CN112259426A - 一种自熔断单元及其应用的保护元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于保护器件的自熔断单元，为导电鞘芯结构，电阻率为1.5‑40μΩ.cm，其中，鞘芯结构包括内芯和外鞘，外鞘材料与内芯材料表面接触并全面包覆于内芯材料，内芯材料的表面与外鞘材料相接触，外鞘材料的熔点和电导率高于内芯材料的外围，用于抑制内芯材料熔胀和熔融流出。本发明不但能够满足元件中大电流通流需求，此外在回流焊贴装时，高熔点外鞘材料能够锁定内芯材料，确保自熔断单元过回流焊完好，无熔断、收缩、内芯材料熔融外流等现象。采用本发明的保护元件，具有高电导率特性，与同尺寸的保护元件比较，其额定电流载荷大幅提到，较低熔点特性能够迅速熔断。
Description
技术领域
本发明属于电路保护技术领域，具体涉及一种自熔断单元及其应用的保护元件。
背景技术
锂离子充电电池在手机、笔记本、平板电脑、数码相机等便携式移动设备中已得到大量地应用，并且正在越来越多地应用到储能电池、两轮车电池、无人机、扫地机等诸多新的领域中。其具有诸多优越性能的同时，却依然有着一旦充放电管理不当，就可能会起火燃烧、爆炸等缺点，特别是在电动车上应用时，因为其使用锂离子电池的数量或体积非常巨大，一旦发生燃烧或爆炸，甚至会有危及到生命的危险。
为确保用户及电子设备的安全，目前广泛对锂离子电池应用保护电路，具有在既定的情况下将电池组的输出截断的功能。保护方式有PTC、Breaker、SMD Fuse、温度保险丝、IC加MOSFET、自控型保护元件等多种。在诸多保护方式中，广泛使用由铅、锡、银、铜、锡、铋、铟、金、铝、镍、锌等低熔点金属体所构成的熔断单元（fuse），比如：传统的一次性过流熔断器主要是在玻璃或陶瓷管内放置金属体熔断单元而形成；之后发展出的自控型保护元件中也包括有金属体熔断单元。
近年发展的自控型保护元件，当过流发生时，大量的电流流经熔断单元会使得熔断单元发热而熔断，进而达到过流保护作用；除此之外，当过压发生时，电流通过自控型保护元件中的发热元件，使得发热元件产生热量以熔断该熔断单元，进而使电池的电路呈断路的状态而达到过压保护；其集过流保护、过压保护、过温保护等多种保护功能于一身，同时还具有体积小、回流焊工艺片式贴装等特点。
目前市场上的保护方式采用的熔断单元（fuse），一部分应用在小电流保护领域，其特点是熔断单元的内阻大、熔点低，但多采用波峰焊、插件形式；一部分应用在大电流领域，其特点是熔断单元的内阻低，多采用贴片回流焊形式，但熔点高。
然而，大电流、高电压、高串数锂电池组广泛使用，所以市场对自控型保护元件提出更高需求，其核心在于急需一种内阻小，但熔点低通过能够耐受回流焊工艺的熔断单元，满足贴装使用。
新能源汽车近几年来越来越受到世界各国的重点关注，为了鼓励新能源汽车产业的发展，美国、法国、德国、日本等各国政府纷纷出台优惠政策刺激民众购买新能源汽车。同时基于燃油汽车污染的考虑，各国已经陆陆续续出台限制燃油车生产的政策，特别是像特斯拉这种完全使用锂离子电池作为动力来源的电动汽车受到市场追捧。基于锂离子电池在汽车、电动车、电动工具、无人机等的大量使用，需要开发能承受高电压、大电流的专用保护元件。
例如像特斯拉电动汽车动力电源构成为多个18650电池串联形成电池包，多个电池包并联形成电池组，电池组串联形成电池板。其每个单节电池都连接保险丝进行保护，另外，每个电池包与电池组以及总成电池板都有独立的保险丝保护。因为其串并联方式导致电池包、电池组、电池板的输出大电压与大电流，所以需要能承受高电压、大电流的自控制保护元件。
目前自控制保护元件，多采用熔点300℃左右的含铅及其合金焊料作为熔断单元，因其具有防止保护元件后续回流焊工艺中发生高温熔断，同时具有在镍、金或镍、铂或银、铂等金属层表面较强附着的熔断润湿性能。然而，伴随着电子设备的小型化，为了能够在有限尺寸下提高额定电流，常规的含铅及其合金焊料的高电阻率难以满足需求。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种自熔断单元，满足小尺寸要求。
本发明再一目的在于，提供所述自熔断单元的制备方法。
本发明又一目的在于，提供一种利用上述自熔断单元的保护元件，其具有高电导率特性，能够在同时降低线路的导通电阻与接触电阻，满足大电流通流；此外，其熔点在能够安全耐受过回流焊同时尽可能的低。
