CN116368592A - Smd型tco装置 - Google Patents

Abstract

公开了适用于表面贴装回流过程的热切断(TCO)装置。TCO装置仿照现有的引线附接TCO装置结构进行建模，但通过适用于表面贴装回流操作的紧凑和小型化结构进行了改进。臂和基座端子包括用于表面贴装回流的焊盘。基座模具设计用于接收PTC装置、双金属装置和臂端子特征，并且可以使用单个基座端子或多部件基座端子进行操作。公开了多个盖设计，以降低TCO装置的上板相对于基座端子的热容量。还公开了一种具有集成臂和双金属装置端子的TCO装置，其具有更新的基座部分以支撑集成端子。

Description

SMD型TCO装置

技术领域

本公开的实施例涉及热切断(thermal cut-off，TCO)装置，并且更具体地，涉及适用于表面贴装回流(surface mount reflow)过程的TCO装置。

背景技术

通常，电气装置包括被设计为防止某些故障状况(诸如过电流状况、过电压状况或过高温度)的部件。例如，热切断(TCO)装置可以对可能损坏电子装置内电路的过温状况做出反应。例如，TCO可以具有双金属部件和正温度系数(positive temperaturecoefficient，PTC)装置的特征。

双金属部件由具有不同热膨胀系数的两个金属部件组成，这两个金属部件在遭受温度变化时会弯曲。当被包括在电气装置中时，双金属部件在电气装置诸如由于过大的电流而达到异常的、过高的温度时激活。双金属部件的弯曲充当开关，以中断流过电气装置的电流。一旦温度降到过高温度以下，双金属部件就恢复到其原始形状，允许电流再次流过电气装置。

双金属元件具有接触点处的低电阻，良好的载流能力，以及对温度变化的快速反应。双金属部件有时与PTC部件结合，其中PTC部件充当加热器以改进双金属部件的闭锁。双金属部件与被保护的电子装置的电路串联设置，而PTC部件与双金属部件并联设置。当双金属部件被激活时，流过它的电流被分流到PTC部件，导致PTC部件发热，在那里这种热量被传送到双金属部件，导致双金属部件保持激活。

现有的TCO装置包括由

制造的金属混合保护(Metal HybridProtection，MHP)装置。MHP装置包括MHP-TA(thermal activation，热激活)装置，诸如为笔记本PC、超极本、平板电脑和智能电话中使用的高容量锂聚合物和棱柱电池提供电池单元保护的MHP-TAM、另外用于游戏PC的MHP-TAT和由于其相对较小的尺寸而另外用于电子烟和电池供电的便携式装置的MHP-TAC装置。

这些装置目前用于引线附接应用，以便为附接的电气装置提供过电流和过温保护。然而，它们不是为表面贴装应用而设计的。

关于这些和其它考虑，目前的改进可能是有用的。

发明内容

提供本概要是为了以简化形式介绍在下面的详细描述中被进一步描述的概念的选择。本概要不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要技术特征，也不旨在作为辅助确定所要求保护的主题的范围。

根据本公开的热切断(TCO)装置的示例性实施例可以包括具有基座模具(基座模具)和基座端子的基座部分。基座端子包括第一焊盘(pad)和第二焊盘。TCO装置还包括双金属盘(bimetal disc)和臂端子，以电连接到基座端子。TCO装置的第一焊盘和第二焊盘使用表面贴装回流过程可以附接到衬底。

