CN1848351A - 低电阻聚合母体熔断器装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种低电阻熔断器装置和制造方法，包括第一中间绝缘层、第二中间绝缘层和由第一和第二中间绝缘层的每一个单独形成和制成的独立式熔断元件。熔断元件层包括第一和第二接触垫以及在其间延伸的熔线。第一和第二中间绝缘层延伸到独立式熔断元件层的相反侧，并和其间的熔断元件层层叠在一起。

Description

低电阻聚合母体熔断器装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2004年1月29日提交的美国申请序列号10/767,027的部分继续申请，美国申请序列号10/767,027是2003年1月9日提交的美国申请序列号10/339114的部分继续申请，其要求2002年1月10日提交的临时申请序列号60/348,098的优先权。

技术领域

本发明涉及一种熔断器，更尤其涉及一种使用箔熔断元件的熔断器。

背景技术

熔断器广泛应用于过流保护设备中，来阻止对电路代价巨大的破坏。典型地，熔断端子或者触点形成电源和电器件或者安置在电路中的器件的组合之间的电连接。一个或者多个可熔的连杆或者元件，或者熔断元件组件连接在熔断器端子或者触点之间，使得当通过熔断器的电流超过预定的阈值时，可熔的元件熔化、分解、切断或者其它的断开和熔断器有关的电路，以阻止电器件的损坏。

近代电子设备的迅速扩大已经导致对熔断技术增加的需求。例如，常规的熔断器包括密封在玻璃圆柱体或者管中或者悬置在管中的空间中的线熔断元件(或者可替换地模压的和/或成型的金属熔断元件)。熔断元件在导电端帽之间延伸，导电端帽附着到管用于连接到电路。然而，当在电子应用中使用印数电路板时，熔断器通常非常小，对于这些类型的熔断产生了制造和安装的困难，其增加了熔断产品的制造和装配成本。

其它类型的熔断器包括在高温有机电介质衬底(例如FR-4、苯酚或者其它聚合物基材料)上沉积的镀覆金属，以形成用于电子应用中的熔断元件。可以使用公知的技术，将熔断元件汽相沉积、丝网印刷、镀覆或者涂覆到衬底，以及通过化学蚀刻或者激光修整形成熔断元件的金属化层可以改变熔断器的形状。然而，在过流状态的过程中，这些类型的熔断器易于从熔断元件到衬底传导热量，由此增加熔断器的额定电流，而且增加了熔断器的电阻，这可能不希望地影响了低压电子电路。另外，当熔断元件紧密接近于或者直接沉积在绝缘衬底上时，可能出现碳迹(carbon tracking)。碳迹将不允许熔断器如熔断器被预期的完全清除的或者断开电路。

还有其它的熔断器使用具有印刷厚膜导电材料，例如导电墨水的陶瓷衬底，形成成型的熔断元件和用于连接到电路的导电垫。然而，不能控制印刷厚度和形状可能导致熔断的设备中不能容许的变化。而且，通常在高温条件下烧制形成熔断元件的导电材料，所以必须使用高温陶瓷衬底。然而，在过流状态中这些衬底易于起到散热片的作用，从熔断元件驱散热量并增加熔断器的电阻。

在很多电路中，高的熔断器电阻对有源电路器件是有害的，并且在某些应用中，由于熔断器电阻的电压作用可能造成有源电路器件的不能运行。

发明内容

根据典型实施例，低电阻熔断器包括第一中间绝缘层、第二中间绝缘层和由第一和第二中间绝缘层的每一个独立地形成和制成的独立式的熔断元件层。熔断元件层包括第一和第二接触垫以及在它们之间的熔线(fusible link)。第一和第二中间绝缘层在独立式的熔断元件层的相反侧延伸，并和其间的熔断元件层叠在一起。

根据另一个典型实施例，提供了制造低电阻熔断器的方法。该方法包括提供第一中间绝缘层，提供和第一中间绝缘层隔开的预形成的熔断元件层，和粘着层叠第二中间绝缘层到熔断元件层上的第一中间绝缘层。预形成的熔断元件具有在第一和第二接触垫之间延伸的熔线。

根据另一典型实施例，提供了制造低电阻熔断器的方法。该方法包括提供具有预形成在其中的熔断元件开口的第一中间绝缘层，提供和第一中间绝缘层隔开的预形成的熔断元件层，粘着层叠第二中间绝缘层到第一中间绝缘层，具有在其之间延伸的熔断元件层，并在第二中间绝缘层层叠到第一中间绝缘层之后通过熔断元件开口将M点施加到熔线。预形成的熔断元件层具有在第一和第二接触垫之间延伸的熔线。

根据另一典型实施例，低电阻熔断器包括第一和第二中间绝缘层，以及至少第一和第二中间绝缘层的其中一个包括穿过其中预形成的开口。薄箔熔断元件层分别由第一和第二中间绝缘层形成，以及第一和第二中间绝缘层在熔断元件层的相反侧延伸，并耦合到那里。电弧淬火介质位于预形成的开口内部，并围绕开口内的熔断元件层。

附图说明

图1是箔熔断器的透视图。

图2是图1所示的熔断器的分解透视图。

图3是制造图1和2所示的熔断器的方法的工艺流程图。

图4是箔熔断器的第二个实施例的分解透视图。

图5是箔熔断器的第三个实施例的分解透视图。

图6-10是用于图1-5所示的熔断器的熔断元件形状的顶视平面图。

图11是熔断器的第四个实施例的分解透视图。

图12是制造图11所示的熔断器的方法的工艺流程图。

图13是熔断器的第五个实施例的透视图。

图14是图13所示的熔断器的分解图。

图15是熔断器的第六个实施例的分解图。

图16是熔断器的第七个实施例的分解图。

图17是熔断器的第八个实施例的示意图。

图18是熔断元件的实施例的顶视平面图。

图19是熔断元件的另一实施例的顶视平面图。

图20是熔断器制造的分解图。

图21是低电阻熔断器的另一典型实施例的分解图。

图22是制造图21所示的熔断器的方法的典型工艺流程图。

图23是制造低电阻熔断器的另一方法的典型工艺流程图。

图24是制造低电阻熔断器的另一典型方法的工艺流程图。

图25是制造低电阻熔断器的另一典型方法的工艺流程图。

图26是低电阻熔断器的另一熔断器的典型实施例的分解图。

具体实施方式

图1是根据本发明的典型实施例的箔熔断器10的透视图。为了下面陈述的原因，认为熔断器10是比常规熔断器更低成本制造的，同时提供显著的性能优点。例如，相对于公知的可比较的熔断器认为熔断器10具有降低的电阻和在已经操作熔断器之后增加的绝缘电阻。通过使用用于形成可熔线和安装到聚合膜上的接触端子的薄膜金属箔材料，至少部分地获得获得这些优点。这里为了描述的目的，认为薄金属箔材料在厚度上从大约1到大约100微米变化，更尤其是从大约1到大约20微米变化，以及在优选实施例中从大约3到大约12微米变化。

当用薄金属箔材料制成时，尽管已经发现根据本发明的至少一个熔断器特别有利，但是应考虑到，其它的金属化技术也是有益的。例如，对于需要小于3到5微米的金属化形成熔断元件的较低熔断额定值，根据本领域的公知的技术可以使用薄膜材料，包括但不局限于溅射的金属薄膜。还应当理解的是本发明的情况还可以应用到无电金属镀覆结构和厚膜丝网印刷结构。因此仅仅为了说明的目的描述熔断器10，这里熔断器10的描述不意味着将本发明的情况限制到熔断器10的特例。

熔断器10是下面具体描述的层状结构，并包括箔熔断元件(图1中未示出)，该箔熔断元件在焊料触点12之间电延伸并和焊料触点12(有时称为焊料隆起垫)是导电关系。在使用中，焊料触点12耦接到端子、接触垫或者印刷电路板(未示出)的电路端子，以通过熔断器10，或者更尤其通过熔断元件形成电路。当流过熔断器10的电流到达不容许的极限时，根据熔断器的特性和应用在熔断器10的制造中的特殊材料，熔断元件熔化、汽化或者其它的通过熔断器断开电路并阻止对电路中和熔断器10有关的器件代价巨大的破坏。

在说明性的实施例中，熔断器10在形状上通常是矩形的，并包括适合于熔断器10表面安装到印刷电路板，同时占有较小空间的宽W、长L和高H。例如，在一个特殊实施例中，L是大约0.060英寸，W是大约0.030英寸，以及H显著小于L或者W以保持熔断器10的低侧面。在下面这将变得显而易见，H近似地等于构成熔断器10使用的多个层的组合厚度。然而，可以承认的是，熔断器10的实际尺寸可以从这里所述的说明性的尺寸变化到更大或者更小的尺寸，在不脱离本发明的范围的条件下，包括大于一英寸的尺寸。

还可以承认的是，除了用于连接熔断器10到电路所例举的焊料触点12之外，本发明的至少一些益处可以通过使用其它熔断器端子来实现。因此，例如，根据必须规定的或者预期的，可以使用环绕的端子、浸渍的镀金属端子、镀覆的端子、塔状的触点和其它公知的连接方案作为焊料触点12的替换。

图2是说明应用在熔断器10的结构中的多个层的熔断器10的分解透视图。特别地，在典型实施例中，熔断器10基本上是由包括夹在上下中间绝缘层22，24之间的箔熔断元件20的五层构成的，上下绝缘层22，24又依次夹在上下外绝缘层26，28之间。

在一个实施例中，箔熔断元件层20是根据公知技术施加到低中间绝缘层24的，电沉积(electro deposited)的3-5微米厚的铜箔。在典型实施例中，箔是可以从Olin股份有限公司得到的CopperBond^Extra Thin Foil，薄熔断元件层20形成为大写字母I的形状，在矩形接触垫32，34之间延伸的狭窄的熔线30。当流过熔线30的电流大到特定大小时，确定熔线30断开。例如，在典型实施例中，熔线30大约是0.003英寸宽，使得熔断器在小于1安培时运行。然而，可以理解的是，在替换实施例中，可以使用多种尺寸的熔线，以及薄熔断元件层20可以由其它金属箔形成，包括但是不局限于镍、锌、锡、铝、银及其合金(例如，铜/锡，银/锡和铜/银合金)以及其它代替铜箔的导电箔材料。在替换实施例中，9微米或者12微米厚的箔材料可以被使用和化学地蚀刻，来减小熔线的厚度。另外，在另外的实施例中可以使用公知的M效果的熔断技术，以增强熔线的操作。

如本领域技术人员可以理解的是，熔线的性能(例如短路和中断能力)取决于并主要由所使用的材料的熔化温度和熔线的形状确定，并且通过每一个的变化，可以获得具有不同工作特性的实际上无限数量的熔线。而且，不止一个熔线可以平行地延伸，以进一步改变熔断性能。在这种实施例中，多个熔线可以在一个熔断元件层中的接触垫之间平行地延伸，或者可以使用包括在垂直层叠结构中彼此平行延伸的熔线的多个熔断元件层。

为了选择制造具有想要的熔断元件额定值的熔断元件层20的材料，或者为了确定确定由所选择的材料制造的熔断元件额定值，已经确定，熔断性能主要取决于三个参数，包括熔断元件形状、围绕熔断元件的材料的导热率和熔化金属的熔化温度。已经得出的是，这些参数的每一个确定熔断器的时间和电流的特性。因此，通过对熔断元件层的材料、围绕熔断元件层的材料和熔断元件层的形状的仔细选择，可以制造合格的低电阻熔断器。

首先考虑熔断元件20的形状，为了说明的目的，将分析典型熔断元件层的特性。例如，图6描述了包括典型尺寸的相对简单的熔断元件形状的平面图。

参考图6，通常大写字母I形状的熔断元件层形成在绝缘层上。通过形成熔断元件层使用的金属的导电率(ρ)、熔断元件层的尺寸情况(也就是熔断元件的长度和宽度)和熔断元件层的厚度决定熔断元件层的熔断特性。在说明性的实施例中，熔断元件层20由3微米厚的铜箔构成，已知该铜箔具有l/ρ*cm或者大约0.016779Ω/的薄层电阻(对于1微米厚度测量的)，其是在考虑到以“正方形”表达的熔断元件部分的尺寸比。

例如，考虑图6所示的熔断元件，熔断元件包括可以识别的三个不同的部分，具有对应于第一部分的尺寸l₁和w₁，对应于第二部分的尺寸l₂和w₂，对应于第三部分的尺寸l₃和w₃。通过对这些部分中的正方形求和，可以以稍微直接的方式近似确定熔断元件层的电阻。因此，对于图6中所示的熔断元件：

正方形的数量＝(l₁/w₁+l₂/w₂+l₃/w₃)      (1)

            ＝(10/20+30/4+10/20)

            ＝8.5’s.

