CN108475601A - 可激活热熔断器 - Google Patents

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Abstract

一种可激活热熔断器(10)，包括：第一电端子(1)和第二电端子(2)；导电桥部件(3)，处于与第一端子的第一电接触和与第二端子的第二电接触，所述桥部件的至少一部分(4)可从建立所述第一接触的第一位置位移至断开所述第一接触的第二位置；热敏构件(5)，将所述一部分保持在所述第一位置，并且只要所述热敏构件暴露于预定温度值就释放所述一部分；偏置构件(6)，将所述一部分朝着所述第二位置偏置；以及可机械位移激活部件(7)，在所述激活部件的第一位置处使处于所述第一位置的所述一部分不能位移，在所述激活部件的第二位置处使所述一部分能够位移。本发明还致力于提供一种制造具有可激活热熔断器的印刷电路板的方法、监测可激活热熔断器的方法，以及包括可激活热熔断器的电子电路。

Description

可激活热熔断器
在此所致力于提供的本发明涉及可激活热熔断器。在另一方面，本发明涉及一种制造具有可激活热熔断器的印刷电路板的方法、监测可激活热熔断器的方法，以及包括可激活热熔断器的电子电路。
热熔断器是电安全装置，其在出现预定热过载状态时断开电路。与根据流过其的电流来触发的电流限制熔断器相比，热熔断器主要对温度起反应。在几个应用(如汽车、加热或空调应用)中，如果装置处的温度超过给定限值，则需要保护装置来中断电流回路。按照这种方式，在例如高功率半导体部件的故障之后的随后损坏被防止。与热控开关相比，即使在温度再次下降到低于该限值之后，热熔断器也会继续保持使电流回路中断。典型的温度限值是200℃。超过此限值，通常会有损坏印刷电路板基材、组件脱焊甚至发生火灾的危险。
组装电子装置的常见且非常有效的方式包括以下步骤：通过拾放机器人将可表面安装的组件放置在印刷电路板上，并且回流焊接以建立电触点。回流焊接的常用焊接温度范围为240℃至265℃，持续30秒钟至60秒钟(JEDEC标准)。因此，在涉及回流焊接的组装工序期间，不能安装极限温度低于240℃的普通热熔断器，因为这样的热熔断器可能不会正好在过载反应后复位。在那些情况下，必须手动放置，跟着进行特殊的焊接过程。这导致生产中的昂贵且容易出错的额外步骤。
从文献WO 2015096853 A1中已知一种采用SMD(表面安装装置)安装形式的热熔断器，其可以进行回流焊接。熔断器由温度和流过熔断器的电流组合触发。因为热熔断器在回流焊接工序期间无电流，所以其在焊接期间不被触发。由于其温度-电流特性曲线，因而其可能不适合所有应用。
从文献WO 2010110877 A1中已知一种可回流的热熔断器。在焊接这种热熔断器之后，需要将其激活。通过额外的电触点，将高电流通过辅助熔丝发送，该辅助熔丝在该激活步骤中熔化。在执行激活步骤之前，辅助熔丝防止触发热熔断器。然而，额外的电接触占据空间，并且需要在电路板上设置仅用于激活步骤的导体路径。电流源也必须可用。
本发明的目的是提供一种另选热熔断器。
该目的通过根据权利要求1所述的可激活热熔断器来实现。
根据本发明的可激活热熔断器包括第一和第二电端子以及导电桥部件。所述导电桥部件处于与所述第一端子的第一电接触，并且处于与所述第二端子的第二电接触。这样，提供了从所述第一端子到所述第二端子的导电路径。
所述桥部件的至少一部分可从建立所述第一接触的第一位置位移至断开所述第一接触的第二位置。当所述桥部件的所述一部分处于所述第二位置时，中断所述端子之间的所述导电路径。这对应于在所述熔断器因热过载而被触发之后所述熔断器的状态。
所述可激活热熔断器还包括热敏构件，该热敏构件将所致力于的一部分保持在所述第一位置，并且只要所述热敏构件暴露于预定温度值就释放所述一部分。
所述可激活热熔断器还包括偏置构件，该偏置构件将所述一部分朝着所述第二位置，即，“触发”位置，偏置。
所述可激活热熔断器还包括可机械位移激活部件，该可机械位移激活部件在所述激活部件的第一位置处使处于所述第一位置的所述一部分不能位移，在所述激活部件的第二位置处使所述一部分能够位移。
所述偏置构件保证一旦所述热熔断器触发，就将所述桥部件的所述一部分位移至其第二位置并且所述电流路径中断。然而，如果所述一部分既没有通过所述热敏构件保持在其第一位置，并且所述一部分的可位移性也没有被所述激活构件阻挡，那么这只是可能的。所述热敏构件可以例如通过断开与所述桥部件的互锁连接或者通过熔化金属性粘合连接来释放所述桥部件的所述一部分。
