CN209929256U - 具有高导热基板的大电流熔断器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有高导热基板的大电流熔断器，包括：导热层；设于所述导热层表面的金属层，所述金属层通过直接键合工艺与所述导热层连接在一起，所述金属层经蚀刻而形成位于两端侧的连接区域和位于内部且连接两个连接区域的导通区域，所述金属层的厚度在0.1mm至0.3mm之间；设于所述导通区域处并与所述导通区域连接的锡金属层；以及覆设于所述导通区域上并覆盖所述锡金属层的电介质覆盖层。本实用新型将金属层的厚度设计到厘米级，使得熔断器可满足大电流的使用要求，配合导热层的设置，金属层处产生的热量会通过导热层向外散发，避免了温度过高而对连接处产生影响，确保了熔断器可适用于大电流的电路保护。

Description

具有高导热基板的大电流熔断器

技术领域

本实用新型涉及熔断器技术领域，特指一种具有高导热基板的大电流熔断器。

背景技术

熔断器，又叫保险丝，是一种过流保护器件，利用过电流时产生的热量，将导电部分熔断从而切断电流，保护电器安全。

现有的熔断器有瓷片片状模塑料保险丝、基于印刷电路板的薄膜贴片熔断器、基于印刷电路板的保险丝以及陶瓷体贴片式熔断器。内部采用熔丝作为导电线路，在电流超过设定值时导电线路熔断起到了切断电流的作用。但是由于熔丝的厚度一般设计为微米级，其电流设定值较小，无法满足大电流的使用要求。且将熔丝的厚度设计较大时，整个熔断器又会过热，进而导致熔断器和线路板间的焊锡连接易脱落，同样无法满足大电流的使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有高导热基板的大电流熔断器，解决现有的熔断器存在的因熔丝厚度小和熔断器过热而无法满足大电流的使用要求的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本实用新型提供了一种具有高导热基板的大电流熔断器，包括：

导热层；

设于所述导热层表面的金属层，所述金属层通过直接键合工艺与所述导热层连接在一起，所述金属层经蚀刻而形成位于两端侧的连接区域和位于内部且连接两个连接区域的导通区域，所述金属层的厚度在0.1mm至0.3mm之间；

设于所述导通区域处并与所述导通区域连接的锡金属层；以及

覆设于所述导通区域上并覆盖所述锡金属层的电介质覆盖层。

本实用新型的熔断器具有高导热性能的导热层，在将金属层的厚度设计到厘米级后，使得熔断器可满足大电流的使用要求，配合导热层的设置，金属层处产生的热量会通过导热层向外散发，而不会将过多的热量传递给金属层与线路板间的连接处，避免了温度过高而对连接处产生影响，确保了熔断器可适用于大电流的电路保护。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括包覆所述连接区域的第一导电层，所述第一导电层的厚度与所述电介质覆盖层的厚度相同。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括包覆所述连接区域的第二导电层，所述第二导电层延伸包覆所述导热层的端面并弯折包覆所述导热层的另一表面的部分；

还包括覆设于所述第二导电层外侧的第一导电层，所述第一导电层和所述第二导电层的材料不同。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括线路板和敷设于所述线路板表面的导线；

所述金属层的连接区域置于对应的导线上并与对应的导线电连接；

所述线路板上对应所述导通区域开设有散热口。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括设于所述导热层另一表面的金属结合层和覆设于所述金属结合层端面、所述导热层端面以及所述金属层端面的第一导电层；

所述金属结合层经蚀刻而形成位于两端侧的固定区域，所述第一导电层电连接所述固定区域与对应的所述连接区域。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括线路板和敷设于所述线路板表面的导线；

所述固定区域和所述第一导电层置于对应的导线上并与对应的导线电连接；

所述线路板上对应两个固定区域之间的部分开设有散热口。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，所述导热层对应所述导通区域开设有贯通孔；

所述锡金属层置于所述贯通孔内，所述电介质覆盖层也置于所述贯通孔内并填满所述贯通孔。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，还包括与所述金属层的另一表面通过直接键合工艺连接在一起的另一导热层，所述另一导热层与所述导热层相对设置；

