懸空式金屬片電子元件及其批量製造方法與流程

2023-09-18 08:47:45

本發明屬於電子元器件技術領域，具體涉及一種金屬片為懸空式結構的電子元件及該元件的批量製造方法。

背景技術：
電子元件——例如熔斷器、電阻器等，常使用金屬絲、金屬箔或者金屬片材來形成具有電阻性質的本體，並用絕緣材料包裹在金屬周圍起到保護和隔絕的作用。絕緣材料的包裹方式一般有直接緊貼金屬材料、以及金屬材料懸空兩種類型。緊貼金屬材料的包裹式製作工藝，在業內廣為應用，例如公告號為CN102013368的中國專利提供了一種熔斷器，包括玻璃陶瓷基體及埋設在玻璃陶瓷基體內的可熔金屬導體，但這種結構下需要增加隔熱層來減少金屬導體的散熱，才能達到更高更穩定的熔斷性能。而金屬材料懸空型的絕緣材料包裹方式一般由絕緣外殼包裹金屬導體並使金屬導體懸空在腔內。這種結構有諸多好處，以熔斷器為例，由於空氣的導熱性差，從而使熔體金屬更容易迅速累積熱量而熔斷，能夠獲得良好穩定的熔斷性能，並且熔體周圍的空間能緩衝爆炸能量，提高熔斷器的分斷性能。例如公告號為CN203192732U的中國專利公開了一種常見的金屬材料懸空型熔斷器，該專利提供一個兩端敞口的絕緣管，將金屬熔體固定在絕緣管內，兩端組裝銅帽作為電極，此種工藝需要製作尺寸精度很高的陶瓷管以及兩端銅帽，還需要特別設置一個承載部件用於固定金屬熔體兩端防止其彎曲貼近陶瓷管，所以工藝較為複雜、成本較高。現有技術中，採用金屬材料懸空方式的電子元件也很難縮小尺寸，且不易快速批量生產製造。

技術實現要素：
為解決上述問題，本發明公開了一種懸空式金屬片電子元件及其批量製造方法，精簡了整體結構，簡化了製造工藝，適合製作微小型電子元件。為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種懸空式金屬片電子元件，包括上蓋板、下蓋板、外電極、金屬導體、絕緣承載體，所述外電極為兩個、分別包覆住上下蓋板的兩頭端面，所述絕緣承載體設置在上蓋板和下蓋板之間、與上下蓋板構成空腔，絕緣承載體厚度大於金屬導體厚度，所述金屬導體橫貫於所述空腔中，金屬導體兩端具有兩個內電極，所述內電極穿過絕緣承載體兩端分別與兩外電極形成電連接。進一步的，所述內電極與金屬導體一體成型。保證了導體與內電極的結合強度和良好均勻的電導性，提高了電子元件的使用穩定性。進一步的，所述上蓋板和/或下蓋板上設有凹槽，所述絕緣承載體設在凹槽邊緣上。凹槽能夠進一步增大上下蓋板之間的間隙，進一步的，所述內電極寬度與電子元件寬度相同，寬闊的內電極與外電極形成面連接，確保了內電極與外電極的結合強度和良好的電導性。進一步的，所述絕緣承載體採用玻璃或高分子膠體材料製成。本發明還提供了懸空式金屬片電子元件的批量製造方法，包括如下步驟：製作金屬導體：在金屬片上形成陣列圖形，所述陣列圖形包括多個形狀相同的金屬單元，所述金屬單元包括金屬導體和位於金屬單元兩端的內電極；形成絕緣承載體：在每個金屬單元的四周形成高度大於金屬導體厚度的絕緣承載體；合併上下蓋板：在形成有絕緣承載體的金屬單元陣列上下兩側分別合併下蓋板與上蓋板，使蓋板與絕緣承載體加熱粘合、固化；形成外電極：將合好上下蓋板的金屬導體切成條狀，形成單條電子元件陣列，並在上下蓋板兩端形成外電極；分割成型：對已形成外電極的條狀電子元件陣列進行分割，形成單個電子元件。進一步的，所述形成絕緣承載體的步驟通過如下手段實現：將金屬陣列圖形放入模具中，將高分子材料膠體流入預設空穴的部位成型。進一步的，所述形成絕緣承載體的步驟通過如下手段實現：在金屬陣列圖雙面填上密封膠，固化後形成絕緣承載體。