低电流电路保护熔断器研制.docx

本科毕业设计题 目低电压保护熔断器熔体材料研制摘 要本次毕业设计主要是设计出一款适用于低电流状态下的熔断器，保护一些精密的器件及电路，继而实现一个电路的安全运作。The graduation design mainly designs a fuse that could be worked in a low current condition，protect some precision instrument and circuit, and then to achieve the normal work of a circuit. Fuse structure, mainly consists of the current terminal (also called electrodes), mica glass (filler), insulation tube, melt, piston, argon, and shell and other components. The key part in the research is the melt，that is also the heart of the fuse.The research of melts will be considered from two aspects, one is to reduce the temperature of melting, and two is to choose the appropriate resistance. For the temperature of melting change involves material selection, incidentally, also change the melt resistance. Therefore, the melt is to choose the appropriate focus of research material。The choice of melt specification is also should be considered in the research. Since these fuses are used in precision instruments, the size and the specifications of the melt have strict requirements. Therefore, in the process of development must have strict checks and controls。This is an exploratory research. We need a reasonable analysis of the data and screening. At last we will get useful data and results.Key words：fuse；melt；specification；analysis目 录1.引言12.概述22.1.贴片熔断器的介绍和发展状况22.2.贴片熔断器的规格、形状和结构52.3.贴片熔断器的种类62.4. 贴片熔断器的选择73.设计思路及主要测试参数103.1.总体设计思路103.2.拟解决的问题以及待解决的问题113.3.主要的测试参数133.4.相关参数介绍204.熔断器的研制214.1.熔断器的总体构造214.2.熔体的研制224.3.实验过程数据采集254.4.数据分析294.5.实验数据总结与汇总315.熔断器核心部位测试345.1.熔断器额定电流、额定电压345.2.通电后测得的各项数据345.3.实验数据总结366.结论39参考文献411. 引言自19世纪后半叶开始，随着以电灯为开始的各种电气设备的陆续出现，熔断器作为电路保护设备也随着电路的出现而出现。