專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電路保護(hù)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路保護(hù)器件及其制造方法，具體涉及一種化學(xué)廢液大幅減少、制造成本低的表面貼裝薄膜熔斷器的制造方法。
背景技術(shù)：
熔斷器又叫保險(xiǎn)絲，是一種歷史悠久的過(guò)電流保護(hù)器件。其原理是利用過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的熱量，將熔絲熔斷，從而將電流切斷，保護(hù)電器和人身的安全。薄膜熔斷器是指利用現(xiàn)代薄膜技術(shù)制備的一種熔斷器，通常由絕緣基體、位于絕緣基體一側(cè)的熔絲(體)、覆蓋于熔絲(體)上面的保護(hù)層和連接端頭組成。制備薄膜熔斷器的關(guān)鍵是熔絲(體)，它通常采用半導(dǎo)體技術(shù)或薄膜電阻技術(shù)加工而成。目前最常用的方法是通過(guò)派射(sputtering)或化學(xué)鍍(electroless plating)在基體上涂敷很薄的金屬層(種子層)，然后涂上感光膠或貼上感光膠膜，再用光刻(photolithography)在感光膠上形成熔絲的圖形,然后用電鍍的方法在曝露出種子金屬層的熔絲圖形部位進(jìn)一步沉積金屬，將其厚度增致熔絲所需的厚度。其后，要用脫膠劑將感光膜除去，還要用腐蝕性溶液，將原來(lái)復(fù)蓋在感光膜下面的金屬種子層溶去，整體工藝相對(duì)比較復(fù)雜。薄膜熔斷器常用的絕緣基體是氧化鋁陶瓷(或玻璃陶瓷)和玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂印刷線路板(PCB)材料(比如FR-4)。陶瓷基體具有耐高溫、耐酸堿腐蝕和高強(qiáng)度等特性，但缺點(diǎn)是具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)( 20w/k.m)而導(dǎo)致熱量的流失，需要比較高的電阻才能達(dá)到特定的熔斷特性，而且成本高，加工也困難。由于FR-4 (環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維基板)材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)( lw/k.m)，特別適合制備低電阻和具有穩(wěn)定熔斷特性的熔斷器。隨著印刷線路板技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種無(wú)鉛、無(wú)鹵素，高TG的PCB基板材料以其良好的綜合性能、低成本和容易加工等顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制備薄膜熔斷器的基體材料。美國(guó)專(zhuān)利5552757，5790008，5844477，5，943，764 和中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi) CN 1153577A 揭示了用印刷線路板(PCB)及類(lèi)似的材料制作薄膜熔斷器的方法。如圖1所示，該方法首先是將PCB上下的覆銅膜全部腐蝕溶解，然后在PCB上鉆孔或開(kāi)槽，再用化學(xué)鍍(electiOlessplating)將整個(gè)PCB的上下表面和通孔或槽的表面，全部鍍上銅。這種將原有的銅箔全部腐蝕溶解，又用化學(xué)鍍將所有的表面全部鍍上銅的過(guò)程，不僅工藝復(fù)雜，而且銷(xiāo)耗大量的化學(xué)品，同時(shí)又產(chǎn)生大量的廢液，既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。通孔的電鍍，目的是將上表面的熔絲與下表面的端頭電極連接，以便在下表面電極焊在線路板上時(shí)，形成連通熔絲的電路。為了在全部鍍上銅的上表面上制成端電極和熔絲，及在下表面上制成端電極，上下表面均要用光敏膠復(fù)蓋，并用光刻的方法制成需要的圖型，然后再把不需要的部分腐蝕掉。這一過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生含銅的廢液。值得注意的是，經(jīng)過(guò)上述過(guò)程制成的半產(chǎn)品，端頭與熔絲為同一材料并具有同一厚度，但在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槎祟^要承受表面貼裝時(shí)的耐焊性和連接可靠性的要求，需要一定的厚度，而低額定電流的熔斷器的熔絲，需要做到相當(dāng)薄(如專(zhuān)利中所提的0.25微米)，為了將端頭增厚，還要經(jīng)過(guò)反復(fù)的掩膜、光刻、電鍍等過(guò)程。
