专利名称：：表面贴装熔断器及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种表面贴装熔断器及其制造方法，尤其涉及一种悬空熔丝型小型表面贴装熔断器及其制造方法。
背景技术：
：当前，印刷电路板越来多地应用在各种电气及电子设备中。在这些印刷电路板上形成的电路一般都需要过电流保护。提供这种过电流保护的方式之一是使用固定在印刷电路板上的小型表面贴装熔断器。上述熔断器的其中一种类型是悬空熔丝型，其将熔丝(导线)悬挂在中空的外壳中。熔丝的两端用端头电极以不同的方式固定。由于空气的传热系数比大多数固体小得多，因此悬空熔丝型的熔断器需要较少的能量就能将熔丝熔断，其电阻亦可以较小。这一类的熔断器在以下的美国专利中有详细的说明=US5，617，069,5,648，750,5,214，406、5，926，084,6,147，585,6,903，649,4,920，327,4,467，308,3,460，086,6,798，330。这些发明专利描述了如何将熔丝固定在空腔中的不同方法，其目的多在于避免熔丝中段与腔壁的接触，减小安装时对熔丝所施加的应力，增加熔丝与端头连接的可靠性等。目前这一类的熔断器采用陶瓷管与金属帽部件逐个组装而成，生产效率较低。美国专利US5，214，406揭示了一种典型的悬空熔丝型表面贴装熔断器的结构。该熔断器包括一个内圆外方的外壳，两个端头金属帽，及一根两端焊接在两端头金属帽上的熔丝。这种熔断器具有悬空熔丝型熔断器的特点，由于悬空熔丝(导线)向周边的传热速率较低，所需的熔断热量较小，因此其电阻亦可做得较小。但正如上述文献US5，214，406所述，许多悬空熔丝(导线)型熔断器的熔丝细小易断，在安装时有一定困难。为了保证熔丝除两端外不与外壳接触以避免传热对熔断特性的影响，又不得不将熔丝的两端弯曲在两对角的端面上加以固定。在压入两端铜帽时，铜帽与熔丝间的摩擦力会对熔丝产生张力。这些弯曲及张力都可能使细小易断的熔丝产生变形或断裂。该现有技术的改进设计采用两端有一定斜度的外壳，以减少铜帽压入时对熔丝产生的张力。但铜帽与外壳接触要有足够的摩擦力以保证铜帽在安装及使用时不会脱落。这就必须使铜帽的内部尺寸要小于与外壳接触处的外部尺寸。这种熔断器的设计可以减少、但不能消除在压入两端铜帽时对熔丝产生的张力。而且这种对熔丝产生的张力的减少是以铜帽与外壳接触的摩擦力的减少及连接的可靠性为代价的。上述文献中的改进设计是以焊锡将熔丝两端焊接在两个端头上。但这种改进设计亦并不能消除因熔丝两端弯曲而造成对熔丝可能的伤害。而且焊锡在熔融时会与常用的熔丝材料，如铜，形成低熔点合金。这种低熔点合金的形成会降低熔断器熔断特性的一致性。另外，这种熔断器需要采用逐个组装的方法装配而成，生产效率较低。日本特许公开特开JP2006-244948揭示了用两层电路板叠合制作悬空熔丝(导线)型表面贴装熔断器的方法。该方法制作的熔断器具有熔丝延伸到外壳以外的特征，当熔丝熔断起弧时，有可能将电弧引致外壳以外。当熔丝中段熔断时，熔丝两端的温度可能会升至熔点以上。而且，熔丝的两端仅通过端面与覆盖电极形成点接触，不能确保连接强度和足够的可靠性。另外，两层电路板的贯通孔在叠合前均已钻好，在叠合粘接时难免会有胶进入贯通孔及贯通孔中的熔丝上，造成电镀连接的缺陷。贯通孔在两层电路板叠合前已钻好的加工方法的另外一个缺点是贯通孔的大小和位置不可避免的会有一定的偏差，使两个叠合的贯通孔的表面难以形成光滑的圆柱孔，从而影响粘附于圆柱孔上的连接金属层的机械与电连接的可靠性。