阻挡所述桥部件的所述一部分的可位移性例如可以通过所述激活部件与所述部分之间的直接机械接触来建立，或者其可以例如通过间接作用于所述一部分来建立，例如，通过阻挡所述热敏构件的变形或移动或通过抵消所述偏置构件的偏置来建立。
因此，根据本发明的可激活热熔断器具有禁用或保护状态，其中，即使达到或超过所述预定温度值，也不会触发所述热熔断器。在这种状态下，其可以经历回流焊接工序而不会被触发。该禁用状态由按其第一位置设定的所述激活部件来定义。所述热熔断器具有启用或激活状态，其中，所述热熔断器根据超过所述预定温度值而触发。该启用状态由所述激活部件处于其第二位置来定义。
根据本发明的热熔断器具有可以通过回流焊接安装并且易于激活的优点。
根据本发明的可激活热熔断器通过纯机械移动装置进入激活状态。
允许处于禁用状态的、根据本发明的可激活热熔断器经历需要温度的工序，否则该温度将触发所述热熔断器。例如，回流焊接可能就是这样一个工序。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热熔断器包括引导部件，该引导部件限定所述激活部件的移动路径。这种移动路径可以是平移、旋转、螺旋移动中的至少一种。
该实施方式的优点在于，例如通过利用夹具或螺丝刀可以容易地执行所述熔断器的机械激活。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热熔断器包括咬合机构，该咬合机构防止所述激活部件从所述激活部件的所述第二位置返回至所述激活部件的所述第一位置。
利用该实施方式，防止错误禁用先前激活的热熔断器。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述预定温度值(TL)处于高达240℃的范围内，优选地处于从150℃至240℃的范围内(含两个极限值)。
处于150℃至240℃的范围内的预定温度值特别有用。该温度范围被选择成低于存在破坏电子电路的危险的温度区域，例如，由于在典型的焊接工序中已经焊接的组件脱焊。处于禁用状态的、根据该实施方式的可激活热熔断器经受得住典型的焊接工序而不会过早触发，并且一旦其被激活就起到保护装置的作用。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热敏构件包括焊料。
在这个实施方式中，当焊料熔化时，所述桥部件的所述一部分释放。通过选择具有低于或处于所述预定温度值的熔点的合适焊料，可以实现精确限定的触发温度。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热敏构件包括双金属条或双金属盘。
可靠的温度相关释放机构可以利用双金属来构建。具体来说，可以形成双金属盘，使得它们在明确的窄温度范围内快速从一个曲率状态突然转换到另一状态。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热敏构件包括形状记忆合金。
形状记忆合金允许创建机械部件，其按它们的变形温度显著改变它们的形状。这对于实现高度可靠的机械释放机构来说是有利的。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热熔断器包括外壳，该外壳具有底侧，在该底侧上设置有所述第一电端子和所述第二电端子。
所述第一电端子和所述第二电端子可以是适于表面安装的焊料连接。该实施方式允许表面安装所述热熔断器是有利的，因为通过表面安装来定位装置非常精确。因此，过热装置对其邻域的所述热熔断器的温度的影响完全可预测和可再现。所述外壳例如由耐温260℃的塑料材料构成，使其适用于回流工序。所述外壳的典型尺寸例如可以是在俯视图中看到的10mm×12mm。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述激活部件被集成到所述外壳中，具体被设计为与所述外壳成为一体，并且可从所述外壳的顶侧和/或从所述外壳的底侧和/或从所述外壳的横侧接近。
在该实施方式中，在将所述热熔断器焊接至印刷电路板之后仍然容易机械地激活该热熔断器。从底侧提供所述激活部件的可接近的实施方式可以与在要放置所述热熔断的区域中具有孔或狭缝的印刷电路板结合使用，使得所述激活部件可通过所述印刷电路板操作。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述激活部件的所述位置可从所述外壳的顶侧看见。
