CN110634720A - 盘式熔断器 - Google Patents

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CN110634720A CN201910547577.7A CN201910547577A CN110634720A CN 110634720 A CN110634720 A CN 110634720A CN 201910547577 A CN201910547577 A CN 201910547577A CN 110634720 A CN110634720 A CN 110634720A
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阿尔伯特·恩里克斯
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Abstract

本发明公开了一种盘式熔断器，包括：电绝缘衬底，所述衬底具有穿过该衬底形成的过孔，所述过孔在所述衬底的第一表面与第二表面之间延伸；导电的第一端子，所述第一端子设置在所述衬底的所述第一表面上；以及导电的第二端子，所述第二端子设置在所述衬底的所述第二表面上，所述第二端子包括具有内边缘的外部，所述内边缘在所述第二端子中限定一通孔，所述第二端子还包括从所述内边缘延伸的熔断部分，所述熔断部分包括终止于接触焊盘的可熔断元件，其中所述衬底提供所述第一端子与所述第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中所述通孔提供所述第一端子与所述接触焊盘之间的电连接。

Description

盘式熔断器
技术领域
本公开总体涉及电路保护装置的领域，并且更具体地涉及适用于电池单元的盘式熔断器。
背景技术
许多电子设备由包括多个单独的电池单元(例如，圆柱形锂离子二次电池)的电池组供电，这些电池单元以并联或串联的方式彼此连接以实现期望的电压输出。如果在电池组的充电或放电期间允许过电流在电池组与电子设备之间流动，则电子设备和/或电池组可能会被损坏。因此，各种装置被用于在电池组中提供过电流保护。这些装置包括各种正温度系数(PTC)装置和适于在故障条件的情况下减小电流的熔断器件。然而，这种装置具有许多缺点，包括低保持电流、不能永久地禁用有故障的电池单元、以及增加电池组的整体尺寸的空间要求。
鉴于上述情况，期望提供一种机制，所述机构用于在过电流状况(例如，电池组的电池单元内的内部短路)发生时迅速阻止电流在电池组和电子设备之间流动，同时还促进正常操作期间的高保持电流。还期望提供这样一种机制，其可以在电池组的各个单元中被实施，以便以永久禁用故障电池单元的方式来促进对过电流状况的鲁棒和迅速的响应。进一步期望以不增加电池组的尺寸的方式实现这种机制。
关于这些和其它考虑，本改进可能是有用的。
发明内容
提供本发明内容以便以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据本公开的盘式熔断器的示例性实施例可以包括：电绝缘衬底，所述衬底具有穿过该衬底形成的过孔，所述过孔在衬底的第一表面与第二表面之间延伸；导电的第一端子，所述第一端子设置在衬底的第一表面上；以及导电的第二端子，所述第二端子设置在衬底的第二表面上，第二端子包括具有内边缘的外部，所述内边缘在第二端子中限定一通孔，第二端子还包括从内边缘延伸的熔断部分，熔断部分包括终止于接触焊盘的可熔断元件，其中衬底提供第一端子与第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中过孔提供第一端子与接触焊盘之间的电连接。
根据本公开的盘式熔断器的另一示例性实施例可以包括：环形的电绝缘衬底，所述衬底具有穿过该衬底形成的过孔，所述过孔在衬底的第一表面与第二表面之间延伸；环形的导电的第一端子，所述第一端子设置在衬底的第一表面上，第一端子与衬底同轴并且具有小于衬底的直径的直径；导电的第二端子，所述第二端子设置在衬底的第二表面上，第二端子与衬底同轴并且具有小于衬底的直径的直径，第二端子包括具有内边缘的环形外部，所述内边缘在第二端子中限定一通孔，第二端子还包括从内边缘延伸的第一熔断部分和第二熔断部分，所述第一熔断部分和第二熔断部分中的每一个都与所述外部共面并且包括终止于接触焊盘的可熔断元件；以及环形的电绝缘的保形涂层，所述保形涂层设置在第二端子上并且覆盖第一熔断部分和第二熔断部分的可熔断元件，其中衬底提供第一端子与第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中过孔提供第一端子与接触焊盘之间的电连接。