从此，世界各国大量地生产和使用熔断器，它们承担着保护导线和电器设备的重要任务，为减少事故的发生，保障用户供电安全，做出了重大的贡献。此后，熔断器的结构形式基本没有改变，并一直延续至今。现今，我们经常看到的是诸如玻璃管式熔断器和汽车中的片型熔断器。作为电子设备的保护元件，玻璃管式熔断器被长期使用，但由于他的体积大、易破碎、无法实现自动化安装等确定，因此，业界对贴片熔断器的需求的呼声越来越高。而本次研究的低电流熔断器就是属于贴片熔断器研究的一个方向。低电流熔断器主要应用于精密的电子仪器和一些电路中。由于特殊的工作状态使得该熔断器的规格以及工作时的状态有特殊的要求。所以通常采取贴片熔断器中的贴片熔断器的制作工艺。2. 概述2.1. 贴片熔断器的介绍和发展状况随着科学技术的突飞猛进以及对电子元器件的要求日益严苛，早期生产的玻璃管保险丝和分类的陶瓷保险管之类的保险丝、管已经不能够满足了产品技术革新的需求，致使保险丝朝着小型化和贴片化的发展趋势，特别是便携式手持电子产品的保护电路中，使得表面贴片型保险丝的使用呈现了日益增多的趋势。2.1.1. SMD（Surface Mounted Devices 表面贴装器件）是一个朝阳行业随着电子工业的快速发展，小型保险丝市场也呈现了喜人的增长趋势。其中在2005年，小型保险丝从数量上和金额上都已经占到了总市场份额的1/3.小型保险丝从其诞生到现在的一百多年的历史中，经历了圆筒状、插片式、轴向或径向引脚式等多个发展阶段。从自上个世纪九十年代贴片保险丝的问世，在短短的二十年里，就已经占领小型保险丝30%的市场份额，并且还有不断扩张的趋势。它已经陆续替换了多个传统形式的保险丝，展现了其强大的生命里。表2-1 小型保险丝产量、产值一览表 数据来源 AEM科技 2006年2月2005年2006年预计数量（亿片）金额（亿美元）数量（亿片）金额（亿美元）圆筒式19.2045.80%0.3829.00%18.6241.80%0.3727.90%引脚式4.6311.00%0.1512.20%5.3212.00%0.1813.60%贴片式13.3031.00%0.6549.10%14.9533.60%0.6548.80%插片式5.1212.20%0.139.70%5.6312.60%0.139.70%总计41.95100.00%1.32100.00%44.52100.00%1.33100.00%从表2-1数据上可以看出来，表面贴片保险丝在小型保险丝中，它的价值是最高的，但是面临的价格竞争也是很激烈的，呈现了下降的趋势。2003年2005年两年来，产品的平均单价下架了20%30%。图2-1 中国小型保险丝产量情况图2-2 中国小型保险丝产值情况2.1.2. 应用空间仍在扩展 表面贴装保险丝身形小价值高应用领域层出不穷 作者：郑素平表面贴片保险丝的特点是轻、薄、小，非常合适适用于结构紧凑、体积微小的各类电子产品中，具有广泛的应用空间。当前时尚流行的数码手持电子设备中就使用了大量的贴片保险丝。从目前已经大量使用贴片保险丝的产业来看，大概会涉及以下领域：1) 通信设备：基站交换机终端机，像这样电子电路中都有机会用到表面贴片保险丝，其中，手机和网络及周边产品是最大的市场。比如，国外的大公司在设计手机时就会采用一次性熔断器，在充电器或手机充电端，以及电源开关和液晶屏等处进行过电路保护，在网络的接入分配线路以及路由器、Modem、网卡等周边设备也会大量使用贴片保险丝。2) 电脑及周边：电脑主机板特别是笔记本电脑的主板上会同时采用一次性保险丝和自恢复保险丝，每块板上往往使用58个，另外在电脑驱动器、打印机、扫描仪、调制解调器甚至复印机和其他办公设备中，都会使用表面贴片保险丝。3) 视听设备：几乎在所有的LCD视听设备中（LCD显示器、LCD彩色电视机、便携式DVD播放机、GPS定位导向、车载TV/DVD/RADIO、机顶盒等等）都将电路过流保护装置采用表面贴片式保险丝。特别是当前科技更新换代的时期，贴片保险丝成为一个非常广阔和有发展潜力的市场。