【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)，熔體就直接氣化斷開，這個(gè)稱為氣化熔斷。我們由于是低電流狀態(tài)下，不可能提供特別大的能量，所以我們一般的斷開方式都是熔化斷開。圖31 熔斷特性曲線如上圖所示的為熔斷特性 利用貼片式保險(xiǎn)絲實(shí)現(xiàn)過流保護(hù) Vishay公司高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Ore Hach 曲線，而熔斷特性是貼片保險(xiǎn)絲最重要的性質(zhì)。該性質(zhì)定義了在過載等級下的熔融時(shí)間。如果電流達(dá)到預(yù)設(shè)等級，在被稱為prearc時(shí)間的周期內(nèi)，熔體里散發(fā)的電功率足以將熔體熔融和蒸發(fā)掉。圖31所示的熔融特性有兩個(gè)主要區(qū)域。在箭頭所指曲線左邊的第一個(gè)區(qū)域，包括在陰影區(qū)的正常“瞬時(shí)” 操作區(qū)域， 以及在短時(shí)過流達(dá)到保險(xiǎn)絲額定電流兩倍時(shí)的情況。這個(gè)區(qū)域定義了貼片式保險(xiǎn)絲承受脈沖負(fù)載的能力。該能力取決于熔體的特性，如增大熔體的交叉區(qū)域就可實(shí)現(xiàn)高脈沖負(fù)載。箭頭所指曲線定義了超過保險(xiǎn)絲額定電流的過載和短路電流的熔融時(shí)間， 圖中保險(xiǎn)絲的額定電流(IR)是5A。熔斷保險(xiǎn)絲所需的能量可表示為I2T。所以當(dāng)過流增加時(shí)， 保險(xiǎn)絲的斷開時(shí)間會(huì)變短。一般，在過流達(dá)到兩倍額定電流的情況下，保險(xiǎn)絲應(yīng)當(dāng)在ls~3s內(nèi)斷開；在過流達(dá)到10倍額定電流時(shí)。反過來看，要防止保險(xiǎn)絲在遇到正常涌流的時(shí)候斷開，涌入脈沖的最大I2T應(yīng)當(dāng)小于保險(xiǎn)絲的最大額定I2T的50％。保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間與熔體和環(huán)境之間的熱阻有關(guān)，這取決于熔體、襯底、密封和端子的參數(shù)，也和印刷電路板的布局有關(guān)。因此斷開時(shí)間，還有保護(hù)的有效性，既取決于制造技術(shù)，也和產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)。如果熔體和環(huán)境之間的熱阻過低，可能會(huì)沒有足夠的能量熔化熔體。這樣在過載電流等于兩倍額定電流時(shí)，保險(xiǎn)絲在120s內(nèi)無法切斷過載電流。我們面對很多因素需要解決的問題很多，但是從外部原因上考慮，主要是熔體和襯底，密封和端子的參數(shù)。這些主要是從制作工藝上考慮。而在內(nèi)部因素中，我們需要考慮的因素主要是熔體的配方影響，因?yàn)槿垠w的配方?jīng)Q定了熔體的電阻以及熔點(diǎn)。而電阻決定了電流的大小，熔點(diǎn)決定了合適熔體會(huì)熔斷。所以熔體的配方?jīng)Q定了一個(gè)熔斷器的好壞。. 主要的測試參數(shù)貼片保險(xiǎn)絲有很多中類型，一般常見的有三種類型：0400601206（以英制單位inch計(jì)算）。圖32 熔斷器規(guī)格示意圖從示意圖中，我們不難發(fā)現(xiàn)，除了核心部分的熔體還有熔體兩端的接頭部位，所以我們實(shí)在熔體的寬度應(yīng)該是一個(gè)熔斷器整體的寬度減去兩個(gè)接頭的寬度，即只保留了中那一部分L2D，但是高度不變。所以，我們便得到如下表所示的熔斷器長、寬、高各大小尺寸。表31 各型號熔斷器的規(guī)格規(guī)格型號大小mm(inch)L(mm)W(mm)T(mm)D(mm)1005(0402)177。177。177。177。1608(0603)177。177。177。177。3216(1206)177。177。177。177?