本發明還提供了另一種懸空式金屬片電子元件的批量製造方法，包括如下步驟：製作金屬導體：在金屬片上形成陣列圖形，所述陣列圖形包括多個形狀相同的金屬單元，所述金屬單元包括金屬導體和位於金屬單元兩端的內電極；形成絕緣承載體：分別在上、下蓋板上每個電子元件的位置邊緣印刷玻璃或高分子材料從而形成絕緣承載體；合併上下蓋板：將加工好的金屬導體陣列夾在印刷好絕緣承載體的上下蓋板之間，使其加熱粘合、固定；形成外電極：將合好上下蓋板的金屬導體切成條狀，形成單條電子元件陣列，並在上下蓋板兩端形成外電極；分割成型：對已形成外電極的條狀電子元件陣列進行分割，形成單個電子元件。進一步的，在上蓋板和/或下蓋板上預先設有凹槽，形成絕緣承載體時在預設凹槽邊緣印刷玻璃或高分子材料形成絕緣承載體。與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：本發明無需在陶瓷管中形成空腔、也不需要在上下蓋板上設置凹槽就能夠在金屬導體周圍形成空腔，大大降低了製造難度，尤其適用於製作體積微小的電子元件；絕緣承載體的形成可用模具或者印刷方式，與上下絕緣蓋板之間不需另外塗覆膠黏劑，只需加熱便可達到緊密結合，本發明簡化了整體製造工藝，降低生產成本，適合於快速大批量的製作電子元件。附圖說明圖1為成型前金屬片示意圖；圖2為導體部分與內電極部分成型示意圖；圖3為實施例一中在金屬導體上形成絕緣承載體後效果示意圖；圖4為實施例一中上下蓋板合上後效果示意圖；圖5為實施例一中切成條狀後的效果示意圖；圖6為實施例一中形成外電極後效果示意圖；圖7為實施例一中分割成型後單顆電子元件示意圖；圖8為圖7的縱向剖視圖；圖9為實施例二中上/下蓋板上形成絕緣承載體後效果示意圖；圖10為預設有凹槽的上/下蓋板示意圖；圖11為在預設有凹槽的上/下蓋板上形成絕緣承載體後效果示意圖；圖12為利用圖11所示的上/下蓋板製成的電子元件縱向剖視圖。附圖標記列表：下蓋板1，金屬導體3，絕緣承載體4，上蓋板5，外電極6，內電極7，8-X方向虛擬分割線，9-Y方向虛擬分割線，10-凹槽。具體實施方式以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。如圖7，圖8、圖12所示，懸空式金屬片電子元件包括上蓋板5、下蓋板1、兩個外電極6、金屬導體3、絕緣承載體4，其中外電極6分別包覆住上下蓋板的兩頭端面並對蓋板起到固定作用，絕緣承載體4設置在上蓋板5和下蓋板1之間，絕緣承載體作為電子元件的側壁、與上下蓋板構成空腔2，絕緣承載體4厚度大於金屬導體3厚度，金屬導體3橫貫於前述空腔2中部，金屬導體3兩端設有兩個內電極7，所述內電極7穿過絕緣承載體兩端分別與兩外電極6形成電連接。內電極7與金屬導體3優選為一體成型，保證了導體與內電極的結合強度和良好均勻的電導性。內電極7優選與整個電子元件同寬（如圖4所示），這樣能夠保證導體處於空腔2中間，導體強度好，而且內電極7與外電極6之間能夠形成非常穩定的電連接，避免出現傳統絲狀熔斷體中熔絲與外電極之間僅點接觸容易接觸不良導致斷路頻發的問題。上述結構無需在陶瓷管中形成空腔2、也不需要在上下蓋板上設置凹槽就能夠在金屬導體周圍形成一個空腔2，大大降低了製造難度，並能確保導體處於空腔2的中間，更適用於製作體積微小的電子元件。絕緣承載體優選採用玻璃或高分子膠體材料，與上下絕緣蓋板之間不需另外塗覆膠黏劑，只需加熱便可實現緊密結合，簡化工藝。實施例一：本實施例提供了上述懸空式金屬片電子元件的批量製造方法，包括如下步驟：製作金屬導體：圖1為一塊金屬片原料，其成分可以為單一金屬或是合金材料，在該金屬片上形成如圖2所示的陣列圖形，圖形形成方式優選採用衝壓或蝕刻方法。我們通過X方向虛擬分割線8（與金屬導體垂直的線）及Y方向虛擬分割線9（與金屬導體平行的線）可將該陣列圖形分割成多個「工」字形的金屬單元圖形，每一個「工」字形金屬單元圖形即包括一體成型的金屬導體3和內電極7。