CN107689314B - 一种超薄高性能保护元件及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超薄高性能保护元件及制作方法，该元件包括包封层、熔体、电极，熔体位于包封层内，熔体包括金属熔丝且金属熔丝两端分别与固定于包封层两端的电极连接，部分金属熔丝上包裹助熔体，助熔体外涂覆包裹层且包裹层为高分子聚合物材料。本发明所述的元件体积轻薄短小、防爆、抗雷击浪涌性能优秀，且熔断精准。

Description

一种超薄高性能保护元件及制作方法

技术领域

本发明涉及一种保护元件技术，特别是一种超薄高性能保护元件及制作方法。

背景技术

目前的保护元件以金属丝材做为熔体，当过载或者短路电流经过熔体时，熔体自身发热而熔断，从而对整个电路进行保护。当保护元件应用于对抗雷击浪涌性能要求比较高的环境，如电力系统、电工设备、家用电器中的应用，需要将熔丝设置的比较宽或者比较厚，为了达到精准熔断效果则需要在熔体的中间部分设置一个快速熔断点，快速熔断点可以由以下几种方式来形成：(1)在熔体上打洞、切割、减薄等方式缩小熔丝截面面积；(2)在熔体上设置低熔点助熔材料，例如在熔体上镀锡成为合金效应点；(3)在熔体外全部包裹保温材料。但由于快速熔断点合金的融化温度、焊接温度、效应点熔融侵蚀导线的速度不能有效控制在一定范围内，且熔断器的一致性差，分断能力很难提升，大面积熔体被包裹保温材料导致保护元件整体功耗变大，不能精准熔断从而保护下游电路，所以现有技需要采用以上三种方式的组合，如中国专利201621045082.2，熔体上下均被保温材料包裹，快速熔断点的体积增厚，导致在整个保护元件需要体积减小时遇到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积轻薄短小、防爆、抗雷击浪涌性能优秀，且熔断精准的保护元件及其该保护元件的制作方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种超薄高性能保护元件，包括包封层、熔体、电极，熔体位于包封层内，熔体包括金属熔丝且金属熔丝两端分别与固定于包封层两端的电极连接，部分金属熔丝上包裹助熔体，助熔体外涂覆包裹层且包裹层为高分子聚合物材料。

一种制作超薄高性能保护元件的方法，包括：金属熔丝绕在载体上形成熔体；熔体涂覆临时保护层，留出中间的一段作为效应点部分；通过离子溅射或者电镀的方法将助熔体溅射到效应点部分的金属熔丝上；将包裹层涂覆或者喷洒到助熔体上；利用微蚀、热熔的方法去掉临时保护层；熔体放入包封层内；将熔体两端与两端电极相连。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明的保护元件可以只在熔体的一个面上设置助熔体和包裹层，而不需要在整个熔体的上下两面都设置助熔体和包裹层，减小了熔体的厚度以适应超薄的空间，并且能够在减小熔体厚度的同时保持较高的防爆、抗雷击性能；(2)本发明的保护元件通过在快速熔断点溅射助熔体后再包裹高分子聚合物，可以更好的控制厚度及均匀性，比起直接点胶，更节省载体空间，并且通过调节快速熔断点溅射助熔体的量，使熔体的熔断效率控制更准确；(3)通过溅射助熔体后加载高分子聚合物，当熔体发生断裂产生电弧时，高分子聚合物能够吸收电弧产生的热能，达到灭弧的效果，从而提高分断能力；(4)通过载体中灌入灭弧粉，当熔体发生断裂产生电弧时，灭弧材料的细微小孔能够吸收电弧离子，提供了更好的分断能力；(5)采用溅射助熔体后用高分子聚合物包裹的方式，使效应点隔绝空气，保护效应点免受污染，提供了更好的可靠性；(6)采用溅射助熔体后用高分子聚合物包裹的方式，可以保证效应点在发热时热量不会传递到灭弧材料上，防止热量的流失；(7)本发明使用扁平的载体代替传统技术中圆柱体的玻纤线束作为熔丝的载体，减小了熔体整体厚度的同时，使得可以仅在熔体的一个面上选取其中一小段金属熔丝包裹助熔体和包裹层，不会明显提高整个保护元件的功耗。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为实施例一的保护元件的制作流程示意图。

