一种贴片型受控熔断器的制作方法

1.本发明涉及熔断器技术领域，特别涉及一种贴片型受控熔断器。


背景技术：

2.中国是全球最大的电动两轮车市场，市占率约90％，与欧美不同的是，中国电动两轮车主要用于代步，在政策指引下成为主要的中短途代步工具，随中国城镇化率的进程在2013年以前较快发展，目前处于存量替换阶段，2019年及以前全国保有量约3亿辆，年产量锁定最高3695万辆。
3.在电动两轮车上使用的是动力电池，使用igbt/mos作为控制单元进行充放电回路的导通/截止，但是igbt/mos存在击穿短路风险，一旦控制单元失效造成短路，动力电池存在过充或过放导致发生热失控的风险。
4.作为动力电池的保护元件，一般采用保护元件内置发热体的方式，实现充放电回路的二级保护。申请号为cn201780015373.8的专利，实现了控制单元失效时，使用发热体熔断可熔导体的方式，切断充放电回路。但igbt/mos的控制单元在动力电池中，需要足够的耐压能力，需提升两极之间、两极与发热体之间的耐压能力；目前熔断器中的发热片一般由陶瓷片和发热电阻构成，可分为以下两种结构：一是将发热电阻设置在陶瓷片的上表面，这样的结构设置使得发热片的绝缘性差，从而导致热传递效率慢；二是将发热电阻设置在陶瓷片的下表面，这样使得在发热片焊接时会脱离电路板，导致发热片与电路板接触不良，从而影响到热传递效率。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种贴片型受控熔断器，使得热传递路径短，热传递更快、更有效，而且能够提高耐压能力。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种贴片型受控熔断器，包括第一电极、第二电极和易熔合金，所述第一电极通过易熔合金与第二电极电连接，还包括陶瓷发热片，所述第一电极和第二电极分别贴附于陶瓷发热片表面，所述陶瓷发热片上设有发热电极且所述发热电极与易熔合金接触，所述陶瓷发热片包括上陶瓷片和下陶瓷片，所述上陶瓷片与下陶瓷片之间设有发热电阻且发热电阻分别与上陶瓷片和下陶瓷片接触。
8.本发明的有益效果在于：
9.本方案设计的贴片型受控熔断器能通过大电流，并能可靠地控制切断，且第一电极、第二电极和易熔合金所构成的主电路，与陶瓷发热片紧贴，使得热传递路径短，热传递更快、更有效，易熔合金为低熔点合金丝，熔断速度更快，从而主电路的切断速度更快，安全性和可靠性更高，且结构简单，易于制造。由于陶瓷发热片的基面为陶瓷具有较高的介电强度及抗热震性，具有高温下的耐压能力，陶瓷发热片包括上陶瓷片和下陶瓷片，上陶瓷片与下陶瓷片之间设有发热电阻，由于陶瓷具有良好的导热能力，抗热震性高，且上陶瓷片、发
热电阻和下陶瓷片构成的夹心层结构，能够避免在高温下切断电流路径后，使得贴附在陶瓷发热片表面的第一电极和第二电极以及发热电阻重新击穿，进而提高热传递的效率。
附图说明
10.图1为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的剖视结构示意图；
11.图2为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的爆炸示意图；
12.图3为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的局部爆炸示意图；
13.图4为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的易熔合金布置图；
14.图5为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的局部爆炸示意图；
15.图6为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的爆炸示意图；
16.图7为根据本发明的一种贴片型受控熔断器的电气原理图；
17.标号说明：
18.1、陶瓷发热片；101、上陶瓷片；102、下陶瓷片；2、第一电极；201、第一通孔；3、第二电极；301、第二通孔；4、第一发热子电极；5、第二发热子电极；6、发热电阻；7、易熔合金；8、绝缘壳体；9、助熔断剂；10、主电路前焊盘；11、主电路后焊盘；12、发热电阻上引出端；13、发热电阻左引出端；14、发热电阻右引出端。