在该实施方式中，所述激活部件的位置以人可以看到的方式或者可以通过光学装置检测的方式来显示激活状态。利用该实施方式，可以快速验证印刷品上的所有热熔断器都被激活。该实施方式特别适用于通过获取数字图像和随后图像分析而执行的自动视觉处理控制。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述偏置构件是压缩、拉伸、弯曲或扭曲弹性部件。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述偏置构件包括所述桥部件的弹性区段。
在该实施方式中，所述桥部件的所述弹性区段提供或至少贡献所述桥部件的所述可位移部分与所述桥部件的其余部分之间的偏置力。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述偏置构件具有卷簧、盘簧或板簧的形式。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，在所述桥部件的所述部分的所述第二位置中，所述第一接触和所述第二接触断开，其中，优选地，所述桥部件是大致刚性部件。
该实施方式允许简单的对称构造。在这种情况下，所述第一端子和所述第二端子可互换。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述热熔断器适于承载高于5安培的电流，优选高于30安培并且高达100安培。
适用于高电流应用的该实施方式例如可以具有这样的桥部件，即，其具有大导电横截，从而导致所述热熔断器中的低压降和低功耗。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，将电流限制熔断器部件设置在所述第一电端子与所述第二电端子之间的导电路径中。
该实施方式向所述热熔断器添加电流限制功能。利用该实施方式，提供了可激活的热熔断器，其具有针对低于所述预定温度值的温度的熔化熔断器的特性。即使未超过所述预定温度值，过电流也可以触发所述熔断器。在该实施方式中，例如，所述桥部件包括电流限值熔断器部件。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述电流限制熔断器部件被形成为导电路径中的收缩部(constriction)，具体为电隔离基板上的导电路径中的收缩部。
该实施方式是实现电流限制熔断器部件的非常简单且成本有效的方式。这种类型的电流限制熔断器部件可以在所述桥部件上实现。导电路径中的收缩部例如可以被形成为导线中的收缩部或者电隔离基板上的印刷电路板迹线中的收缩部。通过所述导电路径的窄区段的过电流熔化该区段并中断所述熔断器端子之间的电连接。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，至少所述桥部件包括具有一电阻温度系数的合金，所述电阻温度系数的绝对值在室温下低于每开尔文百万分之五百。
如果所述可激活热熔断器打算在监测流过所述热熔断器的电流的方法中使用，那么该实施方式特别有用。利用该实施方式，所述熔断器端子之间的电阻不随温度变化而显著变化。与用作电导体的普通金属(如铜)(其通常具有5000ppm/K数量级的电阻温度系数)相比，利用该实施方式，可以按照因子10实现温度相关性的降低。因此，通过应用欧姆定律并且在很大程度上忽略温度影响，可以将在所述端子之间测量的电压解释为针对电流的指示符。在室温下具有满足条件|α|≤500ppm/K的电阻温度系数(TCR)α的可能合金例如有：
-75％-76％Cu、23％Ni、1％-2％Mn的合金(已知为ISA-ZIN)，
-89％Cu、9％Ni、2％Sn的合金(已知为CW351H)，
-85％Cu、15％Ni、0.3％Mn的合金(已知为“Legierung 127”)。
这些合金具有成本效益，并且适用于电子技术应用。所述第一端子和所述第二端子也可以包括满足该条件的合金。
满足室温下的更严格条件|α|≤50ppm/K，使得与铜相比的温度相关性按照100的因子减少的合金例如有：
-60％Cu、40％Ni的合金(已知为Constantan)，
-84％Cu、12％Mn、4％Ni的合金(已知为Manganin)，或者
-84％Cu、13％Mn、3％Al的合金(已知为Isabellin)。
对于高精度测量，在室温下满足条件|α|≤3ppm/K的90.7％Cu、7％Mn以及2.3％Sn的合金(称为ZERANIN 30)商业可获。