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图4为本发明实施例二的剖面图。

图5为实施例二的保护元件的制作流程示意图。

图6为本发明实施例三的结构示意图。

图7为本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

一种超薄高性能保护元件，包括包封层8、熔体1、电极，熔体1位于包封层8内且可以直接由金属熔丝组成，或者由金属熔丝1-1缠绕在载体1-2上共同组成。载体固定于包封层8内且用于承载金属熔丝1-1，金属熔丝1-1两端分别与固定于包封层8两端的电极连接，部分金属熔丝1-1上包裹助熔体2。电极包括外电极6和内电极3，外电极6伸出包封层外，熔体1与内电极3、内电极3与外电极6之间形成电连接。

助熔体2可以是锡等低熔点金属材料，主要作用是与熔体1的部分接触，一般助熔体2设置于熔体1的中段，形成合金效应点，使熔体1的这个部分熔点降低容易熔断，提高熔体的熔断精准度。

助熔体2外涂覆包裹层4。包裹层4为高分子聚合物等材料，例如①芳环聚合物类，如聚亚苯基、聚对二甲苯、聚芳醚、聚芳酯、芳香族聚酰胺等；②杂环聚合物类，如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚喹啉等；③梯形聚合物类，如聚吡咯、石墨型梯形聚合物、菲绕啉类梯形聚合物、喹啉类梯形聚合物等；④元素有机聚合物类，如主链含硅、磷、硼的有机聚合物和其他有机金属聚合物中的一种或几种混合制成。包裹层4主要作用在于保温、缓冲、阻燃，使熔体1被包裹层4包裹住的这个部分更容易聚集热量，快速熔断，并且在熔体1爆炸能量较大的时候保证溅射物不会冲破包封层8，熄灭电弧，增加安全性能，提高分断能力。

为了能够同时提高保护元件熔断性能、分断能力及抗浪涌能力，在熔体上设置了助熔体2外涂覆包裹层4的结构，这样会导致熔体1的厚度增加，为了减小整个保护元件的厚度，可以只在熔体1的其中一边设置了助熔体2外涂覆包裹层4的结构，利于缩小厚度。

载体1-2可以跟现有技术一样是一束玻璃纤维线，也可以是扁平长片状，也可以为能够加热软化的材料，如高分子聚合物等材料，其成分也可以与包裹层4的组成成分一致。扁平状的载体1-2更有利于减小保护元件整体厚度。

为了进一步的提高分断能力，包封层8内部还可以设置灭弧材料5，完全包裹熔体1、助熔体2与包裹层4，灭弧材料5可以是液体、固体、胶体的，灭弧材料5包裹熔体1后可以进行融化再冷却固化，也可以将灭弧材料5冷压固定在熔体1上再进行后续装配。

一种制作超薄高性能保护元件的方法，将助熔体2包裹于熔丝1的中间部分(这一部分称为效应点部分)，再在助熔体2外设置包裹层4；将熔丝1置于包封层8内且设置电极与熔丝1两端连接。

具体地，其过程在于：

步骤1，整个熔体1涂覆一层临时保护层7，留出效应点部分，一般选取中间位置作为效应点部分，临时保护层7的作用在于在之后的步骤中保证效应点部分以外的熔体1不会被设置助熔体2及包裹层4；

步骤2，通过离子溅射或者电镀的方法将助熔体2固定于效应点处的熔体1上；

步骤3，将包裹层4涂覆或者喷洒在助熔体2外；

步骤4，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层7得到能够精准熔断的熔体1；

步骤5，将熔体1放入包封层8内，可以在包封层8内装填灭弧材料5；

步骤6，将熔体1与两端的电极连接，将电极安装在包封层8的两端。

上述步骤4和5之间还可以包括将熔体1压扁至所需高度，或者将金属熔丝1-1压进载体1-2中。

实施例一

一种超薄抗雷击保护元件，如图1所示，包含熔体1和设置在熔体1两边的内电极3，包裹熔体1中间部分的助熔体2，包裹在助熔体2外层的包裹层4，包封层8外侧两端还设置有外电极6，外电极6伸出包封层外，熔体1与内电极3、内电极3与外电极6之间形成电连接。包封层8内部也可以设置灭弧材料5。

