CN206401257U - 保护元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种保护元件，其包括一基板；一发热体，设置于该基板上；一保险丝，设置于该发热体上方，受发热体加热后熔断；以及一外罩，设于该基板之上，包含上板及侧壁，形成容纳该发热体和保险丝的内部空间；一绝缘隔热层，贴覆于该外罩的上板内侧；一吸附板，设于该绝缘隔热层下表面且位于保险丝上方，吸附该保险丝熔断时的融熔金属。本实用新型具有过电压、过电流及/或过温度保护的功能，可以提升其中保险丝的熔断效果，使熔断时间更为准确。

Description

保护元件

【技术领域】

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种具有防止过电压、过电流或过温度功能的保护元件。

【背景技术】

近年来移动装置高度普及，举凡手机、笔记本电脑等信息产品随处可见，使得人们对信息产品的使用量大增。然而，不时出现有关于手机等便携式电子产品的电池在充放电的过程中爆炸的新闻。因此，制造商逐步改良前述过电流和过电压保护元件的设计，提升电池在充放电的过程中的保护措施，以防止电池在充放电的过程中因过电压或过电流而烧毁。

关于过电流保护，广泛周知有由铅、锡、锑等低熔点金属体所构成的保险丝。之后，在防止过电流和过电压方面，持续发展出保护元件，其包含在一个基板上按序积层发热体及保险丝。在过电压时发热体会发热，热从底部向上传递，将承载保险丝的电极加热，而熔断该保险丝，切断流经的电流，以保护相关的电路或电子装置。

就详细结构而言，现有的保护元件具有基板、发热体、保险丝及外罩。外罩外缘设置于基板表面，而提供内部空间容纳发热体和保险丝。发热体配置于基板上，且电连接两发热体电极。保险丝配置于发热体上方。发热体发热时可直接熔融保险丝，以使保险丝熔融而向电极流动，因此保险丝熔融后向与其连接的电极聚集，导致保险丝从原本的一整片金属，熔融后分开成为多块，而截断电流达到保护目的。此现有技术因这些电极区域都在保险丝的下方，而保险丝表面在高温加热熔融时容易产生不同程度的氧化，阻碍熔融金属向这些电极聚集，导致此保险丝不易熔断，而有熔断时间不准确的问题。

因此，有必要设计一种新的保护元件来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种保护元件，其具有过电压、过电流及/或过温度保护的功能，可以提升其中保险丝的熔断效果，使熔断时间更为准确。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种保护元件，其包括

一基板；

一发热体，设置于该基板上；

一保险丝，设置于该发热体上方，受发热体加热后熔断；以及

一外罩，设于该基板之上，包含上板及侧壁，形成容纳该发热体和保险丝的内部空间；

一绝缘隔热层，贴覆于该外罩的上板内侧；

一吸附板，设于该绝缘隔热层下表面且位于保险丝上方，吸附该保险丝熔断时的融熔金属。

进一步的，该绝缘隔热层的导热率小于0.5W/m·K。

进一步的，该绝缘隔热层还贴覆于该外罩的侧壁表面。

进一步的，该绝缘隔热层为云母材料层或铁氟龙材料层。

进一步的，该吸附板面向该保险丝的表面为粗糙面。

进一步的，该吸附板面向该保险丝的表面粗糙度Ra为0.001～0.01mm。

进一步的，还包括覆盖于该发热体上部的绝缘层、位于该基板上的第一电极和第二电极、位于该绝缘层上的中间电极。

进一步的，该保险丝与该第一电极、该第二电极以及该中间电极连接。

不同于传统技艺，本实用新型的该实施例不但有三个在保险丝的下方的电极，可以吸附保险丝的熔融金属，另外在保险丝的上方也有吸附板具备吸附熔融金属的能力。因此当发热体启动加热，并传热到保险丝时，保险丝开始熔融，并被上方的吸附板吸附过去，使氧化层不易形成。另外，当热往下传到保险丝下方的三个电极，保险丝的熔融金属则朝在其下方三个电极吸附过去，从而熔断保险丝。本实用新型通过从上方吸附板与下方电极一齐吸附熔融金属，可克服传统技艺熔断时间不准确的问题。保护元件的绝缘隔热层可以防止热逸散，将发热体产生的热有效集中于保险丝来加速保险丝的熔断效率，确保可以及时启动保护机制，从而特别适合对于保护速度有严格要求的应用场合。

