专利名称：保险元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保险元件，尤其是适合使用在多层技术构造的电气和/或电子电路中的保险元件，该保险元件包括尤其可使用在多层技术中的印刷电路板载体材料，该印刷电路板载体材料被涂覆有金属或金属合金，由该金属或金属合金借助光刻技术和/或印刷技术的图案化技术以及后续的蚀刻工艺或雕刻工艺产生保险丝。
背景技术：
如制造电子以及电气电路时所使用的印刷电路板那样，无论是利用导电材料进行传统的单面或双面涂覆从而构成印刷电路板，还是在所谓的在其中使用多层地构成的印刷电路板的多层技术中，印刷电路板都要装配可想到的有源的以及无源的电子或电气构件，目前通常利用自动装配装置来实现这种装配。在此所提出的所有有源和无源的电气和电子部件出于一致的装配工艺原因必须与自动装配装置的结构和其自动装配的操作性相适应。用于印刷电路板或印刷电路板载体上的这种布置的无源器件形成了保险元件，该保险元件用于多种电气和电子电路中，这些电路借助上述的印刷电路板或印刷电路板载体构成有效的电路。在现有技术中，除了被构成为独立的元件的保险元件之外，还公知了这种在印刷电路板技术中普遍地由相同的材料实现的保险元件，也就是说，该保险丝是通过相应地计算并确定尺寸的横截面通过蚀刻或雕刻方法构成的，该横截面由在印刷电路板载体上形成电气导体的材料构成，也就是说，本身就由导体材料例如，同样形成了其余线路的铜或铜合金所构成的保险丝有时被作为电气或电子电路的集成的组成部分。该导体材料还可以是例如，银或银合金，然而也可以是其他所有用于构成线路或导体材料的金属和金属合金，只要这些金属和金属合金满足其要求即可。在构成保险元件时，层压在印刷电路板载体上的金属或金属合金例如，铜或铜合金的显著问题在于，构成实际的印刷电路板载体的通常由利用环氧树脂增强的织成的玻璃布构成的印刷电路板材料具有与例如，导体材料例如，铜所不同的温度膨胀系数。上述示例性的利用玻璃布增强的环氧树脂的膨胀系数处在14至17ppm/K的范围内，而例如，形成线路的铜的膨胀系数为17ppm/K。迄今为止通常被用于制造配备有电气和电子部件的电路板的、公知的印刷电路板载体或印刷电路板载体材料的缺点在于，由于较高的工作温度会损害印刷电路板载体材料，所以迄今为止的印刷电路板载体材料的工作温度通常只允许处在200°C以下。这种印刷电路板载体材料随后在过高的温度下丧失了强度并且出现分层以及最终出现聚合物的分解和碳化。由此产生具传导能力的低阻抗的层，从而又产生有害的后果，即，使如此构造的保险丝(熔丝)或保险元件所需的最小绝缘电阻降低。现有技术中所公知的其他类型的保险丝以Al2O3-陶瓷作为基础，其在比上述印刷电路板载体材料的基础上的保险丝的温度高得多的温度下仍保持稳定，这种Al2O3-陶瓷上的保险丝自然具有通常在8ppm/K以下的温度膨胀系数，这对于保险丝的稳定性而言同样又是不利的，并且由此影响整个电气或电子电路，因为实际的印刷电路板材料和陶瓷之间会出现使陶瓷出现断裂并且损害陶瓷使其无法使用的电压。
还会出现大量热能从实际的保险元件流到非常好的导热陶瓷中。然而，利用以上示例性地描述的两种材料难以实现带有小额定电流和灵敏的特性的保险丝。
发明内容
本发明的目的在于，实现一种可以集成地构成在例如，涂覆在传统的印刷电路板载体或多层印刷电路板载体上的金属或金属合金中的保险元件，该保险元件可以稳定地承受高的工作温度，甚至是高于200°C的工作温度，电气的电路以及保险元件(熔丝元件)位于其上的印刷电路板载体材料也要承受这种高的工作温度，其中，这种保险丝应该同样能够承受高的环境温度并且同时具有高绝缘性。由此，正如在容纳电气和电子元件的印刷电路板中使用的制造技术一样，借助该制造技术同样可以制造这种保险丝。