CN220232838U

CN220232838U - 改进的tmov装置

Info

Publication number: CN220232838U
Application number: CN202122972544.2U
Authority: CN
Inventors: 蔡新明; 徐铭曦
Original assignee: Dongguan Littelfuse Electronic Co Ltd
Current assignee: Dongguan Littelfuse Electronic Co Ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2031-11-30

Abstract

一种热保护金属氧化物压敏电阻器，包括本体、第一电极、热熔断器和胶水。本体由结晶质微观结构组成，该结晶质微观结构包括混合有一个或多个其他金属氧化物的氧化锌。第一电极位于本体的一侧，并连接到第一引线。热熔断器连接在第一电极和第一引线之间。胶水将沉积在热熔断器上以及第一引线的顶部上。

Description

改进的TMOV装置

技术领域

本公开的实施例涉及金属氧化物压敏电阻器(MOV)，更具体地说，涉及MOV封装。

背景技术

过电压保护装置用于保护电子电路和部件不受过电压故障状况引起的损坏。过电压保护装置可以包括金属氧化物压敏电阻器(MOV)，其连接在待保护电路和接地线之间。压敏电阻器是电压相关的非线性装置，其具有背靠背齐纳二极管等电气特性。压敏电阻器主要由氧化锌和少量添加的其他金属氧化物(例如铋、钴、锰等)组成。热保护MOV(TMOV)还包括集成的热激活元件，例如熔断器，其被设计用于在异常过电压事件导致过热时断开。

MOV(包括TMOV)在制造过程中烧结成陶瓷半导体，并形成结晶质微观结构(crystalline microstructure)，其允许MOV在整个装置中耗散极高水平的瞬变能量。因此，MOV通常用于抑制工业或AC线路应用中的漏电和其他高能瞬变。此外，MOV用于DC电路，例如低压电源和汽车应用。它们的制造过程允许许多不同的形状因数(form factor)，其中径向引线圆盘是最常见的。

压敏电阻器本体包括由晶界(grain boundary)隔开的导电氧化锌晶粒(grain)的基体(matrix)，提供P-N结半导体特性。这些边界负责阻止低电压下的传导，并且是高电压下非线性电传导的来源。MOV的对称、尖锐击穿特性(sharp breakdown characteristic)使其能够提供出色的瞬变电压抑制性能。当暴露于高压瞬变时，压敏电阻器阻抗发生从接近开路到高导电水平的多个数量级的变化，从而将瞬变电压钳制到安全水平。输入瞬变脉冲的潜在破坏性能量被MOV吸收，从而保护易受损坏的电路部件。

部件小型化导致了对电应力的提高的敏感性。例如，微处理器具有无法处理静电放电(ESD)瞬变产生的高电流的结构和导电路径。这些部件在极低电压下工作，因此必须控制电压干扰，以防止装置中断和潜在或灾难性故障。诸如微处理器的敏感装置正以指数级的速度被采用。微处理器不仅是计算机的核心，而且越来越多地用于家用电器、工业控制、车辆甚至玩具。当前的电子/工业应用使用更小尺寸和更高性能的电子部件，使得产品尺寸成为某些应用的关键因素。此外，由于MOV非常小，所以MOV部件中的任何变化都可能导致制造过程中的意外行为。

考虑到这些因素和其他因素，目前的改进可能是有用的。

实用新型内容

提供本摘要是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细说明中进一步描述。本摘要不旨在识别所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本公开的热保护金属氧化物压敏电阻器的示例性实施例可以包括本体、第一电极、热熔断器和胶水。本体由结晶质微观结构组成，该结晶质微观结构包括混合有一个或多个其他金属氧化物的氧化锌。第一电极位于本体的一侧，并连接到第一引线。热熔断器连接在第一电极和第一引线之间。胶水将沉积在热熔断器上以及第一引线的顶部上。

根据本公开的热保护金属氧化物压敏电阻器的另一示例性实施例可以包括第一电极、本体、热熔断器和胶水。第一电极连接到第一引线。本体与第一电极相邻，并且包括由晶界隔开的导电氧化锌晶粒的基体，提供P-N结半导体特性，晶界阻止低电压下的传导，并且是高电压下非线性电传导的来源。与本体串联的热熔断器连接在第一电极和第一引线之间，并在持续过电压状况发生时断开与第一引线的连接。将沉积在热熔断器上的胶水防止热熔断器燃烧或碳化。

