一种混合式保护开关及其制备方法

摘要

本发明公开了一种混合式保护开关及其制备方法，其包括具有双金属悬板(11)的第一保护开关，所述双金属悬板(11)具有热膨胀系数不同的支撑悬板(110)和紧贴在所述支撑悬板(110)上的金属悬板(111)；具有PTC元件(7)的第二保护开关；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接，所述金属悬板(111)形成并联结构的导通支路，所述PTC元件(7)形成并联结构的阻抗支路。根据本发明的保护开关，能够显著的抑制在过流和过热状态下产生的开关电弧，增强了开关的可靠性和寿命，可广泛用于电子设备电池的保护电路中。

权利要求

1.一种混合式保护开关，其特征在于，所述保护开关包括：具有双金属悬板(11)的第一保护开关，所述双金属悬板(11)具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板(110)和紧贴在所述支撑悬板(110)上的金属悬板(111)，所述金属悬板(111)形成所述保护开关的导通支路；

具有PTC元件(7)的第二保护开关，该PTC元件(7)形成所述保护开关的阻抗支路；其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接；

所述第一保护开关与所述第二保护开关并联结构包括：所述PTC元件(7)的顶面通过第三电极(6)连接到所述金属悬板(111)的中间部，所述PTC元件(7)的底面和一侧面通过第二电极(10)连接到保护开关的一电气端子；

所述金属悬板(111)的自由端可断开的电连接到所述保护开关的电气端子，其固定端电连接到所述保护开关的另一电气端子。

2.根据权利要求1所述的保护开关，其特征在于，所述第一保护开关还包括：第一硅片(2)，中间设置有凹槽，所述双金属悬板(11)的固定端固定在所述凹槽一侧内壁并向内延伸；

第一连通柱(14)，贯穿于所述第一硅片(2)的一端，其一端部伸出所述第一硅片(2)并电连接于第二保护开关；

第一焊点(1)，设置在所述第一连通柱(14)的另一端部；

第二连通柱(13)，贯穿于所述第一硅片(2)的另一端，其一端部伸出所述第一硅片(2)并电连接于第二保护开关；

第二焊点(12)，设置在所述第二连通柱(13)的另一端部。

3.根据权利要求1所述的保护开关，其特征在于，所述第二保护开关包括：第二硅片(9)，中间设置有凹槽；

第二电极(10)，连续的分布在所述第二硅片(9)的凹槽底部及其一内侧面、以及第二硅片(9)一侧的表面；

第二触点(8)，设置于所述第二电极(10)上，所述第二电极(10)通过所述第二触点(8)可断开的与第一保护开关的金属悬板(111)的自由端接触；

PTC元件(7)，设置在所述第二硅片(9)的凹槽内，其底面和一侧面与所述第二电极(10)接触；

第一电极(4)，分布在所述第二硅片(9)的凹槽另一侧表面且不与PTC元件(7)接触；

第一触点(5)，设置于所述第一电极(4)上，所述第一电极(4)通过该第一触点(5)与第一保护开关的金属悬板(111)的固定端接触；

第三电极(6)，设置在所述PTC元件(7)的顶面和双金属悬板(11)的中间部之间并与二者接触。

4.根据权利要求2所述的保护开关，其特征在于，所述双金属悬板(11)的支撑悬板(110)形成为第一硅片(2)的一部分。

5.根据权利要求3所述的保护开关，其特征在于，所述第三电极(6)的面积设置等于或略小于所述PTC元件(7)的顶面面积。

6.一种混合式保护开关的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，制备具有双金属悬板的第一保护开关；

步骤S2，制备具有PTC元件的第二保护开关；

步骤S3，将第一保护开关和第二保护开关以并联方式封装；

其中，所述双金属悬板构成并联结构的导通支路，所述PTC元件构成并联结构的阻抗支路；

所述步骤S1进一步包括：

步骤a，形成第一保护开关的基片；

步骤b，在基片上形成双金属悬板；

步骤c，在双金属悬板下方形成凹槽；和

步骤d，在基片上双金属悬板的两侧形成连通孔。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：步骤e，形成第二保护开关的基片；

