CN109216120A - 开关元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种开关元件，开关元件包括：绝缘外壳体、多个端电极、第一过电流保护元件以及第一热产生组件。多个端电极包括第一端电极、第二端电极、第三端电极以及第四端电极，该些端电极分别贯穿绝缘外壳体，且分别被绝缘外壳体所支撑。第一过电流保护元件用以在开关元件的第一端电极与第二端电极之间提供第一双向的电流路径。第一热产生组件配置在第一端电极或第二端电极的下方。当第一热产生组件通电发热时，开关元件反应于第一热产生组件所产生的热而使第四端电极电气连接另一端电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关元件，尤其涉及一种依据外部信号来切换开关元件 的电流路径，或者是，切换开关元件不同的端电极之间的短路或断路状态， 达到电路保护或切换的功能。
背景技术
先前具有开关功能的单一被动元件，大多不具备保护功能，或者是，具 备开关的功能，却无法切换电流的路径，特别是应用在大电流的电路。
发明内容
因此，为了因应市场未来大额定电流的需求，具备大额定电流的开关元 件，必须可以将原来导通的大电流路径断开，或者是，将原来的大电流路径 切换至其他的电流路径。
为了符合上述的需求，本发明提出一种开关元件。开关元件包括：绝缘 外壳体、多个端电极、第一过电流保护元件以及第一热产生组件。多个端电 极包括第一端电极、第二端电极、第三端电极以及第四端电极，该些端电极 分别贯穿绝缘外壳体，且分别被绝缘外壳体所支撑。第一过电流保护元件用 以在开关元件的第一端电极与第二端电极之间提供第一双向的电流路径。第 一热产生组件配置在第一端电极或第二端电极的下方。当第一热产生组件通 电发热时，开关元件反应于第一热产生组件所产生的热而使第四端电极电气连接另一端电极。
附图说明
图1为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2A为开关元件888中第一双向电流路径断开的剖面示意图。
图2B为开关元件888中第一热产生组件通电发热后的剖面示意图。
图2C为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。。
图2D为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2E为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2F为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2G为本发明的一种开关元件888c的剖面示意图。
图2H为本发明的一种开关元件888c的剖面示意图。
图2I为开关元件888c中第一热产生组件通电发热后的剖面示意图。
图2J为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2K为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2L为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图2M为本发明的一种开关元件888的剖面示意图。
图3为本发明的一种开关元件888的外观示意图。
图4为本发明的一种开关元件888a的剖面示意图。
图5为开关元件888a中第一热产生组件通电发热后的剖面示意图。
图6为本发明的一种开关元件888b的剖面示意图。
图7为开关元件888的等效电路图。
图8A为开关元件888中第一热产生组件通电发热后的等效电路图。
图8B为开关元件888c的等效电路图。
图8C为开关元件888c中第一热产生组件通电发热后的等效电路图。
图8D为开关元件888b的等效电路图。
图8E为开关元件888的第一热产生组件连接第一端电极的等效电路图。
图8F为开关元件888的第一热产生组件连接第一端电极的等效电路图。
附图标记说明
888、888a、888b、888c：开关元件
7(1)：第一热产生组件
7(2)：第二热产生组件
7a、7b：发热体电极
7aa：发热体电极的斜边部
7c：第一发热体
8：第一可熔导体或第一过电流保护元件
