CN101404233A - 本体具有槽的熔断器 - Google Patents

Abstract

公开了一种熔断器的结构及其制造方法。熔断器本体被制成为其端部具有槽，允许焊接更大的表面区域以夹紧本体且形成良好的连接。槽与熔断器本体内的中间腔体相连通。此改进主要涉及表面安装熔断器，但由于此类型熔断器在商业上的大量应用，也可应用于任何尺寸的熔断器。

Description

本体具有槽的熔断器

技术背景

熔断器已经成为电路不可缺少的一部分，其能够在电路过载时提供快速保护。如美国专利US4560971公开的那样，很多熔断器都具有相似的部件。熔断器包括熔断器本体、本体内的导体或熔断元件、以及两个端盖或连接到熔断架上的套圈或电路的其它连接部分。当然，这些相同的部件可用于大熔断器和小熔断器中，也可用于高负载和低负载中。然而，随着电路和线路变得越来越小，熔断器也需要减小尺寸。例如，Littelfuse公司的Nano²

系列熔断器，用于非常小的表面安装电路，在该电路中实际上很多部件被印刷在基片上。

当与大熔断器工作时，组装熔断器相对简单。熔断元件及其本体可能有几英寸长，套圈或其它终端的直径可能有1/2英寸(大约1.3厘米)或更长。用手或工具将这些部件安放在一起相对简单而且容易完成。然而，当整个熔断器的尺寸大幅减小时，例如用于表面安装设备的熔断器，困难就会增加。上述系列的很多熔断器的长度小于1/2英寸(大约1.3厘米)，可能在宽度和深度上都只有1/8英寸(大约0.3厘米)。这些小尺寸有必要符合表面安装技术中的线路规模。

在这样的小尺寸等级上安装可靠的熔断器是具有挑战性的，主要是由于可靠性要求高，同时熔断器的尺寸和它的内部连接又小。焊接连接的坚固性和可靠性是熔断器必须内建的非常重要的特征。X射线或其它检测技术或可偶尔发现熔断器差的连接。然而，制造业的趋势并不是检测部件的质量，而是设计一种具有几乎固有可靠性的方法。也就是说，目前的制造方法不断的努力是为了生产始终具有100％可靠性的熔断器产品。当然，熔断器的结构以及熔断器的制造过程可能完全不同于这里描述的方法。例如，US5977860和US6002322描述的熔断器和制造方法。这些专利中描述的熔断器由完全不同的方法制造。

不限制于任何特殊的理论，可以确定的是，目前方法的问题是组装需要应用持续的外部压力和空气压力以便将这些部件可靠地安装和连接在一起。对于第一端盖，目前不存在问题，因为相反端是仍然开放的，以允许气体逃逸。然而，当第二端盖固定后，可以确定的是，制造过程中在熔断器本体内封闭了压缩空气。压缩气体在这两个端盖上施加压力，趋于将它们从熔断器本体移除。为了控制这种情况，外部力和空气压力都被施加。该外部力使得熔断器部件保持在一起而外部空气压力将会平衡熔断器内的压力，并阻止从熔断器组件上脱焊。该方法的这个部分对于获得可靠的连接来说是重要的，但是不容易持续控制。在操作过程中的任何不期望的改变都能导致差的连接。

本发明针对的是为了通过改进的熔断器组件和更好的方法来解决这个问题。

发明内容

本发明有很多实施例。一个实施例是一种熔断器。该熔断器包括具有两个端部的中空的本体和在两个端部上的至少一个槽，槽和中空本体的中间空腔构成了一个连续体，其容许气体或空气从本体的中间腔到本体的外表面通过，一个金属元件贯通本体，并且两个端部都有一个金属盖与电线电气联通，其中当熔断器安装后，槽闭合而且中间腔不与本体的外表面联通。该金属元件可能是金属线。

另一个实施例也是一种熔断器。该熔断器包括一个具有内表面的中空本体，该本体有两个端部并且每个端部上至少有两个槽与该内表面连通，一根金属线贯穿中空本体延伸，每一端部上焊接有一个金属盖，并且金属盖连接到金属线上。

