CN105655213A - 一种过流保护用熔断器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过流保护用熔断器及其制作方法，该熔断器包括由高介电常数介质制成的基板及设置在基板上下两侧的第一电极和第二电极；第一电极包括隔开并列设置的两部分；熔断体的两端分别连接在第一电极的两部分上，或者熔断体与第一电极的两部分为一体式。本发明熔断器结构，降低了在雷击及短路等暂态过程中瞬时大电流对熔断器带来的冲击，有助于瞬时的灭弧，使熔断器在大电流冲击过程中避免炸裂及烧毁，避免二次伤害的产生，熔断器的脉冲寿命延长。

Description

一种过流保护用熔断器及其制作方法

技术领域

本发明属于涉及一种电路保护装置，具体涉及一种过流保护装置的结构及其制作方法。

背景技术

为了保证电路的安全运行，熔断器经常被安装在电路中，当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，有可能损坏电路中的部分器件进而有可能烧毁电路甚至造成火灾，那么，熔断器就会在电流异常升到一定的高度和保持一定的时间后，自身熔断，切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

现有常规的过流保护熔断器均采用一由金属丝线作为熔断体，外加玻璃管等为外套，配两个作为端子的铜帽制成。其中的金属丝用于在正常电流下通电，并且一定电流的情况下熔断而切断电路。

现实中，目前各种熔断器由于受材料及结构的原因，都有抗大电流冲击能力不够的弊端。即，在进行雷击及短路的试验时，会因熔断丝出现拉弧（即电弧）出现熔断器炸裂及烧毁等极端现象，产生了消费者难以接受的风险隐患。而，目前熔断器生产商向整机厂商推荐的抗冲击保险丝，基本都是在损失了过载保护功能的前提，一味放大熔断器的过载容量。这样，在电器出现低倍率过载时，熔断器根本不能断开，保护不了电器。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种能耐受电流脉冲及长寿命，并且具有高分断能力的过流保护用熔断器及其制作方法。

本发明的技术方案为：一种过流保护用熔断器，该熔断器包括由高介电常数介质制成的基板及设置在基板上下两侧的第一电极和第二电极；第一电极包括隔开并列设置的两部分；熔断体的两端分别连接在第一电极的两部分上，或者熔断体与第一电极的两部分为一体式。

优选的，基板材料相对介电常数大于100。

优选的，熔断体为线材、片材、或者是金属束线或绕线，或者是现有保险丝的形式，通过焊接的形式跨接在第一电极的两部分之间。

在一个具体实施例中，熔断体与第一电极为一体式，构成工字型或Z字型，或者，第一电极的两部分在相对侧设有U型槽，熔断体设置在U型槽内，与第一电极构成两个相对的E字型。

在一个具体实施例中，基板和第二电极均多于一层，二者交替设置，第二电极交错裸露在基板的两个端面。例如，采用多层共烧技术制作成多层基板材料与第二电极多层金属材料的复合体。

在一个具体实施例中，由多于一个熔断器结构并联构成。

进一步的，第二电极下设置绝缘的底板，底板上设置焊盘；熔断器两端设置端电极，连接第一电极与焊盘。

上述过流保护用熔断器的制作方法，在作为基板的瓷片上设置第一电极及第二电极并经烧结；在作为底板的双面PCB板上蚀刻与第二电极对应的电极面；将二者焊接在一起，并将熔断体焊接在其上。

在一个具体实施例中，基板瓷料制成胚片后，在正反面分别按若干行和若干列的重复排列形式设置第一电极、第二电极和熔断体，而后切割成单个的熔断器结构。

本发明设计的熔断器结构，利用高介电常数的材料作基板，改变了熔断器内熔断体周围的电场形态及通过特殊的电极设计形成储能部件降低了在雷击及短路等暂态过程中瞬时大电流对熔断器带来的冲击。结构设计中带来的电场分布的改变，进而改变熔断体熔断时电弧形态，有助于瞬时的灭弧（即：快速地终止电弧）。由于该熔断器能够承受大电流冲击，大电流的分断能力得以提高，从而使熔断器在大电流冲击过程中避免炸裂及烧毁，避免二次伤害的产生。由于能平抑脉冲锋值，减小脉冲电流对熔断体的伤害，使得熔断器的脉冲寿命延长。

