公开，但本领域普通技术人员将会认识到，本公开的有用性不限于此，并且本公开可以有益地为了任意数目的目的而在任意数目的环境中实现。从而，应当根据如本文描述的本公开的完整范围和精神来解释以下记载的权利要求。
Claims (19)
1.一种保险丝，包括：
多个非导电层；
熔断元件，该熔断元件被布置在所述多个非导电层之中的一些非导电层之间，使得相对于所述保险丝的垂直轴，在所述熔断元件上方的非导电层比在所述熔断元件下方的多；以及
第一和第二导电端子，该第一和第二导电端子电连接到所述熔断元件以将所述保险丝连接到要保护的电路和电力源。
2.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述熔断元件被布置在所述保险丝的垂直轴的中心线下方。
3.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述非导电层中的至少65％在所述熔断元件上方。
4.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述多个非导电层具有0.5密耳到20密耳之间的厚度。
5.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述熔断元件具有0.02密耳到5密耳之间的厚度。
6.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述第一和第二导电端子包括银、铜、锡、镍中的至少一者或者这些材料的组合。
7.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述非导电层包括陶瓷、陶瓷玻璃化合物、低温共烧陶瓷(LTCC)材料中的至少一者或者这些材料的组合。
8.如权利要求1所述的保险丝，其中，所述多个非导电层和所述熔断元件被共烧以成为单层。
9.一种保险丝，包括：
保险丝主体，包括：
布置在熔断元件上方的非导电材料的第一部分；以及
布置在所述熔断元件下方的非导电材料的第二部分，其中所述非导电材料的第一部分大于所述非导电材料的第二部分；以及
第一和第二端子，该第一和第二端子布置在所述保险丝主体上并且电连接到所述熔断元件。
10.如权利要求9所述的保险丝，其中，所述熔断元件被布置在所述保险丝的垂直轴的中心线下方。
11.如权利要求9所述的保险丝，其中，所述第一部分至少等于或大于布置在所述熔断元件上方的非导电材料的65％，并且所述第二部分至少等于或小于布置在所述熔断元件下方的非导电材料的35％。
12.如权利要求9所述的保险丝，其中，所述第一和第二端子包括银、铜、锡、镍中的至少一者或者这些材料的组合。
13.如权利要求9所述的保险丝，其中，所述非导电材料包括陶瓷、陶瓷玻璃化合物、低温共烧陶瓷(LTCC)材料中的至少一者或者这些材料的组合。
14.如权利要求9所述的保险丝，其中，所述非导电材料和所述熔断元件被共烧以成为单层。
15.一种制造保险丝的方法，包括：
将熔断元件放置在非导电材料的多层中的至少一层上；
将所述非导电材料的一个或多个额外层堆叠在所述多层中的至少一层和所述熔断元件上；
对所述多层中的至少一层、所述一个或多个额外层和所述熔断元件进行烧制以形成保险丝主体；以及
在所述保险丝主体的末端添加第一和第二导电端子，所述第一和第二端子电连接到所述熔断元件。
16.如权利要求15所述的制造方法，还包括在500到1000摄氏度之间的温度下共烧所述多层中的至少一层、所述一个或多个额外层和所述熔断元件以形成所述保险丝主体。
17.如权利要求15所述的制造方法，还包括通过对所述保险丝主体进行浸渍或电镀之一来在所述保险丝主体的末端添加所述第一和第二导电端子。
18.如权利要求15所述的制造方法，还包括将所述熔断元件相对于所述保险丝的垂直轴布置在中心线下方。
19.如权利要求15所述的制造方法，其中，所述第一和第二导电端子包括银、铜、锡、镍中的至少一者或者这些材料的组合，并且所述非导电材料包括陶瓷、陶瓷玻璃化合物、低温共烧陶瓷(LTCC)材料中的至少一者或者这些材料的组合。
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