4) 电源变换器：但凡是要求体积小、安装位置紧凑的电源以及电源转换器上都有机会使用表面贴片保险丝，特别重点的手机等锂电池保护板和INVERTER保护是目前最主要的应用领域之一，其量大面广的应用市场在贴片保险丝应用中占了很大部分。5) 数码类个人电子产品：当前发展最迅猛，品种层出不穷的行业，包括数码相机、掌上电脑、PDA、电子翻译机、电子游戏机、多媒体播放机、学习机、MP3/MP4以及形形色色的新型数码电子产品，都是表面贴片保险丝的当然应用者。以上均是已经在现实投入使用的领域了，但是表面贴片保险丝的应用还有很大的发展余地，可以预见的领域还有：金融及商业的ATM机、税控机、高档计算机、POS机、收银机、移动扫描机、编码识别器、各类车载电器、医疗仪器设备、精密仪器仪表、工业设备或家用电器的控制部分、电子玩具、电动车辆控制部分作为一种科技含量较高的新型保护元件，表面贴片保险丝正跟随着它所应用领域终端产品的发展，也正在高速地发展中，尤其是个人数码手持设备的革新以及相关技术日新月异地发展，更促使表面贴片保险丝的使用量不断地成长。与此同时，随着各种电子设备的小型化和智能化，许多传统保险丝也将逐步被表面贴片保险丝所替代。从上面市场分析数据还可以预见，表面贴片保险丝的使用量会呈逐年上升的趋势，跟所有电子元器件一样，其平均价格还会继续下降，从而保持整个市场销售额基本不变。从产品层次和降低成本角度来看，许多生产厂商为了满足用户的需求，不断降低成本从而提高自己的竞争力，推出许多具有一定保护功能且价格低廉的一系列产品。例如，采用电阻工艺、结构更加简单的；技术参数范围较宽的系列，从来满足许多普及型的技术和要求不高的低端消费产品；同时也为更多的其他传统类型保险丝的替换提供可能。从产品种类和技术性能来看，跟随数码技术发展，表面贴片保险丝将继续不断推出多种新的产品系列，包括额定电压更高、额定电流更大或更小、内阻更小、熔断特性更多样、分断能力更强、可恢复式、以及多线路阵列、带有智能功能、多功能集成化的元件或模块等，来满足更多更新的终端产品的电路保护需求。2.2. 贴片熔断器的规格、形状和结构 贴片式贴片保险丝 江苏省理化测试中心 冯乙引 今日电子2003年11期2.2.1. 贴片熔断器的规格大多数贴片保险丝都取得了美国国家安全规格的UL248-14认证(UL 美国保险商实验Underwriter Laboratories Inc.) 这种规格规定了下述这些内容：1) 通电容量： 按额定电流通电，在1小时内不会熔断。2) 温度上升： 按额定电流通电，温度上升75oC 。3) 熔断试验： 在通以2倍额定电流情况下， 1分钟之内熔断。4) 断路容量： 加上额定断路容量时，不会连续地产生飞弧或引燃。表2-2 贴片保险丝的规格和特性(松尾电机公司)项目JAD型3216KAB型2012KAB型1608KAC型1005单位额定电流0.54.00.25.00.23.150.82.0A额定电压2424245024V断路特性24V/50A24V/50A2450V/50A24V/50V熔断特性通过额定电流2倍的电流时，在1分钟内熔断温度上升按额定电流通电时T75oC使用温度范围-40+125绝缘电阻大于l000M(引出端与外壳之间)UL规格（文件号）UL.248.14(EI70721)体积8.21.250.640.25mm2重量19420.5mg包装形态(每卷数量)塑料压纹包装带（2000个）塑料压纹包装带（5000个）纸质包装带（5000个）纸质包装带（10000个）2.2.2. 熔断器的形状与结构贴片保险丝的形状有引线型和片型之分，如果按保险丝元件的结构来分的话，又可以分为线形和薄膜形。图2-3为日本松尾电机公司生产的贴片保险丝的外形和结构。表2-2所示为它们的特性和额定值。表中断路特性一栏“24V50A”的含义是：即使加在电路上的最大电压为24V，并使电路短路时流过的最大电流为50A，保险丝仍然能够确保使用上的安全。如果超过“24V50A”，则有可能产生连续的飞弧而无法切断电路，或者还会引起外壳破裂。