根据本发明如此实现上述目的，S卩，由一种至少是高度热稳定的材料构成在其上构成有保险丝的印刷电路板载体材料，其中，其热膨胀系数至少基本上与构成保险丝的金属或金属合金的热膨胀系数类似。按照本发明的方案的优点基本上在于，确保保险丝在直至电气或电子电路的最高环境温度下都具有稳定的绝缘性，并且该方案提供的电流-时间-特性与迄今为止的现有技术所提供的用于构成保险丝的方案相比更为有利，并且与现有技术公知的那种保险丝相比，还能够明显降低材料费用和制造费用。按照该保险元件的具有优点的实施方式，产生保险丝的金属材料或金属合金是铜或铜合金，其优点在于，关于形成保险元件，与设置在印刷电路板上的电气和/电子电路或部件相对应，无需放弃制成最终的印刷电路板的制造技术。当产生保险丝的金属材料或金属合金是银或银合金或是任意一种合适的金属或任意一种合适的金属合金时，基本上也适用上述内容。同时构成了保险元件的线路本身应该又由至少一种双层的由上述金属或金属合金构成的层构成。外面的层具有保护层的功能或是被用作在其下放置的层的外罩。无论是传统地构成的印刷电路板，还是多层技术构成的多个印刷电路板，用于构成按照本发明的保险元件的基本组成部分都是印刷电路板载体的材料。在此，具有优点的是，可这样选择印刷电路板载体的材料，即，印刷电路板材料至少由一种热固性的、玻璃纤维增强的碳氢化合物/陶瓷-层压材料构成，其中，这种材料例如，由Roger公司在市场上出售的型号为R04000的材料。在保险元件的第二个有利的实施例中，印刷电路板载体材料优选地由至少一种添加了陶瓷的传导温度的环氧树脂层压材料构成，其中，这种材料公知为Arlon公司的Arlon91ML并且在市场上可以得到。然而，可以明显地看出，上述两种构成印刷电路板载体材料的、在此仅示例性地作为可能性而描述并且可以在市场上得到的材料可被用在本发明的构造中。如开头所述，对于如何实现与印刷电路板集成式构成保险元件，也就是说在与制造印刷电路板相同的加工过程中构成保险元件而言，保险元件的温度稳定性，更恰当地说是耐热性是主要因素。当使用传统地构造的印刷电路板载体并且在其上所涂覆的金属或金属合金中构成实际的保险元件时，该保险元件在一定程度上有一个面是空着的，以使得保险元件可以此方式将热量排放到周围环境中。然而，如果在由多个相互叠置的印刷电路板载体构成的多层系统中使用该保险丝的话，那么例如，也被笼统地称作熔化导体的实际的保险元件将被完全地嵌入或完全地层压到所述多层系统中。由此，由于大量流过保险元件的电流使保险元件变热而阻碍保险元件的散热。在这种情况下，为了确保散热良好，有利的是，在多层系统的第一印刷电路板载体上、在金属或金属合金中构成保险丝的位置的区域中，在相邻地设在该第一印刷电路板载体上的第二印刷电路板载体中设有以在该第二印刷电路板载体中的凹槽形式出现的空腔。利用这种有利的、实现该实际的保险元件的无阻碍的散热的原理，进一步有利的是保险丝设于其上的金属或金属合金中的第一印刷电路板载体的位置的区域内，无论是在相邻地设在第一印刷电路板载体上的第二印刷电路板载体中，还是在第一印刷电路板载体的设有保险丝的位置的区域内，都分别设有各个凹槽形式的空腔。这种结构的特殊优点是实际上该保险元件(熔化导体)在其两个面上在多层式的层中具有相邻的空腔，从而将由高电流通过保险元件而产生的热从两个面导出。在两个以上叠放的印刷电路板载体中，类似地也可以传统地或以多层技术将该构成相邻空腔的实际的保险丝(熔化导体)的原理现实化。在许多情况下，在远离保险元件的一侧空腔是敞开的，从而使循环的空气或气态的环境介质无论是从一个侧(上述第一种可能性)或从两个侧(上述第二种可能性)都能够到达保险元件。然后，对于特定目的而言有利的是，在远离保险元件的一侧，用一个层封闭一个空腔或多个空腔。该层可以完成多个任务，也就是说，例如，避免光弧或保险丝被熔化的组成部分从保险丝的直接区域中外溢到周围环境中，并且还可以在光弧产生时阻止光弧从空腔外溢到周围环境中。