为了增加吸附板的融熔金属聚集和吸附效果，可以于吸附板表面设置粗糙面，其表面粗糙度Ra为0.001～0.01mm，可以优化吸附效果。

本实用新型的保护元件的发热体和保险丝可以使用印刷技术制作，可以作出薄型结构。再者，相较于传统的保护元件结构设计，本实用新型的保护元件的熔断时间较为集中，而有较小的标准偏差，具有优越的质量稳定性。

【附图说明】

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的电路示意图；

图3为本实用新型实施例吸附板一表面的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

10 保护元件

11 基板

12 发热体

13 绝缘层

14 保险丝

14a 第一保险丝

14b 第二保险丝

15 吸附板

16 外罩

17 中间电极

18 发热体电极

19 第一电极

20 第二电极

21 绝缘隔热层

152 粗糙面

【具体实施方式】

为让本实用新型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，并配合说明书附图，作详细说明如下。

图1为本实用新型的保护元件10的剖面示意图，其同样可实现前述保护机制。图2为保护元件10相应的电路图。保护元件10具有基板11、发热体12、绝缘层13、保险丝14、吸附板15、外罩16及绝缘隔热层21。外罩16外缘罩设置于基板11表面，而提供内部空间容纳发热体12、绝缘层13、保险丝14和吸附板15。发热体12配置于基板11上，且电连接两个发热体电极18。保险丝14连接两侧的第一电极层19、第二电极层20以及一个中间电极17。绝缘层13覆盖发热体12和发热体电极18。保险丝14配置于绝缘层13上方，且由中间电极17分开形成包含2个第一保险丝14a和第二保险丝14b的电路。中间电极17电气连接发热体12一端的发热体电极18，另一端的发热体电极18作为连接外部电路的接口。外罩16包括上板和侧壁，该绝缘隔热层21贴覆于上板的下表面。吸附板15设置于绝缘隔热层21的下表面，且位于保险丝14约中央部位的上方，用来聚集或吸附保险丝14烧断前呈现的融熔金属。

外罩16通常使用工程塑料液晶聚合物(LCP)制作，因为LCP的隔热效果不佳，会有热逸散的现象，因此降低保险丝熔断效率。绝缘隔热层21可以防止热逸散，将发热体12产生的热有效聚集于保险丝14，使得保险丝14可在短时间内融熔烧断，确保启动保护机制。绝缘隔热层21的使用特别适用于对于保护速度有严格要求的应用场合。一实施例中，该绝缘隔热层21的导热率小于0.5W/m·K或0.3W/m·K，例如绝缘隔热层21可以选用云母材料层或铁氟龙材料层。绝缘隔热层21的导热率大于0.8W/m·K时，会因热逸散而有较不稳定的熔断时间。

基板11作为承载基材，其可为四方形平板的绝缘基板，材料可选用例如氧化铝、氮化铝、氧化锆或玻纤板等。第一电极层19和第二电极层20、中间电极17、发热体电极18可包含银、金、铜、锡、镍或其他导电金属，厚度约为0.01～1mm。保险丝14的材料可选用低熔点金属或其合金，例如Sn-Pb-Ag、Sn-Ag、Sn-Sb、Sn-Ag-Cu等。并视所需通过的电流量，保险丝14的长度与宽度可作调整，但不超出基板11，其厚度介于0.001mm至1mm。较厚的保险丝14是使用在大电流例如50～100A的应用。绝缘层13的材料可选用玻璃(glass)、环氧树脂(epoxy)、氧化铝或硅胶(silicone)等。

保护元件10动作大致可分三段，而可称为三段式保护元件。当侦测到电压超过一默认值(过电压)或温度超过一默认值(过温度)时，电流流经发热体12使得发热体12发热(第一段)。发热体12发热将保险丝14熔断(第二段)，进而提供过电压或过温度的保护。当过电流发生时，大量的电流流经保险丝14会使保险丝14发热而熔断，进而达到过电流保护(第三段)。

详细来说，发热体12会发热直接加热保险丝14，使得保险丝14熔融而向两侧的第一电极层19、第二电极层20和中间电极17流动，因此两侧第一电极层19、第二电极层20与中间电极17这三电极区域，是保险丝14熔融后向这三区域聚集，导致保险丝14从原本的一整片金属，熔融后分开成为三块，而截断电流达到保护目的。因三个电极区域都在保险丝14的下方，产生保险丝14的融熔金属向下吸附的情况。本实用新型的吸附板15设置于保险丝14上方，所以另外产生吸附保险丝14的融熔金属向上吸附的情况。换句话说，保险丝14熔融后可以同时向上和向下吸附，有助于保险丝14迅速熔断，而有更精确的融断时间。

