CN113169000A - 使用牺牲构件制造开腔式熔断器的方法 - Google Patents

Abstract

一种提供改进的制造成品率和熔断器可靠性的开腔式空气中引线熔断器的组装方法，包括在制造过程期间在牺牲元件周围盘绕、编织或扭绞可熔元件，以提供对可熔元件的支撑，从而防止制造期间通常遇到的机械断裂和颈缩问题。

Description

使用牺牲构件制造开腔式熔断器的方法

技术领域

本公开总体上涉及电路保护器件领域，并且更具体地涉及一种制造紧凑型层压熔断器的方法。

背景技术

在许多电路保护应用中，期望的是采用紧凑的并且具有高“分断容量”的熔断器。分断容量(通常也称为“中断能力”)是指熔断器在不被破坏或导致不可接受的持续时间的电弧情况下而能够中断的电流。目前，表现出很高的分断容量的某些熔断器是可用的，并且适用于紧凑型应用，但这种熔断器相对昂贵。因此，期望的是提供一种适用于紧凑型电路保护应用的低成本、高分断容量的熔断器。

具有开腔的熔断器(例如层压熔断器或分体式熔断器)可用于上一段中描述的目的，可以低成本制造，并适用于紧凑型电路保护应用。然而，已经观察到，在制造过程期间，由于穿线过程引起的拉伸应力和用作可熔元件的细线的脆弱性，可能发生对可熔元件线的损坏。

例如，当制造层压熔断器时，由于可熔元件的铂芯和FR4基底的热膨胀系数方面的差异，在层压过程期间施加热量时可能发生损坏。这种损坏可能导致元件线的机械断裂，从而在建造时导致断开的熔断器，或者可能导致熔断器具有在中部表现出严重的颈缩的元件线，从而导致熔断器具有缩短的寿命或者在较低的分断容量下被中断。

因此，期望的是提供一种制造开腔式熔断器的方法，其避免了可能导致对元件线的损坏的问题。

发明内容

提供本概述是为了以简化的形式介绍将在下面的详细描述中进一步描述的与本发明相关的概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本公开，提供了一种用于制造紧凑、高分断容量熔断器的方法。在各种实施例中，熔断器可以是层压式或分体式的，并且将在制造过程期间利用牺牲构件来支撑熔断器元件。

层压熔断器的示例性实施例可以包括以竖直堆叠和结合的构型布置的顶部绝缘层、两个或更多个中间绝缘层和底部绝缘层，其间具有环氧树脂层。至少两个中间层可以具有穿过其形成的孔，该孔在熔断器内限定了空气间隙。第一导电端子可以形成在熔断器的第一端上，并且第二导电端子可以形成在熔断器的第二端上。至少一个可熔元件可以将第一端子连接到第二端子，从而在其间提供导电路径。至少一个可熔元件的一部分可以穿过由至少两个中间绝缘层中的孔限定的空气间隙。

在熔断器的制造期间，可熔元件可以盘绕、编织或扭绞在牺牲构件周围，该牺牲构件可以是例如可溶性纱线、一定长度的塑料、一定长度的聚合物或一定长度的牺牲线，以在制造期间为可熔元件提供稳定性和支撑。进一步，可熔元件的盘绕允许可熔元件的拉伸和收缩，使得其在层压过程期间不太容易受到由元件铂芯和FR4基底的热膨胀系数方面的差异所导致的损坏。

对于分体式熔断器，熔断器元件可以在制造过程期间由牺牲构件支撑，如前所述。在一个实施例中，特别适用于具有非盘绕熔断器元件的更高容量的熔断器，熔断器元件和牺牲构件可以在通过压接或焊接固定在任一端处的端子中之前扭绞在彼此周围。在另一实施例中，特别适用于具有盘绕熔断器元件的低容量熔断器，熔断器元件可以在固定在任一端处的端子之前盘绕在牺牲构件周围。在任一实施例中，在将盖放置在分体式熔断器上之前，可以在不损坏熔断器元件的情况下移除牺牲构件。