步骤f，在基片上形成凹槽；

步骤g，在基片表面形成PTC元件的下电极；

步骤h，在凹槽中形成PTC元件；

步骤i，形成PTC元件的上电极及触点。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：步骤j，在所述第二保护开关的四周涂覆封框胶；

步骤k，粘接第一保护开关和第二保护开关；

步骤l，在第一保护开关的连通孔中形成连通柱和焊点。

说明书

一种混合式保护开关及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及传感技术领域，特别涉及微电子机械(MEMS)系统技术，具体涉及一种微机械双金属热执行器与功能材料正温度系数电阻传感器相结合的混合式保护开关及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着薄膜晶体管、集成电路等技术的发展，电子设备正在向集成、轻便、微小型化的便携式发展。便携式电子设备的发展带动了便携式电源或电池的发展。电池在使用放电的过程中，会导致电池温度升高，甚至有燃烧或爆炸的事故发生。随着便携电子设备的普及，特别是个人可穿戴设备的发展，微小型、低成本的电池过流过温保护显得特别的重要。

[0003] 当前，对应用于如无线电动工具、电动车等中的大型电池，一般采用大型、复杂或昂贵的保护技术设计保护电路，或者采用传统的双金属片保护器。然而，对于电池来说，大型、复杂或昂贵的保护技术则过于昂贵，传统的双金属片保护器则体积过大，均不适用于电池。

[0004] 例如，锂离子电池，作为一种被广泛应用于各种电子设备中的电源设备，在使用的过程中，锂离子电池的快速放电会导致电池温度升高，存在很大的危险隐患。大型的锂离子电池，一般采用如IC和金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)相结合等复杂的设计方案，或者采用传统的双金属片保护器来进行保护电路的设计。而IC和MOSFET相结合的设计方案过于昂贵，传统的双金属片保护器体积过大，均不适用于锂离子电池。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种混合式保护开关及其制备方法，其通过一个双金属片保护器和一个正温度系数(PTC)器件并联形成，可以提供可复位的过电流保护功能，有效避免在大电流条件下产生电弧，从而可以应用于电池的保护电路的设计中。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种混合式保护开关，包括：

[0007] 具有双金属悬板11的第一保护开关，所述双金属悬板11具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板110和紧贴在所述支撑悬板110上的金属悬板111，所述金属悬板111形成所述保护开关的导通支路；

