CN1442869A - 合金型热熔丝和熔丝元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种低熔点可熔合金型热熔丝和熔丝元件，其中熔丝元件的合金成分为在100重量份In、或In90～99.9％和Ag0.1～10％、或In95～99.9％和Sb0.1～5％中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。由此，可以在工作温度135℃～160℃的范围内充分满足环保要求，得到熔丝元件直径大约300μmφ左右的极细化细线，可以抑制自发热，且可保证良好的耐热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及合金型热熔丝，更具体地，涉及工作温度为135℃～160℃的合金型热熔丝以及构成该合金型热熔丝的由低熔点可熔合金形成的熔丝元件的改进。
背景技术
现有的合金型热熔丝，由于以涂敷有焊剂的低熔点可熔合金片作为熔丝元件，如果安装它的应保护的电气装置在异常时发热，产生的热会使低熔点可熔合金片变成液相，该熔融金属与已熔化的焊剂共存，因表面张力成为球状，通过球状化而分离，使装置的通电被断开。
上述低熔点可熔合金所要求的第一要件是，固相线和液相线之间的固液共存区很狭窄。即，通常，在合金中，存在位于固相线和液相线之间的固液共存区。在该区域中，由于处于在液相中分散有固相粒体的状态，具有象液相那样的性质，所以可以发生上述的球状化分离，从而在液相线温度(称该温度为T)之前的属于固液共存区的温度范围(称为ΔT内)内，低熔点可熔合金片可以球状化分离。另外，使用这样的低熔点可熔合金片的热熔丝，必须在熔丝元件温度在(T-ΔT)～T的温度范围内的条件下工作，如果ΔT小，即如果固液共存区狭窄，热熔丝的工作温度范围的偏差小，热熔丝可以只在严格的设定温度下工作。固此，作为热熔丝的熔丝元件使用的合金要求固液共存区狭窄。
另外，上述低熔点可熔合金要求的第二要件是电阻低。即，如果由于低熔点可熔合金片的电阻因平常时的发热而导致的温度上升为ΔT′，与没有该温度上升时相比，实质上工作温度要低ΔT′。如果ΔT′高，则实际上工作误差就高。因此，作为热熔丝的熔丝元件使用的合金要求电阻率低。
在热熔丝中，由于装置的热循环，反复加热冷却。虽然该热循环促进熔丝元件的再结晶化，但如果熔丝元件的延性太大，在合金组织的异相界面处产生的滑移增大，由于该滑移反复进行，形成极端的断面积变化和元件线长度增加。结果，熔丝元件自身的电阻值不稳定，难以保证耐热稳定性。因此，作为上述低熔点可熔合金要求的另一要件，必须重视耐热稳定性。
工作温度135～160℃的热熔丝的熔丝元件中，固液共存区为140～160℃左右，上述ΔT(属于固液共存区的温度范围)必须在允许范围(4℃以内)内。作为满足这样的熔点特性、适应近年来全球规模的环保要求、不含对生命系统有害的金属Pb、Cd、Hg、Tl等、且电阻率低的金属，有In(熔点157℃)、155℃共晶的In-Sb合金(In99％、Sb1％，％是重量百分比，以下也一样)、141℃共晶In-Ag合金(In97％、Ag3％)等，但由于以延性大的In为主成分，延性太大，300μmφ左右的细线的拉丝加工困难，难以与热熔丝的小型化相适应。而且，弹性极限小，所以会因热循环导致熔丝元件屈服于热应力，在合金组织内产生滑移，由于该滑移反复进行，使断面积和元件线长度变化，熔丝元件自身的电阻值不稳定，难以保证耐热稳定性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供从工作温度135℃～160℃、环保、低电阻率的角度出发，仍然采用以In作为熔丝元件的合金成分的主成分，但可以把熔丝元件直径极细化成300μmφ左右，且可保证良好的耐热稳定性的合金型热熔丝。
根据本发明的第一实施方案的合金型热熔丝，其特征在于熔丝元件的合金成分为：在100重量份的In中，添加总计为0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
根据本发明的第二实施方案的合金型热熔丝，其特征在于熔丝元件的合金成分为：在100重量份的In90～99.9％、Ag0.1～10％中，添加总计为0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
根据本发明的第三实施方案的合金型热熔丝，是以低熔点可熔合金作为熔丝元件的热熔丝，其特征在于低熔点可熔合金的合金成分为：在100重量份的In95～99.9％、Sb0.1～5％中，添加总计为0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
在上述中，在各原料坯块的制造上和这些原料的熔融搅拌上允许含有不可避免的杂质。
附图说明
图1是根据本发明的合金型热熔丝的一例的示图；
图2是根据本发明的合金型热熔丝的与上述不同的例子的示图；
图3是根据本发明的合金型热熔丝的与上述不同的例子的示图；
图4是根据本发明的合金型热熔丝的与上述不同的例子的示图；
图5是根据本发明的合金型热熔丝的与上述不同的例子的示图。
具体实施方式
根据本发明的合金型热熔丝中，熔丝元件中可以使用外径200μmφ～600μmφ，优选为250μmφ～350μmφ的圆形线，或与该圆形线具有同一断面积的扁平线。
