CN109390181B - 可回焊式温度保险丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可回焊式温度保险丝，其包含导电件、感测件、抑制件、加热件和多个安装垫。导电件包含第一弹性部和第二弹性部。该第一弹性部在该可回焊式温度保险丝处于致动状态时施力于该导电件。该感测件与该第一弹性部有机械性连接。该抑制件在该可回焊式温度保险丝处于安装状态时固定住该第二弹性部，从而防止该第二弹性部施力于该导电件。该加热件通过致动电流而发热，并将热传递至该抑制件，使得该抑制件失去弹性而释放该第二弹性部，从而该可回焊式温度保险丝处于该致动状态。当后续发生错误时，该感测件失去维持该第一弹性部于其位置的能力，使得该导电件形成断路。

Description

可回焊式温度保险丝

技术领域

本发明涉及一种温度保险丝(thermal fuse)，特别涉及一种可回焊式温度保险丝(reflowable thermal fuse)。

背景技术

随着科学技术的发展，电力/电子产品日益多样化、复杂化，所应用的电路保护元件已非限制于昔日的简单的玻璃管保险丝，而是发展成为一个门种类繁多的新兴电子元件领域。随着电子产品的更新换代，对可靠性和安全性的要求日益提高，尤其人们对各种电路保护元件的发展和应用将更加关注。

电路保护元件的重要性日益增加。在各类电子产品中，设置过电流保护和过电压保护元件的趋势日益增强。据统计，在电子产品出现的故障中，有75％以上是由于过电流或过电压所造成的。随着人们对电子产品安全性要求不断提升，制造厂家因而已普遍采用电路保护元件。

既存的玻璃管型保险丝因占据较大空间，且其电极设计并不适合于电路板的应用。因此表面粘着型(SMD)温度保险丝逐渐被开发出来，且其具有更小的体积。温度保险丝的作用与典型的玻璃管保险丝类似。也就是说，在正常操作情况下该温度保险丝形成导通，而在环境温度(ambient temperature)超过临界温度时，该温度保险丝的行为便像是断路。换言之，操作时过高电流流通过该温度保险丝或邻近元器件失效升温。一旦温度到达该临界温度，其将从导通状态切换成非导通或断路(open circuit)状态。

现有温度保险丝的一项缺点是在安装于电路板时，必须避免温度保险丝达到临界温度，否则将形成断路而无法使用。因此，一般的温度保险丝无法直接经过回焊炉安装至一电路板上，因为回焊炉的操作温度动辄高达230℃至260℃以上，将使得该温度保险丝成为断路状态而非致动状态，故无法使用。

如图1所示，美国专利US 8,581,686揭示一种可回焊式温度保险丝10，其包含传导元件11。正常运作下，负载电流(load current)通过该传导元件11而流经两个安装垫(mounting pad)14之间。该传导元件11虽然具有向上弹开的弹性(resilience)，但被感测件12限制于该安装垫14。该感测件12可包含焊料(solder)。回焊时，感测件12可能熔融而无法维持传导元件11于其位置。为解决这个问题，使用一种可在回焊时产生拉力(tension)的线型(string-type)抑制件13，以在回焊时固定该传导元件11。在正常运作时，负载电流通过位于该两个安装垫14之间的传导元件11的拱形部分。在利用如2A～5A的电流熔断抑制件13后，传导元件11会通过感测件12保持于其位置。由此，该可回焊式温度保险丝10处于致动状态(activated state)。若后续有例如过电流等错误发生，过热会使得感测件12失去保持该传导元件11位于原来位置的能力，接着该传导元件11会弹开如虚线所示。抑制件13可为任何能够传导电力的材料，例如铜、不锈钢或合金材料。抑制元件13的线径不能太大，以便能够确保电流能熔断或切断该抑制件13。加热件15可位于该感测件12下方使得传导元件11更快失去弹性并成为断路。然而，该可回焊式温度保险丝10的结构复杂，其中该抑制件13和感测件12以不同机制作动。该抑制件13通常为一条线来保持住该传导元件11，不过因为线的拉力或强度可能随着时间降低，而失去在回焊时固定住该传导元件11的能力。