吸附板15可以为金属吸附板，用银浆印刷方式，或用电镀方式制备。吸附板15的形状不限，可以单数或多个条状、块状等，成分可为银、金、铜、镍、锡、铅、锑、等金属或合金。吸附板15与保险丝14可直接接触或保留一间隙。此间隙不超过1.5mm，较佳不超过1mm，且得以用锡膏(图未示)填入此间隙。吸附板15及锡膏的作用在于从上方吸附聚集保险丝14熔融时的金属，避免其四处流动，此间隙也可以使用松香或其他软质金属或助焊剂填入，但仍须具备从上方吸附聚集保险丝14的熔融金属的功能。发热体12的位置对应于保险丝14，如此发热体12产生的热量可以有效传递至保险丝14，以熔融该保险丝14。

参照图3，为了增加吸附板15的融熔金属聚集和吸附效果，除了利用高温产生合金彼此吸附的现象外，也可以于吸附板15表面设置粗糙面152，利用粗糙面152增加表面积来增加聚集吸附效果，如图3所示。一实施例中，该吸附板15面向该保险丝14的表面粗糙度Ra为0.001～0.01mm。有此粗糙度的吸附板15设计，相较于无吸附板的保护元件，可以减少熔断时间达1秒或1.5秒以上，从而加速熔断效率。

图4显示根据另一个实施例的保护元件。和图1不同的是，绝缘隔热层21除了位于外罩16下表面的部分外，绝缘隔热层21还贴覆于该外罩16的侧壁表面，以更全面贴覆的方式提供更好的隔热效果。

传统的保护元件在高温加热下，一些覆盖于保险丝14表面的助焊剂等化学品保护膜会因流失或挥发而失去保护的作用，导致保险丝14表面容易氧化，形成氧化膜。此氧化膜覆盖在熔融的保险丝14的表面上，阻碍熔融金属向下方的三电极区域聚集，导致保险丝14不易熔断，而有熔断时间不准确的问题。本实用新型利用创新的结构设计，增加保险丝14上方的吸附板15，提供向上吸附的能力，可突破不易熔断的问题使熔断时间更为准确。另外，可进一步通过毛细管原理和增加表面积的方式来增进吸附效果。

本实用新型的测试结果进行熔断时间测试，不论是6W或4.5V的测试中，本实用新型的保护元件的熔断时间都表现出较低的标准偏差值。由此可见，相较于传统的结构设计，本实用新型的保护元件的熔断时间分布较为集中，有较低的标准偏差，因此在量产时可维持更佳的质量稳定性，也可确保保护元件可迅速且精准地熔断而提供保护。

前述实施例的保护元件10的等效电路包含2个保险丝及1个发热体，不过也可以利用其他不同的结构电路设计，制作包含例如2个保险丝和2发热体的电路形式，而仍为本实用新型的创新技术所涵盖。

本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本实用新型的公开及启示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种保护元件，其特征在于：其包括

一基板；

一发热体，设置于该基板上；

一保险丝，设置于该发热体上方，受发热体加热后熔断；以及

一外罩，设于该基板之上，包含上板及侧壁，形成容纳该发热体和该保险丝的内部空间；

一绝缘隔热层，贴覆于该外罩的上板内侧；

一吸附板，设于该绝缘隔热层下表面且位于该保险丝上方，吸附该保险丝熔断时的融熔金属。

2.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：该绝缘隔热层的导热率小于0.5W/m·K。

3.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：该绝缘隔热层还贴覆于该外罩的侧壁表面。

4.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：该绝缘隔热层为云母材料层或铁氟龙材料层。

5.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：该吸附板面向该保险丝的表面为粗糙面。

6.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：该吸附板面向该保险丝的表面粗糙度Ra为0.001～0.01mm。

7.如权利要求1所述的保护元件，其特征在于：还包括覆盖于该发热体上部的绝缘层、位于该基板上的第一电极和第二电极、位于该绝缘层上的中间电极。

8.如权利要求7所述的保护元件，其特征在于：该保险丝与该第一电极、该第二电极以及该中间电极连接。