中心議題：

• 芯片保險絲設計原則
• 保險絲關鍵性能參數
• 解決熔斷特性的穩定性和準確性問題

解決方案：

• 薄膜濺射技術對沉積厚度的嚴格控製
• 光刻技術對元件的長度和寬度施加控製

在電子產品中，芯片保險絲具有兩種作用：即保護最終用戶免受傷害並保護電路不被損壞。這些功能使設備用戶和廠家同時受益。

過去10年，市場對服務於信息技術、移(yi)動(dong)和(he)消(xiao)費(fei)應(ying)用(yong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)需(xu)求(qiu)在(zai)急(ji)劇(ju)上(shang)升(sheng)。伴(ban)隨(sui)這(zhe)一(yi)迅(xun)速(su)增(zeng)長(chang)的(de)需(xu)求(qiu)是(shi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)發(fa)生(sheng)意(yi)外(wai)情(qing)況(kuang)的(de)風(feng)險(xian)也(ye)加(jia)大(da)，需(xu)借(jie)助(zhu)類(lei)似(si)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)等(deng)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)規(gui)避(bi)電(dian)氣(qi)過(guo)載(zai)等(deng)風(feng)險(xian)。

芯片保險絲設計原則

在分析市場上各種芯片保險絲的電氣特性前，最重要的是首先了解每種技術背後的基本設計原則。

biaozhunrongsikenengyizhiyuneichongkongqihuoshazidemifengtaocihuoboliguanneidejinshuxianweijichu，danxinpianbaoxiansizejiyuwanquanbutongdeyuanze。daduoshuxinpianbaoxiansikansibiaozhunxinpianqijianqieyoudanhuoduocengtaocijibanzhicheng。yiqiandeyixielaoshejizeyileisiyinshuaxianluban(PCB)那樣的環氧玻璃纖維基板為基礎。

單層基板上或多層基板內的熔斷元件是基於如銅、金，或類似銅-錫(Cu-Sn)或銀-鈀(ba)合(he)金(jin)那(na)樣(yang)的(de)高(gao)導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)。這(zhe)些(xie)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)可(ke)提(ti)升(sheng)保(bao)險(xian)絲(si)承(cheng)受(shou)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)能(neng)力(li)。但(dan)它(ta)們(men)對(dui)熱(re)應(ying)力(li)的(de)響(xiang)應(ying)往(wang)往(wang)不(bu)太(tai)穩(wen)定(ding)，這(zhe)增(zeng)加(jia)了(le)在(zai)曆(li)經(jing)多(duo)個(ge)浪(lang)湧(yong)周(zhou)期(qi)後(hou)不(bu)正(zheng)確(que)熔(rong)斷(duan)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。

為(wei)取(qu)得(de)預(yu)期(qi)特(te)性(xing)，根(gen)據(ju)基(ji)底(di)類(lei)型(xing)

，熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)可(ke)能(neng)是(shi)激(ji)光(guang)調(tiao)割(ge)的(de)厚(hou)膜(mo)沉(chen)積(ji)也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)化(hua)學(xue)蝕(shi)刻(ke)的(de)金(jin)屬(shu)層(ceng)。還(hai)可(ke)能(neng)采(cai)用(yong)熔(rong)焊(han)的(de)金(jin)線(xian)。因(yin)形(xing)狀(zhuang)和(he)厚(hou)度(du)是(shi)確(que)定(ding)的(de)，所(suo)以(yi)若(ruo)電(dian)流(liu)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)水(shui)平(ping)，熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)在(zai)過(guo)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)經(jing)曆(li)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)後(hou)就(jiu)將(jiang)熔(rong)斷(duan)。

為(wei)了(le)履(lv)行(xing)其(qi)作(zuo)為(wei)芯(xin)片(pian)組(zu)件(jian)功(gong)能(neng)層(ceng)的(de)職(zhi)能(neng)
，熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)必(bi)須(xu)不(bu)受(shou)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)的(de)影(ying)響(xiang)。對(dui)單(dan)層(ceng)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)來(lai)說(shuo)，熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)上(shang)通(tong)常(chang)塗(tu)覆(fu)漆(qi)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)。多(duo)層(ceng)片(pian)式(shi)保(bao)險(xian)絲(si)的(de)熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)則(ze)由(you)於(yu)各(ge)基(ji)板(ban)層(ceng)而(er)自(zi)然(ran)獲(huo)得(de)了(le)保(bao)護(hu)。由(you)於(yu)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)可(ke)工(gong)作(zuo)在(zai)高(gao)達(da)7～8A的額定工作電流下，所以它們要求表貼器件(SMD)連接具有低阻抗特性。