现在根据下述的关系可以确定熔断元件层的电阻(R)：

熔断元件R＝(薄层电阻率)*(数量’s)/T    (2)

其中T是熔断元件层的厚度。继续上述的例子和使用方程(2)，可以看出：

熔断元件电阻＝(0.016779Ω/)*(8.5)/3

            ＝0.0475Ω

当然，同样可以以类似的方式确定更复杂形状的熔断元件的电阻。

现在考虑围绕熔断元件层的材料的导热率，本领域技术人员可以理解的是，通过关系式控制不同材料的子容量之间的热流(H)：

其中K_m，n是材料的第一子容量导热率；K_m+1，n是材料的第二子容量热导率；Z是的材料的厚度；θ是在所选择的参考点子容量m，n的温度；X_m，n是从参考点测量的第一子容量的第一座标位置，以及Y_n是从参考点测量的第二座标位置，以及Δt是所关心的时间值。

尽管可以非常具体地研究方程(3)来确定分层的熔断结构的精确热流特性，但是在这里介绍的主要是示出在熔断器中的热流正比于所使用的材料的导热率。在下面的表格中列出一些典型的已知材料的导热率，可以看出的是，通过降低在熔断元件周围的熔断器中使用的绝缘层的导热率，可以显著地降低熔断器中的热流。特别要注意的是聚酰亚胺的显著较低的导热率，其应用在本发明例举的实施例中作为熔断元件层上面和下面的绝缘材料。

        衬底的导热率(W/mK)

氧化铝(Al2O3)	19
		镁橄榄石(2MgO-SiO2)	7
堇青石(2MgO-2Al2O3-5SiO2)	1.3
		块滑石(2MgO-SiO2)	3
聚酰亚胺	0.12
		FR-4环氧树脂/玻璃纤维叠片	0.293

现在考虑在熔断元件层的制造中使用的熔断金属的操作温度，本领域技术人员可以理解的是，通过下述关系控制在所给时间点时熔断元件层的操作温度θ_t：

θ_t＝(1/m*s)*∫i²R_am(1+αθ)dt                (4)

其中m是熔断元件层的质量，s是形成熔断元件层的材料的比热，R_am是在环境参考温度θ时熔断器元件层的电阻，i是流过熔断元件层的电流，以及α是用于熔断元件材料的电阻温度系数。当然，熔断元件层具有通过熔断器高达熔断元件材料的熔化温度结束电路功能。在下面的表格中列出熔断元件材料通常使用的典型熔点，并被标明，由于允许熔断元件的较高额定电流的铜的显著较高的熔化温度，所以在本发明中铜熔断元件层特别有利。

金属和金属合金熔化温度(℃)

铜(Cu)	1084
		锌(Zn)	419
铝(Al)	660
		铜/锡(20Cu/80Sn)	530
银/锡(40Ag/60Sn)	450
		铜/银(30Cu/70Ag)	788

现在将明显可见的是，考虑对于熔断元件层的熔化温度、围绕熔断元件层的材料的导热率和熔断元件层的电阻的综合作用，可以制造具有多种工作特性的容许的低电阻熔断器。

回过来参考图2，上中间绝缘层22覆盖在箔熔断元件层20上面，并包括通过其延伸的矩形终端开口36、38或者窗口，以便于向各个箔熔断元件层20的接触垫32、34电连接。圆形的熔线开口40在终端开口36、38之间延伸并覆盖在箔熔断元件层20的熔线30上面。

下中间绝缘层24在箔熔断元件层20的下面并包括在箔熔断元件层20的熔线30下面的圆形的熔线开口42。同样地，熔线30跨过上下中间绝缘层22、24中的各个熔线开口40、42延伸，使得当熔线30在箔熔断元件20的接触垫32、34之间延伸时，熔线30和任一中间绝缘层22、24的表面接触。换句话说，当熔断器10完全形成时，根据各个中间绝缘层22、24中的熔线开口40、42，在空气槽中有效地悬置(suspend)熔线30。

同样地，熔线开口40、42阻止热量传输到在常规熔断器中有助于增加熔断器的电阻的中间绝缘层22、24。因此，熔断器10在比已知熔断器更低的电阻下运行，并由此比已知的可比较熔断器更少的电路扰动。另外，不像已知的熔断器，通过熔线开口40、42产生的空气槽抑制电弧轨迹，并通过熔线30促进电路的完全消除。在另一实施例中，当熔线运行时，适当形状的空气槽可以有利于其中气体的排出，并减缓不希望的气体积累和对熔断器的内部压力。因此，尽管在典型实施例中开口40、42被例举为基本的圆形，但是在不超出本发明的范围和精神的条件下，可以另外使用非圆形的开口40、42。另外，设想可以使用不对称的开口作为中间绝缘层22、24中的熔线开口。更进一步，代替或者除了如上所述的空气之外，设想熔线开口还可以由固体或者气体填充以抑制电弧轨迹。

在说明性的实施例中，上下中间绝缘层分别由电介质膜构成，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.002英寸厚的聚酰亚胺。然而，可以理解的是，在替换实施例中，代替KAPTON^可以使用其它适合的电绝缘材料，来自Ube企业，市场上可买的得到的UPILEX^聚酰亚胺材料，来自Rogers公司的市场上可买的得到的Pyrolux、聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)(有时称作PEN)、Zyvrex液晶聚合物材料等。

上外绝缘层26覆盖在上中间层22上面并包括基本上与上中间绝缘层22重合的终端开口36、38的矩形终端开口46、48。上外绝缘层26中的终端开口46、48和上中间绝缘层22中的终端36、38一起在薄熔断元件接触垫32、34上面形成各自的空腔。当开口36、38、46、48充满焊料(图2中未示出)时，焊料接触垫12(在图1中示出)以形成和熔断元件接触垫32、34电连接，用于连接到例如印刷电路板上的外电路。连续的表面50在覆盖在上中间绝缘层22的熔线开口40之上的上外绝缘层26的终端开口46、48之间延伸，由此密封和充分地绝缘熔线30。

在另一实施例中，上外绝缘层26和/或下外绝缘层28由半透明或者透明材料构成，这种材料有利于熔线开口40、42内断开的熔断器的直观指示。

下外绝缘层28在下中间绝缘层24下面，并且是实心的，也就是不具有开口。下外绝缘层28的连续实心表面由此充分地绝缘下中间绝缘层24的熔线开口42上面的熔线30。

在说明性的实施例中，上和下外绝缘层分别由电介质膜构成，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.005英寸厚的聚酰亚胺膜。可以理解的是，然而在替换实施例中，可以应用其它适合的电绝缘材料，例如CIRLEX^粘着性的聚酰亚胺叠片材料，Pyrolux，聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)等。

为了描述所应用的构成熔断器10的典型制造工艺，根据下述表格参看熔断器10的层：

处理层	图2层	图2中的附图标记
			1	上外绝缘层	26
2	上中间绝缘层	22
			3	箔熔断元件层	20
4	下中间绝缘层	24
			5	下外绝缘层	28

使用这些标记，图3是制造熔断器10(在图1和2中示出)制造熔断器10的典型方法60的流程图。根据已知的层叠方法将箔熔断元件层20(层3)层叠到下中间绝缘层24(层4)。然后使用已知的技术将箔熔断元件层20(层3)蚀刻64成下中间绝缘层24上期望的形状，包括但是不局限于使用氯化铁溶液。在典型实施例中，如上面关于图2所述的，根据已知的蚀刻工艺，形成箔熔断元件层20(层3)，使得大写字母I形状的箔熔断元件保留，。在替换实施例中，代替蚀刻操作可以使用冲切操作形成熔线30和接触垫32、34。

在已经实现从下中间绝缘层(层4)形成64箔熔断元件层(层3)之后，根据已知的层叠技术，从步骤62将上中间绝缘层22(层2)层叠66到预层叠的箔熔断元件层20(层3)和下中间绝缘层(层4)。三层的叠片由此和夹在中间绝缘层22、24(层2和4)之间的箔熔断元件层20形成在一起。

然后根据已知的蚀刻、冲孔或者钻孔工艺，将终端开口36、38和熔线开口40(全部在图2中示出)形成68在上中间绝缘层22(层2)中。根据已知的工艺，包括但不局限于蚀刻、冲孔或者钻孔，熔线开口42(如图2所示)还形成68在下中间绝缘层28中。由此通过上中间绝缘层22(层2)中的终端开口36、38露出熔断元件层接触垫32、34(图2中所示)。熔线30(图2中所示)暴露在各个中间绝缘层22、24(层2和4)熔线开口40、42中。在替换实施例中，代替蚀刻操作可以使用冲切操作、钻孔和冲孔操作形成熔线开口40、42和终端开口36、38。

在将开口或者窗口形成68到中间绝缘层22、24(层2和4)中之后，从步骤66到68将外绝缘层26、28(层1和5)层叠70到三层组合体(层2、3和4)。使用本领域已知的工艺和技术将外绝缘层26、28(层1和5)层叠到三层组合体。

在将外绝缘层26、28(层1和5)层叠形成70五层组合体之后，根据已知的方法和技术将终端开口46、48形成72到上外绝缘层26(层1)中，使得通过上外绝缘层26(层1)露出熔断元件接触垫32、34(图2中所示)，和通过各自的终端开口36、38和46、48露出上中间绝缘层22(2)。然后用和熔断器10的运行特性，例如电压或者电流额定值，熔断器分类代码等有关的标记标识74下外绝缘层28(层5)。可以根据已知的工艺，例如，像激光标记、化学蚀刻或者等离子蚀刻进行标识74。可以理解的是，在替换实施例中，可以使用其它已知的导电接触垫代替焊料触点12，这些导电接触垫包括但不局限于镍/金、镍/锡、镍/锡-铅和镀锡垫。