8a：第二可熔导体或第二过电流保护元件
8b：第三可熔导体
8c：第四可熔导体
9(1)、9(2)：焊料或焊锡
10：绝缘基板
11、21、31、41、51、61：端电极
21a：端电极的斜边部
16：绝缘导热层
18：开口
18a：多孔洞陶瓷结构
19：绝缘外壳体
19a：绝缘外壳体盖体
19b：绝缘外壳体基体
19c：绝缘外壳体侧体
19x1、19x2、19x3、19x4、19x5、19x6：绝缘外壳体的六个面
S1：弹性构件或第一过电流保护元件
G1：间隙
I7：第一热产生组件电流
Ic1、Id1：输出入电流或第一双向电流路径
Ic2、Id2：输出入电流或第二双向电流路径
OCP：第一过电流保护元件
具体实施方式
为使能更进一步了解本发明的特征和技术内容，请参阅以下相关的实施 例，并配合所附附图作详细说明如下。另外，凡可能之处，在附图及实施方 式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。此外，图示是以示意方 式示出，会有各尺寸的比率与实际不同的情形，应参酌以下的说明自行判断。 实施例说明如下：
【开关元件888】
图1示出为本发明的一种实施例的开关元件888的剖面示意图。图7示出为 开关元件888的等效电路图。请同时参考图1以及图7。本实施例的开关元件888 包括：绝缘外壳体19、多个端电极、第一过电流保护元件OCP以及第一热产 生组件7(1)。
【开关元件888的绝缘外壳体19】
绝缘外壳体19包含绝缘外壳体盖体19a、绝缘外壳体基体19b以及绝缘外 壳体侧体19c。绝缘外壳体19的成分包含聚合物(polymer)与陶瓷材料等其中的 一者或两者的组合。其中，该陶瓷材料包含碳化硅SiC、氧化铝、氮化铝、氮 化硅SiN、石墨等其中任一者或其中的两者以上的组合。其中，聚合物包含耐 热性良好的工程塑胶中的任一种或二种以上的组合。本实施例的开关元件888 的绝缘外壳体19的主成分为聚合物(polymer)，包含聚苯硫醚 (Polyhenylenesulfide)。绝缘外壳体19在成形为图1或图3的形状或结构时，可 以分成绝缘外壳体盖体19a、绝缘外壳体基体19b以及绝缘外壳体侧体19c，如 图1，分别成型。其中，绝缘外壳体侧体19c也可以同时使用嵌入成型的制程， 将第一端电极11、第二端电极21、第三端电极31、第四端电极41以及绝缘外 壳体侧体19c(或绝缘外壳体基体19b)一体化成型。绝缘外壳体19具有左面部 19x1、右面部19x2、上面部19x3、底面部19x4、前面部19x5以及后面部19x6 等六个面部(如图3)。绝缘外壳体19具有保护绝缘外壳体19内元件的功用，包 含如：第一过电流保护元件OCP、弹性元件S1(如图4)、第一可熔导体8、第二 可熔导体8a(如图2G)、第一端电极11、第二端电极21、第三端电极31、第四 端电极41、第五端电极51(如图6)的第二端以及第一热产生组件7(1)等。
又，绝缘外壳体19可另包含开口18(请参考图3)或多孔洞陶瓷结构18a(请 参考图1)。开口18(开口的形状可以是圆形、多边形等任何现有的任一形状) 的特征是：在绝缘外壳体19六个面部(左面部19x1、右面部19x2、上面部19x3、 底面部19x4、前面部19x5以及后面部19x6)中的任一面部，具有至少一开口18， 开口18是从绝缘外壳体19的外表面直通绝缘外壳体19的内表面。多孔洞陶瓷 结构18a(现有的技术)的特征是：在绝缘外壳体19六个面部(左面部19x1、右面 部19x2、上面部19x3、底面部19x4、前面部19x5以及后面部19x6)中的任一面 部，其整面或局部的主要成份是由陶瓷粉体所组成，通过烧结的制程将的烧 结成型，并在陶瓷颗粒之间产生间隙或孔洞，因此绝缘外壳体19的其中一面 部或局部具有的多孔洞的最小直径比开口18的直径小，或者是，绝缘外壳体19的多孔洞的数量多于绝缘外壳体19的开口18，多孔洞陶瓷结构18a大部分孔 洞是互通的。开口18与多孔洞陶瓷结构18a的功用是：将绝缘外壳体19内气体 所产生的高压，可经由绝缘外壳体19的开口18或多孔洞陶瓷结构18a排泄出 去，让绝缘外壳体19的结构，不至于受到气体高压而造成损坏。
【开关元件888的多个端电极】