根据本公开的TCO装置的另一示例性实施例可以包括盖板、集成端子和基座部分。基座部分包括基座模具和基座端子。基座端子包括适用于表面贴装回流过程的焊盘。

附图说明

图1是示出根据示例性实施例的TCO装置的图；

图2是示出根据示例性实施例的图1的TCO装置的基座部分的图；

图3是示出根据示例性实施例的图1的TCO装置的焊盘的图；

图4是示出根据示例性实施例的TCO装置的图；

图5是示出根据示例性实施例的图4的TCO装置的基座部分的图；

图6是示出根据示例性实施例的图4的TCO装置的盖模(cover mold)的图；

图7是示出根据示例性实施例的TCO装置的图；

图8是示出根据示例性实施例的TCO装置的图；

图9是示出根据示例性实施例的图8的TCO装置的盖模的图；

图10是示出根据示例性实施例的图8的TCO装置的基座部分的图；

图11是示出根据示例性实施例的图8的TCO装置的截面图；以及

图12是示出根据示例性实施例的TCO装置的图。

具体实施方式

公开了适用于表面贴装回流过程的热切断(TCO)装置。TCO装置仿照现有的引线附接TCO装置结构进行建模，但通过适用于表面贴装回流操作的紧凑和小型化结构进行了改进。臂和基座端子包括用于表面贴装回流的焊盘。基座模具设计用于接收PTC装置、双金属装置和臂端子特征，并且可以使用单个基座端子或多部分基座端子进行操作。公开了多个盖设计，以降低TCO装置的上板相对于基座端子的热容量。还公开了一种具有集成臂和双金属装置端子的TCO装置，其具有更新的基座部分以支撑集成端子。

图1是根据示例性实施例的可用作表面贴装装置(SMD)技术的TCO装置100的代表性分解透视图。在俯视图100A和仰视图100B两者中所示出的TCO装置100包括由基座模具104和基座端子106构成的基座部分102、双金属盘108、臂端子110、盖112和第二模具114。可选地，TCO装置100另外支持PTC装置(未示出)。在示例性实施例中，TCO装置100被设计用于表面贴装回流应用。图2和图3提供了关于TCO装置100的一些部件的进一步细节。

基座部分102由基座模具104和基座端子106构成。在示例性实施例中，基座端子106和基座模具104被模制在一起作为一个部件，即基座部分102。双金属盘108被放置在基座部分中，并且臂端子110然后被模制到基座模具104上。盖112被放置在组件上方并且然后第二模具114包住部件，从而产生如图所示的TCO装置100。在示例性实施例中，基座端子106和臂端子110两者都由铜制成。在示例性实施例中，不是传导路径的一部分的盖112由无隔离材料覆盖的不锈钢或铜制成，或由被隔离材料(如环氧涂层或塑料模制材料)覆盖的不锈钢或铜制成。

在正常操作期间，TCO装置100串联连接到要保护的装置，诸如电池或其它电路。电流从可被认为是第一端子的基座端子106流过PTC装置，如果存在的话，流到可被认为是第二端子的臂端子110，并流到被保护的装置，反之亦然。当发生异常状况，诸如过温状况时，被设置在基座端子106和臂端子110之间(或PTC装置和臂端子之间)的双金属盘108弯曲或变形，诸如处于凸形位置。这具有导致双金属盘108“提升”自身的效果，使得基座端子106和臂端子110之间的连接被移除，中断流向TCO装置100所连接到的装置或电路的电流并因此保护TCO装置100所连接到的装置。

现有的TCO装置，诸如

的MI-IP TCO装置，为引线附接应用而设计，以便为电路、电路部件或装置提供过电流和过热保护。相比之下，本文公开的示例性TCO装置100特别被设计用于表面贴装回流过程。在示例性实施例中，TCO装置100采用现有MHP TCO平台的稳健设计概念并更新它们以用于紧凑和小型化应用，以及表面贴装回流。

与被用于将部件附接到印刷电路板(printed circuit board，PCB)的传统焊接技术不同，回流焊接是一种最新的技术，它通过将部件的放置与焊接过程分隔开来实现大规模生产和速度。在传统焊接中，部件被定位在PCB上并被焊接。接下来是放置和焊接第二个部件，依此类推，直到PCB的所有部件都被焊接到位。使用回流焊接，PCB的焊盘(通常是铜)被焊膏覆盖。随着小型化，相对于传统的PCB，焊盘可以非常小并且靠近在一起。因此，通常使用模板来确保焊膏在焊盘上的准确施加。然后将部件一个接一个地放置在粘性焊膏上，其中焊膏的粘性确保部件保持在适当的位置。最后，将PCB加热至等于焊膏的熔化温度的温度，诸如265℃。虽然存在用于加热/熔化焊膏的不同的技术，但一种常见的技术是将PCB放置在针对此目的的专门的炉中。熔化的焊膏然后“回流”到已被放置在其上的部件的端子上，这之后允许PCB冷却。因此，通过使用表面贴装回流过程，PCB上的所有部件被同时组装。