附图说明

图1A-1C是示出根据现有技术的热保护金属氧化物压敏电阻器的图；

图2是示出根据现有技术的图1A-1C的热保护金属氧化物压敏电阻器的图；

图3A-3C是示出根据示例性实施例的热保护金属氧化物压敏电阻器的图；以及

图4是示出根据示例性实施例的图3A-3C的热保护金属氧化物压敏电阻器的图。

具体实施方式

热保护金属氧化物压敏电阻器(TMOV)使用500HF胶水，以确保在限流试验期间TMOV的成功。TMOV包括连接到电极中的一个和引线中的一个的热熔断器。与MOV本体串联的热熔断器通过断开并形成开路，在持续过电压发生时提供热保护。沉积在热熔断器及其连接点上的500HF胶水防止MOV在限流试验期间燃烧或碳化。

为方便和清晰起见，本文中可使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”、“侧面”、“横向”、“径向”、“内部”、“外部”、“左侧”和“右侧”等术语来描述特征和部件的相对位置和方向，无论是否出现在透视图、分解透视图和横截面图中，每个术语都与本文描述的其他特征和部件的几何结构和方向有关。所述术语并非旨在限制，并且包括特别提及的词语、其中的衍生词以及类似含义的词语。

图1A-1C是根据现有技术用于提供过电压保护的热保护金属氧化物压敏电阻器(TMOV)100的代表性附图。图1A是平面图，图1B是分解透视图，图1C是TMOV 100的摄影图。TMOV 100是径向引线圆盘型MOV的示例。TMOV 100包括第一陶瓷电阻器102a和第二陶瓷电阻器102b(图1B)(统称为“一个或多个陶瓷电阻器102”)。两个陶瓷电阻器102围绕并包含TMOV 100的其他部件。具体地看图1B，陶瓷电阻器102容纳两个电极104a和104b(统称为“一个或多个电极104”)，其中MOV本体108夹在两个电极之间。MOV本体108是具有混合有一个或多个其他金属氧化物的氧化锌的结晶质微观结构，其允许TMOV 100在装置的主体上耗散高水平的瞬变能量。换句话说，MOV本体108具有由晶界隔开的导电氧化锌晶粒的基体，提供P-N结半导体特性，其中边界阻止低电压下的传导，并且是高电压下非线性电传导的来源。陶瓷电阻器102的两侧将覆盖在封装部(encapsulant)(例如环氧树脂(未示出))中。作为两个示例，环氧树脂可以是液晶聚合物(LCP)或聚苯硫醚(PPS)。

图1A和图1C中可见电极104b，而电极104a如图1B所示。在图1A和图1C中，陶瓷电阻器102b未被示出，并且在图1B的分解图中可见MOV本体108。电极104a附接至陶瓷电阻器102a，而电极104b附接至陶瓷电阻器102b，其中MOV本体108设置在两者之间。在图1A-1C的示例中，陶瓷电阻器102、电极104和MOV本体108均基本上为圆盘形，其中陶瓷电阻器的半径略大于电极，尽管这些部件中的每个都可以形成非圆形形状。陶瓷电阻器102a的径向边缘在图1A和图1C中的电极104b的“后面”可见。

TMOV 100具有从陶瓷电阻器102a径向向外延伸的引线，其中一个引线完全可见，而另一个引线部分模糊。第一引线106a在陶瓷电阻器102a的一侧向下延伸。第二引线106b在陶瓷电阻器102a的另一侧向下延伸(统称为“一个或多个引线106”)。如分解图(图1B)所示，引线106a连接到电极104a，而引线106b连接到电极104b。引线106由导电材料(例如铜)制成，并且可以镀锡。

引线106b还连接到热熔断器114的一侧，在热连接(thermal link)118处，而热熔断器的另一侧连接到焊接接头116处的电极104b。电极104b也可被称为熔合电极104b。热熔断器114串联电连接到MOV本体108。当MOV本体108使TMOV 100能够作为电涌抑制器工作时，热熔断器114提供集成热保护，该热保护在由于持续过电压而导致过热的情况下使TMOV开路。在正常操作期间，流过TMOV 100的电流从引线106b、通过热熔断器114、通过电极104b、到MOV本体108、到电极104a，最后到引线106a，反之亦然。

由氧化铝片构成的氧化铝片110设置在引线106b下方和电极104b上方。热熔胶112沉积在氧化铝片110上以将氧化铝片固定到位。热熔胶112可以是作为电绝缘体并且在大约熔融温度下熔化的任何材料。热熔断器114通过焊接接头116连接到电极104b。在持续过电压状况下，焊接接头116、热熔断器114和热熔胶112熔化并断开与引线106b的连接，导致TMOV 100内的开路。热熔断器114从焊接接头116断开连接被称为“弹跳(bounce)”，并且弹跳导致开路。通过这种方式，TMOV 100提供了在缺少热熔断器的MOV中找不到的热保护。