[0008] 具有PTC元件7的第二保护开关，该PTC元件7形成所述保护开关的阻抗支路；

[0009] 其中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联连接。

[0010] 上述方案中，所述第一保护开关与所述第二保护开关并联结构包括：

[0011] 所述PTC元件7的顶面通过第三电极6连接到所述金属悬板111的中间部，所述PTC元件7的底面和一侧面通过第二电极10连接到保护开关的一电气端子；和

[0012] 所述金属悬板111的自由端可断开的电连接到所述保护开关的电气端子，其固定端电连接到所述保护开关的另一电气端子。

[0013] 上述方案中，所述第一保护开关还包括：

[0014] 第一硅片2，中间设置有凹槽，所述双金属悬板11的固定端固定在所述凹槽一侧内壁并向内延伸；

[0015] 第一连通柱14，贯穿于所述第一硅片2的一端，其一端部伸出所述第一硅片2并电连接于第二保护开关；

[0016] 第一焊点1，设置在所述第一连通柱14的另一端部；

[0017] 第二连通柱13，贯穿于所述第一硅片2的另一端，其一端部伸出所述第一硅片2并电连接于第二保护开关；

[0018] 第二焊点12，设置在所述第二连通柱13的另一端部。

[0019] 上述方案中，所述第二保护开关包括：

[0020] 第二硅片9，中间设置有凹槽；

[0021] 第二电极10，连续的分布在所述第二硅片9的凹槽底部及其一内侧面、以及第二硅片9一侧的表面；

[0022] 第二触点8，设置于所述第二电极10上，所述第二电极10通过所述第二触点8可断开的与第一保护开关的金属悬板111的自由端接触；

[0023] PTC元件7，设置在所述第二硅片9的凹槽内，其底面和一侧面与与所述第二电极10接触；

[0024] 第一电极4，分布在所述第二硅片9的凹槽另一侧表面且不与PTC元件7接触；

[0025] 第一触点5，设置于所述第一电极4上，所述第一电极4通过该第一触点5与第一保护开关的金属悬板111的固定端接触；

[0026] 第三电极6，设置在所述PTC元件7的顶面和双金属悬板11的中间部之间并与二者接触。

[0027] 上述方案中，所述双金属悬板11的支撑悬板110形成为第一硅片2的一部分。

[0028] 上述方案中，所述第三电极6的面积设置等于或略小于所述PTC元件7的顶面面积。

[0029] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种混合式保护开关的制备方法，包括如下步骤：

[0030] 步骤S1，制备具有双金属悬板的第一保护开关；

[0031] 步骤S2，制备具有PTC元件的第二保护开关；

[0032] 步骤S3，将第一保护开关和第二保护开关以并联方式封装；

[0033] 其中，所述双金属悬板构成并联结构的导通支路，所述PTC元件构成并联结构的阻抗支路。

[0034] 上述方案中，所述步骤S1进一步包括：

[0035] 步骤a，形成第一保护开关的基片；

[0036] 步骤b，在基片上形成双金属悬板；

[0037] 步骤c，在双金属悬板下方形成凹槽；和

[0038] 步骤d，在基片上双金属悬板的两侧形成连通孔。

[0039] 上述方案中，所述步骤S2进一步包括：

[0040] 步骤e，形成第二保护开关的基片；

[0041] 步骤f，在基片上形成凹槽；

[0042] 步骤g，在基片表面形成PTC元件的下电极；

[0043] 步骤h，在凹槽中形成PTC元件；

[0044] 步骤i，形成PTC元件的上电极及触点。

[0045] 上述方案中，所述步骤S3进一步包括：

[0046] 步骤j，在所述第二保护开关的四周涂覆封框胶；

[0047] 步骤k，粘接第一保护开关和第二保护开关；

[0048] 步骤l，在第一保护开关的连通孔中形成连通柱和焊点。

[0049] 如上所述，根据本发明的混合式保护开关，通过具有双金属悬板的第一保护开关和具有聚合物正温度系数PTC元件形成的第二保护开关组成并联电路结构，实现为混合式保护开关，能够显著的抑制在过流和过热状态下产生的开关电弧，增强了开关的可靠性和寿命。

[0050] 另外，通过本发明的制备方法制备出的开关具有贴片式结构特征，形成为一种紧凑、稳健的电路保护器件，轻薄、体积小，大幅降低了制造成本，在超薄电池的保护电路的设计中具有显著的优势。采用本发明的保护开关用于制备电子设备电池的保护电路时，可制备成贴片式或其他超薄的样式，因而可广泛用于生产超薄电池。

附图说明

[0051] 图1是本发明优选实施例的混合式保护开关原理图；

[0052] 图2是本发明优选实施例的混合式保护开关结构示意图；

[0053] 图3是本发明优选实施例的第一硅片结构示意图；

[0054] 图4是本发明优选实施例的第二硅片结构示意图；

[0055] 图5示意性显示了本发明的混合式保护开关的工作原理图；

[0056] 图6是本发明优选实施例的混合式保护开关的制备工艺流程图；

[0057] 图7是本发明优选实施例的第一硅片制备工艺流程图；

[0058] 图8是本发明优选实施例的第二硅片制备工艺流程图；

[0059] 图9是本发明优选实施例的封装工艺流程图。

[0060] 附图标记说明：

[0061] 1—第一焊点；2—第一硅片；3—封框胶；4—第一电极；5—第一触点；6—第三电极；7—PTC元件；7-1—第二硅片的凹槽；8—第二触点；9—第二硅片；10—第二电极；11—双金属悬板；110-支撑悬板；111-金属悬板；11-1—金属薄膜；11-2—第一硅片的第一区域；11-3—第一硅片的凹槽；12—第二焊点；13—第二连通柱；13-1—第二连通孔；14—第一连通柱；14-1—第一连通孔。