开关元件888的多个端电极包括四个端电极(即第一端电极11、第二端电 极21、第三端电极31、第四端电极41)贯穿绝缘外壳体侧体19c且由绝缘外壳 体侧体19c支撑。每一个端电极(即第一端电极11、第二端电极21、第三端电 极31、第四端电极41)的其中一端(第一端)配置(外露)于绝缘外壳体19外，另一 端(第二端)配置或浮设于绝缘外壳体19内或延伸至绝缘外壳体19内(请参考图 1)。更进一步来说，因第一热产生组件7(1)配置在第二端电极21第二端的下方， 所以，第二端电极21的第二端与绝缘外壳体基体19b之间具有间隙G1(请参考 图2A)，且第二端电极21的第二端包含斜边部21a(当然也可以不包含斜边部21a，请参考图2D)。另，第一端电极11具有二个第二端(请参考图1)，当然， 第一端电极11也可只具有一个第二端(请参考图6)。另，其他端电极的第二端 与绝缘外壳体基体19b之间也可以具有间隙，或者是，其他端电极也可具有多 个第二端，或者是，其他端电极也可包含斜边部，上述的技术特征都可视需 要而自由调整。另，每一个端电极(即第一端电极11、第二端电极21、第三端 电极31、第四端电极41)的第一端(外露于绝缘外壳体19外)的高度也可以依需 要而自由调整(请参考图1、图2D)。除此之外，由于该些端电极并非以印刷制 程而是以其他制程(如：压合制程)成型，设计者可根据实际应用或设计需求而 调整该些端电极的厚度与密度，以降低该些端电极的内阻。本发明所有的端 电极的材料包含以金、银、铜、锡、铅、铝、镍、钯、白金等中任一种作为 主成份或其部分的组合作为主成分的材料所制成的片状或长条状的金属。另， 端电极的表面可以镀上一层或多层较不易氧化或较稳定的金属材料如：镍、 锡、铅、铝、镍、金等。如此一来，该些端电极可避免大电流流经时产生高 温而使任一端电极被熔融。本发明的所有端电极都可采用类似于上述说明的 方式来实现。
又，当然本发明中的多个端电极也可还包括第五端电极51(请参考图6)。
【开关元件888b】
图6示出为本发明的另一种实施例的开关元件888b的剖面示意图。图8D 示出为开关元件888b的等效电路图。本实施例的开关元件888b包括：绝缘外 壳体19、多个端电极、第一过电流保护元件OCP以及第一热产生组件7(1)。开 关元件888b与开关元件888相似，其主要的差异是：开关元件888b中的多个端 电极包括五个端电极(即第一端电极11、第二端电极21、第三端电极31、第四 端电极41以及第五端电极51)，其中，每个端电极只有一个第二端。开关元件 888中的多个端电极包括四个端电极(即第一端电极11、第二端电极21、第三端电极31、第四端电极41)，其中，第一端电极11具有二个第二端。其他有 关结构的相关说明与开关元件888相似，请自行参阅，在此不再赘述。
【开关元件888的第一过电流保护元件OCP】
本发明的开关元件中的第一过电流保护元件OCP包括：可熔导体、弹性 构件、正温度系数元件(PTC元件)(或称热敏电阻)、双金属构件、温度保险丝 以及存储金属(memorymetal)等其中的任一者或其中的部分组合。当然，现有 技術的任何过电流保护元件都可适用于本发明的第一过电流保护元件OCP。 本实施例的开关元件888中的第一过电流保护元件OCP，选择的是第一可熔导 体8，第一可熔导体8可用任何现有的方式将第一可熔导体8固定在第一端电极 11与第二端电极21上(例如：回焊方式，请参考图4)，将第一可熔导体8固定在 第一端电极11与第二端电极21的上表面，且分别电气连接第一端电极11与第 二端电极21，用以在开关元件888的第一端电极11与第二端电极21之间提供第 一双向的电流路径Ic1、Id1。第一可熔导体8可以是多层结构，具有低熔点导 体层与高熔点导体层，其中低熔点导体层与高熔点导体层的熔点不相同。当 然，第一可熔导体8也可是单层结构，只包含单一熔点的金属导体层(低熔点 导体层或高熔点导体层)。第一可熔导体8中的低熔点导体层的材料包含以锡 为主成分的有铅或无铅金属合金。第一可熔导体8中的高熔点导体层的材料包 含以银、铜、锡、铋、铟、锌、铝等部分组成的合金。本发明的所有可熔导 体都适用上述的说明。需特别说明的是：本实施例的第一可熔导体8可以是任 何形状。例如：第一可熔导体8的两端分别配置在第一端电极11与第二端电极 21上(请参考图2D)，或者是，第一可熔导体8的其中一端分支延伸至斜边部 21a(请参考图1)，或者是，第一可熔导体8的中央部具有斜坡(请参考图1)。回 焊方式中的焊料9(1)、9(2)(请参考图4)可选择使用高熔点的材料包含以银、铜、 锡、铋、铟、锌、铝等部分组成的有铅或无铅金属，也可选择使用低熔点导 体层的材料包含以锡为主成分的有铅或无铅金属合金。
