臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用濕蝕刻製程技術在環氧玻璃感光電路板上製作微銅保險絲。保險絲結構尺寸長為600μm，寬為80μm，銅層厚度為30μm。
在數值模擬研究中，利用ANSYS軟體對保險絲輸入不同的電壓來預測溫度的變化。微保險絲經由控制蝕刻時間來獲得不同的截面積。實驗時，輸入電源以0.1安培電流為增加間隔，一直輸入到保險絲之熔斷電流，並擷取保險絲的特性變化。
實驗結果顯示量測溫度和模擬的數據一致。且所製作三種額定電流1.15安培、1.60安培及 2.10安培之微保險絲，在額定電壓3.6伏特中皆測試通過國際標準安全規格。

In this study, a micro copper fuse was developed on glass epoxy plate by wet etching technology. The fuse structure has a length of 600μm and a width of 80μm.The thickness of the copper layer is 30μm.
Numerical simulation was studied with ANSYS software to predict the temperature distribution of micro fuse with variation of input voltage. Different cross-section area of micro fuse was obtained from controlling etching time. The characteristic of the fuse were evaluated experimentally by input power to its blowing current with an increment of 0.1A.
Measured temperature showed a good agreement with the simulation data. Under safety standard test requirement, the normal rated current of the design micro fuses are 1.15A, 1.60A and 2.10A at an input voltage of 3.6V.

總目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
總目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
符號說明 Ⅹ
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 5
1.3 文獻回顧 7
1.3.1 國內相關研究 7
1.3.2 國外相關研究 10
第二章 基本簡介 14
2.1 簡介 14
2.1.1 目的 14
2.1.2 組成 14
2.1.3 重要性 15
2.1.4 安全規格 18
2.2 工作現象說明 19
2.2.1 熱力學第一定律 19
2.2.2 輸入能量 20
2.2.3 輸出能量 23
2.2.4 工作現象 25
第三章 數值模擬分析 27
3.1 電腦輔助模擬分析軟體 27
3.1.1 計算機輔助工程技術 27
3.1.2 ANSYS軟體特點 27
3.1.3 分析流程 29
3.2 數值分析 30
3.2.1 前處裡 30
3.2.2 求解分析 31
3.2.3 後處理 32
第四章 實驗製程與測試 35
4.1 實驗設備 36
4.2 製程步驟 41
4.3 測試步驟 44
4.3.1溫度及電壓測試 44
4.3.2熔斷時間測試 46
第五章 結果與討論 47
5.1 尺寸與蝕刻時間的關係 47
5.2 溫度、電壓與電流的關係 49
5.3 熔斷時間和安全係數 59
第六章 總結與未來建議 63
6.1 總結 63
6.2 未來建議 64
參考文獻 66
附錄 一 元素參數 69
附錄 二 邊界條件 70
附錄 三 量測端電壓值 73
附錄 四 結構部份溫度值 76

圖目錄
圖1 保險絲的熔斷時間比較圖 2
圖2 0402型電流與熔斷時間關係圖 5
圖3 RC時間延遲 6
圖4 林甲森研究群製作保險絲的電流量測波形 9
圖5 林甲森研究群製作保險絲的熔斷曲線 10
圖6 D. W. Greve研究群製做出電阻保險絲
（a）oxide isolated fuse（b）etched fuse 11
圖7 D. W. Greve研究群實驗的電流及電壓變化圖
（a）較小功率（b）較大功率 11
圖8 D. W. Greve研究群實驗微保險絲熔斷 12
圖9 D. M. Schneider研究群製做出微保險絲 12
圖10 D. M. Schneider研究群模擬微保險絲的溫度分佈 13
圖11 環境溫度的影響 23
圖12 微保險絲圖案之示意圖 26
圖13熔斷後之微保險絲示意圖 26
圖14 模擬流程圖 29
圖15 ANSYS元素69示意圖 31
圖16 ANSYS元素90示意圖 32
圖17 實體模型 33
圖18 網格劃分 33
圖19 邊界負載 34
圖20 輸入2.1A下的模擬溫度分布 34
圖21 單面光罩對準曝光機 36
圖22 蝕刻機 37
圖23 表面形貌儀（α.step） 37
圖24 電源供應器 38
圖25 探針台 38
圖26 數據擷取機 39
圖27 熱電耦線k型 39
圖28 碼錶 40
圖29 電子掃描顯微鏡（SEM） 40
圖30光罩局部放大圖，圖中單位為μm （結構部分線寬80μm） 42
圖31 製程示意圖 43
圖32微保險絲成品 44
圖33 實驗測試示意圖[a]溫度量測 [b]電壓量測 [c]電壓量測 46
圖34 蝕刻時間和截面積關係圖 48
圖35 量測電壓時的輸出波形 52
圖36 額定電流1.15A下電流和電壓關係圖 53
圖37 額定電流1.60A下電流和電壓關係圖 54
圖38 額定電流2.10A下電流和電壓關係圖 55
圖39 額定電流1.15A下電流和溫度關係圖 56
圖40 額定電流1.60A下電流和溫度關係圖 57
圖41 額定電流2.10A下電流和溫度關係圖 58
圖42 微保險絲熔斷前後 59
圖43 熔斷時間和電流關係圖 62