然后施加76焊料来完成和熔断元件接触垫32、34(图2所示的)电连接的焊料触点12(图1所示的)。因此，当焊料触点12耦接到带电电路的线和负载电连接时，通过熔线30(图2所示的)可以建立电连接。

尽管仅仅根据到现在为止所述的方法可以制造熔断器10，但是在替换实施例中，可以以薄片的形式共同制造熔断器10，并然后分割78成单个的熔断器10。当在分批法形成时，通过对蚀刻和冲切工艺的精确控制可以同时形成多种形状和尺寸的熔线30。另外，在连续制造工艺中可以使用卷装进出层叠工艺，以用最少的时间制造很多熔断器。

另外，在不脱离上述基本方法的条件下可以制造包括附加层的熔断器。因此，可以利用多个熔断元件层和/或附加绝缘层以制造具有不同工作特性和多种封装尺寸的熔断器。

因此，使用廉价的已知技术和工艺在成批次工艺中使用低成本、广泛可利用的材料可以有效地形成熔断器。光化学蚀刻工艺允许比较精确地形成具有均匀厚度和导电性的薄熔断元件层20的熔线30和接触垫32、34，甚至对于非常小的熔断器，以最小化熔断器10的最终特性中的变化。而且，使用薄金属箔材料形成熔断元件层20使得可以构成和已知可比较的熔断器非常低电阻的熔断器。

图4是除了下中间绝缘层24的结构之外，基本上类似于熔断器10(以上关于图1-3所述的)的箔熔断器90的第二个实施例的分解透视图。特别地，在下中间绝缘层24中的熔线开口42(图2中所示的)没有存在于熔断器90中，以及熔线30直接跨过下中间绝缘层24的表面延伸。因为熔线开口40将抑制或者至少减少从熔线30到中间绝缘层22、24的热传输，这种特殊结构满足中间温度时的熔断操作。因此在熔断器运行过程中熔断器90的电阻降低了，以及在上中间绝缘层40中的熔线开口40抑制电弧轨迹并有利于通过熔断器完全消除电路。

当然除了没有在下中间绝缘层24中形成熔线开口42(图2中所示的)之外，基本上根据方法60(以上关于图1-3所述的)构成熔断器90。

图5是除了上中间绝缘层22之外，基本上类似于熔断器90(关于对图4以上的描述)的箔熔断器100的第三实施例的分解透视图。特别地，在上中间绝缘层22中的熔线开口40(图2中所示的)没有存在于熔断器100中，以及熔线30直接跨过上下中间绝缘层22、24的表面延伸。

当然除了没有在中间绝缘层22、24中形成熔线开口40和42(图2中所示的)之外，基本上根据方法60(以上关于图1-3所述的)构成熔断器100。

可以理解的是，在上述实施例的任何一个中可以使用薄陶瓷衬底代替聚合物薄膜，但是具有熔断器100以确保熔断器的适当运行可能是特别可取的。例如，在本发明的替换实施例中可以使用低温度共同可点燃(cofireable)的陶瓷材料。

为了形成可熔的连接，在薄金属化的箔金属使用上述的蚀刻和冲切工艺，可以形成多种不同形状的金属箔熔线来满足特别性能的目标。例如，图6-10描述了多种共同具有典型尺寸的熔断元件形状，其可以应用在熔断器10(图1和2所示的)、熔断器90(图4所示的)和熔断器100(图5所示的)中。

图11是熔断器120的第四个实施例的分解透视图。就像上述的熔断器一样，熔断器120提供图11中描述的层状结构的低电阻熔断器。特别地，在典型实施例中，熔断器120基本上由五层构成，包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。

依照上述的实施例，熔断元件20是根据已知技术施加到下中间绝缘层24的电沉积的3-20微米厚的铜箔。以具有在矩形接触垫32、34之间延伸的狭窄熔线30的大写字母I型的形状形成薄熔断元件层20，该层定为在流过熔线30的电流小于约20安培时打开。然而，还应考虑到，可以使用多种尺寸的熔线，以及代替铜箔薄熔断元件层20可以由多种金属箔材料和合金构成。

上中间绝缘层22覆盖在箔熔断元件层20之上，并包括穿过其延伸并覆盖箔熔断元件层20的熔线30的圆形熔线开口40。和上述的熔断器10、90和100比较，在熔断器120中的上中间绝缘层22不包括终端开口36、38(图2-5中所示的)，而是除了熔线开口40之外的任何地方都是实心的。

下中间绝缘层24覆盖在箔熔断元件层20之上，并包括覆盖箔熔断元件层20的熔线30的圆形熔线开口42。同样地，熔线30跨过上下中间绝缘层22、24中各自的熔线开口40、42延伸，使得当熔线30在箔熔断元件20的接触垫32、34之间延伸时，熔线30接触任一中间绝缘层22、24的表面。换句话说，当熔断器10完全构成时，根据各个中间绝缘层22、24中的可熔连接开口40、42，熔线30被悬置在空气槽中。

同样地，熔线开口40、42阻止热量传输到中间绝缘层22、24，在常规熔断器中该热量有助于增加熔断器的电阻。因此熔断器120运行在比已知的熔断器更低的电阻，并由此比已知的可比较熔断器的电路波动更小。另外，不像已知的熔断器，由熔线开口40、42产生的空气槽包括抑制电弧轨迹，并通过熔线30促进电路的完全消除。更进一步，当熔线运行时空气槽提供排出其中的气体，缓解不希望的气体积累和对熔断器的内部压力。

如上面所指出的，在替换实施例中，上下中间绝缘层分别由电介质膜构成，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.002英寸厚的聚酰亚胺。在替换实施例中，可以应用其它适合的电绝缘材料，例如CIRLEX^粘着性的聚酰亚胺叠片材料，Pyrolux、聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)(有时称为PEN)、来自Rogers公司的从市场可买得到的Zyvrex液晶聚合物材料等。

上外绝缘层26覆盖在上中间绝缘层22之上，以及包括在上绝缘层26上面延伸并覆盖上中间绝缘层22的熔线开口40的连续表面50，由此围住并由此绝缘熔线30。特别地，如图11所示，上外层122不包括终端开口46、48(图2-5所示的)。

在另一实施例中，上外绝缘层122和/或下外绝缘层124由半透明或者透明材料构成，这种材料有利于熔线开口40、42内断开的熔断器的直观指示。

下外绝缘层124覆盖在下中间绝缘层24之上并是实心的，也就是没有开口。因此下外绝缘层124的连续实心表面充分地绝缘下中间绝缘层24的熔线开口42下面的熔线30。

在说明性的实施例中，上和下外绝缘层分别由电介质膜构成，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.005英寸厚的聚酰亚胺。然而，可以理解的是，在替换实施例中，可以应用其它适合的电绝缘材料，例如CIRLEX^粘着性的聚酰亚胺叠片材料、Pyrolux、聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)等。

不像在图2-5中描述的熔断器的上述实施例一样，其包括焊料隆起垫终端、上外绝缘层122和下外绝缘层124，每个都包括形成到其每个横向侧并在熔线接触垫32、34的上面和下面延伸的细长终端槽126、128。当组装熔断器的层时，在其垂直表面上金属化槽126、128，以在熔断器120的每个横向端和上中间绝缘层和下中间绝缘层22、24的金属化的垂直横向表面130、132，以及分别在上和下外绝缘层122、124的外表面上延伸的金属化的带134、136一起形成接触终端。因此，熔断器120可以表面安装到印刷电路板上，同时和熔断元件接触垫32、34建立电连接。

为了描述用于构成熔断器120的典型制造工艺，根据下述表格涉及的熔断器120的层：

处理层	图11的层	图11中附图标记
			1	上外绝缘层	122
2	上中间绝缘层	22
			3	箔熔断元件层	20
4	下中间绝缘层	24
			5	下外绝缘层	124

使用这些名称，图12是制造熔断器120(图11所示的)的典型方法150的流程图。根据已知的层叠技术将箔熔断元件层20(层3)层叠152到下中间绝缘层24(层4)，以形成金属化的结构。然后使用已知的技术，包括但不局限于使用氯化铁溶液蚀刻工艺，以希望的形状将箔熔断元件层20(层3)形成154到下中间绝缘层24(层4)上。在典型实施例中，形成箔熔断元件层20(层3)，使得如上所述留下大写字母I型的箔熔断器。在替换实施例中，代替蚀刻操作，可以使用冲切操作，以形成熔线30的接触垫32、34。可以理解的是，在本发明另外的和/或替换实施例中可以使用多种形状的可熔元件，包括但不局限于图6-10中描述的那些形状的可熔元件。还应考虑到，在另外的和/或替换实施例中，如本领域技术人员可以理解的，可以使用溅射工艺、镀覆工艺、丝网印刷工艺等金属化和形成熔断元件层。

在已经完成从下中间绝缘层(层4)形成154箔熔断元件层(层3)之后，根据已知的层叠技术从步骤152将上中间绝缘层22(层2)层叠156到预层叠的箔熔断元件层20(层3)和下中间绝缘层24(层4)。由此形成具有夹在中间绝缘层22、24(层2和4)之间的箔熔断元件层20(层3)的三层层叠体。

然后在上中间绝缘层22(层2)中形成158可熔的连杆开口40(如图11中所示的)和在下中间绝缘层24中形成熔线开口42(如图11所示的)。熔线30(如图11所示的)暴露在各个中间绝缘层22、24(层2和4)的熔线开口40、42中。在典型实施例中，根据已知的蚀刻、冲孔、钻孔和冲切操作形成开口40，以形成熔线开口40和42。

在将开口蚀刻158到中间绝缘层22、24(层2和4)之后，从步骤156和158将外绝缘层122、124(层1和5)层叠160成三层组合体(层2、3和4)。使用本领域已知的工艺和技术将外绝缘层122、124(层1和5)层叠160成三层组合体。

尤其可以有利于本发明的目的的一种层叠形式利用不流动聚酰亚胺预浸处理材料，例如使用从Arlon Materials for Electronics of Bear，Delaware可获得的那些材料。这些材料具有在丙烯酸粘合剂下面的扩展特性，该粘合剂降低通孔故障的概率，以及在不层离的条件下比其它叠层粘合剂更能确保热循环。然而，可以理解的是，粘合剂的需求可以依赖于制造的熔断器的特性变化，以及因此可能不适合于一种类型的熔断器或者熔断额定值的叠层粘合剂对于另一种类型的熔断器或者熔断额定值可能是容许的。

不像外绝缘层26、28(图2所示的)，使用其外表面和中间绝缘层相对的铜箔金属化外绝缘层122、124(图11所示的)。在说明性的实施例中，这可以使用包括没有粘合剂和铜箔层叠在一起的聚酰亚胺薄片通过CIRLEX^聚酰亚胺技术实现，粘合剂可以兼顾熔断器的正确操作。在另一典型实施例中，这可以使用没有粘合剂和溅射的金属膜层叠的Espanex聚酰亚胺薄片来实现。应考虑到，为此目的，代替铜箔，可以使使用其它的导电材料和合金，以及另外，代替在替换实施例中的CIRLEX^材料，通过其它的工艺和技术可以金属化外绝缘层122、124。