熔体1可以为银、铜、锡等常用金属的组合或者合金，本实施例中熔体1为一根金属熔丝，可以是直线型、曲线型或者弹簧型，内电极为焊锡珠，外电极为金属帽；包封层8一般为陶瓷管、塑胶管等。

结合图2，一种制作本实施例保护元件的方法，包括以下步骤：

步骤S101，熔体1涂覆临时保护层7，留出中间的一段作为效应点部分；

步骤S102，通过离子溅射或者电镀等方法将助熔体2溅射到效应点部分的金属熔丝上，包裹整个效应点部分；

步骤S103，将包裹层4涂覆或者喷洒到效应点部分的助熔体2上，完全包裹助熔体2；

步骤S104，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层7，得到能够精准熔断的熔体1；

步骤S105，将包裹好了助熔体2和包裹层4的熔体1放入包封层内；

步骤S106，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S107，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S108，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

实施例二

结合图3和图4，一种超薄高性能保护元件，包含熔体1和设置在熔体1两边的内电极3，设置在熔体1中间部分的助熔体2，包裹助熔体2的包裹层4，包封层8外侧两端还设置有外电极6，外电极6伸出包封层外，熔体1与内电极3、内电极3与外电极6之间形成电连接。

本实施例中包封层8为截面外形是长方形、内腔是椭圆形的超薄瓷管，熔体1为金属熔丝1-1缠绕在载体1-2上组成，为了适应包封层8内腔超薄的空间，载体2为扁平的、有一定宽度、并有一定刚度的载体，并且助熔体2和包裹层4只设置在载体1-2的其中一面(本实施例为上面)，而不是把熔体1的中间部分全部包裹住，助熔体2与载体1-2其中一面上的熔丝1-1的其中一段紧密接触，形成效应点，包裹层4把这一段效应点包裹起来，使这一段效应点的金属熔丝快速熔断，并且拥有较高的分断能力。为了进一步的提高分断能力，包封层8内部也可以设置灭弧材料5。包裹层4和载体1-2一体设计。

结合图5，一种制作本实施例所述保护元件的方法，包括以下步骤：

步骤S201，将金属熔丝1-1通过绕丝机绕在扁平的载体1-2上，形成很薄的熔体1；

步骤S202，将整个熔体1的上面这一面涂覆临时保护层，在熔体1的上面这一面的中间部分留出效应点的部位不涂覆临时保护层，这一效应点的部位通常只暴露1-3根金属熔丝1-1；

步骤S203，将助熔体2通过电镀或者溅射的方式设置在效应点部位，与这一段的1-3根金属熔丝1-1紧密接触；

步骤S204，将包裹层4涂覆或者喷洒到助熔体2的上面，完全包裹助熔体2；

步骤S205，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层得到能够精准熔断且厚度很薄的熔体1；

步骤S206，将包裹好了助熔体2和包裹层4的熔体1放入包封层8内，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S207，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S208，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

现有技术中在10.5×4.5×4.5mm尺寸或12×4.5×4.5mm的熔断器体积，能够达到分断能力250V/150A、抗雷击浪涌能力0.8-2.5KV，而电路板整体体积限制，要求将保护元件高度降至2.4mm(本实施例中包封层的壁厚最小处为0.5mm，所以包封层的内径最大处仅为1.4mm)。如果采用传统玻纤线上绕制熔丝的方式，玻纤线直径0.6mm，上下两根熔丝直径共0.4mm，再采用本发明方法设置在效应点一圈助熔体及一圈高分子材料包裹层，熔体的整体厚度将达到2.0mm，无法放入1.4mm内径的包封层中去。采用本实施例的扁平载体1-2代替现有技术中圆柱形的玻纤线束，并且只在载体的其中一个面上设置助熔体2和包裹层4，将整个熔体1整体厚度控制在1.4mm以内，整个保护元件体积压缩到了10×4×2.4mm，并且采用了在效应点的1-3根熔丝上设置了助熔体及外加高分子材料包裹层的技术手段，整体性能高于现有技术的熔断器，分断能力达到350V/100A AC，抗雷击浪涌能力达到2-4KV。

