專利名稱：合金型溫度熔絲與溫度熔絲元件用線材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工作溫度約120～150℃的合金型溫度熔絲與溫度熔絲元件用線材。
現(xiàn)有技術(shù)電力設(shè)備與電路元件例如半導(dǎo)體裝置、電容器、電阻元件等的熱防護(hù)件已廣泛采用合金型溫度熔絲。
這種合金型溫度熔絲是把規(guī)定熔點(diǎn)的合金作為熔絲元件而在此熔絲元件上涂布的熔劑。再將此涂布了助熔件的熔絲元件以絕緣材料密封而構(gòu)成。
上述合金型溫度熔絲的工作機(jī)理如下。
合金型溫度熔絲以熱接觸形式設(shè)于擬保護(hù)的電力設(shè)備與電路元件等之上。當(dāng)電力設(shè)備與電路元件等由于某些異常而發(fā)熱時(shí)，所發(fā)生的熱使得溫度熔絲的熔絲元件合金熔融，在與已熔融的助熔劑共存下，熔融合金由于濡濕導(dǎo)線或電極而斷開并球狀化，隨著這種斷開球狀化的進(jìn)行，使通電中斷，因通電中斷便使設(shè)備降溫，斷開的熔融合金凝固，結(jié)果是無法復(fù)原的切斷。因此，要求電力設(shè)備等的容許溫度和熔絲元件合金的斷開溫度大致相等。
上述熔絲元件通常使用低熔點(diǎn)合金。但在合金中，如平衡圖一般所示，具有固相線溫度和液相線溫度，于固相線溫度和液相線溫度一致的共晶點(diǎn)下，經(jīng)過共晶點(diǎn)溫度加熱雖是從固相立即變化到液相，但對(duì)于共晶點(diǎn)以外的組成，則按固相→固液共存相→液相變化，在固相線溫度Ts與液相線溫度T1之間在固液共存區(qū)溫度間隔ΔT。但是，即使在此固液共存區(qū)中上述熔絲元件的斷開為小概率事件，然而仍存在發(fā)生的可能性，為了減少溫度熔絲的工作溫度波動(dòng)，要求使用上述固液共存區(qū)溫度間隔ΔT盡可能小的合金組成，于是ΔT小便成為合金型溫度熔絲所要求的條件之一。
再有，在合金型溫度熔絲的熔絲元件中，多數(shù)以線狀片的形式使用，對(duì)應(yīng)于近來設(shè)備的小型化而要求熔絲元件細(xì)徑化，往往需要能拉絲到細(xì)直徑(例如400μmφ以下)的可加工性。
還有，近來在電力設(shè)備中，由于環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)身體有害的物質(zhì)特別是Pb、Cd、Hg、Tl等的使用受到了限制，即令是在溫度熔絲的熔絲元件中也要求不含這類有害金屬。
將合金型溫度熔絲從工作溫度方面分類時(shí)，現(xiàn)多用工作溫度約150℃的溫度熔絲。
但從In-Sn合金平衡狀態(tài)圖可知，In85～52％而其余為Sn時(shí)，液相線溫度是119～145℃，在此范圍內(nèi)，液相線溫度相同。這與119～145℃的In52～43％而其余為Sn的范圍相比，固相線溫度高，因而前述固液共存區(qū)溫度間隔狹。于是，In85～52％而其余為Sn的合金中，上述工作溫度的波動(dòng)減少，工作溫度為120～150℃(通常，與溫度熔絲表面溫度相比，熔絲元件溫度低數(shù)個(gè)攝氏度，因此工作溫度可視作為比熔絲元件的熔點(diǎn)高數(shù)個(gè)攝氏度)，可充分滿足不含有害金屬的環(huán)保要求條件。
一般，In的延展性大，大含量In的合金的延展性過大而特別難以進(jìn)行拉絲加工。
但在In-Sn合金中，若In在70％以下就能進(jìn)行拉絲，已提出了將In70～52％而其余為Sn的合金組成(In的下限設(shè)為52％的理由與前述相同是為了抑制工作溫度的波動(dòng))作為熔絲元件的，工作溫度為120～130℃的合金型溫度熔絲(特開2002-25402號(hào))。
在溫度熔絲中會(huì)經(jīng)受因設(shè)備的負(fù)荷變動(dòng)與氣溫變動(dòng)等的熱循環(huán)，給熔絲元件添加了熱應(yīng)變，但在一般的合金型溫度熔絲的熔絲元件中，不會(huì)因這種熱應(yīng)變導(dǎo)致特性變動(dòng)。
但本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把上述的In52％以上的In-Sn合金作為熔絲元件時(shí)，因熱循環(huán)會(huì)使熔絲元件的電阻值變動(dòng)(電阻增大)。這是由于合金組織內(nèi)的異相界面處產(chǎn)生的波動(dòng)大，這種現(xiàn)象反復(fù)就會(huì)使熔絲元件的橫剖面積發(fā)生極端變化或使元件的線性長(zhǎng)度劇增。
作為這種電阻值加大的結(jié)果，由于焦耳熱而使熔絲元件的溫度上升，設(shè)此上升的溫度為ΔT，于達(dá)到設(shè)備容許溫度之前該上升溫度ΔT只是以低的溫度起作用，但當(dāng)該溫度ΔT增大，就會(huì)造成大的工作誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供這樣的合金型溫度熔絲，它雖然采用了以In-Sn合金為主要成分的熔絲元件，但能可靠地保證相對(duì)于熱循環(huán)加工作穩(wěn)定性。而且即使是In含量多，也可保證熔絲元件以良好的合格率進(jìn)行拉絲加工而工作溫度則為120～150℃。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形式，其特征是在In52～85％而其余為Sn的合金100重量部分中添加Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt與Sb中的一或二種以上0.1～7重量部分，由此形成所需的合金組成。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施形式，其特征是把上述溫度熔絲元件用線材作為熔絲元件，而在本發(fā)明的第三實(shí)施形式中，其特征是附設(shè)有用于熔斷熔絲元件的發(fā)熱體。
在以上各種實(shí)施形式中，允許含有在各原料金屬制造上以及這些原料在熔融攪拌中產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得液相線溫度120～150℃、固液共存溫度間隔窄小(6℃以下)、以In-Sn系的范圍為主要成分、通過添加Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd與Sb等能充分保持上述熔融特性和顯著提高耐疲勞性乃至強(qiáng)度的溫度熔絲用線材，由此能提供即使在熱循環(huán)下也能穩(wěn)定地保持初始的工作特性，熔絲元件的拉絲加工性能良好和合格率高而能保證優(yōu)異生產(chǎn)率的，工作溫度120～150℃且溫度波動(dòng)小，還適合于環(huán)保要求的合金型溫度熔絲。