附图说明

图1示出了当利用现有技术制造过程制造时普遍存在“颈缩”问题的熔断器元件。

图2显示了示出根据本公开的示例性实施例制造的高分断容量熔断器的分解图。

图3是示出处于组装形式的图2的高分断容量熔断器的透视图。

图4是示出用于制造图2和图3中示出的高分断容量熔断器的制造过程中的步骤的流程图。

图5示出了穿线之前卷绕在牺牲构件(在这种情况下是可溶性纱线)周围的熔断器元件。

图6是示出在压制中间层之后暴露在蚀刻的雉堞部的熔断器元件的银线护套的图像。

图7是示出仅在熔断器的主空腔中选择性蚀刻的熔断器元件的银线护套的图像。

图8是示出了组装后熔断器元件的期望取向的熔断器的俯视图。

图9示出了分体式熔断器的制造中涉及的制造步骤，其中牺牲构件具有盘绕在其上的熔断器元件，以在组装期间支撑熔断器元件。

图10是示出了分体式熔断器的制造的图，其中牺牲构件和熔断器元件扭绞在彼此周围并通过压接或焊接固定到端部端子。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于本文阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底和完整的，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在附图中，相同的附图标记始终指代相同的元件。

一般来说，本发明的各种实施例涉及在开腔式熔断器的制造过程期间利用牺牲构件支撑可熔元件，以防止对可熔元件的损坏。牺牲构件可以是例如可溶性纱线、塑料、聚合物或金属。可熔元件可以围绕牺牲构件扭绞、编织或盘绕。然后，在密封开腔之前，通过溶解、蚀刻或烧蚀牺牲构件来移除牺牲构件。

参照图2和图3，示出了根据本发明制造的高分断容量层压熔断器10的第一示例性实施例。熔断器10在图2中被分解示出，并且在图3中被示出处于完全组装的构型。在一个实施例中，熔断器10可以包括以竖直堆叠构型层压在一起的顶部绝缘层12、中间顶部绝缘层16、中间底部绝缘层24和底部绝缘层28。在一个实施例中，绝缘层12、16、24和28基本上是矩形的，并且可以由任何合适的电绝缘材料形成，包括但不限于FR-4、玻璃、陶瓷、塑料等。绝缘层12、16、24和28可以在层压件的各层之间使用环氧树脂被层压，环氧树脂优选地呈环氧树脂片14、18、22和28的形式。可熔元件20优选地设置在中间顶部绝缘层16和中间底部绝缘层24之间。

当如图3所示组装时，层12、14、24和28可以彼此平坦地结合，诸如利用环氧树脂、预浸料或其他非导电粘合剂或紧固件。一般而言，层压过程包括将一个绝缘层压到相邻的绝缘层上，其间具有热固性环氧树脂，并加热组件以使环氧树脂聚合。熔断器10的绝缘层12、14、24和28以及环氧树脂层14、18、22和26可以在其相对的纵向端部处具有雉堞部44、46(诸如可以通过钻孔形成)，用于为经组装的熔断器10提供端子30和32，如图3所示。这些层的纵向端部和雉堞形区域44和46可以镀覆有铜或其他导电材料，诸如通过光刻过程或其他镀覆手段，以便于经组装的熔断器的端子30和32与其他电路元件之间的电连接。