为了解决上述技术难题，一种用于保护器件的自熔断单元，为导电鞘芯结构，电阻率为1.5-40μΩ.cm，其中，鞘芯结构包括内芯和外鞘，外鞘材料与内芯材料表面接触并全面包覆于内芯材料的外围，内芯材料的表面与外鞘材料相接触，外鞘材料的熔点和电导率高于内芯材料的外围，用于抑制内芯材料熔胀和熔融流出。
本发明提供的一种可用于保护器件的自熔断单元，可作为后述的自熔断保护元件、自控型保护元件的熔断单元（fuse）使用，当通电超过额定的电流时因自发热熔断，断开电路，或因吸收一定功率热量而受热熔断，断开电路。
本发明通过在易熔的内芯材料的外围全面包覆电导率较高的外鞘，外鞘材料的熔点高于内芯材料的熔点，使其满足耐受回流焊工艺下，自熔断单元能够保持其形貌，不发生收缩、起皱、熔断、内芯材料熔融流出等非保持形貌现象。
该自熔断单元在易熔的内芯材料的外围全面包覆有电导率较高的外鞘材料结构简单，生产工艺便捷，成本低廉，使用操作方便，能够在多种保护元件中使用的合金单元。
在上述方案基础上，所述内芯的厚度为0.02-0.2mm之间，所述外鞘的厚度为0.006-0.03mm之间，所述自熔断单元在回流焊工艺中保持原貌，但在高于280℃或放置于超过2W功率发热元件上，能迅速自熔。
该自熔断单元在被加热或吸收到一定功率热量后能够迅速熔断，加热温度高于280℃，即需自熔断单元过流焊温度下保持其形貌并迅速熔断。
所述内芯采用具有高熔融润湿性金属材料或高分子材料。
优选的内芯金属材料为锡、铅、银、铋、铟中的至少一种或二种以上的合金。
优选的内芯高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酯类、聚酰胺、聚醚类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种或二种以上的组合物。
优选的，所述的内芯的表面粗糙度小于0.001mm。
在上述方案基础上，所述外鞘为银、铜、金、铝、镍、锌中的至少一种或二种以上的合金。
所述的外鞘通过化学镀、电镀、挂镀、滚镀、蒸镀、溅射镀、离子镀或压延复合中的一种或多种工艺方式包括在内芯外围的金属包覆层。
本发明的自熔断单元内芯和外鞘组成的鞘芯结构，通过化学镀、蒸镀、溅射镀、电镀、挂镀、滚镀、离子镀、压延复合等一种或多种工艺方式实现，其中：
所述化学镀也称无电解镀或者自催化镀(Auto-catalytic plating)，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。化学镀常用溶液为：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。
所述蒸镀是指是将材料在真空环境中加热，使之气化并沉积到基片而获得薄膜材料的方法，真空蒸镀工艺一般包括以下步骤：(1)基片表面清洁。真空室内壁、基片架等表面的油污、锈迹、残余镀料等在真空中易蒸发，直接影响膜层的纯度和结合力；(2)镀前准备。镀膜室抽真空到合适的真空度，对基片和镀膜材料进行预处理。加热基片，其目的是去除水分和增强膜基结合力。在高真空下加热基片，能够使基片的表面吸附的气体脱附。然后经真空泵抽气排出真空室，有利于提高镀膜室真空度、膜层纯度和膜基结合力。然后，达到一定真空度后.先对蒸发源通以较低功率的电，进行膜料的预热或者预熔，为防止蒸发到基板上， 用挡板遮盖住蒸发源及源物质，然后输入较大功率的电，将镀膜材料迅速加热到蒸发温度，蒸镀时再移开挡板。(3)蒸镀。在蒸镀阶段要选择合适的基片温度、镀料蒸发温度外，沉积气压是一个很重要的参数。沉积气压即镀膜室的真空度高低，决定了蒸镀空间气体分子运动的平均自由程和一定蒸发距离下的蒸气与残余气体原子及蒸气原子之间的碰撞次数。(4)取件。膜层厚度达到要求以后，用挡板盖住蒸发源并停止加热，但不要马上导入空气。
所述的溅射镀是指用荷能粒子(通常为气体止离子)轰击靶材，使靶材表面部分原子 逸出的现象。
所述的离子镀是指在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物沉积在基片上的方法。
本发明提供一种上述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，将内芯剪切或冲压成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，将基片放入敏化剂15g/L 的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干得待镀品；