1) JAD型：3216，线型且具有优良的耐脉冲电流特性，适用于冲击电流较大的电路中。2) KAB型：20121608，薄膜形体积小、额定电流范围宽，是便携式电子设备中最理想的保险丝。3) KAC型：1005，薄膜形超小型具有优良的耐脉冲电流特性。图2-3 贴片保险丝的外形和结构2.3. 贴片熔断器的种类 电路保护元件的发展与应用 张力 马存云 电子元器件应用贴片保险丝在小型保险丝行业中是技术含量相对较高的新品种。贴片保险丝可分为贴片电流保险丝和贴片自恢复保险丝。 其中贴片电流保险丝按尺寸和性能又可分为如下型号： 产品按尺寸可分类为：0402、0603、1206 产品按性能可分。类为：快速熔断、慢速熔断和增强熔化热能三种类型。 JEPSUN贴片保险丝快速熔断系列适用于保护电路中快速反应的重要器件，一般很少发生浪涌电流的场合；慢速熔断系列适用于电路中常有较大的浪涌电流发生的场合；贴片自恢复保险丝按尺寸又可分类为：0402、0603、1206、1812、2920等。 贴片保险丝如果具有高要求，一般采用薄膜制程，超低内阻，适用于过流保护，如浪涌等。电脑周边产品，手机等通信设备，数码相机，显示器，电池常用。可以用这类技术生产的厂家均有一定规模，如捷比信贴片保险丝等。这类保险丝是近年由美国Raychem公司最先开发的新型过电流保护元件，它实质上是一个正温度系数热敏电阻器。它是在有机高分子聚合物中加入导电颗粒而构成的，其特点是具有自恢复性，即过电流之后又恢复到常态，不必更换，也不必一定将它安置在电子产品中手可触及的部位，因而给用户带来许多便利，很受欢迎。不足之处是阻抗较高。一般说来，在电路正常状态下，其阻抗比相同的金属型熔断器较高，这样，就增加了电子产品的电能消耗。在某些电路中，由于其电阻大而产生热噪声。与金属型熔断器比较，其响应速度慢，存在老化现象。在个别电路中，当发生过电流时，它起保护作用，使电路回到正常状态。但若引发过电流的故障原因未被及时排除，则会出现过电流状态正常状态过电流状态的反复循环，从而给电路带来麻烦，需要与其它保护元件组合使用。虽然这种过电流保护元件还有一些不足之处，但它的自恢复性优点是很吸引人的，各生产厂家都在研究改进，主要方向是提高耐电压/电流、降低电阻、提高强度和稳定性，并日益取得进展。如Raychem 公司最新的miniSMDM75/24 型，24V，40A 及miniSMDM260 型，8V，40A。尺寸为4.5mm3.2mm，适用于键盘、鼠标器、主机板、显示器、电源适配器等。TycoElectronics公司生产TSL250 080型产品，它可以承受2/10s，800V，100A的放电，专用于建筑物内部的电信系统，以防止120V 或250V 交流电故障。2.4. 贴片熔断器的选择贴片保险丝主要应用于数码相机、笔记本、手机等电子产品。从传统的玻璃管保险丝，到微型保险丝、 贴片保险丝，由于产品工艺上的差异， 它们的选型的侧重点也略有不同。贴片保险丝的选择涉及下列因素：1) 电路正常工作电流。通过保险丝的工作电流不应超过保险丝额定电流的75。2) 脉冲、冲击电流、浪涌电流、启动电流和电路瞬变值贴片保险丝尤其关注这一点，这是因为体积小所带来的工艺方面的原因，贴片保险丝的抗冲击能力远小于同样额定电流的玻璃管保险丝或其他体积较大的保险丝的抗冲击能力。3) 电路的过载电流大小及过载电流存在的最短和最长时间。通常需要使用示波器测试和理论计算相结合判断过载电流大小。对于保险丝的基本要求是不该断的时候不能断（比如在出现浪涌电流的时候），该断的时候一定要在适当的时间内断（比如出现需要切断的过载电流的时候）。4) 电阻。贴片保险丝的电阻对于某些电路有一定的影响；若将内阻过大的保险丝安装在某些电路中，它将影响电路的系统参数，使得电路不能正常工作。5) 保险丝的环境温度。贴片保险丝常常应用于便携式设备，要适当考虑保险丝的温升，也就是考虑保险丝额定电流的折减。保险丝工作时的环境温度应在规定的工作温度范围之内，当保险丝周围的环境温度超过25oC时，参照温度折减率降级使用。