发明内容本发明是在上述现有技术以及中国专利第200810092353.3号申请基础上的新发展，使制造出的熔断器更可靠。本发明的目的是提供一种悬空熔丝(导线)型的小型表面贴装熔断器及其制造方法，以有效避免当熔丝熔断起弧时将电弧引致外壳以外的现象，并使得熔丝中段熔断时，熔丝两端的温度保持在熔点以下。另外，通过该制造方法可使得在加工时准确形成光滑的通孔，保证了电镀质量。本发明的第一方面提供一种表面贴装熔断器，该表面贴装熔断器包括绝缘体，该绝缘体具有对置设置并结合的两块盖板，所述两块盖板在相互对置一侧均设有凹槽，所述凹槽共同结合形成空腔，所述绝缘体的两端分别设有端电极，每个端电极具有形成电连接的外侧端电极、中层端电极和形成在所述绝缘体端面侧的覆盖电极，所述外侧端电极形成在至少一块所述盖板的外侧两端，所述中层端电极形成在至少一块所述盖板的形成有凹槽的一侧的两端；以及熔丝，该熔丝夹设在两块盖板之间，该熔丝的中段悬置于所述空腔中，该熔丝两端与所述中层端电极形成电连接。优选的是，该熔丝两端的侧面紧贴中层端电极，且该熔丝两端的端面由覆盖电极覆盖连接。根据本发明的上述表面贴装熔断器，由于熔丝被覆盖电极覆盖，因此确保在熔丝熔断时飞弧不会从两端外泄。而且与熔丝两端的侧面紧贴的中层端电极增加了熔丝两端的散热速率，从而在熔丝中段熔断时能保持其两端的温度在熔点以下，并使得熔丝与覆盖电极的连接面增大至中层端电极和覆盖电极整个接触的周边，提高了连接的强度和可靠性。本发明的第二方面涉及一种制造上述表面贴装熔断器的方法，该方法包括如下步骤(a)制备两块基板，每块所述基板的一侧形成有凹槽阵列，至少其中一块基板的未形成凹槽阵列的一侧形成外侧端电极图案，且至少其中一块基板的形成凹槽阵列的一侧形成与所述外侧端电极图案对应的中层端电极图案；(b)将两块基板的形成有凹槽阵列的一侧对置粘合，并在两块基板之间夹设熔丝，使得熔丝通过由两块基板的凹槽阵列对置后形成的各空腔以及中层端电极图案；(c)在各空腔两侧分别制成穿过两块基板和外侧端电极图案、中层端电极图案及熔丝的通孔，并在通孔表面形成覆盖电极；(d)根据所述通孔的位置进行切割而制成单个表面贴装熔断器。在利用上述制造方法生产本发明的表面贴装熔断器时，由于连通孔是在上，下基板粘合后钻通，孔内不会有挤出的粘合剂，孔壁光滑清洁，通过电镀，可在孔壁上形成致密的金属圆柱体。为了减少连通电阻，金属圆柱体的材料通常为较软的纯铜。该金属圆柱体的上，下端面与端电极相连，中间与中层端电极和熔丝相连，比没有中层内电极的设计具有更高的强度。图1是本发明的表面贴装熔断器的立体图；图2是本发明的表面贴装熔断器的剖视立体图；图3是在制造本发明的表面贴装熔断器的过程中，将上下盖板粘合后的剖视图；图4是在制造本发明的表面贴装熔断器的过程中，经钻孔电镀后的剖视图；图5是对于制造本发明的表面贴装熔断器的过程中的切割工序的说明图；图6是三个额定电流的熔断器实例的熔断特性曲线图。具体实施例方式下面，参照附图1、2对本发明的表面贴装熔断器的具体结构进行详细说明。图1示出了本发明的表面贴装熔断器1400的立体图。熔断器1400的绝缘外壳由上盖板100和下盖板200组成，上、下盖板的两端分别设有外侧端电极300、400、500和600。参见图2，本发明的表面贴装熔断器的上盖板100的下侧设有中层端电极310、510。中层端电极的下面与熔丝1000结合。熔丝的中段悬置于由上、下盖板的凹槽910、920所构成的空腔900中。熔断器一端的外侧端电极300、400、中层端电极310和熔丝1000的一端通过覆盖电极700连接。熔断器另一端的外侧端电极500、600、中层端电极510和熔丝1000的另一端通过覆盖电极800连接。中层端电极310、510将覆盖电极700和800的中部加固，并将熔丝与覆盖电极的连接面增大至中层端电极和覆盖电极整个接触的周边，提高了连接的强度和可靠性。另外，中层端电极310、510也增加了熔丝两端的散热速率，在熔丝中段熔断时，保持两端的温度在熔点以下。本发明的表面贴装熔断器的两个覆盖电极700和800将熔丝的两端密封于熔断器内。熔丝通常用铜(熔点1085°C)做成，两个覆盖电极700、800内有较高熔点的镍层(熔点1455°C)，使熔丝熔断时，飞弧不会从两端外泄。