表目錄
表1 D. M. Schneider研究群實驗的參數值 13
表2 電流與觸電程度的關係 17
表3 一般現象的熱對流係數 24
表4 額定電流下平均實驗溫度和模擬溫度值 52
表5兩倍額定電流下平均實驗熔斷時間 60

參考文獻
1.薩特實業（香港）有限公司 中國保險絲網, “保險絲知識”, http://www.baoxiansi.com/baoxiansichangshi/index.htm.
2.李梓民和Eric, “Cu保險絲的選擇與使用”, http://home.so-net.net.tw/eric_chu/fuse.htm.
3.安都电子有限公司, “保險絲的基本常識” , http://andufuse.nease.net/new_page_8.htm.
4.山東萊鋼鐵集團公司動力部周志敏, “弱電設備的雷電危害分析及保護（一）” , http://www.oaha.net/older/www/xwz/maintxt/02-10-17-2.htm.
5.Littelfuse公司　C．H．Goh, “下一代產品所需的過流和過壓電路保護 Overcurrent and Overvoltage Protecting for New Generation Products”, http://www.chinaecnet.com/sjyy/sj014747.asp.
6.薩特實業（香港）有限公司 中國保險絲網, http://www.baoxiansi.com/tiepianbaoxiansi/tiepianbaoxiansi0402.htm.
7.許宏遠, ”以先進置換法研發奈米級低成本銅導線製作技術 Development of Low-Cost Nanometer Cu Interconnects by a Novel Electrochemical Displacement Technique”, 逢甲大學電子工程學系碩士班碩士論文, 民92.
8.工研院機械所, 林春宏, 吳清吉, 李金揚, 張加強, “電解拋光技術於半導體製程上的應用”, 機械工業雜誌, 246期, P223-P232.
9.D. Maier-schneider, S. Kolb, B. Winkler, W. M. Werner, “Novel Surface-Micromachined Low-Power Fuses for on-Chip Calibration”, Sensors and Sctuators, A 97-98, 173-178, 2002.
10.林甲森, ”保險絲熔斷量測系統之設計Design of Fuse Measurement System”, 聖約翰技術學院電機工程學系, 民92.
11.D. W. Greve, “Programming Mechanism of Polysilicon Resistor Fuses,” IEEE Journal of Solid-state Circuits, Vol. sc-17, No. 2, Appil, 1982.
12.H. A. Schafft, “Second Breakdown- a Comprehensive Review”, Proc.IEEE, vol.55, p. 1272, 1967.
13.張力,馬存雲, “電路保護元件發展與應用”, http://www.chinaecd.net/dzkw/2002-07/1.htm.
14.王棟才, 孔德杰, 王進和, “安全用電用電安全”, http://www.chinarein.com/ndlk/ndqh/web/2001/docs/2001-06/2001-06-19.htm.
15.鄒常軍, “電源系統安全操作手冊「第一講」”, http://www.gongkong.com/tech/class/detail.asp?id=309.
16.蘇省理化測試中心 馮乙引, “貼片式微型保險絲”, 電子工業出版社﹙PHEI﹚, http://www.epc.com.cn/2003/0011/js4.htm.
17.劉百銓, ”熱敏溫阻特性曲線之動態分析Dynamic Analysis of RT Curves for Thermistor”, 淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文, 民90.
18.譯者許志堅, ”電能電學和電子學”, 徐氏基金會出版, 民71.
19.Y. A. Cengel, M. A. Boles, “Fundamentals of Thermodynamics, 1E”, 台北市美商麥格羅.希爾國際公司.
20.F. Kreith and M. S.Bohn, “Principles of Heat Transfer,6E”, BROOKS/COLE, 2001.
21.龔曙光, 謝桂蘭, “ANSYS操作命令和參數化編程一版”, 機械工業出版社, Appil, 2004.
22.陳冠宏, ”兩個垂直集中力分別作用在一個矩形長柱體的頂部表面中心和底部表面中心之解析The Analytical Solutions of Two Concentrated Normal Forces Acting At The Centers of The Top and Bottom Surfaces of A Rectangular Block”, 淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文, 民91.
23.黃梓渝, ”沿軸心加熱之焙炒爐中的熱傳研究The Study of Heat Transfer in the Furnace with an Axial Heating Source”, 淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文, 民91.
24.邱重榮, ”電熱式微致動器疲勞實驗與分析 Fatigue Experiment and Analysis of Electro-Thermal Actuators”, 成功大學工程科學系碩士班碩士論文, 民92.
25.劉君愷, “PCB 設計對電子元件散熱性能之影響”, http://www.eedesign.com.tw/article/Design/circuit_design/circuit_design19.pdf.
26.游振菖, ”探討半導體金屬化製程之金屬鉭薄膜的沉積與化學添加劑對銅沉積之影響 The Study of Magnetron Sputtering Tantalum and the Effect of Chemical Additive on Cu Electroplating”, 中原大學化學工程科學系碩士班碩士論文, 民91.