第四步，将待镀品放入化学镀银液中，镀银温度控制在30℃，其中，镀银液为AgNO3 0.025g/ml、氨水15ml，调pH＝9；还原液为0.045g/ml的C6H12O6溶液；检测镀银层厚度，实现内芯101材料被表面全方面包覆镀银外鞘，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘。
或者，本发明提供再一种上述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，将内芯101剪切或冲压成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L 的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式，实时检测镀银层厚度，实现内芯表面被全方面包覆镀银外鞘材料，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘。
或者，本发明提供又一种上述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，在0.6mm的内芯101的上下表面贴合10μm的银薄，通过压延复合方式结合，采用剪切或模具冲压方式，制成2.0*2.0的小片形状，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L 的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式，通过上下面贴合银薄后，再滚镀方式，使小片的侧边形成银膜包覆，实现内芯材料表面被全方面包覆镀银外鞘材料，实时检测镀银层厚度，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘材料。
本发明提供了一种自熔断保护元件，利用上述所述的自熔断单元，在超过额定的电流时，自主断开，包含：
陶瓷基板，表面设有正面导体电极，分为第一电极和第二电极；
自熔断单元，置于陶瓷基板表面，使用焊料焊接，自熔断单元连接第一电极和第二电极；
阻挡线，为绝缘介质，位于自熔断单元通过焊料连接的第一电极和第二电极连接端的外侧，阻隔自熔断保护元件贴装使用时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元接触，造成自熔断保护元件过回流焊熔断风险。
本发明还提供了一种自控型保护元件，利用上述的自熔断单元，包含：
陶瓷基板，表面设有正面导体电极，分为第一电极和第二电极；
发热元件，形成在上述陶瓷基板上或上述陶瓷基板的内部，并从发热元件引出电极；
自熔断单元，位于发热元件上方，使用焊料焊接，横跨连接第一电极、发热元件引出电极和第二电极；
阻挡线，为绝缘介质，位于第一电极和第二电极外侧，阻隔贴装自控型保护元件时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元接触，造成自控型保护元件过回流焊熔断风险。
上述自控型保护元件在发热元件发热功率超过2W时，自熔断单元受热熔断，自主断开。
本发明保护元件具有高电导率特性，能够在同时降低线路的导通电阻与接触电阻，满足大电流通流；此外，其熔点在能够安全耐受过回流焊的同时尽可能的低。本发明保护元件采用非熔断方式也能够在过热时安全切断电流路径，保护线路。本发明自控制保护元件中发热元件工作时能够迅速熔断该自熔断单元，安全切断电流路径，保护线路。
发明效果显著
依据本发明，导电鞘芯结构的自熔断单元，其外鞘为高电导率、高熔点的材料，内芯为低熔点材料，该自熔断单元即能够满足元件中大电流通流需求，此外在回流焊贴装时，高熔点外鞘材料能够锁定内芯材料，确保自熔断单元过回流焊完好，无熔断、收缩、内芯材料熔融外流等现象。
此外，本发明所涉及的一种自熔断保护元件，因其采用自熔断单元，其具有高电导率特性，能够在同时降低线路的导通电阻与接触电阻，与同尺寸的保护元件比较，其额定电流载荷大幅提到，较低熔点特性能够迅速熔断。
此外，本发明所涉及的一种自控制保护元件，采用自熔断单元，因一定功率下发热单元工作，自熔断单元吸收热量后，迅速熔融收聚，熔蚀外鞘，润湿聚集于镍、金或镍、铂或银、铂等金属层表面，迅速断开。
附图说明
图1是本发明的自熔断单元的剖面结构示意图；
图2是本发明的自熔断单元的平面示意图；
图3是本发明的省略盖体部件自熔断保护元件的平面示意图；