例如，为了在有电流流过保险丝时，通过增大空气体积在空腔中容纳高压而不会使该层破裂，有利的是将该层制成弹性层，更确切的是制成薄膜类的层。该薄膜虽然允许进入空腔或离开空腔的气体交换，但可以避免保险丝的熔化组分从空腔中溢出并且整体上阻止相邻构件和多层系统被保险元件引燃。通常，这种层优选地具有薄膜状结构，也就是说很薄的层，可以优选地设置附加的金属层。通过层的金属化，可以使层针对热负载和机械负载更加稳定，从而使该层能够更好地承受以上示例性地描述的负载。按照保险元件的其他的、另外具有优点的实施方式，形成保险元件的实际的熔化部分的金属或金属合金具有多个通孔。然而，这样也是有利的，即在实际的保险丝的熔化部分的区域内，选择性地或额外地在印刷电路板载体上设置多个通孔，由此可以影响金属或金属合金的导热性和/或实际的印刷电路板载体材料的导热性。由此可以例如，灵敏地或反应慢地设置保险丝的时间-电流特性曲线。在此，可以通过该原则影响电流-时间-积分。可以如此优选地进一步形成该保险元件，即，至少部分地用绝缘介质填充至少一个空腔，其中，该绝缘介质基本上具有在保险丝熔化时避免形成火焰的作用，也就是起灭火剂作用。这种类型的绝缘介质可以是例如，有机硅、沙子、空气，然而也可以是构成上面所述的优选材料的材料，也就是说本身构成印刷电路板载体材料的那些材料。由此，可以通过绝缘介质尽可能地压制住在保险丝熔化时所产生的可能的光弧。
对于按照本发明的保险元件的构造形式而言，基本上对机械尺寸或几何尺寸没有限制。然而，当与其他电气和/或电子构件完全一样地在传统的印刷电路板载体上或在根据所述多层技术的那种印刷电路板载体上容纳按照本发明的保险元件时，有利的是在二维中确定其中设有层的表面，基本上就是保险元件主体的的表面。也就是说，换言之，χ-y-平面中的层的表面的尺寸与俯视图中的保险元件的表面的尺寸相对应。实际上该表面与那些例如，在典型的矩形、正方形、以及圆形的集成的开关电路中所遇到的表面相对应。保险元件的高度优选地至少由两个叠置的印刷电路板载体的厚度加上形成实际的保险丝的导体的金属熔化部分的厚度来确定，也就是说，在第三维中确定。在个别的、不用传统的印刷电路板技术或多层技术构造的保险元件中，所述高度或整体厚度遵照集成电路的典型结构的高度或厚度。在按照本发明的保险元件的上述个别的结构中，按照保险元件的、具有其他进一步优点的实施方式，该保险元件的熔化部分的两个端部具有连接触点，通过这些连接触点，保险元件可以与印刷电路板载体或多层载体上的电气和/或电子电路的其余部分连接，或还可以与独立的线路连接，保险丝的两极可以与该独立的线路连接。最后，在按照本发明的保险元件中，当该保险元件如所述具有基本上三维构造时，也就是说被设计成直接构造的保险元件时，形成该保险元件的主体具有上述那样构造的连接触点，从而使这些连接触点借助通孔连接与熔化导体的两个端部(极)连接。
现根据下面示意性的视图结合两个具体实施例详细地描述本发明。其中图1是按照本发明的保险元件的放大很多倍的侧视图，在这个保险元件中通过构成真正保险的熔化导体构成空腔；图2是以透视图表示的按照图1的视图；图3是按照图1但表示第二种实施方式的保险元件的侧视图，在该图中在构成实际的保险丝的熔化导体上方和下方设有空腔，以及图4是图3所示保险元件的第二种实施方式的透视图，在该图中还可看出通孔，该通孔用作与保险丝的一个极或一个端部的导电连接。