6) 施加在保险丝上的外加电压。通常贴片保险丝应用于便携式设备，电路工作电压一般都不高，只要贴片保险丝的额定电压高于电路工作电压，就可以放心选用。因此，选用贴片保险丝时，要考虑正常工作电流、故障电流、I2t值、环境温度、内阻和额定值折减。图2-4 温度折线图3. 设计思路及主要测试参数3.1. 总体设计思路 新型叠层多次陶瓷片式熔断器应用指南 铁生武 世界电子元器件 2004年11期我们都知道，只要电流流过导体时，由于导体存在一定的电阻，所以导体将会发热。且发热量遵循着这个公式：Q=0.24I2RT；依此公式我们不难看出保险丝管的简单的工作原理了，即依靠电流发热致使导体融化最终断开。熔断器的能量平衡关系可用下面的简化公式来表达：其中m为熔断器的质量，CP为比热或热容系数，T为温度，t为时间，I2R为电转化为热能的速率。这只是一个简化的式子，因为熔断器并非由单一的材料组成，而且材料的物性亦是温度的函数。当产生热量的速率等于散热速率时，即温度T不随时间而变，熔断器的温度达到平衡。熔断器的散热，主要由三种传热机理组成，即传导、对流和辐射。这三种传热方式，其传热速率均与熔断器及外界环境的温差有关。当温差越大时，传热的速率亦越大。传导传热主要是通过熔断器的本体材料，将电热从熔断器的导电部分传到周边，包括通过端头传到线路板及由外表面传到周围的空气中。对流传热是由周围空气的流动产生，对流传热有两种方式：一为自然对流，即由于熔断器表面的空气被熔断器加热而产生密度的变化所造成：另一为强制对流，即由电子器件内排风扇强制空气的流动造成。辐射是由熔断器表面产生的热辐射造成，其速率取决于熔断器表面温度与环境温度四次方之差和熔断器表面及散热空间的黑度。当熔断器产生热量的速度大于散热速度时，即温度随时间而上升。如果散热速率不能因为本身温度的上升而升到等于热量产生的速率时，熔断器导电部分的温度将会一直上升，直至达到导电金属的熔化温度，而将导电体熔断，而达到过流保护的目的。又因为公式它有一定比热及质量，其热量的增加就表现在温度的升高上。当温度升高到保险丝的熔点以上时保险丝就发生了熔断。这就是保险丝的工作原理。从这个原理中应该知道，在设计制造保险丝时必须认真地研究所选材料的物理特性，并确保它们有一致几何尺寸。因为这些因素对保险丝能否正常工作起了致关重要的作用。同样，在使用它的时候，一定要正确地安装它。一般保险丝由三个部分组成：一是熔体部分，它是保险丝的核心，熔断时起到切断电流的作用。同一类、同一规格保险丝的熔体，材质要相同、几何尺寸要相同、电阻值尽可能地小且要一致，最重要的是熔断特性要一致；二是电极部分，通常有两个，它是熔体与电路联接的重要部件，它必须有良好的导电性，不应产生明显的安装接触电阻；三是支架部分，保险丝的熔体一般都纤细柔软的，支架的作用就是将熔体固定并使三个部分成为刚性的整体便于安装、使用，它必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性，在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象。电力电路及大功率设备所使用的保险丝，不仅有一般保险丝的三个部分，而且还有灭弧装置，因为这类保险丝所保护的电路不仅工作电流较大，而且当熔体发生熔断时其两端的电压也很高，往往会出现熔体已熔化（熔断）甚至已汽化，但是电流并没有切断，其原因就是在熔断的一瞬间在电压及电流的作用下，保险丝的两电极之间发生拉弧现象。这个灭弧装置必须有很强的绝缘性与很好的导热性，且呈负电性。石英砂就是常用的灭弧材料。所以本次设计的整体设计思路就是：选择合适的熔断器规格，锻造出适当的熔体，且熔体符合两个方面的要求：一是拥有较低的熔点温度，二是具有适当的电阻。对于这两个要求具体就涉及到熔体核心配方的问题。如果导电性能良好的金属含量（例如Ag、Au等）高，就会使得熔体的熔点温度上升；如果含量偏少就会使得电阻变大，不利于熔体的正常工作。所以我们在设计时要取得合适的配方，能够最大限度的满足这两个方面的要求。