为了实现所述热熔断器的非常低的电阻温度相关性，包括两个端子的完整电流传导路径由满足上述条件之一的合金制成。可以选择在大温度范围内满足上述条件之一的合金，特别是在室温与触发所述热熔断器的所述预定温度值之间的整个范围内。
在根据本发明的可激活热熔断器的一个实施方式中，除非相反，否则其可以与任何预先解决的实施方式并且与仍待解决的任何实施方式相组合，所述可激活热熔断器除了所述第一电端子和所述第二电端子以外还具有另一些电端子。
该实施方式例如允许在所述第一电端子与所述第二电端子之间的中间点处电接触通过所述热熔断器的电流传导路径。附加端子还可以提供与所述热熔断器外壳中的其它部件的电接触，特别是用于监测所述熔断器状态的传感器部件。
本发明还致力于提供一种制造根据权利要求19所述的印刷电路板的方法。
这种制造具有根据本发明的可激活热熔断器的印刷电路板的方法以及可能的一个或一个以上的其所致力于的实施方式包括以下步骤：
-利用焊料覆盖所述印刷电路板的导电焊接盘，
-将所述热熔断器的所述第一电端子和所述第二电端子定位在覆盖有所述焊料的导电焊接盘上，
-确保所述热熔断器的所述激活部件处于所述激活部件的所述第一位置，
-将所述印刷电路板加热至超过所述焊料的熔点的温度，
-将所述印刷电路板冷却到低于所述焊料的所述熔点，
-将所述热熔断器的所述激活部件移动到所述激活部件的所述第二位置中。
通过向所述激活部件施加力或扭矩来执行所述激活部件的所述移动。
本发明还致力于提供一种根据权利要求20所述的电子电路。
这种电子电路包括根据本发明的可激活热熔断器，该可激活热熔断器与高功率半导体装置的电流传导路径串联连接。
在所述电子电路的一实施方式中，所述可激活热熔断器和所述高功率半导体装置布置在公共外壳中。
该实施方式具有热熔断器的温度接近所述高功率半导体的温度的优点。而且，在实际使用中，高功率半导体装置的组合通常可以成对出现，因此，将它们预先包装在一个公共外壳中导致更高效的组装工序。
本发明还致力于提供一种根据权利要求22所述的方法。
该方法是一种监测根据本发明的可激活热熔断器或者根据本发明的电子电路的状态的方法，所述状态包括触发状态和/或电流和/或温度，其中，测量所述可激活热熔断器的两个电端子之间的电压。
该方法使用所述可激活热熔断器作为传感器。所述可激活热熔断器的状态可以分别根据触发或未触发的事实来特征化。该状态的特征可以在于流过它的电流或所述热熔断器的温度。可以在任何两个端子之间执行电压测量，包括所述第一电端子和所述第二电端子，以及一个或两个所述附加端子(如果在即将到来的实施方式中存在附加端子)。为了测量电压，可以使用具有高输入电阻的电压表。为了与该方法一起使用，特别适合的部件可以存在于所述可激活热熔断器中，如具有预定义电阻的电阻部件、具有预定义电阻温度相关性的部件，或者热电偶部件。
在所述方法的一实施方式中，
-测量所述第一电端子和所述第二电端子之间的电压，并且
-根据在最后步骤中测量的所述电压和所述可激活热熔断器的预定电阻值来确定流过所述可激活热熔断器的电流。
在该实施方式中，所述可激活热熔断器背用作测量电阻器。监测例如通过需要热熔断器的热保护的高功率半导体装置的电流可以利用本方法的该实施方式而按非常简单的方式来进行，而无需额外的分流电阻器等，从而导致所述电路的紧凑设计。为了与所述方法的该实施方式一起使用，所述可激活热熔断器可以被设计成具有预定电阻，如500μΩ或1mΩ。这样，电阻足够低而不会消耗太多电力，但足够高，允许精确测量流过所述熔断器的电流。所述预定电阻包括所述电端子对所述电阻的贡献。针对所述方法的这个实施方式，利用可激活热熔断器特别有用，该热熔断器在其电流传导路径中应用具有低电阻温度系数的合金。这样，因电阻的温度相关性而造成的测量误差保持很小。
根据本发明的可激活热熔断器例如可以被应用于保护高功率应用(如汽车、加热或通风，以及可再生能源应用)中的晶体管。对于大量应用来说，晶体管以脉冲模式工作。在脉冲操作期间不会超过最大允许热负荷。然而，如果在故障的情况下该晶体管由直流信号驱动或者如果该晶体管损坏，那么电流可以流动，其低于触发标准熔断器的电流限值，但是足够高以将晶体管加热到危险的高温。具体来说，晶体管的所谓电阻性故障可能导致这种情况。然后，热晶体管可能导致其周围的后续损坏甚或可能造成火灾。为防止后续损坏，根据本发明的可激活热熔断器可以放置在高功率晶体管的附近或者热耦合至高功率晶体管，并且可以与通过高功率晶体管的电流路径串联连接。在超过温度限值时，所述热熔断器中断电流路径并防止进一步加热。