图4是本发明的自熔断保护元件的剖面结构示意图，包括图4（a）和图4（b）二种应用方式；
图5为自熔断保护元件的原理示意图；
图6是本发明的省略盖体部件控型保护元件的平面示意图；
图7是本发明的自控型保护元件的剖面结构示意图，包括图7（a）和图7（b）二种应用方式；
图8是自控型保护元件的原理示意图；
图中标记说明如下：
100——为自熔断单元；101——内芯；102——外鞘；
300——自熔断保护元件；
301——陶瓷基板；
302——背部导体电极；
303——正面导体电极；303a——第一电极；303b——第二电极；
304——阻挡线；3041、3042——左、右阻挡线；
305——焊料；
306——粘结剂；
307——上盖；
308——堵孔导体；
309——半圆形通孔；3091、3902——左、右半圆形通孔；
600——自控型保护元件；
601——引入电极，601a——第一引入电极；601b——第二引入电极；
602——绝缘层；
603——发热元件；
604——引出电极；
605——助熔断剂。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明中自熔断单元、自熔断保护元件、自控型保护元件进行详细描述并说明。
此外，本发明并不仅限于以下的实施方式，显然在不脱离本发明的主旨范围内可进行各种变形形式。另外，附图中零件的位置、尺寸、比例等存在与实物不同的情况，具体是实物位置，文中附图只是示意性描述。另外，显然即便附图相互之间也存在彼此间位置、尺寸、比例或关系不同的情况。
本发明自熔断单元100的全面包覆实现方式存在多种，实施例如下
实施例1
图1是本发明的自熔断单元的剖面结构示意图；图2是本发明的自熔断单元的平面示意图。
一种用于保护器件的自熔断单元100，为导电鞘芯结构，电阻率为1.5-40μΩ.cm，鞘芯结构包括内芯101和外鞘102，其中，外鞘102与内芯101表面接触并全面包覆于内芯101的外围，内芯101的表面与外鞘102相接触，外鞘102的熔点和电导率高于内芯101，所述内芯101为金属材料或高分子材料，外鞘102为镀银层，用于抑制内芯材料熔胀变形或熔融流出，本实施例外鞘102采用化学镀银的制备方法，依序包括下述步骤
第一步，将内芯101通过剪切或模具冲压方式，制成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，将基片放入敏化剂(SnCl2溶液15g/L)中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂(PdCl2溶液0.1g/L)中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干得待镀品；
第四步，将待镀品放入化学镀银液中，镀银温度控制在30℃，其中，镀银液为AgNO3 0.025g/ml、氨水15ml，调pH＝9，还原液为 C6H12O6 0.045g/ml；使用镀层厚度测试仪实时检测镀银层厚度，实现内芯101材料表面全方面包覆镀银外鞘102，最优包覆形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘102。
实施例2
一种自熔断单元，如图1和图2所示，由内芯101和外鞘102构成的芯鞘结构，所述内芯101为金属材料或高分子材料，外鞘102为镀银层，本实施例外鞘102采用电镀滚镀镀银的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，将内芯101材料通过剪切或模具冲压方式，制成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L 的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式，使用镀层厚度测试仪实时检测镀银层厚度，实现内芯101表面全方面包覆镀银外鞘102材料，最优包覆形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘102。
实施例3