图2是根据示例性实施例的图1的TCO装置100的基座部分102的代表性透视图。基座部分102包括接收开口202，用于接收可选的PTC装置(未示出)。在接收开口202的底部或地板处是基座端子106的可见部分。这使得能够在PTC装置(如果存在的话)和基座端子106之间建立电连接。双金属盘的一个缺点是它们是非闭锁的机械触点。通过并联地组合PTC装置和双金属盘，PTC装置充当加热器以提供闭锁，其保持双金属盘弯曲，诸如处于凸形布置，使得TCO装置在异常事件期间保持跳闸。TCO装置100可以在有或没有PTC装置的情况下操作。

在图2中，接收开口202被成形为孔径或圆形开口。PTC装置(未示出)因此被成形为圆柱形盘以便紧密地配合到接收开口202中。PTC装置因此将与基座端子106的可见部分物理接触。然而，第一开口202的形状可以被改变以容纳不同形状的PTC装置。例如，接收开口可以被成形为长方体，以便接收长方体形的PTC装置。接收开口202和相关联的PTC装置的其它形状也是可能的。

此外，图2的基座部分102具有被设置在接收开口202上方的第二接收开口204的特征。在示例性实施例中，第二接收开口204是长方体形的，以接收双金属盘108，其也是长方体形的。在存在PTC装置的情况下，双金属盘108将与PTC装置相邻。与接收开口202一样，接收开口204可以被改变以容纳不同形状的双金属装置。

此外，图2的基座部分102具有被设置在第二接收开口204上方的第三接收开口206的特征。此接收开口206被示出为两部分，在基座部分102的一侧上的206A，和在基座部分的另一侧上的206B。接收开口206被设计成安置(seat)臂端子110。基座端子106还包括连接部分208。回到图1，臂端子110具有接触部分118的特征，接触部分118用于将臂端子电耦合到基座端子106。当臂端子110被安置在基座部分102的接收开口206中时，臂端子的接触部分118搁靠在基座端子106的连接部分208上，从而能够在臂端子和基座端子之间进行连接。

图3提供了根据示例性实施例的图1的TCO装置100的代表性透视图。再次，示出了俯视图100A和仰视图100B，以及部件、基座端子106和臂端子110。除了作为端子之外，基座端子和臂端子还包括构成TCO装置100的焊盘的附加特征。在仰视图100B中可见，TCO装置具有焊盘304、306、308和310的特征。焊盘304和306中的两个是基座端子106的一部分，而另外两个焊盘308和310是臂端子110的一部分(尽管焊盘310在附图中被遮蔽)。

基座端子106的边缘部分302在TCO装置的俯视图100A和俯视图100B两者中也是可见的。在示例性实施例中，边缘部分302通过TCO装置的一侧的矩形开口插入，使得边缘部分伸出并略微可见。还示出了臂端子110的接触部分118，用于与基座端子106的连接部分208接触(图2)。基座端子106的中心部分314也暴露在TCO装置的仰视图100B中。中心部分314暴露在外部，用于在成型模具中定位和固定，但在外部不进行电连接。

在传统的TCO装置中，设备的端子与要保护的电路或装置的外部部件建立连接。与传统的TCO装置相比，TCO装置100在每个端子上另外包括焊盘，用于连接到外部部件。焊盘304、306、308和310因此使TCO装置100能够适用于表面贴装回流过程应用。

图4是根据示例性实施例的可用作SMD技术的TCO装置400的代表性分解透视图。除了具有带有基座模具404和基座端子406的基座部分402之外，TCO装置400具有PTC装置416的特征，PTC装置416配合到基座部分中。TCO装置400还包括双金属盘408、臂端子410、盖模412和第二模414。在示例性实施例中，基座端子406和臂端子410两者都由铜制成。图5和图6提供了关于TCO装置400的一些部件的进一步细节。

图5是根据示例性实施例的图4的TCO装置400的基座部分402的代表性透视图。基座部分402包括用于接收PTC装置416的接收开口502。在接收开口402的底部或地板处是基座端子106的可见部分。这使得能够在PTC装置416(如果存在的话)和基座端子406之间建立电连接。如上所解释的，通过并联地组合PTC装置和双金属盘，PTC装置充当加热器以提供闭锁，其保持双金属盘弯曲使得TCO装置在异常事件期间保持跳闸。与图1的TCO装置100一样，TCO装置400可以在有或没有PTC装置的情况下操作。