该熔丝元件的合金成分为：向100重量份的In100％、或In90～99.9％和Ag0.1～10％、或In95～99.9％和Sb0.1～5％中，添加总计为0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。可以具有以135℃～160℃作为工作温度的熔点，且固液共存区宽度ΔT抑制在4℃以内，使上述工作温度范围的偏差充分减小；不含有害金属可适应环保要求；可以为了使电阻值充分低而抑制焦耳发热导致的动作误差；从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种与延性大的In生成金属间化合物，该金属间化合物的钉钆效果晶间滑移难以发生，保证了针对热循环的熔丝元件的耐热稳定性，赋予拉丝充分的强度，可以进行300μmφ左右的细线拉丝。
根据本发明的热熔丝的熔丝元件，可以在对合金母材拉丝加工后形成的断面呈圆形的状态下使用，也可在进一步压缩加工成扁平后再使用。
图1示出根据本发明的带状合金型热熔丝，在厚度为100～300μm的塑料基体膜41上用粘合剂或熔接来固定厚100～20μm的带状引线导体1、1，在带状引线导体之间连接直径为250μmφ～500μmφ的熔丝元件2，用焊剂3涂敷该熔丝元件2，用厚100～300μm的塑料封盖膜41通过粘合剂或熔接来对该涂敷了焊剂的熔丝元件进行固定密封。
根据本发明的合金型热熔丝可以以盒型、基板型、树脂浸沾型的方式实施。
图2示出筒状盒型，在一对引线1，1之间连接低熔点可熔合金片2，在该低熔点可熔合金片2上涂敷焊剂3，在该涂敷了焊剂的熔丝元件上插套耐热性和导热性好的绝缘筒4例如陶瓷筒，在该绝缘筒4的每一端与各引线1之间用常温硬化的密封剂5例如环氧树脂密封。
图3示出盒型辐射状，在并排的导体1，1的前端部之间通过熔接接合熔丝元件2，用焊剂3涂敷该熔丝元件2，用一端开口的绝缘盒4例如陶瓷盒包围该涂敷了焊剂的熔丝元件，用环氧树脂等的密封剂5密封该绝缘盒4的开口。
图4示出基板型，在绝缘基板4例如陶瓷基板上通过导电浆料(例如银浆料)的印刷烧结形成一对膜电极1，1，在各电极1上通过熔接等连接引线导体11，在电极1，1之间通过熔接接合熔丝元件2，在熔丝元件2上涂敷焊剂3，用密封剂5例如环氧树脂覆盖该涂敷了焊剂的熔丝元件。
图5示出树脂浸沾型，在并排的导体1，1的前端部之间通过熔接接合熔丝元件2，用焊剂3涂敷该熔丝元件2，通过浸沾树脂液用绝缘密封剂5例如环氧树脂密封该涂敷了焊剂的熔丝元件。
而且，还可以以通电式发热体附着熔丝，例如在基板型的合金型热熔丝的绝缘基板上附设电阻体(膜电阻)，在装置异常时，使电阻体通电发热，由该发生的热把低熔点可熔合金片熔断的附加电阻的基板型熔丝的形式来实施。
上述焊剂中通常使用其熔点比熔丝元件的熔点低的材料，例如可使用松香90～60重量份、硬脂酸10～40重量份、活性剂0～3重量份。此时，松香可使用天然松香、改性松香(例如，添水松香、不均化松香、聚合松香)或它们的精制松香。活性剂可使用二乙胺的盐酸盐或氢溴酸盐。
下面，利用实施例更具体地说明本发明的实施方案，其中，试样形状为基板型，试样个数为50个，通0.1安培的电流，在升温速度1℃/分的油槽中浸泡，测定由于熔断而断电时的油温度。另外，自发热影响的有无通过用50个试样用通常的额定电流(2～3A)来判断。而且，熔丝元件的针对热循环的电阻值变化的有无，通过对50个样品，以30分钟加热到120℃、30分钟冷却到-40℃为一个循环的热循环试验进行500次循环后，测量电阻值变化来判断。实施例1
把合金成分为In99％、Au1％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模(dies)中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为18μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，制作小型的基板型热熔丝。焊剂使用松香80重量份、硬脂酸20重量份、二乙胺的氢溴酸盐7重量份的组成物，覆盖材料使用常温硬化的环氧树脂。
对该实施例的样品测定了工作温度，在156℃±2℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。而且，认为没有因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化，表现出稳定的耐热性。
另外，已确认如果在In为100重量份，Au为0.01～7重量份的范围内的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在153℃±3℃的范围内。实施例2
把合金成分为In95％、Bi5％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为27μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。对该实施例的样品测定了工作温度，在140℃±3℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In为100重量份，Bi为0.01～7重量份的范围内的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在141℃±5℃的范围内。实施例3
