專利名稱：一種薄膜片式保險絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片式電子元器件，特別是一種薄膜片式保險絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，常見的片式保險絲有四種結(jié)構(gòu)一是采用流延層壓法完成電極、熔斷體結(jié) 構(gòu)，切割形成矩形外形，最后電鍍形成端頭；二是采用氧化鋁陶瓷基片上厚膜印刷電極及熔 斷體，由樹脂或玻璃包覆形成保護層，再通過沿原基片上的凹槽折條折粒形成矩形外形；三是采用銅箔壓合聚酰亞胺樹脂，形成單層PCB結(jié)構(gòu)，在其上面 形成第1金屬膜，在第1金屬膜上通過表面處理方式層疊形成第2金屬膜，通孔電鍍形成端 頭后，裁切形成矩形外形；四是采用氧化鋁陶瓷基片上形成隔熱層，再在隔熱層上濺射銅金 屬層，再通過濕法刻蝕方式得出所需要的圖形，然后通過電鍍方式加厚銅層、電鍍Sn層，最 后樹脂包覆形成保護層，再通過沿原基片上的凹槽折條折粒形成矩形外形。保險絲的工作原理即是通過保險絲電阻的熱效應(yīng)，在通過額定的熔斷電流時及時 的熔斷。保險絲的阻值控制是產(chǎn)品合格率控制的關(guān)鍵。同時在正常工作的電路中，保險絲 的阻抗對電路中的信號有負(fù)面，故保險絲的阻值通常都盡可能低。部分便攜式產(chǎn)品為了降 低功耗，通常會使用十幾毫歐、甚至幾毫歐的保險絲。以上所述第一、二種結(jié)構(gòu)保險絲制程簡單，但所采用熔斷體圖形化工藝對阻值的 控制精度不高，產(chǎn)品的熔斷一致性較差。第三種結(jié)構(gòu)保險絲所使用的聚酰亞胺樹脂材料成 本高，且聚酰亞胺樹脂機械強度不高，耐熱性不良，因此在實際應(yīng)用中焊接時，產(chǎn)品容易出 現(xiàn)變形、異常熔斷或阻值變化過大。第四種結(jié)構(gòu)保險絲是在絕緣基片中間用矽橡膠形成隔 熱層，并在其上形成熔斷體金屬層，因此熔斷體金屬層不平，存在不能得到均勻的熔斷體膜 層的缺點。另外，隔熱層以及覆蓋熔斷體上表面的矽橡膠層機械強度差，容易因外力作用而 使熔斷體膜層受損傷。同時第三、四種結(jié)構(gòu)中低熔點金屬層(Sn)是用電鍍方式沉積，膜層 厚度控制不精確，從而影響產(chǎn)品的阻值精度以及熔斷特性一致性。另外第三、四種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造過程較復(fù)雜，時間較冗長。保險絲熔斷體層至少由二 層金屬體組成，第一金屬層和頂層金屬層分別須經(jīng)過光刻方法，形成掩模，再通過電鍍方式 生成，最后還需除去光致抗蝕層。操作復(fù)雜，同時涉及薄膜、光刻、電鍍等工藝技術(shù)，較難控 制，制程也較長。所用材料和人工成本都較多，造成制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜片式保險絲，其熔斷特性高度 一致，且可靠性優(yōu)異。本發(fā)明的另一個目的是提供一種薄膜片式保險絲的制備方法，其結(jié)合了厚膜、薄 膜工藝的特點，在制造時可精確的控制保險絲熔斷體的圖形結(jié)構(gòu)及阻值，從而達到以極高 的合格率生產(chǎn)的保險絲產(chǎn)品，并且有效縮短制程，降低了制造成本。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種薄膜片式保險絲，包括陶瓷基片，其特征在于