图1B中的分解图有些夸张，因为TMOV 100的电极104通常是非常薄的导电材料片。可以使用不同的材料(例如银、铜、铝、镍或这些材料的组合)来制造电极104。然而，这些导电材料具有不同的性质，例如它们的熔点。例如，银的熔点比铜低。

例如，当使用铜和铝的组合而不是银制造电极时，TMOV可能不会经历导致开路的弹跳。例如，在具有铜铝电极的TMOV上进行的经验测试表明，当热熔断器熔断时，不会发生使热熔断器与焊接接头断开连接的弹跳，从而导致TMOV燃烧甚至碳化。

图2是根据现有技术进行限流试验后TMOV 100的代表性附图。TMOV 100包括铜铝电极。TMOV 100覆盖有环氧树脂涂层202以封装图1A-1C中所示的部件。

限流试验是指TMOV 100受到高于TMOV所设计的电流的电流以及高于某一阈值(例如，550V)的电压水平的压力以测试装置对过热的反应的试验。换句话说，限流试验被设计为确保热熔断器将断开，从而导致TMOV内的开路。因此，限流试验被设计为导致TMOV 100因热熔断器从其焊接接头弹跳而失效。然而，在限流试验之后，TMOV 100不应燃烧或碳化。

虚线圆204表示TMOV 100燃烧/碳化的位置。内部的热熔断器可能已经熔断，但低温焊接接头116未能弹跳，导致TMOV燃烧甚至碳化。作为另一种可能性，连接到内部的热熔断器114的引线106b可能碰触(hit)相邻的陶瓷电阻器102b。在任何一种情况下，TMOV 100都可能不是开路，这是一种会危及TMOV所连接电路的故障。

图3A-3C是根据示例性实施例的TMOV 300的代表性附图。图3A和图3B是平面图，图3C是TMOV 300的摄影图。TMOV 300包括陶瓷电阻器302和第二陶瓷电阻器(未示出)，其中两个陶瓷电阻器围绕并包含TMOV 300的其他部件。电极304设置在陶瓷电阻器302附近。与第二电极(未示出)一起，电极围绕MOV本体(未示出)，其中MOV本体类似于TMOV 100中的MOV本体108。与TMOV 100一样，TMOV 300将覆盖在封装部(例如环氧树脂(未示出))中，其可以是LCP、PPS或一些其他材料。

TMOV 300具有从陶瓷电阻器302向外延伸的引线，其中一个引线完全可见，而另一个引线部分模糊。第一引线306a在陶瓷电阻器302的一侧向下延伸。第二引线306在陶瓷电阻器302a的另一侧向下延伸(统称为“一个或多个引线306”)。引线306b连接到电极304，而引线306a连接到另一个(不可见的)电极。

引线306b还连接到热熔断器314的一侧，在熔断器热连接318处，而热熔断器的另一侧连接到焊接接头316处的电极304。电极304也可被称为熔合电极304。热熔断器314串联电连接到MOV本体(未示出)。与TMOV 100一样，MOV本体使TMOV 300能够作为电涌抑制器工作，而热熔断器314提供集成热保护，其在由于持续过电压而导致过热的情况下使TMOV开路。

氧化铝片310设置在引线306b下方和电极304上方。热熔胶312沉积在氧化铝片310上。热熔断器314通过焊接接头316连接到电极304。此外，在示例性实施例中，热熔断器314、焊接接头316、熔断器热连接318、氧化铝片310的顶部和引线306b的顶部用胶水320覆盖。在图3A中，胶水320是透明的，露出底层部件，而在图3B中，胶水是不透明的(用点表示)。图3C的摄影图显示胶水320在形状上有些无定形，但覆盖了TMOV 300的上述元件。

在持续过电压状况下，焊接接头316、热熔断器314和热熔胶312熔化，并断开与引线306b的连接，导致TMOV 300内的开路。然而，与图2中所示的TMOV 100相比，胶水320防止TMOV燃烧或碳化。即使低温焊接接头316未能弹跳，在示例性实施例中，胶水320也防止TMOV300燃烧或碳化。此外，在示例性实施例中，胶水320防止引线306b碰触电极304，从而确保在热熔断器314断开连接后达到所需的开路状态。

在示例性实施例中，胶水320是500HF胶水，并用作保护TMOV 300的绝缘材料。在示例性实施例中，在将引线焊接到陶瓷电阻器之后，如图3A-3C所示，涂覆胶水320。在一些实施例中，然后使用热风枪吹胶水320以填充组件之间的任何间隙，特别是确保热熔断器314不接触陶瓷电阻器中的任何一个。在示例性实施例中，500HF胶水封装在注射器型封装(syringe-type packaging)中，使得胶水320可以精确地沉积在TMOV 300上。因此，胶水320的注射器可用于精确覆盖热熔断器314、低温焊接接头316和熔断器热连接318，确保胶水320填充焊接接头、熔断器热连接和氧化铝片110之间的任何间隙。