【弹性构件S1】
又，当然也可以使用其他种类的第一过电流保护元件OCP，例如：弹性 构件S1(请参考图4)。
【开关元件888a】
图4示出为本发明的另一种实施例的开关元件888a的剖面示意图。图7示 出为开关元件888a的等效电路图。本实施例的开关元件888a包括：绝缘外壳 体19；四个端电极、弹性构件S1(或称第一过电流保护元件OCP)以及第一热产 生组件7(1)。开关元件888a与开关元件888相似，其主要的差异是：开关元件 888a中的第一过电流保护元件OCP，选择的是弹性构件S1，开关元件888中的 第一过电流保护元件OCP，选择的是第一可熔导体8。本实施例是用焊料或焊 锡，将弹性构件S1固定在第一端电极11与第二端电极21上，焊料包含焊料9(1) 与焊料9(2)，焊料9(1)将弹性元件S1(或称为第一过电流保护元件OCP)的第一 端固定在第二端电极21上且电气连接第二端电极21，焊料9(2)将弹性元件S1 的第二端固定在第一端电极11上电气连接第一端电极11，用以在该开关元件 的第一端电极11与第二端电极21之间提供第一双向的电流路径Ic1、Id1。本发 明专利说明书中所述的电气连接，都可适用以上述焊料9为电气连接的方法之 一。焊料9的材料包含以锡为主成分的有铅或无铅组合物。弹性元件S1的构成 材料并无特别限制，较佳地，弹性元件S1是具有强弹性、强拉伸力、高硬度、 高导电的导体或金属材料，且弹性元件S1的构成材料最好与焊料9或金属有很好的结合性。原始状态的弹性元件S1是保持在水平状态，弹性元件S1是可以 通过外力向下或向上折弯(当然，也可以向任何方向或角度折弯)，当外力移除 后，弹性元件S1会回复原始水平状态。本实施例将弹性元件S1的第一端向下 折弯，并通过焊料9(1)将弹性元件S1的第一端固定在第二端电极21上且电气 连接第二端电极21。当焊料9(1)部分熔融时，弹性元件S1的技术特征是通过 本身的弹性，强制脱离第二端电极21(即回复至原始水平状态，请参考图5)， 使弹性元件S1与第二端电极21之间呈现开路状态(open circuit)，等同于弹性元 件S1与第二端电极21之间的电流路径被断开，或者是，等同于第一双向的电 流路径Ic1、Id1被断开。本发明中六种不同种类的第一过电流保护元件OCP， 其与端电极电气连接的方式或断开的方式或许各有些不同，但其效果却是相 同的。其他有关结构的相关说明与开关元件888相似，请自行参阅，在此不再 赘述。
【开关元件888的第一热产生组件7(1)】
第一热产生组件7(1)配置在该绝缘外壳体19内，并且配置在第二端电极21 的下方，介于第二端电极21与第三端电极31之间，第一热产生组件7(1)包括二 个发热体电极7a(或称第一发热体电极)、7b(或称第二发热体电极)以及第一发 热体7c，且三者形成所谓三明治的结构，第一发热体7c被夹在二个第一发热 体电极7a、7b之间(例如：晶片型的正温度系数元件或称晶片型PTC元件)，第 一发热体7c的其中一端电气连接发热体电极7a，另一端电气连接发热体电极 7b。当然，第一热产生组件7(1)不一定都是所谓三明治的结构，也可以将第一 热产生组件7(1)配置在绝缘基板上或绝缘基板内(请参考图2J、图2K)。需特别说明的是：本实施例中的发热体电极7a是通过焊锡或焊料固定在第二端电极 21上，并且电气连接第二端电极21，发热体电极7b是通过焊锡或焊料固定在 第三端电极31上，并且电气连接第三端电极31。或者是，第一热产生组件7(1) 电气串联于该第一双向的电流路径Ic1、Id1与第三端电极31之间。发热体7c 是电阻值相对较高的元件(相较于第一可熔导体8或图2C的第三可熔导体8b)， 且具有电流通过就会发热的特性，其材料包括二氧化钌(RuO2)、氧化钌、氧 化锌、钌、铜、钯、白金、碳化钛、碳化钨、铂、钼、钨、碳黑、有机结合 剂或无机结合剂等其中之一为主成分或其中部分组合物为主成分的陶瓷元 件，或者是，其材料包括高分子(polymer)为主成分以及导电材料所组成的组 合物或高分子元件。发热体电极7a、7b可以是单层金属或多层金属结构，其 各层的材料包括铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、 银、金、羰基铁、羰基镍、羰基钴等其中之一或其部分组合成的合金。