下面，借助于附图，对本发明加以进一步例证。附图示出了：
图1.a)至图1.d)是根据本发明的可激活热熔断器在四种不同状态下的示意图；
图2.a)至图2.d)是贯穿印刷电路板上的可激活热熔断器的一实施方式在四种不同状态下的横截面。
图3.a)至图3.d)是可激活热熔断器的另一实施方式在四种不同状态下的示意图。
图4.a)是具有可激活热熔断器的电子电路的立体图；
图4.b)是图4.b)的具有用灰度级指示的表面温度的立体图。
图5以三个立体图5.a)至5.c)示出了根据本发明的可激活热熔断器的一实施方式以及贯穿该实施方的横截面5.d)。
图6以立体图6.a)示出了根据本发明的可激活热熔断器的一实施方式，其中，外壳被去除并且采用立体剖视图6.b)。
图7示出了适用于监测可激活热熔断器状态的方法的三种测量配置的电路图7.a)至7.c)。
图1示意性且简化地示出了根据本发明的在四种不同状态下的可激活热熔断器。
图1.a)示出了处于禁用状态的可激活热熔断器。该熔断器的温度T低于预定温度值TL，这是针对该热熔断器的特征。TL例如可以是200℃。从第一端子1越过导电桥部件3到第二端子2建立电连接。桥部件的部分4处于第一位置，以使建立与第一端子1的电接触。热敏构件5将桥部件的部分4保持在第一位置。偏置构件6(这里象征性地描绘为拉伸卷簧)使部分4沿箭头所示的方向B偏置。激活部件7阻挡桥部件的部分4的可位移性。
图1.b)示出了仍处于禁用状态的可激活热熔断器，但现在熔断器的温度T高于预定温度值TL。热敏构件5释放部分4。该释放由虚线指示。然而，部分4没有位移到其第二位置，因为激活部件7阻挡了该可位移性。可能发生高温，因为第一端子1和第二端子2通过回流焊接工序连接至左侧和右侧上所示的引线14、15。
图1.c)示出了处于其激活状态的可激活热熔断器，并且在低于TL的温度T下操作。通过沿箭头所示方向A上施加激活动作，激活部件已经移动至激活部件的第二位置。仅热敏构件5将桥部件的部分4保持在其第一位置。
图1.d)示出了处于其激活状态的可激活热熔断器，并且处于高于TL的温度T。热敏构件5已经释放部分4。在偏置构件6的偏置作用下，部分4已经位移到其第二位置。由此，桥部件3的部分4与第一端子之间的电接触已经断开。这里的偏置构件象征性地描绘为收缩卷簧。
图2示出了贯穿可激活热熔断器的一实施方式的横截面和贯穿印刷电路板的一部分的横截面。
图2.a)至2.c)例示了制造具有可激活热熔断器的印刷电路板的方法的步骤。图2.d)示出了同一热熔断器在其被触发后的状态。
图2.a)示出了处于禁用状态的热熔断器的实施方式。该熔断器的温度T低于预定温度值TL。第一端子1和第二端子2被设置在底板12下方。桥部件的可位移部分4具有帽子的形式。其可以例如通过深拉铜板来生成。热敏构件5被构成为焊接点，在此处，桥部件被焊接至通向第一端子1的电连接。另一个热敏构件5’被形成为类似焊接点，并且建立从桥部件的部分4到第二端子2的电连接。用于热敏构件的焊料具有处于温度TL(预定温度值)的熔点。压缩卷簧以桥部件的帽形形式设置并且将向上指向偏置力施加到桥部件的可位移部分4上。外壳11包围热熔断器。所述外壳例如由耐温260℃的塑料材料构成，使其适用于回流工序。在外壳的内部形成用于激活部件7的引导部件，其允许激活部件的水平平移。激活部件处于其第一位置并阻挡可位移性，在这种情况下，阻挡部分4的向上运动。激活部件在中间部分具有通孔16。激活部件从外壳的右侧突出。这样，从外侧清晰可见，特别是从上面，热熔断器处于禁用状态。热熔断器位于印刷电路板20上。焊接盘21、22覆盖有焊料23。第一端子1和第二端子2皆放置在一个焊料盘的顶部上。
图2.b)示出了仍处于禁用状态的热熔断器的实施方式。将热熔断器加热到高于焊料23的熔点的温度。现在熔断器的温度T高于预定温度值TL。尽管热敏构件5在该温度下熔化并失去其将部分4保持在适当位置的能力，但部分4被激活部件7阻挡并且不移动。
图2.c)示出了冷却到低于TL的温度T后的热熔断器。建立焊接盘21、22与第一和第二端子1、2之间的焊接接触。热敏构件5再次是实心的并且已恢复其将部分4保持在适当位置的能力。通过沿方向A的激活动作，激活部件已经移动至激活部件的第二位置。包括将激活部件7的突出部分推入外壳11中的这种激活动作可以通过夹具来执行，该夹具也用于拾取和放置活动。现在，激活部件的孔16位于桥部件的部分4的上方，使得部分4能够向上移动。只有热敏构件5抵消部分4沿方向B的偏置。热熔断器处于激活状态。