熔斷特性是芯片保險絲最重要的屬性(圖1)。該特性界定了在一定電過流條件下的熔斷時間。若電流達到一定預設值，則在稱為弧前(pre-arc)時間的一個已知期限內，熔斷元件內耗散的電能足以把其熔化並汽化。

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關鍵性能參數

圖1所示的熔斷特性有兩個主要區域。到藍曲線左邊的部分是第一個區域，包括綠色陰影區內的正常“透明”工gong作zuo區qu以yi及ji可ke達da保bao險xian絲si額e定ding電dian流liu兩liang倍bei的de短duan期qi過guo流liu態tai工gong作zuo區qu。該gai區qu決jue定ding芯xin片pian保bao險xian絲si的de脈mai動dong負fu載zai能neng力li，該gai能neng力li取qu決jue於yu熔rong斷duan元yuan件jian的de特te性xing。例li如ru

，可ke通tong過guo增zeng加jia熔rong斷duan元yuan件jian的de截jie麵mian積ji，提ti升sheng脈mai動dong負fu載zai能neng力li。

藍線界定的是在過載和超過保險絲額定電流(I2R)的短路電流條件下的熔斷時間
，圖例保險絲的I2R等於5A。熔斷保險絲所需的能量由I2T給出,因此若過電流增加，則保險絲的熔斷時間將變短。

典型情況下，當流經保險絲的電流是其額定電流的兩倍時，期望保險絲能在1～3秒內熔斷。當流經電流是額定電流的10倍時，熔斷時間應小於0.1毫秒。但從相反角度看

，為防範保險絲在流過正常浪湧電流時熔斷，浪湧脈動電流的最大I2T應大約在保險絲最高額定I2T的一半以內。保險絲的熔斷時間與熔斷元件和環境間的熱阻抗相關，它們取決於熔斷元件特性
、基板、密封
、端連接以及PCB布局。因此

，熔斷時間以及所提供的保護效能，取決於生產技術和產品設計。

                      

若熔斷元件和環境間的熱阻抗過低，將沒有足夠能量融化熔斷元件。這將使保險絲不能在120秒內切斷相當於額定電流兩倍的過載電流。圖2和圖3說明了多層片式保險絲以及激光調割厚膜芯片保險絲的這種情況。

                               

但在實際應用中
，熔斷元件的設計和采用的生產技術對熔斷特性的精度、重複性和穩定性有很強影響。理解這兩個關鍵因素是為給定應用選用最佳芯片保險絲的關鍵。

熔斷特性的穩定與元件的設計緊密關聯。另一方麵，重複性則主要取決於芯片保險絲生產技術的穩定性和精度。[page]

穩定性

就熔斷特性來說，“穩定”指(zhi)的(de)是(shi)什(shen)麼(me)

？芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)的(de)電(dian)阻(zu)是(shi)決(jue)定(ding)其(qi)熔(rong)斷(duan)特(te)性(xing)的(de)參(can)數(shu)。因(yin)為(wei)在(zai)過(guo)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)施(shi)加(jia)的(de)能(neng)量(liang)正(zheng)比(bi)於(yu)電(dian)阻(zu)值(zhi)，所(suo)以(yi)阻(zu)抗(kang)越(yue)大(da)
，保(bao)險(xian)絲(si)熔(rong)斷(duan)的(de)越(yue)快(kuai)；相反
，減少阻抗將延長熔斷所需時間。

根據厚膜電阻使用經驗
，諸如短時過載、焊接熱和脈動衝擊等熱應力往往會使阻值變大。在芯片保險絲內發生這些現象將改變其特性，從而縮短熔斷所需時間。

為實現高I2T值，要在熔斷元件內摻揉進銅-錫合金等不同材料。但因熱應力會使合成材料特性發生漂移，所以在經曆連續熱應力後，它們對更短的熔斷時間特別敏感。

圖4說明了銅-錫(xi)合(he)金(jin)在(zai)曆(li)經(jing)脈(mai)動(dong)負(fu)載(zai)衝(chong)擊(ji)後(hou)發(fa)生(sheng)的(de)性(xing)能(neng)漂(piao)移(yi)過(guo)程(cheng)。基(ji)於(yu)功(gong)率(lv)負(fu)載(zai)的(de)幅(fu)值(zhi)和(he)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)
，這(zhe)些(xie)種(zhong)類(lei)的(de)保(bao)險(xian)絲(si)將(jiang)改(gai)變(bian)其(qi)特(te)性(xing)從(cong)而(er)使(shi)熔(rong)斷(duan)時(shi)間(jian)變(bian)短(duan)。保(bao)持(chi)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)阻(zu)值(zhi)穩(wen)定(ding)的(de)技(ji)術(shu)將(jiang)防(fang)止(zhi)熔(rong)斷(duan)特(te)性(xing)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)漂(piao)移(yi)。