再一个实施例也是一种熔断器。该熔断器包括一个具有内表面的中空陶瓷本体，该本体有两个端部，至少一个槽在至少一个端部上，该至少一个槽从内表面到端部外表面延伸，一个金属元件贯穿本体，并且本体的每一端都密封有一个金属盖。

另一实施例是一种制造熔断器的方法。该方法包括提供具有第一和第二端部的中空熔断器本体的步骤，并且一槽在至少一个端部上，该至少一个槽与中空熔断器本体的中间腔连通，将本体接合到第一端部的第一金属盖上，将一金属元件连接到第一金属盖上，金属元件贯穿本体，并且将第二金属盖结合到金属元件上和第二端部上。

这里描述的附加的特性和优点，将在接下来的详细描述和附图中清楚地显示。

附图说明

附图1示出了具有带有槽的中空熔断器本体的熔断器的第一实施例；

附图2-3示出了具有槽的中空熔断器本体的另外的实施例；

附图4是用于制造具有槽的中空熔断器本体的熔断器方法的流程图；和

附图5-6示出了具有槽的中空熔断器本体的另外的实施例。

具体实施方式

本发明有很多实施例，这里示出和描述的实施例仅是其中的一些例子。具有中空开槽本体的熔断器被优选用于表面安装型应用，因为这些熔断器容易适用于大规模制造技术。在一些实施例中，这里示出的熔断器相当小，例如，大约11毫米长(大约0.4英寸)并且横断面基本为正方形、具有圆角的正方形、圆形、矩形、或者具有圆角的矩形，本体的宽度/深度大约为2.9毫米且盖的宽度/深度大约为3.1毫米。也可能使用其它尺寸。为这些熔断器准备的焊接垫优选为两个矩形垫，其宽3.4毫米且长3.2毫米，这样两个垫都能装入长为12.6毫米(大约1/2英寸)的长度。也可用到其它尺寸和配置。

附图1示出和描述了第一实施例的熔断器。熔断器10包括一个中空陶瓷本体12。陶瓷本体12是一个狭长的管道，该管横断面具有外部形状为圆角正方形，以及该管具有圆形横断面的内部12a。内部12a在本体12长度方向沿着纵向轴A延伸，且本体末端12b包括横向槽12c。这个例子中的槽从内部12a到外侧表面延伸。该熔断器还包括一个具有螺旋弹簧形式的内部线14。该弹簧通过每一端上的焊料(solder)18固定到端盖16上。焊料18具有焊接圆顶的形式，其每一端单独形成并在力和压力下形成该圆顶。一旦端盖焊接或密封至陶瓷本体上，槽被该端盖覆盖并至少由锡焊料、铜焊料或类似物填充，以基本上密封住该装置。内部分或腔体12a可替换为其它希望的形状，例如正方形，矩形，三角形，优选带有圆角的。

中空本体优选为陶瓷，例如铝氧化物、氧化铝，但是可替换为由莫来石或其它绝缘的、便宜的和可得到的材料制成。该本体还可能由玻璃陶瓷材料、玻璃或实质上任何不导电的能在本申请中应用的材料制得。甚至能使用塑料或玻璃纤维本体，只要该材料能够承受焊接温度或者其它过程中产生的温度，其他过程典型地包括印刷电路板的制造，尤其是表面安装型印刷电路板。该端盖是镀银的铜器，但为了良好导电并易于焊接，也可以是镀金、镀锡/铅或镀其它适当的材料。应使用适合本应用和使用的温度的焊料。虽然软焊被明确的优选，但在用于应用高温的情况下，也可使用其它连接的方法，例如，熔焊和铜焊。

除附图1所示的实施例外，也可使用其它结构的开槽本体，如图2-3所示。图2中，中空本体20具有为圆正方形的外部形状22和圆柱形的内部表面24，即，其横断面为圆形。当然，在其它实施例中，内表面的横断面可以为正方形、矩形、圆角正方形、圆角矩形等。该中空内部分延伸至两端部26。这些端部具有槽28，其从该内部分到外表面22延伸并连通。在该例中，槽与本体的纵向轴线A成一个角度，然而在附图1所示的实施例中，槽沿着本体的纵向轴线延伸。在试验中已经发现使用这种成角度的槽使得在端盖与本体之间的连接强度增加。