一种自熔断单元，如图1和图2所示，由内芯101和外鞘102构成的芯鞘结构，所述内芯101为金属材料或高分子材料，外鞘102为压延复合与电镀滚镀镀银相结合的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，在0.6mm的内芯101的上下表面贴合10μm的银薄，通过压延复合方式结合，采用剪切或模具冲压方式，制成2.0*2.0的小片形状，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L 的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式。通过上下面贴合银薄后，再滚镀方式，使小片的侧边形成银膜包覆，实现内芯101材料表面全方面包覆镀银外鞘102材料，使用镀层厚度测试仪实时检测镀银层厚度，最优包覆形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘材料。
应用自熔断单元制备自熔断保护元件，当通电超过额定的电路时因自发热熔断，断开电路。其优点是该保护器件，既能耐受回流焊贴装，同时熔断单元（fuse）内阻较低，可作为较大电流的过流保护器件。
应用例1
如图3本发明的省略盖体部件自熔断保护元件的平面示意图、图4(a)本实施例自熔断保护元件的剖面结构示意图所示，一种自熔断保护元件300，包括自熔断单元100、上盖307、陶瓷基板301和导体电极，在电流超过额定的电流时，自主断开，包含：
陶瓷基板301，表面设有正面导体电极303，分为第一电极303a和第二电极303b；以及，背面导体电极302；
自熔断单元100，置于陶瓷基板301表面，自熔断单元100通过焊料305焊接连接第一电极303a和第二电极303b；
阻挡线304，为绝缘介质，位于自熔断单元100通过焊料连接的第一电极303a和第二电极303b连接端的外侧，包括第一、第二阻挡线3041、3042，用于阻隔自熔断保护元件贴装使用时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元100接触，造成自熔断保护元件过回流焊熔断风险。按如下步骤制备：
第一步，如图3所示，陶瓷基板301为矩形，其二侧边有左、右半圆形通孔3091、3092和图4(a)所示的其上有便于电路导通的堵孔308，在陶瓷基板301的背面通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的背面导体电极302，再通过烧结，与陶瓷基板301紧密连接；
第二步，在陶瓷基板301的正面，也通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的正面导体电极303，其中，正面导体电极303分为第一电极303a和第二电极303b，再通过烧结，与陶瓷基板301紧密连接，形成陶瓷基板的背面与正面通过导体电极导通；
第三步，在陶瓷基板301正面的正面导体电极303特定位置，即左右半圆孔3091、3902内侧，通过印刷方式形成以绝缘介质为主要成分的阻挡线304，包括左右阻挡线3041、3042再通过烧结成型，该阻挡线304主要起到安装本发明自熔断保护单元限位作用；同时，隔绝产品贴装时焊锡膏与自熔断单元100接触，形成更低熔点合金，克服出现产品过回流焊后自熔断单元100熔断风险；
第四步，在正面导体电极303上，通过印刷焊料305并安装放置本发明的自熔断单元100，再经过高温焊接方式，把自熔断单元100焊接在正面导体电极303上方；
第五步，在陶瓷基板301四个顶角附近，涂覆粘结剂306，并把注塑件上盖307置于粘结剂306上方，施加一定的压力并置于一定的温度下，使粘结剂306固化；
第六步，上盖307通过粘结剂306粘接在陶瓷基板301上表面的四周；
完成上述步骤后，即可得到本发明的自熔断保护元件300，该自熔断保护元件300的原理图，与常规保险丝原理类似，过流保护，如图5所示，图中，当1-2端电流过大时，保护元件自身发热量已难以维持热平衡，并在迅速累计热量，在大电流冲击下，自熔断单元100发生断开，起保护电路作用。
应用例2
图3是本发明的省略盖体部件自熔断保护元件的平面示意图；图4（b）是本实施例的自熔断保护元件的剖面结构示意图，一种自熔断保护元件300，与应用例1结构近似，只是陶瓷基板301没设堵孔，包括自熔断单元100、上盖307、陶瓷基板301和导体电极，在电流超过额定的电流时，自主断开，包含：
按如下步骤制备：
第一步，如图3所示，陶瓷基板301为矩形，陶瓷基板301侧边有左右半圆孔3091、3902，在陶瓷基板301的背面通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的背面导体电极302，再通过烧结，与陶瓷基板301紧密连接；