附图说明

图1为本发明第一个具体实施例的熔断器表面贴装（SMD）式结构示意图。

图2为第一个具体实施例的变型，熔断体跨接在上电极上面。

图3为本发明第二个具体实施例的熔断器表面贴装、熔断体与上电极一体式结构示意图。

图4为第二个具体实施例的第一个变型。

图5为第二个具体实施例的第二个变型。

图6为本发明第三个具体实施例的熔断器表面贴装、基板为多层式结构示意图。

图7为第三个具体实施例的一个变型。

图8为本发明第四个具体实施例的熔断器表面贴装式结构示意图。

图9为第一个具体实施例的熔断器表面贴装（SMD）制作方法流程图。

图10为第四个具体实施例的熔断器表面贴装制作方法流程图。

图11为本发明一个具体实施方式的上电极及熔断体印制图（俯视）。

图12为下电极印制图（仰视）。

图13为图10、11的具体实施方式制成的带上电极和熔断体及下电极的基板结构示意图。

图14为底板上焊盘印制图（仰视）。

图15为图13的具体实施方式制成的底板结构示意图。

其中：上电极1、基板2、下电极3、熔断体4、焊盘5、端电极6、底板7、外壳8、引脚9、熔断部101、U型槽102。

具体实施方式

本发明的过流保护用熔断器，包括由高介电常数介质制成的基板及设置在基板两侧的第一电极和第二电极。第一电极包括隔开并列设置的两部分。熔断体的两端分别连接在两部分上，或者熔断体与第一电极为一体式。

在一个优选的具体实施方式中，熔断器从上到下依次包括相平行的第一电极（上电极1）、基板2、第二电极（下电极3）、底板7。上电极1和下电极3为薄板状并相平行，将基板2夹在中间。上电极1包括有一定间隔、并列设置的两部分。基板2可以为整块或者分为相隔开的两部分。下电极3端部与基板2端部留有适当的间隙，下电极3的两端被底板7包住。

基板2下表面两端和下电极3下表面附着绝缘的底板7。底板7下表面两端设置两个焊盘5（与下电极3相错开，与上电极1两端相对），用于在线路板上焊接，并通过端电极6与上电极1连接。

熔断器两端设置端电极6，连接上电极1与焊盘5的端面，端电极6上可以焊接镀锡铜线或铜包钢镀锡线作为引脚9以便于熔断器与其他线路的连接安装。

熔断器整体由绝缘材料制成的外壳8包覆。

熔断体4可以通过焊接（锡焊、压接点焊）跨接在上电极1的两部分间，或直接与上电极1整体制作。

在第一个具体实施例中，熔断体4的两端分别连接在上电极1的两部分的上表面。如图1，熔断体4为片状，跨接在上电极1的两部分的间隙上，焊接后熔断体4可能松动而形成“拱形”（如图2）。熔断体4也可以是丝材，片材及金属束线或绕线；可以是现有保险丝制作的相同形式，或者是其他类似形状。

在第二个具体实施例中，熔断体4与上电极1的两部分为一体制成。如图3-5，熔断体4（此时为上电极1的一部分，熔断部101）为长片状，与上电极1构成工字型或Z字型，或者，上电极1的两部分在相对侧设有U型槽102，熔断体4设置在U型槽102内，与上电极1构成两个相对的E字型。

本发明的熔断器可以包括多层基板2和多层下电极3，二者交替设置，下电极3交错裸露在基板2的两个端面（每一层下电极3只有一个端面裸露），与端电极6连接。如图6和7所示的第三个具体实施例中，基板2与下电极3交替制作成多层结构，最下层基板作为底板。基板2可以是多层共烧技术制作成多层陶瓷（和聚合物）与作为内电极（也就是下电极3）的多层金属的复合体。

本发明的熔断器可以作为一个单体，也可以制作为多个单元的集成体。本发明的熔断器可以由多个上述的熔断器结构并联构成，每个熔断器结构均设置相应的熔断体4，如图8所示的多组并排熔断器。