在外绝缘层122、124(层1和5)层叠160以形成五层组合体之后，通过在步骤160中形成的五层组合体形成164对应于槽126、128的细长通孔。在不同的实施例中，当形成164槽126、128时，对它们进行激光加工、化学蚀刻、等离子体蚀刻、冲孔或者钻孔。然后通过蚀刻工艺在外绝缘层122、124的金属化外表面上形成166槽终端带134、136(图11所示的)，并蚀刻熔断元件层20以露出终端槽126、128内部的熔断元件层接触垫32、34(图11所示的)。在蚀刻166层状组合体以形成终端带134、136和蚀刻熔断元件层20以露出熔断元件层接触垫32、34之后，根据镀覆工艺金属化168终端槽126、128，以实现槽126、128中的金属化接触终端。在典型实施例中，在已知的镀覆工艺中可以使用镍/金、镍/锡和镍/锡-铅，以实现槽126、128中的终端。同样地，可以制造尤其适合于表面安装到例如印刷电路板的熔断器120，虽然在其它应用中，可以使用其它的连接方案代替安装表面。

在替换实施例中，代替上面的槽126、128中的通孔金属化，可以使用包括圆柱形的通孔的塔状接触终端。

一旦完成槽126、128中的接触终端，然后使用和熔断器120(图120中所示的)的运行特性，例如电压或者电流额定值、熔断器分类代码等有关的标记标识170下外绝缘层124(层5)。可以根据已知的工艺。例如激光标记、化学蚀刻或者等离子体蚀刻完成标识170。

尽管熔断器120可以只根据至此描述的方法来制造，在说明性的实施例中，熔断器120以薄片共同地制造然后分割172成单独的熔断器120。当在分批法形成时，通过对蚀刻和冲切工艺的精确控制，可以同时形成多种形状和尺寸的熔线30(图11所示的)。另外，在连续制造工艺中可以使用卷装进出层叠工艺，以用最少的时间制造很多熔断器。可以使用另外的附加熔断元件层和/或绝缘层以提供增加熔断额定值和物理尺寸的熔断器。

一旦完成制造，当接触终端耦合到带电电路的线和负载电连接时，通过熔线30(图11所示的)可以建立电连接。

可以理解的是，通过消除中间绝缘层22、24中的一个或者两个熔线开口40、42，如上面图4和5所述可以进一步改变熔断器120。因此，对于熔断器120不同的应用和不同的运行温度，可以改变熔断器120的电阻。

在另外的实施例中，一个或者两个外绝缘层122、124可以由半透明材料构成，以通过外绝缘层122、124提供局部的熔断状态。因此，当熔线30运行时，可以很容易地确定用于替换的熔断器120，当在电力系统中使用很多熔断器其可能尤其有利。

根据上述方法，因此可以使用廉价的已知技术和工艺，以分批法采用低成本的广泛可利用的材料有效地形成熔断器。光化学蚀刻工艺允许稍微精确的形成具有均匀厚度和导电性的薄熔断元件层20的熔线30和接触垫32、34，甚至对于非常小的熔断器，以最小化熔断器10最终特性中的变化。另外，使用薄金属箔材料形成熔断元件层20导致可以构成相对于已知的可比较熔断器非常低电阻的熔断器。

图13和14分别是根据本发明的典型方面形成的熔断器200的第五个实施例的透视和分解图。就像上述的熔断器一样，熔断器200提供层状结构的低电阻熔断器。除了下面指出的之外，基本上类似于熔断器120(图11所示的)构成熔断器200，在图13和14中用相同的附图标记表示熔断器120的相同附图标记。

在典型实施例中，熔断器200包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。如上面有关图11和图12的描述，构成和组装熔断元件层20以及层22、24、122和124。

不像上述的实施例，其中熔断元件层20或者悬置在熔线开口40和42的附近或者和上或者下中间绝缘层22和24直接接触，熔断元件层20支撑在聚合隔膜202上。聚合隔膜202起到支撑熔断元件20并提供在其上形成熔断元件层20的表面的作用。在运行中，熔断元件层20的金属熔线30熔化并通过熔断器200清除电路，而不碳化聚合物隔膜202或者在隔膜202的表面上形成电弧轨迹。

熔断元件层20的熔线的某些形状和长度导致聚合物隔膜202特别合适。例如，当使用熔断元件层20中的螺旋的或者锯齿状的连杆时，聚合物隔膜202支撑熔线，使得在清除电路之前熔断元件层20不和位于熔线上面和下面的熔线开口40和42的表面接触。对于较高的电压熔断器和/或具有增加长度的可熔元件的时间延时熔断元件，以及当使用多种形状和/或形状的熔线时，认为聚合物隔膜202在获得容许的熔断操作中起到显著的作用。在长期的元件、时间延时熔断器的设计中，根据使用的金属的相关热膨胀系数，过载条件中熔断元件层20膨胀，以形成熔断元件层20。熔断元件层20的高温加热继续直到至少一部分熔断元件层20熔化到液体状态。在熔断元件层20的高温加热过程中，通过聚合物隔膜202的热扩散导致熔断器200的时间/电流特性实质的并且是所希望的变化。

聚合物隔膜202进一步提供熔断器200中附加的结构优点。例如，在制造过程中，通过支撑熔断元件层20，聚合物隔膜202向熔线提供结构强度，由此使熔线变硬，以避免高温和高压时连续层叠过程中可能的破碎。另外，聚合物隔膜202加强熔断元件层，以避免当处理和安装熔断器时熔线可能的破碎。更进一步地，因为在使用中电流的循环导致的热应力，所以聚合物隔膜202减小了熔线破碎的可能性，该热应力导致了熔断元件层的热膨胀和收缩。由于聚合物隔膜202的结构强度，所以由此减轻了由于电流循环导致的熔线疲劳而损坏。

因此，通过引入用于熔断元件层20的聚合物隔膜202或者其它支撑结构，熔断器200具有改善的机械振动、热振动、冲击阻力、振动忍耐力以及相对于，例如其中熔线30悬置在空间中的熔断器120(图11所示的)或许甚至优越性能。

尽管可以理解的是，对于某些类型或者如上所述熔断器的应用，聚合物隔膜202是期望的，但是在快速动作的熔断器和具有相对较短可熔线的熔断器中，熔线可以具有足够的结构整体性和容许的性能以提供可选择地聚合物隔膜202。在短的熔线和快速动作熔断器中，聚合物隔膜202的提供可能对熔断器200的时间/电流特性有实质的影响。

在典型实施例中，聚合物隔膜202是具有大约小于或等于0.0005英寸厚度的薄隔膜，尽管可以理解的是，在替换实施例中可以使用更大厚度的隔膜。在熔断操作中，薄聚合物隔膜理想地熔化、汽化或者另外的分解。用于聚合物隔膜202的典型材料包括但是不局限于液晶聚合物(LCP)材料和聚酰亚胺膜材料，例如如上所述的。还可以使用液体的聚酰亚胺材料，根据已知的工艺或者技术，包括但不局限于用刮刀旋涂操作或者应用，形成用于熔断元件层20的支撑隔膜202。如期望的或者如需要的可以将聚合物隔膜202形成为多种形状，以构成具有特殊熔断特性的熔断器。

利用适当的改变根据图12所示的方法150可以制造熔断器200，以在聚合物隔膜202上形成熔断元件层20或者另外用聚合物隔膜20支撑熔断元件层20。

图15是根据本发明的典型方面形成的熔断器210的第六个实施例的分解图。就像上面所描述的，熔断器210提供了层状结构的低电阻熔断器。除了下面所述的之外，基本上类似于熔断器120(如图11所示的)构成熔断器210，以及在图15中使用相同的附图标记表示熔断器120的相同附图标记。

在典型实施例，熔断器210包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。如上面有关图11和图12的描述，构成和组装熔断元件层20以及层22、24、122和124。

不像上述实施例，电弧淬火介质212设置在上下中间绝缘层22和24的熔线开口40和42内部。由此构成当熔断元件层20断开时扩散电弧能量，当熔断器的额定电压增加时其是有益的。如果电弧能量将击穿熔断器并逃逸到周围环境中，可能危害和熔断器相关的灵敏电装置和电部件，并且对于附近的人们和人员可能导致危险的情况。当电弧发生时，周围的淬火介质212加热并经历相变，并通过电弧淬火介质吸收由于熵导致的电弧能量。由此将电弧能量有效地容纳在熔断器210内的位置上熔线开口40和42的边界内。由此避免了对电装置和部件的破坏，保持安全的运行环境。

借助于例子，可以使用已知具有灭弧特性的陶瓷、硅树脂和陶瓷/硅树脂组合物材料作为电弧淬火介质212。如本领域技术人员可以理解的，根据已知的工艺和技术，可以使用粉末的、浆料的或者粘接形式的陶瓷产品，并应用到熔线开口40和42。更特别地，可以使用硅橡胶，例如RTV，和变性烷氧基作为电弧淬火介质212。另外陶瓷材料，例如氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化铝三水合物(Al₂O₃*3H₂O)和/或Al₂O₃*MgO*SiO₂中的任意组合可以用作电弧淬火介质212。MgO*ZrO₂化合物和尖晶石例如Al₂O₃*MgO和其它具有高热转换的电弧淬火介质，例如硝酸钠(NaNO₂，NaNO₃)也适用于作为电弧淬火介质210。

如图15所述的，在紧挨熔断元件层20可以设置一个或者多个绝缘材料的附加层214，并在其中设置熔线开口216。绝缘层214可以由和上述的上下绝缘层22和24相同或者类似的材料构成。电弧淬火介质212填充绝缘层214中的开口216。由此提供了附加的绝缘和电弧淬火能力，以实现用于较高电压熔断器所需的熔断特性。

可以理解的是，聚合物隔膜202(图14所示的)可以按照需要和熔断器210一起共同使用。还可以理解的是，还可以根据图12所示的方法150通过适当改变制造熔断器210，以合并电弧淬火介质212和一个或者多个负极绝缘层214。

图16是根据本发明的典型方面形成的熔断器220的第七个实施例的分解图。就像上述的熔断器，熔断器220提供层状结构的低电阻熔断器。当熔断器220包括和熔断器120(图11所示的)共同的元件时，在图16中用相同的附图标记表示熔断器120的相同附图标记。

在典型实施例中，熔断器220包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。如上面有关图11和图12的描述，构成和组装熔断元件层20以及层22、24、122和124。

不像没有粘接剂的上述实施例，熔断器220包括粘接元件222(图16中阴影所示的)，其确保熔断元件层20到上下中间绝缘层22和24，并还确保上下中间绝缘层22和24到外绝缘层122和124。不像常规粘接剂，在替换实施例中，当熔断元件层20断开并通过熔断器220清除电路时，粘接元件222不碳化或者形成电弧轨迹。另外，在制造熔断器220的过程中，粘接元件222允许较低的层叠温度和压力，然而上述非粘接剂的实施例需要相对较高的层叠温度和压力。在制造熔断器220中降低的层叠温度和压力提供很多优点，包括但不局限于降低制造熔断器220中的能量损耗并简化制造过程，其每一个降低提供熔断器220的成本。