所述另一导热层对应所述导通区域开设有连通孔；

所述导通区域上对应所述连通孔的表面连接有另一锡金属层，所述另一锡金属层置于所述连通孔内；

所述连通孔内嵌填有保护层，所述保护层覆盖所述另一锡金属层。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，所述金属层为铜层。

本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的进一步改进在于，所述导热层为陶瓷层或环氧树脂层。

附图说明

图1为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例的剖视图。

图2为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例中导热层与金属层连接的剖视图。

图3为图2所示的结构的仰视图。

图4至图6为金属层与导热层采用直接键合工艺连接的分解步骤的示意图。

图7为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例中时刻金属层的俯视图。

图8为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例中设置锡金属层后的剖视图。

图9为图8所示结构的俯视图。

图10为图1所示结构的俯视图。

图11为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例安装在线路板上的剖视图。

图12为在图11所示结构上的线路板上开设散热口的结构示意图。

图13为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第二实施例的剖视图。

图14为图13所示的结构安装在线路板上的剖视图。

图15为图14所示的结构上的线路板上开设散热口的结构示意图。

图16为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第三实施例中设置第二导电层的剖视图。

图17为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第三实施例的剖视图。

图18为图17所示的结构安装在线路板上的剖视图。

图19为图18所示的结构上的线路板上开设散热口的结构示意图。

图20为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第四实施例中导热层与两个金属层连接的剖视图。

图21为导热层与两个金属层采用直接键合工艺连接的剖视图。

图22为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第四实施例的剖视图。

图23为图22所示的结构安装在线路板上的剖视图。

图24为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第五实施例中金属层的剖视图。

图25为图24的仰视图。

图26为图24所示的金属层上下均经氧化工艺形成金属氧化层的剖视图。

图27为图26所示结构经冲压后的结构示意图。

图28为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第五实施例中导热层的俯视图。

图29为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第五实施例中两个导热层与金属层连接的剖视图。

图30和图31金属层与两个导热层采用直接键合工艺连接的分解步骤的示意图。

图32为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第五实施例中设置两个锡金属层的结构示意图。

图33为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第五实施例的剖视图。

图34为本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第六实施例的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参阅图1，本实用新型提供了一种具有高导热基板的大电流熔断器，用于解决现有熔断器所承载的电流小，还用于解决现有熔断器在通过增加熔丝的厚度而提高其承载电流时，由于温度过高而容易导致熔断器与线路板间的锡焊连接融化而失效，仍不能满足大流量的需要。本实用新型的熔断器利用导热层与金属层相结合，通过导热层将金属层处通入大电流产生的热量散发掉，减小热量对金属层与线路板间连接处的影响，使得熔断器与线路板间的连接牢固可靠，对电路实现有效的保护。本实用新型的熔断器具有高电流、高电压、耐高温的特点。下面结合附图对本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器说明。

参阅图1，显示了本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器的第一实施例的剖视图。下面结合图1，对本实用新型具有高导热基板的大电流熔断器进行说明。

如图1所示，本实用新型的具有高导热基板的大电流熔断器包括导热层20、金属层30、锡金属层40以及电介质覆盖层50；导热层20具有上表面、下表面以及四个端面，结合图2和图3所示，金属层30设于导热层20的上表面或下表面，该金属层30通过直接键合工艺与导热层20的上表面或下表面连接在一起。结合图7所示，该金属层30与导热层20连接后，其经蚀刻而形成位于两端侧的连接区域31和位于内部且连接两个连接区域31的导通区域32，蚀刻时将金属层30上位于另外两端侧处的部分结构蚀刻掉，从而该金属层30的截面呈H型，两端侧的连接区域31作为表面端电极，用于与线路板上的电路连接，导通区域32处用于设置熔点较低的结构，而形成在达到设定电流值时就熔断该导通区域32，从而切断电路的连通。金属层30的厚度在0.1mm至0.3mm，使得其可承载的电流达40A至150A。结合图8和图9所示，锡金属层40设于导通区域32处并与导通区域32连接，该锡金属层的熔点较低，能够保证在电流过大时熔断导通区域32，从而将两个表面端电极断开，较佳地，锡金属层40的宽度与导通区域32的宽度相同。结合图10所示，介电质覆盖层50覆设于导通区域32上并覆盖锡金属层40，该介电质覆盖层50起到了保护作用。

