CN1649065B - 低电阻聚合物阵列熔断装置和方法 - Google Patents

低电阻聚合物阵列熔断装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种低电阻的熔断器，其包括一层聚合物薄膜，在聚合物薄膜上形成的一层熔断件层，以及在熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口，聚合物薄膜在开口中支承着熔断件层。可以与该熔断器结合起来使用一个散热器，加热件，以及熄灭电弧的介质，并且可以用一种粘接层压过程制作出该熔断器。

Description

低电阻聚合物阵列熔断装置和方法
相关申请的交叉参考
本申请是在2003年1月9日提交的美国申请序列号No.10/339114的部分继续申请，该申请请求保护对在2002年1月10日提交的临时申请序列号No.60/348098的权益。
技术领域
一般说来，本发明涉及熔断器，更具体地说，涉及采用箔熔断部件的熔断器。
背景技术
熔断器广泛地用做防止电路出现代价巨大的损坏的过电流保护装置。典型地，熔断终端或者熔断接触件形成电源与设置在电路中的电部件或者部件组合之间的电连接。将一个或多个可熔断的连接件或部件或者一个熔断件的组件连接在熔断终端或熔断接触件之间，从而当通过熔断器的电流超过一个预先确定的阈值时，可熔断的部件熔化，分离开，切断，或者以其它方式打开与该熔断器相关的电路，防止电部件的损坏。
当前电子装置的激增对熔断技术提出越来越高的要求。例如，传统的熔断器包括一个细丝熔断件(或者替代地，一个冲压的和/或成形的金属熔断件)，将该熔断件包在一个玻璃圆柱体或管中，并且使它悬在管内的空气中。该熔断件在导电的端部帽盖之间伸展，将这些帽盖安装到管上，用来连接到电路上。然而，当与电子应用中的印刷线路板一起使用时，熔断器典型地必须非常小，造成这些类型的熔断器的制作和安装的困难，这提高了被熔断的产品的制作成本和组装成本。
其它类型的熔断器包括沉积在高温有机物介电基底(例如，FR-4，酚醛材料或者其它的以聚合物为基础的材料)上的金属层，形成电子应用的熔断件。可以采用已知技术将该熔断件蒸气沉积、屏幕印刷、电镀到基底上或者施加到基底上，并且可以通过对形成熔断件的金属层进行化学刻蚀或激光修整改变熔断件的形状。然而，在过电流期间，这些类型的熔断器会将热量由熔断件传导进基底中，从而提高熔断器的电流设定值，但是也提高该熔断器的电阻，这样可能会对低电压的电子线路有不希望出现的影响。此外，当熔断件紧靠着介电基底或者被直接沉积在介电基底上时，可能出现形成碳踪迹。形成碳踪迹将使得熔断器不能如希望熔断器的那样完全切断或打开电路。
另外的一些熔断器采用一种陶瓷基底，它们有一种被印刷的厚的导电材料比如一种导电墨水的薄膜，形成一种成形的熔断件和连接到电路上的导电垫。然而，不能控制印刷厚度和形状可能在被熔断的装置中导致不可接受的变化。并且，形成熔断件的导电材料典型地在高温下会打火，所以，必须采用高温的陶瓷基底。然而，这些基底的功能在过电流的条件下会像是一个散热器，由熔断件中抽取出热量、并且提高熔断器的电阻。
在许多电路中高的熔断器电阻对于活性电路部件的功能非常有害，并且在某些应用中由于熔断器电阻的电压效应可能会使活性电路部件不能工作。
发明内容
按照一个示例性的实施例提供了一种低电阻的熔断器。该熔断器包括一层聚合物薄膜，在所述聚合物薄膜上形成的一层熔断件层，以及在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口，所述聚合物薄膜在所述开口中支承着所述熔断件层。
在另一个示例性实施例中提供了制作低电阻熔断器的一种方法。该方法包括设置第一中间绝缘层，形成一层熔断件层，其有在第一与第二接触垫之间伸展的一个可熔断的连接部分，并且，用粘接剂将第二中间绝缘层在熔断件层上层压到第一中间绝缘层上。
在另一个示例性的实施例中提供了一种低电阻的熔断器。该熔断器包括一层薄箔的熔断件层，以及在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。在所述第一中间绝缘层上形成所述熔断件层，并且将所述第二中间绝缘层层压到所述熔断件层上。所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口，并且，将一种熄灭电弧的介质设置在所述开口内、并且在所述开口内围绕着所述熔断件层。
在另一个示例性的实施例中，一种低电阻的熔断器包括一层薄箔的熔断件层，以及在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。在所述第一中间绝缘层上形成所述熔断件层，并且将所述第二中间绝缘层层压到所述熔断件层上。所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口；并且，将一个散热器连接到所述第一和第二中间绝缘层之一上。
在另一个示例性的实施例中提供了一种低电阻的熔断器。该熔断器包括：一层薄箔的熔断件层，以及在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。在所述第一中间绝缘层上形成所述熔断件层，并且将所述第二中间绝缘层层压到所述熔断件层上。所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口，并且，将一个散热器连接到所述第一和第二中间绝缘层之一上。
在又一个示例性的实施例中提供了一种低电阻的熔断器。该熔断器包括：一层薄箔的熔断件层，以及在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层。在所述第一中间绝缘层上形成所述熔断件层，并且将所述第二中间绝缘层层压到所述熔断件层上，其特征在于，所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括一个从中穿过的开口。将第一和第二外绝缘层层压到所述第一和第二中间绝缘层上，其特征在于，将所述熔断件层和所述开口的构形做成对围绕所述熔断件层在所述开口附近的一部分的一个绝热包层建模。
附图说明
图1是一种箔熔断器的透视图；
图2是图1中所示的熔断器的部件分解透视图；
图3是制造图1和2中所示的熔断器的一种方法的过程流程图；
图4是箔熔断器的第二实施例的部件分解透视图；
图5是箔熔断器的第三实施例的部件分解透视图；
图6-10是图1-5中所示的熔断器的熔断件几何形状的顶视平面图；
图11是熔断器的第四实施例的部件分解透视图；
图12是制造图11中所示的熔断器的一种方法的过程流程图；
图13是熔断器的第五实施例的透视图；
图14是图12中所示的熔断器的部件分解图；
图15是熔断器的第六实施例的部件分解图；
图16是熔断器的第七实施例的部件分解图；
图17是熔断器的第八实施例的示意图；
图18是熔断件的一个实施例的顶视平面图；
图19是熔断件的另一个实施例的顶视平面图；以及
图20是熔断器制作的部件分解图。
具体实施方式
图1是按照本发明的一个示例性实施例的一种箔熔断器10的透视图。由于下面叙述的原因，相信可以以比传统的熔断器更低的成本制作出熔断器10，同时可以提供明显的性能优点。例如，相信熔断器10与已知的可以比较的熔断器相比有较低的电阻，并且在熔断器已经工作之后有提高了的绝缘电阻。通过使用薄金属箔材料形成可熔断的连接件和安装到聚合物薄膜上的触点终端至少部分地获得这些优点。为了在这里进行描述的目的，认为薄金属箔材料的厚度范围在由大约1微米到大约100微米，更具体地，在由大约1微米到大约20微米，在一个特别的实施例中，在由大约3微米到大约12微米。
尽管已经发现按照本发明的至少一种熔断器当用薄的金属箔材料制作时特别有利，但是，预期其它的金属化技术也可能是有益的。例如，对于要求小于3到5微米的金属化层形成熔断件的较低的熔断额定值来说，可以按照在本领域内已经知道的技术使用薄膜材料，这包括但不限于喷镀的金属薄膜。还应认识到，本发明的内容也可以用于非电金属涂镀结构，也可以用于厚薄膜屏幕印刷结构。因此仅只为了说明的目的描述熔断器10，并且不希望这里对熔断器10的描述将本发明的内容限制为特殊的熔断器10。