中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)CN 102623271A公開(kāi)了一種新的批量加工薄膜型熔斷器的制造方法。如圖2所示，該制造方法使用了上下表面覆銅膜的線路板，利用線路板上現(xiàn)有的覆銅膜來(lái)制造表面端電極，減少了材料的消耗，減少了將覆銅膜完全去除所耗費(fèi)的化學(xué)品，也減少了將覆銅膜除去所產(chǎn)生的廢液，該制造方法還采用納米導(dǎo)電粉末，這樣能夠在不使用費(fèi)用高昂的真空磁控濺射設(shè)備下，就能夠用覆銅線路板做出不同熔斷特性要求的薄膜熔斷器。但這種改進(jìn)的工藝仍然沒(méi)有充分利用PCB覆銅膜，在熔絲部分仍然需要將原有的PCB覆銅膜腐蝕去除，還不能完全達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)工藝要求。又，在中國(guó)成為世界工廠和電子、化工行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，迫切需要開(kāi)發(fā)既節(jié)能又環(huán)保的綠色技術(shù)，減少工業(yè)廢液對(duì)環(huán)境的污染。電鍍廢液和化學(xué)廢料是對(duì)環(huán)境造成污染的非常重要的根源。而且銅對(duì)水的污染是印制電路生產(chǎn)中普遍存在的問(wèn)題，氨堿蝕刻液的使用更加重了這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)殂~與氨絡(luò)合，不容易用離子交換法或堿沉淀法除去。所以，在技術(shù)和工藝上創(chuàng)新以減少電鍍和蝕刻所產(chǎn)生的化學(xué)廢料，對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種節(jié)能、環(huán)保、制造成本低的電路保護(hù)器件的制造方法。本發(fā)明同時(shí)還要提供一種改進(jìn)的電路保護(hù)器件，其連接可靠性好，且可通過(guò)節(jié)能、環(huán)保、成本低的方法制造得到。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案如下:
一種電路保護(hù)器件的制造方法，該電路保護(hù)器件為表面貼裝薄膜熔斷器，其包括:
絕緣的基體，其具有上表面、下表面、相對(duì)的端面；
上、下表面端電極，其分別設(shè)置在所述基體的上、下表面的兩端；
熔絲，其電連接在兩端的所述的上表面端電極之間，該熔絲為銅熔絲或銅熔絲與除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料構(gòu)成的復(fù)合熔絲；
端面電極，其設(shè)置在基體的相對(duì)的端面上、將位于同一端的上、下端電極對(duì)應(yīng)電連接，所述制造方法包括以上下表面覆銅片的PCB覆銅板為原材，在該所述原材上形成所述上、下表面端電極和熔絲的工序，
所述在原材上形成上表面端電極、下表面端電極和熔絲的工序包括如下步驟:
第一步:將所述原材的上表面的覆銅片的厚度減薄到其設(shè)定厚度，所述設(shè)定厚度為制備特定規(guī)格熔斷器所需要的熔絲(體)的厚度，
第二步:利用覆銅板本身所具有的銅箔，通過(guò)光刻-化學(xué)腐蝕的方法制備出所述上、下表面端電極和銅熔絲，其中，所述覆銅板的下表面的銅箔除去形成下表面端電極的部分被全部除去形成絕緣部位，所述覆銅板的上表面的銅箔除去形成上表面端電極和銅熔絲的部分也被除去形成絕緣部位；以及選擇性地，
第三步:通過(guò)光刻-電鍍?cè)诘诙剿纬傻你~熔絲的上表面上制作第二金屬熔絲(體)，從而形成復(fù)合熔絲，所述第二金屬為除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料。優(yōu)選地，所述的原材選用銅箔厚度為1/2盎司或I盎司的PCB覆銅板，特別優(yōu)選銅箔厚度為1/2盎司的PCB覆銅板。根據(jù)本發(fā)明，在所述第一步中，減薄銅層可通過(guò)本領(lǐng)域所熟知的化學(xué)蝕刻技術(shù)來(lái)進(jìn)行，化學(xué)蝕刻的方式包括但不限于浸泡式、鼓泡式，潑濺式以及噴淋式。在本發(fā)明中，從獲得相對(duì)較佳的減薄均勻性角度考慮，優(yōu)選采用浸泡式減薄方式，通過(guò)選擇合適的蝕刻液并控制適當(dāng)?shù)奈g刻液中各組分的濃度、蝕刻溫度和其他相關(guān)工藝參數(shù)，可望獲得制造薄膜熔斷器所需要的不同厚度的均勻性滿(mǎn)足熔斷器熔絲(體)要求的銅箔。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體方面，在所述第一步中，采取酸性氯化銅蝕刻液，在氧化還原電勢(shì)為450-550mV下以及溫度25_55°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度，所述酸性氯化銅蝕刻液中，氯化銅的波美度為5 50，鹽酸的濃度為0.5 5mol/L。