，F(xiàn)在主要介紹下0603和1206的相關(guān)參數(shù)表32 0603在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成特性（快速反應(yīng)）%額定電的比值升到25oC所需時(shí)間100%最少4小時(shí)250%最多5秒400%表33 0603各個(gè)相關(guān)型號的參數(shù)零件編號額定電流（A）額定電壓（直流電壓）電阻理論值（Ω）理論I2t（A2s）F0603FF0500V032T32F0603FF0750V032T32F0603FF1000V033T132F0603FF1250V033T32F0603FF1500V034T32F0603FF1750V034T32F0603FF2000V035T232F0603FF2500V035T32F0603FF3000V036T332F0603FF3500V036T32F0603FF4000V037T432F0603FF4500V037T32F0603FF5000V032T532表34 1206在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成特性%額定電流的比值升到25oC所需時(shí)間100%最少4小時(shí)250%最多5秒表35 1206各個(gè)相關(guān)型號的參數(shù)零件編號額定電流(A)額定電壓（直流電壓）電阻理論值（Ω）理論值I2t(A2t)F1206HA10V024T10249F1206HA12V025T122414F1206HA15V026T152426F1206HA20V027T202456由于在實(shí)驗(yàn)室制作工藝的限制，對于0603型號很難做的那么精密，所以退而求其次選擇了相對而言精確度稍低的1206型號。圖33 制作完成的熔體（0603）圖34 0603完成時(shí)間曲線圖35 0603I2T與t的關(guān)系 1206完成時(shí)間曲線圖37 1206I2T與t的關(guān)系. 相關(guān)參數(shù)介紹在了解了一個(gè)熔斷器的參數(shù)的基礎(chǔ)上，我們可以一下幾個(gè)參數(shù)：1. 常態(tài)電流：流過使用中的保險(xiǎn)絲常態(tài)電流的大小。通常情況下，我們要預(yù)先設(shè)定一個(gè)減額量，這個(gè)減額量的選取應(yīng)該尊重一下的原則，就是2. 常態(tài)電流必須小于額定電流于減額系數(shù)的乘積。3. 熔斷電流：我們按照UL的規(guī)格規(guī)定，熔斷器在額定電流2倍的情況下嗎，能夠快速熔斷。但是大多情況下，為了確保可靠地的熔斷。另外，熔斷時(shí)間如果很重要的話，那么還必須要參考廠商提供的熔斷特性圖來做出判斷。4. 開路電流：開路電壓一般要選小于額定電壓的。5. 短路電流：電路短路時(shí)的流過的最大電流值稱為短路電流。對于各種保險(xiǎn)絲，額定斷路容量是有規(guī)定的，我們在選擇時(shí)就要主要不要使用短路電流超過額定斷路容量。如果選擇了斷路容量小的保險(xiǎn)絲，則有可能使保險(xiǎn)絲破裂或者引發(fā)火災(zāi)。6. 沖擊電流：觀測沖擊電流的波形，用I2t值來計(jì)算能量。沖擊電流的大小和次數(shù)不同，對保險(xiǎn)絲所造成的影響也是不同的。沖擊電流的I2t值與單脈沖的熔斷I2t值之比就決定了保險(xiǎn)絲耐沖擊電流的次數(shù)。圖38 電流波形圖4. 熔斷器的研制小型貼片保險(xiǎn)絲在當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)小型化的趨勢中起到舉足輕重的作用，越來越被廣泛的地應(yīng)用到各個(gè)線路板中。所以產(chǎn)品做的越來越小，端頭和焊盤的尺寸也隨之越來越小。因此，對這些小型元件的焊接要求越來越高。耐焊耐熱，焊接強(qiáng)度，端頭強(qiáng)度等各種參數(shù)就成為了衡量小型貼片產(chǎn)品可靠性的重要指標(biāo)。小型貼片保險(xiǎn)絲的封端一般要求在燒結(jié)成小片狀后再進(jìn)行傳統(tǒng)的封端工藝的制作。對于內(nèi)部有一層或者多層金屬薄膜作為內(nèi)電極的貼片保險(xiǎn)絲來說內(nèi)電極的引出端僅為薄膜一層，端電極和內(nèi)電極的接觸僅僅是線—面接觸，端電極和內(nèi)電極的接觸強(qiáng)度因而不能達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度，在高溫焊接或者劇烈振動(dòng)后端頭容易松動(dòng)甚至脫落，造成阻值漂移或者斷路。. 熔斷器的總體構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)的熔斷保險(xiǎn)絲是密封在陶瓷或玻璃管內(nèi)的金屬線，管內(nèi)填充了空氣或沙粒。而貼片式保險(xiǎn)絲采用了完全不同的技術(shù)原理，大多數(shù)貼片式保險(xiǎn)絲看起來像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的貼片式器件，使用單層或多層陶瓷襯底。以前的一些設(shè)計(jì)采用類似于印刷電路板的環(huán)氧玻璃纖維襯底。在單層襯底頂部或多層襯底中間的基本熔體是一種高導(dǎo)電率的材料，例如銅、金或銅錫、銀鈀合金。