图2.d)示出了温度T上升到高于TL之后的激活热熔断器。形成热敏构件的焊料已熔化，并且桥部件的部分4位移到其第二位置。与图2.c)相比，卷簧6展开并将部分4保持在其第二位置。桥部件与第一端子以及第二端子之间的电接触并因此端子之间的电接触被中断。
图3示出了可激活热熔断器的另一实施方式的处于四种不同状态的示意性和简化视图。在该实施方式中，桥部件的可位移部分4被形成为可移动块17的导电区段，该可移动块除了该导电区段以外其它部分不导电。经由滑动触点建立与第一端子1和第二端子2中的每一个的电接触。在该实施方式中，热敏构件5是双金属条，其具有与可移动块17的互锁连接。
图3.a)示出了处于禁用状态的热熔断器，温度T<TL。该双金属条是直的，使得建立与可移动块17的互锁连接，并且部分4保持在其第一位置。
图3.b)示出了处于禁用状态的热熔断器，T>TL。双金属条向上弯曲并释放互锁连接。激活部件7抵消偏置部件6沿方向B的偏置力，该偏置部件在该实施方式中是压缩卷簧。
图3.c)示出了处于激活状态的热熔断器，温度T<TL。通过沿方向A施加力，激活部件7被推入用作引导部件的孔中。激活部件7现在处于其第二位置，使得可移动块17及其与部分4的可位移性成为可能。咬合机构13防止激活部件从其第二位置返回到其第一位置。
图3.d)示出了处于激活状态的热熔断器，温度T>TL。由于充当热敏构件5的双金属条的向上弯曲，因而互锁连接被释放。部分4处于第二位置。与第一端子1连接的滑动触点仅与可移动块17的非导电部分接触，并且从第一端子1到第二端子2的电连接路径被中断。
图4.a)示出了根据本发明的具有可激活热熔断器的电子电路40。热熔断器10安装在高功率半导体装置41附近，并且串联连接至半导体装置的电流传导路径。热熔断器和半导体装置被表面安装至印刷电路板上。例如，半导体装置可以是场效应晶体管(FET)。热熔断器具有图2.a)至2.d)所示类型。热熔断器显示为激活状态，对应于图2.c)所示的横截面。激活部件处于第二位置，其在该实施方式中，位于可激活热熔断器的外壳内，并因此该激活部件不可见。利用虚线，指示了热熔断器和高功率半导体装置的可能公共外壳42。
图4.b)示出了图4.a)的电子电路40。表面温度由对应于温度值的灰度级表示。所示出的温度分布在其中热熔断器未被触发的正常操作条件下是典型的。
图5以四个不同的视图示出了根据本发明的可激活热熔断器的一实施方式。在这四个视图中的每一个中，热熔断器处于禁用状态。
图5.a)是从热熔断器上方的视角看的立体图。该实施方式由沿箭头A所示方向从顶侧施加的力激活。外壳11中的凹槽51沿着线性移动路径引导激活部件7。
图5.b)是同一热熔断器的立体图，并且与图5.a)的视角相同，但外壳被去除以示出外壳内的部分。桥部件4在第一端子1与第二端子2之间建立电接触。热敏构件5、5'在桥部件4与第一端子1以及第二端子2之间的界面处，在由标号指示的位置处形成为薄焊料层。
图5.c)是从热熔断器下方的视角看的立体图，其允许直接观察到第一端子1和第二端子2。点划线C指示图5.d)中所示的横截面的位置。
图5.d)是热熔断器的横截面。热熔断器的横截面沿着位于第一端子1与第二端子2之间的中间的平面。形成为激活部件7的一部分的鼻件52将桥部件4保持在其位置。其还提供了一种咬合机构，类似于按扣。可以将激活部件7向下推到其第二位置，由此，克服了机械阻力，并由此发生了激活部件7的轻微变形。在激活部件7处于其第二位置的情况下，桥部件4不再保持在适当的位置，因为一旦形成热敏构件5、5'的焊料熔化，桥部件上方就有足够的空间使桥部件通过偏置部件6移出其第一位置。偏置部件6被构建为卷簧。它向桥部件4施加向上指向力。该力弱于跨越桥部件4咬合鼻件52所需的力。为了激活根据该实施方式的热熔断器，必须从热熔断器的顶侧向激活部件上施加比弹簧的这个力更大的力。激活部件7可从顶侧直接接近和可见。
图6以两个不同的视图图6.a)和图6.b)示出了根据本发明的可激活热熔断器的一实施方式，在该实施方式中，桥部件包括电流限制熔断器部件(61)。在两个视图中，热熔断器处于禁用状态。
