CN102668729B - 电子元器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子元器件（1），它具有在热过载时响应的、集成的且使得流过元器件（1）的电流中断的保护装置（3）。所述电子元器件（1）的特征在于，所述保护装置（3）具有通过固有弹性可处于预应力作用下的、在预紧状态时处于安装位置并且在松驰状态时处于电流中断位置的电接头（4）。此外，本发明还涉及一种电的线路装置（10）以及一种用于装配线路基片（11）的方法。

Description

电子元器件

本发明涉及一种电子元器件，该电子元器件具有在热过载时响应的、集成的、且使得流过元器件的电流中断的保护装置。

现有技术

由现有技术已公开了这种类型的电子元器件。这种元器件总是如此设计的，即它可在一定的温度范围之内运行而不受损坏。由于流过元器件的电流、或者通过其它外部的作用，所述元器件会发热。当元件器的发热超过一定的温度值时，元器件会受到损害。这种状态人们称之为热过载。在出现这种热过载时，元器件的保护装置应中断流过该元器件的电流。例如DE 197 52 781 A1描述了一种用于保护电元器件的电路装置。在这种电路装置中设置了一种保护装置。具有保护装置的元器件具有两个外部的电接触部位或者说触点。通过这些接触部位使得元器件可与外部进行电连接。在第一状态时，元器件是如此形成的，即两个接触部位分别如此电连接，即电流可流过该元器件。通过内部的或者外部的热作用，并且由于具有不同的热膨胀系数的多层结构，元器件的壳体发生机械变形，并且呈现第二种状态，在这种状态中至少一个接触部位不能电连接，这样电流就不能流过所述元器件。保护装置直接由于热作用而起作用。

本发明的公开

与之相比，具有权利要求1特征的电子元器件具有下述优点，即在热过载时流过元器件的电流由于弹簧预应力而中断，而没有必要由于元器件的变热而机械变形。这是根据本发明达到的，其做法是：所述保护装置具有通过固有弹性可处于弹簧预紧作用下的、在预紧状态时处于安装位置而在松驰状态时处于中断电流的位置的电接头。所谓的“电子元器件”应理解为电子技术中的这样的电元器件，例如二极管、晶体管、电阻或者电容器。也可以是一些无源的元器件，它们既没有强化作用，也没有控制功能。也应该将这样一些元件理解为有源的元器件，即它们具有加强作用和/或控制功能。在这种情况中，明确地讲“电子元器件”不应理解为两个触点之间的纯的电连接，例如导线或者电保险丝。在根据本发明的元器件中电接头的特征在于固有弹性。这就是说，电接头至少局部地由弹簧弹性的材料制成，并且可弹性变形。通过这一措施，所述接头可预紧，并且保持在预紧的状态中。在卸载后它呈现它的原来的形状。这叫做“松驰状态”。在预紧状态中，接头位于所谓的“安装位置”中。这是这样的位置，即在此位置中电流应该能流过已安装的接头。所述电接头是如此设计的，即它在松驰状态时占有一种电流中断位置。也就是说，在这个位置中电流不能流过该电接头。通过这一措施，即可使接头处于弹簧预应力之下，也就是可预紧的，即可实现这两种状态。

本发明的一种改进方案规定，所述接头是元器件的从外部可电连接的连接元件，或者是内部的、特别是从外部不可接触的连接元件。这样就可将所述接头设计成一种从外部可电连接的连接元件，例如设计成连接支腿（Anschlussbein）。这可用于将元器件向外部进行电连接。但是这个接头也可以是一种用于在元器件的内部进行连接的内部的连接元件。在这种情况中，这个连接元件特别是从外部接触不到的。这点优选地通过下述措施可达到，即元器件具有壳体，这个壳体完全地包围着所述接头。然而必须始终保证这个接头可以占据所述电流中断位置。

本发明的一种改进方案规定，作为内部的连接部件设计的、并且占据了所述安装位置的接头借助于可热脱开的电连接装置与元器件的电的配对接头相连接。这就是说可以规定，元器件具有配对的电接头，所述接头与这个配对接头相连接。通过使得接头位于安装位置之中，即进行预紧，并且借助于可热松开的电连接装置与所述电的配对接头相连接，那么就在热过载时该接头保护着元器件。为此，应如此地设计这个可热松开的电连接装置，即在热过载时它不再能使所述接头和配对接头固定连接。直到这时处于安装位置之中的电接头在连接松开之后由于它的固有弹性（Eigenfederung）而处于松弛状态，也就是处于所述电流中断位置。这样就保证了在接头和配对接头之间不会有电流流过。