根據(jù)本發(fā)明的又一具體方面，還可以采取選自過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液、過(guò)硫酸銨蝕刻液、硫酸/鉻酸蝕刻液、硫酸/雙氧水蝕刻液中的任一種蝕刻液，在溫度15-30°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。優(yōu)選地，當(dāng)采取過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液進(jìn)行蝕刻時(shí)，過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液中，過(guò)硫酸鈉的質(zhì)量濃度為1°/Γ10%，硫酸的濃度為0.5飛mol/L，且向該過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液中添加濃度15Wt9T35wt%的過(guò)氧化氫以控制氧化速度。進(jìn)一步地，所述上表面端電極和所述銅熔絲通過(guò)分步蝕刻而制成，具體地說(shuō)，用光刻薄膜將需要厚銅層的部分遮蓋，對(duì)裸露部分做進(jìn)一步的蝕刻，從而從原本同一厚度的銅箔制成了較厚的銅層部分和較薄的銅層部分，進(jìn)一步地分別從所述較厚的銅層部分和較薄的銅層部分通過(guò)光刻-化學(xué)蝕刻形成上表面端電極圖案和熔絲圖案。進(jìn)一步地，所述制造方法還包括在銅熔絲或復(fù)合熔絲的上表面涂覆或印刷熔絲保護(hù)層的工序，形成將上、下表面端電極相電連接的端面電極的工序。進(jìn)一步地，所述形成將上、下表面端電極相電連接的端面電極的工序?qū)嵤┤缦?在所述基體的相對(duì)的端面上涂布平均粒徑大小為IOOlOOnm的納米級(jí)導(dǎo)電粉末形成納米導(dǎo)電粉末層，然后用電鍍的 方法在所述納米導(dǎo)電粉末層上電鍍上導(dǎo)電金屬層形成電連接上、下表面端電極的端面電極。根據(jù)本發(fā)明，還可在形成所述端面電極后，進(jìn)一步在端面電極以及上、下表面端電極的暴露部分的表面上鍍上焊錫層，以保證電極在表面貼裝時(shí)的可焊性。焊錫層的厚度一般為3飛微米。優(yōu)選地，在形成將上、下表面端電極電連接的端面電極的工序中，在所述納米導(dǎo)電粉末層上依次電鍍3飛微米厚度的鎳層和8 20微米的銅層。進(jìn)一步地，所述制造方法還可包括在所述第二步之后，在所述覆銅板的下表面的絕緣部位上印刷字碼，并形成對(duì)字碼進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)層的工序。優(yōu)選地，所述的第二金屬為鋅、鈦、鋁、鎳、錫、銀、或其合金。通過(guò)采取不同的第二金屬與銅熔絲進(jìn)行組合，可制成不同電阻率和不同熔點(diǎn)的復(fù)合熔絲。優(yōu)選地，第三步中，僅在所述銅熔絲的上表面的部分區(qū)域用電鍍的方法覆蓋第二金屬。進(jìn)一步地，所述的制造方法還包括在熔絲的部分表面上覆蓋有滅弧和絕緣的復(fù)合物涂層。本發(fā)明采取的又一技術(shù)方案是:一種表面貼裝薄膜熔斷器，其包括:
絕緣的基體，其具有上表面、下表面、相對(duì)的端面； 上、下表面端電極，其分別設(shè)置在所述基體的上、下表面的兩端；
熔絲，其電連接在兩端的所述的上表面端電極之間，該熔絲為銅熔絲或銅熔絲與除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料構(gòu)成的復(fù)合熔絲；
端面電極，其設(shè)置在基體的相對(duì)的端面上、將位于同一端的上、下端電極對(duì)應(yīng)電連接， 特別是，所述的銅熔絲與所述的上表面端電極一體設(shè)置。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供的方法充分利用了覆銅板上的原有的銅箔來(lái)制造熔斷器的端電極和熔絲(體)，減少了材料的消耗，減少了將銅箔完全去除所耗費(fèi)的化學(xué)品，也減少了將銅箔除去所產(chǎn)生的廢液，而且無(wú)需薄膜濺射和化學(xué)鍍等復(fù)雜和昂貴的設(shè)備和工藝，是一種低成本、低消耗、和節(jié)能、環(huán)保型的生產(chǎn)技術(shù)。采取本發(fā)明的方法無(wú)需使用費(fèi)用高昂的真空磁控濺射設(shè)備，完全避免了會(huì)產(chǎn)生大量廢水的繁雜的化學(xué)鍍工藝，僅僅通過(guò)改進(jìn)、優(yōu)化的銅減薄技術(shù)，就能夠用覆銅線路板做出不同熔斷特性要求的薄膜熔斷器。由于熔斷器的熔絲(體)和端面電極是利用原有的覆銅線路板的銅箔一體形成，熔斷器端電極和熔絲(體)的連接可靠性也有了保障。