熔断器在使用时，下盖板200的两个外侧端电极400、600分别通过焊接而固定在电路板上，如遇电流达到预定值，熔丝1000就会熔断断开，从而对电路提供过电流保护。上述实施例中，在熔断器1400的上、下两侧均形成有外侧端电极，但外侧端电极也可仅设在熔断器的与印刷电路板贴合固定的一侧，例如仅在下盖板200的外侧设置端电极400、600，而在上盖板100的外侧不设置端电极。另外，上、下盖板100、200可通过胶粘剂1100粘结结合，也可以通过凹凸配合等形状配合方式或其它适当的方式结合在一起。下面，参照附图3-5对本发明的表面贴装熔断器的制造方法进行详细说明。图3示出了制造上述熔断器1400的中间过程的中间部件的剖面图。准备两块将要形成上、下盖板100、200的绝缘板(热塑性或热固性塑料等高分子材料板，或可机械加工的玻璃陶瓷板)，两块基板均没有设置通孔。两块基板均在其中一侧通过如铣、冲压等机械方法加工出凹槽阵列。其中一块基板在形成凹槽阵列的一侧形成与凹槽阵列对应的中层端电极图案，两块基板均在没有形成凹槽阵列的一侧形成外侧端电极图案。可通过粘附铜箔形成外侧端电极图案和中层端电极图案；也可将表面附有铜箔的电路板作为基板，并用电腐蚀、化学腐蚀或机械加工的方法将部分铜箔除去而制成外侧及中层端电极图案。当然，外侧和中层端电极图案也可以由其它导电材料形成。在两块基板的形成有凹槽阵列的表面上涂布胶粘剂1100，将熔丝1000放置于其中一块基板的形成有凹槽阵列的一侧并使熔丝通过各凹槽。将两块基板对正粘合，熔丝的一部分悬置于由凹槽阵列形成的各空腔900中，一部分与中层端电极图案紧贴。熔丝1000在安装过程中不会受到弯曲和挤压。图4示出了随后的制造过程的中间部件的剖面图，显示了覆盖电极700、800。覆盖电极的制作方法为(1)将胶粘剂固化，并在粘合固化后的基板上根据凹槽阵列的布置钻出通孔；通孔穿过外侧端电极图案和中层端电极图案；钻孔时一并将熔丝1000的与中层端电极图案紧贴的部分切断；通孔光滑垂直，并露出外侧端电极图案、中层端电极图案的金属环及熔丝端头的金属面。(2)将通孔的表面活化，并用电镀或化学镀形成金属的覆盖电极700、800；覆盖电极将熔丝1000封闭于熔断器内，并将外侧端电极图案、中层端电极图案和熔丝1000形成机械和电连接。可通过化学镀或电镀的方法在经表面活化后的通孔中镀上铜和/或镍而形成覆盖电极。其他金属镀覆亦可以采用，镀覆金属具有比焊锡更高的熔点，从而形成比焊锡有更好耐热性能的连接。另外，采用金属镀覆连接亦避免了通过焊接连接而引起的焊锡与熔丝形成低熔点合金的可能，从而使熔断器的熔断特性更为一致。另外，还可在端电极和覆盖电极表面用电镀镀上焊锡层，以保证电极的可焊性。在端电极和覆盖电极由铜形成的情况下，还可在焊锡层和铜之间镀上一层起保护作用的镍。图5描述了随后将整片的熔断器部件切割成单个熔断器的示意图，其中1200为横向切割线，1300为纵向切割线。在上述制造方法中，在两块基板上均形成有外侧端电极图案，但也可以仅在其中一块基板上形成外侧端电极图案，以减少成本。另外，也可以在两块基板的形成有凹槽阵列的一侧均形成与凹槽阵列对应的中层端电极图案，以进一步增强熔丝与中层端电极的接合，从而进一步提高可靠性。实例数据表1根据本发明的表面贴装熔断器的三个实例的数据。额定电流(安培)I标称电阻(欧姆)II2ti0.00熔丝材料~L250.068L060.08mm铜、合金丝7.000.00891420.119mm铜丝20.00.0031128.60.202mm铜丝其中I2t为熔断时间为0.001秒时电流平方与熔断时间的乘积。三个实例所用的上盖板均为0.7mm的PC板，两面均有0.035mm的铜箔；下盖板均为的PC板，下面有0.035mm的铜箔。熔断器的尺寸为长6.Imm,宽2.5mm,厚2_。图6示出了具有本发明的熔断器结构的1.25、7、和20安培熔断器的熔断特性曲线。