具体实施例方式首先涉及的是图1和图2，其中示出本发明第一种实施方式的保险元件10。图1和图2涉及保险元件10，其中在印刷电路板载体或印刷电路板载体材料11上设有根据本发明的保险丝12。在印刷电路板载体11上构成保险丝12，用金属或金属合金12以公知方式通过涂覆工艺涂覆印刷电路板载体，其中，正如在构成印刷电路板时以公知方式在该印刷电路板上构成线路那样，借助光刻技术和/或印刷技术的图案化技术或通过丝网印刷和后续的蚀刻工艺或雕刻工艺形成保险丝12。印刷电路板载体材料11或印刷电路板载体在此既可以是传统地构造的、带有金属或金属合金的单面和/或双面涂层的印刷电路板载体，也可以是公知的以多层技术构成的印刷电路板载体或用于这种目的的印刷电路板载体。使用至少是高热稳定的材料作为印刷电路板载体材料，其热膨胀系数至少基本上与构成保险丝12的金属或金属合金25的热膨胀系数类似。应该指出形成保险丝12的金属材料或金属合金，通常是铜或铜合金，但也应该明确地指出其他适用于构成这种类型的电器保险丝12的金属或金属合金例如是银和银合金。也可以由例如，第一层为铜或铜合金并且在其上为银或银合金层的多层结构形成该保险丝12。在本发明的范围内，带有任何适宜的金属或金属合金的多层结构都是可能的。在位置14的区域中，空腔16位于涂覆在印刷电路板载体11上的、由金属或金属合金15构成的层的上方或下方，该层不仅构成印刷电路板的线路，而且可以上述方式构成实际的保险丝12，在位置14上在金属或金属合金15中形成保险丝12。空腔16由带有膜状结构的层15至少部分地，更确切地说是在远离实际的保险丝12的面17上闭合或封闭。对特定的气体形式的介质，例如空气而言，层18也可以是双向渗透的膜，以使得例如，可以通过空气循环对实际的保险丝12进行进气冲击，然而也可以变化地或额外地例如，借助金属蒸汽为层18设置额外的金属层19，从而使气体形式的环境介质虽然可以穿出，而例如在保险丝12中由于过载在保险丝的熔化部分熔化之后所形成的电弧光却不会从空腔16中外溢。在保险丝12的区域中，印刷电路板载体11可以构造有在此未示出的通孔，这种构造方式同样适用于下面进一步按照图3和图4与保险元件的第二种实施方式相关地进行描述的印刷电路板载体110、111，上述通孔可以例如借助激光装置形成，这样可以更灵敏或更缓慢地形成保险丝12的时间-电流-特性曲线，其中，也可以通过该措施影响电流-时间-积分。同样地，形成保险丝的熔化部分的金属或金属合金同样可以具有多个这种通孔，从而也可以由此可选地或额外地影响前述参数。可以至少部分地利用此处未示出的绝缘介质填充按照图3和图4的保险元件10的实施方式的空腔16和/或空腔16、160，其中，该绝缘介质例如可以是沙子、有机硅化合物、石英粉末或其他合适的不导电的灭弧介质。也可以至少部分地向空腔16或空腔16、160中装入玻璃、沙子、石英或例如，球状的陶瓷。也可以是上述材料的混合物。在按照图3和图4的保险元件10的实施方式中，在保险丝12的上方和下方在印刷电路板载体110、111中设有空腔16、160，从而使与空腔16相关地、与保险元件10的实施方式相关地、利用图1和图2的视图描述的作用在此在一定程度上从两侧对保险丝12产生影响。如在其中示出保险元件10的图1和图2已经描述的那样，该设置同样也适用于层18。以按照图3和图4的保险元件的实施方式的视图为出发点参考保险元件10的在此未示出的实施例，该实施例与图3和图4中的结构相同地不具有相邻的空腔16。这两个基本上平行地彼此间隔地布置的保险丝12、13实际上层压成相邻的印刷电路板载体110、111或由相邻的印刷电路板载体110、111层压而成。根据上述的结构原理，也就是说根据多层印刷电路板载体原理可以带或不带各个相邻的空腔16、160地构造多层的结构。保险元件10或实际的保险丝12、13的这种实施方式也允许了(电气地)串联和/或并联地连接的保险丝的简单的结构。由图2中的长X和宽Y所形成的、层18的表面20基本上确定出了保险元件10的主体21的表面。厚度沈基本上由两个彼此叠置的印刷电路板载体110、111的厚度以及形