图6.a)是可激活热熔断器的立体图，其中外壳被去除以便更好地看到内部的组件。在这里示出的实施方式中，桥部件的部分4被构造为带有导电路径62的电隔离基板63，该导电路径通过热敏构件5、5'焊接至第一电端子1和第二电端子2。导电路径62中的收缩部形成电流限制熔断器部件61。如果高于熔断器额定电流的电流流过该导电路径，那么由于收缩区域的横截面较小，因而，当前的路径在这里熔化。不需要激活电流限制熔断器部件61。如果激活力沿A方向施加到激活部件7上，那么激活部件7可以移动到激活部件7的第二位置，并由此能实现桥部件的部分4的向上位移性。呈卷簧形式的偏置构件6将向上作用的偏置力施加到部分4上。
图6.b)是半个可激活热熔断器的立体图，其另一半被切掉了。在图6.b)中，存在外壳11。该切割平面在一个位置切穿导电路径62，其中，电流限制熔断器部件通过导电路径中的收缩部(constriction)形成，导电路径的薄层由电隔离基板63承载。在该图所示的激活部件7的第一位置，在激活部件7上的两个鼻件52阻挡桥部件的部分4相对于外壳11的可位移性。当激活部件移动到其第二位置时，外壳中的凹槽51引导激活部件7。激活部件7可在一定程度上变形，使上鼻件52可以被推到由部分4和外壳11的相邻部分形成的障碍物上。外壳11将偏置构件6保持就位。
图7.a)至7.c)示出了测量配置的示意性电路图，该测量配置包括可激活热熔断器10和电压表70，该电压表被用于测量如在监测热熔断器状态的方法中施加的电压V。
图7.a)示出了可激活热熔断器10，其中电流I流入第一电端子1并从第二电端子2流出。当被触发时，可激活热熔断器10中断电流I。电压表70测量端子1与端子2之间的电压V。已知热熔断器的电阻具有值R，电流I可以计算为I＝V/R。
图7.b)示出了可激活热熔断器10，其具有附加电端子71。电压表70被设置成测量端子2与71之间的电压。这样，例如可以测量沿着热熔断器10的导电路径形成的热电偶触点上的热感应电压。该测量配置中的另一种可能性是检测桥部件是否仍然与端子2电接触，即，热熔断器是否处于触发状态。
图7.c)示出了可激活热熔断器10，其具有两个附加电端子71、72。电压表70被设置成测量端子71与72之间的电压。在该测量配置中，例如，在热熔断器的电流传导路径的限定区段上的电压降是可能的。
标号列表
1 第一端子
2 第二端子
3 桥部件
4 桥部件的一部分
5 热敏构件
5’ 另一热敏构件
6 偏置部件
7 激活部件
10 可激活热熔断器
11 外壳
12 基板
13 咬合机构
14、15 引线
16 孔(在激活部件中)
17 可移动块
20 印刷电路板
21、22 焊接盘
23 焊料
40 具有可激活热熔断器的电子电路
41 高功率半导体装置
42 (10和41的)公共外壳
51 凹槽(外壳中)
52 鼻件
61 电流限制熔断器部件
62 导电路径
63 电隔离基板
70 电压表
71、72 附加电端子
A 激活动作的方向
B 偏置的方向
I 电流
T 温度
TL 预定温度值
V 电压

Claims (23)

1.一种可激活热熔断器(10)，该可激活热熔断器包括：
-第一电端子(1)和第二电端子(2)，
-导电桥部件(3)，该导电桥部件处于与所述第一端子的第一电接触，并且处于与所述第二端子的第二电接触，
-所述桥部件的至少一部分(4)能够从建立所述第一接触的第一位置位移至断开所述第一接触的第二位置，
-热敏构件(5)，该热敏构件将所述一部分保持在所述第一位置，并且只要所述热敏构件暴露于预定温度值就释放所述一部分，
-偏置构件(6)，该偏置构件将所述一部分朝着所述第二位置偏置，以及
-可机械位移激活部件(7)，该可机械位移激活部件在所述激活部件的第一位置处使处于所述第一位置的所述一部分不能位移，在所述激活部件的第二位置处使所述一部分能够位移。
2.根据权利要求1所述的可激活热熔断器，所述可激活热熔断器包括：引导部件，该引导部件限定所述激活部件(7)的移动路径，所述移动路径是平移、旋转、螺旋移动中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的可激活热熔断器，所述可激活热熔断器包括：咬合机构(13)，该咬合机构防止所述激活部件(7)从所述激活部件的所述第二位置返回至所述激活部件的所述第一位置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述预定温度值(TL)处于高达240℃的范围内，优选地处于从150℃至240℃的范围内，包括两个极限值在内。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述热敏构件(5)包括焊料。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述热敏构件(5)包括双金属条、双金属盘、形状记忆合金中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的可激活热熔断器，所述可激活热熔断器包括外壳(11)，该外壳具有底侧，在该底侧上设置有所述第一电端子(1)和所述第二电端子(2)。