把合金成分为In98％、Cu2％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为19μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在156℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In为100重量份，Cu为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在157℃±3℃的范围内。实施例4
把合金成分为In97.8％、Ni0.2％、Cu2％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。
测定该线的电阻率，为19μΩ.cm。
把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在156℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。
另外，已确认如果在In为100重量份，Cu和Ni共为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在156℃±3℃的范围内。实施例5
把合金成分为In97.8％、Pd0.2％、Cu2％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为21μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在156℃±2℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In为100重量份，Pd和Cu共为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在156℃±3℃的范围内。实施例6
把合金成分为In95％、Ag3％、Cu2％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为17μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在145℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In90～99.9％、Ag0.1～10％为100重量份，Cu为0.01～7重量份的范围内的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在145℃±3℃的范围内。实施例7
把合金成分为In96％、Ag3％、Au1％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为17μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在145℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In90～99.9％、Ag0.1～10％为100重量份，Au为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在143℃±6℃的范围内。实施例8
把合金成分为In92％、Ag3％、Bi5％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为24μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在140℃±2℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In90～99.9％、Ag0.1～10％为100重量份，Bi为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在140℃±5℃的范围内。实施例9
把合金成分为In97％、Sb1％、Cu2％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为20μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在155℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In95～99.9％、Sb0.1～5％为100重量份，Cu为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在155℃±2℃的范围内。实施例10