具体实施方式

[0062] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0063] 图1是本发明优选实施例的混合式保护开关电路图。

[0064] 如图1所示，本发明的混合式保护开关包括相互并联的第一保护开关SW1和第二保护开关SW2，用于对电池C提供保护。其中，第一保护开关SW1主要形成为双金属悬板结构，第二保护开关SW2主要形成为正温度系数PTC元件。双金属悬板由于采用具有不同热膨胀系数的材料形成双层悬板，因而在受热时发生不同的热膨胀，导致双金属悬板整体发生弯曲形变而断开保护开关。PTC元件与金属悬板相互接触，充分利用PTC元件的温变特性，对处于开路状态的双金属悬板加热，使其保持开路状态。

[0065] 该保护开关运行过程中，当第一保护开关SW1存在过流时，第一保护开关SW1处于开路状态,电流流经第二保护开关SW2，从而可以防止第一保护开关SW1的双金属悬板的电弧放电。同时，过流使得第二保护开关SW2的PTC元件电阻瞬时急剧增大，温度升高，可以对第一保护开关SW1的双金属悬板加热，从而保持第一保护开关的开路状态，实现了复位过流保护。另外，当保护开关的使用环境温度过高时，第一保护开关处于开路状态，电流流经第二保护开关，PTC元件对所述双金属悬板加热，保持第二保护开关的开路状态，实现过温保护。

[0066] 图2是本发明优选实施例的混合式保护开关结构示意图。

[0067] 如图2所示，本发明优选实施例的混合式保护开关包括第一保护开关SW1和第二保护开关SW2。

[0068] 第一保护开关SW1具有双金属悬板11,所述双金属悬板11具有固定的固定端和悬空的自由端，并具有热膨胀系数不同的支撑悬板110和紧贴在所述支撑悬板110上的金属悬板111，所述金属悬板111形成所述保护开关的导通支路。

[0069] 第二保护开关SW2主要由正温度系数PTC元件7构成，该PTC元件7形成所述保护开关的阻抗支路。

[0070] 第一保护开关SW1与所述第二保护开关SW2并联连接。

[0071] 具体的，第一保护开关SW1包括：第一硅片2、第一焊点1、第一连通柱14、双金属悬板11、第二连通柱13、第二焊点12；第二保护开关SW2包括：第二硅片9、第一电极4、第一触点5、第三电极6、PTC元件7、第二触点8和第二电极10。这里，PTC元件7优选的采用聚合物正温度系数PPTC元件。

[0072] 本发明中，第一保护开关SW1和第二保护开关SW2通过封框胶3固定，封框胶3将第一硅片2和第二硅片9粘结在一起以实现开关的封装。

[0073] 图3是本发明优选实施例中混合式保护开关的第一保护开关SW1的结构示意图，图3a为第一保护开关SW1的剖视图，图3b为图3a的俯视图。

[0074] 参见图3a和图3b，本发明优选实施例中混合式保护开关的第一保护开关SW1主要由双金属悬板11构成。具体来说，第一保护开关SW1包括形成为基片的第一硅片2，第一硅片2的中间设置有凹槽，双金属悬板11的一端部固定在凹槽一侧内壁并向内伸出。进一步，双金属悬板11包括从凹槽一侧向内伸出形成为第一膨胀系数的支撑悬板110，以及在该支撑悬板110上紧贴的设置具有第二膨胀系数的金属悬板111，该金属悬板111平行的紧贴在支撑悬板110上，从而形成双金属悬板结构11。双金属悬板11的一端部固定在第一硅片2上形成固定端，双金属悬板11的另一端部悬空形成自由端。