发明内容

为解决前述问题，本发明提供一种可回焊式温度保险丝，其为不含线型抑制件的简单结构，因此可避免线型抑制件的劣化问题。另外，加热件为电气独立设计，可以使用相对较小的电流来启动。

根据本发明一实施方式，一种可回焊式温度保险丝包含导电件、感测件、抑制件、加热件和多个安装垫。该导电件包含第一弹性部和第二弹性部，该第一弹性部在该可回焊式温度保险丝处于致动状态时施力于该导电件。该感测件与该导电件的第一弹性部有机械性连接。该抑制件在该可回焊式温度保险丝处于安装状态时固定住该第二弹性部，从而防止该第二弹性部施力于该导电件。该安装垫用以表面粘着该可回焊式温度保险丝。该加热件通过致动电流(activating current)而发热，并将热传递至该抑制件，使得该抑制件失去弹性而释放该第二弹性部，从而该可回焊式温度保险丝处于该致动状态。当后续发生错误时，该感测件失去维持该第一弹性部于其位置的能力，使得该导电件形成断路。

一实施例中，当该可回焊式温度保险丝的环境温度超过一临界值时，该感测件失去弹性，该导电件受该第一弹性部的施力而成断路。

一实施例中，该导电件为包含二个拱形部分的弯曲结构，该二个拱形部分对应于该第一和第二弹性部。

一实施例中，该加热件电气独立于该抑制件及导电件。

一实施例中，该第一弹性部的第一端部和第二端部电气连接该多个安装垫中的第一安装垫和第二安装垫，以形成该可回焊式温度保险丝的负载电流路径。

一实施例中，该第一弹性部的第二端部通过该感测件连接于该第二安装垫。

一实施例中，该第二弹性部的第一端部通过该感测件连接于该第二安装垫，该第二弹性部的第二端部通过该抑制件连接于该加热件上的结合板。

一实施例中，该感测件及抑制件包含焊料。

一实施例中，该抑制件的熔点高于该安装状态时的回焊温度。

一实施例中，该抑制件的熔点高于该感测件的熔点。

一实施例中，该抑制件的熔点高于该感测件的熔点20～160℃。

一实施例中，该加热件为电阻元件或正温度系数(PTC)元件。

一实施例中，当该第二弹性部释放时，该致动电流自动关闭。

根据本发明另一个实施方式，一种可回焊式温度保险丝包含导电件、感测件、抑制件、加热件及基座。该导电件包含第一弹性部和第二弹性部，该第一弹性部在该可回焊式温度保险丝处于致动状态时施力于该导电件。该感测件与该导电件的第一弹性部有机械性连接。该抑制件在该可回焊式温度保险丝处于安装状态时固定住该第二弹性部，从而防止该第二弹性部施力于该导电件。该基座包含多个安装垫，该安装垫用以表面粘着该可回焊式温度保险丝。该多个安装垫中的第一和第二安装垫至少部分露出该基座底部。该第一弹性部的第一端部和第二端部电气连接该第一安装垫和第二安装垫，以形成该可回焊式温度保险丝的负载电流路径。该加热件通过致动电流而发热，并将热传递至该抑制件，使得该抑制件失去弹性而释放该第二弹性部，从而该可回焊式温度保险丝处于该致动状态。当后续发生错误时，该感测件失去维持该第一弹性部于其位置的能力，使得该导电件形成断路。

一实施例中，该可回焊式温度保险丝还包含可与该基座结合的外罩，以形成容纳该导电件、感测件、抑制件和加热件的内部空间。

本发明的该感测件和抑制件可包含焊料而在相同机制下作动，因此可简化可回焊式温度保险丝的结构。本发明的抑制件取代现有的线型抑制件，可避免抑制件的拉力降低，从而确实且精确地固定或维持该导电件于其位置。