根据本公开的方法的示例性实施例可以包括：提供电绝缘衬底，该衬底具有穿过该衬底形成的过孔，所述过孔在衬底的第一表面与第二表面之间延伸；将导电的第一端子设置在衬底的第一表面上；以及将导电的第二端子设置在衬底的第二表面上，第二端子包括具有内边缘的外部，该所述内边缘在第二端子中限定一通孔，第二端子还包括从内边缘延伸的熔断部分，熔断部分包括终止于接触焊盘的可熔断元件，其中衬底提供第一端子与第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中过孔提供第一端子与接触焊盘之间的电连接。
附图说明
图1A是示出根据本公开的示例性实施例的盘式熔断器的俯视图；
图1B是示出图1A所示的盘式熔断器的侧视图；
图1C是示出图1A所示的盘式熔断器的分解图；
图2是示出图1A所示的盘式熔断器的一个可选实施例的分解图；以及
图3是示出图1A所示的盘式熔断器的另一可选实施例的分解图。
具体实施方式
根据本公开的盘式熔断器及其制造方法的实施例将在下文中参考附图更全面地描述，在附图中，示出了盘式熔断器的优选实施例和所伴随的方法。然而，本公开的盘式熔断器和所伴随的方法可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于这里阐述的特定实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将向本领域技术人员传达盘式熔断器和所伴随的方法的某些示例性方面。在附图中，除非另外指出，否则相同的附图标记始终指代相同的元件。
参照图1A-1C，示出了根据本发明的示例性实施例的盘式熔断器10的俯视图、侧视图和分解图。为了方便和清楚起见，在此可以使用诸如“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“竖直”、“径向”、“外部”和“内部”的术语来描述盘式熔断器10及其各种元件的相对位置和取向，所有这些都是相对于如图1A-1C中所示的盘式熔断器10的几何形状和取向而言的。所述术语将包括具体提及的词语、其派生词和类似含义的词语。
图1A-1C中所示的示例性盘式熔断器10可以包括多层导电和电绝缘材料，所述多层导电和电绝缘材料以竖直堆叠结构设置并被配置为提供延伸通过盘式熔断器10的一个或多个过电流保护的电通路。例如，盘式熔断器10可以包括电绝缘衬底12、设置在衬底12的第一表面或底表面上的导电的第一端子或下端子14、设置在衬底12的第二表面或顶表面上的导电的第二端子或上端子16、以及设置在上端子16的顶表面上的电绝缘保护性保形涂层18。盘式熔断器10的每一层都被示出为具有环形形状，该环形形状内形成有中心通孔，以便为组装好的盘式熔断器10提供允许电池气体通过其排出的中心通孔20。这不旨是限制性的，并且在不背离本公开的范围的情况下可以设想盘式熔断器10的各个层可以具有各种可选形状。例如，可设想盘式熔断器10的各种实施例，其中盘式熔断器10的一个或多个层可以是矩形、椭圆形或不规则形状，和/或可以不具有形成在其中的中心通孔。
衬底12(该衬底12可以具有限定通孔22(如上所述)的环形形状)可以由电绝缘材料形成。在具体的实施例中，衬底12可由玻璃增强环氧层压材料(例如，FR-4)形成。这不旨是限制性的，并且可以设想，衬底12可以可选地由各种其它电绝缘材料形成，所述电绝缘材料包括但不限于各种塑料和复合材料。在非限制性实施例中，衬底12可以具有在13.8毫米与14.8毫米之间的范围内的直径Ds。
衬底12可以具有穿过其形成的过孔24、26，其中每一个过孔24、26都从衬底12的顶表面延伸到衬底12的底表面。如下面将更详细描述的，例如，可以使用电解电镀工艺用导电材料(例如，锡、铜、镍等)电镀或涂覆过孔24、26的侧壁28、30。可选地，过孔24、26可以完全或部分地被填充有导电材料。因此，过孔24、26可以提供竖直地延伸通过衬底12的导电路径。衬底12被图示为具有两个圆形过孔24、26，其中过孔24、26中的每一个都径向地位于通孔22与衬底12的周边中间。这不旨是限制性的，并且在盘式熔断器10的各种可选实施例中，过孔24、26的数量、形状和位置可以改变。例如，在一些实施例中，衬底12可以可选地包括仅一个过孔或多于两个过孔。在一些实施例中，过孔中的一个或多个可以是矩形、三角形或不规则形状。
盘式熔断器10的下端子14可以由导电材料形成，并且可以具有限定通孔32(如上所述)的环形形状。通孔32可以与衬底12中的通孔22大致对准(例如，同轴)。下端子14可以被设置成与过孔24、26的下端接触，并且在一些实施例中，可以耦合到过孔24、26的下端，从而与所述过孔电连通。