圖1是示明本發(fā)明的合金型溫度熔絲一例的視圖。
圖2是示明本發(fā)明的合金型溫度熔絲另一例的視圖。
圖3是示明本發(fā)明的合金型溫度熔絲又一例的視圖。
圖4是示明與本發(fā)明的合金型溫度熔絲的上述例不同例子的視圖。
圖5是示明與本發(fā)明的合金型溫度熔絲的上述例不同另一例子的視圖。
具體實(shí)施形式本發(fā)明中之所以將熔絲元件的合金組成的基礎(chǔ)取為In52～85％而其余為Sn，是為了使液相線溫度為115～145℃以及使固液共存區(qū)溫度大致在6℃以內(nèi)的窄間隔中，這樣，溫度熔絲的工作溫度能在120～150℃且工作溫度的波動(dòng)小(在4～5℃以內(nèi))，而之所以添加Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt與Sb中一或二種以上0.1～7重量部分的理由，是為了使其中的至少一種與延展性大的In或Sn生成金屬間化合物，而借助這種金屬間化合物的加楔效應(yīng)使結(jié)晶間難以產(chǎn)生滑移，以保證相對(duì)于上述熱循環(huán)的耐熱穩(wěn)定性，能在拉絲中賦予其充分的強(qiáng)度而易拉制出線徑為300μmφ的細(xì)線材，當(dāng)上述添加量不到0.1重量部分就不能達(dá)到作這種添加的效果，而當(dāng)超過7重量部分時(shí)，液相線溫度的增加與固液共存區(qū)溫度間隔的增加過大，而難以將溫度熔絲的工作溫度設(shè)定到120～150℃。
本發(fā)明中，熔絲元件是通過合金原材料拉絲制造，剖面為圓形，或進(jìn)一步壓縮加工成扁平形使用，熔絲元件在圓形時(shí)的直徑，外徑為200～600μmφ而最好為250～350μmφ。
本發(fā)明是以作為獨(dú)立的熱保護(hù)器的溫度熔絲形式實(shí)施。此外，也可將溫度熔絲元件與半導(dǎo)體裝置、電容器以及電阻體串聯(lián)，在此元件上涂布助熔劑，將此涂布了助熔劑的元件相對(duì)于半導(dǎo)體或電容器或電容元件鄰接設(shè)置，與半導(dǎo)體或電容元件或電阻元件在一起由樹脂模塑件或罩件密封，而以這樣的形式實(shí)施。
圖1示明本發(fā)明的帶狀合金型溫度熔絲，于厚100～300μm的塑料基膜41上將厚100～200μm的帶狀導(dǎo)線1、1，由粘合劑或通過熔融粘合，于帶狀導(dǎo)線之間連接線徑為250～500μmφ的熔絲元件2，而在這種熔絲元件2上涂布助熔劑3，再將此涂布有助熔劑的熔絲元件用厚100～300μm的塑料蓋膜42由粘合劑或通過熔融粘合密封。
圖2示明筒狀罩型，于一對(duì)導(dǎo)線1、1之間連接紙熔點(diǎn)可熔合金片2，在此低熔點(diǎn)可熔合金片2上涂布助熔劑3，于此涂布3低熔點(diǎn)可熔合金片2上插合耐熱和導(dǎo)熱性良好的絕緣筒4例如陶瓷筒，在該絕緣筒4的各端和各導(dǎo)線1之間，以常溫固化的密封劑5例如環(huán)氧樹脂密封。
圖3示明罩狀徑向型，于并聯(lián)的導(dǎo)線1、1的前端部之間通過熔融接合上熔絲元件2，在該熔絲元件2上涂布助熔劑3，將此涂布3助熔劑3的熔絲元件2用一端開口的絕緣罩4例如陶瓷罩包圍，用環(huán)氧樹脂等密封劑5密封此絕緣罩4的開口。
圖4示明基板型，于絕緣基板4例如陶瓷基板上由導(dǎo)電膏(例如銀膏)通過印刷燒成形成一對(duì)電極1、1，在電極1、1之間通過熔融連接上熔絲元件2，于熔絲元件2上涂布助熔劑(flux)3，再用密封劑5例如環(huán)氧樹脂密封此以助熔劑涂布的熔絲元件。
圖5示明樹脂浸漬式徑合型，于并聯(lián)導(dǎo)電1、1的前端部間通過熔融連接熔絲元件2，于此熔絲元件2上涂布助熔劑3，再通過樹脂液浸漬此涂布了助熔劑的熔絲元件，由絕緣密封劑例如環(huán)氧樹脂5將其密封。