又，当然，发热体电极7a也可以通过焊锡或焊料固定在第一端电极11上， 并且电气连接第一端电极11，发热体电极7b是通过焊锡或焊料固定在第三端 电极31上，并且电气连接第三端电极31(请参考图8E、图8F)。或者是，第一 热产生组件7(1)电气串联于该第一双向的电流路径Ic1、Id1与第三端电极31之 间。
【绝缘导热层16】
又，上述的开关元件888可还包括绝缘导热层16，该绝缘导热层16配置在 第三端电极31上，其中，第四端电极41与第一端电极11配置在绝缘导热层16 上(请参考图2C)，或者是，第四端电极41与第二端电极21配置在绝缘导热层 16上，或者是，第四端电极41与第五端电极51配置在绝缘导热层16上。绝缘 导热层16的功效是将第一热产生组件7(1)所产生的热能，经由第三端电极31、 绝缘导热层16，快速的传导至第四端电极41与第一端电极11或第五端电极 51(如：图6)或第二端电极21，有助于第四端电极41电气连接另一端电极(即第 一端电极11或第五端电极51或第二端电极21)。绝缘导热层16同样适用于本发 明中其他的开关元件(如：888a、888b、888c)
【第二热产生组件】
又，上述的开关元件888可还包括第二热产生组件7(2)(请参考图2L)，第 二热产生组件7(2)的其中一端电气连接第一端电极11或第二端电极21(未示 出)或第五端电极51(未示出)，第二热产生组件7(2)的另一端电气连接第三端电 极31(请参考图2L)或第六端电极61(请参考图2M)，上述的开关元件888可还包 括第六端电极61，其技术特征与第三端电极31类似，可输出或控制流经第二 热产生组件7(2)的电流。第二热产生组件7(2)的功效是可与第一热产生组件 7(1)一起加热或第二热产生组件7(2)单独加热第四端电极41(请参考图2M)或 第一端电极11(未示出)或第五端电极51(请参考图2M)或第二端电极21(未示出)或其中的部分组合(例如：第四端电极41与第五端电极51(请参考图2M)， 或者是，第四端电极41与第一端电极11，或者是，第四端电极41与第二端电 极21)，可缩短第四端电极41电气连接另一端电极的时间。
【绝缘基板10】
上述的开关元件888还包括绝缘基板10，其中，第一热产生组件7(1)配置 在绝缘基板10上(请参考图2J)，或者是，配置在绝缘基板10内(请参考图2K)。 第一热产生组件7(1)的一端电气连接第二端电极21，另一端电气连接第三端电 极31。绝缘基板10，同样适用于本发明中其他的开关元件(如：888a、888b、 888c)。
【第三可熔导体8b】
开关元件888还包括第三可熔导体8b，第三可熔导体8b的配置方式有许多 不同的态样，如：第三可熔导体8b配置在第二端电极21的斜边部21a上(请参 考图2C)。
又，第三可熔导体8b，配置在第一端电极11上(请参考图2D)。
又，第三可熔导体8b，配置在第二端电极21上(若第一热产生组件7(1)配 置在第一端电极11的下方，未示出)。
又，第三可熔导体8b，配置在第四端电极41上(请参考图2E)。
又，第三可熔导体8b，可配置在第五端电极51上(请参考图2L)。上述第 三可熔导体的功用是使第四端电极41电气连接另一端电极(例如：第一端电极 11或第二端电极21或第五端电极51)。
【第四可熔导体8c】
上述开关元件888还包括第四可熔导体8c，配置在第一端电极11上，第三 可熔导体8b配置在第四端极41上(请参考图2F)。当然，第四可熔导体8c，可依 据第三可熔导体8b配置在不同端电极的位置而调整第四可熔导体8c配置的位 置。第四可熔导体8c可以配置的位置包含第四端电极41、第一端电极11、第 二端电极21、斜边部21a以及第五端电极51上。上述第四可熔导体的功用是使 第四端电极41电气连接另一端电极(例如：第一端电极11或第二端电极21或第 五端电极51)。上述开关元件888中的第三可熔导体8b或第四可熔导体8c，同 样地，可适用于本发明的所有开关元件。