8成保险丝12的金属熔化部分的导体的厚度确定，也就是在第三维Z中确定。例如，可以长方体、正方体或带有圆形截面的柱体的形式构造该险元件10的主体21的体积。然而，主体21的体积形式的任意其他的适合的混合形式也是可能的。因此，也可以如集成电路那样构成该保险元件10的主体21，正如通常所公知的电气和/或电子电路那样。按照根据图3和图4的实施方式的保险元件10朝向两个端面相对地具有金属的触点(接触件)27、观，这些触点在一定程度上形成了用于保险元件10的接触电极。保险元件10的实际的熔化部分的两个端部22、23设置有连接触点对、25，这两个端部在图1中作为与在此延伸的以虚线表示的垂直线的交叉点，如通常被使用在用于电气和/或电子电路的印刷电路板中的连接触点那样，所述连接触点可以被构成为通孔。附图标记列表10保险元件(熔丝元件)11印刷电路板载体/印刷电路板载体材料110第一印刷电路板载体/第一印刷电路板载体材料111第二印刷电路板载体/第二印刷电路板载体材料12保险丝(熔丝)13保险丝14 位置15金属/金属合金I6 空腔160 空腔17 面18 层19金属层20 表面21主体(保险元件)22 端部23 端部24连接触点25连接触点26 厚度27触点(接触件)28触点(接触件)
权利要求
1.保险元件(10)，尤其是适合使用在多层技术构造的电气和/或电子电路中的保险元件，所述保险元件包括尤其可使用在多层技术中的印刷电路板载体材料，所述印刷电路板载体材料被涂覆有金属或金属合金(1 ，由所述金属或金属合金借助光刻技术和/或印刷技术的图案化技术以及后续的蚀刻工艺或雕刻工艺产生所述保险丝(12)，其特征在于，所述在其上可形成保险丝(1 的印刷电路板载体材料(11 ；110,111)由至少是高热稳定的、电绝缘的材料构成，其中，至少其热膨胀系数基本上与构成所述保险丝(12)的所述金属或金属合金(1 的热膨胀系数类似。
2.根据权利要求1所述的保险元件，其特征在于，生成所述保险丝(12)的所述金属材料或所述金属合金是铜或铜合金。
3.根据权利要求1所述的保险元件，其特征在于，生成所述保险丝(12)的所述金属材料或所述金属合金是银或银合金。
4.根据上述权利要求1至3中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述保险丝(12)由多个由金属或金属合金构成的层形成。
5.根据权利要求4所述的保险元件，其特征在于，所述多个层中的外层由银或由银合金形成。
6.根据上述权利要求1至5中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述印刷电路板载体材料(11)至少由一种热固性的、玻璃纤维增强的碳氢化合物/陶瓷层压材料构成。
7.根据上述权利要求1至6中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述印刷电路板载体材料(11)至少由一种添加有陶瓷的、传导温度的环氧树脂层压材料构成。
8.根据上述权利要求1至7中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，朝向在其上将保险丝(1 构成在金属或金属合金中的第一印刷电路板载体(110)设置有相邻地放置在所述第一印刷电路板载体(110)上的第二印刷电路板载体(111)。
9.根据上述权利要求1至8中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，在其上将保险丝(I2)构成在金属或金属合金(15)中的第一印刷电路板载体(110)的位置(14)的区域内，在相邻地放置在所述第一印刷电路板载体(110)上的第二印刷电路板载体(111)中以所述第二印刷电路板载体(111)中的凹槽的形式设置有空腔(16)。
10.根据上述权利要求1至7中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，在其上将保险丝(12)构成在金属或金属合金(15)中的第一印刷电路板载体(110)的位置(14)的区域内，无论是在相邻地放置在所述第一印刷电路板载体(110)上的第二印刷电路板载体(111)中，还是在所述第一印刷电路板载体(110)的位置(14)的区域内都分别以各个凹槽的形式设置有空腔(16、160)。