[0075] 本发明中，双金属悬板11主要形成混合式保护开关的导通支路，可以由硅和金属形成，也可以由两种膨胀系数不同的金属和金属形成。当然，形成双金属悬板11的两种材料的膨胀系数相差越大，双金属悬板11的性能越好。在本发明的优选实施例中，优选的采用第一硅片2的一部分来构成双金属悬板11的支撑悬板110。这样，当采用硅和金属构成双金属悬板11时，可以仅进行一次金属薄膜的沉积形成金属悬板111，即可形成双金属悬板11，从而节省了工艺步骤。

[0076] 进一步，在第一硅片2的两端设置有贯穿第一硅片2一端的第一连通柱14和贯穿第一硅片2另一端的第二连通柱13。第一连通柱14和第二连通柱13的一端部伸出第一硅片2并设置有第一焊点1和第二焊点12，用于连接到外部电路。第一连通柱14和第二连通柱13的另一端部伸出第一硅片2并分别连接到第二保护开关SW2的第一电极4和第二电极10。

[0077] 参见图3a，双金属悬板11中的金属悬板111的固定端优选的连接到其中一个连通柱，例如第一连通柱14。

[0078] 图4是本发明优选实施例中混合式保护开关的第二保护开关SW2结构示意图，图4a为本发明优选实施例中混合式保护开关的第二保护开关SW2的剖视图，图4b为图4a的俯视图。

[0079] 参见图4a和图4b，本发明优选实施例中混合式保护开关的第二保护开关SW2主要由PTC元件7构成。

[0080] 具体来说，第二保护开关SW2包括形成为基片的第二硅片9，第二硅片9中间设置有一凹槽。

[0081] 第二电极10连续的分布在第二硅片9的凹槽底部及其一内侧面、以及第二硅片9一侧的表面，构成PTC元件7的下电极。第二电极10上设置有第二触点8，所述第二电极10通过该第二触点8可断开的与第一保护开关SW1的双金属悬板11(其金属悬板111)的自由端接触。

[0082] PTC元件7设置在第二硅片9的凹槽内并与第二电极10接触。如图4a所示，PTC元件7的底面和一侧面与第二电极10接触。

[0083] 第一电极4分布在第二硅片9的凹槽另一侧表面且不与PTC元件7接触。所述的电极4上具有第一触点5，所述第一电极4通过该第一触点5与第一保护开关SW1的双金属悬板11(其金属悬板111)的固定端接触。

[0084] 第三电极6设置在PTC元件7的顶面和双金属悬板11的中间部之间并与二者接触，构成PTC元件7上电极，从而形成PTC元件7所形成的保护开关的阻抗支路的电连接。PTC元件7通过该第三电极6连接到第一保护开关SW1的双金属悬板11中间部，这样，PTC元件7通过连接到其上、下表面的上电极(第三电极6)、下电极(第二电极10)形成混合式保护开关的并联结构中的阻抗支路。优选的，第三电极6的面积设置为尽量大，使得其面积等于或略小于PTC元件7的顶面面积。这样，可以使得PTC元件7产生的热量尽量充分的传导到双金属悬板11上。

[0085] 本发明中，所采用的硅片(例如第一硅片2和第二硅片9)为掺杂浓度低、高阻的硅片，优选的为N型硅片，如4〞或更大尺寸的双抛N型(100)硅片。硅片的厚度可以为100～500微米，优选的为350微米。本发明通过采用轻薄的硅片，使得形成的保护开关具有贴片式的结构特征。

[0086] 下面描述本发明的混合式保护开关工作原理。

[0087] 图5示意性显示了本发明的混合式保护开关的工作原理图。

[0088] 参见图2，混合式保护开关正常工作时，即未发生过流或过热时，双金属悬板11通过第二触点8与第二电极10导通从而形成回路，第一保护开关SW1处于导通状态，电流流经第一保护开关SW1的双金属悬板11。具体来说，在未发生过流或过热时，第一保护开关SW1的双金属悬板11不发生变形，从而保持与第二触点8的连接。这样，第二焊点12、第二连通柱13、第二电极10、第二触点8、双金属悬板11的金属悬板111、第一触点5、第一电极4、第一连通柱14以及第一焊点1构成一个电流通路，使得电流能够正常通过。