「工」字形僅僅為金屬導體的一種適於加工的優選示例，導體的形狀可以根據需要加工出不同圖形。在金屬導體上形成絕緣承載體：如圖3所示，在每個「工」字形金屬單元（即包括內電極和導體部分的金屬導體3）的四周形成高度大於金屬導體厚度的絕緣承載體4，金屬導體優選位於絕緣承載體中間，這樣在使用過程中如果出現突發狀況時不會因為金屬導體彎曲或其他原因令金屬導體中部的接觸除內電極以外的其他絕緣部位。絕緣承載體的形成優選採用下列方法:方法1：採用模具成型的方式，將如圖2所示的金屬陣列圖形放入模具中，將高分子材料膠體流入預設空穴的部位成型；方法2為：在如圖2所示的金屬陣列圖雙面填上密封膠，固化後即形成上述絕緣承載體。合併上下蓋板：如圖4所示，在形成有絕緣承載體的金屬單元陣列上下兩側分別合併下蓋板1與上蓋板5，，使陶瓷蓋板與絕緣承載體加熱粘合、固化，在金屬導體周圍形成空腔。下蓋板1與上蓋板5優選採用實心平整的陶瓷板，成分為常規的氧化鋁、氧化鋯等陶瓷材料，合併時無需膠黏劑。蓋板採用陶瓷材料，相較於使用熱膨脹係數大於金屬的高分子等材料基板的電子元件，避免了溫度升高時金屬導體與高分子材料熱脹係數相差大而導致電子元件長度方向金屬導體被拉斷的風險。形成外電極：如圖5所示，將合好陶瓷蓋板的金屬單元陣列沿Y方向虛擬分割線9切成條狀，形成單條電子元件陣列，並如圖6所示形成外電極6。優選採用在陶瓷蓋板兩端塗覆銀漿料形成外電極6。厚實的C型外電極固定住上下陶瓷蓋板，有效提升了電子元件的緊實度，本電子元件作為熔斷器使用時則能夠提高抗爆性能。分割成型：對已形成外電極的條狀電子元件陣列沿X方向虛擬分割線8進行分割，形成單個電子元件，完成如圖7所示電子元件。通過上述步驟可以批量製作出小、微型熔斷器，金屬導體3為可熔斷部分，金屬導體與內電極7一體成型、能夠與外電極6形成良好的電連接。熔斷器內部通過絕緣承載體4在上下蓋板之間隔出間隙，從而在熔斷體周圍形成連成一定的空腔，保證熔斷體不與上下蓋板接觸，能夠確保熔斷器的熔斷時間迅速、均勻，同時空腔有著洩壓的功能，能夠分散分斷實驗中的衝擊力，提高抗爆性能。實施例二：本實施例提供了懸空式金屬片電子元件的另一種批量製造方法，包括如下步驟：製作金屬導體：具體實施手段與實施例一相同；在蓋板上形成絕緣承載體：本例中依然採用陶瓷蓋板，如圖9所示，採用厚膜印刷的方式，分別在上、下陶瓷蓋板上每個電子元件的位置邊緣印刷玻璃或高分子材料從而形成絕緣承載體。作為改進，可以選擇在上蓋板或下蓋板上設有凹槽，也可在上下蓋板上都設有形狀相同的凹槽，以上蓋板為例，如圖10所示，在上陶瓷蓋板5上預先設有凹槽10，在預設凹槽10邊緣再用厚膜印刷的方式印刷玻璃或高分子材料形成絕緣承載體4，從而達到加深凹槽的效果（如圖11所示），這樣能夠增大上下蓋板之間的間隙，從而進一步提升熔斷性能。上下陶瓷蓋板5上均具有預設凹槽的電子元件剖面如圖12所示。合併上下陶瓷蓋板：將加工好的金屬導體3陣列夾在印刷好絕緣承載體的上下陶瓷蓋板之間，使其加熱粘合、固定，其中上下蓋板、上下蓋板的凹槽邊緣彼此相對、連同絕緣體合併形成空腔，金屬導體懸空在空腔中。形成外電極的過程與實施例一相同。分割成型的過程與實施例一相同。實施例一、二中的工藝步驟不僅可用來製造懸空式熔斷器，也可用於製造懸空式金屬片電阻器，製作電阻器時，上下蓋板優選使用散熱性更好的絕緣材料，如樹脂等，通過本發明方法製作出的電阻器在長期使用中，懸空金屬導體不緊貼下面的電路板，達到了散熱的作用，能夠提高電阻器的額定功率。本發明方案所公開的技術手段不僅限於上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。