不限于任何特殊的理论，可以确定的是，当安装和连接第二盖时，槽使得中空本体内的气体从本体中逃逸。如接下来所描述的，该方法包括在连接过程中施加压力。如果在软焊流程已经完成后压缩气体仍滞留在本体中，压缩气体将迫使盖离开本体进而导致连接变差。可以确定的是，在软焊过程中槽允许气体逃逸，因而消除了封闭住压缩气体的问题。因此，仅熔断器的一个端部需要具有槽，即是被结合和软焊的端部。然而，在现代大批量生产和材料搬运技术中，对准熔断器本体将很慢使得首先封闭和软焊不具有槽的端部而然后再封闭和软焊具有槽的端部。因而，人们认为，即使具有单个槽具备优点，但是每一端部都具有槽是更易于操作的。

正如提到的，人们认为，提供槽的目的是为了允许空气从空腔中心逃逸。因而，槽需要连接内中空到熔断器本体的外部。附图3示出了满足该要求的另一实施例。中空熔断器本体30具有一个中间圆柱腔体或空隙32和一个外部表面34。中间腔体32延伸至两端部36。接近这些端部，槽38连接到中间腔体32，在中空熔断器本体内部和外表面形成一个连续区域。值得注意的是，其它实施方式迄今也描述了在中空熔断器本体内部和外表面形成了一个连续区域。当然，一旦组装和软焊完成后，槽就被填充且该连续区域现在被端盖覆盖并至少部分被填充焊料，然后结束。

很多熔断器带有新开槽的本体熔断器已经被制造并测试。为了在安装到印刷电路板过程中或之后形成一个无机械故障的熔断器，在盖和本体之间的连接强度期望能够承受至少21bs的轴向力。用于不带槽的本体的盖的平均压力大约为3.51bs。然而，即使以这样优良的性能，在安装到印刷电路板的过程中外面的部分仍可能会出故障，或者在其后的使用中出故障。以一个平均拉力大约9.51bs的试验测试附图1的实施例。以一个平均拉力大约为10.51bs的试验测试附图2的实施例。在X射线检测中，制有开槽本体的熔断器在盖和本体之间的外表焊接点更加均匀。而且，典型地，本体内的螺旋线沿着熔断器本体纵向轴线显示出更好的排列。最后，测试迄今，在安装到电路板的过程中和之后这些开槽的熔断器都没有实质性的破裂。

附图4示出了制造应用该新开槽本体熔断器方法的流程图。为了将第一端盖连接到熔断器本体上，焊料被布置在一个倒置熔断器盖中，其被加热来融化40和分布焊料。然后熔断器本体和线布置41和按压42进融化的焊料中，大约800克压力位于熔断器本体的端部。然后在冷却室中用大约16-22psi被冷却43以形成焊接圆顶。

然后焊料被安放44到第二端盖且融化，并在大气压下应用加热45以连接熔断器本体另一端部到第二端盖上。现在，配属有熔断线和两端盖的本体冷却室中在大约16-22psig冷却下46以固定连接并形成熔断器。这个过程持续大约1-2分钟。接下来，抽样测试47熔断器个以保证连接的电气连续性和强度。样品还可能经受X射线或遭受其它非破坏性测试以确保内部连接的强度和质量。

熔断器实施例的形状并不限于上述直的、轴向的实施例。如附图5-6所示，其它的实施例一般可具有L或者C的形状。在图5中，熔断器50具有形状为大写字母L的熔断器本体。该熔断器包括第一熔断器本体长度51和至少大致垂直于第一熔断器本体长度的第二熔断器本体长度52。熔断器包括中间腔体53和从内腔连通到外部的槽54。如上述实施例讨论的那样，组装后，端盖(未示出)连接至一熔断线(未示出)。

附图6示出了另一实施例，具有C形状的熔断器本体60。陶瓷本体60可能如所示的那样由两半61，62制成，然后再通过软焊、熔焊或其它连接技术组装。在该实施例中，部分61比部分62具有稍大的宽度和深度，以便将部分62插入到部分61中。这两半包括中间腔体63、64，以及在熔断器内腔区域与熔断器的外部连通的槽65、66。在其它实施例中这两半可以是相同尺寸。