第二步，在陶瓷基板301的正面，也通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的正面导体电极303，其中正面导体电极303分为第一电极303a和第二电极303b，再通过烧结，与陶瓷基板301紧密连接，形成陶瓷基板的背面与正面通过导体电极导通；
第三步，在陶瓷基板301正面的正面导体电极303特定位置，即左右半圆孔3091、3902内侧，通过印刷方式形成以绝缘介质为主要成分的阻挡线304，包括左、右阻挡线3041、3042再通过烧结成型，该阻挡线304主要起到安装本发明自熔断保护单元限位作用，同时隔绝产品贴装时焊锡膏与自熔断单元100接触，形成更低熔点合金，防止出现产品过回流焊后自熔断单元熔断风险。
第四步，在正面导体电极303上，通过印刷焊料305并安装放置本发明的自熔断单元100，再经过高温焊接方式，把自熔断单元焊接在正面导体电极303上方。
第五步，在陶瓷基板301四个顶角附近，涂覆粘结剂306，并把注塑件上盖307置于粘结剂306上方，施加一定的压力并置于一定的温度下，使粘结剂306固化。
完成上述步骤后，即可得到本发明的自熔断保护元件300。
本实施例只是为了便于理解而作的一个示例，本行业相关科研人员或工程设计人员通过更改单个或几个步骤，进行微小调整，但原理示意图等同于如图5结构的，均被视为在本专利申请的权利要求书覆盖范围之内。
应用上述自熔断单元也可制备自控型保护元件，当元件内部的自熔断单元吸收一定功率热量后，达到该自熔断单元的熔点后，其发生熔断，断开电路。其优点是该保护器件具有较低内阻，既能耐受回流焊贴装，同时在输入一定电压后，器件内部发热体能稳定输出一定功率热量，内部熔断单元吸收一定功率热量后能够迅速发生熔断、聚集，断开电路，起到保护电路作用。
应用例3
图6是本发明的省略盖体部件自控型保护元件的平面示意图；图7(a)是本发明的自控型保护元件的剖面结构示意图所示，一种利用上述实施例制备的自熔断单元的自控型保护元件600，包含，
陶瓷基板301，表面设有正面导体电极303，分为第一电极303a和第二电极303b；
发热元件603，形成在上述陶瓷基板301上或上述陶瓷基板301的内部，并从发热元件603引出电极604；
自熔断单元100，位于发热元件603上方，使用焊料305焊接，横跨连接第一电极303a、发热元件603引出电极604和第二电极303b；
阻挡线304，为绝缘介质，位于一电极303a和第二电极303b外侧，阻隔贴装自控型保护元件600时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元100接触，造成自控型保护元件过回流焊熔断风险，按如下步骤制备：
第一步，如图6所示，陶瓷基板301为矩形，其侧边有左右半圆形通孔3091、3092和图7(a)所示的其上有便于电路导通的左右堵孔3081、3082；在基板的背面通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的背面导体电极302，再通过烧结，与陶瓷基板紧密连接；
第二步，在陶瓷基板301的正面，也通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的正面导体电极303，其中，正面导体电极303分为第一电极303a和第二电极303b，再通过烧结，与陶瓷基板紧密连接；形成陶瓷基板301的背面与正面通过导体电极导通；引入电极601分为第一引入电极601a和第二引入电极601b，通过在该两电极间印刷有一定电阻值的浆料（其主要成分含钯或含钌），再通过高温烧结，在第一引入电极601a和第二引入电极601b间形成一个发热元件603；
第三步，在发热元件603的上方，通过印刷绝缘介质浆料，并通过高温烧结，形成在发热元件603上方覆盖一层绝缘层602；
第四步，在绝缘层602上方，通过印刷电极浆料，并通过高温烧结，形成在绝缘层602上方覆盖一层引出电极604，并且一端与引入电极601相连接；
第五步，在陶瓷基板301正面的正面导体电极303特定位置，，即正面导体电极303外侧，左右半圆孔3091、3902内侧，通过印刷方式形成以绝缘介质为主要成分的阻挡线304，包括左右阻挡线3041、3042，再通过高温烧结成型，该阻挡线304主要起到安装本发明自熔断单元100限位作用，同时隔绝产品贴装时客户焊锡膏与自熔断单元100接触，形成更低熔点合金，出现产品过回流焊后自熔断单元100熔断风险；