[0089] 另一方面，在未发生过流或过热时，PTC元件7处于非高温状态，不会产生大量热量。PTC元件7同时表现出阻抗特性，使得电流从并联结构的导通支路通过。

[0090] 参见图5，当混合式保护开关中发生过流时，流经双金属悬板11的电流显著增大，导致双金属悬板11温度升高，由于热膨胀而产生弯曲形变，从而断开与第二触点8的接触，结果导致并联结构的导通支路断开。现有技术中，如果没有并联支路的存在，双金属悬板11与第二触点8之间由于存在过电流，会产生电弧现象，严重时会击穿空气，烧坏元件。本发明中，这种情况下的过电流会流经并联结构的阻抗支路，即PTC元件7。这样，第二保护开关SW2的PTC7元件由于温度升高而电阻增大，在电流的作用下进一步产生热量而温度升高。由于PTC元件7与第一保护开关SW1的双金属悬板11的金属悬板111相接触，从而对热膨胀系数不同的金属悬板111和支撑悬板110加热，使得双金属悬板11保持弯曲形变状态，从而确保始终脱离第二触点8，电路处于开路状态，同时电流流经处于高阻态的PTC元件7，从而可以防止双金属悬板11的电弧放电。另一方面，处于高阻态的PTC元件7由于流经电流而产生热量，保持对所述双金属悬板11的加热，使得第一保护开关SW1的处于高阻态的处于持续的弯曲状态，进而保持开路状态，实现了开关的复位过流保护。最后，当过流消失，即电流恢复正常时，PTC元件7的电阻恢复为低阻态，产生的热量减少，第一保护开关SW1的双金属悬板11在没有加热的情况下恢复为平直状态，重新恢复与第二触点8的接触，恢复为导通电路，从而实现复位通电。

[0091] 当混合式保护开关环境温度过高时，与上面类似的，第一保护开关SW1处于开路状态，电流流经第二保护开关SW2，PTC元件7电阻增大，温度升高，对所述双金属悬板11加热，从而保持第一保护开关SW2的开路状态，实现过温保护。类似的，当温度恢复正常时，PTC7元件的电阻恢复为低阻态，产生的热量减少，同时第一保护开关SW1的双金属悬板11的温度也降低，重新恢复与第二触点8的接触，恢复为导通电路，从而实现复位通电。

[0092] 如上所述，本发明的混合式保护开关，通过具有双金属悬板的第一保护开关和具有聚合物正温度系数PTC元件形成的第二保护开关组成并联电路结构，灵活的实现了开关的过流保护和过温保护，并具有良好的复位能力。

[0093] 图6是本发明优选实施例的混合式保护开关的制备工艺流程图。

[0094] 如图6所示，本发明实施例所提供的一种混合式保护开关的制备方法，包括如下步骤：

[0095] 步骤S1，制备具有双金属悬板的第一保护开关。

[0096] 步骤S2，制备具有PTC元件的第二保护开关。

[0097] 步骤S3，将第一保护开关和第二保护开关以并联方式封装。

[0098] 本发明中，开关元件的尺寸优选的设计为5mm×3mm。相应的，第一保护开关和第二保护开关的尺寸设计为5mm×3mm。

[0099] 下面详细的介绍上述三个步骤的具体工艺流程。

[0100] 图7是本发明优选实施例的第一保护开关的制备工艺流程图。

[0101] 如图7所示，所述第一保护开关的制备工艺包括下述步骤：

[0102] 步骤a，形成第一保护开关的基片。

[0103] 第一保护开关的基片对应于上文的第一硅片2，可以采用N型硅片，硅片的厚度可以为100～500微米，元件尺寸优选的设计为5mm×3mm。形成基片的步骤包括基片的检验和清洗。检验主要是对基片规格的检验，例如，所制备的是0805封装规格的贴片式保护开关，可采用4〞双抛N型(100)硅片，厚度为350微米。

