CN1075902C - 电子元件过热断路装置 - Google Patents

Abstract

一种电子元件过热断路装置是利用电子元件的焊料高温熔融的原理，及封装物质本身的物理特性，达到使电子元件在异常过电流发生时，自动断路。本发明的电子元件中，在其陶瓷体的一电极和其对应的导电脚保持适当距离，两者间藉具有适当溶点的焊料接合并电连接；且封装外壳由在受热升温至接近其燃点时，会软化并释放出气体的材料(例如环氧树脂)所构成。当异常高电流发生时，导电脚与电极间的焊料柱拉断，而使电流断路。

Description

电子元件过热断路装置

本发明关于一种电子元件过热断路装置，特别是有关于一种在电子元件温度过高时可使电路自动切断，以避免电子元件起火燃烧的电子元件过热断路装置。此电子元件过热断路装置可用于多种元件以保证其安全性。

图1为一现有电子元件例如滤波器、正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、陶瓷电容器等在未包覆封装外壳前的状态的分解立体图。图2为图1所示各部分的组合正视图。图3为图1所示各部分的组合侧视图。图4为图1所示装置在包覆外壳后的组合正视图，其中，部分封装外壳被揭除以露出其内部构造。图5为图4所示电子元件的侧面剖视图。图6表示将市售温度保险丝与电子元件陶瓷体的电极焊接形成一体的热断路装置的正视图，其中，部分封装外壳被揭除以露出其内部构造。

首先参照图1至图5，说明现有电子元件的构造。如图1至3所示，现有电子元件除去封装外壳以外的其余部分的构造。其主要包括：一圆片状陶瓷体1，具有电子元件(例如滤波器、正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、陶瓷电容器等)所必备的电气特性；一第二电极22，接合于陶瓷体1的第二侧面；一第一导电脚31，电接合并焊接于第一电极21；一第二导电脚32，电接合并焊接于第二电极22。图4及5显示在图3所示构造外周包覆以保护及绝缘用的封装外壳4后的状态，其中，导电脚31、32用焊料5焊接在电极21、22，外部的封装外壳4由各类树脂或橡胶所构成。

因各类封装物质皆为有机物，故在不同程度的较高温度时皆具可燃性，而其共同的问题则是陶瓷体在使用电压或高于使用电压下，极可能因各种不可抗力因素而导至异常高电流，且其伴随产生的高热经常使得电子元件的温度上升，使电子元件处于不稳定状态，当其温度升高至使已受热变成液态的封装外壳4发生热沸腾时，持续上升的温度超过封装物质燃点时，将使得封装物质起火燃烧，而有引燃周边物体发生火灾的危险，严重危害到使用者与设备的安全。因而存在着各种安全测试规范，要求电子元件或装置该电子元件的设备须在施加各种高电流下，仍能保持正常运作或者自动中断，其目的正是为了敦促生产者导入更具安全性的设计，以防止火灾发生的危险，确保使用者的安全。

一般的设计观念认为使用保险丝即可轻易达到断电的保护作用，但事实上对单一电子元件而言，往往极小的电流即足以使其升温至令其封装外壳点火燃烧的程度，该造成点燃的电流远低于市售电流保险丝的最小规格，亦即无适合的电流保险丝，可确定防止电子元件的燃烧，只有用温度保险丝，才能利用温度过高即形成断路的控制方式来避免电子元件起火燃烧。

有监于此，日本Marcon公司发展出一种复合功能化的滤波器商业产品(即TNR的GF系列产品)。如图6所示，其构造为将市售的温度保险丝60的焊接脚61焊接在陶瓷体1的电极21上并封装成单一元件。此种结构的产品于保险丝一方的导电脚31有时省略不用，视线路设计而定，当该元件于工作中因异常高电流而发热时，高热传至温度保险丝60上，使得温度保险丝60中的低熔点合金融熔形成断路，元件因电流中断而降低温度，以避免起火燃烧的危险，其设计概念虽佳，但其缺点为商业用温度保险丝的成本过高，且另须消耗将温度保险丝逐一点焊于陶瓷体上的加工成本，故售价偏高，一般使用者接受程度极低。此外，亦有滤波器的使用者自行购买温度保险丝的情况，将其组装在线路板上贴近该元件之处，以期获得相同的效用，然而此一作法除具有上述缺点外，尚有不能保证滤波器产生的热量确实传达至温度保险丝的疑虑。

针对前述电子元件过热断路构造的缺点，本发明的目的在于提供一种可使制程简化，生产成本大幅降低，可大量生产，且能确保电子元件使用上的绝对安全性的电子元件过热断路装置。

为达到前述目的，本发明所提供的电子元件过热断路装置包含：一陶瓷体，具有该电子元件所必备的电气特性，其包括一第一侧面及一第二侧面；一第一电极，接合于该陶瓷体的第一侧面；一第二电极，接合于陶瓷体的第二侧面；至少一第一导电脚，电接合于第一电极；至少一第二导电脚，电接合于第二电极；封装外壳，包覆于陶瓷体、第一电极、第二电极与第一导电脚、第二导电脚组合体的外周而形成一保护层。