较佳地，如图4至图6所示，金属层30与导热层20通过直接键合工艺连接在一起的过程为：在金属层30的一个表面覆盖一层保护膜12，而后将金属层30的另一表面进行化学氧化，使其另一表面形成金属氧化层301，而后移除保护膜12。将金属层30的金属氧化层301与导热层20相对帖，通过烧结工艺可连接金属氧化层301与导热层20。从而就实现了将金属层30与导热层20连接在一起。上述过程为单面键合工艺，即经金属层30的一个表面与对应的导热层20连接。

又佳地，金属层30为铜层，导热层20为陶瓷层或环氧树脂层，介电质覆盖层50为玻璃料。

进一步地，锡金属层40可通过喷墨印刷工艺设于导通区域32上，还可通过丝网印刷焊膏而连接在导通区域32上。电介质覆盖层50采用丝网印刷的方式覆设在金属层30的导通区域32上。

在第一实施例中，请参阅图1所示，金属层30的上表面与导热层20连接，金属层30的下表面连接锡金属层40和电介质覆盖层20，且金属层30的下表面的两端侧的连接区域31作为表面端电极而外露。

在一种具体实施方式中，如图1、图10和图11所示，熔断器与线路板10的连接，通过金属层30上露在外面的连接区域31与线路板10上对应的导线101连接。线路板10上敷设有导线101，将金属粗30上的连接区域31与对应的导线101电连接，较佳地通过钎焊接头11将连接区域31与导线101电连接。结合图9所示，两个导线101通过两个连接区域31和导通区域32连成通路，在导通区域32处的电流过大时，锡金属层40熔断导通区域32，从而使得两个导线101的连通断开，保护了电路。在本实施方式中中，导热层20位于金属层30的上表面，金属层30与线路板10通过钎焊接头11连接，且金属层30的下表面设有介电质覆盖层50，当金属层30通入的电流较大时，金属层30的温度会升高，而导热层20会带走金属层30大部分的热量，且该导热层20具有高电热非导电的特性，能够对金属层30起到降温的作用，避免了高温对钎焊接头11的影响。

在一种具体实施方式中，如图12所示，为提高散热性能，在线路板10上对应金属层30的底部开设有散热口102，结合图9所示，该散热口102的尺寸与导通区域32的尺寸相一致，利用散热口102对金属层30中的导通区域32处进行散热。

在第二实施例中，如图13和图9所示，该第二实施例是在第一实施例的基础上设置了一层导电层。具体地，熔断器还包括包覆连接区域31的第一导电层60，该第一导电层60的厚度与电介质覆盖层50的厚度相同。金属层30的连接区域31中的下表面和三个端面处于外露状态，第一导电层60设于连接区域31的下表面和三个端面，从而将连接区域31包覆起来。通过设置第一导电层60，方便熔断器与线路板的连接，且第一导电层60还能起到进一步的导热散热的作用。

较佳地，第一导电层60为镍/锡电镀层。

在一种具体实施方式中，如图14所示，将第二实施例安装在线路板10上时，将第一导电层60置于线路板10上的导线101上，并将第一导电层60与对应的导线101通过钎焊接头11实现电连接。进而两个导线101之间通过第一导电层60、连接区域31以及导通区域32实现导通，第一导电层60的设置使得熔断器更好焊接在线路板上，提高了操作的便利性。

在一种具体实施方式中，如图15所示，为提高散热性能，在线路板10上对应金属层30的底部开设有散热口102，结合图9所示，该散热口102的尺寸与导通区域32的尺寸相一致，利用散热口102对金属层30中的导通区域32处进行散热。