這些復(fù)合材料能提高保險(xiǎn)絲耐受涌人電流的能力，但也會(huì)因受到熱應(yīng)力的影響而降低穩(wěn)定性，導(dǎo)致在多個(gè)涌流周期后出現(xiàn)不正確斷開的概率增加。根據(jù)襯底類型的不同，熔體可采用激光微調(diào)的厚膜沉積物或化學(xué)刻蝕的金屬層，達(dá)到所期望的性能參數(shù)，還可使用粘合金線。由于外形和厚度已經(jīng)確定，因此在遭受過壓時(shí)且電流達(dá)到一定等級時(shí)，熔體會(huì)在確定的時(shí)間內(nèi)熔斷。要讓貼片式器件完成這個(gè)功能層的作用，必須對熔體進(jìn)行保護(hù)，使其免受環(huán)境條件的影響。在單層貼片式保險(xiǎn)絲中， 熔體的表面通常都包裹著一層漆或環(huán)氧樹脂。多層貼片式保險(xiǎn)絲熔體的襯底層，其本身就有保護(hù)作用。由于貼片式保險(xiǎn)絲的額定電流可達(dá)至7A～8A，因此它們需要低阻值的SMD點(diǎn)。. 熔體的研制如右圖所示為已經(jīng)完成的熔斷器核心部位——熔體本章節(jié)主要從熔體的材料選擇，所要制作的規(guī)格和具體制作過程。. 熔體的配方設(shè)計(jì)與材料選擇熔斷器的核心是熔體也就是易熔合金。傳統(tǒng)制作工藝中的易熔合金是用Sn、Pb、Bi、Cd等金屬組成的三元或者四元合金，通過調(diào)整各個(gè)金屬含量，可以獲得所需的不同熔點(diǎn)的合金絲。但是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步要求，對電子產(chǎn)品環(huán)保要求提出了明確的要求和指標(biāo)，有綠色認(rèn)證標(biāo)志的電子產(chǎn)品已經(jīng)越來越多地成為了市場和用戶青睞的對象。在電子市場中，沒有通過環(huán)保認(rèn)證的電 圖41 保險(xiǎn)絲熔體子元器件已經(jīng)被淘汰。在上述被描述中的金屬元素中，Pb、Cd具有易揮發(fā)性，對人體有毒。雖然各項(xiàng)使用指標(biāo)均符合規(guī)范，但是往往不能被環(huán)保認(rèn)證，繼而被用戶放棄。因此，我們在研制熔體過程中就要擯棄使用這些不被環(huán)保認(rèn)證的金屬元素，雖然有時(shí)這些元素的在熔斷器中具有非常出色的表現(xiàn)。由于實(shí)驗(yàn)室中沒有合適的儀器來進(jìn)行元素的篩選，我們只有通過對一些的文獻(xiàn)進(jìn)行研究，得到我們所可以參加制作的元素。一般來說，使用頻率比較高的是Ag、Au、Pt等貴金屬以及那些熔點(diǎn)低，能很好的降低整體合金熔體的金屬如Sn、Bi等。貴金屬由于導(dǎo)線性能優(yōu)良，具有能降低合金電阻的功能。Sn、Bi的熔體往往是應(yīng)用于保險(xiǎn)絲的金屬，這些元素起到了很好的降低熔體的作用。所以大體上我們可以確定了一般是一系列貴金屬和低熔點(diǎn)金屬的合金。最終，我們初步設(shè)定的材料為Ag和Sn的合金。還有一個(gè)配方是康銅絲（40%的Cu和60%的Ni）。由網(wǎng)上文獻(xiàn)，我們可以定一個(gè)測試方法。我們以Ag的含量為主要的變量。分別獲得在相同的溫度煅燒狀態(tài)下，含Ag10%的量，含Ag20%的量，含Ag30%的量，這三組數(shù)據(jù)。測得相應(yīng)的阻值以及相對應(yīng)的熔斷特性曲線。然后保證20%的含Ag量，再分別測的在800oC、600oC、400oC三個(gè)溫度點(diǎn)時(shí)，熔斷器熔體的熔斷特性曲線。從而得出熔斷特熔體對個(gè)相對應(yīng)的金屬含量變化和溫度變化的相對應(yīng)曲線。. 熔體規(guī)格大小設(shè)計(jì) 楊彬、錢超勇等 貼片保險(xiǎn)絲及其制作方法專利發(fā)明申請公布說明書 2008年6月18日圖42 貼片保險(xiǎn)絲示意圖1如上圖所示，一個(gè)完整的保險(xiǎn)絲不僅包括熔體部分，而且還有兩端的電極。我們常說的1206和0603是對整體的貼片保險(xiǎn)絲的形狀大小而言，并非單單是熔體部分。所以，我們就可以得出熔體實(shí)際的長度是L2D(L為保險(xiǎn)絲的整體封裝后的長度；D為有端電極的長度)。在表33中的1206這一欄，由于L=177。，D=177。=177。.。高度和寬度均不改變?yōu)椋篢=177。、W=177。. 使用儀器的介紹（燒結(jié)儀器）本次實(shí)驗(yàn)主要使用的儀器是由上海國龍儀器儀表廠于1995年研制的TCW32系列智能化數(shù)顯溫控儀。該儀器集微電腦和工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)于一體，