本发明的电子元件过热断路装置的特征为：该等导电脚的至少一个与其对应的电极保持适当的距离，两者间由具有适当熔点的焊料予以接合并电连接；且封装外壳是由在受热升温至接近其燃点时，会软化并释放出气体的材料(例如环氧树脂)所构成。

本发明的另一实施例所提供的电子元件过热断路装置的特征为：第一导电脚与第一电极保持适当距离，两者间由具有适当熔点的柱状焊料予以接合并电连接；在第一导电脚与第一电极间的封装外壳表面夹设有一弹簧，该弹簧受到适度压缩而以适当的推力作用于第一导电脚及第一电极；且包围于该柱状焊料外周的封装外壳是在近电极侧与近导电脚侧两部分之间完全断开或存在有脆弱点。该封装外壳可由硅树脂或硅橡构成。

本发明的其他特征及其详细构造，将参照附图及实施例说明如下：

图1-6为现有电子元件的示意图；

图7为本发明的第一实施例的电子元件连同与其形成一体的过热断路装置的侧面剖视图；

图8(A)至(E)为用以说明图7所示电子元件的过热断路装置的断电动作原理的连续过程示意图；

图9为本发明的第二实施例的电子元件与其过热断路装置的侧面剖视图；

图10为图9的[X]部分局部放大剖视图；

图11为图7所示的本发明的电子元件及其过热断路装置在未包覆封装外壳前的立体图；

图12为本发明的另一电子元件及其过热断路装置在未包覆以封装外壳前的立体图。

电子元件焊接导电脚的现有方法为将预先固定于纸排(未图示)上的原本一端相连的两根导电脚31、32(参考图2)的另一端撑开，使其夹住两侧面均附着有导电用的电极21(22)的圆片状的陶瓷体1后，浸入焊料炉中二至三秒钟，使得陶瓷体1上的电极21(22)与导电脚31(32)焊接上，完成接脚工序，其后再将陶瓷体部分浸入未图示的封装物质中，以获得外周包覆有封装外壳4的绝缘涂装的成品(参考图4及5)。

与图5的现有电子元件相对应地，图7为本发明的第一实施例的电子元件连同与其形成一体的过热断路装置的侧面剖视图，图11则为同一电子元件及过热断路装置在揭除其封装外壳4状态时的立体图。由图7与图5比较可知，本发明的第一实施例的电子元件连同与其形成一体的过热断路装置和现有电子元件在构造上仅有些微差异。详言之，本发明的第一实施例的电子元件连同与其成一体的过热断路装置主要包括：一圆片状的陶瓷体1，具有电子元件(例如滤波器、正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、陶瓷电容等)所必备的电气特性；一第一电极21，接合于陶瓷体1的第一侧面；一第二电极22，接合于陶瓷体1的第二侧面；一第一导电脚31，电接合并焊接于第一电极21；一第二导电脚32，电接合并焊接于第二电极22；及封装外壳4，包覆于陶瓷体1、第一电极21、第二电极22与第一导电脚31、第二导电脚32组合体的外周而形成一保护层。其特征为第一导电脚31与第一电极21保持适当的距离，两者间利用具有适当熔点的焊料形成焊料柱51予以接合并电连接；且封装外壳4由环氧树脂等所构成。值得注意的是环氧树脂在涂装制程中固化后，为具有相当硬度的材料，但当元件温度继续上升至接近于树脂的燃点时，树脂开始软化并释放出某种气体(气体来自树脂中添加的硬化剂)。

图8(A)至(E)为用以说明图7所示电子元件的过热断路装置的断电动作原理的连续过程图。图8(A)为正常使用状态，在此一状态下，各种电气功能与传统电子元件相同，当异常高电流发生时，伴随产生的热量使电子元件温度上升，当温度超过焊料熔点时(如锡铅的共晶温度为183℃)，类似保险丝的焊料融熔成为液态，此时仍为导电状态。如前述，构成封装外壳4的树脂46此时开始软化并释放出气体(参考图8B)，且部分气体聚积于电极21与树脂46两者的间隙G中，而使得树脂46开始膨胀，由于焊料5已熔为液体，树脂46的膨胀将拉断导电脚31与电极21间的焊料柱51(参考图8C)，而中断电流的持续，在电流断路后，电子元件的热源消失，温度开始下降，而同时留存于导电脚31与电极21间的液体焊料51，因液体具有的内聚力而各自向两方缩回(参考图8D)，当温度下降或者因气体膨胀使树脂46边缘破裂时，树脂46仍会缩回(参考图8E)，因此导电脚31与电极21可能回复至如原来状态的距离，但因焊料5已缩回，使得导电脚31与电极21残存的焊料不再接触导电，如此即可避免元件起火燃烧的危险，确保了元件使用上的安全性。此外，封装外壳4若由受热升温至接近其燃点时会发生翘曲变形的材料构成，虽无气体释放出亦可达到相同的目的。