8.根据权利要求7所述的可激活热熔断器，
其中，所述激活部件(7)被集成到所述外壳(11)中，具体被设计为与所述外壳成为一体，并且能够从所述外壳的顶侧和/或从所述外壳的底侧和/或从所述外壳的横侧接近。
9.根据权利要求8所述的可激活热熔断器，
其中，所述激活部件(7)的位置能够从所述外壳(11)的顶侧看见。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述偏置构件(6)是压缩、拉伸、弯曲或扭曲弹性部件。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述偏置构件(6)包括所述桥部件(3)的弹性区段。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述偏置构件(6)具有卷簧、盘簧或板簧的形式。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，在所述桥部件的所述一部分(4)的所述第二位置处，所述第一接触和所述第二接触断开，其中，优选地，所述桥部件是大致刚性部件。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述热熔断器适于承载高于5安培的电流，优选高于30安培并且高达100安培。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，在所述第一电端子与所述第二电端子(2)之间的导电路径(62)中设置了电流限制熔断器部件(61)。
16.根据权利要求15所述的可激活热熔断器，其中，所述电流限制熔断器部件(61)被形成为导电路径(62)中的收缩部，具体为电隔离基板(63)上的导电路径(62)中的收缩部。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，至少所述桥部件(3)包括具有电阻温度系数的合金，所述电阻温度系数的绝对值在室温下低于每开尔文百万分之五百。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的可激活热熔断器，其中，所述可激活热熔断器除了所述第一电端子(1)和所述第二电端子(2)以外还具有电端子(71、72)。
19.一种制造具有根据权利要求1至18中的任一项所述的可激活热熔断器(10)的印刷电路板(20)的方法，该方法包括以下步骤：
-利用焊料(23)覆盖所述印刷电路板的导电焊接盘(21、22)，
-将所述热熔断器的所述第一电端子(1)和所述第二电端子(2)定位在覆盖有所述焊料(23)的导电焊接盘上，
-确保所述热熔断器的所述激活部件(7)处于所述激活部件的所述第一位置，
-将所述印刷电路板加热至超过所述焊料的熔点的温度，
-将所述印刷电路板冷却到低于所述焊料的所述熔点，以及
-将所述热熔断器(10)的所述激活部件(7)移动到所述激活部件的所述第二位置。
20.一种包括根据权利要求1至18中的任一项所述的可激活热熔断器(10)的电子电路(40)，该可激活热熔断器与高功率半导体装置(41)的电流传导路径串联连接。
21.根据权利要求20所述的电子电路(40)，其中，所述可激活热熔断器(10)和所述高功率半导体装置(41)被设置在公共的外壳中。
22.一种监测根据权利要求1至18中的任一项所述的可激活热熔断器(10)或根据权利要求20或21所述的电子电路(40)的状态的方法，所述状态包括触发状态和/或电流和/或温度，其中，测量所述可激活热熔断器的两个电端子之间的电压。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，
-测量所述第一电端子(1)和所述第二电端子(2)之间的电压，并且
-根据所述电压和所述可激活热熔断器的预定电阻值来确定流过所述可激活热熔断器的电流。
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