在多种实施例中，粘接元件222可以是例如聚酰亚胺液体粘接剂、聚酰亚胺粘接膜或者硅粘接剂。更特别地，可以使用粘接膜材料，例如Espanex SPI和Espanex SPC。可替换地，液体聚合物可以被丝网印刷或者浇注然后硬化，以形成粘接元件222。

当使用粘接膜作为粘接元件222时，可以预冲孔粘接膜，以在上下中间绝缘层22和24中形成熔线开口40和42。一旦形成开口40和42，将粘接元件222层叠到各自的中间绝缘层22和24，以及外层122和124。在层叠过程中可以使用以覆盖膜和油墨形式的聚酰亚胺前体，以及一旦硬化，聚酰亚胺所有的电力、机械以及尺寸特性和如上具体描述的聚酰亚胺的优点是适当的。

在另一实施例中，粘接元件222可以封装金属箔元件层20。可以使用较低的处理温度封装，例如，或者当使用熔化合金或者金属的较低熔化温度，或者当使用Metcalf型合金化系统时。

尽管在图16中示出了四种粘接元件222，可以理解的是，在替换实施例中可以使用更多或者更少数量的粘接元件222，同时至少获得了熔断器220的一些优点并没有脱离本发明的范围。

可以理解的是，根据需要可以和熔断器220共同使用聚合物隔膜202(图14所示的)。还可以理解的是，可以使用适当变化的根据图12所示的方法制造150熔断器220以结合粘接元件222。另外，可以理解的是，根据需要熔断器220可以使用电弧淬火介质212(图15所示的)和一个或者多个附加绝缘层214(也如图15所示)。

图17是根据本发明的典型方面形成的熔断器230的第八个实施例的示意图。就像上述的熔断器，熔断器230提供层状结构的低电阻熔断器。当熔断器230包括和上述实施例的共同元件时，在图17中使用相同的附图标记表示熔断器230的相同附图标记。

在典型实施例中，熔断器230包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。如上面有关图11和图12的描述，构成和组装熔断元件层20以及层22、24、122和124。

不像上述实施例，熔断器230包括散热片232和附加的绝缘层214(也是图15所示的)。热的散热片232紧挨熔断元件层20的熔线30放置，以及对于某些熔断器应用散热片232改善时间延时特性。当局部的加热通常发生在熔断器元件层20的中心时(也就是在图7所示的熔线30的位置)，随着电流流过其中散热片232直接将热引出到熔断元件层20。因此需要增加时间周期以将熔断元件层20加热到它的熔化点以断开，或者使熔断器230运行在额定电流过载状态。

在典型实施例中，散热片232是紧挨熔断元件，或者在熔断元件层20上面或者下面的陶瓷或者金属元件，尽管可以理解的是，在其它实施例中可以使用其它的散热片材料和散热片232的相对位置。在一个实施例中，以及如图17所示的，将散热片232放置在远离运行中的熔断元件层20的最热部分。也就是，在图17所述的实施例中将散热片232放置在远离或者和元件层20的中心部分间隔或者远离熔线30。通过使散热片232和熔线30的间隔，散热片232不影响断开和通过熔断元件层20清除电路。

可以理解的是根据需要聚合物隔膜202(图14所示的)可以和熔断器220共同使用。另外，根据需要电弧淬火介质212(图15所示的)和一个或者多个附加绝缘层214(也是图15所示)可以应用在熔断器230中。粘接元件222(图16所示的)同样可以应用在熔断器230中。还可以理解的是使用适当变化的根据图12所示的方法150可以制造熔断器220以包含上面提到的特征。

图18是可以用在在上述熔断器实施例的任一种的熔断元件层20的一个典型实施例的俯视图。如图18所示熔断元件20包括加热元件240。尤其是当使用较低熔化温度材料形成熔断元件层20时，加热元件240的添加可以利用具有快速动作和高浪涌抵抗特性的熔断器。典型地，具有非常快速动作特性的熔断器不能抵抗例如在LCD平面显示器应用中经历的涌入电流。加热器元件240允许熔断元件20在不断开熔断器的条件下抵抗这种涌入电流。

在典型实施例中，可以使用加热器合金例如镍、巴尔可镍铁合金、铂、坎塔尔铁铬铝系高电阻合金或者镍铬合金作为加热器元件240并根据已知工艺和技术施加到熔断元件层20。根据材料特性例如，体电阻率、电阻的温度系数(TCR)、稳定性、线性和成本可以选择用于加热器元件240的这些和其它可选择的材料和金属。

尽管在图18中的大写字母I型的特殊熔断元件层20上例举了两个加热元件240，但是可以理解的是，在不脱离本发明的范围的条件下，可以以多种几何形状形成熔断元件层，包括但不局限于图6-10所示的形状，以及可以使用更多或者更少加热元件240以适应不同熔断元件几何形状或者获得用于特殊性能参数的可应用的规格。

图19是形成在绝缘层252上的熔断元件层250的一部分的典型实施例的俯视图。和上述对熔断元件层20描述的一样，熔断元件层250形成为图10所示的曲折几何暗示(reminiscent)。和上述对中间绝缘层24的描述一样，形成绝缘层252。在上述熔断器实施例的任何一个之中可以使用熔断元件层，并可以和在图14-18中的上述任何所选的特征共同使用(也就是，聚合物隔膜202、电弧淬火介质212、粘接元件222、散热元件232或者加热器240)。

熔线254跨过在绝缘层252形成的熔线开口256延伸，以及熔线具有和曲折的熔断元件层250的剩余部分相比减小的宽度。曲折的熔断元件层250和熔线254在绝缘层252上建立相对长并很好地适合于时间延时的熔断器。

如本领域技术人员可以理解的，通过计算熔断元件层250的最大能量吸收容量(Q)可以及时的确定熔断元件层250的熔点。更特别地，根据下述关系可以计算最大能量吸收容量：

Q＝∫i²Rdt＝C_pΔTδv＝C_pΔTδAl           (5)

其中v是形成熔断元件层的几何形状的材料的体积，i是流过熔断元件的瞬时电流值，t是用于流过熔断元件的瞬时电流的时间值，ΔT是用于形成熔断元件层的材料的熔化温度和在时间t时材料的环境温度之间的差，C_p是熔断元件层材料的额定热容，δ是熔断元件层材料的密度，A是熔断元件的横截面积，以及L是熔断元件的长度。

根据关系式用于熔断元件层的材料的横截面积、长度和类型将影响其电阻(R)：

R＝ρl/A                              (6)

其中ρ是熔断元件层的材料的电阻率，l是熔断元件的长度，以及A是熔断元件的横截面积。

考虑方程(4)和(5)，可以使用适当的横截面积和长度设计熔断元件层，以对于熔断器在预定电阻或者低于预定电阻时提供额定熔断特性。由此可以构成低电阻熔断器以满足或者超过指定目标。

例如，一个或者多个加热器元件240(图18所示的)和由低汽化温度合金以及位于熔断元件层250上面和下面的绝缘层中的熔线开口256一起构成的熔断元件层250串联连接，对于熔断操作产生最优的绝热状态。

理想的熔断状态是绝热的，其中在电流过载状态中不存在热量产生或者损耗。在绝热状态中不和周围元件交换热量就清除电路。理想地是，绝热状态只发生在非常快速的断路动作中，其中对于热量从熔断器终端或者熔断器的层扩散需要很短的时间或者不需要时间。可以实现几乎一致的绝热状态，然而，通过围绕熔线模制绝热外壳，由此将熔线密封在没有热量产生或者消耗的热力学系统中。

在通过使用低热导率材料围绕熔线的至少一部分中可以实现绝热模型的外壳。例如，经由熔断元件层的任一侧上的上下绝缘层中的熔线开口包围熔断元件的空气槽将绝缘熔线并阻止通过熔断层的热耗散。另外，构成具有最小纵横比，或者元件宽度除以元件厚度的熔断元件几何形状，降低用于到例如上下中间绝缘层的热传输的熔断元件层的表面面积。更进一步，放置和熔断元件串联连接的加热元件，例如上述的加热器元件240，阻止从熔断元件到熔断层以及到熔断终端的热传输。

通过模型化如上所述的绝热外壳，当出现过电流时将不能吸收焦耳热，以及熔断元件可能快速地熔化掉。即使熔断元件已经融化掉之后，也会产生电弧，将很可能产生电弧的金属蒸气限制在外壳中。

对于熔断器的上述实施例，通过考虑熔断器基体的热扩散率并结合如上所述的熔断元件的最大能量吸收容量，可以预测熔断器的电特性。在热传导方程中的热扩散是常数：

$\frac{\mathrm{\δT}(r,t)}{\mathrm{\δt}}=K{\mathrm{\Δ}}^2(r,t)---\left(7\right)$

其描述了通过介质传导的热量的比例，并通过关系式涉及热导率k，比热C_p和密度ρ：

K＝I_mfpv＝k/ρC_p                          (8)

图20是根据本发明的典型方面形成的熔断器产品260的分解图。就像上述的熔断器，熔断器260提供了层状结构的低电阻熔断器。因为熔断器260包括和上述实施例相同的元件，在图17中使用相同的附图标记表示相同附图标记。

在典型实施例中，熔断器260包括夹在上下中间绝缘层22、24之间的箔熔断元件层20，上下中间绝缘层22、24又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。如上面有关图11和图12的描述，构成和组装熔断元件层20以及层22、24、122和124。

不像上述实施例，设置掩模262以促进一层或者多层的形成。掩模262限定对应于这些层中的一层中的熔线开口并被用于成形各个层的终端槽266围绕的开口264。在制造工艺中，使用掩模262以促进熔线开口和熔断器的各个层的终端的形成。在典型实施例中，掩模262是等离子蚀刻工艺使用的铜箔掩模，尽管预期的是，根据需要可以使用其它的材料和其它的技术，以形成和成形熔断器层的开口和终端。

在典型实施例中，在将熔断器层层叠在一起之前从结构中物理去除掩模262，在另一实施例中，掩模可以并入最终熔断器产品的层中。

图21是熔断器300的另一典型实施例的分解图。在典型实施例中，熔断器300在一些方面类似于熔断器120(相对于图12所示和描述的)，以及因此，在图21中使用相同的附图标记表示熔断器120的相同部件。

就像上述的熔断器120，熔断器300提供图21所示的层状结构的低电阻熔断器。特别地，在典型实施例中，熔断器300基本上由包括箔熔断器元件层302的五层构成，箔熔断器元件层302夹在上下中间绝缘层303、304之间，上下中间绝缘层303、304又依次夹在上下外绝缘层122、124之间。

不像具有电沉积的熔断元件层的上述熔断器实施例，然后根据蚀刻或者其它工艺将该熔断元件层成形在其中一个中间绝缘层上，其中电沉积的层减去了绝缘层，熔断元件层302是电形成成形的，3-20微米厚的铜箔，该铜箔由上下中间绝缘层303和304单独地构成和形成。特别地，在说明性的实施例中，根据已知的附加工艺，例如电形成工艺构成熔断元件层，其中镀覆熔断元件层的所需形状，并将负像浇注在涂覆了光致抗蚀剂的衬底上。随后将金属(例如铜)薄层镀到负像模型上，并然后从模型剥落镀层，以成为在上下中间绝缘层303和304之间延伸的独立式的箔。