[0104] 步骤b，在基片上形成双金属悬板。

[0105] 在基片表面中间部通过掩模法进行图形化以形成支撑悬板110，并对支撑悬板110的区域进行重掺杂处理。本发明中，支撑悬板110优选的采用硅。

[0106] 进一步，并在所述支撑悬板110的区域上沉积金属薄膜，图形化后形成金属悬板111。从而形成硅铝双金属悬板结构。

[0107] 这里，可以采用比硅的热膨胀系数大很多的金属，如铝金属。所沉积的金属薄膜的厚度可以根据不同的硅片或不同的应用需要进行设计，如可以为 如此，可以初步形成双金属悬板11的支撑悬板110，所沉积的金属薄膜初步形成双金属悬板11的金属悬板111，两者所具有热膨胀系数相差很大，一旦受热，则发生弯曲变形。

[0108] 这里，双金属悬板11的尺寸可以做到毫米级，从而实现开关的贴片式制备。例如，当采用上述4〞双抛N型(100)硅片，开关元件的尺寸可以形成为5mm×3mm～2mm×1mm，双金属悬板的尺寸可以为2.8mm×1.4mm。

[0109] 步骤c，在双金属悬板下方形成凹槽。

[0110] 在所述双金属悬板11的区域周围设计第二区域，使得该第二区域在双金属悬板11的两个长度方向和一个宽度方向上包围双金属悬板11，通过掩模法对所述第二区域进行腐蚀，在所述双金属悬板11的下方形成凹槽11-3。这里，凹槽11-3的尺寸可以设计为3mm×1.5mm。腐蚀可以采用NaOH水溶液。腐蚀完成后，双金属悬板11周围的两个长度方向和一个宽度方向边缘附近的硅材被腐蚀掉。同时，由于双金属悬板11的支撑悬板110经过了重掺杂处理，不会被腐蚀，支撑悬板110被重掺杂的厚度部分不会被蚀腐，支撑悬板110下方的硅片内的部分被腐蚀一定的厚度，从而使得支撑悬板110形成为从第一硅片中间内侧伸出的悬板结构，其硅材被腐蚀的所述宽度方向上形成双金属悬板的自由端。

[0111] 步骤d，在基片上双金属悬板的两侧形成连通孔。

[0112] 在基片上双金属悬板的两侧，通过深反应离子刻蚀(DRIE)工艺形成贯穿基片的第一连通孔14-1和贯穿基片的第二连通孔13-1。这里，连通孔的尺寸优选的设计为2mm×1mm。

[0113] 至此，形成了混合保护开关的第一保护开关部分。

[0114] 图8是本发明优选实施例的第二保护开关的制备工艺流程图。

[0115] 如图8所示，所述第二保护开关的制备工艺包括下述步骤：

[0116] 步骤e，形成第二保护开关的基片。

[0117] 第二保护开关的基片对应于上文的第二硅片9。这里，对第二硅片9的准备与图7所示的准备第一硅片2的过程相同，请参见前文的描述。

[0118] 步骤f，在基片上形成凹槽。

[0119] 首先，在所述第二硅片9的上表面通过化学沉积法(例如LPCVD工艺，低压化学气相沉积)形成氮化硅掩膜层，氮化硅层的厚度可以根据不同的需要进行调整，例如可以为然后，对所述氮化硅层进行图形化，在每个元件上形成1.5mm X 1.5mm的窗口区域，采用NaOH溶液对所述基片的窗口区域进行腐蚀以形成凹槽。

[0120] 步骤g，在基片表面形成PTC元件的下电极。

[0121] 首先，在所述第二硅片9的上表面沉积金属铜薄膜，可以采用溅射或热蒸发方法实现。然后，对金属铜薄膜进行图形化，分别形成为第二硅片9的凹槽7-1底部及其一内侧面、以及第二硅片9一侧的表面上的第二电极10区域，以及在第二硅片9的凹槽7-1另一侧表面上的第一电极4区域。然后，通过掩模法刻蚀铜薄膜，从而形成第一电极4和第二电极10。