又，开关元件888b(请参考图6)中的多个端电极包括五个端电极(即第一端 电极11、第二端电极21、第三端电极31、第四端电极41以及第五端电极51)， 上述的第三可熔导体8b与第四可熔导体8c同样适用于开关元件888b。第三可 熔导体8b可以配置的位置包含第四端电极41、第一端电极11、第二端电极21、 斜边部21a(11a，未示出)以及第五端电极51等其中的任一者。第四可熔导体8c 可以配置的位置包含第四端电极41、第一端电极11、第二端电极21、斜边部 21a(11a，未示出)以及第五端电极51等其中的任一者。
【开关元件888c】
图2G示出为本发明的另一种实施例的开关元件888c的剖面示意图。图8B 示出为开关元件888c的等效电路图。本实施例的开关元件888c包括：绝缘外 壳体19；多个端电极、第一过电流保护元件OCP(即第一可熔导体8)、第二可 熔导体8a(或第二过电流保护元件)以及第一热产生组件7(1)。
开关元件888c与开关元件888相似，其主要的差异是：开关元件888c还包 括第二可熔导体8a(或第二过电流保护元件)，其中，开关元件888c的发热体电 极7a具有斜边部7aa，但，开关元件888c的第二端电极21没有图1所示的斜边 部21a。其他有关结构的相关说明与开关元件888相似，请自行参阅，在此不 再赘述。需特别说明的是，第二可熔导体8a(或第二过电流保护元件)与第一可 熔导体8(或第一过电流保护元件OCP)相似，第二过电流保护元件包括：可熔 导体(如第二可熔导体8a)、弹性构件、正温度系数元件(PTC元件)(或称热敏电 阻)、双金属构件、温度保险丝以及存储金属(memory metal)等其中的任一者 或其中的部分组合。当然，现有技术的任何过电流保护元件都可适用于本发 明的第二过电流保护元件。另，开关元件888c也可还包括第三可熔导体8b、 第四可熔导体8c二者中的任一者或二者的组合，以便达成类似开关元件888的 技术特征。
【第二可熔导体8a】
开关元件888c的第二可熔导体8a与该第一热产生组件7(1)二者电气串联 于该第一双向的电流路径Ic1、Id1与第三端电极31之间(请参考图8B)。详细来 说，第二可熔导体8a配置在绝缘外壳体19内，且配置在该第二端电极21(如 图2G)或该第一端电极11(未示出)的下方。第二可熔导体8a的两端分别电 气连接第二端电极21与第一热产生组件7(1)的发热体电极7a(且发热体电极7a 具有斜边部7aa，如图2G)，以在第二端电极21与第三端电极31之间形成电流 路径I7(如图8B)。需特别说明的是：第二可熔导体8a的形状可以是任何形 状。本实施例的第二可熔导体8a的形状较为特殊(请参考图2G)，其特征是第 二可熔导体8a在两端的厚度较中央部的厚度厚或高。或者是，第二可熔导体 8a在斜边部7aa上的部分，其厚度较中央部的部分厚。当然，第二可熔导体8a 的两端也可以改成分别电气连接第一端电极11与第一热产生组件7(1)的发热 体电极7a(未示出)。需特别说明的是，本实施例中的第二可熔导体8a的一 端是通过焊锡或焊料固定在第二端电极21的表面，并且电气连接第二端电极 21，另外一端是通过焊锡或焊料固定在发热体电极7a上，并且电气连接发热体电极7a。第二可熔导体8a的功用是：当第一热产生组件7(1)通电发热时，第 一双向电流路径被断开且第四端电极41电气连接另一端电极后(一段时间后)， 第二可熔导体8a也会被第一热产生组件7(1)所产生的热能所熔断(即流经第一 热产生组件7(1)的电流I7被断开)，使第一热产生组件7(1)停止发热。第二可熔 导体8a同样适用于本发明中其他的开关元件(如：888、888a、888b)。另，开 关元件888中的第三可熔导体8b与第四可熔导体8c也可以适用于本实施例的 开关元件888(特别是第三可熔导体8b可配置在斜边部7aa上)。
【开关元件888、888a的动作说明】
状况一：当低于额定电流值的电流流经开关元件888或开关元件888a的第 一双向电流路径Ic1、Id1时，开关元件888、888a不会动作，维持开关元件888 或开关元件888a的第一端电极11与第二端电极21之间初始的导通或短路(on) 状态以及第一端电极11与第四端电极41之间初始的断路(off)状态。(参考图1、 图4)