附图说明

图1显示现有的可回焊式温度保险丝的结构示意图；

图2显示本发明一实施例的可回焊式温度保险丝的示意图；

图3至图5显示本发明的可回焊式温度保险丝于不同状态下的情况；

图6显示本发明一实施例的可回焊式温度保险丝的底部视图；

图7显示本发明另一实施例的可回焊式温度保险丝的部分示意图；以及

图8显示图7的可回焊式温度保险丝的底部视图。

【符号说明】

10 可回焊式温度保险丝

11 传导元件

12 感测件

13 抑制件

14 安装垫

15 加热件

20 可回焊式温度保险丝

21 基座

22 外罩

23 导电件

23a 第一弹性部

23b 第二弹性部

24 凸块

25 缺口

29 绝缘层

30 接合板

31 第一安装垫

32 第二安装垫

33 感测件

34 加热件

35 抑制件

36 连接垫

37 连接垫

38 测试垫

44 加热件

45 抑制件

46 连接垫

47 绝缘层

48 接合板

49 导电层

50 绝缘层

51 电极

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

图2显示本发明一实施例的可回焊式温度保险丝20，其处于致动状态。基座21搭配外罩22以形成一可容纳该可回焊式温度保险丝20必要构件的内部空间。导电件23设置于基座21上，且包含第一弹性部23a和第二弹性部23b。基座21的侧壁设有凸块24，该凸块24可咬合于外罩22侧壁的缺口25，以进行两者的结合。导电件23可以由单一金属片弯折形成两个拱形部分，其分别对应于第一弹性部23a和第二弹性部23b。拱形的第一弹性部23a和第二弹性部23b提供可施力于该导电件23的弹性。位于基座21上的接合板30用于固定该第二弹性部23b。

图3显示处于安装状态的可回焊式温度保险丝20的剖面示意图。基座21包含多个安装垫，用来将可回焊式温度保险丝20表面粘着于一电路板(图未示)上。第一弹性部23a的第一端部和第二端部分别电连接第一安装垫31和第二安装垫32，以形成该可回焊式温度保险丝20的负载电流路径。该第一安装垫31和第二安装垫32的至少部分设置于该基座21的底部之外以供表面粘着之用，如图6所示的基座21的底部。第一弹性部23a的第一端部可使用点焊连接安装垫31，第一弹性部23a的第二端部可通过感测件33连接于该第二安装垫32。换言之，感测件33以机械方式连接于导电件23的第一弹性部23a。因为导电件23是一个连续件，该第一弹性件23a的第二端部实质等同于其邻近的第二弹性件23b的第一端部。因此，第二弹性件23b的第一端部也是通过感测件33连接于第二安装垫32。第二弹性部23b的第二端部通过抑制件35固定于位于加热件34上的接合板30。一实施例中，绝缘层29(例如glaze层)设置于接合板30和加热件34之间提供绝缘。加热件34电连接于连接垫36和37，以允许施加电流于加热件34。本实施例中，加热件34电气独立于抑制件35和导电件23，以避免电气冲突的问题。相较于现有设计需要大电流来烧断抑制件，本发明只需要较小的电流或功率就可以致动该加热件34以熔融该抑制件35。加热件34可为电阻元件或PTC元件。

本实施例中，感测件33可包含焊料，且抑制件35也可包含焊料。该抑制件35的熔点高于可回焊式温度保险丝20的后续回焊工艺的温度。如此一来，抑制件35能在回焊时维持住该第二弹性部23b于其位置，从而防止该可回焊式温度保险丝20于安装状态时该第二弹性件23b施力于该导电件23。一实施例中，抑制件35相较于感测件33有较高的熔点。此时因为导电件23没有变形，即使回焊时感测件33已熔融或失去弹性，感测件33仍维持于原来位置。

一实施例中，抑制件35的熔点约240～290℃，其高于回焊温度的230～260℃。抑制件35可包含焊料如Sn-Cu、Sn-Bi-Ag、Pb-Sn-Ag、Pb-In-Ag等合金。感测件33的熔点约150～230℃，可包含焊料如Sn-In-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Pb或Sn-In合金。通常抑制件35的熔点高于感测件33的熔点约有20～160℃的差距。