[0122] 通过上述工艺，形成的第二电极10连续的分布在第二硅片9的凹槽7-1的底部及其一内侧面、以及第二硅片9一侧的表面。形成的第一电极4位于与第二电极相对的凹槽另一侧的第二硅片9的内侧表面。第一电极4和第二电极10的宽度优选的设计为1.2mm宽，长度可以根据实际需要进行设计，优选的，应该使得第一电极4能够与第一连通柱14相接触，第二电极10能够与第二连通柱13相接触。在一个优选实施例中，第一电极4和第二电极10的总长度设计为5mm长，实现第一电极4与第一连通柱14的电连接，第二电极10与第二连通柱13的电连接。

[0123] 步骤h，在凹槽中形成PTC元件。

[0124] 将预先制备好的PTC浆料滴满每个单元中的凹槽7-1，通过特定工艺成型为PTC元件。形成的PTC元件7设置在凹槽中，并且其底面和一侧面与第二电极10接触。

[0125] 上述步骤中，制备PTC浆料以及PTC浆料成型的工艺不属于本发明的要点，在此不再赘述。

[0126] 步骤i，形成PTC元件的上电极及触点。

[0127] 将所述PTC元件7和第二硅片9的上表面磨平，然后沉积金属薄膜，通过图形化构图后进行刻蚀，形成覆盖在PTC元件表面上的上电极，即第三电极6。同时，在所述第一电极4和所述第二电极10上与双金属悬板11相对应的位置上形成第一触点5和第二触点8。

[0128] 至此，形成了混合保护开关的第二保护开关部分。下面，需要将第一保护开关和第二保护开关进行封装以最终形成本发明的混合保护开关，开关封装工艺介绍如下。

[0129] 图9是本发明优选实施例的开关封装工艺流程图。

[0130] 如图9所示，所述开关封装工艺需要将第一保护开关与第二保护开关进行按照并联连接的方式进行封装，其工艺流程包括如下步骤：

[0131] 步骤j，在第二保护开关的四周涂覆封框胶。

[0132] 在第二保护开关的四个边缘涂覆封框胶3，并图形化为环状矩形图形。

[0133] 步骤k，粘接第一保护开关和第二保护开关。

[0134] 将所述第一保护开关倒扣在涂覆有封框胶的第二保护开关上进行封装，使得第二硅片9的四个边缘与第一硅2片的四个边缘对合在一起。这里，可以通过对封框胶3加热的方式进行，也可以对封框胶3施加一定的压力。封装完成后，第二硅片9的第一触点5与双金属悬板(其金属悬板)的固定端接触，第二硅片9的第二触点8也与双金属悬板(其金属悬板)的自由端接触。第二硅片9的上电极(第三电极6)与双金属悬板(其金属悬板)的中间位置相接触。

[0135] 步骤l，在第一保护开关的连通孔中形成连通柱和焊点。

[0136] 在所述第一硅片2的第一连通孔14-1中注入锡浆形成第一连通柱14，使得第一连通柱14的一端部与第二硅片9的第一电极相连；在第一连通孔14-1的另一端部(伸出第一硅片2背面的端部)形成第一焊点1，用于连接外部电路；在第二连通孔13-1中注入锡浆形成第二连通柱13，使得第二连通柱13的一端部与第二硅片9的第二电极10相连；在第二连通孔13-1的另一端部(伸出第一硅片2背面的端部)形成第二焊点12，用于连接外部电路。

[0137] 至此，完成了第一保护开关和第二保护开关的封装，形成本发明的混合保护开关。

[0138] 如上所述，通过采用本发明的上述工艺制备的混合式保护开关，是一种紧凑、稳健的电路保护器件，实现了混合式保护开关的功能。所述开关采用MEMS技术制造，可大幅度降低制备成本，制备的开关轻薄、体积小，具有贴片式的结构特征。所制备的开关可广泛应用于超薄电池(如超薄锂电池)的保护电路。

[0139] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。