圖1為CN 1153577A所采取的工藝流程示意 圖2為CN 102623271A所采取的工藝流程示意 圖3為本發(fā)明所采取的工藝流程示意 圖4為具有雙面覆銅片的線路板；
圖5顯示了在圖4的線路板上覆蓋可感光膜與光掩膜后的示意 圖6顯示了底面端頭電極的形狀；
圖7顯示了頂面端頭和熔絲(體)的形狀；
圖8顯示了頂面端頭電極和復(fù)合熔絲(體)的形狀；
圖9為顯示了上下電極連接關(guān)系的示意 圖10為顯示了實(shí)施例1所得熔斷器的頂端面和熔絲(體)形狀的示意 圖11顯示了實(shí)施例1所得熔斷器在焊接到測(cè)試板之前和之后，其電阻值(DCR-歐姆)的變化；
圖12顯示了實(shí)施例1所得熔斷器的熔斷特性(熔斷時(shí)間)與電阻值(DCR-歐姆)之間的線性關(guān)系；
圖13為顯示了實(shí)施例2所得熔斷器的頂端面和熔絲(體)形狀的示意 圖14顯示了實(shí)施例2所得熔斷器在焊接到測(cè)試板之前和之后，其電阻值(DCR-歐姆)的變化；
圖15顯示了實(shí)施例2所得熔斷器的熔斷特性(熔斷時(shí)間)與電阻值(DCR-歐姆)之間的線性關(guān)系。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能、環(huán)保的制造電路保護(hù)器件(薄膜熔斷器)的方法，是對(duì)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN 102623271A的進(jìn)一步改進(jìn)，CN 102623271A所公開(kāi)的內(nèi)容將引入本發(fā)明作為參考。本發(fā)明的方法不僅大大減少了由于將雙面PCB覆銅板的銅通過(guò)腐蝕而帶來(lái)的大量化學(xué)廢液，而且充分利用PCB覆銅板本身的銅用以制備熔斷器的熔絲(體)和上、下連接端面，同時(shí)還可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，有效縮短生產(chǎn)制程的時(shí)間，進(jìn)而降低制造成本。熔絲(體)是熔斷器的主要組成部分。一般要求熔體材料的熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性能好、不易氧化和易于加工。熔斷器的熔絲(體)材料可以是各種金屬(比如銅，銀，鎳，鈦，招，錫等)及其合金，銅以其良好的導(dǎo)電性，抗氧化性和合適的熔點(diǎn)(1084°C )成為熔斷器熔絲(體)的首選材料。而且如前所述，由于FR-4材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)( lw/k.m)，特別適合制備低電阻和具有穩(wěn)定熔斷特性的熔斷器。所以本發(fā)明采用PCB覆銅板作為制造薄膜熔斷器的基本材料。熔斷器的工作原理是當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流大于額定值時(shí)，以其自身產(chǎn)生的熱量(電流通過(guò)熔絲(體)而發(fā)熱)使熔絲(體)熔化而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?，達(dá)到保護(hù)線路的目的，所以熔絲(體)材料及其幾何形狀對(duì)熔斷器的熔斷特性起到了決定性的作用。當(dāng)選定了熔絲(體)材料之后，制造薄膜熔斷器的關(guān)鍵是如何獲得高精度，穩(wěn)定可控的熔絲(體)。同一尺寸的熔斷器系列，通常有多個(gè)不同額定電流的料號(hào)，需要將熔絲(體)做成不同的厚度和/或?qū)挾?，以滿(mǎn)足在不同額定電流下熔斷的特性，用于保護(hù)不同額定電流的線路。越薄越細(xì)的熔絲，其熔斷的額定電流越小。要獲得高精度，穩(wěn)定可控的熔絲(體)，除了在熔絲(體)的設(shè)計(jì)上要滿(mǎn)足熔斷特性的要求外，更為重要的是熔絲(體)的厚度和兩維平面的精度。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，利用光刻工藝可為我們提供生產(chǎn)精確的幾何輪廓的熔絲(體)，那么熔絲(體)厚度的控制是制造薄膜熔斷器的重點(diǎn)。雖然薄膜技術(shù)可以滿(mǎn)足熔斷特性的所有與高穩(wěn)定性和精確的可重復(fù)性有關(guān)的要求，薄膜濺射和離子濺射工藝能夠嚴(yán)格控制鍍層的厚度，但薄膜工藝所能夠獲得的直接金屬薄膜層厚度通常是1.5微米及以下，超過(guò)1.5微米以上的薄膜鍍層雖然可以做到，但很不經(jīng)濟(jì)，不僅成本高，而且金屬薄膜層和基體的結(jié)合力也會(huì)降低而達(dá)不到要求。為此，需要對(duì)薄膜鍍層加厚才能達(dá)到不同規(guī)格熔斷器所需要的熔絲(體)的厚度。