回焊后，一电流(例如由3～60V、4～200W所产生的电流1.5A)施加于该加热件34以产生热，且之后将该热传递至抑制件35。抑制件35被加热而失去弹性，从而释放该第二弹性部23b，如图4所示，使得该可回焊式温度保险丝20位于致动状态。在致动状态下，第二弹性部23b和接合板30分离，且该第一弹性件23a虽然仍被感测件33限制移动，第一弹性件23a会施力于该导电件23。如图6所示，电气连接于接合板30的测试垫38可另外设置于基板21的下表面。位于安装垫32和测试垫38之间可进行电阻值量测，以确定安装垫32和测试垫38之间的第二弹性部23b的电气路径为断路，也就是说第二弹性件23b自接合件30分离。

当有错误情况时，例如过电流发生，感测件33失去维持住第一弹性部23a于其位置的能力，而允许该导电件23打开成断路，如图5所示。另外，当可回焊式温度保险丝20的环境温度超过一临界值时，亦即过温度时，该导电件23受其第一弹性部23a的弹力而打开形成电气断路。

本发明另一实施例的可回焊式温度保险丝如图7和图8所示，其中图7显示可回焊式温度保险丝的抑制件部分的详细结构，图8显示该可回焊式温度保险丝的底部视图。本实施例中，导电件23的第一弹性部和第二弹性部及安装垫31和32等同于图2至图6所示者。加热件44连接设置于基座21上的两个电极51，且一个绝缘层47例如玻璃层或釉层(glaze)设置于加热件44的表面。两个接合板48设置于绝缘层47表面，且导电层49例如铜层通过抑制件45连接于两个接合板48，该抑制件45包含2个分离的区块分别连接于两个接合板48。导电件23和导电层49由设置于其间的绝缘层50进行隔离，该绝缘层50可为例如环氧树脂层，由此导电件23电气独立于抑制件45。导电层49通过位于基座21中的导电线路电气连接于安装垫32。右侧的接合板48电气连接于加热件44的一端，而加热件44的另一端则通过电极51电气连接于基座21下表面的连接垫46，该连接垫46电气接地。据此，形成依序包含安装垫32、抑制件45、加热件44和连接垫46的导电路径，如图7箭号所示。回焊后，一致动电流或例如10～20W的致动功率施加于该安装垫32以启动该加热件44，该加热件44产生的热传递至抑制件45。抑制件45加热熔融以致于失去弹性，该抑制件45不再维持该导电件23的第二弹性部于其位置，该导电件23伴随着绝缘层50和导电层49与接合板48分离，使得该可回焊式温度保险丝处于致动状态。该导电件23的分离导致从安装垫32至连接垫46的导电路径成断路，因此施加于加热件44的电流将自动关闭。换言之，当导电件23的第二弹性部被释放后，通过加热件44的致动电流将自动关闭。因此若该致动电流或施加功率自动关闭，表示该导电件23的第二弹性部和接合板48确定分离，故不需要进一步进行前述的电阻值量测。

综言之，于回焊时(亦即安装状态)抑制件35或45维持该第二弹性部23b于其原位置，回焊后抑制件35或45被加热而失去弹性，从而释放第二弹性部23b且置该可回焊式温度保险丝20于致动状态。当有错误情况例如过电流或过温度时，感测件33失去维持该第一弹性部23a于原位置的能力，使得该导电件23打开成电气断路。

本发明的导电件的第一弹性部和第二弹性部并不是于同时间释放。回焊后且当第二弹性部被释放，该可回焊式温度保险丝处于致动状态。当有错误情况时，第一弹性部不再由感测件固定于其位置。换言之，该第二弹性件的启动或释放发生于第一弹性件的启动或释放之前。通过此两阶段启动方式，温度保险丝可进行回焊而不丧失固定该导电件的能力。没有使用线型抑制件，抑制件拉力降低不会是个问题，且可回焊式温度保险丝的结构可以简化。另外，只要一个较小的电流，例如小于2A，就可以用来释放导电件的第二弹性部。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域具有通常知识的技术人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种可回焊式温度保险丝，其特征在于，包含：