第六步，在正面导体电极303和引出电极 604上，通过印刷焊料305并安装放置本发明的自熔断单元100，再经过焊接方式，把自熔断单元100焊接在正面导体电极303和引出电极604上方；同时，再在自熔断单元100上方放置助熔断剂605；
第七步，在陶瓷基板301四个顶角附近，涂覆粘结剂306，并把注塑件上盖307置于粘结剂306上方，施加一定的压力并置于一定的温度下，使粘结剂306固化。
完成上述步骤后，即可得到本发明的自控型保护元件600，该自控型保护元件600的原理如图8所示，具有常规保险丝过流保护功能外，还具有过压保护功能，当1-3端或2-3端通入一定电压后，发热元件603工作，发出热量被自熔断单元100所吸收后，该自熔断单元100发生熔断，起保护电路作用。
应用例4
一种自控型保护元件600，如图6本发明的省略盖体部件自控型保护元件的平面示意图，图7(b)本发明的自控型保护元件的剖面结构示意图所示，与应用例3近似，只是陶瓷基板301上未设堵孔308，按如下步骤制备：
第一步，如图6所示，陶瓷基板301为矩形，基板侧边有半圆孔309或图7(a)所示的其上有便于电路导通的堵孔308中其一，在基板的背面通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的背面导体电极302，再通过烧结，与陶瓷基板紧密连接；
第二步，在陶瓷基板301的正面，也通过印刷方式形成相应图案的银为主要成份的正面导体电极303，其中正面导体电极303分为第一电极303a和第二电极303b，再通过烧结，与陶瓷基板紧密连接。形成陶瓷基板的背面与正面通过导体电极导通；引入电极601分为第一引入电极601a和第二引入电极601b，通过在两电极间印刷有一定电阻值的浆料（其主要成分含钯或含钌），再通过高温烧结，在第一引入电极601a和第二引入电极601b间形成一个发热元件603；
第三步，在发热元件603的上方，通过印刷绝缘介质浆料，并通过高温烧结，形成在发热元件603上方覆盖一层绝缘层602；
第四步，在绝缘层602上方，通过印刷电极浆料，并通过高温烧结，形成在绝缘层602上方覆盖一层引出电极604，并且一端与引入电极601相连接；
第五步，在陶瓷基板301正面的正面导体电极303特定位置，通过印刷方式形成以绝缘介质为主要成分的阻挡线304，再通过高温烧结成型，该阻挡线304主要起到安装本发明自熔断单元100限位作用，同时隔绝产品贴装时客户焊锡膏与自熔断单元100接触，形成更低熔点合金，出现产品过回流焊后自熔断单元100熔断风险；
第六步，在正面导体电极303和引出电极604上，通过印刷焊料305并安装放置本发明的自熔断单元100，再经过高温焊接方式，把自熔断单元100焊接在正面导体电极303和引出电极604上方。同时再在自熔断单元100上方放置助熔断剂605；
第七步，在陶瓷基板301四个顶角附近，涂覆粘结剂306，并把注塑件上盖307置于粘结剂306上方，施加一定的压力并置于一定的温度下，使粘结剂306固化；
完成上述步骤后，即可得到本发明的自控制保护元件600。
本应用例只是为了便于理解而作的一个示例，本行业相关科研人员或工程设计人员通过更改单个或几个步骤，进行微小调整，但原理示意图等同于如图8结构的，均被视为在本专利申请的权利要求书覆盖范围之内。
Claims (15)
1.一种用于保护器件的自熔断单元，其特征在于，为导电鞘芯结构，电阻率为1.5-40μΩ.cm，其中，鞘芯结构包括内芯和外鞘，外鞘材料与内芯材料表面接触并全面包覆于内芯材料，内芯材料的表面与外鞘材料相接触，外鞘材料的熔点和电导率高于内芯材料的外围，用于抑制内芯材料熔胀和熔融流出。
2.如权利要求1所述的自熔断单元，其特征在于，所述内芯的厚度为0.06-0.3mm之间，所述外鞘的厚度为0.002-0.02mm之间，所述自熔断单元在回流焊工艺中保持原貌，但在高于280℃或放置于超过2W功率发热元件上，能迅速自熔。
3.如权利要求1或2所述的自熔断单元，其特征在于，所述的外鞘通过化学镀、电镀、挂镀、滚镀、蒸镀、溅射镀、离子镀或压延复合中的一种或多种工艺方式包括在内芯外的金属包覆层。
4.如权利要求1或2所述的自熔断单元，其特征在于，所述内芯材料采用具有高熔融润湿性金属材料。
5.如权利要求4所述的自熔断单元，其特征在于，所述金属材料为锡、铅、银、铋、铟中的至少一种或二种以上的合金。
6.如权利要求1或2所述的自熔断单元，其特征在于，所述内芯采用高分子材料。