分别和单独形成熔断元件层302有很多优点，例如当构成熔断器300时，相对于其它层熔断器层的控制和位置更大的精确性。和前面描述的实施例的蚀刻工艺相比，单独形成熔断元件层302允许对其边缘上熔断元件层的形状更大的控制。尽管蚀刻倾向于产生熔断元件层的倾斜侧边缘，但是使用电形成工艺曾经形成的基本上垂直的侧边缘是可以的，由此减少制造的熔断器中的电阻容差。另外，分别和单独形成的熔断元件提供在垂直尺寸(也就是垂直于绝缘层)中改变厚度的熔断元件，以在熔断元件层302中产生垂直的轮廓并改变工作特性。更进一步，可以以分别和单独的形成工艺使用多金属或者金属合金，以在熔断元件的不同区域中构成具有不同金属成分的熔断元件。例如，熔线30可以由第一金属或合金构成，尽管接触垫可以由第二金属或者合金构成。

在典型实施例中，以具有在矩形接触垫32、34之间延伸的狭窄熔线30的大写字母I形状形成熔断元件层302，并形成所需尺寸以当流过熔线30的电流超过预定阈值时而断开。应考虑到，可以使用多种尺寸的熔线，以及代替铜箔熔断元件层302可以由多种金属箔材料和合金构成。还应考虑到，如在下面具体解释的，可以将Metcalf型合金技术应用到熔线30，以形成M点，用于改变熔线30的工作特性。

上中间绝缘层303覆盖在箔熔断元件层302之上，并包括穿过其中延伸并覆盖在箔熔断元件层302的熔线30之上的圆形熔线开口40。不像上述实施例，在典型实施例中开口40预形成在上绝缘层303中，其中在制造过程中在后面的阶段形成熔线开口40。

下中间绝缘层304覆盖在箔熔断元件层302之下，并包括在实施例中还预形成在下绝缘层304中的圆形熔线开口42。熔线开口42覆盖在箔熔断元件层302的熔线30之下。同样地，熔线30跨过上下中间绝缘层303、304中的各个熔线开口40、42延伸，使得当熔线30在箔熔断元件302的接触垫32、34之间延伸时，熔线30接触中间绝缘层303、304的任一表面。换句话说，当熔断器300完全形成时，利用各个中间绝缘层303、304中的熔线开口40、42将熔线30有效地悬置在空气槽中。

同样地，熔线开口40、42阻止热量传输到中间绝缘层303、304，在常规熔断器中该热量有助于增加熔断器的电阻。因此熔断器300运行在比已知的熔断器更低的电阻，并由此比已知的可比较熔断器具有更小的电路波动。另外，不像已知的熔断器，由熔线开口40、42产生的空气槽抑制电弧轨迹和有助于通过熔线30完成电路的清除。更进一步，当熔线运行时空气槽提供排出其中气体，并缓解不希望的气体积累和对熔断器的内部压力。然而，可以理解的是，在另外的实施例中，熔线开口40、42可以包括如这里描述的电弧淬火介质，例如，和熔断器210(相对于图15示出和描述的)相关的。另外，如下面进一步解释的，在另外的实施例中，电弧淬火介质可以包括在粘接到熔断器300的层的粘接剂中。

如上面所述的，在一个实施例中，上下中间绝缘层分别由聚合物基的电介质膜构成，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.002英寸厚的聚酰亚胺。在替换实施例中，可以应用其它适合的电绝缘材料，例如CIRLEX^粘着性的聚酰亚胺叠片材料，Pyrolux、聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)(有时称为PEN)、来自Rogers公司的从市场可买得到的Zyvrex液晶聚合物材料等。

上外绝缘层122覆盖在上中间层303上面并包括在上外绝缘层122上延伸并覆盖在上中间绝缘层303的熔线开口40之上的连续表面50，由此封闭和从上充分地绝缘熔线30。在另外的实施例中，上外绝缘层122和/或下外绝缘层124由半透明或者透明材料构成，这种材料有利于熔线开口40、42内断开的熔断器的直观指示。

下外绝缘层124覆盖在下中间绝缘层304之下，并是实心的，也就是没有开口。由此下外绝缘层124的连续实心表面充分地绝缘下中间绝缘层304的熔线开口42之下的熔线30。

在说明性的实施例中，上下外绝缘层分别由介电膜，例如市场上可买得到并来自E.I.du Pont de Nemours和Wilmington，Delaware公司的商标为KAPTON^的0.005英寸厚的聚酰亚胺。在替换实施例中，可以应用其它适合的电绝缘材料，例如CIRLEX^粘着性的聚酰亚胺叠片材料，Pyrolux、聚萘二羧酸乙二醇酯(polyethylene naphthalendicarboxylate)(有时称为PEN)、来自Rogers公司的从市场可买得到的Zyvrex液晶聚合物材料等。

上外绝缘层122和下外绝缘层124分别包括形成到其侧面并在熔线接触垫32、34上面和下面延伸的圆形的终端槽或者孔126、128。同样地，上下中间绝缘层303、304包括形成到其每个侧面中的圆形终端槽或者孔306、308，以及熔断元件层302包括在其每个侧面上的圆形终端槽或者孔310、312。当组装熔断器层300时，金属化终端槽126、128、306、308、310和312的垂直表面，以在熔断器300的每个侧面端形成接触终端，以及金属化的带134、136分别在上下外绝缘层122、124上延伸。因此熔断器300可以表面安装到印刷电路板，同时建立和熔断元件接触垫32、34的电连接。

为了描述用于制造熔断器300的典型制造工艺，根据下述表格涉及熔断器300的层：

处理层	图11的层	图21中的附图标记
			1	上外绝缘层	122
2	上中间绝缘层	303
			3	箔熔断元件层	302
4	下中间绝缘层	304
			5	下外绝缘层	124

使用这些标记，图22是制造熔断器300(图21所示的)的典型方法320的流程图。例如根据上面描述的电形成工艺预形成322箔熔断元件层302(层3)，以制造分别和单独由上下中间绝缘层303和304(层2和4)的每一个构成的独立式熔断元件层。连同其它情况一起，认为熔断元件层302的电形成相对于中间绝缘层303和304比化学蚀刻技术提供对熔断元件结构更好的控制、排列和精确度，以及如上面所述，和熔断元件的化学蚀刻相比降低了制造熔断器300的成本。

形成箔熔断元件层302(层3)，使得如上所述大写字母I型的箔熔断元件保留下来，尽管可以理解的是，在本发明的另外的和/或替换实施例中可以应用多种形状的可熔元件，包括但不局限于图6-10所描述的。还应考虑到，在另外的和/或替换实施例中，代替如上所述的电形成工艺，根据其它已知的制造技术，可以将熔断元件层302形成到独立式的层中。

在形成322箔熔断元件层(层3)之后，根据已知的技术，例如钻孔，熔断元件开口或者窗口40和42形成324在上下中间层303、304(层2和4)中，尽管也可以使用其它的窗口形成技术。在组装熔断器的层之前熔断元件开口40和42预形成到层2和4中，不像一些前面所述的实施例，其中在将一些熔断器的层堆叠在一起之后，熔断元件开口形成在上下中间绝缘层中。

一旦熔断元件层302(层3)形成，以及熔断元件开口40、42形成在上下中间绝缘层303、304(层2和4)中，熔断元件层302(层3)放置在上下中间绝缘层(层2和4)之间，使得熔断元件层302(层3)夹在上下中间绝缘层303、304(层2和4)之间。根据如上所述的已知层叠技术将上下中间绝缘层303、304(层2和4)层叠326到独立式熔断元件层302(层3)上面。由此形成具有夹在中间绝缘层303和304(层2和4)之间的箔熔断元件层302(层3)的三层层叠体。

一旦层2、3和4层叠，M点328施加330在熔线30上面，以在熔线运行中产生Metcalf效应。本领域技术人员将可以理解的是，通过引入比熔线30的基材(例如铜或者铜合金)具有更低熔点的材料(例如锡或者锡合金)应用或者产生M点，使得由于电过载加热熔线30时，较低的熔点材料扩散到熔线30的基体金属中，由此升高熔线的电阻并进一步增加熔线上的电负载。一旦负载变得过大，熔线断开以及电连接不再保持。较低熔点的材料的存在改变了熔线的工作特性，使得在没熔化时将无限地运送的最大电流减少，基本上不影响高的过负载时熔线的性能。该功能有时称为“Metcalf效应”或者“M效应”。

在典型实施例中，根据已知的工艺，例如镀覆或者沉积技术，通过在上下中间绝缘层303、304(层2和4)中预形成的熔断元件开口40、42的一个或者两个，将形成M点的低熔点材料施加到熔线30。如图22所描述的，在层2、3和4层叠到彼此上面之后，将M点328施加到熔线30。在部分组装熔断器之后，以及当熔线悬置在层2和4的熔断元件开口40和42内部的空间中时，熔断结构允许M点的使用。在层2、3和4层叠在一起之后，通过施加M点，可以保证M点的精确位置和形成。另外，如在前面实施例中描述的层2、3和4层叠之后，和窗口后形成相对的，中间绝缘层303、304(层2和4)的预形成熔断元件开口40、42，允许熔断器的简化制造，并有利于M点的使用，同时避免当形成窗口时对M点和/或熔线的破坏。

可以理解的是，尽管认为M点328在某些实施例中是有益的，但是根据需要在其它的实施例中可以省略M点328。

再次参考图22，在层2、3和4层叠326到彼此上面时，将电弧淬火介质332施加334到上下中间绝缘层303和304(层2和4)中的熔断元件开口40和42。如前面所述的，电弧淬火介质可以是上述材料的任何一种，或者具有电弧抑制特性的其它已知材料。在一个实施例中，电弧淬火材料是具有无机填充物，例如硫酸钡、三水合铝等的聚合物基材料。可以使用包含10％到60％重量百分比具有1到5微米粒度的电弧抑制材料(例如硫酸钡、三水合铝等)的UV丙烯酸酯粘接剂，并丝网印刷或者分散在熔断元件开口40和42中，以应用电弧淬火介质。在典型实施例中，电弧淬火材料可以是硬化的UV。

电弧淬火介质332基本上填充熔线30附近的熔断元件开口40和42，以及在一个实施例中，电弧淬火介质将熔线30封装在其中。

在电弧淬火介质施加334到熔断元件层302(层3)附近之后，从步骤326将外绝缘层122、124(层1和5)层叠336成三层组合体(层2、3和4)。使用本领域已知的工艺和技术将外绝缘层122、124(层1和5)层叠336成三层组合体。在一个实施例中，外绝缘层122、124(层1和5)被预金属化，并包括镀覆的、电沉积的或者另外形成在其上的以及从中间绝缘层303、304(层2和4)向外延伸的金属箔337(例如铜箔)的薄层，以及金属箔337提供熔断器300的表面安装终端，这在下面解释。