可以理解的是，对这里描述的优选实施例进行的各种改变和修改对于本领域技术人员来说都是显而易见的。例如，很多实施例示出了四个槽，每个端部各具有两个，这些槽与熔断器本体纵向轴成直角。已经指出，有角度的槽在使用中具备优点。在其它实施例中，每一端部可能有三个或四个槽，这些槽可能通过在熔断器本体的角部，而不是所示的那样跨越它们。这里示出的槽比较宽，然而在一些实施例中，槽仅比用于熔断器的线的宽度或者用于熔断器的熔断元件的宽度宽一点。这可能便于在制造过程中在本体内保持焊料，易于形成焊接圆顶。槽本身的横断面也可能为圆形、圆形的一部分、圆角矩形、圆角正方形、圆角梯形或圆角平行四边形，甚至为三角形。

这些改变或修改是在不脱离本发明的精神和范围，并且不减小期望的优点下作出的。因此这些改变和修改都包括在附加的权利要求中。

Claims (23)

1、一种熔断器，包括：

具有两端部的中空本体，两个端部上至少有一个槽，这些槽和该中空本体的中间腔体构成了连续体，该连续体容许气体或空气从中间空腔到本体外表面通过；

贯通本体的金属元件；和

两端上与金属元件电气相连通的金属盖，其中当该熔断器被安装后，这些槽闭合且中间腔体不与本体的外表面相连通。

2、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，至少一个槽与该本体的纵向轴成一角度。

3、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，该金属盖还包括焊料。

4、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述本体的横断面具有大体形状为圆角矩形、圆角正方形、圆角三角形，或为圆形。

5、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，这些槽延伸至该本体的至少一侧的外表面。

6、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，该本体是由包括陶瓷、玻璃、玻璃纤维和塑料的组中选择的材料制成的。

7、如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，这两个端部位于中空本体的纵向轴的相对端部。

8、一种熔断器，包括：

具有内表面的中空本体，该本体具有两个端部，且至少有两个槽在每一个端部上与该内表面相连通；

贯穿中空本体延伸的金属线；和

每一端部上焊接的金属盖，且这些金属盖被连接到该金属线。

9、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，这些槽在本体内延伸且没有到达本体的外侧表面。

10、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，当熔断器安装后，这些槽闭合且该内表面不与熔断器外侧连通。

11、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，本体的横断面具有大体形状为圆角矩形、圆角正方形、圆角三角形、圆形或半圆。

12、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，至少一个金属盖上的软焊包括软焊圆顶形式的焊料。

13、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，该金属线贯穿至少一个金属盖以形成一条轴心引线。

14、如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，这些槽的宽度与该金属线的直径大致相同。

15、一种熔断器，包括：

具有内表面的中空陶瓷本体，该本体具有两个端部，至少一个槽在至少一个端部上，且所述至少一个槽从该内表面延伸到端部的外表面；

贯穿该本体的金属元件；和

密封到该本体每一端的金属盖。

16、如权利要求15所述的熔断器，其特征在于，该至少一个槽还延伸至该本体的至少一侧部的外表面。

17、如权利要求15所述的熔断器，其特征在于，这些密封的端部不允许在该本体内表面与该熔断器的外部之间气体通过。

18、如权利要求15所述的熔断器，其特征在于，这些盖的宽度或直径比该本体的宽度或直径大。

19、一种制造熔断器的方法，该方法包括：

提供具有第一和第二端部的中空熔断器本体，和在至少一个端部上的槽，该至少一个槽与该中空熔断器本体的中间腔相连通；

将该本体接合至该第一端部上的第一金属盖；

连接一金属元件至该第一金属盖，该元件贯穿该本体；和

将第二金属盖接合至该金属元件和该第二端部。

20、如权利要求19所述的方法，进一步包括在至少接合的第二步骤期间施加力以迫使金属进入具有槽的端部。

21、如权利要求19所述的方法，进一步包括在该连接步骤与接合的第二步骤之间翻转本体。

22、如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述接合步骤是通过焊料完成，且进一步包括在该第一和第二金属盖内部形成一个软焊圆顶。

23、如权利要求19所述的方法，其中该方法生产出一种在本体中空内部分与熔断器外部之间不允许气体连通的密封的熔断器。

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