熔断器10有分层的结构，对此下面将详细地描述，并且熔断器包括一个箔熔断件(在图1中未示出)，该箔熔断件在电路连接上在焊接触点12(有时把它称为焊接隆起)之间伸展，并且与这些接触件处于导电的关系。在使用时，将焊接触点12连接到印刷线路板(未示出)的接线端，接触垫，或者电路终端上，以通过熔断器10或者更具体地说通过熔断件建立电路连接。当通过熔断器10流动的电流到达不能接受的界限时，这些界限取决于熔断件和制作熔断器10所采用的特定材料的特点，熔断件将熔化、气化或者以其它的方式将通过熔断器的电路打开，并且防止在与熔断器10相关的电路中对于电部件产生代价巨大的损坏。
在一个说明性的实施例中，熔断器10的形状大致为长方形，并且包括宽度W，长度L和高度H，适合于将熔断器10表面安装到印刷线路板上，同时占据一个小的空间。例如，在一个特别的实施例中，L大约为0.060英寸和W大约为0.030英寸，而H比L或W明显地小，从而保持熔断器10的小尺寸轮廓。如下面将变得清楚的那样，H大约等于用来制作出熔断器10的各种层组合起来的厚度。然而，应该认识到，熔断器10的实际尺寸可以由在这里叙述的说明性尺寸改变到较大或者较小的尺寸，包括大于一英寸的尺寸，而不偏离本发明的范围。
也应该认识到，通过采用与所示出的用来把熔断器10连接到电路上的焊接触点12不同的其它的熔断终端至少可以获得本发明的某些好处。因此，例如，接触引线(即，线终端)，缠绕的终端，浸渍的金属化终端，涂镀的终端，城堡形的触点，以及其它已经知道的接触方式可以如需求的那样或者如所希望的那样用作焊接触点12。
图2是熔断器10的部件分解透视图，示出了在制作熔断器10的过程中采用的各种层。具体地说，在一个示例性的实施例中，基本上由五层构造出熔断器10，包括夹在上中间绝缘层与下中间绝缘层22，24之间的一层箔熔断件层20，上下中间绝缘层进而被夹在上和下外绝缘层26，28之间。
在一个实施例中，箔熔断件层20是根据已经知道的技术施加到下中间层24上的一层电沉积的3-5微米厚的铜箔。在一个示例性的实施例中，该箔是可以由Olin公司获得的
Figure B2005100061576D00061
超薄箔，并且将薄的熔断件层做成大写字母I的形状，带有一个在长方形的接触垫32，34之间伸展的可熔断的连接部分30。可熔断的连接部分30的尺寸确定成当流过可熔断的连接部分30的电流达到一个特定的数值时打开。例如，在一个示例性的实施例中，可熔断的连接部分30大约为0.003英寸宽，从而在小于1安培的电流下该熔断器工作。然而应该理解到，在替代的实施例中可以采用不同尺寸的可熔断的连接部分，并且，可以由其它的金属箔形成薄的熔断件层20，这包括但不限于镍，锌，锡，铝，银，它们的合金(例如铜/锡，银/锡，以及铜/银合金)，以及代替铜箔的其它导电的箔材料。在替代的实施例中，可以采用9微米或者12微米厚的薄材料，并且用化学方法将它们刻蚀，减小可熔断的连接部分的厚度。此外，在另外的实施例中可以采用一种已知的M效应熔断技术，增强可熔断的连接部分的工作性能。
如本领域技术人员会认识的那样，可熔断的连接部分的性能(例如短路性能和使电压中断的能力)取决于所使用的材料的熔化温度和可熔断的连接部分的几何形状，并主要地取决于这些因素，并且，通过改变每个因素可以获得有不同性能特点的数目实际上没有限制的可熔断的连接部分。此外，可以平行地伸展比一个多的可熔断的连接部分，进一步改变熔断性能。在这样的实施例中，多个可熔断的连接部分可以在单一的熔断件层中在接触垫之间平行地伸展，或者可以采用多个熔断件层，这包括在垂直重叠起来的构形中彼此平行地伸展的可熔断的连接部分。
为了选择能够生产出有希望的熔断件额定值的熔断件层20的材料，或者为了确定由所选定的材料制作出的熔断件的额定值，已经确定，熔断性能主要取决于三个参数，这包括熔断件的几何形状，围绕熔断件的材料的导热率，以及熔断金属的熔化温度。已经确定，这些参数中的每个参数与当熔断器工作时起弧时间成正比，并且这些参数中的每个参数组合起来确定熔断器的时间关于电流的特性。因此，通过仔细地选择用于熔断件层的材料，围绕熔断件层的材料，以及熔断件层的几何形状，可以获得可以接受的低电阻熔断器。
首先考虑熔断件20的几何形状，为了说明的目的，将分析一个示例性熔断件层的特征。例如，图6示出了相当简单的熔断件几何形状的平面图，包括示例性的尺寸。
参见图6，在一个绝缘层上形成大致形状为大写字母I的熔断件层。熔断件层的熔断特性由以下几个因素确定，用来形成熔断件层的金属的导电率(ρ)，熔断件层的尺寸(即，熔断件的长度和宽度)，以及熔断件层的厚度。在一个说明性的实施例中，由3微米厚的铜箔形成熔断件层20，已经知道它的(对于1微米厚度测量的)薄片电阻为1/ρ*厘米，或者大约为0.16779Ω/□，其中□是用“正方形”表示的所考虑的熔断件部分的尺寸比。
例如，考虑在图6中所示的熔断件，该熔断件包括三个不同的段(或区段)，可以用与第一段相对应的尺寸l1和w1，与第二段相对应的尺寸l2和w2，以及与第三段相对应的尺寸l3和w3区分它们。通过把这些段中的正方形汇总起来，可以以相当直接的方式近似地确定出熔断件层的电阻。因此，对于在图6中所示的熔断件：
正方形的数目＝(l1/w1+l2/w2+l3/w3)    (1)
＝(10/20+30/4+10/20)
＝8.5个□，
现在可以按照下面的关系是确定熔断件层的电阻(R)：
熔断件R＝(薄片电阻率)*(□数目)/T    (2)
其中T是熔断件层的厚度。继续上述示例并且应用式(2)，可以得到：
熔断件电阻＝(0.16779Ω/□)*(8.5个□)/3
＝0.0475Ω
当然，可以以类似的方式同样地确定出有比较复杂几何形状的熔断件的电阻。
现在考虑围绕熔断件层的材料的导热率，本领域技术人员可以认识到，在不同材料的亚体积(subvolumes)之间的热流(H)由下面的关系式确定，
Δ h ( m , n ) to ( m + 1 , n ) = 2 ( θ m , n - θ ) * Y n * Z * K m , n * Δt X m , n - - - ( 3 )
其中Km，n是材料的第一亚体积的导热率Km+1，n是材料的第二亚体积的导热率；Z是所涉及的材料的厚度；θ是亚体积m，n在一个选定的参考点的温度；Xm，n是由该参考点测量的第一亚体积的第一坐标位置，而Yn是由该参考点测量的第二坐标位置，且Δt是所感兴趣的时间值。
尽管可以非常仔细地研究公式(3)、确定出分层的熔断器结构的严格的热流特点，但是，在这里给出的主要显示出在熔断器中的热流与所使用材料的导热率成正比。在下面的表中给出了某些示例性的已知材料的导热率，可以看到，通过减小在熔断器中采用的围绕熔断件的绝缘层的导热率，可以明显地减小在熔断器内的热流。特别要注意到聚亚酰胺有明显地较低的导热率，在本发明的说明性实施例中采用这种材料作为在熔断件层上面和下面的绝缘材料。
基底的导热率(W/mK)
  铝矾土(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)   19
  镁橄榄石(2MgO-SiO<sub>2</sub>)   7
  堇青石(2MgO-2Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-5SiO<sub>2</sub>)   1.3
  块滑石(2MgO-SiO<sub>2</sub>)   3
  铝矾土(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)   19
  聚亚酰胺   0.12
  FR-4环氧树脂/玻璃纤维层压体   0.293
现在考虑在制作熔断件层过程中采用的熔断金属的工作温度，本领域技术人员可以认识到，在一个给定时间点熔断件层的工作温度θt由下面的关系式确定，
θt＝(1/m*s)*∫i2Ram(1+αθ)dt    (4)