                                     

重複性

在設計過程中，電子工程師麵臨高度變異的熔斷特性。通常，芯片保險絲是阻值低的電阻
、可具有低至毫歐(mΩ)級阻值水平。如上所述
，熔斷特性與阻值相關。若阻值變化很大，則相應地熔斷特性也將在很寬範圍內漂移。

源(yuan)於(yu)這(zhe)種(zhong)阻(zu)值(zhi)變(bian)化(hua)，芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)可(ke)能(neng)在(zai)正(zheng)常(chang)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)條(tiao)件(jian)下(xia)熔(rong)斷(duan)。或(huo)反(fan)過(guo)來(lai)說(shuo)，它(ta)也(ye)可(ke)能(neng)在(zai)過(guo)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)需(xu)要(yao)熔(rong)斷(duan)時(shi)而(er)沒(mei)能(neng)熔(rong)斷(duan)。當(dang)然(ran)
，這(zhe)是(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)避(bi)免(mian)的(de)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)。圖(tu)5顯示了印刷厚膜保險絲熔斷特性的典型擴散。

                                        
解決熔斷特性的穩定性和準確性問題

薄膜技術可滿足熔斷特性對優異的穩定性、準確性以及縮窄擴散範圍的所有要求。自20世紀60年代末以來，薄膜濺射技術就已被用於生產高穩定高精確的薄膜電阻。目前在各電子領域
，幾十億此類器件正被用在惡劣環境中。

目前的濺射技術得益於一些關鍵好處：ruduichenjihoududeyangekongzhi
，yijizaichanshengdejinshucengshixiandejunyunjiejingjiegoudeng。dangshiyongbomojishuzhizaoxinpianbaoxiansishi，zhexieshuxingduiwendingxinghesuozhairongduancanshukuosanzhijiechanshengzhengmianyingxiang。

但(dan)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)的(de)幾(ji)何(he)形(xing)狀(zhuang)還(hai)需(xu)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)。用(yong)光(guang)刻(ke)工(gong)藝(yi)構(gou)建(jian)熔(rong)斷(duan)元(yuan)件(jian)提(ti)供(gong)了(le)製(zhi)造(zao)精(jing)確(que)幾(ji)何(he)輪(lun)廓(kuo)並(bing)溶(rong)解(jie)端(duan)子(zi)間(jian)未(wei)使(shi)用(yong)導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)能(neng)力(li)。

采用光刻技術，可以與控製濺射薄膜層厚度相同的準確度和精度對熔斷元件的長度和寬度施加控製。圖6顯示了如何采用光刻工藝製造Vishay的MFU係列薄膜芯片保險絲
，製成的熔斷元件具有整潔和清晰的形狀。

                                     
MFU保險絲元件的形狀

tongguobomojianshejishuheguangkejishudejiehe，qijianzhizaoshangkeshixianrongduanyuanjianjihexingzhuangdeyanjingongcha。yucitongshi
，tamenkequebaorongduanyuanjianjuyoujunyundejiejingjiegou。

這帶來了把應變引入的阻值偏差最小化以及提升生產重複性兩方麵的好處。圖7說明了采用這種組合技術製成的MFU係列芯片保險絲的最短和最長熔斷時間間的緊密關聯。

薄膜技術是製造高端無源器件的一種成熟技術，在過去幾十年它已被證明並一直得到完善。其在精度
、重複性和穩定性方麵的優勢在每年數十億薄膜電阻的大規模生產中得到推崇。

薄(bo)膜(mo)技(ji)術(shu)製(zhi)造(zao)的(de)芯(xin)片(pian)保(bao)險(xian)絲(si)在(zai)熔(rong)斷(duan)特(te)性(xing)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)縮(suo)窄(zhai)擴(kuo)散(san)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)類(lei)似(si)的(de)可(ke)預(yu)見(jian)屬(shu)性(xing)。將(jiang)這(zhe)一(yi)成(cheng)熟(shu)技(ji)術(shu)用(yong)在(zai)下(xia)一(yi)代(dai)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)安(an)全(quan)器(qi)件(jian)的(de)製(zhi)造(zao)，則(ze)功(gong)率(lv)電(dian)子(zi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)在(zai)設(she)計(ji)新(xin)產(chan)品(pin)時(shi)可(ke)得(de)到(dao)更(geng)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)安(an)全(quan)和(he)性(xing)能(neng)。