本发明的一种改进方案规定，所述连接装置是一种软钎焊连接。这种软钎焊连接是一种可热松开的电连接，这种连接由于加热到一定温度就会脱开。这与所使用的焊料有关。在这种情况中可如此地选择焊料，即在所述温度范围中它是固体的，并且保持为固体，在这个温度范围中元器件不会热过载，这样就存在固定的连接。而在热过载范围时焊料熔化，这样，所述连接就松开。

本发明的一种改进方案规定，为了使它占据预紧状态所述接头至少局部地弹性弯曲。通过所述接头的弹性弯曲，这个接头就可从松弛状态转变到预紧状态中。所述弯曲是所述接头的形状变化，通过这一措施在弹簧预应力的作用下接头进入到预紧状态中。

本发明的一种改进方案规定，可取下的固定装置被固定在元器件上。所述固定装置将接头保持在安装位置中。为了使接头保持在安置位置中，必须连续地给这个接头施加一种力或者将其固定。否则由于所述固有弹性它会转变到松驰状态中。为此原则上讲下述做法已经足够了，即这个固定装置只是在接头的区域上给它施加一种力，这样，这个接头就被保持在安装位置中。优选地如此地设计所述固定装置和/或接头，即这个固定装置由于弹簧预应力而保持在接头上。

本发明的一种改进方案规定，接头具有U形的弹性区域，这个弹性区域在安装位中被固定装置包围，或者被张开。当接头具有U形的弹性区域时，由于固有弹性，使得所述接头可以在松驰状态时占据进一步张开的U形形状，确切地说是V形形状，或者是进一步封闭的U形。当接头的准确的U形状相应于安装位置时，所述固定装置包围或者张开这个U形区域，为的是将这个接头保持在这个位置中。

此外，本发明还涉及一种电的线路装置，它具有按照前述实施形式所述特征的电子元器件和线路基片，所述线路基片具有至少一个电接触部位或者说电触点。这个线路装置的特征是，元器件的位于安装位置中的接头借助于可热脱开的电连接装置与所述接触部位连接，并且元器件的至少一个不属于接头的区域固定在线路基片上。通过下述措施，即元器件利用接头以及元器件的另一不属于该接头的区域固定在线路基片上，就保证了即使接头与接触部位的连接脱开时，元器件的另一区域还与线路基片连接着。在这种情况中下述情况就不重要了；这种固定可热脱开和/或导电。在线路基片和元器件之间也可以是形状适配的固定或者传力的固定。如此地与线路基片相连接的元器件也是位置固定地与线路基片连接的。当电子元器件热过载时，在接头和接触部位之间的可热脱开的连接由于对于元器件的加热、以及随之出现的对于连接的加热而脱开。因此所述接头不再固定在安装位置中，由于弹簧预应力而松驰，并且处于电流中断位置，这样，这种连接在电和机械上都分开了。因此在接触部位和接头之间就不再有电流流过了。

本发明的一种改进方案规定，接头平置在接触部位上。例如通过接头的下侧面与接触部位的上侧面的接触就保证了在松驰状态时接头处于电流中断位置，而不会例如通过接触部位而产生物理堵塞。因此下述做法也是优选的，即电子元器件是一种SMD，也就是一种可表面安装的元器件。

本发明的一种改进方案规定，连接装置是一种软钎焊连接。软钎焊连接是一种典型的、有利的和可容易实现的连接，它是可热松开的并且导电。除此之外，流体的软焊条很容易凝固，这样很快便能出现固定的连接。此外，这样一种连接适合于通过自动机产生的线路装置。

本发明的一种改进方案规定，连接装置是一种能导电的粘接连接。特别是一种大面积的连接可比较容易地作为粘接连接来产生。此外粘接连接还具有某种弹性，由此可很好地补偿这种连接的机械应力。