在具体的实施例中，下端子14可以由层压包覆到衬底12的底表面上的铜形成。这不旨是限制性的，并且可以构思下端子14可以由各种其他导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等。在各种实施例中，下端子14可以使用各种工艺被沉积在衬底12的底表面上，所述工艺包括但不限于印刷、电解沉积和光刻中的一种或多种。可以使用各种蚀刻工艺来限定下端子14的某些特征。在各种其它实施例中，下端子14可以是独立结构，所述结构以与衬底12完全分离开的方式形成并随后被设置成与衬底12的底表面平坦邻接，并且任选地固定到衬底12的底表面。在非限制性实施例中，下端子14可以具有在13.4毫米与14.4毫米之间的范围内的直径Dlt，且Dlt小于衬底的直径Ds。
盘式熔断器10的上端子16可以由导电材料形成，并且可以包括外部34，该外部34具有限定通孔36(如上所述)的环形形状。通孔36可以与衬底12中的通孔22大致对准(例如，同轴)。上端子16还可以包括从外部34的内边缘延伸的熔断部分38、40。熔断部分38、40可以与外部34基本上共面，并且可以每一个都包括在相应的连接焊盘38b、40b中终止的可熔断元件38a、40a。可熔断元件38a、40a每一个都被显示为具有曲线形状并且与外部34的内边缘径向间隔开，该曲线形状沿着外部34的内边缘延伸。这不旨是限制性的，并且可构思的是可熔断元件38a、40a中的一个或两者都可以具有相对于所示的而言各种不同的形状、构造和/或取向。虽然上端子16被示出为具有两个熔断部分38、40，但是可以设想盘式熔断器10的可选实施例，其中上端子16仅包括一个或多于两个的熔断部分。
熔断部分38、40的连接焊盘38b、40b可以被设置成分别与过孔24、26的上端接触，并且在一些实施例中，可以被耦合到过孔24、26的上端，从而与过孔24、26电连通。在非限制性示例中，被示出为具有环形形状的连接焊盘38b、40b可以包括相应的通孔42、44，所述通孔42、44可以被填充或镀有与如上所述填充或镀敷过孔24、26的导电材料相同的导电材料。在其它实施例中，连接焊盘38b、40b可以完全为实心的(即，没有延伸通过其的通孔42、44)，并且可以被设置成与填充或镀敷过孔24、26(上文所述)的导电材料接触，并且任选地连接到所述导电材料。
在具体地实施例中，上端子16可以由层压包覆到衬底12的顶表面上的铜形成。这不旨是限制性的，而是可以设想到上端子16可以由各种其它导电材料形成，包括但不限于镍、银、金等。在各种实施例中，可以使用各种工艺将上端子16沉积在衬底12上，所述工艺包括但不限于印刷、电解沉积和光刻中的一种或多种。在各种实施例中，可以使用各种蚀刻工艺来限定包括熔断部分38、40的上端子16的某些特征。在各种其它实施例中，上端子16可以是独立结构，所述结构以与衬底12完全分离开的方式形成并随后被设置成与衬底12的上表面平坦邻接，并且任选地固定到衬底12的上表面。在非限制性实施例中，上端子16可以具有在13.4毫米与14.4毫米之间的范围内的直径Dut，且Dut小于衬底的直径Ds。
熔断部分38、40的可熔断元件38a、40a可以被配置为在流动通过可熔断元件38a、40a的电流量超过预定值时熔化或以其他方式分离。该预定值可以被称为盘式熔断器10的“额定值”或“容量”。盘式熔断器10的额定值可以取决于各种因素，包括但不限于，可熔断元件38a、40a的尺寸和形成可熔断元件38a、40a的一种或多种材料。例如，可以通过使可熔断元件38a、40a更薄和/或更窄来实现更低的额定值。另外，参考图2所示的盘式熔断器10的可选实施例，有时被称为“Metcalf spot”的一个或多个异金属斑点46、48可以在如下的区域处被施加到可熔断元件38a、40a中的一个或两个，在该区域中，可能期望可熔断元件38a、40a在故障状况的情况下分离(例如，在可熔断元件38a、40a的纵向中心)。例如，异金属斑点46、48可以由镍、铟、银和锡中的一种或多种形成。异金属斑点46、48可以具有比可熔断元件38a、40a的基本金属(例如铜)低的熔化温度。因此，异金属斑点46、48可以比可熔断元件38a、40a更快地熔化，并且可以扩散到可熔断元件38a、40a的基本金属中。选择基本金属和异金属，以使得一种扩散到另一种中导致金属间相，该金属间相具有比基本金属的熔化温度低的熔化温度，并具有比基本金属的电阻高的电阻，这使得可熔断元件38a、40a在比不存在异金属斑点46、48时将出现的过电流水平更低的过电流水平下熔化。
再次参考图1A-1C，盘式熔断器10的保形涂层18可以由电绝缘材料形成，并且可以具有限定通孔50(如上所述)的环形形状。保形涂层18可以覆盖可熔断元件38a、40a，并且可以保护可熔断元件38a、40a免于颗粒物质和其它污染物的影响，所述颗粒物质和其它污染物否则会损坏或影响可熔断元件38a、40a的操作特性。在各种非限制性实施例中，保形涂层18可以是印刷、喷涂或以其它方式施加到上端子16和衬底12的顶表面的电绝缘环氧树脂。在其它实施例中，保形涂层18可以是独立的自支撑构件(例如，由电绝缘材料形成的单独的盘)，所述独立的自支撑构件被固定到上端子16和/或衬底12。