通常采用電鍍的方法將其鍍層加厚，而平板電鍍鍍層均勻性目前能夠控制的最好水平也只能達(dá)到+/-1微米。覆銅板銅箔厚度的常用規(guī)格是1/2盎司(18微米)，I盎司(35微米)，2盎司(70微米)，雖然也有超薄銅箔PCB覆銅板(比如3微米，5微米，7微米和9微米等厚度)，但價(jià)格十分昂貴。根據(jù)薄膜熔斷器的要求，本專(zhuān)利選用銅箔厚度為1/2盎司( 18微米)的PCB覆銅板。隨著電子線路板技術(shù)的發(fā)展，PCB覆銅板銅箔的厚度均勻性近年來(lái)有了很大的提高，各點(diǎn)銅厚度的誤差范圍可以控制在+/-0.5微米，可以滿(mǎn)足用其銅箔直接制備熔斷器熔絲(體)的要求。在PCB覆銅板銅箔厚度均勻性可以滿(mǎn)足直接用其銅箔來(lái)制備熔斷器熔絲(體)的要求的前提下，本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)對(duì)銅箔進(jìn)行均勻的減薄，得到制備熔斷器熔絲(體)所要求的厚度和均勻性。減薄銅層可通過(guò)本領(lǐng)域所熟知的化學(xué)蝕刻技術(shù)來(lái)進(jìn)行，化學(xué)蝕刻的方式包括但不限于浸泡式、鼓泡式，潑濺式以及噴淋式。在本發(fā)明中，從獲得相對(duì)較佳的減薄均勻性角度考慮，優(yōu)選采用浸泡式減薄方式，通過(guò)選擇合適的蝕刻液并控制適當(dāng)?shù)奈g刻液中各組分的濃度、蝕刻溫度和其他相關(guān)工藝參數(shù)，可望獲得制造薄膜熔斷器所需要的不同厚度的均勻性滿(mǎn)足熔斷器熔絲(體)要求的銅箔。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝的示意圖，與圖1和圖2所示的工藝相比，本發(fā)明工藝過(guò)程顯然簡(jiǎn)單許多。下面對(duì)本發(fā)明制備薄膜熔斷器的工藝過(guò)程做進(jìn)一步詳細(xì)描述。第一步:覆銅層減薄
如圖4所示，本發(fā)明采用具有雙面覆銅片la，Ib的FR-4基材2為線路板，通過(guò)減薄工藝將雙面覆銅片的上表面銅膜的厚度減薄到制備特定規(guī)格熔斷器所需要的熔絲(體)的厚度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體和優(yōu)選方案:為了達(dá)到最佳的減薄均勻性，本發(fā)明針對(duì)不同厚度的要求，采取如下兩種方式來(lái)做減薄的蝕刻:
第一種方式:氯化銅工藝
用氯化銅(Be= 5-50)，鹽酸(N= 0.5_5)，將氧化還原電勢(shì)(ORP)調(diào)整至450_550mV，另加適量的表面活性劑/濕潤(rùn)劑，在25-55°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。第二種方式:過(guò)硫酸鈉工藝
用過(guò)硫酸鈉(1-10%)，硫酸(N= 0.5-5)，適量加入15-35%的過(guò)氧化氫控制氧化速度，另加適量的表面活性劑/濕潤(rùn)劑，在15-30°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，其它類(lèi)似的通過(guò)在水溶液中，將銅原子氧化為銅離子的類(lèi)似氧化物，也可以用于化學(xué)蝕刻減薄的工藝，可用的系統(tǒng)還例如有過(guò)硫酸氨，硫酸加過(guò)氧化氫等體系。第二步:光刻/化學(xué)腐蝕制備熔絲和上、下連接端面
如圖5所示，用可感光的膠膜3a，3b壓合在減薄后的線路板的上下表面。在可感光的膠膜3a，3b的表面，覆蓋光掩膜4a，4b。光掩膜4a，4b上有黑色的部分和透光的部分，在經(jīng)過(guò)紫外光的曝光后，可感光的膠膜3a, 3b在光掩模4a, 4b透光的部分受紫外光照射聚合?？筛泄獾哪z膜3a，3b在光掩膜4a，4b不透光部分沒(méi)受到紫外光照射，不會(huì)聚合，可用堿性溶液洗去。然后，將部分被可感光的膠膜3a，3b覆蓋的覆銅線路板放到氧化性的腐蝕液中，可將沒(méi)有被可感光的膠膜3a，3b保護(hù)部分的覆銅板溶解，留下需要的上表面端電極的端頭部分5a，5b。上下的光掩膜4a，4b的圖形不同，下面的圖形為矩形，使端頭部分的電極也為矩形，方便用于表面貼裝的焊接，如圖6所示。而上面的光掩膜則在端頭的內(nèi)側(cè)中間部分，形成突出的梯形的下表面端電極6a和6b，并和銅熔絲(體)7成為一體，以保證銅熔絲和上表面端電極6a，6b的可靠連接，如圖7所示。第三步:光刻/電鍍制備第二金屬(在熔絲上表面)
可以通過(guò)如上所述的干膜技術(shù)，在圖6、7所示的端頭電極和部分熔絲(體)覆蓋而將所示的熔絲(體)的中間部分露出，用電鍍的方法制作第二金屬熔絲(體)8而形成復(fù)合熔絲。不同的材料及材料的組合，可制成不同電阻率和不同熔點(diǎn)的復(fù)合熔絲。其示意如圖8所示。第四步:涂覆熔絲保護(hù)層