本發(fā)明也可用下述形式實(shí)施，即于合金型溫度熔絲上附設(shè)發(fā)熱體，例如通過涂布、燒結(jié)電阻膏(如氧化釕等氧化金屬粉的糊膏)而附設(shè)薄膜電阻，檢測(cè)成為設(shè)備異常發(fā)熱原因的前兆，由此探測(cè)信號(hào)使薄膜電阻通電發(fā)熱，利用這種發(fā)熱來熔斷熔絲元件。
此時(shí)將上述發(fā)熱體地絕緣基體的上面，于其上形成耐熱和導(dǎo)熱性的絕緣膜，例如形成玻璃燒結(jié)膜，再設(shè)置一對(duì)電極，在各電極上連接扁平導(dǎo)線，于兩電極間連接熔絲元件，從熔絲元件到前述導(dǎo)線的前端以助熔劑包覆，將絕緣罩設(shè)置于上述絕緣基體之上，再由粘合劑將該絕緣罩周圍密封到絕緣基體之上。
上述助熔劑通常使用熔點(diǎn)比熔絲元件熔點(diǎn)低的助熔劑，例如松脂90～60重量部分、硬脂酸10～40重量部分、活性劑0～3重量部分。上述松脂可使用天然松脂、改性松脂(例如加水松脂、非均質(zhì)化松脂、聚合松脂)或它們的精制樹脂，而對(duì)于上述活性劑則可使用二乙胺的鹽酸鹽或氫溴酸鹽、己二酸等有機(jī)酸。
實(shí)施例在以下實(shí)施例及比較例的工作溫度的測(cè)定中，試樣形狀為基板型，試樣數(shù)為50個(gè)，通以0.1安的電流并浸漬于按1℃/分升溫的油浴中，測(cè)定因熔斷致通電截止時(shí)的油溫。
至于熔絲元件的電阻值相對(duì)于熱循環(huán)有無變化，則取用了50個(gè)試樣，于110℃加熱30分鐘后再于-40℃冷卻30分鐘作為1個(gè)循環(huán)，將這樣1種熱循環(huán)進(jìn)行了500次后測(cè)定并判斷其電阻值的變化，將未發(fā)現(xiàn)有任何電阻值變化的情形評(píng)價(jià)為◎，將發(fā)現(xiàn)電阻值稍有變化的情形(經(jīng)過熱循環(huán)低的電阻值是熱循環(huán)前的電阻值的1.5倍以下)評(píng)價(jià)為○，將發(fā)現(xiàn)電阻值有大的變化情形(經(jīng)過熱循環(huán)后的電阻值是熱循環(huán)前電阻值的1.5倍以上)評(píng)價(jià)為△，將電阻值變?yōu)椤迺r(shí)的情形評(píng)價(jià)為×。
實(shí)施例1將In65％，其余為Sn的合金100重量部分中添加0.4重量部分的Ag所得合金組成原材料進(jìn)行拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率(引落率)為6.5％而拉絲速度為45m/min，完全未發(fā)生斷絲。
將上述線材按4mm切斷，作為熔絲元件，制作小型的基板型溫度熔絲。助熔劑采用松脂80重量部分、硬脂酸20重量部分、二乙胺氫溴酸鹽1重量部分，包覆材料使用常溫固化型環(huán)氧樹脂。
對(duì)此實(shí)施例的制品測(cè)定了工作溫度為124℃±1℃，波動(dòng)充分地小。
此外進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果為◎。
實(shí)施例2將In65％，其余為Sn的合金100重量部分中添加4重量部分的Ag所得合金組成原材料進(jìn)行拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min，完全未發(fā)生斷絲。
將此線材按4mm切斷，與實(shí)施例1相同制作基板型溫度熔絲。
對(duì)此實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度為124℃±1℃，可使溫度波動(dòng)充分地小。
再進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)。評(píng)價(jià)結(jié)果為◎。
實(shí)施例3～6將表1所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表1所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。
表1