如图2的分解图所示，在经组装的熔断器10中，中间顶部绝缘层16和中间底部绝缘层24可以各自分别设有形成在其中心部分中的通孔35和38，该通孔限定了开腔40，该开腔可以在图2中示出的分解图的每一层中和图8中示出的经组装的熔断器的俯视图中看到。孔34和36被示出为具有圆形形状，但是可以设想通孔35和38可以被形成为具有各种其他形状，诸如椭圆形、矩形、三角形或不规则形状。顶部绝缘层12和底部绝缘层28与中间层16和24相同，除了顶部绝缘层12和底部绝缘层28未设有通孔，使得顶部绝缘层12和底部绝缘层28在经组装的熔断器10中提供对开腔40的密封。在优选的实施例中，全部绝缘层12、16、24和28将具有相同的厚度。替代性地，顶层12和底层28可以是相同的厚度，而中间层16和24可以是相同的厚度，该厚度可以不同于顶层12和底层28的厚度，但是这并不重要。可以设想，中间层16和24可以替代性地比顶层12和底层28更薄或更厚。

环氧树脂片14、18、22和26也可以分别设有通孔34、36、37和39，这些通孔与分别设置在中间顶层16和中间底层24中的通孔35和38对齐并具有与其相同的形状。环氧树脂片也可以设有与绝缘层12、16、24和28的雉堞形端部匹配的雉堞形端部。

熔断器10可以包括设置在中间顶部绝缘层16和中间底部绝缘层24之间的可熔元件20，并且布置成使得可熔元件20的一部分穿过由各层中的通孔34-39形成的开腔40。附加地，可熔元件20的相对端可以向外延伸到形成在每个层的端部处的雉堞部44、46中，以便于与经组装的熔断器的端子30和32电连接。因此，可熔元件20在端子30和32之间提供了导电路径。

可熔元件20的中间部分41是“薄弱点”，在熔断器10中出现过电流状况时，该“薄弱点”将可预见地分离。因为中间部分41完全被空气包围，并且不与形成层12、16、24和28的绝缘材料接触或不与其非常接近，所以在过电流状况期间在中间部分40中形成的电弧失去了燃料(即，周围材料)，否则可能以其他方式维持电弧。电弧时间因此减少，这又增加了熔断器10的分断容量。

可熔元件20可以由任何合适的导电材料形成，诸如镍或铂，并且可以被形成为编织线、带、螺旋缠绕或盘绕的线，或者用于在元件上提供松弛以形成应力消除部的任何其他合适的结构或构型。如本领域普通技术人员将理解的那样，可熔元件32的特定尺寸、构型和导电材料全部对熔断器10的额定值有贡献。在本发明的优选实施例中，可熔元件20可以包括一定长度的Wollaston线。

端子30和32通过金属化形成在雉堞部上。金属化可以通过在雉堞部上镀覆、印刷等导电材料(例如，铜、锡、镍等)来制成。另外，端子30和32可以通过镀覆、浸渍等导电材料(例如，铜、锡、镍等)以部分或基本填充雉堞部来形成。在一些示例中，端子30和32可以在分割之前形成，以保护熔断器元件20在分割过程期间不被损坏。

图4是根据本发明的优选实施例的用于制造层压熔断器的过程400的流程图。在402处，将可熔元件20盘绕在一定长度的牺牲构件21周围，该一定长度的牺牲构件可以是例如如图5中示出的可溶性纱线或如图9中示出的牺牲线。在步骤404，可熔元件20和牺牲构件21穿过其上设置有环氧树脂片22的中间底部绝缘层24。优选地，可熔元件20和牺牲构件21设置在环氧树脂片18和22中间。在步骤406之前，将已经穿线穿过中间底部绝缘层24的可熔元件20和牺牲构件21保持在适当的位置。在步骤406，通过按压和加热组件直到其间的环氧树脂片变成是聚合的，来将中间底部绝缘层24和中间顶部绝缘层16层压在一起。盘绕的可熔元件20和牺牲构件21由此被截留在中间底层24和中间顶层16之间。在步骤408，可熔元件20经历蚀刻以移除牺牲构件21。附加地，在熔断器元件20是Wollaston线的情况下，外部银涂层是也可以通过蚀刻剂被移除的线，从而留下暴露的内部铂线并保持盘绕/松弛的形式。在优选的实施例中，蚀刻发生在开腔40内和位于各层的边缘处的雉堞部内。这个实施例在图6中示出。在替代实施例中，仅可熔元件20的位于开腔40内的部分被蚀刻；可熔元件20的位于雉堞部中的部分保持未被蚀刻。这个实施例在图7中示出。从可熔元件20蚀刻银涂层的过程也导致牺牲构件21的溶解，在步骤402中盘绕的可熔元件20缠绕在该牺牲构件周围。在牺牲构件是非导电材料的又一实施例中，盘绕的可熔元件20可以保持完全不被蚀刻，在这种情况下，牺牲构件21将保持在适当的位置。在优选的实施例中，使用硝酸完成蚀刻，但是也可以使用其他化合物，这取决于构成可熔元件20和牺牲构件21的材料。在步骤410，顶部绝缘层12和底部绝缘层28分别被按压到组件的顶部和底部上，并且组件被加热，从而密封开腔40。端子30和32的金属化发生在步骤412组装完成之后。