m是熔断件层的质量，s是形成熔断件层的材料的比热，Ram是熔断件层在周围的参考温度θ的电阻，i是流过熔断件层的电流，α是熔断件材料的电阻温度系数。当然，熔断件层的功能是使通过该熔断器的电路保持连通直到熔断件材料的熔化温度。在下面的表中列出了通常使用的熔断件材料的示例性熔化温度，并且要注意到：由于铜的熔化温度明显地较高，铜熔断件层在本发明中特别有利，它容许熔断件可以有较高的电流额定值。
金属和金属合金的熔化温度(摄氏度)
  铜(Cu)   1084
  锌(Zn)   419
  铝(Al)   660
  铜/锡(20Cu/80Sn)   530
  银/锡(40Ag/60Sn)   450
  铜/银(30Cu/70Ag)   788
现在下面的情况应该是显然的：考虑用于熔断件层的材料的熔化温度，围绕熔断件层的材料的导热率，以及熔断件层的电阻的组合的效应，可以生产出可以接受的低电阻熔断器，它们有各种的性能特征。
回过去参见图2，上中间绝缘层22覆盖着熔断件层20，并且它包括穿过它伸展的长方形的终端开口36，38或者窗口，使得电连接到箔熔断件层20的相应的接触垫32变得容易。一个圆形的可熔断的连接部分开口40在终端开口36，38之间伸展，并且与熔断件层20的可熔断的连接部分30重叠。
下中间绝缘层24在箔熔断件层20的下面，并且包括在箔熔断件层20的可熔断的连接部分30下面的一个圆形的可熔断的连接部分开口42。这样，可熔断的连接部分30横截着在上和下中间绝缘层22，24中相应的可熔断的连接部分开口40，42伸展，使得可熔断的连接部分30不与任何中间绝缘层22，24的表面接触，因为可熔断的连接部分30在箔熔断件20的接触垫32，34之间伸展。换句话说，当把熔断器10完全做好时，由于在相应的中间绝缘层22，24中的可熔断的连接部分开口40，42将可熔断的连接部分30有效地悬置在一个空气囊中。
这样，可熔断的连接部分开口40，42防止将热量传递到中间绝缘层22，24，在传统的熔断器中这样的热量将会提高熔断器的电阻。因此，熔断器10在比已知的熔断器较低的电阻下工作，结果，对电路的扰动比已知的相比较的熔断器要小。此外，并且与已知的熔断器不同，可熔断的连接部分开口40，42所产生的空气囊禁止产生电弧踪迹，并且使得完全断开通过该可熔断的连接部分30的电路变得容易。在一个另外的实施例中，一个适当地成形的空气囊可以使得当可熔断的连接部分工作时其中的空气的排放变得容易，并且可以减轻在熔断器内部不希望的气体形成和压力。这样，尽管在一个说明性的实施例中所示出的开口40，42基本上为圆形，但是，可以同样地采用非圆形的开口40，42，而不偏离本发明的精神和范围。此外，可预想到，可以采用不对称的开口作为在中间绝缘层22，24中的可熔断的连接部分开口。还有，可预想到，可以用一种固体或气体充满这些可熔断的连接部分开口，代替或者添加到如上面描述的空气阻止产生电弧踪迹。
在一个说明性的实施例中，上和下中间绝缘层中的每一层由一种介电薄膜制成，比如一种0.002英寸厚的聚亚酰胺薄膜，这种薄膜可以由市场上获得，并且由E.I.du Pont de Nemours and Companyof Wilmington，Delaware公司以商标销售。然而，应该认识到，在替代的实施例中，可以采用其它适用的电绝缘材料(聚亚酰胺或者非聚亚酰胺)代替
Figure B2005100061576D00112
比如
Figure B2005100061576D00113
非粘结的聚亚酰胺层压材料，可以由Ube Industries公司在市场上获得的
Figure B2005100061576D00114
聚亚酰胺材料，Pyrolux，聚萘二甲乙烯(有时被称为PEN)，可以由Rogers Corporation公司在市场上获得的Zyvrex液晶聚合物材料，以及类似的材料。
上外绝缘层26覆盖着上中间层22，并且包括长方形的终端开口46，48，它们基本上与上中间绝缘层22的终端开口36，38重合。上外绝缘层26中的终端开口46，48与上中间绝缘层22中的终端开口36，38一起形成相应的在薄的熔断件接触垫32，34上方的腔。当用焊料(在图2中未示出)充满开口36，38，46，48时，将焊接接触垫12(在图1中示出)做成处于通电到熔断件接触垫32，34的状态，为的是连接到例如在印刷线路板上的一个外电路上。一个连续的表面50在上外绝缘层26的终端开口46，48之间伸展，此表面覆盖着上中间绝缘层22的可熔断的连接部分开口40，从而包封着可熔断的连接部分30，并且将此部分适当地绝缘。
在一个另外的实施例中，上外绝缘层26和/或下外绝缘层28由透明的或者半透明的材料制成，这使得可以看到地显示出在可熔断的连接部分开口40，42内的被打开的熔断器变得容易。
下外绝缘层28位于下中间绝缘层24的下面，并且它是实体的，即，没有开口。因此，下外绝缘层28的连续的实体表面在下中间绝缘层24的可熔断的连接部分开口42下面将可熔断的连接部分30适当地绝缘。
在一个说明性的实施例中，上和下外绝缘层中的每一层由一种介电薄膜制成，比如一种0.005英寸厚的聚亚酰胺薄膜，这种薄膜可以由市场上获得，并且由E.I.du Pont de Nemours and Company ofWilmington，Delaware公司以
Figure B2005100061576D00121
商标销售。然而，应该认识到，在替代的实施例中，可以采用其它适用的电绝缘材料，例如
Figure B2005100061576D00122
非粘结的聚亚酰胺层压材料，Pyrolux，聚萘二甲乙烯，以及类似物。
为了描述用来制作熔断器10的一种示例性制作过程的目的，按照下面的表称作熔断器10的层：
  处理层号   在图2的层  图2中的标号
  1   上外绝缘层   26
  2   上中间绝缘层   22
  3   箔熔断件层   20
  4   下中间绝缘层   24
  5   下外绝缘层   28
采用这些记号，图3是制作出(在图1和2中示出的)熔断器10的一种示例性方法60的流程图。按照已经知道的层压技术将箔熔断件层20(层3)层压到下中间层24(层4)上(步骤62)。随后采用已经知道的技术把箔熔断件层20(层3)刻蚀(步骤64)成在下中间绝缘层24(层4)上一种要求的形状，这些技术包括但不限于使用三氯化铁溶液。在一个示例性实施例中，按照一种已经知道的刻蚀过程将箔熔断件层20(层3)做成将被成形为大写字母I的箔熔断件保持成如上面关于图2所描述的那样。在替代的实施例中，可以采用模具切割操作代替刻蚀操作形成可熔断的连接部分30和接触垫32，34。
在已经完成由下中间绝缘层(层4)形成(步骤64)箔熔断件层(层3)之后，按照已经知道的层压技术将上中间绝缘层22(层2)层压(步骤66)到由步骤62预先层压好的箔熔断件层20(层3)和下中间绝缘层(层4)上。从而形成了三层的层压体，将箔熔断件层20(层3)夹置在中间绝缘层22，24(层2和4)之间。
随后按照一种已经知道的刻蚀，冲孔，或者钻孔过程在上中间绝缘层22(层2)中形成(步骤68)终端开口36，38和可熔断的连接部分开口40(这些开口都在图2中示出)。也按照一种已经知道的过程在下中间绝缘层28中形成(步骤68)可熔断的连接部分开口42(在图2中示出)，这种过程包括但不限于刻蚀，冲孔，或者钻孔。因此穿过上中间绝缘层22(层2)中的终端开口36，38暴露出熔断件层接触垫32，34(在图2中示出)。在相应的中间绝缘层22，24(层2和4)的可熔断的连接部分开口40，42内暴露出可熔断的连接部分30(在图2中示出)。在替代的实施例中，可以采用模具切割操作，钻孔和冲孔操作，以及类似技术代替刻蚀操作，以形成可熔断的连接部分开口40和终端开口36，38。
在步骤68在中间绝缘层22，24(层2和4)中形成开口或窗口之后，由步骤66和68将外绝缘层26，28(层1和5)层压到三层组合体(层2，3和4)上。采用领域中已经知道的过程和技术将外绝缘层26，28(层1和5)层压到三层组合体上。