优选的，基板2材料相对介电常数大于100，可以选用高介电常数陶瓷或聚合物复合物，例如钛酸铜钙化合物及其添加了铜，或/和镍、锌、铅、钼、铱、锡、铝等元素的陶瓷材料；以及钛酸锶，或钛酸钡，或碳酸钡，或硅酸盐等及添加了铜，或/和镍、锌、铅、钼、铱、锡、铝等元素的陶瓷材料；以及氧化铝及添加了铜，或/和镍、锌、铅、钼、铱、锡、铝等元素的陶瓷材料；也可以是添加了这些陶瓷粉末的改性的环氧树脂，聚酯，硅树脂，氟塑料，PE（聚乙烯），PP（聚丙烯），PEEK（聚醚醚酮），PPS（聚苯硫醚），PC（聚碳酸酯）等高分子聚合物。还可以采用其他材料，只要相对介电常数大于100即可。

熔断体4可以是单一金属（金、银、铜、钛、钨、铝、镍及锡）或多层金属组合，或是这些金属及锌、铋、锳、锂、钼、铬、铅、钠合金；或是它们的碳化物或氮化物；表面根据需要可以再电镀或溅射，或等离子喷涂铜、金、银、镍、锡、铬、銠等金属。

上电极1、下电极3、内电极可以由单一金属（金、银、铜、钛、铝、镍及锡）或多层金属组合，或是这些金属及锌、铋、锳、锂、钼、铬、铅、钠合金组成，也可以是它们的碳化物或氮化物。可以是金属浆料涂覆后烧结而成、也可以是电镀及磁控溅射、真空镀膜、等离子喷涂等工艺制作。

焊盘5是以是金属浆料涂覆后烧结而成，也可以是等离子喷涂，磁控溅射，真空镀膜及电镀的方法制成的单一金属（金，银，铜，钛，钨，镍及锡）也可以是合金，或多层金属组合；也可以是他们的碳化物或氮化物；最外层可以是金，银或锡等金属。

底板7为陶瓷或聚合物绝缘层，可以是钛酸铜钙化合物及其添加了铜，或/和镍，锌，铅，钼，铱，锡，铝等元素的陶瓷材料；以及钛酸锶，或钛酸钡，或硅酸盐等及添加了铜，或/和镍，锌，铅，钼，铱，锡，铝等元素的陶瓷材料；以及氧化铝及铜，或/和镍，锌，铅，钼，铱，锡，铝等元素的陶瓷材料；也可以是添加了或未添加这些陶瓷粉末的改性的环氧树脂，聚酯，硅树脂，氟塑料，PE（聚乙烯），PP(聚丙烯），PC(聚碳酸酯)，PEEK（聚醚醚酮），PPS（聚苯硫醚），尼龙，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）等高分子聚合物。