此外，本发明还涉及一种用于给线路基片装配特别是按照前述设计方案所述的电子元器件的方法，其中，电子元器件的电接头与线路基片的接触部位进行电连接。这种方法的特征在于，将元器件的接头设置在安装位置中，并且借助于可取下的固定装置保持在这个位置中；所述接头借助于一种可热松开的电连接装置与所述接触部位连接；在连接装置硬化之后取下固定装置；并且在将接头设置到安装位置中之前或者之后，或者在产生连接装置之前或者之后将元器件的不属于接头的区域固定在线路基片上。使得所述元器件的接头首先从它的松驰状态进入到一种预紧状态，即安装位置中。为了保持这种位置，将可取下的固定装置设置在该元器件上。在这些工作步骤之前或者之后将该元器件如此地设置在线路基片上，即这个接头在安装位置中紧贴在这个接触部位上，或者直接设置在这个接触部位上方。在这种情况中，所述接头必须如此近地设置在这个接触部位上，即二者借助于可热脱开的电连接装置可固定连接。当完成了这种连接之后，并且这种连接硬化了或者固化了之后，就取下这个固定装置。附加地将元器件的不属于接头的区域固定在线路基片上。这可在将接头设置到安装位置中之前或者之后进行，或者在产生所述连接之前或者之后进行。在这种情况中只需要注意的是，在这两个部件、即接头和元器件被固定之前，这个接头位于安装位置之中。只有在安装位置中，这个接头、即作为保护装置在热过载时才响应，并且中断流过元器件的电流。

下面借助于在附图中示出的一些实施例对本发明进行更加详细的说明，但这并不构成对本发明的限制。

附图示出：

图1：电子元器件的透视图；

图2：具有电子元器件和线路基片（Schaltungssubstrat）的电的线路装置的透视图；并且

图3：具有电子元器件和线路基片的电的线路装置的横截面图。

图1示出了一种电子元器件1的透视图，在此示出了可表面安装的金属-氧化物-半导体-场效应晶体管（MOSFET）。这个金属-氧化物-半导体-晶体管具有壳体2、设计为保护装置3的电接头4、第一触点5以及第二触点6。接头4示范性地位于松弛状态中，也就是在电流中断位置中。至少局部地由弹簧弹性的材料所制成的接头4由于固有弹性可以处于弹簧预应力之中。这一方面可能是，接头4进入到这样一种位置中，即在这种位置中所述接头4的形状基本上与第一触点5的形状相当。由于所述固有弹力，所述接头4保持不住这种预紧位置。只要没有力对接头4施加作用，那么它总是保持图1中所示出的形状，也就是松弛状态。另一方面，也有可能使得这个接头4从所示出的松驰状态进一步地向左并且向上运动，这也相当于一种预紧状态。也由于所述固有弹力而不能保持这种预紧位置。

接头4在此作为元器件1的可从外部进行电连接的连接元件。这个连接元件用于将所述元器件1与在此未示出的其它部件连接起来。第一触点5和第二触点6也是从外部可电连接的连接元件。接头4在此示范性地是MOSFET的一源触点。第一触点5是门触点（Gate- Kontakt），第二触点6是漏极触点或者说漏极接点（Drain- Kontakt）。接头4在前端部7具有接触段8。电接头4的导线段9朝元器件1的壳体2方向与它连接。这个接触段8用于使得所述接头4借助于连接装置可与其它的部件连接。在这个实施例中，导线段9具有弹性特性，且具有弯曲的形状。整个接头4由能导电的材料制成。因此这个接头4同时是向外可连接的接头部件和保护装置3。