所以本次设计的重中之重就是选择合适的材料来制作熔体。3.2. 拟解决的问题以及待解决的问题本次研究的课题是低电流电路熔断器。从这个课题中，我们不难发现，我们对于这个熔断器有一个要求，就是要求在很低的电流下就可以熔断，属于低电流方向。所以这次研究的本质还是熔断器，贴片式只是制作工艺而已。他和一般普通的熔断器具有通性，即研究熔断特性。熔体熔断一般有两种方式：提供给熔体的能量不是特别大时，熔体熔为液态后断开，这个称为熔化断开；提供给熔体的能量很大时，熔体就直接气化断开，这个称为气化熔断。我们由于是低电流状态下，不可能提供特别大的能量，所以我们一般的断开方式都是熔化断开。图3-1 熔断特性曲线如上图所示的为熔断特性 利用贴片式保险丝实现过流保护 Vishay公司高级产品市场经理Ore Hach 曲线，而熔断特性是贴片保险丝最重要的性质。该性质定义了在过载等级下的熔融时间。如果电流达到预设等级，在被称为pre-arc时间的周期内，熔体里散发的电功率足以将熔体熔融和蒸发掉。图3-1所示的熔融特性有两个主要区域。在箭头所指曲线左边的第一个区域，包括在阴影区的正常“瞬时” 操作区域， 以及在短时过流达到保险丝额定电流两倍时的情况。这个区域定义了贴片式保险丝承受脉冲负载的能力。该能力取决于熔体的特性，如增大熔体的交叉区域就可实现高脉冲负载。箭头所指曲线定义了超过保险丝额定电流的过载和短路电流的熔融时间， 图中保险丝的额定电流(IR)是5A。熔断保险丝所需的能量可表示为I2T。所以当过流增加时， 保险丝的断开时间会变短。一般，在过流达到两倍额定电流的情况下，保险丝应当在ls3s内断开；在过流达到10倍额定电流时，保险丝应当在不到0.1ms的时间内断开。反过来看，要防止保险丝在遇到正常涌流的时候断开，涌入脉冲的最大I2T应当小于保险丝的最大额定I2T的50。保险丝的熔断时间与熔体和环境之间的热阻有关，这取决于熔体、衬底、密封和端子的参数，也和印刷电路板的布局有关。因此断开时间，还有保护的有效性，既取决于制造技术，也和产品设计有关。如果熔体和环境之间的热阻过低，可能会没有足够的能量熔化熔体。这样在过载电流等于两倍额定电流时，保险丝在120s内无法切断过载电流。我们面对很多因素需要解决的问题很多，但是从外部原因上考虑，主要是熔体和衬底，密封和端子的参数。这些主要是从制作工艺上考虑。而在内部因素中，我们需要考虑的因素主要是熔体的配方影响，因为熔体的配方决定了熔体的电阻以及熔点。而电阻决定了电流的大小，熔点决定了合适熔体会熔断。所以熔体的配方决定了一个熔断器的好坏。3.3. 主要的测试参数贴片保险丝有很多中类型，一般常见的有三种类型：0402、0603、1206（以英制单位inch计算）。图3-2 熔断器规格示意图从示意图中，我们不难发现，除了核心部分的熔体还有熔体两端的接头部位，所以我们实在熔体的宽度应该是一个熔断器整体的宽度减去两个接头的宽度，即只保留了中那一部分L-2D，但是高度不变。所以，我们便得到如下表所示的熔断器长、宽、高各大小尺寸。表3-1 各型号熔断器的规格规格型号大小mm(inch)L(mm)W(mm)T(mm)D(mm)1005(0402)1.00.150.50.150.50.150.250.101608(0603)1.60.20.80.20.80.20.30.23216(1206)3.20.21.50.20.90.20.50.3现在主要介绍下0603和1206的相关参数表3-2 0603在规定时间内完成特性（快速反应）%额定电的比值升到25oC所需时间100%最少4小时250%最多5秒400%最多0.05秒表3-3 