3所述的陶瓷基片采用低導(dǎo)熱陶瓷基片，其背面設(shè)有背電極層，正面由內(nèi)到外依次為印刷而 成的改性層、沉積而成的熔斷體金屬層并通過冷燒蝕對熔斷體金屬層進行圖形化形成的熔 斷體圖形、沉積而成的低溫助熔金屬層、印刷而成的保護層，陶瓷基片兩端包覆端電極。所述的低導(dǎo)熱陶瓷基片為導(dǎo)熱系數(shù)低于20W/(m · K)的陶瓷基片。所述的熔斷體金屬層是鎳含量為2% 10%的合金銅層。所述的改性層為石英砂玻璃層或環(huán)氧樹脂層。所述的低溫熔融金屬選用錫鋅合金或錫鋅鋁合金。上述薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)于低導(dǎo)熱陶瓷基片背面印刷背電極層并燒結(jié)；(2)于低導(dǎo)熱陶瓷基片正面印刷表面改性材料，并固化或燒結(jié)形成改性層；(3)通過薄膜沉積方式在改性層上形成熔斷體金屬層；(4)采用冷燒蝕對熔斷體金屬層進行圖形化，形成熔斷體圖形；(5)于改性層上印刷光阻層，光阻層覆蓋在引出電極上上并裸露全部或部分熔斷 體金屬層；(6)低溫助熔金屬層沉積；(7)移去光阻層；(8)保護印刷層，完整覆蓋熔斷體圖形。所述步驟(4)中，采用UV激光或皮秒/飛秒的超短脈沖激光對熔斷體金屬層進行 激光蝕刻。本發(fā)明以低導(dǎo)熱陶瓷基板為載體，產(chǎn)品具有良好的熔斷特性、絕緣密封性和抗機 械碰撞、抗折彎能力；選用含有石英砂的基片改性材料，可大幅度提升產(chǎn)品熔斷特性、產(chǎn)品 熔斷時的滅弧效果以及熔斷后的絕緣特性；結(jié)合薄膜沉積技術(shù)與激光冷燒蝕技術(shù)實現(xiàn)的熔 斷體圖形化，其圖形精度可達到微米級，熔斷體金屬層以及低溫助熔金屬層厚度精度可達 到0. 1微米，因此阻值精度可達到0. 5%以上，熔斷特性高度一致。


圖1是本發(fā)明薄膜保險絲制造方法的流程示意圖；圖2-圖5分別是本發(fā)明薄膜片式保險絲的側(cè)面、頂面、底面以及截面的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖6-圖14分別是本發(fā)明薄膜片式保險絲的制備過程中各步驟制得的產(chǎn)品示意 圖；圖15是本發(fā)明的陶瓷基片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于所述特定例子。如圖2-5所示，本發(fā)明的薄膜片式保險絲，包括低導(dǎo)熱陶瓷基片1，低導(dǎo)熱陶瓷基 片1背面設(shè)有背電極層2，正面由內(nèi)到外依次為印刷而成的改性層3、沉積而成的熔斷體金 屬層4、沉積而成的低溫助熔金屬層5、印刷而成的保護層6，標(biāo)記層7、低導(dǎo)熱陶瓷基片1兩 端包覆端電極8。
上述薄膜片式保險絲的制備方法，包括以下步驟于所述低導(dǎo)熱陶瓷基片1背面 印刷背電極層2并燒結(jié)；于低導(dǎo)熱陶瓷基片1正面印刷表面改性材料，并固化或燒結(jié)形成改 性層3 ；通過薄膜沉積方式在改性層3上形成熔斷體金屬層4 ；采用冷燒蝕對熔斷體金屬層 進行圖形化，形成熔斷體圖形；在熔斷體中部濺射沉積低溫助熔金屬層5 ；保護印刷層6，完 整覆蓋熔斷體圖形。低導(dǎo)熱陶瓷基片采用例如氧化鎂、硅酸鋁、較低含量氧化鋁或其他復(fù)合陶瓷等的 低導(dǎo)熱率陶瓷基片，其作用區(qū)別于其他類型保險絲的基材材料有兩點一是低導(dǎo)熱陶瓷材 料強度、耐熱性能均有明顯優(yōu)于FR4，產(chǎn)品長期穩(wěn)定性，特別是在高溫高濕等惡劣環(huán)境下優(yōu) 勢尤其明顯；二是低導(dǎo)熱陶瓷基片，其導(dǎo)熱系數(shù)低于20W/(m ·Κ)，如75%氧化鋁陶瓷導(dǎo)熱系 數(shù)為8W/(m ·Κ)，而常規(guī)保險絲使用96%氧化鋁陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)為24W/(m ·Κ)，因為基材導(dǎo)熱 系數(shù)直接影響保險絲散熱性能，所以即使在其他設(shè)計完全相同的情況下，使用更低導(dǎo)熱系 數(shù)的陶瓷基板，保險絲熔斷特性更佳。