保形涂层18可以与上部端子16同轴，并且可以具有在11.2毫米与11.5毫米之间的范围内的直径Dcc，且Dcc小于上端子的直径Dut，以使得外部34的环形径向最外侧接触部分52(图1A)被露出，以便于上端子16电连接到另一电路部件(例如，圆柱形电池单元的顶盖)。这不旨是限制性的，并且可以构思的是，在各种其它实施例中，保形涂层18可以基本上覆盖除了一个或多个离散区域之外的整个上端子16，其中在所述离散区域中，保形涂层18可以被切割、蚀刻或以其它方式移除以暴露外部34的位于其下方的的表面。还设想了盘式熔断器10的其它实施例，其中下端子14的下表面设有与保形涂层18类似的保形涂层。
在典型的实施方式中，盘式熔断器10可以安装在圆柱形电池单元(未示出)中，且上端子16的暴露部分52电连接到圆柱形电池单元的顶盖，并且下端子14电连接到圆柱形电池单元的底盖。在正常操作期间，电流可以从底盖流动到下端子14，通过过孔24、26，到达连接焊盘38b、40b，通过可熔断元件38a、40a，到达外部34，并最终到达上端子16。电流也可以反向顺序流动通过这些元件(例如，如果电池单元正在充电)。在过电流状况的情况下，流动通过可熔断元件38a、40a的电流量可能会超过盘式熔断器10的额定值或容量，在这种情况下，可熔断元件38a、40a可能会分离。因此，流动通过盘式熔断器10并且在电池单元的底盖与顶盖之间流动的电流被永久地阻止，从而防止或减轻对所连接的电气元件和/或装置的损坏。
图1A-1C所示的盘式熔断器10的熔断器部分38、40被设置成电并联布置。这不旨是限制性的，并且可设想盘式熔断器10的各种可选实施例，其中熔断部分可以彼此电串联地布置。例如，参考图3，示出了盘式熔断器10的示例性可选实施例，其中下端子14和上端子16每一个都包括通过衬底12中的过孔24彼此串联电连接的单个熔断部分38、40。应当注意，在盘式熔断器10的该示例性实施例中，下端子14可以设置有设置在其底表面上的保形涂层60，其中保形涂层60可以基本上类似于上述保形涂层18。
如本文所用，以单数形式叙述且前面有词语“一”或“一个”的元件或步骤应理解为不排除多个元件或步骤，除非明确叙述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除还包含了所记载的特征的另外的实施例的存在。
虽然本公开参考了某些实施例，但是在不背离如所附权利要求中限定的本公开的领域和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行许多修改、更改和改变。因此，本公开不旨在被限于所描述的实施例，而是本公开具有由所附权利要求及其等同物的语言所限定的全部范围。

Claims (20)

1.一种盘式熔断器，包括：
电绝缘衬底，所述电绝缘衬底具有穿过该电绝缘衬底形成的过孔，所述过孔在所述电绝缘衬底的第一表面与第二表面之间延伸；
导电的第一端子，所述第一端子设置在所述电绝缘衬底的所述第一表面上；以及
导电的第二端子，所述第二端子设置在所述电绝缘衬底的所述第二表面上，所述第二端子包括具有内边缘的外部，所述内边缘在所述第二端子中限定一通孔，所述第二端子还包括从所述内边缘延伸的熔断部分，所述熔断部分包括终止于接触焊盘的可熔断元件；
其中所述电绝缘衬底提供所述第一端子与所述第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中所述过孔提供所述第一端子与所述接触焊盘之间的电连接。
2.如权利要求1所述的盘式熔断器，还包括电绝缘的保形涂层，所述保形涂层设置在所述第二端子上并覆盖所述可熔断元件。
3.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述熔断部分与所述外部共面。
4.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述电绝缘衬底、所述第一端子和所述第二端子是环形的。
5.如权利要求4所述的盘式熔断器，其中，所述电绝缘衬底、所述第一端子和所述第二端子是同轴的，并且其中所述第一端子和所述第二端子具有小于所述电绝缘衬底的直径的直径。
6.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述接触焊盘是环形的，并且其中所述过孔和所述接触焊盘被至少部分地填充有导电材料。