尤其对于本发明的目的有利的一种叠积形式利用不流动聚酰亚胺预浸渍材料，例如那些可以从Arlon Materials for Electronics of Bear，Delaware买得到的。这些材料具有低于降低通孔故障的概率的丙烯酸粘接剂的扩展特性，以及在没分层时比其它层叠粘接试剂更好地确保热循环。然而可以理解的是，粘接试剂需求可以根据被制造的熔断器的特性改变，以及因此，可能不适合于一种类型的熔断器或者熔断器额定值的粘接试剂对于其它类型的熔断器或者熔断器额定值可能是容许的。

在外绝缘层122、124(层1和5)层叠336以形成物层组合体之后，通过在步骤336中形成的五层组合体形成338由通孔126、128、306、308、310和312共同限定的在熔断器300的每一端上的细长通孔，并露出熔断元件层302的接触垫32、34。在多种实施例中，当槽形成338时，激光加工、化学蚀刻、等离子蚀刻、冲孔或者钻孔槽306、308、310和312。

使用已知的镀覆操作在和中间绝缘层303、304(层2和4)相对的外表面上使用铜箔金属化外绝缘层122、124(层1和5)，在一个实施例中并还使用铜镀覆在步骤338中形成的通孔，以建立熔断元件层302(层3)和外绝缘层(层1和5)的预金属化的外表面的电连接。然后蚀刻342预金属化的外绝缘层122、124，以在外绝缘层的侧边缘形成终端带134和136(图21)。在典型实施例中，在已知的镀覆工艺中使用镍/金、镍/锡和镍/锡/铅和锡镍/锡铅，以完成在通孔126、128、306、308、310和312中的终端以及终端带134、136。同样地，可以制造尤其适合于表面安装到例如印刷电路板的熔断器300，尽管在其它应用中可以使用其它的连接方案代替安装表面。

在替换实施例中，代替具有如图22所示的圆柱形通孔的上述塔状的接触终端，可以在熔断器300的侧边缘中形成细长的通孔终端或者槽(类似于图11的实施例)。另外，在其它实施例中，例如通过将熔断器300的端部浸入导电喷墨中，例如卷绕熔断器300的端部边缘的填充银的环氧树脂，可以在熔断层的侧边缘上形成边缘终端。

一旦在步骤340和343中完成接触终端，可以使用和熔断器300的工作特性例如电压或者电流额定值、熔断器分类代码等有关的标记标识344下外绝缘层122和124(层1或者5)的其中一个(图22所示的)。可以根据已知的工艺，例如像激光标记、化学蚀刻、等离子体蚀刻、丝网印刷或者光可成像的墨完成标识344。

在说明性的实施例中，尽管只根据到现在为止描述的方法可以制造熔断器300，但是熔断器300以薄板形式共同制造成并然后分割成346单个的熔断器300。可以使用附加的熔断元件层和/或绝缘层以提供增加了熔断器额定值和物理尺寸的熔断器。

一旦完成了制造，当接触终端耦合到带电电路的线和负载电连接时，通过熔线30(图21所示的)可以建立电连接。

可以理解的是，如上所述，通过除去中间绝缘层303、304中的一个或者两个熔线开口40、42，可以进一步改变熔断器300。因此对于熔断器300的不同应用和不同运行温度，熔断器300的电阻可以变化。

根据上述方法，使用廉价的已知技术和工艺，在分批处理中使用低成本的广泛可利用的材料可以有效地形成熔断器300。电形成熔断器元件可以单独地由具有均匀和变化的厚度以及对熔断元件和熔断特性精确控制的中间绝缘层构成。可以制造具有基本上均匀导电性的熔断元件，以最小化熔断器300的最终特性中的变化。而且，使用薄金属箔材料形成熔断元件层302使得可以构成相对于已知的可比较熔断器的非常低电阻的熔断器。

图23是制造在几个方面类似于熔断器300(图21)的熔断器354的典型方法350的工艺流程图。方法350在很多方面类似于图22中描述的方法320，在图23中使用相同的附图标记表示方法320的相同步骤。

就像方法320，方法350包括步骤：将熔断器的其它层的熔断元件层302(层3)独立地形成322为独立式形式，以及将熔断元件开口或者窗口40和42形成324为上下中间绝缘层303、304(层2和4)。然而不像方法320，方法350包括步骤，将层2、3、4和5彼此层叠352，以形成四层的结构：箔熔断元件层302(层3)夹在中间绝缘层303和304(层2和4)之间，以及下外绝缘层124(层5)层叠到下中间绝缘层304(层4)。

以上述的方式将M点328施加334到熔线30，以及然后通过上中间绝缘层303(层2)中的熔断器元件开口40施加336电弧淬火介质332，以及如上所述形成338和镀覆340通孔。通过蚀刻342终端带、标识344外绝缘层124(层5)，以及如果必要从成批制造的单独熔断器354分割(singulating)346完成制造。

比较图21、22和23，可以看出的是通过方法350(图23)制造的熔断器354省略了上外绝缘层(层1)，代替图22的方法320中描述的连续的两步层叠工艺，图23的方法350使用一步层叠工艺，其中在一个制造步骤中将熔断器的所有层层叠在一起。通过同时立刻将所有的层层叠在一起，例如可以在比图22的方法320制造的熔断器300更短的时间以及更低费用地制造熔断器354。

图24是制造在一些方面类似于熔断器300(图21)的熔断器364的另一典型方法360的工艺流程图。方法360在很多方面类似于图22描述的方法320，在图24中使用相同的附图标记表示方法320的相同步骤。

就像方法320，方法360包括步骤：将熔断器的其它层的熔断元件层302(层3)独立地形成322为独立式形式，以及将熔断元件开口或者窗口40和42形成324为在上下中间绝缘层303、304(层2和4)中。然而不像方法320，方法360包括步骤，将层1、2、3、4和5彼此层叠362，以形成五层的结构：箔熔断元件层302(层3)夹在中间绝缘层303和304(层2和4)之间，以及上下外绝缘层122、124(层1和层5)层叠并夹在上下中间绝缘层303、304(层2和4)之间。

如上所述形成338和镀覆340通孔。通过蚀刻342终端带、标识344熔断器，以及如果必要，从彼此之间分割346熔断器364，以完成制造。

比较图21、22和24，可以看出的是通过方法360(图24)制造的熔断器省略了电弧淬火介质332和M点328，以及代替图22的方法320中描述的连续的两步层叠工艺，图24的方法360使用一步层叠工艺，其中在一个制造步骤中同时将熔断器的全部五个层层叠在一起。由于方法360比方法320包括更少的制造步骤，所以它可以更迅速和更低成本的实现。

图25是制造在一些方面类似于熔断器300(图21)的熔断器376的另一典型方法370的工艺流程图。方法370在很多方面类似于图22描述的方法320，在图25中使用相同的附图标记表示方法320的相同步骤。

就像方法320，方法370包括步骤：将熔断器的其它层的熔断元件层302(层3)独立地形成322为独立式形式，但是不包括形成上下中间绝缘层303、304(层2和4)中的熔断元件开口或者窗口40和42的步骤324(图22)。相反，方法370包括将包含电弧抑制材料的粘接剂施加372到具有没有开口的实心结构的上下中间绝缘层303、304(层2和4)。可以使用包含10％到60％重量百分比具有1到5微米粒度的电弧抑制材料(例如硫酸钡、三水合铝等)的UV丙烯酸酯粘接剂，并且在层叠工艺中丝网印刷或者分散在熔断元件开口40和42中。粘接剂可以被加热硬化、UV硬化或者可以被热塑性加热熔化。

还不像方法320的是，方法370包括步骤：将层2、3、4和5彼此层叠374，以形成四层结构：箔熔断元件层302(层3)夹在中间绝缘层303和304(层2和4)之间，以及下外中间绝缘层124(层5)层叠到下中间绝缘层304(层4)。

如上所述形成338和镀覆340通孔。通过蚀刻342终端带、标识344熔断器，以及如果必要，从彼此之间分割346熔断器364，以完成制造。

比较图21、22和25，可以看出的是通过方法370(图25)制造的熔断器省略了M点和电弧淬火介质328，但是包括将层耦合到一起所使用的粘接剂中的电弧淬火材料。另外，代替图22的方法320中描述的连续的两步层叠工艺，图25的方法370使用一步层叠工艺，其中在一个制造步骤中同时将熔断器的所有层层叠在一起。

通过改变熔断器结构中的层的数量，可以提供电弧淬火材料的存在或不存在、熔断元件层附近的电弧淬火介质或者材料的类型和位置(例如，在中间绝缘层的熔断元件开口中或者包含在连接层的粘接剂中)、M点的存在或者不存在，层叠顺序(也就是，熔断层的一个步骤或者多个步骤层叠)、变化了特性，性能和行为的熔断器，用于满足特定目标的不同应用。更特别地，可以提供在额定电力条件下改变了用于熔线断开时间电阻、电流和/或电压额定值以及电弧抑制特性的熔断器。

另外，可以理解的是，可以一起结合这里描述的其它实施例的方案使用图21-25示出的熔断器和方法。例如，图21-25的熔断器和方法可以包括用于容易地识别断开的熔线的半透明外绝缘层、变化的熔断元件层结构、终端窗口和焊料隆起垫终端、加热器元件和散热片等。提供上述实施例只是用于说明的目的，并举例说明实施例的特征，根据非常高效地和非常精确地制造工艺这些特征可以相互结合以产生非常低电阻的熔断器。

图26是适合于比上述实施例更高电压和电流应用的熔断器400的另一典型实施例的分解图。熔断器400提供图26描述的层状结构的低电阻熔断器。特别地，在典型实施例中，熔断器400基本上由五层构成，包括夹在上下中间绝缘层404、406之间的箔熔断元件层402，上下中间绝缘层404、406又依次夹在上下外绝缘层408、410之间。

在一个实施例中，熔断元件层402是电沉积在上下中间绝缘层402、404的其中一个上的薄金属箔(例如铜或者铜合金)，并然后根据已知的方法成型，例如上述的化学蚀刻工艺等，其中电沉积层减去了绝缘层。在另一实施例中，可以根据需要使用聚合物隔膜，例如上述的隔膜202(图13)。

在替换实施例中，例如根据如关于图21-25的上述电形成形成工艺，熔断元件层402可以由上下中间绝缘层404和406独立地构成和形成。由此可以提供独立式箔熔断元件层402并在上下中间绝缘层404和406之间延伸。

在典型实施例中，熔断元件层402是细长的，并包括在相对的接触垫414、416之间延伸的狭窄熔线412，并且确定熔断元件层402的尺寸以当流过熔线412的电流超过预定量或者程度时断开。另外，不像上述实施例，熔线412包括在接触垫414和416之间彼此隔开的多个弱化点418和减小了横截面积的区域。在图26描述的实施例中，熔线412具有以垂直于熔线412的纵轴的方向测量的基本均匀的尺寸T，以及在弱化点418横向于熔线的长轴测量的减小的尺寸W。然而，可替换地，可以形成熔线412，使在弱化点418具有基本上均匀的尺寸W和减小的尺寸T，以相对于熔线412减小弱化点418的横截面积。在一个实施例中，弱化点418在其它位置具有基本上占熔线418横截面积的50％的横截面积。然而，可以理解的是，可以使用弱化点418的横截面积和熔线412的剩余部分的更大或者更小比例。