实施例三

结合图6，一种超薄高性能保护元件，与实施例二不同的是，载体1-2采用可以加热软化的高分子聚合物等材料，在步骤S201中，金属熔丝1-1通过绕丝机绕在载体1-2(此时的载体2可以是圆柱体、方柱体等形状)，在这个步骤之后把熔体1整体加热，其中载体1-2软化，将整个熔体1压扁至需要的高度，例如，本实施例中可以将熔体1压至所需高度，金属熔丝1-1部分陷入载体1-2中，在载体1-2上形成与熔丝外形嵌合的内陷结构9，该内陷结构9呈圆弧形凹槽状，金属熔丝1-1缠绕于载体1-2的金属熔丝的内陷结构9内，金属熔丝1-1上下两根之间不接触，不短路。冷却固化后金属熔丝1-1部分陷入载体1-2中，但还露出上表面以完成之后的S202-S208步骤。具体来说包含以下步骤：

步骤S301，将金属熔丝1-1通过绕丝机绕在柱体状的载体1-2上，形成熔体1；

步骤S302，把熔体1整体加热至载体1-2软化，将整个熔体1压扁，金属熔丝1-1部分陷入载体1-2中，在载体1-2上形成与熔丝外形嵌合的内陷结构9，冷却固化后金属熔丝1-1下半部分陷入载体1-2中，上半部分暴露在空气中。形成厚度很薄的熔体1；

步骤S303，将整个熔体1的上面这一面涂覆临时保护层，在熔体1的上面这一面的中间部分留出效应点的部位不涂覆临时保护层，这一效应点的部位暴露1-3根金属熔丝1-1的上表面；

步骤S304，将助熔体2通过电镀或者溅射的方式设置在效应点部位，与这一段的1-3根金属熔丝1-1紧密接触；

步骤S305，将包裹层4涂覆或者喷洒到助熔体2的上面，完全包裹助熔体2；

步骤S306，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层得到能够精准熔断且厚度很薄的熔体1；

步骤S307，将包裹好了助熔体2和包裹层4的熔体1放入包封层8内，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S308，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S309，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

本实施例中也可以在实施例二的步骤S206将包裹好了助熔体2和包裹层4的熔体1放入包封层8内之前，增加把熔体1整体加热、其中载体1-2软化、将整个熔体1压扁至需要的高度的步骤，但是在设置了包裹层4之后再加热，有可能导致包裹层4与载体1-2成为一体，但还是能够达到本发明的效果。具体来说包含以下步骤：

步骤S311，将金属熔丝1-1通过绕丝机绕在柱体状的载体1-2上，形成熔体1；

步骤S312，将整个熔体1的上面这一面涂覆临时保护层，在熔体1的上面这一面的中间部分留出效应点的部位不涂覆临时保护层，这一效应点的部位暴露1-3根金属熔丝1-1；

步骤S313，将助熔体2通过电镀或者溅射的方式设置在效应点部位，与这一段的1-3根金属熔丝1-1紧密接触；

步骤S314，将包裹层4涂覆或者喷洒到助熔体2的上面，完全包裹助熔体2；

步骤S315，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层得到能够精准熔断的熔体1；

步骤S316，把熔体1整体加热至载体1-2软化，将整个熔体1压扁，金属熔丝1-1部分陷入载体1-2中，在载体1-2上形成与熔丝外形嵌合的内陷结构9，冷却固化后金属熔丝1-1的下半部分陷入载体1-2中，上半部分被包裹着助熔体2和包裹层4，并且包裹层4与载体1-2成为一体。形成厚度很薄的熔体1；

步骤S317，将熔体1放入包封层8内，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S318，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S319，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

采用本实施例的两种方法制造的保护元件。包裹好了助熔体2和包裹层4的熔体1的整体厚度进一步减薄到1.2mm，对于后面的装配更易进行。并且保护元件性能也能达到本发明的效果。

实施例四

一种超薄抗雷击保护元件，包含熔体1和设置在熔体1两边的内电极3，包裹熔体1中间部分的助熔体2，包封层8外侧两端还设置有外电极6，外电极6伸出包封层外，熔体1与内电极3、内电极3与外电极6之间形成电连接。包封层8内部也可以设置灭弧材料5。

结合图7，本实施例中包封层8为截面外形是长方形、内腔是椭圆形的超薄瓷管，熔体1为金属熔丝1-1缠绕在载体1-2上组成，为了适应超薄的空间，载体2为扁平的的载体，助熔体2只设置在金属熔丝1-1的其中一段上，并且金属熔丝1-1被载体1-2包裹。为了进一步的提高分断能力，包封层8内部也可以设置灭弧材料5。