實(shí)施例7～12將表2所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表2所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。
表2

實(shí)施例13～18將表3所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表3所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。
表3

實(shí)施例19～24將表4所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表4所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。
表4

實(shí)施例25～30將表5所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表5所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。
表5

實(shí)施例31～36將表6所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表6所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。
表6

實(shí)施例37～42將表7所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表7所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。
表7

實(shí)施例43～45將表8所示合金組成的原材料拉絲，加工成直徑300μmφ的線材，設(shè)相對(duì)于一個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min時(shí)，完全未發(fā)生斷絲。
將這些線材按4mm長(zhǎng)度切斷作為熔絲元件與實(shí)施例1相同制成基板型溫度熔絲。
對(duì)這些實(shí)施例制品測(cè)定了工作溫度如表8所示，任一實(shí)施例中的波動(dòng)都充分地小。
進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示。
表8

在以上的實(shí)施例37～39中，通過將Ag與Pd進(jìn)行復(fù)合添加可增加In與Sn的細(xì)微金屬間化合物的種類，這同進(jìn)行單一添加的情形相比，確認(rèn)有更好的耐熱循環(huán)性。
比較例1使用In70％其余為Sn的原材料。與實(shí)施例相同，設(shè)相對(duì)于1個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min，試驗(yàn)過直徑300μmφ的拉絲，由于延展性過大，斷絲率高，將相對(duì)于1個(gè)拉絲模的脫落率降低為4.0％而將拉絲速度降至20m/min，控制出直徑300μmφ的線材。
與實(shí)施例相同制作了基板型溫度熔絲，進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果為△～×。對(duì)于評(píng)價(jià)為×的試樣，試樣已瓦解，熔絲斷裂。
比較例2使用In52％其余為Sn的原材料。與實(shí)施例相同，設(shè)相對(duì)于1個(gè)拉絲模的脫落率為6.5％而拉絲速度為45m/min，制得了直徑300μmφ的線材。
與實(shí)施例相同制作了基板型溫度熔絲，進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果為△～×。對(duì)于評(píng)價(jià)為×的試樣，試樣已瓦解，熔絲斷裂。
權(quán)利要求
1.一種溫度熔絲元件用線材，其特征在于，它是由In52～85％、其余為Sn的合金100重量部分中添加了Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb中的一或二種以上的金屬0.1～7重量部分形成的合金組成。
2.一種合金型溫度熔絲，其特征在于，它是以權(quán)利要求1記述的溫度熔絲元件作為線材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合金型溫度熔絲，其特征在于，附設(shè)有用于熔斷熔絲元件的發(fā)熱體。
全文摘要
提供了雖然采用以In－Sn合金為主要成分的熔絲元件，但能可靠地保證相對(duì)于熱循環(huán)的工作穩(wěn)定性，而且即便是In含量多，也能保證可進(jìn)行熔絲元件成品率良好的拉絲加工而工作溫度為120～150℃的合金型溫度熔絲。這種熔絲元件的合金組成是在In52～85％而其余為Sn的合金100重量部分中，添加了Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb的一或兩種以上的金屬0.1～7重量部分。
文檔編號(hào)H01H85/06GK1477663SQ0317841
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者巖本美城, 井川直孝, 猿渡利章, 田中嘉明, 孝, 明, 章 申請(qǐng)人:內(nèi)橋艾斯泰克股份有限公司