0603各个相关型号的参数零件编号额定电流（A）额定电压（直流电压）电阻理论值（）理论I2t（A2s）F0603FF0500V032T0.5320.860.0093F0603FF0750V032T0.75320.450.0191F0603FF1000V033T1320.280.036F0603FF1250V033T1.25320.2050.063F0603FF1500V034T1.5320.1360.095F0603FF1750V034T1.75320.0950.14F0603FF2000V035T2320.0690.21F0603FF2500V035T2.5320.0460.3F0603FF3000V036T3320.0390.46F0603FF3500V036T3.5320.0280.73F0603FF4000V037T4320.0231.15F0603FF4500V037T4.5320.0191.68F0603FF5000V032T5320.0152.62表3-4 1206在规定时间内完成特性%额定电流的比值升到25oC所需时间100%最少4小时250%最多5秒表3-5 1206各个相关型号的参数零件编号额定电流(A)额定电压（直流电压）电阻理论值（）理论值I2t(A2t)F1206HA10V024T10240.019F1206HA12V025T12240.00814F1206HA15V026T15240.00526F1206HA20V027T20240.00356由于在实验室制作工艺的限制，对于0603型号很难做的那么精密，所以退而求其次选择了相对而言精确度稍低的1206型号。图3-3 制作完成的熔体（0603）图3-4 0603完成时间曲线图3-5 0603I2T与t的关系图3.6 1206完成时间曲线图3-7 1206I2T与t的关系3.4. 相关参数介绍在了解了一个熔断器的参数的基础上，我们可以一下几个参数：1. 常态电流：流过使用中的保险丝常态电流的大小。通常情况下，我们要预先设定一个减额量，这个减额量的选取应该尊重一下的原则，就是2. 常态电流必须小于额定电流于减额系数的乘积。3. 熔断电流：我们按照UL的规格规定，熔断器在额定电流2倍的情况下吗，能够快速熔断。但是大多情况下，为了确保可靠地的熔断，我们一般采取熔断电流大于额定电流的2.5倍。另外，熔断时间如果很重要的话，那么还必须要参考厂商提供的熔断特性图来做出判断。4. 开路电流：开路电压一般要选小于额定电压的。5. 短路电流：电路短路时的流过的最大电流值称为短路电流。对于各种保险丝，额定断路容量是有规定的，我们在选择时就要主要不要使用短路电流超过额定断路容量。如果选择了断路容量小的保险丝，则有可能使保险丝破裂或者引发火灾。6. 冲击电流：观测冲击电流的波形，用I2t值来计算能量。冲击电流的大小和次数不同，对保险丝所造成的影响也是不同的。冲击电流的I2t值与单脉冲的熔断I2t值之比就决定了保险丝耐冲击电流的次数。图3-8 电流波形图4. 熔断器的研制小型贴片保险丝在当今电子产业小型化的趋势中起到举足轻重的作用，越来越被广泛的地应用到各个线路板中。所以产品做的越来越小，端头和焊盘的尺寸也随之越来越小。因此，对这些小型元件的焊接要求越来越高。耐焊耐热，焊接强度，端头强度等各种参数就成为了衡量小型贴片产品可靠性的重要指标。小型贴片保险丝的封端一般要求在烧结成小片状后再进行传统的封端工艺的制作。对于内部有一层或者多层金属薄膜作为内电极的贴片保险丝来说内电极的引出端仅为薄膜一层，端电极和内电极的接触仅仅是线面接触，端电极和内电极的接触强度因而不能达到预期强度，在高温焊接或者剧烈振动后端头容易松动甚至脱落，造成阻值漂移或者断路。4.1. 熔断器的总体构造标准的熔断保险丝是密封在陶瓷或玻璃管内的金属线，管内填充了空气或沙粒。而贴片式保险丝采用了完全不同的技术原理，大多数贴片式保险丝看起来像一个标准的贴片式器件，使用单层或多层陶瓷衬底。以前的一些设计采用类似于印刷电路板的环氧玻璃纤维衬底。在单层衬底顶部或多层衬底中间的基本熔体是一种高导电率的材料，例如铜、金或铜锡、银钯合金。这些复合材料能提高保险丝耐受涌人电流的能力，但也会因受到热应力的影响而降低稳定性，导致在多个涌流周期后出现不正确断开的概率增加。根据衬底类型的不同，熔体可采用激光微调的厚膜沉积物或化学刻蚀的金属层，达到所期望的性能参数，还可使用粘合金线。