图2示出了具有设置在线路基片11上的电子元器件1的线路装置10。相同的和功能相同的部件设置相同的附图标记，因此，在这方面请参考图1的说明。

线路基片11具有电触点13、第一焊接垫13和第二焊接垫14。

此外，在图2中还示出了固定装置15处于一种状态之中，在这种状态中这个固定装置没有与元器件1共同作用。接头4 U形地处于预紧状态之中，也就是处于安装位置之中。例如可以如此地设置，即导线段9处于松驰状态中，如第一触点5一样直线地延伸，或者如图1所示的那样，基本上具有进一步张开的U的形状。为了保持所述安装位置，必须给接头4施加一种力，为的是不会由于固有弹性而处于松驰状态。例如可通过下述措施施加这样一种力，即将固定装置15放置到接头4上。在此是如此地示出这个接头4的，即它在导线段9的区域中基本为U形设计。当这个接头4处于松驰状态中而呈现进一步打开的U形、确切地说也就是V形，那么在此示出的具有矩形的空隙的固定装置15适合于使接头4保持在预紧状态之中。为此必须将这个固定装置15扣到接头4的U形弯曲的导线段9上。也可以设想，这个固定装置15仅仅是点式地给接头4施加一种力，这样就使得这个接头保持在安装位置之中。此外，这个固定装置必须只如此程度地可取下或者可拆开，即在安装之后它不妨碍接头4呈现松驰状态，也就是电流中断位置，以便不影响保护装置3的保护作用。因此也可以如此地设计这个固定装置15，即它持续地与元器件1的一区域相连接。在这种情况中仅仅需要的是，它既可占据使得接头4固定的位置，也可占据不固定的位置。

接头4的接触段8接触线路基片11的电触点12。由于接触段8和触点12的接触，所以在二者之间电流可以流动。但是不存在这样的连接：通过这种连接使得所示出的位置得以固定。

第一触点5位于第一焊接垫13上，第二触点6位于第二焊接垫14上。在此，由于触点5或6与焊接垫13或14的接触，一种电流也可以流动。然而不存在固定的连接。

图3示出了具有电子元器件1和线路基片11的电的线路装置10的横截面图。相同的部件和功能相同的部件采用相同的附图标记。在这方面请参阅前面的说明书。

在图3里所示的实施例中，电子元器件1设置在线路基片11上。固定装置15如此地放置在接头4的导线段9上，或者如此地围住这个导线段9，即它将接头4保持在安装位置中。

接触段8平放在电触点12上，并且附加地通过可热脱开的、能导电的连接装置16与这个触点连接。这个连接装置16例如可以是一种软钎焊连接、或者也可以是一种可热脱开的、且能导电的粘接连接。

在此所示出的实施例中，将元器件1的不属于接头4的另一区域固定在线路基片11上。在此，即第二触点6借助于固定装置17与第二焊接垫14连接。在此所示出的实施例中，下述做法是有意义的：即这个固定装置17是一种能导电的连接装置，因为在第二触点6—它是元器件1的漏极触点—和第二焊接垫14之间应有电流流动。然而对于本发明来说下述做法并不重要，即固定装置17是一种在元器件1和线路基片11之间的能导电的连接。因此也可以使得元器件1的不能导电的区域与线路基片11连接。这例如可通过一种形状适配连接或者也可通过一种不导电的粘接连接来实现。通过元器件1的这个不属于接头4的区域—该区域固定在线路基片11上—就排除了在元器件1和线路基片11之间的相对运动。这样，元器件1就不会丧失与线路基片11的连接，由此在线路基片11的其它一些区域中或者在元器件1的周围就会形成不可控制的短路。

此外，位于线路基片11上的元器件1的附加的固定装置17用于使得已安装的接头4不能占据所述电流中断位置。当不设置附加的固定装置17时，这例如通过在线路基片11和元器件1之间的相对运动是可能的。在没有固定装置17时，用于这种相对运动的能量来自接头4的弹簧应力。然后，虽然这个接头4仍然与触点12固定地连接，但不是在预紧状态中，而是在松驰状态中。因此，保护装置3不起作用。

通过在电的线路装置10中利用具有集成的保护装置3的元器件1可以产生多个优点：不必设置用来保护所述元器件1免遭热过载的附加的热熔断器。通过这一措施，即保护装置3直接集成到应受保护的元器件1中，也就使得在元器件1和保护装置3之间不存在空间上的分离。由于空间的布局，使得所述集成的保护装置3的释放极限（Auslösegrenze）要比附加的热熔断器的释放极限的设计更为简单。在这种附加的热熔断器中，常常要将到应该受到保护的元器件的距离计算在内。因此，同时避免由于空间上的分离所造成的错误释放。

此外，可为线路装置10使用一种更小的线路基片11，因为使用具有集成的保护装置3的单个的元器件1所占用的空间比元器件1和附加的热熔断器要小。在这种情况中，元器件1的这个保护装置3不仅用于保护元器件1免遭由于流过该元器件1的电流所造成的热过载，此外，当存在外部的热过载时，也可中断流过元器件1的电流。