另外，接收开口502可以成形为圆形或其它形状的开口，这取决于PTC装置的形状。

与基座部分102(图2)一样，TCO装置400的基座部分402具有以下特征：用于安置PTC装置(如果存在的话)的接收开口502，被设置在接收开口502上方、用于安置双金属盘408的第二接收开口504，以及用于安置臂端子406的第三接收开口506(被示出在两个部分506A和506B中)。这些接收开口502、504和506可以不同地成形以容纳不同形状的相应装置。

在示例性实施例中，基座部分402还包括连接部分508。此连接部分508是基座端子406的一部分，并且处于比接收开口502中可见的部分凸起或更高的平面中并且也处于比接收开口504更高的平面中。回到图4，臂端子410具有接触部分418的特征，接触部分418用于将臂端子电耦合到基座端子406。当臂端子410被安置在基座部分402的接收开口506中时，臂端子的接触部分418搁靠在基座端子406的连接部分506上，从而使得能够在臂端子和基座端子之间进行连接。因此，一旦配置了TCO装置400，PTC装置416和双金属盘408彼此相邻并且双金属盘408用臂端子410覆盖。

回到图4，示例性TCO装置400的盖模412不同于TCO装置100的盖112。图6是表示根据示例性实施例的TCO装置400的盖模412的透视图。盖模412由盖602和盖板604组成。在示例性实施例中，盖602由塑料材料制成，而盖板604由稍微导电的材料制成，诸如SUS304，一种不锈钢的类型。已知SUS304是非磁性的，容易被形成为不同的形状，并且抗生锈。在另一实施例中，盖板604由黄铜制成。

相对于铜，不锈钢是电的不良导体，而黄铜的导电率约为铜的28％。因此，在示例性实施例中，这些材料是针对它们的强度、可塑性和抗生锈性而被选择的，而不是针对它们的导电性能。在示例性实施例中，相对于TCO装置100的盖模112(图1)，TCO装置400的盖模412被设计成减小盖的厚度。在一个实施例中，盖模412比盖112薄。另外，在盖板604上添加孔以减小盖模412的体积。

另外，在示例性实施例中，盖模412，并且具体地是盖板604，被选择为具有比基座部分402的基座端子406的更低的热容量。表1示出了四个不同示例性盖板604热容量，相对于由铜制成的基座端子406的热容量。材料属性T代表厚度。

表1.TCO装置400的盖板和基座端子的热容量

如表1所示，给定材料的比热容参数A不基于厚度而变化。因此，0.08mm的SUS304盖板和0.01mm的SUS304盖板均具有460J/(kg K)(焦耳每开尔文每公斤)的比热容。类似地，密度参数B随着材料的厚度变化而不变。体积参数C随厚度的变化而变化。在表1中给出的盖板412的四个版本的热容量都低于基座端子406的热容量。因此，在示例性实施例中，对于TCO装置400：

盖板的热容量<基座端子的热容量 (1)

图7是根据示例性实施例的可用作SMD技术的TCO装置700的代表性分解透视图。类似于TCO装置400(图4)，TCO装置700具有以下特征：带有基座模具704和基座端子706的基座部分702、配合到基座部分702的接收开口中的可选PTC装置716、双金属盘708、臂端子710和第二模具714。TCO装置700的盖板712不同于TCO装置100和400的相应盖。

在示例性实施例中，盖板712具有使其更坚固的特殊结构。盖板712不包括单独的塑料盖，如在TCO装置400中那样。而是，在一些实施例中，盖板712被覆盖有从盖板表面稍微凸起的凸块(bump)或凹坑(dimple)。在示例性实施例中，盖板712的特殊结构增加了其强度，允许使用更薄的材料，并为便于表面贴装回流过程的TCO装置700增加了强度，如上所述。相对于现有技术的TCO装置，高温回流过程将能够制造更大的双金属盘。在一些实施例中，更大的双金属盘将变形以用更高的力来提升臂端子710。因此，具有能够承受提升力而不会从臂端子产生任何变形的坚固盖板是优选的。设计不良的盖板将无法承受来自臂端子的力，这将使TCO装置变形并可能导致结构问题，诸如模制材料的开裂和具有高阻力的臂端子的松动。在一个实施例中，SUS304不锈钢材料被用于制作盖板712。