在步骤70把外绝缘层26，28(层1和5)层压形成一个五层的组合体之后，按照已经知道的方法和技术在上外绝缘层26(层1)中形成终端开口46，48(步骤72)，使得穿过上外绝缘层26(层1)和上中间绝缘层22(层2)通过相应的中间开口36，38和46，48暴露出熔断件接触垫32，34(在图2中示出)。随后用与熔断器10(在图1和2中示出)的操作特征有关的标记对下外绝缘层28(层5)做标记(步骤74)，这些操作特征比如电压或电流的额定值，熔断器分类条码等。可以按照已经知道的过程比如激光打标记，化学刻蚀，或者等离子体刻蚀实现做标记的步骤74。应该认识到，在替代的实施例中可以采用其它已知的导电接触垫替代焊接触点12，这包括但不限于镍/金，镍/锡，镍/锡/铅，以及镀锡的接触垫。
随后施加上焊料(步骤76)完成与熔断件接触垫32，34(在图2中示出)处于导电连通状态的焊接触点12(在图1中示出)。因此，当把焊接触点12连接到有源电路的线和载荷电连接件上时，通过可熔断的连接部分30(在图2中示出)可以建立电连接。
尽管可以单个地按照至此描述的方法制作出熔断器10，但是，在一个说明性的实施例中，可以薄片集合地制作出熔断器10，随后将它们分开(步骤78)或单一化成为单个的熔断器10。当在批量过程中生产时，可以同时用刻蚀和模具切割过程的严格控制形成多种形状和尺寸的可熔断的连接部分30。此外，在一种连续制作过程中可以采用滚轮对滚轮的层压过程，用最少的时间生产出大量的熔断器。
进而，可以制作出包括附加层的熔断器，而不偏离上面描述的基本方法。这样，可以采用多个熔断件层和/或附加的绝缘层，制作出有不同性能特征和多种包装尺寸的熔断器。
因此可以采用廉价的已经知道的技术和过程在批量生产的过程中使用低成本的可以广泛获取的材料高效率地制成熔断器。光化学刻蚀过程使得即使对非常小的熔断器可以相当严格地形成薄熔断件层20的可熔断的连接部分30和接触垫32，34，有均匀的厚度和导电率，将熔断器10的最后性能的变化减到最小。进而，使用薄的金属箔材料形成熔断件层20使得构造出与已知的可以比较的熔断器相比有非常低电阻的熔断器成为可能。
图4是箔熔断器的第二实施例90的部件分解透视图，它基本上与熔断器10(上面关于图1-3已经描述过的)类似，区别在于下中间绝缘层24的结构不同。应该注意到，在熔断器90中不存在下中间绝缘层24中的可熔断的连接部分开口42(在图2中示出)，并且，可熔断的连接部分30直接横截着下中间绝缘层24的表面伸展。这种特别的结构对于熔断器在中等温度下工作是令人满意的，在这种中等的温度，可熔断的连接部分开口40将禁止或者至少减少热量由可熔断的连接部分30传递到中间绝缘层22，24。因此在熔断器工作的过程中减小熔断器90的电阻，并且在上中间绝缘层40中的可熔断的连接部分开口40禁止出现电弧踪迹，并且使得充分断开通过熔断器的电路变得容易。
基本上按照方法60(上面关于图3已经描述过的)构造出熔断器90，当然，区别在于不形成下中间绝缘层24中的可熔断的连接部分开口42(在图2中示出)。
图5是箔熔断器的第三实施例100的部件分解透视图，它基本上与熔断器90(上面关于图4已经描述过的)类似，区别在于上中间绝缘层22的结构不同。应该注意到，在熔断器100中不存在上中间绝缘层22中的可熔断的连接部分开口40(在图2中示出)，并且，可熔断的连接部分30直接横截着上和下中间绝缘层22，24的表面伸展。
基本上按照方法60(上面关于图3已经描述过的)构造出熔断器100，当然，区别在于不形成中间绝缘层22，24中的可熔断的连接部分开口40和42(在图2中示出)。
应该认识到，在上述的实施例中的任何一个中可以采用陶瓷基底代替聚合物薄膜，但是，对于熔断器100可能特别地推荐这样做，以便确保该熔断器适当地工作。例如，在本发明的替代的实施例中可以采用低温可以共同起火的陶瓷材料和类似物。
在薄的金属化的箔材料上使用上面描述的刻蚀和模具切割过程来形成可熔断的连接部分，可以形成多种有不同形状的金属箔熔断连接件，满足特别的性能目标。例如，图6-10示出了多个熔断件的几何形状，以及示例性的尺寸，可以在熔断器10(在图1和2中示出)，熔断器90(在图4中示出)以及熔断器100(在图5中示出)中采用这些形状和尺寸。然而，应该认识到，在这里描述和示出的熔断器连接件的几何形状仅只是为了说明的目的，并且绝不希望将本发明的实现限制为任何特别的箔形状或者可熔断的连接部分的构形。
图11是熔断器的第四实施例120的部件分解透视图。与上面描述的熔断器一样，熔断器120提供了一种有多层结构的低电阻熔断器，在图11中示出了这种结构。具体地说，在一个示例性的实施例中，基本上由五层构成熔断器120，这包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。
按照上面的实施例，熔断件20是按照已经知道的技术加到下中间绝缘层24上的电沉积的3-5微米厚的铜箔。将薄的熔断件层20做成大写字母I的形状，有在长方形的接触垫32，34之间伸展的一个变窄的可熔断的连接部分30，并且将它的尺寸做成当流过可熔断的连接部分30的电流小于大约7安培时打开。然而，可预想到，可以采用可熔断的连接部分的多种尺寸，并且可以由多种金属箔材料和合金代替铜箔形成薄的熔断件层20。
上中间绝缘层22覆盖着熔断件层20，并且包括一个圆形的可熔断的连接部分开口40，该开口穿过箔熔断件层20的可熔断的连接部分30伸展并且与该连接部分重叠。与上面描述的熔断器10，90和100相反，在熔断器120中的上中间绝缘层22不包括终端开口36，38(在图2-5中示出)，而是除了可熔断的连接部分开口40以外在任何位置都是实体的。
下中间绝缘层24在箔熔断件层20的下面，并且包括在箔熔断件层20下面的一个圆形的可熔断的连接部分开口42。这样，可熔断的连接部分30横截着在上和下中间绝缘层22，24中相应的熔断连接部分开口40，42伸展，从而当可熔断的连接部分30在箔熔断件20的接触垫32，34之间伸展时，可熔断的连接部分30不与中间绝缘层22，24中的任何一个表面接触。换句话说，当把熔断器10完全制作出时，借助于在相应的中间绝缘层22，24中的熔断连接件的开口40，42有效地将可熔断的连接部分30悬挂在一个空气囊中。
这样，熔断连接件的开口40，42防止热量传递到中间绝缘层22，24，在传统的熔断器中这种热量传递对熔断器的电阻升高有贡献。因此，熔断器120在比已知的熔断器低的电阻下工作，结果，比已知的可以比较的熔断器对电路的扰动要小。此外，并且，与已知的熔断器不同，可熔断的连接部分开口40，42所产生的空气囊禁止形成电弧踪迹，并且使得充分断开通过熔断器的电路变得容易。还有，空气囊使得当可熔断的连接部分工作时其中的气体可以排放出，并且可以减轻在熔断器内部不希望的气体堆积和压力。
如上面注意到的那样，在一个说明性的实施例中，上和下中间绝缘层中的每一层由一种介电薄膜制成，比如一种0.002英寸厚的聚亚酰胺薄膜，这种薄膜可以由市场上获得，并且由E.I.du Pont deNemours and Company of Wilmington，Delaware公司以
Figure B2005100061576D00171
商标销售。在替代的实施例中，可以采用其它适用的电绝缘材料，比如
Figure B2005100061576D00172
非粘结的聚亚酰胺层压材料，可以由Ube Industries公司在市场上获得的UPILEX(商标名)聚亚酰胺材料，Pyrolux，聚萘二甲乙烯(有时被称为PEN)，可以由Rogers Corporation公司在市场上获得的Zyvrex液晶聚合物材料，以及类似材料。
上外绝缘层26覆盖着上中间层22，并且包括在上外绝缘层26上伸展并且覆盖着上中间绝缘层22的可熔断的连接部分开口40的一个连续的表面50，从而将可熔断的连接部分30包起来，并且将它适当地绝缘。应该注意到，如在图11中所示，上中间层122不包括(在图2-5中示出的)终端开口46，48。
在一个另外的实施例中，上外绝缘层122和/或下外绝缘层124由透明的或者半透明的材料制成，这使得可以看到地显示出在可熔断的连接部分开口40，42内的被打开的熔断器变得容易。