為了保護(hù)熔絲，在復(fù)合熔絲(體)的上表面，涂上硅橡膠，環(huán)氧膠，或水玻璃等保護(hù)層9。第五步:字碼印刷(可參考CN 102623271A)
第六步:開(kāi)槽
第七步:涂覆納米導(dǎo)電層(開(kāi)槽端面)
為了完成上表面端電極6a和6b與下表面端電極5a與5b的連接,在端面IOa和IOb上涂布納米級(jí)的導(dǎo)電顆粒，然后用電鍍的方法，選擇性地鍍上銅和/或鎳，實(shí)現(xiàn)6a與5a，6b與5b的電極的電連接。如圖9所示。第八步:電鍍錫(端面)
為了保證電極在表面貼裝時(shí)的可焊性，在暴露的端電極表面鍍上錫。上述第一步 第三步構(gòu)成在原材上形成上表面端電極、下表面端電極和熔絲的工序;
上述第六步 第七步構(gòu)成形成將上、下表面端電極相電連接的端面電極的工序。

第九步:切割成產(chǎn)品
本發(fā)明上述工藝?yán)酶层~線路板的材料，將PCB覆銅板本身的銅膜進(jìn)行減薄得到熔絲(體)所需要的銅膜厚度，并且與納米材料技術(shù)相結(jié)合，制造不同熔斷特性的熔斷器的技術(shù)，充分利用了覆銅板上的原有的銅箔來(lái)制造熔斷器的端電極和熔絲(體)，減少了材料的消耗，減少了將銅箔完全去除所耗費(fèi)的化學(xué)品，也減少了將銅箔除去所產(chǎn)生的廢液，而且無(wú)需薄膜濺射和化學(xué)鍍等復(fù)雜和昂貴的設(shè)備和工藝，是一種低成本、低消耗、和節(jié)能、環(huán)保型的生產(chǎn)技術(shù)。本專(zhuān)利的技術(shù)創(chuàng)新和新穎性的主要點(diǎn)是不使用費(fèi)用高昂的真空磁控濺射設(shè)備，完全避免了會(huì)產(chǎn)生大量廢水的繁雜的化學(xué)鍍工藝，僅僅通過(guò)改進(jìn)、優(yōu)化的銅減薄技術(shù)，就能夠用覆銅線路板做出不同熔斷特性要求的薄膜熔斷器。由于熔斷器的熔絲(體)和端面電極是利用原有的覆銅線路板的銅箔一體形成，熔斷器端電極和熔絲(體)的連接可靠性也有了保障。實(shí)施例1制備熔絲(體)厚度大于5微米的薄膜熔斷器(以0603尺寸，5.0A快斷薄膜熔斷器為例)
第一步:將上下表面有半盎司銅膜的PCB覆銅板板裁剪成6英寸方塊，將PCB覆銅板的上表面銅膜均勻地減薄到所需要的厚度(5 14微米)，其中，減薄采取氯化銅工藝，采取的酸性氯化銅蝕刻液中氯化銅的波美度為1(Γ15，鹽酸濃度為f2mol/L，氧化還原電勢(shì)(ORP)調(diào)整到450-550mV，另加適量的表面活性劑/濕潤(rùn)劑，在25 30°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。第二步:通過(guò)光刻-化學(xué)蝕刻制備端電極上、下端面和熔絲(體)(參見(jiàn)圖10)，可以采用干膜或濕膜獲得光刻圖形，通常采用干膜，因?yàn)榫雀?，成本也低?br> 第三步:通過(guò)干膜和電鍍技術(shù)，在熔絲(體)的中間制作第二金屬熔絲(體)(鋅、鈦、鋁、鎳、錫、銀、或其合金)而形成復(fù)合熔絲；
第四步:在下表面印刷字碼；
第五步:在上表面涂覆或印刷熔絲保護(hù)層，熔絲保護(hù)層的材料可以是各種感光阻燃油墨，或硅橡膠，或環(huán)氧樹(shù)脂，或水玻璃；
第六步:采用干膜保護(hù)上、下表面，并用高精度劃片機(jī)切割上下端電極連接槽；
第七步:在上下端電極連接槽表面涂覆納米導(dǎo)電層，納米導(dǎo)電層的導(dǎo)電顆粒是納米碳粉，納米碳粉的平均顆粒度是大約100-300納米；
第八步:電鍍制備電連接上下表面端電極的端面電極，先電鍍3-5微米的鎳，然后電鍍10-20微米的銅，最后電鍍3-5微米的錫；
第九步:切割成產(chǎn)品。參見(jiàn)圖11，其為熔斷器在焊接前和焊接到測(cè)試板上后電阻值(DCR-歐姆)變化，顯示熔斷器的電阻值在經(jīng)過(guò)回流焊之后變化很小，十分穩(wěn)定；
參見(jiàn)圖12，其顯示了熔斷器的熔斷特性(熔斷時(shí)間)和電阻值(DCR-歐姆)之間的線性關(guān)系，顯示該熔斷器具有良好的線性關(guān)系。在200%，400%和800%電流過(guò)載條件下熔斷器的熔斷時(shí)間和電阻值之間的線性系數(shù)(R2)都大于0.9。實(shí)施例2制備熔絲(體)厚度小于5-10微米的薄膜熔斷器(以0603尺寸，0.375A快斷薄膜熔斷器為例)
第一步:將上下表面有半盎司銅膜的PCB覆銅板板裁剪成6英寸方塊，將PCB覆銅板的上表面銅膜均勻地減薄到5-10微米的厚度，利用干膜覆蓋保護(hù)上端電極面和下端電極面的區(qū)域，繼續(xù)將覆銅板其他區(qū)域的銅膜均勻地減薄所需要的厚度，其中采取過(guò)硫酸鈉工藝，具體地，用過(guò)硫酸鈉(1-10%)，硫酸(N= 0.5-5)，適量加入15-35%的過(guò)氧化氫控制氧化速度，另加適量的表面活性劑/濕潤(rùn)劑，在15-30°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。第二步:通過(guò)光刻-化學(xué)蝕刻制備端電極上、下端面和熔絲(體)(參見(jiàn)圖13)，可以采用干膜或濕膜獲得光刻圖形，通常采用干膜，因?yàn)榫雀?，成本也低?br> 第三步:通過(guò)干膜和電鍍技術(shù)，在熔絲(體)的中間制作第二金屬熔絲(體)(為鋅、鈦、鋁、鎳、錫、銀、或其合金)而形成復(fù)合熔絲；