为了检验本发明的熔断器的可靠性，特对其进行了5次再流焊接和2mm弯曲测试。测试的结果列于表2中。表2中的数据显示，熔断器的电阻值在经历了5次再流焊接和2mm弯曲测试后，电阻值基本无变化。熔丝和端电极，内部中层端电极，及覆盖电极的连接是可靠的。表2:5次再流焊接和2mm弯曲测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求一种表面贴装熔断器(1400)，该表面贴装熔断器包括绝缘体，该绝缘体具有对置设置并结合的两块盖板(100，200)，所述两块盖板(100，200)在相互对置一侧均设有凹槽(910，920)，所述凹槽(910，920)共同结合形成空腔(900)；所述绝缘体的两端分别设有端电极，每个端电极具有外侧端电极(300，500；400，600)、中层端电极(310，510)和形成在所述绝缘体端面侧的覆盖电极(700，800)，所述外侧端电极形成在至少一块所述盖板的外侧两端，所述中层端电极形成在至少一块所述盖板的形成有凹槽的一侧的两端，所述外侧端电极、中层端电极和覆盖电极之间相互形成电连接；以及熔丝(1000)，该熔丝夹设在两块盖板(100，200)之间，该熔丝(1000)的中段悬置于所述空腔(900)中，该熔丝(1000)两端与所述中层端电极(310，510)形成电连接。2.根据权利要求1所述的表面贴装熔断器(1400)，其特征在于，该熔(1000)两端的侧面紧贴所述中层端电极(310，510)，且该熔丝(1000)两端的端面与所述覆盖电极(700，800)相连。3.根据权利要求1所述的表面贴装熔断器(1400)，其特征在于，所述两块盖板(100，200)通过粘结剂(1100)粘结结合。4.根据权利要求1所述的表面贴装熔断器(1400)，其特征在于，所述两块盖板(100，200)由具有绝缘性的高分子材料、高分子和绝缘无机物的复合材料、或可机械加工的玻璃陶瓷材料制成；所述外层端电极(300,500；400，600)、中层端电极(310，510)、覆盖电极(700,800)和熔丝(1000)由具有导电性的金属或合金材料制成。5.一种制造如权利要求1所述的表面贴装熔断器(1400)的方法，其特征在于，包括如下步骤(a)制备两块基板，每块所述基板的一侧形成有凹槽阵列，至少其中一块基板的未形成凹槽阵列的一侧形成外侧端电极图案，且至少其中一块基板的形成凹槽阵列的一侧形成与所述外侧端电极图案对应的中层端电极图案；(b)将两块基板的形成有凹槽阵列的一侧对置粘合，并在两块基板之间夹设熔丝，使得熔丝通过由两块基板的凹槽阵列对置后形成的各空腔以及中层端电极图案；(c)在各空腔两侧分别制成穿过两块基板和外侧端电极图案、中层端电极图案及熔丝的通孔阵列，并在各通孔表面形成覆盖电极，该覆盖电极与外侧端电极图案、中层端电极图案和熔丝形成电连接；(d)基于所述通孔阵列对所述基板进行切割而制成单个表面贴装熔断器。全文摘要本发明提供一种表面贴装熔断器及制造方法，该表面贴装熔断器包括绝缘体，该绝缘体具有对置设置并结合的两块盖板，两块盖板在相互对置一侧均设有凹槽，凹槽共同形成空腔，绝缘体的两端分别设有端电极，每个端电极具有形成电连接的外侧端电极、中层端电极和形成在绝缘体端面侧的覆盖电极，外侧端电极形成在至少一块盖板的外侧两端，中层端电极形成在至少一块盖板的形成有凹槽的一侧的两端；熔丝，该熔丝夹设在两块盖板之间，熔丝的中段悬置于空腔中，熔丝两端与中层端电极形成电连接。该熔断器能够确保在熔丝熔断时飞弧不会从两端外泄，在熔丝中段熔断时保持其两端的温度在熔点以下。文档编号H01H69/02GK101807500SQ20091000715公开日2010年8月18日申请日期2009年2月13日优先权日2009年2月13日发明者李向明,汪立无申请人:Aem科技(苏州)有限公司;Aem控股公司