新型叠层多元陶瓷片式过流保护元件
中心论题：
- 介绍新型叠层多元陶瓷片式过流保护元件优点
- 结合实验测试证明其优点
解决方案：
- 熔断元件结构可增加熔断元件与灭弧材料的接触面积,缩短灭弧反应的时间
- 独石多层陶瓷熔断器的设计及材料使其具有良好耐老化性且不受有机溶剂的影响
引言
---从20世纪70年代开始,表面贴装技术SMT（Surface Mount Technology）彻底改变了传统的通孔插装技术,使电子产品走向微型化和轻量化。随着多层布线基板技术、微电子焊接与互连技术,集成电路及微电子技术、厚/薄膜混合集成电路等技术的发展,形成了高密度、高速度和高可靠性的主体结构微电子产品。这就促使了电路保护元件向片式微型化、高安全可靠性、高精度方向发展。世界上众多的电路保护元件厂家,纷纷研发生产出各种特性的电路保护元件。在过流保护片式SMD熔断器方面,有些产品是在环氧树脂基底或陶瓷基底上制作单层薄膜或厚膜金属熔断单元,以聚合物或玻璃材料包封,端电极以铜/镍/锡/铅（95/5）敷形涂覆。这类熔断器我们暂称其为常规片式熔断器。
---这些产品均采用单层熔断元件设计,熔断元件接近熔断器的表面,灭弧及保护层较薄。这种设计及结构上的缺陷,限制了传统SMD熔断器的最大承载电流及额定电压,在过载电流较大时,电弧易将保护层击穿。
---AEM研发的SolidMatrix叠层多元陶瓷独石结构的SMD熔断器是采用紫外固化成型专利技术, 经UV固化成型、低温共烧制造出陶瓷叠层元件,相当于几个陶瓷外壳熔断器的并联组合（见图1）。其体积小、能量密度大、陶瓷独石结构可靠性高、精度高、响应速度快、易与其他元件集成。这种新的专利成型技术比传统的多层陶瓷元件制造所沿用的湿法和干流工艺具有更高的精度。
vAEM SolidMatrix叠层多元陶瓷独石SMD熔断器的最大优点在于：陶瓷基体中含有具灭弧作用的玻璃陶瓷成分,在熔断器熔断的瞬间可快速地淬灭电弧,使电弧持续时间大大缩短,开路后电阻较大。
叠层多元结构
---AEM SolidMatrix SMD熔断器与常规片式熔断器在结构方面具有显著的不同：它是叠层多元陶瓷独石结构。所谓多元就是指它具有分离的多层熔断单元。熔断单元之间用有很好灭弧作用的陶瓷材料隔开。熔断单元位于陶瓷结构的中部,夹在较厚的陶瓷层中间（见图1）。其多层熔断元件结构可以大大增加熔断元件与灭弧材料的接触面积,使灭弧反应的时间缩短。
灭弧性
---我们知道,熔断器中的熔断丝具有一定的电阻,当电流通过时,将产生热量I2Rt。 当通过的电流增加时,产生的热量也随之增加。热量将被熔断器所吸收从而使其温度升高。一部分将散热至周围环境。当电流产生的热量大于熔断器传给周围环境的热量,熔断器的温度将升高。当熔断丝的温度达到它的熔点时,熔断丝被熔断并产生电弧。好的熔断器必须能在短时间内立即淬灭电弧使电流断开。对于额定电流较大的熔断器,如果灭弧层太薄,熔断丝熔断时产生的电弧,将可能烧穿薄的包封层,而不能有效地淬灭电弧使电流断开。这将有可能使电路中的敏感元件如集成块受损。
---AEM的多层独石熔断器将熔断元件分散到具有良好灭弧作用的玻璃陶瓷之间。当熔断元件熔断时,能迅速扩散到周围的灭弧材料中,使电弧能被很快地淬灭。
脉冲实验
---（1）AEM SolidMatrix SMD熔断器多样品过流脉冲实验：
---取AEM F1206FA额定电流为1.0A的熔断器样品16颗,实验条件如下：
---脉冲波形为方形波,持续时间为256微秒（大约是断开时间的1/2）;
---峰值电流为4.26A（平均约为4A,400%）;
---脉冲周期为1秒;
---25 000次脉冲;
---测试温度：25～28℃;
---脉冲前、后,测试样品的DCR。
---从表2可以看出：脉冲后DCR变化在－0.34%～0.41%范围。DCR的微小变化,说明熔断器的脉冲老化很小。
---（2） AEM SolidMatrix SMD熔断器承受10万次脉冲实验：
---样品：AEM F0603FA额定１A熔断器５颗样品;
---脉冲条件：１A电流持续７秒,然后无电流３秒;
---10万次100%脉冲之后,AEM熔断器的直流电阻基本没有改变。
老化性
---在脉冲电流的作用下,熔断丝和熔断丝周围的材料都将达到较高的温度。这温度不足以使熔断丝熔断,但它完全可以促使熔断丝的组成金属原子向周围材料中进行原子热扩散。随着时间的推移,越来越多的金属原子热扩散至周围介质材料,使直流电阻DCR有较大的变化,这就是熔断器的老化现象。熔断器出现老化后,在较低电流的作用下便可能熔断,这将影响电路的正常工作。前面脉冲实验的结果表明AEM熔断器具有良好的耐老化性能,这与独石多层陶瓷熔断器的设计及材料有关。
---图3是AEM多层独石熔断的典型熔断波形。其形状接近方波,这说明熔断器在过载电流持续到熔断时间时,能迅速将电流切断。
---AEM目前推出的快断熔断器有三个品种尺寸,即1206、0603及0402,额定电流为0.25～8A,额定电压为24～125V。最近推出的慢断熔断器为1206尺寸,额定电流为1～8A,额定电压为24～63V。
---AEM快断熔断器的熔断时间为：
---100%额定电流：熔断时间不少于4小时;
---250%额定电流：熔断时间不大于5秒;
---400%额定电流：熔断时间不大于0.05秒。
---AEM慢断熔断器的熔断时间为：
---100%额定电流：熔断时间不少于4小时;
---200%额定电流：1～120秒;
---300%额定电流：0.1～3秒;
---800%额定电流：0.002～0.05秒。
---AEM的快断式熔断器主要应有于一般的电子电路,而慢断熔断器则应用于有较大波涌电流的电路。详细的特性参数,可参考AEM的网上目录www.aem-usa.com。
无铅元件
---AEM SolidMatrix 熔断器陶瓷浆料、内电极银浆和端电极银浆中都没有铅的成分,端电极电镀也是无铅电镀,是真正的无铅元件。
陶瓷独石结构
---由于它的构成材料只有陶瓷和金属,AEM SolidMatrix 熔断器中没有任何环氧树脂或其它聚合物材料,所以它的使用温度范围较宽：－55～+125℃。AEM SolidMatrix 熔断器的另一优点是陶瓷结构坚固,可耐很大的机械冲击和振动。AEM熔断器由于是叠层多元陶瓷独石结构,具有不受任何清洗线路板用的有机溶剂的影响。