第四步:在下表面印刷字碼；
第五步:在上表面涂覆或印刷熔絲保護(hù)層，熔絲保護(hù)層的材料可以是各種感光阻燃油墨，或硅橡膠，或環(huán)氧樹(shù)脂，或水玻璃；
第六步:采用干膜保護(hù)上、下表面，并用高精度劃片機(jī)切割上下端電極連接槽；
第七步:在上下端電極連接槽表面涂覆納米導(dǎo)電層，納米導(dǎo)電層的導(dǎo)電顆粒是納米碳粉，納米碳粉的平均顆粒度是大約100-300納米；
第八步:電鍍制備上下端電極連接端面，先電鍍3-5微米的鎳，然后電鍍8-20微米的銅，最后電鍍3-5微米的錫；
第九步:切割成產(chǎn)品
參見(jiàn)圖14，其為熔斷器在焊接前和焊接到測(cè)試板上后電阻值(DCR-歐姆)變化，顯示熔斷器的電阻值在經(jīng)過(guò)回流焊之后變化很小，十分穩(wěn)定；
參見(jiàn)圖15，其顯示了熔斷器的熔斷特性(熔斷時(shí)間)和電阻值(DCR-歐姆)之間的線性關(guān)系，顯示該熔斷器具有良好的線性關(guān)系。在200%，400%和800%電流過(guò)載條件下熔斷器的熔斷時(shí)間和電阻值之間的線性系數(shù)(R2)都大于0.9。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電路保護(hù)器件的制造方法，所述電路保護(hù)器件為表面貼裝薄膜熔斷器，其包括: 絕緣的基體，其具有上表面、下表面、相對(duì)的端面； 上、下表面端電極，其分別設(shè)置在所述基體的上、下表面的兩端； 熔絲，其電連接在兩端的所述的上表面端電極之間，該熔絲為銅熔絲或銅熔絲與除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料構(gòu)成的復(fù)合熔絲； 端面電極，其設(shè)置在基體的相對(duì)的端面上、將位于同一端的上、下端電極對(duì)應(yīng)電連接，所述制造方法包括以上下表面覆銅片的PCB覆銅板為原材，在該所述原材上形成所述上、下表面端電極和熔絲的工序， 其特征在于:所述在原材上形成上表面端電極、下表面端電極和熔絲的工序包括如下步驟: 第一步:將所述原材的上表面的覆銅片的厚度減薄到設(shè)定厚度，所述設(shè)定厚度為制備特定規(guī)格熔斷器所需要 的熔絲(體)的厚度； 第二步:利用覆銅板本身所具有的銅箔，通過(guò)光刻-化學(xué)腐蝕的方法制備出所述上、下表面端電極和銅熔絲，其中，所述覆銅板的下表面的銅箔除去形成下表面端電極的部分被全部除去形成絕緣部位，所述覆銅板的上表面的銅箔除去形成上表面端電極和銅熔絲的部分也被除去形成絕緣部位；以及選擇性地， 第三步:通過(guò)光刻-電鍍?cè)诘诙剿纬傻你~熔絲的上表面上制作第二金屬熔絲(體)，從而形成復(fù)合熔絲，所述第二金屬為除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述的原材選用銅箔厚度為1/2盎司或I盎司的PCB覆銅板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:在所述第一步中，采用化學(xué)蝕刻方法對(duì)覆銅片進(jìn)行減薄。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:在所述第一步中，所述化學(xué)蝕刻采取浸泡式化學(xué)蝕刻法。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:在所述第一步中，采取酸性氯化銅蝕刻液，在氧化還原電勢(shì)為450-550mV下以及溫度25_55°C條件下蝕亥IJ，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度，所述酸性氯化銅蝕刻液中，氯化銅的波美度為5 50，鹽酸的濃度為0.5^5mol/L ;或者，采取選自過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液、過(guò)硫酸銨蝕刻液、硫酸/鉻酸蝕刻液、硫酸/雙氧水蝕刻液中的任一種蝕刻液，在溫度15-30°C條件下蝕刻，在蝕刻過(guò)程中定時(shí)通過(guò)流動(dòng)來(lái)更新銅面的邊界層，保持整個(gè)表面均勻的氧化速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液中，過(guò)硫酸鈉的質(zhì)量濃度為1°/Γ10%，硫酸的濃度為0.5飛mol/L，且向該過(guò)硫酸鈉/硫酸蝕刻液中添加濃度15wt9T35wt%的過(guò)氧化氫以控制氧化速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述上表面端電極和所述銅熔絲通過(guò)分步蝕刻而制成，具體地說(shuō)，用光刻薄膜將需要厚銅層的部分遮蓋，對(duì)裸露部分做進(jìn)一步的蝕刻，從而從原本同一厚度的銅箔制成了較厚的銅層部分和較薄的銅層部分，進(jìn)一步地分別從所述較厚的銅層部分和較薄的銅層部分通過(guò)光刻-化學(xué)蝕刻形成上表面端電極圖案和熔絲圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述制造方法還包括在銅熔絲或復(fù)合熔絲的上表面涂覆或印刷熔絲保護(hù)層的工序，形成將上、下表面端電極相電連接的端面電極的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述形成將上、下表面端電極相電連接的端面電極的工序?qū)嵤┤缦?在所述基體的相對(duì)的端面上涂布平均粒徑大小為IOOlOOnm的納米級(jí)導(dǎo)電粉末形成納米導(dǎo)電粉末層，然后用電鍍的方法在所述納米導(dǎo)電粉末層上電鍍上導(dǎo)電金屬層形成電連接上、下表面端電極的端面電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:在形成將上、下表面端電極電連接的端面電極的工序中，在所述納米導(dǎo)電粉末層上依次電鍍3飛微米厚度的鎳層和8 20微米的銅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:在形成所述端面電極后，進(jìn)一步在端面電極以及上、下表面端電極的暴露部分的表面上鍍上焊錫層。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述制造方法還包括在所述第二步之后，在所述覆銅板的下表面的絕緣部位上印刷字碼，并形成對(duì)字碼進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)層的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述的第二金屬為鋅、鈦、招、鎳、錫、銀或它們的合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或13所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:第三步中，僅在所述銅熔絲的上表面的部分區(qū)域用電鍍的方法覆蓋第二金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或8或12所述的電路保護(hù)器件的制造方法，其特征在于:所述的制造方法還包括在熔絲的部分表面上覆蓋滅弧和絕緣的復(fù)合物涂層。
16.一種電路保護(hù)器件，為表面貼裝薄膜熔斷器，其包括: 絕緣的基體，其具有上表面、下表面、相對(duì)的端面； 上、下表面端電極，其分別設(shè)置在所述基體的上、下表面的兩端； 熔絲，其電連接在兩端的所述的上表面端電極之間，該熔絲為銅熔絲或銅熔絲與除了銅以外的金屬導(dǎo)電材料構(gòu)成的復(fù)合熔絲； 端面電極，其設(shè)置在基體的相對(duì)的端面上、將位于同一端的上、下端電極對(duì)應(yīng)電連接， 其特征在于:所述的銅熔絲與所述的上表面端電極一體設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路保護(hù)器件(表面貼裝熔斷器)及其制造方法，熔斷器上表面端電極與熔絲一體設(shè)置，所述方法包括以上下表面覆銅片的PCB覆銅板為原材，第一步將所述原材的上表面的覆銅片的厚度減薄到其設(shè)定厚度；第二步利用覆銅板本身所具有的銅箔，通過(guò)光刻-化學(xué)腐蝕的方法制備出所述上、下表面端電極和銅熔絲。本發(fā)明提供的方法充分利用了覆銅板上的原有的銅箔來(lái)制造熔斷器的端電極和熔絲，減少了材料的消耗，減少了將銅箔完全去除所耗費(fèi)的化學(xué)品，也減少了將銅箔除去所產(chǎn)生的廢液，而且無(wú)需薄膜濺射和化學(xué)鍍等復(fù)雜和昂貴的設(shè)備和工藝，是一種低成本、低消耗、和節(jié)能、環(huán)保型的生產(chǎn)技術(shù)。此外，本發(fā)明的表面貼裝薄膜熔斷器連接可靠性好。
文檔編號(hào)H01H69/02GK103208401SQ20131012344
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者汪立無(wú), 李向明, 賀電 申請(qǐng)人:Aem科技(蘇州)股份有限公司