具体实施方式
19.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
20.请参照图1，本发明提供的技术方案：
21.一种贴片型受控熔断器，包括第一电极、第二电极和易熔合金，所述第一电极通过易熔合金与第二电极电连接，还包括陶瓷发热片，所述第一电极和第二电极分别贴附于陶瓷发热片表面，所述陶瓷发热片上设有发热电极且所述发热电极与易熔合金接触，所述陶瓷发热片包括上陶瓷片和下陶瓷片，所述上陶瓷片与下陶瓷片之间设有发热电阻且发热电阻分别与上陶瓷片和下陶瓷片接触。
22.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
23.本方案设计的贴片型受控熔断器能通过大电流，并能可靠地控制切断，且第一电极、第二电极和易熔合金所构成的主电路，与陶瓷发热片紧贴，使得热传递路径短，热传递更快、更有效，易熔合金为低熔点合金丝，熔断速度更快，从而主电路的切断速度更快，安全性和可靠性更高，且结构简单，易于制造。由于陶瓷发热片的基面为陶瓷具有较高的介电强度及抗热震性，具有高温下的耐压能力，陶瓷发热片包括上陶瓷片和下陶瓷片，上陶瓷片与下陶瓷片之间设有发热电阻，由于陶瓷具有良好的导热能力，抗热震性高，且上陶瓷片、发热电阻和下陶瓷片构成的夹心层结构，能够避免在高温下切断电流路径后，使得贴附在陶瓷发热片表面的第一电极和第二电极以及发热电阻重新击穿，进而提高热传递的效率。
24.进一步，所述发热电阻的数量为两个，两个所述发热电阻相互平行且两个发热电阻位于同一平面，两个所述发热电阻的相对两端分别对应电连接且两个发热电阻均分别与发热电极电连接。
25.进一步的，所述发热电阻的厚度范围为10μm
‑
80μm。
26.从上述描述可知，将发热电阻的厚度范围设为10μm
‑
80μm，能够进一步提高热传递的效率。
27.进一步的，所述发热电极包括第一发热子电极和第二发热子电极，所述第一发热子电极设置在陶瓷发热片的一侧面上且位于第一电极和第二电极之间，所述第二发热子电极位于陶瓷发热片的一侧面相对的另一侧面，所述第一发热子电极与发热电阻的一端电连接，所述第二发热子电极与发热电阻的一端相对的另一端电连接。
28.进一步的，所述第一发热子电极与第一电极和第二电极之间均分别设有间距。
29.进一步的，所述第一电极和第二电极分别设置于所述陶瓷发热片的一侧面的相对两边缘上，所述第一电极的一端和第二电极的一端均分别向外延伸至陶瓷发热片的一侧面相对的另一侧面。
30.由上述描述可知，第一电极的一端和第二电极的一端均分别向外延伸至陶瓷发热片的一侧面相对的另一侧面，能够更牢固地贴附于陶瓷发热片表面，能够进一步提高热传递的效率。
31.进一步的，还包括绝缘壳体，所述绝缘壳体覆盖在易熔合金上方且绝缘壳体与陶瓷发热片的一侧面接触。
32.从上述描述可知，通过设置绝缘壳体，且绝缘壳体与陶瓷发热片的一侧面接触，这样能够作为易熔合金熔断前后的保护。
33.进一步的，所述绝缘壳体与易熔合金之间设有助熔断剂，且助熔断剂分别与绝缘壳体和易熔合金接触。
34.从上述描述可知，在绝缘壳体与易熔合金之间设置助熔断剂，能够在高温下使易熔合金表面氧化层进行活化，并提供易熔合金收缩的张力。
35.进一步的，所述易熔合金的数量为两个以上，两个以上的所述易熔合金依次并排设置且易熔合金的相对两端分别与第一电极和第二电极接触。
36.从上述描述可知，易熔合金的数量为两个以上，两个以上的易熔合金依次并排设置且易熔合金的相对两端分别与第一电极和第二电极接触，这样能够满足易熔合金的通流及断开电流能力需求，能够进一步提高热传递的效率。
37.进一步的，所述第一电极上开设有第一通孔，所述第二电极上开设有第二通孔，所述陶瓷发热片上开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与第一通孔相对设置且相通，所述第四通孔与第二通孔相对设置且相通，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔中均填充有导电介质。
38.从上述描述可知，第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔中填充的导电介质，能够形成限位柱，这样不仅能够提高产品的通流能力，而且使得第一电极和第二电极分别与陶瓷发热片的贴合更加牢固，从而进一步提高热传递的效率。