一导电件，包含第一弹性部和第二弹性部，该第一弹性部在该可回焊式温度保险丝处于致动状态时施力于该导电件；

一感测件，与该导电件的第一弹性部有机械性连接；

一抑制件，在该可回焊式温度保险丝处于安装状态时固定住该第二弹性部，从而防止该第二弹性部施力于该导电件；

一加热件；及

多个安装垫，用以表面粘着该可回焊式温度保险丝；

其中该第一弹性部的第一端部电气连接该多个安装垫中的第一安装垫，该第一弹性部的第二端部电气连接该多个安装垫中的第二安装垫，以形成该可回焊式温度保险丝的负载电流路径；

其中该第一弹性部的第二端部通过该感测件连接于该第二安装垫；

其中该第二弹性部的第一端部通过该感测件连接于该第二安装垫，该第二弹性部的第二端部通过该抑制件连接于该加热件上的结合板；

其中该加热件通过致动电流而发热，并将热传递至该抑制件，使得该抑制件熔融失去弹性而释放该第二弹性部，从而该可回焊式温度保险丝处于该致动状态；

其中当后续发生故障时，该感测件失去维持该第一弹性部的第二端部于该感测件上的位置的能力，使得该导电件形成断路。

2.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中当该可回焊式温度保险丝的环境温度超过一临界值时，该感测件失去弹性，该导电件受该第一弹性部的施力而成断路。

3.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该导电件为包含两个拱形部分的弯曲结构，该两个拱形部分对应于该第一弹性部和第二弹性部。

4.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该加热件电气独立于该抑制件及导电件。

5.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该感测件及抑制件包含焊料。

6.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该抑制件的熔点高于该安装状态时的回焊温度。

7.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该抑制件的熔点高于该感测件的熔点。

8.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该抑制件的熔点高于该感测件的熔点20～160℃。

9.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中该加热件为电阻元件或PTC元件。

10.根据权利要求1所述的可回焊式温度保险丝，其中当该第二弹性部释放时，该致动电流自动关闭。

11.一种可回焊式温度保险丝，其特征在于，包含：

一导电件，包含第一弹性部和第二弹性部，该第一弹性部在该可回焊式温度保险丝处于致动状态时施力于该导电件；

一感测件，与该导电件的第一弹性部有机械性连接；

一抑制件，在该可回焊式温度保险丝处于安装状态时固定住该第二弹性部，从而防止该第二弹性部施力于该导电件；

一加热件；及

一包含多个安装垫的基座，该安装垫用以表面粘着该可回焊式温度保险丝，该多个安装垫中的第一安装垫和第二安装垫至少部分露出该基座的底部，该第一弹性部的第一端部电气连接该第一安装垫，该第一弹性部的第二端部电气连接该第二安装垫，以形成该可回焊式温度保险丝的负载电流路径；

其中该第一弹性部的第二端部通过该感测件连接于该第二安装垫；

其中该第二弹性部的第一端部通过该感测件连接于该第二安装垫，该第二弹性部的第二端部通过该抑制件连接于该加热件上的结合板；

其中该加热件通过致动电流而发热，并将热传递至该抑制件，使得该抑制件熔融失去弹性而释放该第二弹性部，从而该可回焊式温度保险丝处于该致动状态；

其中当后续发生故障时，该感测件失去维持该第一弹性部的第二端部于该感测件上的位置的能力，使得该导电件形成断路。

12.根据权利要求11所述的可回焊式温度保险丝，其还包含可与该基座结合的外罩，以形成容纳该导电件、感测件、抑制件和加热件的内部空间。

13.根据权利要求11所述的可回焊式温度保险丝，其中当该第二弹性部释放时，该致动电流自动关闭。

Images