外壳8可以是氧化铝陶瓷或其他陶瓷材料，或尼龙，PP，PC，PEEK，PPS，ABS等。

第一个具体实施例的熔断器表面贴装（SMD）制作方法，如图9所示。包括下述的步骤：

步骤1.在成型及烧结好的两个瓷片上印涂上上电极1及下电极3，经烧结后形成基板2；

步骤2.用双面PCB板通过蚀刻等方法制成底板7；底板7上蚀刻有与下电极3对应的电极面3’（用于焊接及连接下电极3），及焊盘5；

步骤3.在底板7上的下电极3表面印刷上锡膏后，将基板2粘贴在下电极3上；整体经热风回流焊等后焊接在一起；

步骤4.在步骤3完成的部件两端涂刷上导电胶，或经黑化或化学镀后，再通过电镀（可以是滚镀）在上电极1面，端面和焊盘5上依次镀上铜层，镍层及焊锡层；

步骤5.在步骤4完成的部件的上电极1上涂刷锡膏后，把熔断体4粘贴其上，整体经热风回流焊等后焊接在一起；

步骤6.将镀锡铜线分别焊接在熔断器两个端面上作为引脚9；

步骤7.用尼龙或PC等聚合物注塑成型为外壳8；将外壳8盖合在步骤5完成的部件上，即完成本实施例的熔断器。

第四个具体实施例的熔断器表面贴装制作方法，如图10所示。包括下述的步骤：

步骤1.在多组并排成型及烧结好的瓷片上间隔印涂上上电极1及下电极3，经烧结后形成多组并排基板2；

步骤2.用双面PCB板通过蚀刻等方法制成多组并排底板7；底板7上间隔蚀刻有与下电极3对应的电极面，及焊盘5；

步骤3.在底板7上的下电极3表面印涮上锡膏后，将基板2粘贴在下电极3上；整体经热风回流焊等后焊接在一起；

步骤4.在步骤3完成的部件两端间隔涂刷上导电胶，或经黑化或化学镀后，在通过电镀（可以是滚镀）在上电极1面，端面和焊盘上依次镀上铜层，镍层及焊锡层；

步骤5.在步骤4完成的部件的上电极1上涂刷锡膏后，把熔断体4粘贴其上，整体经热风回流焊等后焊接在一起；

步骤6.用尼龙或PC等聚合物注塑成型为外壳8；

步骤7.将外壳8盖合在步骤5完成的部件上，即完成本发明的多排集合的熔断器；图10示为三个并排，可以是更多个。

如图11~15所示，本发明一个具体实施方式的熔断器表面贴装制作方法，根据印制图切割成单个的熔断器，具体包括下述步骤：

步骤1.基板瓷料经流延等工艺及制成胚片后，在正反面分别用银浆（也可以是镍、铜、铝等金属浆料，也可以是等离子、磁控溅射、化学镀金属）按图11和12示的上电极1、熔断体4及下电极3印涂，而后切割成基板2如图13，再烧结成瓷；上电极1及熔断体4也可以如图4和图5的形式；

步骤2.将单面环氧覆铜板按图14蚀刻出焊盘5，并切割成图15的底板7；

步骤3.将步骤1和2制成的基板2与底板7粘结成图3所示的结构；

步骤4.将步骤3制得的基板两端面通过涂刷导电胶制作端面电极6；

步骤5.将步骤.4.制得的基板通过滚镀等分别镀上铜层、镍层、锡层，或金银等其他金属或合金，可以根据熔断体的需要，对熔断体进行选择性电镀；

步骤5.制成的熔断器再用前实例中外壳包封即为本发明的熔断器。

Claims (10)

1.一种过流保护用熔断器，其特征在于：该熔断器包括由高介电常数介质制成的基板及设置在基板上下两侧的第一电极和第二电极；第一电极包括隔开并列设置的两部分；熔断体的两端分别连接在第一电极的两部分上，或者熔断体与第一电极的两部分为一体式。

2.根据权利要求1所述的过流保护用熔断器，其特征在于：基板材料相对介电常数大于100。

3.根据权利要求1所述的过流保护用熔断器，其特征在于：熔断体为线材、片材、或者是金属束线或绕线，或者是现有保险丝的形式，通过焊接的形式跨接在第一电极的两部分之间。

4.根据权利要求1所述的过流保护用熔断器，其特征在于：熔断体与第一电极为一体式，构成工字型或Z字型，或者，第一电极的两部分在相对侧设有U型槽，熔断体设置在U型槽内，与第一电极构成两个相对的E字型。

5.根据权利要求1~4之一所述的过流保护用熔断器，其特征在于：基板和第二电极均多于一层，二者交替设置，第二电极交错裸露在基板的两个端面。

6.根据权利要求5所述的过流保护用熔断器，其特征在于：采用多层共烧技术制作成多层基板材料与第二电极多层金属材料的复合体。

7.根据权利要求1~4之一所述的过流保护用熔断器，其特征在于：由多于一个熔断器结构并联构成。

8.根据权利要求1~4之一所述的过流保护用熔断器，其特征在于：第二电极下设置绝缘的底板，底板上设置焊盘；熔断器两端设置端电极，连接第一电极与焊盘。

9.一种权利要求1~3之一所述过流保护用熔断器的制作方法，其特征在于：在作为基板的瓷片上设置第一电极及第二电极并经烧结；在作为底板的双面PCB板上蚀刻与第二电极对应的电极面；将二者焊接在一起，并将熔断体焊接在其上。

10.一种权利要求4所述过流保护用熔断器的制作方法，其特征在于：基板瓷料制成胚片后，在正反面分别按若干行和若干列的重复排列形式设置第一电极、第二电极和熔断体，而后切割成单个的熔断器结构。