状况二：当高于额定电流值的电流流经开关元件888或开关元件888a的第 一双向的电流路径Ic1、Id1时，开关元件888的第一可熔导体8，因本身发热致 使第一可熔导体8熔断(如图2A)或开关元件888a的弹性元件S1因本身发热致 使焊料9(1)被熔融，当焊料9(1)部分被熔融时，弹性元件S1的第一端是通过本 身的弹性，强制脱离第二端电极21(即回复至原始水平状态)(参考图5)，开关 元件888或开关元件888a的第一端电极11与第二端电极21之间由导通或短路 (on)转换至断路状态(off)，等同于第一双向电流路径Ic1、Id1被断开。此时， 第一端电极11与第四端电极41之间仍维持初始的断路(off)状态。
状况三：当开关元件888的第一热产生组件7(1)通电(或电流I7流经第一热 产生组件7(1)，参考图8A)发热时，第一热产生组件7(1)所产生的热能经由发 热体电极7a以及第二端电极21传递到第一可熔导体8，致使与第二端电极21重 叠或相接的部分第一可熔导体8被熔融，最后，第一可熔导体8被熔断，并先 后致使第一端电极11与第二端电极21之间转换至断路状态(off)以及第一端电 极11与第四端电极41之间转换至导通或短路(on)状态(参考图2B，或致使第四 端电极41电气连接第一端电极11)。或者是，当开关元件888a的第一热产生组 件7(1)通电发热时，第一热产生组件7(1)所产生的热能经由发热体电极7a以及 第二端电极21传递到焊料9(1)。因第二端电极21的熔点高于焊料9(1)，所以， 焊料9(1)被熔融。当焊料9(1)部分被熔融时，弹性元件S1的第一端是通过本身 的弹性，强制脱离第二端电极21(即回复至原始水平状态)，使弹性元件S1与 第二端电极21之间呈现开路状态(open circuit)，第一端电极11与第二端电极21 之间因此被转换至断路状态(off)(请参考图5)。另外，被熔融的焊料9(1)沿着第 二端电极21的斜边部21a垂落至第四端电极41与第一端电极11之间，致使第四 端电极41电气连接第一端电极11，等同于将第一端电极11与第四端电极41之 间由断路(off)转换至导通或短路(on)状态(参考图5)。需特别说明的是，当开关 元件888的第一热产生组件7(1)通电发热且使第一端电极11与第二端电极21之间转换至断路状态(off)后，或者是，第一双向电流路径Ic1、Id1被断开后，第 一热产生组件7(1)的通电状态不会受到影响，第一热产生组件7(1)仍维持在通 电状态，或者是，电流I7仍会流经第一热产生组件7(1)(参考图8A)。如果想断 开或切断电流I7可以藉由例如图8C的第二可熔导体8a使电流I7无法流经第一 热产生组件7(1)，或者是，藉由外部控制元件(如：电流控制元件MOS FET) 或外部控制电路来断开或切断电流I7。例如:断开第三端电极31与外部电路电 气连接的方式，使电流I7无法流经第一热产生组件7(1)。
【开关元件888b的动作说明】
开关元件888b在上述状况一与状况二的动作与开关元件888相似，请参考 开关元件888的动作说明。
开关元件888b在上述状况三的动作也与开关元件888相似，唯一不同的是 开关元件888b在状况三时，被熔融的第一可熔导体8沿着第二端电极21的斜边 部21a垂落至第四端电极41与第五端电极51之间，致使第四端电极41电气连接 第五端电极51，等同于将第五端电极51与第四端电极41之间由断路(off)转换 至导通或短路(on)状态。
【开关元件888c的动作说明】
开关元件888c在上述状况一与状况二的动作与开关元件888相似，请参考 开关元件888的动作说明。
状况三：当开关元件888c的第一热产生组件7(1)发热时，第一热产生组件 7(1)所产生的热能经由发热体电极7a、第二可熔导体8a以及第二端电极21传递 到第一可熔导体8，致使与第二端电极21重叠或相接的部分第一可熔导体8被 熔断，致使第一端电极11与第二端电极21之间由导通或短路(on)转换至断路状 态(off)，然后，第二可熔导体8a被第一热产生组件7(1)所产生的热能开始熔融， 部分被熔融的第二可熔导体8a垂落至第四端电极41与第一端电极11之间，使 第四端电极41电气连接第一端电极11，等同于将第一端电极11与第四端电极 41之间由断路(off)转换至导通或短路(on)状态，最后第二可熔导体8a被熔断， 使第二端电极与第二可熔导体之间转换至断路状态(off)，第一热产生组件7(1) 无电流流过，所以停止发热(参考图2I或图8C)。