在第三实施例中，如图9、图16和图17所示，该第三实施例是在第一实施例的基础上设置了两层导电层。具体地，熔断器还包括包覆连接区域31的第二导电层70，该第二导电层70延伸包覆导热层20的端面并弯折包覆导热层20的另一表面的部分，该第二导电层70覆设在连接区域31的下表面、端面并向上延伸覆设在导热层20的端面而后向导热层20的上表面弯折，并覆盖了导热层20的上表面的一部分，导热层20的上表面仍留有部分外露面。熔断器还包括覆设第二导电层70外侧的第一导电层60，该第一导电层60与第二导电层70的材料不同。且第一导电层60的下表面与对应的电介质覆盖层50的下表面相平齐。

较佳地，第一导电层60为镍/锡电镀层，第二导电层70为银层。

在一种具体实施方式中，如图18所示，将第三实施例安装在线路板10上时，将第一导电层60置于线路板10上的导线101上，并将第一导电层60与对应的导线101通过钎焊接头11实现电连接。进而两个导线101之间通过第一导电层60、第二导电层70、连接区域31以及导通区域32实现导通，第一导电层60和第二导电层70的设置使得熔断器更好焊接在线路板上，提高了操作的便利性。

在一种具体实施方式中，如图15所示，为提高散热性能，在线路板10上对应金属层30的底部开设有散热口102，结合图9所示，该散热口102的尺寸与导通区域32的尺寸相一致，利用散热口102对金属层30中的导通区域32处进行散热。

在第四实施例中，如图20和图22所示，该第四实施例与第一实施例的区别在于，第四实施例采用双面键合工艺，在导热层20的上表面和下表面均连接金属层，具体地，熔断器还包括设于导热层20另一表面的金属结合层30a和覆设于金属结合层30a端面、导热层20端面以及金属层30端面的第一导电层60；该金属结合层30a经蚀刻而形成位于两端侧的固定区域31a，两个固定区域31a相互分隔开而实现绝缘效果，第一导电层电连接固定区域31a和对应的连接区域31。金属结合层30a的材质与金属层30的材质相同，该金属结合层30a也采用直接键合工艺与导热层20连接在一起。

双面键合工艺的过程为：如图4、图5和图21所示，分别将金属层30和金属结合层30a的一个表面通过化学氧化形成金属氧化层301，301a，而后将金属层30的金属氧化层301贴设在导热层20的上表面将金属结合层30a的金属氧化层301a贴设在导热层20的下表面，通过烧结将金属层30和金属结合层30a与导热层20连接在一起。

第四实施例中的金属层30上表面进行蚀刻形成连接区域和导通区域，再设置锡金属层40和电介质覆盖层50的做法与第一实施例中相同，所形成的结构也相同故不再赘述。区别在于第四实施例中的电介质覆盖层50将金属层30的上表面全覆盖，未外露连接区域31的上表面。连接区域31的端面处于外露状态，通过第一导电层60将连接区域31与对应的固定区域31a电连接。

在一种具体实施方式中，如图23所示，将第四实施例安装在线路板10上时，将第一导电层60和固定区域31a置于线路板10上对应的导线101上，并将第一导电层60和固定区域31a与对应的导线101通过钎焊接头11实现电连接。结合图9所示，进而两个导线101之间通过第一导电层60、固定区域31a、连接区域31以及导通区域32实现导通。设置双层金属层使得导通区域32与钎焊接头11间的距离较远，从而可在很大程度上减小导通区域32产生的热量对钎焊接头11的影响，保证了熔断器连接的稳定性。

进一步地，在线路板10上对应两个固定区域31a之间的部分开设有散热口。

在第六实施例中，如图34所示，该第六实施例与第一实施例不同，在第六实施例中，锡金属层40和电介质覆盖层50均设于金属层30的导通区域32靠近导热层20的一侧。具体地，在导热层20上对应导通区域32开设有贯通孔；锡金属层40置于该贯通孔内，电介质覆盖层50页置于贯通孔内并填满该贯通孔。