39.请参照图1至图7，本发明的实施例一为：
40.请参照图1和图3，一种贴片型受控熔断器，包括第一电极2、第二电极3和易熔合金7，所述第一电极2通过易熔合金7与第二电极3电连接，还包括陶瓷发热片1，所述陶瓷发热片1利用在氧化铝陶瓷生坯上印刷电阻浆料，经高温烧结，所生产的发热元件，所述第一电极2和第二电极3分别贴附于陶瓷发热片1表面，所述陶瓷发热片1上设有发热电极且所述发热电极与易熔合金7接触。
41.请参照图2，所述陶瓷发热片1包括上陶瓷片101和下陶瓷片102，所述上陶瓷片101与下陶瓷片102之间设有发热电阻6且发热电阻6分别与上陶瓷片101和下陶瓷片102接触，所述发热电阻6的厚度范围为10μm
‑
80μm，优选为20μm
‑
30μm。
42.所述陶瓷发热片1的一侧面相对的另一侧面上可设置一独立电极，可增加陶瓷发热片1与pcb板的焊接强度。
43.所述第一电极2和第二电极3分别设置于所述陶瓷发热片1的一侧面的相对两边缘上，所述第一电极2的一端和第二电极3的一端均分别向外延伸至陶瓷发热片1的一侧面相对的另一侧面。
44.请参照图2，所述发热电阻6的数量为两个，两个所述发热电阻6相互平行且两个发热电阻6之间设有间距，两个所述发热电阻6均分别与发热电极电连接。
45.所述发热电极包括第一发热子电极4和第二发热子电极5，所述第一发热子电极4设置在陶瓷发热片1的一侧面上且位于第一电极2和第二电极3之间，所述第一发热子电极4与第一电极2和第二电极3之间均分别设有间距，所述第二发热子电极5位于陶瓷发热片1的一侧面相对的另一侧面，所述第一发热子电极4与发热电极的一端电连接，所述第二发热子电极5与发热电极的一端相对的另一端电连接。
46.易熔合金7主要由in、sn、bi、pb等元素组成，通过二元或多元组合，提供76度
‑
230度的熔点需求。
47.请参照图1和图3，所述易熔合金7为薄片形，紧贴陶瓷发热片1的一侧面，在满足通流的需求下，减少厚度，已满足安装空间高度的需求，以面接触发热面，增加易熔合金7的吸热面，缩短易熔合金7的熔断时间。
48.请参照图1，所述易熔合金7连接于第一发热子电极4、第一电极2和第二电极3，通过接通陶瓷发热片1的电源，启动加热，切断第一电极2与第二电极3之间，及第二发热子电极5与第一电极2、第二电极3之间的电流路径。由于陶瓷的介电强度大于ac 15kv/mm，使上述各电极之间在切断电流路径后，具有较高的耐压能力，满足电动摩托车、电动自行车的100v以下使用场景。
49.请参照图1、图3和图5，还包括绝缘壳体8，所述绝缘壳体8覆盖在易熔合金7上方且绝缘壳体8与陶瓷发热片1的一侧面接触。
50.请参照图1，所述绝缘壳体8与易熔合金7之间设有助熔断剂9，且助熔断剂9分别与绝缘壳体8和易熔合金7接触。
51.请参照图4，所述易熔合金7的数量为两个以上，两个以上的所述易熔合金7依次并排设置且易熔合金7的相对两端分别与第一电极2和第二电极3接触。
52.请参照图2，所述第一电极2上开设有第一通孔201，所述第二电极3上开设有第二通孔301，所述陶瓷发热片1上开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与第一通孔201相对设置且相通，所述第四通孔与第二通孔301相对设置且相通，所述第一通孔201、第二通孔301、第三通孔和第四通孔中均填充有导电介质；所述导电介质的材质可为ag或au或au
‑
pd或cu或ni等浆料。
53.所述第一电极2、第二电极3、第一发热子电极4和第二发热子电极5上均分别设有金属镀层；所述金属镀层的材质可以为锡、银、金等。
54.请参照图6，为提高主电路前引出端(即第一电极2)与主电路前焊盘10、主电路后
引出端(即第二电极3)与主电路后焊盘11的通流能力，可在上陶瓷片101和下陶瓷片102通过激光或冲压的方式，在所述第一电极2上开设有两个以上的第一通孔201和在第二电极3上开设有两个以上的第二通孔301，两个以上的所述第一通孔201和第二通孔301中填充有导电介质，提供主电路前引出端(即第一电极2)与主电路前焊盘10、主电路后引出端(即第二电极3)与主电路后焊盘11多组导电路径，增加通流截面积，提高通流能力。