下外绝缘层124位于下中间绝缘层24的下面，并且它是实体的，即，没有开口。因此，下外绝缘层124的连续的实体表面在下中间绝缘层28的可熔断的连接部分开口42下面将可熔断的连接部分30适当地绝缘。
在一个说明性的实施例中，上和下外绝缘层中的每一层由一种介电薄膜制成，比如一种0.005英寸厚的聚亚酰胺薄膜，这种薄膜可以由市场上获得，并且由E.I.du Pont de Nemours and Company ofWilmington，Delaware公司以
Figure B2005100061576D00173
商标销售。然而，应该认识到：在替代的实施例中，可以采用其它适用的电绝缘材料，Pyrolux，聚萘二甲乙烯，以及类似物。
与在图2-5中示出的熔断器的上面的实施例(这些实施例包括焊接隆起末端)不同，上外绝缘层122和下外绝缘层124中的每一层包括在它的每个横向侧面中形成的细长的末端狭缝126，128，并且这些狭缝在熔断连接件的接触垫32，34的上方和下面伸展。当把熔断器的层组装起来时，在它们的竖直方向上的一个表面上对狭缝126，128进行金属化，在熔断器120的每个横向端部形成一个接触末端，分别与上中间绝缘层和下中间绝缘层22，24的金属化的竖直方向上的横向表面130，132以及在上和下外绝缘层122，124的外表面上伸展的金属化窄条134，136一起。因此，可以将熔断器120表面安装到印刷线路板上，同时建立连接到熔断件接触垫32，34的电连接。
为了描述用来制作熔断器120的一种示例性制作过程的目的，按照下面的表称作熔断器120的层：
  处理层号   在图11的层   图11中的标号
  1   上外绝缘层   122
  2   上中间绝缘层   22
  3   箔熔断件层   20
  4   下中间绝缘层   24
  5   下外绝缘层   124
采用这些记号，图12是制作出(在图11中示出的)熔断器120的一种示例性方法150的流程图。按照已经知道的层压技术将箔熔断件层20(层3)层压到下中间层24(层4)上(步骤152)，形成一种金属化的结构。随后采用已经知道的技术把箔熔断件层20(层3)刻蚀成(步骤154)在下中间绝缘层24(层4)上一种要求的形状，这些技术包括但不限于使用三氯化铁溶液进行刻蚀的过程。在一个示例性实施例中，按照一种已经知道的刻蚀过程将箔熔断件层20(层3)做成将被成形为大写字母I的箔熔断件保持成如上面所描述的那样。在替代的实施例中，可以采用模具切割操作代替刻蚀操作形成可熔断的连接部分30和接触垫32，34。应该理解到，在本发明的另外的和/或替代的实施例中可以采用可熔断件的多种形状，这包括但不限于在图6-10中示出的那些形状。进一步可预想到，在另外的和/或替代的实施例中可以采用喷镀过程，电镀过程，屏幕印刷过程，以及类似过程将熔断件层金属化、并且形成该层，如本领域技术人员将会认识的那样。
在已经完成由下中间绝缘层24(层4)形成(步骤154)箔熔断件层(层3)之后，按照已经知道的层压技术将上中间绝缘层22(层2)层压(步骤156)到由步骤152预先层压好的箔熔断件层20(层3)和下中间绝缘层24(层4)上。从而形成了三层的层压体，将箔熔断件层20(层3)夹置在中间绝缘层22，24(层2和4)之间。
随后在上中间绝缘层22(层2)中形成(步骤158)可熔断的连接部分开口40(在图11中示出)，并且，在下中间绝缘层28中形成(步骤158)可熔断的连接部分开口42(在图11中示出)。在相应的中间绝缘层22，24(层2和4)的可熔断的连接部分开口40，42内暴露出可熔断的连接部分30(在图11中示出)。在示例性的实施例中，按照已知的刻蚀，冲孔，钻孔，模具切割操作形成开口40，形成可熔断的连接部分开口40，42。
在步骤158在中间绝缘层22，24(层2和4)中刻蚀出开口之后，由步骤156和158将外绝缘层122，124(层1和5)层压(步骤160)到三层组合体(层2，3和4)上。采用领域中已经知道的过程和技术将外绝缘层122，124(层1和5)层压(步骤160)到三层组合体上。
对于本发明的目的可能是特别有利的一种形式的层压体采用非流动的聚亚酰胺聚酯半固化片材料，比如可以由Arlon Materialsfor electronics of Bear，Delaware公司获得的那些材料。这些材料的膨胀特征比丙烯酸粘接剂的膨胀性能低，它们减小了通孔失败的可能性，并且比其它的层压粘接剂更好地承受热循环，不会出现层的剥离。然而应该认识到，对粘接剂的要求可能随着被制作的熔断器的特征改变，并且因此，对于一种类型的熔断器或者熔断额定值不适用的层压粘接剂对于另一种类型的熔断器或者熔断额定值可能是可以接受的。
与外绝缘层26，28(在图2中示出)不同，用一种铜箔在外绝缘层的与中间绝缘层相对的外表面上将外绝缘层122，124(在图11中示出)金属化。在一个说明性的实施例中，这可以用
Figure B2005100061576D00191
聚亚酰胺技术实现，这种技术包括不用粘接剂与铜箔层压在一起的聚亚酰胺薄片，这可能妥善处理熔断器的适当工作。在另一个示例性的实施例中，这可以用不用粘接剂与一种喷镀的金属薄膜层压在一起的Espanex聚亚酰胺薄片材料实现。可预想到，为了这一目的可以采用其它的导电材料和合金替代铜箔，并且，在替代的实施例中可以用其它的过程和技术代替
Figure B2005100061576D00201
材料对外绝缘层122，124进行金属化。
在对外绝缘层26，28(层1和5)进行层压(步骤160)形成五层的组合体之后，穿过在步骤160中形成的五层组合体形成(步骤164)与狭缝126，128对应的细长的通孔。在不同的实施例中，由激光加工，化学刻蚀，等离子体刻蚀，冲孔或者钻孔获得狭缝126，128，如在步骤164中形成它们那样。随后通过一种刻蚀过程在外绝缘层122，124的金属化的外表面上形成(步骤166)狭缝末端窄条134，136(在图11中示出)，并且，对熔断件层20进行刻蚀(步骤166)，在中间狭缝126，128内暴露出熔断件层接触垫32，34(在图11中示出)。在对多层的组合体进行刻蚀(步骤166)形成末端窄条134，136、并且对熔断件层20进行刻蚀暴露出熔断件层接触垫32，34之后，按照一种电镀过程将末端狭缝126，128金属化(步骤168)，完成在狭缝126，128中的金属化的接触末端。在示例性的实施例中，在已知的电镀过程中可以采用镍/金，镍/锡，镍/锡/铅，以及锡，完成在狭缝126，128中的末端。这样，可以制作出特别适合于将熔断器表面安装到印刷线路板上的熔断器120，但是在其它应用中可以采用其它的连接方案代替表面安装。
在一个替代的实施例中，可以采用包括圆柱形通孔的造成城堡形的接触末端代替上面的在狭缝126，128中对通孔进行金属化。
一旦完成了在狭缝126，128中的接触末端之后，随后用与熔断器120(在图11中示出)的操作特征有关的标记对下外绝缘层124(层5)做标记(步骤170)，这些操作特征比如电压或电流的额定值，熔断器分类条码等。可以按照已经知道的过程比如激光打标记，化学刻蚀，或者等离子体刻蚀实现做标记的步骤170。
尽管可以单个地按照至此描述的方法制作出熔断器120，但是，在一个说明性的实施例中，可以薄片集合地制作出熔断器120，随后将它们分开(步骤172)成为单个的熔断器120。当在批量过程中生产时，可以同时用刻蚀和模具切割过程的严格控制形成多种形状和尺寸的可熔断的连接部分30(在图11中示出)。此外，在一种连续制作过程中可以采用滚轮对滚轮的层压过程，用最少的时间生产出大量的熔断器。可以采用另外附加的熔断件层和/或附加的绝缘层，提供有较高的熔断额定值和物理尺寸的熔断器。
一旦完成制作之后，当把接触末端连接到有源电路的线和载荷电连接件上时，通过可熔断的连接部分30(在图11中示出)可以建立电连接。
应该认识到，可以如上面在图4和5中描述的那样通过消除在中间绝缘层22，24中的可熔断的连接部分开口40，42中的一个或者两个进一步地改进熔断器120。因此对于熔断器120的不同应用和不同的工作温度可以改变熔断器120的电阻。