7.如权利要求6所述的自熔断单元，其特征在于，所述的高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酯类、聚酰胺、聚醚类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种或二种以上的组合物。
8.如权利要求3所述的自熔断单元，其特征在于，所述外鞘为银、铜、金、铝、镍、锌中的至少一种或二种以上的合金。
9.如权利要求1或2所述的自熔断单元，其特征在于，所述的内芯的表面粗糙度小于0.001mm。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，将内芯剪切或冲压成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，将基片放入敏化剂15g/L 的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干得待镀品；
第四步，将待镀品放入化学镀银液中，镀银温度控制在30℃，其中，镀银液为AgNO3 0.025g/ml、氨水15ml，调pH＝9；还原液为0.045g/ml的C6H12O6溶液；检测镀银层厚度，实现内芯101材料被表面全方面包覆镀银外鞘，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘。
11.一种根据权利要求1至9任一项所述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，将内芯101剪切或冲压成2.0*2.0*0.6mm的小片形状基片，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L 的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式，实时检测镀银层厚度，实现内芯表面被全方面包覆镀银外鞘材料，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘。
12.一种根据权利要求1至9任一项所述自熔断单元的制备方法，依序包括下述步骤：
第一步，在0.6mm的内芯101的上下表面贴合10μm的银薄，通过压延复合方式结合，采用剪切或模具冲压方式，制成2.0*2.0的小片形状，再将其置于40℃的80v％的硫酸水溶液接触30秒，用去离子水清洗，烘干；
第二步，放入敏化剂15g/L 的SnCl2溶液中敏化200分钟，取出用去离子水洗净，烘干；
第三步，放入催化剂0.1g/L的PdCl2溶液中催化360分钟，取出用去离子水洗净，烘干，得待镀品；
第四步，将待镀品放置于滚镀中，浸没于电镀液，控制镀银液温度在30℃，同时设置恒流15A电流模式，通过上下面贴合银薄后，再滚镀方式，使小片的侧边形成银膜包覆，实现内芯材料表面被全方面包覆镀银外鞘材料，实时检测镀银层厚度，形成2-20μm厚度的包覆镀银外鞘材料。
13.一种利用权利要求1至9任一项所述自熔断单元的自熔断保护元件，包括自熔断单元，在电流超过额定的电流时，自主断开，包含：
陶瓷基板，表面设有正面导体电极，分为第一电极和第二电极；
自熔断单元，置于陶瓷基板表面，自熔断单元通过焊料焊接连接第一电极和第二电极；
阻挡线，为绝缘介质，位于自熔断单元通过焊料连接的第一电极和第二电极连接端的外侧，阻隔自熔断保护元件贴装使用时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元接触，造成自熔断保护元件过回流焊熔断风险。
14.一种利用权利要求1至9任一项所述自熔断单元的自控型保护元件，包含，
陶瓷基板，表面设有正面导体电极，分为第一电极和第二电极；
发热元件，形成在上述陶瓷基板上或上述陶瓷基板的内部，并从发热元件引出电极；
自熔断单元，位于发热元件上方，使用焊料焊接，横跨连接第一电极、发热元件引出电极和第二电极；
阻挡线，为绝缘介质，位于第一电极和第二电极外侧，阻隔贴装自控型保护元件时过量的焊料，防止焊料与元件内部的自熔断单元接触，造成自控型保护元件过回流焊熔断风险。
15.根据权利要求14自控型保护元件，其特征所述，在发热元件发热功率超过2W时，自熔断单元受热熔断，自主断开。
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