11.根据上述权利要求9或10中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，在背朝所述保险丝(12)的面(17)上利用层(18)封闭所述空腔(16)或所述空腔(16、160)。
12.根据权利要求11所述的保险元件，其特征在于，所述层(18)是薄膜。
13.根据权利要求11所述的保险元件，其特征在于，所述层(18)是柔性的层(18)。
14.根据上述权利要求11至13中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述层(18)具有薄膜状的结构。
15.根据上述权利要求11至14中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述层(18)具有额外的金属层(19)。
16.根据上述权利要求1至15中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述印刷电路板载体(11 ；110,111)至少在所述保险丝(12)的熔化部分的区域内具有多个通孔。
17.根据上述权利要求1至16中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，形成所述保险丝(1 的熔化部分的金属或金属合金(1 具有多个通孔。
18.根据上述权利要求9至17中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，利用绝缘介质至少部分地填充至少一个空腔(16、160)。
19.根据上述权利要求11至18中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，其中设有层(18)的表面00)基本上确定出保险丝(1 的主体在所述平面中的表面。
20.根据上述权利要求11至19中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，至少两个叠加的印刷电路板载体(110、111)的厚度连同形成所述保险元件(10)的熔化部分的导体的厚度确定出所述保险元件(10)的主体的厚度。
21.根据上述权利要求1至20中的一项或多项所述的保险元件，其特征在于，所述保险元件(10)的所述熔化部分的两个端部(22、2；3)设置有连接触点04、25)。
22.根据权利要求21所述的保险元件，其特征在于，在三维地构成形成所述保险元件(10)的所述主体时，所述连接触点(对、2幻借助通孔连接与所述保险丝(1 的所述熔化部分的两个端部(22、2 连接。
全文摘要
提出一种保险元件(10)，尤其是适合使用在多层技术构造的电气和/或电子电路中的保险元件，该保险元件包括尤其可使用在多层技术中的印刷电路板载体材料(11)，该印刷电路板载体材料被涂覆有金属或金属合金(15)，由该金属或金属合金借助光刻技术和/或印刷技术的图案化技术以及后续的蚀刻工艺或雕刻工艺产生保险丝(12)。该保险元件10的出众之处在于在其上可构成保险丝(12)的印刷电路板载体材料(11)由至少是高度热稳定的、电绝缘的材料构成，其中，该材料的热膨胀系数至少基本上与构成保险丝(12)的金属或金属化合物(15)的热膨胀系数类似。
文档编号H01H85/046GK102394202SQ201110196070
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月11日 优先权日2010年7月16日
发明者彼得·斯特劳博, 汉斯·彼得·布拉特勒, 约瑟·莱莫斯 申请人:舒特股份公司