在一个另外的实施例中，可以用一种半透明材料制作外绝缘层122，124中的一个或两个，通过外绝缘层122，124提供局部的熔断状态的显示。这样，当可熔断的连接部分30工作时，可以很容易地为了更换识别熔断器120，当在一个电系统中采用大量熔断器时，这可能是特别有利的。
因此，按照上面描述的方法，可以采用廉价的已经知道的技术和过程在批量生产的过程中使用低成本的可以广泛获取的材料高效率地制成熔断器。光化学刻蚀过程使得即使对非常小的熔断器可以相当严格地形成薄熔断件层20的可熔断的连接部分30和接触垫32，34，有均匀的厚度和导电率，将熔断器10的最后性能的变化减到最小。进而，使用薄的金属箔材料形成熔断件层20使得构造出与已知的可以比较的熔断器相比有非常低电阻的熔断器成为可能。
图13和14是按照本发明的一个示例性方面形成的熔断器的第五实施例200的透视图和部件分解图。与上面描述过的熔断器一样，熔断器200提供了有分层结构的一种低电阻的熔断器。熔断器200的结构基本上与熔断器120(在图11中示出)类似，区别如下面将提到的那样，并且，熔断器120的相同标号在图13和14中用相同的附图标记表示。
在一个示例性的实施例中，熔断器200包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。如上面关于图11和12描述过的那样制作出和组装熔断件层20，以及层22，24，122和124。
与上面的实施例不同，在那些实施例中熔断件层20或者是悬在可熔断的连接部分开口40和42附近，或者与上或下中间绝缘层22和24直接接触，在这里将熔断件层20支承在一层聚合物薄膜202上。聚合物薄膜202用来支承熔断件20，并且提供一个表面，在该表面上形成熔断件层20。在工作过程中，熔断件层20的可熔断的金属连接部分30熔化、并且切断通过该熔断器200的电路，而不会将聚合物薄膜202炭化、或者在薄膜202的表面上形成电弧踪迹。
在熔断件层20中的可熔断的连接部分的某些几何形状和长度使得聚合物薄膜202是特别希望的。例如，当采用在熔断件层20中的一种蛇形的或者带缺口的连接部分时，聚合物薄膜202支承着可熔断的连接部分，使得在切断电路之前熔断件层20不与位于可熔断的连接部分上方和下面的可熔断的连接部分开口40和42的表面接触。对于较高电压的熔断件和/或时间延迟熔断件，这些熔断件有长度加长了的熔断件，并且当采用多个形状和/或几何构形的可熔断的连接部分时，相信聚合物薄膜202在获得可以接受的熔断器工作方面起显著的作用。在熔断件长的时间延迟熔断器的设计中，在过载荷条件期间熔断件层20按照用来形成该熔断件层20的金属相关的热膨胀系数膨胀。熔断件层20的加热一直持续到至少一部分的熔断件层20熔化成液态为止。在熔断件层20的加热期间通过聚合物薄膜202的热耗散可能造成熔断器200的时间/电流特性的明显的也是希望的变化。
聚合物薄膜202在熔断器200中还提供了附加的结构上的好处。例如，通过在制作过程中支承着熔断件层20，聚合物薄膜202对可熔断的连接部分提供结构强度，从而使可熔断的连接部分变得刚硬，避免在后续的高温高压下进行层压的过程中潜在的断裂。此外，聚合物薄膜202增加熔断件层的强度，当处理和安装熔断器时避免可熔断的连接部分可能的断裂。再有，聚合物薄膜202减小了可熔断的连接部分由于使用中电流循环期间的热应力可能造成的断裂，这种电流循环造成熔断件层的热膨胀和收缩。因此由于聚合物薄膜202的结构强度减少了可熔断的连接部分由于电流循环造成的疲劳断裂。
这样，通过对于熔断件层20包括聚合物薄膜202或者其它的支承结构，熔断器200改进了机械冲击，热冲击，冲击电阻，震动容忍能力，以及或许与例如熔断器120(在图11中示出)相关的甚至高级性能，在熔断器120中可熔断的连接部分30悬在空气中。
尽管应该承认，聚合物薄膜202对于如上面说明的那样在某些类型的熔断器或者在某些熔断器的应用中是希望有的，但是在快速起作用的熔断器和有相对较短的可熔断的连接部分的熔断器中，可熔断的连接部分可能有足够的结构整体性和可接受的性能，使得聚合物薄膜202是可选的。在可熔断的连接部分短和快速起作用的熔断器中，聚合物薄膜202的设置不可能对熔断器200的时间/电流特性有明显的影响。
在一个示例性的实施例中，聚合物薄膜202是一种厚度为大约.0005英寸或者更薄的薄膜，但是，应该认识到：在替代的实施例中可以采用厚度更大的薄膜。薄的聚合物薄膜在熔断器工作的过程中在理想的情况下会熔化，气化，或者以其它方式分开。对于聚合物薄膜202的示例性材料包括但不限于液晶聚合物(LCP)材料，以及聚亚酰胺薄膜材料、比如上面描述过的那些材料。也可以按照一种已经知道的过程或技术采用一种液晶材料对于熔断件层20形成一个支承薄膜202，这种过程或技术包括但不限于旋转涂布操作或者与医用刀片一起的应用。可以将聚合物薄膜202如所希望的那样、或者如构成有特定的熔断特性的熔断器所必须的那样做成多种形状。
可以按照带有适当的改变的在图12中示出的方法150制作出熔断器200，在聚合物薄膜202上形成熔断件层20，或者用聚合物薄膜202以其它方式支承着熔断件层20。
图15是按照本发明的一个示例性方面形成的熔断器的第六实施例210的部件分解图。与上面描述过的熔断器一样，熔断器210提供了有分层结构的一种低电阻的熔断器。熔断器210的结构基本上与熔断器120(在图11中示出)类似，区别如下面将提到的那样，并且，熔断器120的相同标号在图15中用相同的附图标记表示。
在一个示例性的实施例中，熔断器210包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。如上面关于图11和12描述过的那样制作出和组装熔断件层20，以及层22，24，122和124。
与上面的实施例不同，在上或下中间绝缘层22和24的可熔断的连接部分开口40和42内设置了一种熄灭电弧的介质212。因此使得当熔断件层20打开时电弧能量的耗散变得容易，当升高熔断器的电压额定值时这是有利的。如果电弧能量使熔断器断裂、并且逸散到周围环境，可能会危及到与该熔断器有关的敏感的电设备和电子部件，并且可能产生对附近的人员和个人有害的条件。当电弧出现时，周围的熄灭电弧的介质212被加热，并且发生一种相变，由于熵的原因熄灭电弧的介质将吸收电弧的能量。因此将电弧能量有效地包含在熔断器210内部一个位置的可熔断的连接部分开口40和42的界限内。因此避免了对电设备和部件的损坏，并且保证了一个安全的工作环境。
以示例的方式，可以采用已经知道有抑制电弧特征的陶瓷，硅树脂，以及陶瓷/硅树脂复合材料用做熄灭电弧的介质212。如本领域技术人员可以认识到的那样，可以按照已经知道的过程和技术使用粉末，浆或者粘接剂形式的陶瓷产品，并且将它们施加到熔断连接部分开口40和42上。更具体地说，可以使用硅树脂比如RTV，以及改进的烷氧基硅树脂用做熄灭电弧的介质212。同样可以使用陶瓷材料比如铝矾土(Al2O3)，硅石(SiO2)，氧化镁(MgO)，三水合铝矾土(Al2O3*3H2O)和/或在Al2O3*MgO*SiO2三元(terinary)体系中的任何复合物用做熄灭电弧的介质212。MgO*ZrO2复合物和尖晶石(spinels)比如Al2O3*MgO，以及由相变热高的其它熄灭电弧的介质比如硝酸钠(NaNO2，NaNO3)也适宜于用做熄灭电弧的介质212。
如在图15中所示的那样，邻近熔断件层20可以设置一层或多层附加的绝缘材料层214，并且在其中可以设置可熔断的连接部分开口216。绝缘层214可以由与上面描述的上和下绝缘层22和24相同或类似的材料制作。熄灭电弧的介质212将绝缘层214中的开口216充满。因此，提供了附加的绝缘能力和熄灭电弧的能力，实现对于较高电压的熔断器所希望的熔断特性。
应理解，可以如所希望的那样与熔断器210结合起来使用聚合物薄膜202(在图14中示出)。也可理解，可以按照在图12中示出的方法150并且有适当的改进将熄灭电弧的介质212和一个或多个附加的绝缘层214结合进来制作出熔断器210。