在熔线412中设置多个弱化点418，用于改善熔断元件层402的短路断开特性，同时基本上不影响过载状态中熔断元件层的特性。尤其是，在短路电流状态中，熔线412在对应于弱化点418的位置的几个预定位置的弱化点418断开。当熔线412通过连杆400断开时，电弧能量由此分布在弱化点418的多个位置中。尽管在图26的实施例中描述了三个弱化点418，但是可以理解的是在替换实施例中，可以使用多于或者少于三个的弱化点418。

还应考虑到，M点可以和一些或者全部弱化点418一起使用，以进一步改变熔断元件层402的熔断断开特性。以对于图21-23上述方式可以在熔断元件层上形成M点。

上中间绝缘层404覆盖在箔熔断元件层402之上，并包括穿过其延伸并覆盖在熔线412的弱化点418之上的多个圆形的熔线开口420。在典型实施例中的开口420预形成在上绝缘层404中，尽管可以理解的是，在其它实施例中可以在制造工艺的后面阶段形成开口420。

下中间绝缘层406覆盖在箔熔断元件层402，并包括在典型实施例中还预形成在下绝缘层406中的多个圆形的熔线开口422。熔线开口422覆盖在每个弱化点418附近的箔熔断元件层402的熔线412。同样地，熔线412跨过上下中间绝缘层404、406中各自的熔线开口420、422延伸，使得当熔线412在箔熔断元件402之间延伸时熔线412和中间绝缘层404、406的任一个的表面接触。换句话说，当熔断器400完全构成时，利用各个中间绝缘层404、406中的熔线开口420、422，部分熔线412有效地悬置在空气槽中。更特别地，每一个弱化点418悬置在中间绝缘层404、406之间的空气槽中。

熔线开口420、422阻止热量传输到中间绝缘层404、406，在常规熔断器中该热量有助于增加熔断器的电阻。因此熔断器400运行在比已知的熔断器更低的电阻，并由此比已知的可比较熔断器的电路波动更小。另外，不像已知的熔断器，由熔线开口420、422产生的空气槽包括抑制电弧轨迹，并促进通过熔线412电路的完全消除。更进一步，当熔线运行时空气槽提供排出其中的气体，缓解不希望的气体积累和对熔断器的内部压力。然而，可以理解的是，在另外的实施例中，熔线开口420和422可以包括如这里所述的电弧淬火介质，例如关于熔断器210(关于图15中所示和描述的)、熔断器300(图21所示的)以及图22-25的方法。

如上所述，在一个实施例中上下中间绝缘层分别由聚合物基的电介质膜材料构成，例如在上述熔断器实施例和方法中的任何材料等。

上外绝缘层408覆盖在上中间层404上面并包括在上外绝缘层408上延伸并覆盖在上中间绝缘层404的熔线开口420之上的实心连续表面，由此封闭和从上充分地绝缘熔线412。在另外的实施例中，上外绝缘层408和/或下外绝缘层410由半透明或者透明材料构成，这种材料有利于熔线开口420、422内断开的熔断器的直观指示。

下外绝缘层410覆盖在下中间绝缘层406之下并是实心的，也就是没有开口。因此下外绝缘层410的连续实心表面充分地绝缘下中间绝缘层406的熔线开口422下面的熔线412。

在替换实施例中，上和下外绝缘层408、410分别由如上所述的聚合物基电介质膜等构成。

可以理解的是，尽管在图26的说明性的例子中描述了五层结构，在替换实施例中可以设置或者使用更多或者更少层。可以设置多个熔断元件层和熔线，并根据需要串联或者并联地彼此电连接。

如图26所示，上外绝缘层408和下外绝缘层410分别包括形成到其每个侧面并在熔线接触垫414、416上面和下面延伸的圆形的终端槽或者孔424，426。同样地，上下中间绝缘层404、406包括形成到其每个侧面的圆形终端槽或孔428、430，以及熔断元件层402包括在其每个侧面上的圆形槽或者孔432、434。当组装熔断器400的层时，在其垂直表面上将终端槽424、426、428、430、432和434金属化，以在熔断器400的每个侧端形成接触终端。以上述的方式形成金属化的带436、438，并分别在上下外绝缘层408、410的外表面上延伸。因此，熔断器400可以表面安装到印刷电路板上，同时建立和熔断元件接触垫414、416的电连接。

通过在熔断层中提供多个弱化点418和熔断元件开口420和422，更高的电压和电流额定值以及更高的分断容量是可能的，例如在一个实施例中，熔断器400适合于大约小于等于600伏特的运行电压，以及由于熔断器的层状结构，以垂直于熔断器的层平面的方向测量，在比能够在这种运行范围中运行的已知表面安装熔断器低很多的平面中设置熔断器400。因此，熔断器400可能尤其有益于和系统一起使用，系统包括彼此间隔的多个电路板，板之间具有预定间隔，在常规熔断器可能没有提供这些板。

另外，熔断器400的层状结构和增加的分断容量允许熔断器400或者在和已知熔断器几乎相同尺寸的物理外壳中提供优良的断开特性，或者相对于已知熔断器提供具有减小了物理外壳尺寸的相同断开特性和性能。

更进一步地，熔断器400的层状聚合物结构提供超过包括其它材料的已知可比较的熔断器，尤其是具有陶瓷管的已知熔断器的重量减轻。对于在电路板上组装的大量的部件，重量减轻可能是显著的。

根据对熔线适当变化的任何一种上述方法，并通过在熔断层中提供熔断器元件开口的适当数量和位置，和已知的熔断器相比还可以以降低的成本提供熔断器400。

可以理解的是熔断器400可以包括这里所述的其它熔断器的方案，例如，熔断器400可以包括半透明的外绝缘层，用于容易地识别断开的熔线，改变熔断元件的层结构、终端窗口和焊料隆起垫终端、加热器元件和散热片等。提供熔断器400仅仅适合于说明的目的，并描述可以和其它熔断器的特征组合在一起的典型特征，以根据高效和高精度制造工艺制造非常低电阻的熔断器。

尽管依照多种特定实施例已经描述了本发明，但是本领域技术人员将可以理解的是，可以用权利要求的精神和范围内的变化实践本发明。

Claims (28)

1、一种低电阻熔断器，包括：

第一中间绝缘层；

第二中间绝缘层；和

独立式熔断元件层，由所述第一和第二中间绝缘层的每一种独立地形成和构成，所述熔断元件层包括第一和第二接触垫以及在其之间延伸的熔线；

其中第一和第二中间绝缘层在所述独立式熔断元件层的相反侧延伸，并和其之间的所述熔断元件层层叠在一起。

2、根据权利要求1的低电阻熔断器，其中所述第一和第二中间绝缘层的至少一个包括覆盖所述熔线的开口。

3、根据权利要求1的低电阻熔断器，其中所述熔断元件层包括薄膜箔。

4、根据权利要求1的低电阻熔断器，还包括形成到所述熔断元件层、所述第一中间绝缘层和所述第二中间绝缘层的侧端中的终端槽或者孔。

5、根据权利要求1的低电阻熔断器，还包括分别层叠到所述第一和第二中间绝缘层的第一和第二外绝缘层。

6、根据权利要求5的低电阻熔断器，其中所述第一和第二外绝缘层的至少一个和所述第一和第二中间绝缘层的至少一个包括聚合物材料。

7、根据权利要求1的低电阻熔断器，还包括接近所述熔线的电弧淬火介质。

8、根据权利要求1的低电阻熔断器，还包括形成在所述熔线上的M点。

9、一种制造低电阻熔断器的方法，所述方法包括：

提供第一中间绝缘层；

提供和第一中间层隔开的预形成的熔断元件层，所述预形成的熔断元件层具有在第一和第二接触垫之间延伸的熔线；和

将第二中间绝缘层粘着层叠到熔断元件层上的第一中间绝缘层。

10、根据权利要求9的方法，其中所述粘着层叠包括层叠聚合物粘接膜。

11、根据权利要求9的方法，其中所述粘着层叠包括使用具有电弧抑制特性的粘接剂层叠。

12、根据权利要求9的方法，还包括提供第一外绝缘层和第二外绝缘层，以及粘着层叠第一外绝缘层到第一中间层，并粘着层叠第二外绝缘层到第二中间绝缘层。

13、根据权利要求12的方法，其中所述熔断元件层、第一中间绝缘层、第二中间绝缘层、第一外绝缘层和第二外绝缘层同时互相层叠。

14、根据权利要求9的方法，其中提供第一中间绝缘层包括提供具有预形成在其中的熔断元件开口的第一中间绝缘层，以及所述方法还包括在第二中间绝缘层层叠到所述第一中间层之后，通过熔断元件开口将M点施加到熔线。

15、根据权利要求9的方法，其中第一和第二中间绝缘层的其中一个包括开口，以及所述将第二中间绝缘层粘着层叠到熔断元件层上的第一中间绝缘层包括定位开口以覆盖所述熔线。

16、根据权利要求9的方法，其中提供预形成的熔断元件包括提供限定熔线和第一和第二接触垫的独立式薄膜箔。

17、根据权利要求9的方法，还包括形成熔断元件层、第一中间绝缘层和第二中间绝缘层的侧端中构成的终端槽或者孔。

18、根据权利要求9的方法，其中提供第一中间绝缘层包括提供聚合物材料的层。

19、根据权利要求9的方法，还包括靠近熔线施加电弧淬火介质。

20、根据权利要求9的方法，还包括在所述熔线上形成M点。

21、一种低电阻熔断器，包括：

第一和第二中间绝缘层，第一和第二中间绝缘层的至少一个包括穿过其中预形成的开口；

薄箔熔断元件层，分别由所述第一和第二中间绝缘层构成；

其中所述第一和第二中间绝缘层在所述熔断元件层的相对侧延伸，并耦合到所述侧上；以及

电弧淬火介质位于所述预形成的开口内部，并围绕所述开口内的所述熔断元件层。

22、根据权利要求21的低电阻熔断器，还包括形成到所述熔断元件层、所述第一中间绝缘层和所述第二中间绝缘层的侧端的终端槽或者孔。

23、根据权利要求21的低电阻熔断器，还包括层叠到各自的所述第一和第二中间绝缘层的第一和第二外绝缘层。

24、一种低电阻熔断器，包括：

第一中间绝缘层；

第二中间绝缘层；以及

熔断元件层，包括至少具有一个在其中形成的弱化点的熔线；

其中第一和第二中间绝缘层在所述独立式熔断元件层的相对侧上延伸，并和其间的所述熔断元件层层叠在一起。

25、根据权利要求24的熔断器，其中所述熔线包括多个弱化点，以及所述第一中间绝缘层和所述第二中间绝缘层的至少一个包括穿过其中在位置上对应于所述多个弱化点的多个开口。

26、根据权利要求24的熔断器，还包括至少一个外绝缘层，围绕所述第一中间绝缘层和所述第二中间绝缘层的至少一个的所述多个开口。

27、根据权利要求24的熔断器，其中所述熔线包括在其上形成的至少一个M点。

28、根据权利要求24的熔断器，还包括贴近所述熔线的电弧淬火介质。

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