围绕牺牲构件21盘绕可熔元件20用于两个目的。首先，如图5所示，牺牲构件21在上述步骤504的穿线过程中提供支撑，以抵消由穿线过程在可熔元件20上引起的拉伸应力。由于可熔元件20的铂芯和构成绝缘层12、16、24和28的FR-4材料的热膨胀系数方面的不同，在层压过程期间发生的加热加剧了拉伸应力。第二，可熔元件20的盘绕允许可熔元件20在组装过程期间拉伸和收缩，从而减少可熔元件20将遭受机械断裂或“颈缩”问题的机会，如图1所示，其中可熔元件被扭绞。

图9中示出了其中牺牲构件21是在其周围盘绕有可熔元件20的金属丝的实施例。牺牲构件21可以由任何金属线构成，只要牺牲构件21的蚀刻试剂不影响熔断器元件20。在一些实施例中，熔断器元件可以是镍。在一些实施例中，牺牲构件21可以是例如可以利用相同的蚀刻剂溶解的铜锌合金或铜锡合金、可以用硝酸蚀刻的银、可以用氢氧化钠蚀刻的锌或可以用Keller蚀刻剂蚀刻的铝。

牺牲构件21的使用消除了在熔断器元件的放置期间施加在熔断器元件20上的拉伸应力。它对于具有超细直径(例如，小于30μm)的盘绕熔断器元件特别有用，并且提供了制造超低额定值器件而没有加工细线的困难的机会。

图10示出了用于分体式熔断器的制造过程。分体式熔断器的主体由基体1002和覆盖件1004组成。示出了端子组件1010，其中基体1002具有附接到其上的端子或夹具1006。如1020所示，在第一实施例中，熔断器元件20被示出为盘绕在固定在端子1006之间的牺牲构件21周围。在1030中，牺牲构件21已经被蚀刻掉，留下固定到端子1006的熔断器元件20。完整的熔断器1040被示出为具有附接到基体1002的覆盖件1004。完整熔断器的剖面图在1050中示出。

图11示出了本发明的第二实施例，其中牺牲构件21和熔断器元件20被扭绞在一起。图11A示出了在蚀刻之前的压接型端子和焊接型端子两者，示出了通过端子固定在端部处的牺牲构件21和熔断器元件20两者。图11B示出了牺牲构件21已经被蚀刻掉之后剩余的熔断器元件20。

如本文所用，以单数形式叙述并以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个元素或步骤，除非明确叙述了这种排除。另外，对本发明的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也结合所述特征的附加实施例的存在。

虽然已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围和范围的情况下，对所描述的实施例的许多修改、变更和改变是可能的。因此，本发明旨在不限于所描述的实施例，而是其具有由以下权利要求及其等同物的语言所定义的全部范围。

Claims (24)