图16是按照本发明的一个示例性方面形成的熔断器的第七实施例220的部件分解图。与上面描述过的熔断器一样，熔断器220提供了有分层结构的一种低电阻的熔断器。因为熔断器220包括与熔断器120(在图11中示出)共同的部件，所以，熔断器120的相同标号在图16中用相同的附图标记表示。
在一个示例性的实施例中，熔断器220包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。如上面关于图11和12描述过的那样制作出和组装熔断件层20，以及层22，24，122和124。
与上面的没有粘接剂的实施例不同，熔断器220包括粘接件222(在图16中以虚线表示)把熔断件层20固定到上和下中间绝缘层22和24上，也把上和下中间绝缘层22，24固定在外绝缘层122，124上。与传统的粘接剂不同，当熔断件层20打开、并且断开通过该熔断器220的电路时，在一个说明性的实施例中的粘接件222不会炭化或者形成电弧踪迹。此外，粘接件222使得在制作熔断器220的过程中可以有较低的层压温度和压力，而上面描述的无粘接剂的实施例则要求相对较高的层压温度和压力。在制作熔断器220的过程中降低层压的温度和压力有许多好处，这包括但不限于在生产熔断器220的过程中降低能耗以及简化制作步骤，这些好处中的每一个好处会降低熔断器220的生产成本。
在不同的实施例中，粘接件222可以例如是聚亚酰胺液体粘接剂，聚亚酰胺粘接薄膜或者硅树脂粘接剂。更具体地说，可以使用比如Espanex SPI和Espanex SPC粘接薄膜的材料。替代地，可以将液体聚合物进行屏幕印刷、或者进行模铸随后固化，形成一个粘接件222。
当采用粘接薄膜用做粘接件222时，可以预先将粘接薄膜穿孔，形成在上和下中间绝缘层22和24中的可熔断的连接部分开口40和42。一旦形成了开口40和42之后，将粘接件222层压到相应的中间绝缘层22和24上，并且层压到外层122和124上。在层压过程中可以采用形式为盖在上面的薄膜和墨水的聚亚酰胺母体(precursors)，一旦固化之后，可以实现聚亚酰胺所有的电，机械和尺寸性能，同时获得聚亚酰胺的好处，如上面详细描述过的那样。
在一个另外的实施例中，粘接件222可以将金属箔熔断件层20密封起来。例如当使用熔化温度低的熔断合金或者金属时，或者当使用Metcalf类型的合金系统时，可以使用一种固化温度低的密封剂。
尽管在图16中示出了四个粘接件222，应该认识到，在替代的实施例中可以使用较多的或者较少的粘接件222，同时获得熔断器220的好处中的至少某些好处，而不偏离本发明的范围。
应理解，可以如所希望的那样与熔断器220结合起来采用聚合物薄膜202(在图14中示出)。也应理解，可以按照在图12中所示的方法150加上适当的改进包括粘接件222制作出熔断器220。此外，应理解，在熔断器220中可以如所希望的那样采用熄灭电弧的介质212(在图15中示出)和一层或多层附加的绝缘层214(也在图15中示出)。
图17是按照本发明的一个示例性方面形成的熔断器的第八实施例230的部件分解图。与上面描述过的熔断器一样，熔断器230提供了有分层结构的一种低电阻的熔断器。因为熔断器230包括与上面的实施例共同的部件，所以，熔断器230的相同标号在图17中用相同的附图标记表示。
在一个示例性的实施例中，熔断器230包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。如上面关于图11和12描述过的那样制作出和组装熔断件层20，以及层22，24，122和124。
与上面的实施例不同，熔断器230包括一个散热器232和一个附加的绝缘层214(也在图15中示出)。将散热器232设置在紧靠近熔断件层20的可熔断的连接部分30，该散热器232对于某些熔断器的应用改进时间延迟特性。因为局域化的加热典型地出现在熔断件层20的中心(即，在图17中示出的可熔断的连接部分30的位置)，当电流流过时，散热器232引导热量离开熔断件层20。结果，为了把熔断件层20加热到它的熔点使它打开、或者为了使熔断器230在一种特别的电流过载条件下工作，需要一个增长了的时间间隔。
在一个示例性的实施例中，散热器(或热库)232是设置在紧靠近熔断件的一个陶瓷件或金属件，或者在熔断件层20的上方、或者在它的下面，但是应该认识到：在其它实施例中可以采用其它的散热器材料和散热器232的其它位置。在一个实施例中，并且如在图17中所示出的那样，将散热器232设置在离开工作过程中熔断件层20的最热部分的位置。这就是说，在图17中的说明性实施例中将散热器232设置在离开熔断件层20的中心或者可熔断的连接部分30的位置，或者与该中心或连接部分离开一定间隔。通过使散热器232与可熔断的连接部分30离开一定间隔，散热器232不会干扰通过熔断件层20的电路的打开和切断。
应理解，可以如所希望的那样与熔断器230结合起来采用聚合物薄膜202(在图14中示出)。此外，应理解，在熔断器230中可以如所希望的那样采用熄灭电弧的介质212(在图15中示出)和一层或多层附加的绝缘层214(也在图15中示出)。在熔断器230中可以同样地采用粘接件222(在图16中示出)。也应理解，可以按照在图12中所示的方法150加上适当的改进包括上面提到的特点制作出熔断器230。
图18是一个熔断件层20的一个示例性实施例的顶视平面图，这个熔断件层可以与上述熔断器实施例中的任何一个实施例一起使用。如在图18中所示，熔断件20包括加热件240。特别是当使用熔化温度低的材料形成熔断件层20时，增加加热件240可以使有快速作用和能承受大波动特性的熔断器变得容易。典型地，有非常快起作用特性的熔断器不能承受例如在一些应用中比如在LCD平板显示装置中会出现的起动电流。加热件240使得熔断件层20可以承受这样的起动电流，而不会使熔断器打开。
在一个示例性实施例中，可以使用加热合金比如镍，Balco，铂，Kanthal，或者镍铬合金用做加热件240，并且，按照已经知道的过程和技术将它们加到熔断件层20上。在材料性质比如体电阻率(bulkresistivity)，电阻的温度系数(TCR)，稳定性，直线性，以及成本的基础上可以选择这些和其它替代的材料和金属用于加热件240。
尽管在图18中以大写字母I的形状的一层特别的熔断件层20上示出了两个加热件240，但是应该认识到：可以以多种几何形状形成熔断件层，这包括但不限于在图6-10中示出的形状，而不偏离本发明的范围，并且，可以采用较多或者较少的加热件240适应不同的熔断件形状，或者对于特别的性能参数获得可以应用的性能要求。
图19在一个绝缘层252上形成的一层熔断件层250的一部分的示例性实施例的顶视平面图。如关于上面的熔断件层20所描述的那样，将熔断件层250做成一种蛇形的形状，使人回忆起图10中所示的形状。如关于上面的下中间绝缘层24所描述的那样形成绝缘层252。该熔断件层可以在上述的熔断器实施例中的任何一个实施例中使用，并且可以与上面在图14-18中描述的任何选定的特点(即，聚合物薄膜202，熄灭电弧的介质212，粘接件222，散热器232，或者加热器240)结合起来使用。
一个可熔断的连接部分254横截着在绝缘层252中形成可熔断的连接部分开口256伸展，并且该可熔断的连接部分与蛇形熔断件层250的其余部分相比有较窄的宽度。蛇形的熔断件层250和可熔断的连接部分254在绝缘层252上建立了一条相对较长的导电路径，并且很好地适用于时间延迟熔断器。
如本领域技术人员可以认识到的那样，通过计算熔断件层250的最大的吸收能量的能力(Q)可以确定熔断件层250在时间上的熔化点。更具体地说，按照下面的关系式计算最大的吸收能量的能力：
Q＝∫i2Rdt＝CpΔTδv＝CpΔTδAl    (5)
其中v为所形成的熔断件形状的材料的体积，i为流过该熔断件的瞬时电流值，t为流过熔断件的电流的时间值，ΔT为用来形成熔断件层的材料的熔化温度与在时间t材料的周围温度之间的差，Cp为熔断件层材料的比热，δ为熔断件层材料的密度，A为熔断件的截面积，而L为熔断件的长度。
用于熔断件层的材料的截面积，长度和类型将按照下面的关系式影响它的电阻(R)：
R＝ρl/A        (6)