改性層3的主要作用有三點一是改變陶瓷基板表面粗糙、孔洞多等對薄膜沉積 厚度、一致性的負(fù)面影響；二是熔斷體熔斷時產(chǎn)生的高溫作用在改性層時形成凹槽，使得熔 斷體熔斷得更徹底，熔斷后的絕緣性能更好；三是熔斷體熔斷時會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，而拉弧會 對保險絲周圍元器件造成威脅，并且形成安全隱患，而改性層具有良好的滅弧作用，電弧剛 產(chǎn)生即被改性層淬滅。改性漿料通?？墒褂檬⑸安Ａ?、環(huán)氧樹脂等材料。本發(fā)明熔斷體金屬層4采用銅鎳合金，主要是改善銅單質(zhì)金屬在空氣中容易氧化 的特點，使用銅鎳合金，合金的氧化點高于200°C以上，可保證產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中熔斷體金 屬層性能穩(wěn)定。同時，對比業(yè)界常用的康銅合金，銅鎳合金的電阻溫度系數(shù)比較大，有助于 加快熔斷體在故障電流下的響應(yīng)速度。本發(fā)明優(yōu)選方案是鎳含量為2% 10%的合金銅， 但不局限于此比例，根據(jù)不同的熔斷特性可調(diào)整鎳的含量。熔斷體金屬層4的形成方式與現(xiàn)有技術(shù)中其他薄膜保險絲導(dǎo)電層的形成方式不 同。本發(fā)明的保險絲熔斷體金屬層4完全由薄膜沉積方式形成，因此熔斷體金屬層4沉積 材料更純凈、一致性更高，其沉積厚度精度可達到0. 1微米。而現(xiàn)有技術(shù)中厚膜印刷、薄膜 沉積后電鍍加厚等這些導(dǎo)電層形成方式與本發(fā)明相比，在膜厚一致性方面上有著極大的差 距。熔斷體金屬層的圖形化方式，在本發(fā)明采用皮秒、飛秒等超短脈沖激光、UV激光 等極短波長激光器所制造的保險絲圖形化及阻值修調(diào)一體機，對熔斷體金屬層進行激光蝕 刻。由于皮秒激光、飛秒激光、UV激光等超短脈沖激光及短波長激光，作用在表面時其熱效 應(yīng)極低(這種刻蝕方式被稱為冷燒蝕)，在燒蝕薄膜熔斷體金屬層4時不會對熔斷體金屬 層4下面的改性層3造成影響。并且通過高速激光器快速的掃描熔斷體金屬層，即可非常 快速地達到熔斷體金屬層圖形化的效果。同時由于激光一體機本身具備高精度阻值測試模 塊，在圖形化過程中可實時監(jiān)測阻值阻值，以達到高精度阻值修調(diào)效果，形成阻值高度一致 的熔斷體圖形。為提高薄膜保險絲性能，在保險絲熔斷體部分通常會增加錫或其他低溫熔融金 屬，以期在保險絲熔斷時產(chǎn)生M效應(yīng)。而在RoHS推廣后，無鉛焊料及無鉛焊接制程中溫度 均有所提高，以致傳統(tǒng)保險絲在貼片后或長期可靠性試驗后出現(xiàn)低溫金屬熔融，導(dǎo)致保險 絲阻值變化異常甚至失效。已公開技術(shù)里有增加擴散層來抑制低熔點金屬的不當(dāng)擴散，但
5流程相對也增加。本發(fā)明應(yīng)用錫鋅合金、錫鋅鋁合金作為低溫助熔金屬，其熔點在350 450°C，在經(jīng)過高溫焊接時此金屬層并不會熔融，并且保證了在長期可靠性試驗后產(chǎn)品性能 不會改變并簡化了生產(chǎn)流程。采用本發(fā)明的方法，熔斷體主體結(jié)構(gòu)熔斷體金屬層的厚度、成分高度一致，圖形高 度一致，阻值的高度一致。另外還解決了保險絲產(chǎn)品無鉛焊接容易失效，長期可靠性較差的 問題。如圖1所示，本發(fā)明薄膜片式保險絲的制造方法，具體包括以下步驟步驟1 背電極印刷，如圖6所示。在陶瓷基片1劃槽面的每個單元上用絲網(wǎng)印刷 的方式印刷導(dǎo)電漿料形成背電極；然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)(溫度在800-850°C )后形成背電極層 2 ；步驟2 改性層3印刷，如圖7所示。