图9为本发明的第二实施例的电子元件与其过热断路装置的侧面剖视图。对于在工作状态下电子元件本身温度较高，而以硅树脂(Silicon Resin)或硅橡胶(Silicon Rubber)封装的电子元件，如正温度系数的热敏电阻、负温度系数的热敏电阻等而言，因其封装物质在温度上升至燃烧之前，并无如环氧树脂般软化膨胀的性质，故必须采用如图9所示依本发明的第二实施例的附发有过热断路装置的电子元件，而获得相同的截断电流的作用。其制程从焊接乃至封装为止均与上述第一实施例相同，但元件在封装完成后，另须在其导电脚31与电极21间的封装外壳4表面插入一个弹性适度的弹簧7，并将导电脚31下压施以一适当压力，使其向下折曲，弹簧7受到适度压缩而以适当的反弹力作用于导电脚31及电极21上，同时使封装外壳4在近电极21侧的部分42与近导电脚31侧的部分41之间完全断开或存在有一脆弱点，例如将导电脚31及电极21间的封装外壳4折出一道裂痕45(如图10)，仅借助固态焊料柱51支持导电脚31，当发生异常高电流所产生的热量使元件温度上升至焊料柱51融熔时，即失去了联结导电脚31及电极21的力量，弹簧7便将导电脚31弹开，拉断液态焊料柱51而造成电流断路状态。基于此一原理，同样可确保电子元件不致起火燃烧。

上述第二实施例虽然较为复杂，但却另具备有警示的效果；在需要可供以目视检出电子元件是否已断路失效，以期能更换元件延续该元件原本设计要求的功能情况下，此种结构无疑更具有优越性，因此使用环氧树脂封装的元件，亦可应用安装弹簧的结构，可视实际需要而定。

综上所述，本发明的电子元件过热断路装置可以得到如下效果：利用电子元件本身焊接导电脚时必备的焊料因高温融熔而形成断路的原理，仅须对传统电子元件加以简单的构造变化，即可达到使电子元件在异常过电流发生时自动形成断路，避免起火燃烧的目的。因此，以极简易方式，即可得到使用温度保险丝相同的保护作用。同时生产制程简易化，生产成本大幅降低，适合于大量生产，并能增加传统元件的附加价值，及确保其使用时的安全性。

以上，就本发明的数个较佳实施例加以描述，该等实施例仅用来说明而非限制本发明。在不脱离本发明的实质内容的范畴内仍可予以变化而加以实施，此等变化仍应属本发明的范围。无论是对第一或第二实施例的结构而言，基于某些应用线路的需求，有时元件须具备包有三只导电脚，以求发挥更进一步的电功能。此时本发明亦可变化成如图12所示的实施例，在陶瓷体1上设有焊料柱51的一侧配置二只导电脚31与33的电子元件。除导电脚数目不同外，其余部分的制程与原理均与上述相同。

Claims (4)

1、一种电子元件过热断路装置，电子元件备有：一陶瓷体，具有电子元件所必备的电气特性；陶瓷体包括：一第一侧面及一第二侧面；一第一电极，接合于陶瓷体的第一侧面；一第二电极，接合于陶瓷体的第二侧面；至少一第一导电脚，电接合于第一电极；至少一第二导电脚，电接合于第二电极；封装外壳，包覆于陶瓷体、第一电极、第二电极与第一导电脚、第二导电脚组合体外周，而形成一保护层；

其特征在于：

所述至少一导电脚与其对应的电极保持适当距离，两者间利用具有适当熔点的焊料予以接合并电连接；

所述封装外壳由在受热升温至接近其燃点时，会软化并释放出气体的材料构成。

2、根据权利要求1的电子元件过热断路装置，其特征在于，所述封装外壳由环氧树脂构成。

3、一种电子元件过热断路装置，电子元件备有：一陶瓷体，具有电子元件所必备的电气特性；陶瓷体包括：一第一侧面及一第二侧面；一第一电极，接合于陶瓷体的第一侧面；一第二电极，接合于陶瓷体的第二侧面；至少一第一导电脚，电接合于第一电极；至少一第二导电脚，电接合于第二电极；封装外壳，包覆于陶瓷体、第一电极、第二电极与第一导电脚、第二导电脚组合体的外周而形成一保护层；

其特征在于：

所述第一导电脚与第一电极保持适当距离，两者间利用具有适当熔点的焊料柱予以接合并电连接；

在第一导电脚与第一电极间的封装外壳表面夹设有一弹簧，弹簧受到适度压缩而以反弹力作用于第一导电脚及第一电极；

包围于焊料柱外周的封装外壳是在近电极侧与近导电脚侧两部分之间完全断开或存在有一脆弱点。

4、根据权利要求3的电子元件过热断路装置，其特征在于，所述封装外壳由硅树脂或硅橡胶构成。

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