由于外形和厚度已经确定，因此在遭受过压时且电流达到一定等级时，熔体会在确定的时间内熔断。要让贴片式器件完成这个功能层的作用，必须对熔体进行保护，使其免受环境条件的影响。在单层贴片式保险丝中， 熔体的表面通常都包裹着一层漆或环氧树脂。多层贴片式保险丝熔体的衬底层，其本身就有保护作用。由于贴片式保险丝的额定电流可达至7A8A，因此它们需要低阻值的SMD点。4.2. 熔体的研制如右图所示为已经完成的熔断器核心部位熔体本章节主要从熔体的材料选择，所要制作的规格和具体制作过程。4.2.1. 熔体的配方设计与材料选择的核心是熔体也就是易熔合金。传统制作工艺中的易熔合金是用Sn、Pb、Bi、Cd等金属组成的三元或者四元合金，通过调整各个金属含量，可以获得所需的不同熔点的合金丝。但是随着科学技术发展和社会的进步要求，对电子产品环保要求提出了明确的要求和指标，有绿色认证标志的电子产品已经越来越多地成为了市场和用户青睐的对象。在电子市场中，没有通过环保认证的电 图4-1 保险丝熔体子元器件已经被淘汰。在上述被描述中的金属元素中，Pb、Cd具有易挥发性，对人体有毒。虽然各项使用指标均符合规范，但是往往不能被环保认证，继而被用户放弃。因此，我们在研制熔体过程中就要摈弃使用这些不被环保认证的金属元素，虽然有时这些元素的在熔断器中具有非常出色的表现。由于实验室中没有合适的仪器来进行元素的筛选，我们只有通过对一些的文献进行研究，得到我们所可以参加制作的元素。一般来说，使用频率比较高的是Ag、Au、Pt等贵金属以及那些熔点低，能很好的降低整体合金熔体的金属如Sn、Bi等。4.2.2. 熔体规格大小设计 杨彬、钱超勇等 贴片保险丝及其制作方法专利发明申请公布说明书 2008年6月18日图4-2 贴片保险丝示意图14.2.3. 使用仪器的介绍（烧结仪器）1) 采用先进的人工智能调节算法，实现自整定/自适应功能及无超调、无欠调的精确调节。 2) 以微电脑控制为基础，参数设定采用微型键盘操作，同时还具有数据断电记忆保护功能。 3) 集数显、调节、驱动于一体，能直接驱动可控硅、模块、固态继电器、接触器等大功率电子开关元件。 4) 输入采用标准的数字校正系统，并且有各种分度号可供选择，测量精确。 5) 具有传感器断线、反接指示以及超温报警功能。 6) TCW-32B可编程温控仪具有50段编程能力，并可设置任意斜率曲线。程序编排采用温度时间编排方法，编程方便、 灵活。 7) 三相触发回路具有三相分别可调以及分段功率限制功能。 8) 可配带微型打印机，定时记录并打印当前时间和当前实际温度值。 9) 可配置标准的RS232、RS422等标准异步串行数据通讯接口，与上拉机进行数据通讯，方便地实现DCS集散控制。 技术参数：l 输入规格：热电偶：K、S、B、E热电阻：PT100、CU50线性电流：0-10mA或者4-20mA扩充规格：保留上述输入规格的基础上，允许扩张其他特殊形式的输入规格。l 测量范围：K(0-1200oC)、S(0-1600oC)、B(300-1700oC)、E(0-600oC)、l PT100(0-500oC)l 测量精度：0.5%FS1dl 调节方式：人工智能调节方式、模糊逻辑PID调节以及控制参数自整定l 输出规格：驱动可控硅（模块）：驱动脉冲最大输出3V/200mA，50S驱动固态继电器：最大驱动能力DC15V/50Ma驱动交流接触器：触电最大驱动能力AC220V/1A线性电流：0-15mA或者4-20mA(可定义)线性电压：0-5V或1-5V(可定义)4.2.4. 熔断器具体操作过程熔断器的制作方法包括：1) 在玻璃陶瓷层基体1表面至少一次涂覆金属薄膜浆料，在涂覆的同时对基体1表面进行涂覆切割标记4；2) 根据切割标记4在沿玻璃陶瓷层宽度方向上切割形成缝隙5，在原涂覆位置至少一次涂覆金属薄膜浆料，浆料渗入该缝隙5内；3) 涂覆一层玻璃陶瓷层基体1，制作独石结构生膜片；4) 按切割标记4将生膜片切割成多个保险丝单元10，经烧结、封