在陶瓷基片1劃槽面的反面每個單元上印刷 石英砂玻璃或環(huán)氧樹脂等表面改性材料，并通過相應(yīng)時間的固化或燒結(jié)，形成改性層3，如 選用石英砂玻璃層燒結(jié)溫度在1000°C 1300°C ；步驟3 熔斷體沉積，如圖8所示。在改性層上通過蒸鍍、磁控真空濺射等薄膜沉 積方式在改性層3表面沉積熔斷體金屬層4。磁控真空濺射參數(shù)為濺射電流1 3A濺射 時間10 300min ；根據(jù)不同產(chǎn)品性能以及不同額定電流可調(diào)整濺射參數(shù)。步驟4 熔斷體金屬層4圖形化，如圖9所示。通過皮秒、飛秒、UV激光器等具有 冷燒蝕特性的激光器對熔斷體金屬層4進行圖形化，而完全不會影響底層改性層3的特性。 并且通過精確控制圖形長度來完成熔斷體的阻值修調(diào)，以達到阻值的高度一致；步驟5 印刷光阻層9，如圖10所示。在改性層3以及熔斷體金屬層4上印刷光阻 層9，將熔斷體金屬層4部分或全部裸露。光阻層9可以用石英砂玻璃、環(huán)氧樹脂材料直接 印刷成圖形，也可以用光阻材料通過曝光、顯影成圖形，視產(chǎn)品的精度要求可采用不同的方 式。直接印刷方式成本低，流程簡單，但精度不高；曝光、顯影方式流程復(fù)雜，成本較高，但精 度高，一致性好。步驟6:沉積低溫助熔金屬層5，如圖11所示。通過磁控濺射方式，濺射一層錫鋅 合金、錫鋅鋁合金等錫合金金屬。磁控濺射參數(shù)為濺射電流0. 1 1. 5A濺射時間10 200min ；步驟7 移去光阻層9，如圖12所示。移去光阻層9后，低溫助熔金屬層5則只沉 積在熔斷體金屬層4上。光阻層9如是用玻璃、樹脂材料印刷成型，可用超聲波儀器水洗即 可；如果是用光阻材料曝光、顯影成型，則用專用去光阻劑移除；步驟8 保護層6印刷，如圖13所示。印刷保護層6，使之完整的覆蓋熔斷體圖形；步驟9 標(biāo)記7印刷，如圖14所示，在保護層6表面印刷標(biāo)記7 ；步驟10 利用陶瓷基片1本身的橫向劃槽10將基片折成條狀；步驟11 在條狀產(chǎn)品的端面上濺射鎳鉻，形成如圖5所示的端電極8 ；步驟12 利用陶瓷基片本身的縱向劃槽11，將條狀產(chǎn)品折裂成單個小單元；步驟13 將小單元的產(chǎn)品經(jīng)過電鍍，在端電極的表面形成兩層鍍層，起到耐焊和 可焊的目的；實施例在陶瓷基片1劃槽面的每個單元上用 網(wǎng)印刷的方式印刷導(dǎo)電漿料形成背電極，然后經(jīng)820°C高溫?zé)Y(jié)形成背電極層2 ；在陶瓷基片1劃槽面的反面每個單元上印刷石英 砂玻璃并高溫?zé)Y(jié)，形成改性層3 ；在改性層3上通過磁控真空濺射的沉積方式在改性材料 表面沉積熔斷體金屬層4 ；通過UV激光器對熔斷體金屬層進行圖形化，并通過精確控制圖 形來完成熔斷體的阻值修調(diào)，以達到阻值高度一致的熔斷體圖形；在陶瓷基片以及熔斷體 金屬層上印刷環(huán)氧樹脂，并自然固化形成光阻層；采用錫鋅鋁合金，通過磁控真空濺射的沉 積方式沉積低溫助熔金屬層5 ；用超聲波水洗，去除光阻層；印刷保護層6，使之完整的覆蓋 熔斷體圖形；在保護表面印刷標(biāo)記7 ；將陶瓷基片1折成條狀；在條狀產(chǎn)品的端面上濺射鎳 鉻，形成端電極8;將條狀產(chǎn)品折裂成單個小單元；將小單元的產(chǎn)品經(jīng)過電鍍，在端電極的 表面形成兩層鍍層，起到耐焊和可焊的目的；性能測試。
權(quán)利要求