55.请参照图6，在陶瓷发热片1的主电路前引出端(即第一电极2)、发热电阻上引出端12(即第一发热子电极4)、主电路后引出端(即第二电极3)设有易熔合金7，构成主电路前焊盘10、主电路前引出端(即第一电极2)、易熔合金7、主电路后引出端(即第二电极3)、主电路后焊盘11的电气连接，作为主电路；构成主电路前焊盘10、主电路前引出端(即第一电极2)、前易熔合金7、发热电阻上引出端12、发热电阻左引出端13、发热电阻6、发热电阻右引出端14、发热电阻焊盘(即第二发热子电极5)的电气连接，作为前控制电路；构成主电路后焊盘11、主电路后引出端、后易熔合金7、发热电阻上引出端12、发热电阻左引出端13、发热电阻6、发热电阻右引出端14、发热电阻焊盘(即第二发热子电极5)的电气连接，作为后控制电路。
56.本方案设计的贴片型受控熔断器与申请号为cn201780015373.8的专利相比，由于发热电阻6进行工作时，可产生400度
‑
650度高温，保护元件的绝缘层一般使用釉层进行封装，釉层存在一定条件下的开裂失效模式，使产品的耐压能力降低。而本方案的发热电阻6与主电路之间采用陶瓷发热片1进行隔断，陶瓷的耐温能力能达到1000度以上及良好的抗热震性，使得层叠之间具有良好的耐压能力。且使用陶瓷作为基面，在主电路前引出端(即第一电极2)与发热电阻上引出端12之间，主电路后引出端(即第二电极3)与发热电阻上引出端12之间，具有良好的绝缘强度。
57.请参照图6，将本方案设计的贴片型受控熔断器应用于电池保护系统中，当电池管理系统检测电池出现过充时，需要进行控制单元关断，但控制单元出现故障特性无法进行有效关闭，电池管理系统出发导通回路，导通前/后控制电路，发热电阻6开始工作发热，热量通过上陶瓷片101进行热传递，易熔合金7、助熔断剂9吸收热量，助熔断剂9开始软化，活化易熔合金7的表面氧化物，当温度达到易熔合金7的熔点时，易熔合金7在助熔断剂9的张力作用下开始向主电路前引出端(即第一电极2)、发热电阻上引出端12、主电路后引出端(即第二电极3)收缩，最终切断主电路，防止电池由于过充导致电池发生热失控现象，并切断陶瓷发热片1的发热回路，停止发热，实现自我热保护。
58.请参照图6和图7，发热电阻左引出端13、发热电阻6、发热电阻右引出端14所构成的控制电路设置在下陶瓷片102上，与主电路前引出端(即第一电极2)、易熔合金7、主电路后引出端(即第二电极3)所构成的主电路电气绝缘。在实施过程中，可通过pcb板上进行印刷连接，实现主电路前引出端(即第一电极2)与发热电阻左引出端13，或主电路后引出端(即第二电极3)与发热电阻右引出端15的电气连接，实现陶瓷发热片1的自我热保护。
59.综上所述，本发明提供的一种贴片型受控熔断器，本方案设计的贴片型受控熔断器能通过大电流，并能可靠地控制切断，且第一电极、第二电极和易熔合金所构成的主电路，与陶瓷发热片紧贴，使得热传递路径短，热传递更快、更有效，易熔合金为低熔点合金丝，熔断速度更快，从而主电路的切断速度更快，安全性和可靠性更高，且结构简单，易于制造。由于陶瓷发热片的基面为陶瓷具有较高的介电强度及抗热震性，具有高温下的耐压能
力，陶瓷发热片包括上陶瓷片和下陶瓷片，上陶瓷片与下陶瓷片之间设有发热电阻，由于陶瓷具有良好的导热能力，抗热震性高，且上陶瓷片、发热电阻和下陶瓷片构成的夹心层结构，能够避免在高温下切断电流路径后，使得贴附在陶瓷发热片表面的第一电极和第二电极以及发热电阻重新击穿，进而提高热传递的效率；第一电极的一端和第二电极的一端均分别向外延伸至陶瓷发热片的一侧面相对的另一侧面，能够更牢固地贴附于陶瓷发热片表面；通过设置绝缘壳体，且绝缘壳体与陶瓷发热片的一侧面接触，这样能够作为易熔合金熔断前后的保护；在绝缘壳体与易熔合金之间设置助熔断剂，能够在高温下使易熔合金表面氧化层进行活化，并提供易熔合金收缩的张力；易熔合金的数量为两个以上，两个以上的易熔合金依次并排设置且易熔合金的相对两端分别与第一电极和第二电极接触，这样能够满足易熔合金的通流及断开电流能力需求；第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔中填充的导电介质，能够形成限位柱，这样不仅能够提高产品的通流能力，而且使得第一电极和第二电极分别与陶瓷发热片的贴合更加牢固，能够进一步提高热传递的效率。
60.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。