其中ρ为熔断件层的材料电阻率，l为熔断件的长度，而A为熔断件的截面积。
考虑公式(5)和(6)，在对于熔断器预先确定的一个电阻值或者低于该电阻值可以用对于要提供的具体熔断特性适当的截面积和长度设计出熔断件层。因此可以构造出低电阻的熔断器满足或者超过具体的目标。
例如，与由一种低蒸发温度的合金制作的熔断件层250串联的一个或多个加热件240(在图18中示出)与在位于该熔断件层250上方和下面的绝缘层中的可熔断的连接部分开口256结合起来，用这样的结构对于熔断器的工作产生出最佳的绝热条件。
理想的熔断条件是绝热条件，在这种条件下在电流过载条件下没有任何热量的获得和损失。在绝热条件下，将电路切断，而没有与周围的件的热交换。实际上，绝热条件仅只在非常快速切断电路的情况下出现，在那种情况下热量或者由熔断器的末端耗散、或者由熔断器的层耗散的时间很短或者完全没有时间。然而，通过对围绕可熔断的连接部分的一个绝热包层建模可以实现相应的近似绝热条件，从而将可熔断的连接部分包在一个热力学系统中，在该系统中没有热量的任何获得和损失。
至少部分地通过用一种热导率低的材料围绕着可熔断的连接部分可以获得绝热模型的包层。例如，通过在熔断件层的任何一个侧面的上和下绝缘层中的可熔断的连接部分开口围绕着熔断件的空气囊将隔绝可熔断的连接部分，并且防止热量通过熔断器的层耗散。此外，以最小的长宽比或者件的宽度除以件的厚度的比值构造出熔断件的形状减小熔断件层传热到例如上和下中间绝缘层的表面积。再有，与熔断件串联地设置一个加热件比如上面描述过的加热件240防止热量由熔断件传递到熔断器的层和传递到熔断器的末端。
通过如上面描述的那样对一个绝热的包层建模，在出现过电流的条件下将不吸收焦耳热，并且熔断件可以快速地熔化。即使如果在熔断件已经熔化之后产生电弧，将可以把可能产生电弧的金属蒸气限制在包层中。
对于上面描述的熔断器的实施例，通过如上面描述的那样与熔断件的最大吸收能量的能力结合起来考虑熔断器阵列的热扩散率，可以预计该熔断器的电特性。在热传导方程中热扩散率是常数
&delta;T ( r , t ) &delta;t = K &Delta; 2 ( r , t ) - - - ( 7 )
此式描述热量通过一种介质传导的速率，并且通过关系式与导热率k，比热Cp和密度ρ联系起来：
K＝Imfpv＝k/ρCp    (8)
图20是按照本发明的一个示例性方面做成的一个熔断器产品260的部件分解图。与上面描述过的熔断器一样，熔断器260提供了有分层结构的一种低电阻的熔断器。因为熔断器260包括与上面的实施例共同的部件，所以，相同的附图标记在图17中用相同的附图标记表示。
在一个示例性的实施例中，熔断器260包括夹在上和下中间绝缘层22，24之间的箔熔断件层20，这些中间绝缘层进而夹在上和下外绝缘层122，124之间。如上面关于图11和12描述过的那样制作出和组装熔断件层20，以及层22，24，122和124。如上面关于图15描述过的那样也设置了一个附加的绝缘层214。
与上面的实施例不同，设置了一个掩模262，使形成层中的一层或多层变得容易。该掩模262形成与在层中之一的可熔断的连接部分开口相对应的一个开口264，并且形成圆滑的末端凹槽266，用来对相应的层进行成形。采用掩模262使得在制作过程中形成熔断器的可熔断的连接部分开口和各自层的末端变得容易。在一个示例性实施例中，掩模262是与等离子体刻蚀过程一起使用的铜箔掩模，但是预期可以如希望的那样采用其它的材料和其它的技术形成熔断器的开口和层的末端，并且对开口和末端进行成形。
在一个示例性实施例中，在把熔断器的层层压在一起之前将掩模262在实体上由结构移开。在另一个实施例中，可以将掩模结合到在最后的产品中的一层中。
尽管已经通过多种具体的实施例描述了本发明，本领域技术人员将会认识到：可以在权利要求书的精神和范围内通过改进实现本发明。

Claims (17)

1.一种低电阻的熔断器，它包括：
一层聚合物薄膜；
在所述聚合物薄膜上形成的熔断件层；以及
第一和第二中间绝缘层，所述聚合物薄膜和所述熔断件层夹在第一和第二中间绝缘层之间且连接到其上，所述第一和第二中间绝缘层中的至少一层包括从中穿过的开口，所述聚合物薄膜在所述开口中支承着所述熔断件层，所述第一中间绝缘层包括在它的横向末端中形成的一个第一狭缝，以及所述第二中间绝缘层包括在它的横向末端中形成与第一狭缝相应的一个第二狭缝，其中当把熔断器的层组装起来时，在它们的一个垂直外表面上对狭缝进行金属化。
2.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述聚合物薄膜是聚亚酰胺薄膜。
3.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述聚合物薄膜包括一种液晶聚合物。
4.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述低电阻的熔断器的厚度大约为0.0005英寸或者更薄。
5.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，其还包括在所述开口中的一种熄灭电弧的介质，所述熄灭电弧的介质围绕着在所述开口内的一部分所述熔断件层。
6.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述熔断件层是薄的箔。
7.按照权利要求6所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述熔断件层的厚度在大约1微米与大约20微米之间。
8.按照权利要求6所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述熔断件层的厚度在大约3微米与大约9微米之间。
9.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述熔断件层包括第一和第二接触垫和在它们之间伸展的至少一个可熔断的连接部分。
10.按照权利要求9所述的低电阻的熔断器，其特征在于，其还包括串联地连接到所述可熔断的连接部分上的至少一个加热件。
11.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，其还包括位于邻近所述熔断件层的散热器。
12.按照权利要求1所述的低电阻的熔断器，其特征在于，其还包括层压到相应的所述第一和第二中间绝缘层上的第一和第二外绝缘层。
13.按照权利要求12所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述第一和第二外绝缘层中的至少一层和所述第一和第二中间绝缘层中的至少一层包括一种液晶聚合物。
14.按照权利要求12所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述第一和第二外绝缘层中的至少一层和所述第一和第二中间绝缘层中的至少一层包括一种聚亚酰胺材料。
15.一种低电阻的熔断器，它包括：
薄箔的熔断件层；
在所述熔断件层的相对的侧面上伸展并且连接到这些侧面上的第一和第二中间绝缘层，在所述第一中间绝缘层上形成所述熔断件层，并且将所述第二中间绝缘层层压到所述熔断件层上，其中，所述第一和第二中间绝缘层中至少一层包括从中穿过的开口；以及
连接到所述第一和第二中间绝缘层之一上的散热器，
所述第一中间绝缘层包括在它的横向末端中形成的一个第一狭缝，以及所述第二中间绝缘层包括在它的横向末端中形成与第一狭缝相应的一个第二狭缝，其中当把熔断器的层组装起来时，在它们的一个垂直外表面上对狭缝进行金属化。
16.按照权利要求15所述的低电阻的熔断器，其特征在于，所述薄箔熔断件层的厚度在大约1微米与大约20微米之间。
17.按照权利要求15所述的低电阻的熔断器，其特征在于，其还包括位于在所述开口内并且在所述开口内围绕着所述熔断件层的一种熄灭电弧的介质。
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