7.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述可熔断元件由第一金属形成，所述盘式熔断器还包括由第二金属形成并设置在所述可熔断元件上的斑点，所述第二金属具有比所述第一金属低的熔化温度。
8.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述熔断部分是第一熔断部分，所述盘式熔断器还包括从所述外部的内边缘延伸的第二熔断部分。
9.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述熔断部分是第一熔断部分，并且其中所述第一端子包括具有内边缘的外部，所述内边缘在所述第一端子中限定一通孔，所述盘式熔断器还包括从所述第一端子的所述外部的所述内边缘延伸的第二熔断部分。
10.如权利要求1所述的盘式熔断器，其中，所述第二端子是环形的，并且其中所述可熔断元件具有沿着所述外部的所述内边缘延伸的曲线形状，并且与所述外部的所述内边缘径向间隔开。
11.一种盘式熔断器，包括：
环形的电绝缘衬底，所述电绝缘衬底具有穿过该电绝缘衬底形成的过孔，所述过孔在所述电绝缘衬底的第一表面与第二表面之间延伸；
环形的导电的第一端子，所述第一端子设置在所述电绝缘衬底的所述第一表面上，所述第一端子与所述电绝缘衬底同轴且具有小于所述电绝缘衬底的直径的直径；
导电的第二端子，所述第二端子设置在所述电绝缘衬底的所述第二表面上，所述第二端子与所述电绝缘衬底同轴并具有小于所述电绝缘衬底的直径的直径，所述第二端子包括具有内边缘的环形外部，所述内边缘在所述第二端子中限定一通孔，所述第二端子还包括从所述内边缘延伸的第一熔断部分和第二熔断部分，所述第一熔断部分和所述第二熔断部分中的每一个都与所述外部共面并包括终止于接触焊盘的可熔断元件；以及
环形的电绝缘的保形涂层，所述保形涂层设置在所述第二端子上并覆盖所述第一熔断部分和所述第二熔断部分的可熔断元件；
其中所述电绝缘衬底提供所述第一端子和所述第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中所述过孔提供所述第一端子与所述接触焊盘之间的电连接。
12.一种形成盘式熔断器的方法，包括：
提供电绝缘衬底，所述电绝缘衬底具有穿过该电绝缘衬底形成的过孔，所述过孔在所述电绝缘衬底的第一表面与第二表面之间延伸；
将导电的第一端子设置在所述电绝缘衬底的所述第一表面上；以及
将导电的第二端子设置在所述电绝缘衬底的所述第二表面上，所述第二端子包括具有内边缘的外部，所述内边缘在所述第二端子中限定一通孔，所述第二端子还包括从所述内边缘延伸的熔断部分，所述熔断部分包括终止于接触焊盘的可熔断元件；
其中所述电绝缘衬底提供所述第一端子与所述第二端子之间的电绝缘屏障，并且其中所述过孔提供所述第一端子与所述接触焊盘之间的电连接。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
将电绝缘的保形涂层设置在所述第二端子上并覆盖所述可熔断元件。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述接触焊盘是环形的，所述方法还包括：
用导电材料至少部分地填充所述过孔和所述接触焊盘。
15.如权利要求12所述的方法，其中，将所述第二端子设置在所述电绝缘衬底的所述第二表面上包括：
将导电材料层压到所述电绝缘衬底的所述第二表面上，并蚀刻所述导电材料以限定所述外部和所述熔断部分。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述可熔断元件由第一金属形成，所述方法还包括：
将由第二金属形成的斑点设置在所述可熔断元件上，所述第二金属具有比所述第一金属低的熔化温度。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述熔断部分是第一熔断部分，所述方法还包括：
形成从所述外部的所述内边缘延伸的第二熔断部分。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述熔断部分与所述外部共面。
19.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二端子是环形的，并且其中所述可熔断元件具有沿着所述外部的所述内边缘延伸的曲线形状，并且与所述外部的所述内边缘径向间隔开。
20.如权利要求12所述的方法，其中，所述电绝缘衬底、所述第一端子和所述第二端子是环形的并且彼此同轴，并且其中所述第一端子和所述第二端子具有小于所述电绝缘衬底的直径的直径。
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