表2示出了根据示例性实施例的盖板712的热容量，相对于由铜制成的基座端子706的热容量。与之前一样，表2中给出的盖板712的热容量低于基座端子706的热容量。因此，在示例性实施例中，TCO装置700与TCO装置400一样，满足上述等式(1)。

表2.TCO装置700的盖板和基座端子的热容量

图8是根据示例性实施例的可用作SMD技术的TCO装置800的代表性分解透视图。TCO装置800具有盖板810、集成双金属和臂端子808(在本文中也被称为“集成端子808”)、以及基座部分802的特征。如前所述，基座部分802包括基座模具804和基座端子806。相对于本文示出和描述的其它实施例，集成的双金属和臂端子808简化了TCO装置800的结构。在示例性实施例中，集成端子808的双金属材料是：l)由低电阻率材料制成，以便在正常操作期间承载电流，以及2)由具有不同的热特性的两种金属制成，使得在异常状况(诸如过温或过电流情况)期间端子激活(例如变形为凸形状态以“提升”结构)。因此，集成端子808使用至少三种金属材料制成，两种金属用于激活操作，以及第三种低电阻率金属用于使电流传导通过TCO装置800。集成端子808在以下图11中被更详细地示出和描述。图9至图11提供了关于TCO装置800的一些部件的进一步细节。

在示例性实施例中，基座部分802被构造成用于集成端子808的接收，这在以下图10中更详细地描述。集成端子808包括接触部分812；类似地，基座部分802的基座端子806包括接触部分814。接触部分812和814确保在集成端子808和基座端子806之间进行连接，无论是否将PTC装置插入基座部分802中。一旦集成端子808诸如由于过温状况而发生变形，接触部分812和814分离。

图9是根据示例性实施例的图8的TCO装置800的盖板810的代表性分解透视图。盖板810包括盖部分904，其可以是塑料或其它非导电材料，以及板部分902，其可以由不锈钢、黄铜或其它材料形成。

图10是根据示例性实施例的图8的TCO装置800的基座部分802的代表性分解透视图。示出了基座部分的两个俯视图802A和802B。与先前的实施例相反，基座端子806由两个分离的部分806A和806B组成。基座模具804包括用于安置可选PTC装置的第一接收开口1002和用于接收集成端子808的第二接收开口1004。因为双金属盘和臂端子被集成在一起，所以基座部分802不需要三个接收开口，而是具有两个接收开口。基座端子部分806A包括用于与集成端子808的接触部分812连接的接触部分814(图8)。

另外，类似于TCO装置100，TCO装置800的基座部分802包括四个焊盘1008、1010、1012和1014。基座端子806A的第一部分包括焊盘1010和1008而基座端子806B的第二部分包括焊盘1014和1012。在示例性实施例中，焊盘1008、1010、1012和1014便于使用表面贴装回流过程将TCO装置800附接到诸如PCB的衬底。

TCO装置800因此将臂端子和双金属装置集成到单个结构中，简化了装置。另外，基座端子806被分离成两个不同的部分，与TCO装置100、400和700的基座端子相反。

图11是根据示例性实施例的图800的TCO装置的截面图。基座端子806A通过接触部分1006被封闭在装置800中(图10)，而集成端子808通过接触部分812被封闭在装置中(图8)。还示出了用于安置可选PTC装置的第一接收开口1002和用于安置集成端子808的第二接收开口1004。在示例性实施例中，集成端子808被焊接到基座模具804中的基座端子806。

图12是根据示例性实施例的可用作SMD技术的TCO装置1200的代表性分解透视图。TCO装置1200具有以下特征：包括基座模具1204和基座端子1206的基座部分1202、可选的PTC装置1208、双金属盘1210、臂端子1212、上板1214和外模1216。在示例性实施例中，基座模具1204和外模1216使用液晶聚合物(liquid crystal polymer，LCP)制成，基座端子1206和臂端子1212由铜和银制成，并且上板1214由不锈钢制成。与本文公开的其它TCO装置一样，TCO装置1200向其它电路部件提供过电流和过温保护。