一種薄膜片式保險絲，包括陶瓷基片，其特征在于所述陶瓷基片采用低導(dǎo)熱陶瓷基片，其背面設(shè)有背電極層，正面由內(nèi)到外依次為印刷而成的改性層、沉積而成的熔斷體金屬層并通過冷燒蝕對熔斷體金屬層進行圖形化形成的熔斷體圖形、沉積而成的低溫助熔金屬層、印刷而成的保護層，陶瓷基片兩端包覆端電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜片式保險絲，其特征在于 導(dǎo)熱系數(shù)低于20W/(m· 的陶瓷基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜片式保險絲，其特征在于 或環(huán)氧樹脂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜片式保險絲，其特征在于 用鎳含量為2% 10%的銅合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜片式保險絲，其特征在于 選用錫鋅合金或錫鋅鋁合金。
6.一種薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)于低導(dǎo)熱陶瓷基片背面印刷背電極層并燒結(jié)；(2)于低導(dǎo)熱陶瓷基片正面印刷表面改性材料，并固化或燒結(jié)形成改性層；(3)通過薄膜沉積方式在改性層上形成熔斷體金屬層；(4)采用冷燒蝕對熔斷體金屬層進行圖形化，形成熔斷體圖形以及引出電極圖形；(5)于改性層上印刷光阻層，光阻層覆蓋在引出電極上上并裸露全部或部分熔斷體金屬層；(6)低溫助熔金屬層沉積；(7)移去光阻層；(8)保護印刷層，完整覆蓋熔斷體圖形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于所述步驟(4) 中，采用UV激光或皮秒/飛秒的超短脈沖激光對熔斷體金屬層進行激光蝕刻。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 中，改性層為石英砂玻璃層，該玻璃層燒結(jié)溫度在1000°C 1300°C;或者改性層由環(huán)氧樹脂 固化而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于所述步驟(5) 中，低溫助熔金屬層選用錫鋅合金或錫鋅鋁合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄膜片式保險絲的制備方法，其特征在于在完成所述 步驟(6)后，將陶瓷基片折成條狀，并于其端面上濺射鎳鉻形成端電極。所述低導(dǎo)熱陶瓷基片為 改性層為石英砂玻璃層 所述的熔斷體金屬層選 所述的低溫助熔金屬層
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜片式保險絲及其制備方法，包括低導(dǎo)熱陶瓷基片，所述低導(dǎo)熱陶瓷基片背面設(shè)有背電極層，正面由內(nèi)到外依次為印刷而成的改性層、沉積而成的熔斷體金屬層并通過冷燒蝕對熔斷體金屬層進行圖形化形成的熔斷體圖形、沉積而成的低溫助熔金屬層、印刷而成的保護層，基片兩端包覆端電極。本發(fā)明以低導(dǎo)熱陶瓷基板為載體，產(chǎn)品具有良好的絕緣密封性和抗機械碰撞、抗折彎能力；針對不同產(chǎn)品選擇不同基片改性材料，可大幅度提升產(chǎn)品熔斷特性；結(jié)合薄膜沉積技術(shù)與激光冷燒蝕技術(shù)實現(xiàn)的熔斷體圖形化，其圖形精度可達到微米級，阻值精度可達到0.5％以上。
文檔編號H01H69/02GK101944463SQ20101026875
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者張遠(yuǎn)生, 楊曉平, 林瑞芬, 袁廣華, 鄧進甫, 麥俊 申請人:廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司