把合金成分为In98％、Sb1％、、Au1％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为20μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在155℃±1℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In95～99.9％、Sb0.1～5％为100重量份，Au为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在153℃±5℃的范围内。实施例11
把合金成分为In94％、Sb1％、Bi5％的母材拉丝加工成直径300μmφ的线。1次模中的引落率为6.5％，拉丝速度为45m/min，但都没有断线。测定该线的电阻率，为27μΩ.cm。把该线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝。
对该实施例的样品测定了工作温度，在140℃±3℃的范围内。另外，用通常的额定电流确认为没有自发热的影响。
而且认为存在因热循环导致的熔丝元件的问题即电阻值变化。另外，已确认如果在In95～99.9％、Sb0.1～5％为100重量份，Bi为0.01～7重量份的范围内，可以充分保证上述的细线拉丝性、低电阻性、耐热稳定性，使工作温度在140℃±5℃的范围内。比较例1
使用合金成分为In100％的母材，与实施例同样地进行拉丝成直径300μmφ的试验，断线很多。在此，即使是通过使拉丝率减小到1次模的引落率为5.0％，拉丝速度降低到20m/分，以减小加工畸变的拉丝试验，断线也很多，不能加工。
这样，实质上不能通过拉丝进行细线加工，所以用旋转鼓式纺丝法得到直径300μmφ的细线。测定了该细线的电阻率，为20μΩ.cm。把该细线切断成长4mm作为熔丝元件，与实施例1同样地制作基板型热熔丝，测定工作温度，发现即使熔点(157℃)增大也不能工作的居多数。
其理由推测是，由于用旋转鼓纺丝法，在熔丝元件的表面形成厚的氧化皮的鞘，即使鞘内部的合金熔融，鞘也不熔融，所以不能分离。比较例2
对比较例1使用In97％、Ag3％的母材，直径300μmφ的拉丝仍然很困难，用旋转鼓纺丝法也得不到，结果与比较例1一样。比较例3
对比较例1使用In99％、Sb1％的母材，直径300μmφ的拉丝仍然很困难，用旋转鼓纺丝法也得不到，结果与比较例1一样。
在根据本发明的合金型热熔丝中，使用以In为主成分，由于以0.01～7％的比较少的范围添加的Au、Ag、Cu、Ni、Pd等与In形成的金属间化合物的防止晶间滑移动效果(钉扎效果)而可以保证优良耐热稳定性，且可以拉丝成300μmφ的细线的熔丝元件，这些特点与以In为主成分的合金的低电阻率、熔点特性相结合，可以提供工作温度135℃～160℃的、环保、工作精度和耐热稳定性优良的小型的合金型热熔丝。
Claims (10)
1.一种合金型热熔丝，是由合金成分含有In的熔丝元件构成的低熔点可熔合金型热熔丝，其特征在于：熔丝元件的合金成分为在100重量份的In中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
2.一种合金型热熔丝，是由合金成分含有In、Ag的熔丝元件构成的低熔点可熔合金型热熔丝，其特征在于：熔丝元件的合金成分为在100重量份的In90～99.9％、Ag0.1～10％中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
3.一种合金型热熔丝，是由合金成分含有In、Sb的熔丝元件构成的低熔点可熔合金型热熔丝，其特征在于：熔丝元件的合金成分为在100重量份的In95～99.9％、Sb0.1～5％中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的合金型热熔丝，其特征在于：还含有不可避免的杂质。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的合金型热熔丝，其特征在于：工作温度为135℃～160℃。
6.一种构成合金型热熔丝的熔丝元件，其合金成分含有In，其特征在于：该合金成分为在100重量份的In中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
7.一种构成合金型热熔丝的熔丝元件，其合金成分含有In、Ag，其特征在于：该合金成分为在100重量份的In90～99.9％、Ag0.1～10％中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
8.一种构成合金型热熔丝的熔丝元件，其合金成分含有In、Sb，其特征在于：该合金成分为在100重量份的In95～99.9％、Sb0.1～5％中，添加共0.01～7重量份的从Au、Bi、Cu、Ni、Pd中选择的至少一种。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的熔丝元件，其特征在于：还含有不可避免的杂质。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的熔丝元件，其特征在于：工作温度为135℃～160℃。
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