与实施例二不同的是，载体1-2采用可以加热软化的高分子聚合物等材料，金属熔丝1-1通过绕丝机绕在载体1-2上，先在熔丝1上设置助熔体2，可以设置包裹层4，再把熔体1整体加热，其中载体1-2软化，将整个熔体1压扁至需要的高度，冷却固化后金属熔丝1-1全部陷入载体1-2中，不暴露在空气中。并且金属熔丝1-1上下两根之间不接触，不短路。具体来说，制作本实施例所述保护元件的方法，包括以下步骤：

步骤S401，将金属熔丝1-1通过绕丝机绕在柱体状的载体1-2上，形成熔体1；

步骤S402，将整个熔体1的上面一面上涂覆临时保护层，在熔体1的上面一面的中间部分留出效应点的部位，即空出1-3根金属熔丝1-1不被临时保护层覆盖；

步骤S403，将助熔体2通过电镀或者溅射的方式设置在效应点部位，与这一段的1-3根金属熔丝1-1紧密接触；

步骤S404，将包裹层4涂覆或者喷洒到助熔体2的上面，完全包裹助熔体2；

步骤S405，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层得到能够精准熔断的熔体1；

步骤S406，将整个熔体1加热，压扁至需要的高度，金属熔丝1-1包括其上面设置的助熔体2及包裹层4全部陷入载体1-2中，包裹层4与载体1-2成为一体，得到厚度很薄的熔体1；

步骤S407，将熔体1放入包封层8内，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S408，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S409，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

本实施例中因为设置了助熔体2的金属熔丝1-1全部陷入载体1-2中，载体1-2可以代替包裹层4的作用，所以本实施例中载体1-2采用与包裹层4一样的高分子聚合物材料时，可以不需要设置包裹层4，也可达到本发明的效果。具体包含以下步骤：

步骤S411，将金属熔丝1-1通过绕丝机绕在柱体状的载体1-2上，形成熔体1；

步骤S412，将整个熔体1的上面一面上涂覆临时保护层，在熔体1的上面一面的中间部分留出效应点的部位，即空出1-3根金属熔丝1-1不被临时保护层覆盖；

步骤S413，将助熔体2通过电镀或者溅射的方式设置在效应点部位，与这一段的金属熔丝1-1紧密接触；

步骤S414，利用微蚀、热熔等方法去掉临时保护层得到能够精准熔断的熔体1；

步骤S415，将整个熔体1加热，压扁至需要的高度，设置了助熔体2的金属熔丝1-1全部陷入载体1-2中，得到厚度很薄的熔体1；

步骤S416，将熔体1放入包封层8内，将熔体1其中一端与一边的内电极装配在一起，内电极3与外电极6装配在一起，三者电连接；

步骤S417，在包封层内、熔体1的四周灌入灭弧材料5；

步骤S418，将熔体1的另一端与另一边的内电极3相连，内电极与电极相连。

采用本实施例的方法制造的保护元件。熔体1的整体厚度进一步减薄到1mm，对于后面的装配更易进行。并且保护元件性能也能达到本发明的效果。

Claims (3)

1.一种制造超薄高性能保护元件的方法，其特征在于，包括：

金属熔丝(1-1)绕在载体(1-2)上形成熔体(1)；

熔体(1)涂覆临时保护层(7)，留出中间的一段作为效应点部分；

通过离子溅射或者电镀的方法将助熔体(2)溅射到效应点部分的金属熔丝上；

将包裹层(4)涂覆或者喷洒到助熔体(2)上；

利用微蚀、热熔的方法去掉临时保护层(7)；

熔体(1)放入包封层内；

将金属熔丝(1-1)两端与两端电极相连。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤，载体(1-2)为可加热软化的材料制作，在金属熔丝(1-1)绕在载体(1-2)上形成熔体(1)之后，对熔体(1)整体加热至载体(1-2)软化，将熔体⑴压扁至需要高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载体(1-2)为可加热软化的材料制作，在熔体⑴放入包封层前，对熔体⑴整体加热至载体(1-2)软化，将熔体⑴压扁至需要高度。