须说明的是，在状况三，开关元件888c与其他开关元件(即888、888a、 888b)不同之处是：开关元件888c最后会自行断开流经第一热产生组件7(1)的 电流I7(参考图8C)，其他开关元件必须通过外部电路的协助才能断开流经第一 热产生组件7(1)的电流I7(参考图8A)。
综合上述所提的实施方式，本发明所述的开关元件，可用配置于不同位 置的可熔导体(例如：第一可熔导体8、第二可熔导体8a、第三可熔导体8b、 第四可熔导体8c、焊料9(1)等五者中的任一者或任二者以上的组合)，使第四 端电极电气连接另一端电极(即第一端电极或第二端电极或第五端电极)，等同 于将第一端电极11或第二端电极21与第四端电极41之间转换至导通或短路 (on)状态，或者是，将第五端电极51与第四端电极41之间转换至导通或短路 (on)状态(参考图6)。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属 技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改 与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准，凡合于本发明权 利要求的精神与其运用本发明说明书及附图内容所为的类似变化，均包含于 本发明的权利要求内。
Claims (15)
1.一种开关元件，其特征在于，包括：
绝缘外壳体；
多个端电极，包括第一端电极、第二端电极、第三端电极以及第四端电极，所述多个端电极分别贯穿所述绝缘外壳体，且分别被所述绝缘外壳体所支撑；
第一过电流保护元件，用以在所述开关元件的所述第一端电极与所述第二端电极之间提供第一双向的电流路径；以及
第一热产生组件，配置在所述第一端电极或所述第二端电极的下方，当所述第一热产生组件通电发热时，所述开关元件反应于所述第一热产生组件所产生的热而使所述第四端电极电气连接另一端电极。
2.根据权利要求1所述的开关元件，还包括绝缘导热层，所述绝缘导热层配置在所述第三端电极上。
3.根据权利要求1所述的开关元件，还包括第三可熔导体，配置在所述第一端电极上或所述第二端电极上或所述第四端电极上或所述第二端电极的斜边部上或所述第一端电极的斜边部上。
4.根据权利要求3所述的开关元件，还包括第四可熔导体，配置在所述第一端电极上或所述第二端电极上或所述第四端电极上或所述第二端电极的斜边部上或所述第一端电极的斜边部上。
5.根据权利要求1所述的开关元件，还包括第二过电流保护元件或第二可熔导体，所述第二过电流保护元件或第二可熔导体与所述第一热产生组件二者，电气串联于所述第一双向的电流路径与所述第三端电极之间。
6.根据权利要求5所述的开关元件，还包括第三可熔导，配置在所述第一端电极上或所述第二端电极上或所述第四端电极上或所述发热体电极的斜边部上。
7.根据权利要求6所述的开关元件，还包括第四可熔导体，配置在所述第一端电极上或所述第二端电极上或所述第四端电极上或所述发热体电极的斜边部上。
8.根据权利要求1所述的开关元件，还包括绝缘基板，所述第一热产生组件配置在所述绝缘基板上或所述绝缘基板内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的开关元件，其中，所述另一端电极为所述第一端电极或所述第二端电极。
10.根据权利要求1所述的开关元件，其中，所述多个端电极还包括第五端电极，其中，所述另一端电极为所述第五端电极。
11.根据权利要求10所述的开关元件，还包括第二可熔导体、第三可熔导体以及第四可熔导体三者中的任一者，或者是，所述三者的组合。
12.根据权利要求1或2或3或5或8或10所述的开关元件，其中，所述第一过电流保护元件包括：可熔导体、弹性构件、正温度系数元件、双金属构件、温度保险丝以及存储金属其中的任一者或其中的部分组合。
13.根据权利要求1所述的开关元件，其中，所述绝缘外壳体还包含开口或多孔洞陶瓷结构。
14.根据权利要求10所述的开关元件，还包括第二热产生组件，所述第二热产生组件的其中一端电气连接所述第一端电极或所述第二端电极或所述第五端电极，所述第二热产生组件的另一端电气连接所述第三端电极。
15.根据权利要求5所述的开关元件，其中，所述第二过电流保护元件包括：可熔导体、弹性构件、正温度系数元件、双金属构件、温度保险丝以及存储金属其中的任一者或其中的部分组合。
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