1.一种制造开腔式熔断器的方法，包括：

提供所述熔断器的第一主体部分；

提供由牺牲构件支撑的可熔元件，所述可熔元件和牺牲构件各自在其相对端处由所述第一主体部分支撑，并横跨开腔；

移除所述牺牲构件；以及

提供第二主体部分，所述第二主体部分当与所述第一主体部分接合时将所述可熔元件密封在所述开腔内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔元件盘绕、编织或扭绞在所述牺牲构件周围。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述牺牲构件是通过溶解、蚀刻或烧蚀而被移除的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述牺牲构件包括可溶性纱线、塑料、聚合物或金属。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述开腔式熔断器是层压熔断器，还包括：

提供中间底层和中间顶层，所述中间底层和中间顶层各自设有在其中心部分中形成的通孔；

将所述可熔元件和所述牺牲构件穿过所述中间底层，使得所述可熔元件穿过限定在所述中间底层中的通孔；

层压所述中间底层和所述中间顶层；

提供邻近所述中间顶层设置的顶层和邻近底部中间层设置的底层；以及

将所述顶层层压到所述中间顶层，并且将所述底层层压到所述中间底层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述中间顶层中层压所述中间底层的步骤包括：

在所述中间底层和所述中间顶层之间提供一个或多个环氧树脂层；以及

将所述中间底层和所述中间顶层按压在一起并加热，直到其间的所述环氧树脂层聚合为止。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

将顶层层压到所述中间顶层的步骤包括在所述顶层和所述中间顶层之间提供环氧树脂层，将所述顶层和所述中间顶层按压在一起并加热，直到其间的所述环氧树脂层聚合为止；以及

将所述底层层压到所述中间底层的步骤包括在所述底层和所述中间底层之间提供环氧树脂层，将所述底层和所述中间底层按压在一起并加热，直到其间的所述环氧树脂层聚合为止。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述顶层层压到所述中间顶层和将所述底层层压到所述中间底层的步骤一起进行。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述顶层、所述中间顶层、所述中间底层和所述底层包括由绝缘材料制成的基本上矩形的块。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述绝缘材料是FR-4。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述顶层、所述中间顶层、所述中间底层和所述底层各自具有限定在其相对端上的雉堞部。

12.根据权利要求7所述的方法，其中设置在绝缘层之间的环氧树脂呈片的形式，所述片具有：形成在其中心部分中的通孔，所述通孔与形成在所述中间顶层和所述中间底层的中心部分中的通孔对齐；以及限定在其相对端上的雉堞部。

13.根据权利要求5所述的方法，其中限定在所述中间顶层中和所述中间底层中的通孔形成空气间隙，所述可熔元件穿过所述空气间隙。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述顶层和所述底层为所述空气间隙提供密封。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述可熔元件从所述中间底层和所述中间顶层的边缘向外延伸到限定在每层上的雉堞部中。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述可熔元件是在银镀覆物中具有铂芯的Wollaston线。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

在所述顶层被层压到所述中间顶层并且所述底层被层压到所述中间底层之前，蚀刻所述空气间隙内的所述可熔元件以移除所述银镀覆物并溶解所述牺牲构件。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

蚀刻所述雉堞部内的所述可熔元件以移除所述银镀覆物并溶解所述牺牲构件。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述可熔元件是使用硝酸蚀刻的。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

金属化层压的绝缘层的相对端上的雉堞区域，以形成电连接到所述可熔元件的导电端子。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述雉堞区域是通过将导电材料镀覆或印刷到所述层压的绝缘层的雉堞区域而被金属化的。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述导电材料选自包括铜、锡和镍的组。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述开腔式熔断器是分体式熔断器，还包括：

在基体部分的相对端处附接端子；

将所述可熔元件和所述牺牲构件的每个端部固定到端子上；

移除所述牺牲构件；以及

将盖附接到所述基体部分，从而密封所述开腔。

24.根据权利要求23所述的方法，其中每个端子包括压接型端子或焊接型端子。

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