如本文所使用的，以单数陈述和以词语“一”或“一个”进行的元件或步骤应被理解为不排除复数元件或步骤，除非明确地陈述了这样的排除。此外，对本公开内容的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也被并入所陈述的特征的附加的实施例的存在。

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所限定的本公开的范围和领域的情况下，对所描述的实施例的许多修改、更改和改变是可能的。因此，本公开旨在不限于所描述的实施例，而是其具有由以下权利要求的语言及其等同物所限定的全部范围。

Claims (20)

1.一种热切断(TCO)装置，包括：

基座部分，其包括基座模具和基座端子，其中，所述基座端子包括第一焊盘和第二焊盘；

双金属盘，其被安置在所述基座部分中，所述双金属盘被设置在所述基座端子和臂端子之间；以及

臂端子，其电连接到所述基座端子；

其中，所述第一焊盘和第二焊盘能够使用表面贴装回流过程附接到衬底。

2.根据权利要求l所述的TCO装置，所述臂端子还包括第三焊盘和第四焊盘，所述第三焊盘和第四焊盘能够使用表面贴装回流过程附接到所述衬底。

3.根据权利要求l所述的TCO装置，所述基座部分还包括：

用于安置所述双金属盘的第一接收开口；以及

用于安置所述臂端子的第二接收开口。

4.根据权利要求3所述的TCO装置，所述基座部分还包括用于安置正温度系数(PTC)装置的第三接收开口。

5.根据权利要求l所述的TCO装置，其中，所述基座端子和所述臂端子在所述TCO装置的正常操作期间被电耦合在一起。

6.根据权利要求5所述的TCO装置，其中，所述基座端子和所述臂端子响应于过电流或过温事件而被所述双金属盘解耦。

7.一种热切断(TCO)装置，包括：

基座端子，其包括第一对焊盘；

臂端子，其包括第二对焊盘；

双金属盘，其被设置在所述基座端子和所述臂端子之间；

具有第一热容量的盖板和包括第二热容量的基座端子，其中，所述第一热容量低于所述第二热容量。

8.根据权利要求7所述的TCO装置，其中，所述盖板包括孔以减小所述盖板的体积。

9.根据权利要求7所述的TCO装置，其中，所述盖板包括凹坑。

10.根据权利要求7所述的TCO装置，其中，所述第一对焊盘和所述第二对焊盘能够使用表面贴装回流过程附接到衬底。

11.一种热切断(TCO)装置，包括：

盖板；

基座部分，所述基座部分包括基座模具和基座端子，其中，所述基座端子包括适用于表面贴装回流过程的焊盘；以及

集成端子，其被设置在所述盖板和所述基座部分之间，所述集成端子还包括：

具有第一热膨胀系数的第一金属；

具有第二热膨胀系数的第二金属，其中，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数；以及

具有适用于传导电流的低电阻率的第三金属。

12.根据权利要求11所述的TCO，所述基座端子还包括第一部分，所述第一部分包括第一焊盘和第二焊盘。

13.根据权利要求12所述的TCO，所述基座端子还包括包括第二部分，所述第二部分包括第三焊盘和第四焊盘。

14.根据权利要求11所述的TCO，所述基座模具还包括：

用于安置所述集成端子的第一接收开口。

15.根据权利要求11所述的TCO装置，其中，所述集成端子和所述基座端子在所述TCO装置的正常操作期间被电连接。

16.根据权利要求15所述的TCO装置，其中，所述集成端子和所述基座端子在所述TCO装置的过电流或过温状况期间被电解耦。

17.根据权利要求14所述的TCO装置，还包括正温度系数(PTC)装置。

18.根据权利要求17所述的TCO装置，所述基座模具还包括：

用于安置所述PTC装置的第二接收开口，其中，所述第一接收部分在所述第二接收部分上方。

19.根据权利要求11所述的TCO装置，所述集成端子还包括第一接触部分并且所述基座端子还包括第二接触部分，其中，所述第一接触部分和所述第二接触部分接合以在所述集成端子和所述基座端子之间建立连接。

20.根据权利要求11所述的TCO装置，所述盖板还包括盖部分和板部分。

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