图4是根据示例性实施例进行限流试验后的TMOV 300的代表性附图。TMOV 300由遮蔽内部部件的环氧树脂材料402覆盖。如图3A和图3B所示和如上所述，胶水320用于覆盖热熔断器314、焊接接头316、熔断器热连接318、氧化铝片310的顶部和引线306b的顶部。圆圈404表明，在限流试验后，TMOV 300未发生燃烧或碳化。在示例性实施例中，当进行限流试验时，低温焊接接头316上的TMOV 300不会从胶水320上弹开，从而确保TMOV不会燃烧或碳化。在一些实施例中，在TMOV 300用环氧树脂封装之前，通过吹入130℃的温度的空气来固化胶水320。

在示例性实施例中，添加500HF胶水有效地降低限流试验中TMOV装置的故障率。将胶水320添加到TMOV 300基本上包裹了热熔断器314，这确保一旦热熔断器响应于异常状况而断开，热熔断器和相邻部件在发生开路时不会碰触电极304。此外，在示例性实施例中，500HF胶水有效地处理全范围的TMOV限流试验。TMOV 300可以有效提高约550V的TMOV电压水平，以减轻燃烧和碳化现象。此外，在一些实施例中，TMOV 300在制造环境中提供了高度安全性，并且证明了比现有技术TMOV 100更好的产品性能。对TMOV 300进行的实证研究表明，在一些实施例中，限流试验的故障率从30％降低到约5％。

如本文所用，以单数形式叙述并以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应理解为不排除复数元件或步骤，除非明确叙述了此类排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不打算解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。

虽然本公开参考了某些实施例，但在不脱离所附权利要求中定义的本公开的广度和范围的情况下，对所述实施例进行大量修改、变更和更改是有可能的。因此，本公开不限于所描述的实施例，而是具有由以下权利要求及其等价物的语言定义的全部范围。

Claims

1.一种热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，包括：

本体，其包括结晶质微观结构，所述结晶质微观结构包括混合有一个或多个其他金属氧化物的氧化锌；

第一电极，其设置在所述本体的第一侧上，其中，所述第一电极连接到第一引线；

热熔断器，其连接在所述第一电极和所述第一引线之间；以及

胶水，其将沉积在所述第一引线的顶部和所述热熔断器上。

2.根据权利要求1所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括设置在所述本体的第二侧上的第二电极，其中，所述本体夹在所述第一电极和所述第二电极之间。

3.根据权利要求2所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，所述第二电极连接到第二引线。

4.根据权利要求3所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括用于将所述热熔断器连接到所述第一电极的焊接接头，其中，所述胶水覆盖所述焊接接头。

5.根据权利要求3所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括用于将所述热熔断器连接到所述第一引线的熔断器热连接，其中，所述胶水覆盖所述熔断器热连接。

6.根据权利要求3所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括设置在所述第一电极和所述第一引线之间的氧化铝片，其中，所述胶水将覆盖所述氧化铝片的一部分。

7.根据权利要求3所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括用环氧树脂封装所述本体、所述第一电极、所述第二电极、所述热熔断器和所述胶水。

8.根据权利要求7所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，所述环氧树脂是液晶聚合物。

9.根据权利要求7所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，所述环氧树脂是聚苯硫醚。

10.一种热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，包括：

第一电极，其耦合到第一引线；

本体，其设置在所述第一电极附近，所述本体包括由晶界隔开的导电氧化锌晶粒的基体，提供P-N结半导体特性；

热熔断器，其连接在所述第一电极和所述第一引线之间，所述热熔断器将与所述本体串联，其中，所述热熔断器响应于持续过电压状况断开与所述第一引线的连接；以及

胶水，其将沉积在所述热熔断器上，所述胶水用于防止所述热熔断器燃烧和/或碳化。

11.根据权利要求10所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括设置在所述本体的第二侧上的第二电极，其中，所述本体夹在所述第一电极和所述第二电极之间。

12.根据权利要求11所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，所述第二电极将连接到第二引线。

13.根据权利要求11所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括用于将所述热熔断器连接到所述第一电极的焊接接头。

14.根据权利要求13所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括用于将所述热熔断器连接到所述第一引线的熔断器热连接。

15.根据权利要求14所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，还包括设置在所述第一电极和所述第一引线之间的氧化铝片。

16.根据权利要求15所述的热保护金属氧化物压敏电阻器，其特征在于，所述胶水覆盖所述焊接接头、所述熔断器热连接和所述氧化铝片的顶部。