在一种具体实施方式中，第六实施例的熔断器可通过金属层30上的表面端电极也即连接区域31与线路板上的导线连接，以完成熔断器的安装。

在第五实施例中，如图33所示，该第五实施例与第六实施例的区别在于，第五实施例的结构是采用在金属层30的上表面和下表面设置两个导热层，具体地，如图24至图26所示，对金属层30的上表面和下表面进行化学氧化，使得上表面和下表面均形成金属氧化层301。接着将金属层30的两个相对端侧的部分冲压去除，形成H型，H型的金属层30两端侧即作为端电极，中间的部分作为导通区域。结合图2和图29所示，导热层20的中部设置有贯通孔21，另一导热层21a的中部设置有连通孔21a，将导热层20和另一导热层21a分别设于金属层30的上表面和下表面，导热层20贴设在金属层30上表面的金属氧化层301上，通过烧结将该导热层20与金属层30的上表面连接在一起；将另一导热层20a贴设在金属层30下表面的金属氧化层301上，通过烧结将该另一导热层21a与金属层30的下表面连接在一起。

如图30和图31所示，显示了两个导热层与一个金属层双面键合的过程，具体为：金属层的上下表面均经化学氧化而形成金属氧化层301，将一个导热层20贴设在上表面的金属氧化层301上，另一个导热层20a贴设在下表面的金属氧化层301上，接着通过烧结将两个导热层与金属层连接在一起。

接着如图32和图33所示，在导通区域对应贯通孔21的表面设置锡金属层40，在导通区域对应连通孔21a的表面设置另一锡金属层40a，其中的锡金属层40置于贯通孔21内，另一锡金属层40a置于连通孔21a内。而后在贯通孔21内嵌填电介质覆盖层50，该电介质覆盖层50填满贯通孔21并覆盖电介质覆盖层50；在连通孔21a内嵌填保护层50a，该保护层50a覆盖另一锡金属层40a，保护层50a填满连通孔21a。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，包括：

导热层；

设于所述导热层表面的金属层，所述金属层通过直接键合工艺与所述导热层连接在一起，所述金属层经蚀刻而形成位于两端侧的连接区域和位于内部且连接两个连接区域的导通区域，所述金属层的厚度在0.1mm至0.3mm之间；

设于所述导通区域处并与所述导通区域连接的锡金属层；以及

覆设于所述导通区域上并覆盖所述锡金属层的电介质覆盖层。

2.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括包覆所述连接区域的第一导电层，所述第一导电层的厚度与所述电介质覆盖层的厚度相同。

3.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括包覆所述连接区域的第二导电层，所述第二导电层延伸包覆所述导热层的端面并弯折包覆所述导热层的另一表面的部分；

还包括覆设于所述第二导电层外侧的第一导电层，所述第一导电层和所述第二导电层的材料不同。

4.如权利要求1至3中任一项所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括线路板和敷设于所述线路板表面的导线；

所述金属层的连接区域置于对应的导线上并与对应的导线电连接；

所述线路板上对应所述导通区域开设有散热口。

5.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括设于所述导热层另一表面的金属结合层和覆设于所述金属结合层端面、所述导热层端面以及所述金属层端面的第一导电层；

所述金属结合层经蚀刻而形成位于两端侧的固定区域，所述第一导电层电连接所述固定区域与对应的所述连接区域。

6.如权利要求5所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括线路板和敷设于所述线路板表面的导线；

所述固定区域和所述第一导电层置于对应的导线上并与对应的导线电连接；

所述线路板上对应两个固定区域之间的部分开设有散热口。

7.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，所述导热层对应所述导通区域开设有贯通孔；

所述锡金属层置于所述贯通孔内，所述电介质覆盖层也置于所述贯通孔内并填满所述贯通孔。

8.如权利要求7所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，还包括与所述金属层的另一表面通过直接键合工艺连接在一起的另一导热层，所述另一导热层与所述导热层相对设置；

所述另一导热层对应所述导通区域开设有连通孔；

所述导通区域上对应所述连通孔的表面连接有另一锡金属层，所述另一锡金属层置于所述连通孔内；

所述连通孔内嵌填有保护层，所述保护层覆盖所述另一锡金属层。

9.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，所述金属层为铜层。

10.如权利要求1所述的具有高导热基板的大电流熔断器，其特征在于，所述导热层为陶瓷层或环氧树脂层。

Images