下面讨论所述电子元器件1的功能：当在图3中所示的实施例中从接头4上取下固定装置15时，这个元器件1仍然处于预紧状态。通过下述措施保持这个位置：即这个元器件1一方面在接触段8上另一方面在不属于接头4的另一区域上—在此例如是第二触点6，与线路基片11相连接。通过接触段8与线路基片11的触点12相连接，使得电流可在触点12和接头4之间流动。

假若现在由于流过元器件1的临界电流或者由于外部的其它临界的影响而出现元器件1的临界加热（kritische Erwärmung），那么在此所示出的连接装置16、例如软钎焊连接由于热作用而可能熔化。已经是流体的钎料在接头4和触点12之间就不是固定连接16了。因为这个元器件1是作为可表面安装的元器件设计的，所以这个接头4仅是借助于连接装置16固定在线路基片11上。此外，不存在对于接头4变形进行限制的固定装置。由于在导线段9的区域中的接头4处于弹簧预应力之下，并且在接触段8和触点12之间的流体钎料不是固定的连接，所以在这之前预紧的区域松驰了，并且接头4处于电流中断位置。这样，流过元器件1的电流中断。为此需要使得固定装置17阻止在元器件1和线路基片11之间的相对运动。为此可以规定，这个固定装置17不能热脱开；或者在固定装置17热脱开时为了使固定装置17松开而需要比在连接装置16的情况时更为强烈的加热。通过元器件1的继续存在于线路基片11上的固定装置17，也就不存在元器件1与一些可能设置在元器件1周边的其它部件相接触的危险。通过这一措施就防止了触发一种短路。

Claims (11)

1.电子元器件（1），具有在热过载时响应的、集成的、且使得流过电子元器件（1）的电流中断的保护装置（3），其特征在于，所述保护装置（3）具有通过固有弹性能处于弹簧预应力作用下的、在预紧状态时处于安装位置并且在松弛状态时处于电流中断位置的电接头（4），其中能取下的固定装置（15）固定在电子元器件（1）上，所述固定装置将电接头（4）保持在安装位置中，其中电接头（4）具有U形的弹性区域，这个区域在安装位置时被固定装置（15）包围，或者被张开。

2.按照权利要求1所述的电子元器件，其特征在于，电接头（4）是电子元器件（1）的从外部能电连接的连接部件，或者是内部的连接部件。

3.按照权利要求2所述的电子元器件，其特征在于，作为内部的连接部件构成的、且占据安装位置的电接头（4）借助于能热脱开的电连接装置（16）与电子元器件（1）的电的配对接头相连接。

4.按照前述权利要求中的任一项所述的电子元器件，其特征在于，连接装置（16）是一种软钎焊连接。

5.按照权利要求1至3中的任一项所述的电子元器件，其特征在于，电接头（4）为了占据它的预紧状态，至少局部地弹性弯曲。

6.按照权利要求1所述的电子元器件，其特征在于，电接头（4）是电子元器件（1）的从外部不能接触的连接部件。

7.电的线路装置（10），具有按照前述权利要求中的任一项或者多项所述的电子元器件（1）并且具有线路基片（11），该线路基片具有至少一个电触点（12），其特征在于，电子元器件（1）的位于安装位置中的电接头（4）借助于能热拆开的电连接装置（16）与触点（12）相连接，并且电子元器件（1）的至少一个不属于电接头（4）的区域固定在线路基片（11）上。

8.按照权利要求7所述的线路装置，其特征在于，电接头（4）平置在触点（12）上。

9.按照权利要求7或8所述的线路装置，其特征在于，连接装置（16）是一种软钎焊连接。

10.按照权利要求7或8所述的线路装置，其特征在于，连接装置（16）是一种能导电的粘接连接。

11.用于给线路基片（11）装配按照前述权利要求1至6中的任一项所述的电子元器件（1）的方法，其中，电子元器件（1）的电接头（4）与线路基片（11）的触点（12）进行电连接，其特征在于，将电子元器件（1）的电接头（4）放置到安装位置中，并且借助于能取下的固定装置（15）保持在这个位置中；电接头（4）借助于能热拆开的电连接装置（16）与触点（12）连接；在连接装置（16）硬化之后取下固定装置（15）；并且在将电接头（4）设置到安装位置之前或者之后、或者在产生连接装置（16）之前或者之后，将电子元器件（1）的不属于电接头（4）的区域固定在线路基片（11）上。